流体力学与传热：第二章 吸收第五次课
化工原理(上册)—化工流体流动与传热第三版柴诚敬习题答案
化工原理(上册) - 化工流体流动与传热第三版柴诚敬习题答案第一章：引言习题1.1答案：该题为综合性问题，回答如下：根据流体力学原理，液体在容器中的自由表面是一个等势面，即在平衡时，液体表面上各点处的压力均相等。
所以整个液体处于静止状态。
习题1.2答案：该题为计算题。
首先，根据流速的定义：流体通过某个截面的单位时间内通过的体积与截面积之比，可得流速的公式为：v = Q / A，其中v表示流速，Q表示流体通过该截面的体积，A表示截面积。
已知流速v为10m/s，截面积A为0.5m²，代入公式计算得：Q = v × A = 10m/s × 0.5m² = 5m³/s。
所以，该管道内的流体通过的体积为5立方米每秒。
习题1.3答案：该题为基础性知识题。
流体静压头表示流体的静压差所能提供的相当于重力势能的高度。
根据流体的静压力与流体的高度关系可知，流体静压力可以通过将流体的重力势能转化为压力单位得到。
由于重力势能的单位可以表示为m·g·h，其中m为流体的质量，g为重力加速度，h为高度。
而流体的静压头就是将流体静压力除以流体的质量得到的，即流体静压力除以流体的质量。
所以，流体静压头是等于流体的高度。
第二章：流体动力学方程习题2.1答案：该题是一个计算题。
根据题意，已知流体的密度ρ为1.2 kg/m³，截面积A为0.4 m²，流速v为2 m/s，求流体的质量流量。
根据质量流量公式：Q = ρ × A × v，代入已知数值计算得：Q = 1.2 kg/m³ × 0.4 m² × 2 m/s = 0.96 kg/s。
所以，流体的质量流量为0.96 kg/s。
习题2.2答案：该题为综合性问题，回答如下：流体动量方程是描述流体运动的一个重要方程，其中包含了流体的质量流量、速度和压力等参数。
流体力学与传热：第二节 迹线和流线
迹线
定义
质点的运动轨迹
研究方法
拉格朗日法
微分方程
u
dx dt
（t为自变量，
v
dy dt
x, y, z 为t
w
dz dt
的函数 ）
流线
某一瞬时，速度方向线 欧拉法
dx dy dz u(x, y, z,t) v(x, y, z,t) w(x, y, z,t)
(x,y,z为t的函数，t为参数）
x 1 t2 t 2 y t
消去参数t，可得：
（a）
x 1 y2 y 1 ( y 1)2 1
2
2
2
上式表明：质点A的迹线是一条以(-1/2, -1)为顶点，且通 过原点的抛物线。如下图所示，
（2）流线方程为，
dx dy t 1 1
积分上式可得，
x yc t 1
（b）
因为t=0时刻，流线通过原点x=y=0，可得上式积分常数 c=0，相应的流线方程为：
例2：已知速度分布为 V Axi Ayj ，求流体质点的迹线。
解：根据已知条件u=Ax, v=-Ay，则迹线的微分方程可写为：
dx udt Axdt dy vdt Aydt
分别积分后可得，
ln x At ln c1 ln y At ln c2
式中，c1及c2为积分常数，从这两式中消去 t 可得迹线：
例1：已知流体质点的位置由拉格朗日坐标表
a2 b
2
y
a2b2
sin 2
(t)
a2 b2
（a） （b）
式中， (t) 为时间的某一函数，求质点的迹线。
解：将（a）式平方，并与（b）式相加，得：
x2
y
a2b2
流体力学与传热：第五节 无旋流动的一般性质
实际上由数学分析可知， V 0 是单连通域里积分
V dr 与积分路径无关的充要条件。
a 【例题1】 某一流动速度场为 vx ，ay vy ，v其z 中0 是不为零的
x 常数，流线是平行于 轴的直线。试判别该流动Байду номын сангаас有旋流动还
是无旋流动。
【解】 由于
x
下面讨论速度势在单连通域中的性质。 在单连通域中，由于任意曲线都是可缩曲线，所以根据斯托 克斯定理，上式可写为：
P0 P0
V dr
P0 B1PB2 P0
= ( V ) ndA
A
式中，A是以封闭曲线P0B1PB2P0为边界的开口曲面。由于运动 无旋，因此在此曲面上处处满足 V =0 ，所以上式可写成：
P0 B1P
P0 B2 P
即：
V dr = V dr
P0 B1P
P0 B2 P
则 P, P0 两点的速度势之差为：
P
P P0 V dr = V dr = V dr
P0 B1P
P0 B2 P
P0
即：
P
P P0 V dr
P0
所以，在单连通域的无旋流动中任意两点的速度势之差等于
对于无旋流场，处处满足 V 0
由向量分析可知，任一标量函数的梯度的旋度恒为0，所以 V 一定是某个标量函数的梯度，即：
V
称为速度势。显然，速度势与速度分量的关系在直
角坐标中为：
u ，v ，w
x
y
z
正如场论所分析的那样，无旋条件是速度有势的充分和必要 条件。无旋必然有势，有势必须无旋。
P, P0 两点上的速度势之差为：
d V dr
化工原理 第一章 绪论
3-1
导出量
F— N (kgm/s2) P— Pa (kg/ms2) ρ— kg/m3
M—公斤·s2/m P—公斤/m2 ρ—公斤·s2/m4
2 换算关系(SI制与工程制之间) a) F：工程制中1公斤力规定为：SI制中1kg的物体在9.81 m/s2的力场中所受到的重力，据F=ma有： 1公斤=1kg*9.81 m/s2 = 9.81 kg· m/s2= 9.81N.......(1) b) M：工程制中质量为导出量，据M=F/a 其导出单位为： 1公斤/(9.81 m/s2)=1/9.81 公斤*s2/m (工程制质量单位) ∵ 1公斤=9.81 kg· m/s2 ∴ 1 公斤· s2/m=9.81kg......(2) C) P：因为P = F/A 所以(1)式两边同除以1m2得： 1公斤/m2 = 9.81N/m2 = 9.81 Pa......(3) D) ρ：因为ρ=m/V 所以(2)式两边同除以1m3得： 1公斤· s2/m4 = 9.81 kg/m3......(4)
应用化学、生物工程 高分子材料与工程 专业核心课程、学位课程 专业核心课程、专业必选课
课程内容：
绪论（第一章） 流体的流动和输送（第二章） 热量传递（第四章） 吸收(第五章) 化学反应器（第七、八章）
考核方式：
平时表现、期中考试、期末考试 总成绩=平时成绩×30%+期中成绩×20%+期末成绩×50%
2、内容：三传一反
研究对象-化工生产
化工、石油、煤炭、钢铁、 食品、建材(硅酸盐)、纺织、生 物工程、制药、精细化工。
化工生产--多行业—多品种--一百多万种产 品，而产品不同，流程各异，如：
H2SO4：FeS2碎矿—焙烧(900℃)—SO2旋风除尘、除雾— SO2加热—(SO2)氧化(SO3)—冷却—吸收—冷却—H2SO4。
《传热学》教学大纲【可修改文字】
可编辑修改精选全文完整版《传热学》课程教学大纲一、课程名称：传热学/ Heat Transfer二、课程编号：0300302三、学分学时：3学分/48学时四、使用教材：《传热学》（第4版）杨世铭、陶文铨编，高等教育出版社，2014年12月五、课程属性：专业基础课/必修六、教学对象：新能源科学与工程专业七、开课单位：机械工程学院八、先修课程：高等数学、大学物理、流体力学九、教学目标：1、掌握传热学的基本概念、基本理论和基本计算方法，2、培养和建立学生的工程观点和理论联系实际解决工程实际问题的初步能力，并为学习后续的专业课程提供必要的理论基础支撑。
十、课程要求：通过本课程的学习，学生需掌握热量传递的三种基本方式及综合传热过程所遵循的基本规律，学会对传热过程进行分析处理和计算的基本方法，能运用这些规律提出增强传热、提高热经济性和削弱传热减少热损失的途径，具备分析工程传热问题的能力，并基本掌握换热设备的两种基本计算方法；结合热工实验课，使学生掌握一定的传热实验的技能。
主要以课堂讲授为主，充分采用多媒体教学。
十一、教学内容：本课程主要由以下内容组成（理论教学48学时）第一章绪论（2学时）知识要点：传热学的研究对象及其在工程技术中应用；热量传递的基本方式；导热、对流和辐射，传热过程及热阻重点难点：热量传递的三种基本方式，传热过程与传热系数教学方法：课堂讲授、讨论第二章稳态热传导（6学时）知识要点：温度场、等温面、等温线，温度梯度及傅立叶定律，导热系数，各向同性、具有内热源的导热微分方程及导热过程单值性条件的确定；通过单层、多层和复合平壁的稳态导热，通过单层和多层圆筒壁的稳态导热，通过肋壁的稳态导热，具有变导热系数的单层平壁导热问题的处理方法，肋效率、等截面直肋和环肋的工程计算，接触热阻及形状系数。
重点难点：傅立叶定律，导热微分方程及其单值性条件；能够依据直角坐标系下导热微分方程和导热过程单值性条件对常物性、无内热源、简单几何形状的物体的一维稳态导热问题进行分析计算教学方法：课堂讲授、讨论第三章非稳态导热（4学时）知识要点：非稳态导热过程特点，一维非稳态导热问题分析解及其讨论，诺模图，简单几何形状一维、二维和三维非稳态导热的计算，周期性变化边界条件和常热流通量边界条件下半无限大物体非稳态导热。
流体力学与传热学教学课程大纲
课程名称：流体力学与传热学课程编号：130 200040课程学分：36学分适用专业：测控技术与仪器流体力学与传热学教学课程大纲一、课程性质与任务：本课程是自动化装置、过程控制系统方向的技术基础课。
通过该课程的学习，使学生对流体平衡、运动规律及能量守恒与转换规律方面具备必要的基本知识，获得传热的一些基本理论、基本知识及传热计算的初步能力，学会运用基本规律来处理和解决实际问题的方法和技能，培养分析问题的能力和创新能力，为学生学习后续课程，从事工程技术工作和进行科学研究打下必2要的基础。
二、课程内容及要求：总学时数：36； 2学时/端午节放假一天。
即共17次课。
第一章绪论（2）a) 流体力学工程应用及其主要的物理性质基本要求了解：流体力学的研究对象流体力学：研究流体平衡、机械运动的规律以及在工程实际中的运用、任务研究流体的运动规律；流体之间或流体与固体之间的相互作用力；流动过程中动量、能量和质量的传输规律等。
和研究方法；熟悉：流体宏观模型─连续介质假定流体是由无穷多个、无穷小的、紧密毗邻、连续不断的流体质点所构成的一种绝无间隙的连续介质。
、理想流体、不可压缩流动； 掌握：流体的粘性流体微团发生相对运动时所产生的抵抗变形、阻碍流动的性质 和压缩性温度一定时，流体在外力作用下，其体积缩小的性质 等物理性质。
教学及考核内容流体的定义，在静力平衡时，不能承受拉力或剪力的物体。
连续介质的概念，流体的主要物理性质（粘性－牛顿内摩擦定律、流体相对运动时，层间内摩擦力T 的大小与接触面积、速度梯而与接触面压缩性），（质量力、表面力）。
第二章 流体静力学理论基础（4）a) 流体的平衡微分方程；流体静力学基本方程；压力的测量仪表b) 静止流体对平面壁、曲面壁的作用力；液体的相对平衡☐基本要求了解：静压强的概念、性质；熟悉：流体平衡微分方程式；表压力、真空度和绝对压力的概念；掌握：静力学基本方程式（重点）；静压强的分布规律；流体作用在壁上总压力的计算；等压面方程（测压计）☐教学及考核内容流体静压强特性，压强的测量，重力场中静压强分布基本公式，流体作用在壁上总压力的计算。
热工与流体力学基础第二版知识点
热工与流体力学基础第二版知识点热工与流体力学是工程中的重要学科，涉及热力学、传热学和流体力学等内容。
下面将介绍《热工与流体力学基础第二版》中一些重要的知识点。
第一章：热力学基础本章介绍了热力学的基本概念和基本定律。
热力学是研究热和功之间相互转化关系的学科。
其中包括热力学系统、状态方程、热力学过程等内容。
第二章：气体的热力学性质本章主要介绍了理想气体和真实气体的性质。
理想气体的状态方程为PV=RT，其中P为气体压强，V为气体体积，R为气体常数，T为气体温度。
真实气体的性质受到压力、温度和物质的影响。
第三章：热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律，它表明能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量保持不变。
热力学第一定律还可以用来分析各种热力学过程中的能量转化和能量平衡。
第四章：理想气体的热力学过程本章介绍了理想气体在不同热力学过程中的性质和特点。
其中包括等温过程、等容过程、等压过程和绝热过程。
这些过程在工程中具有重要的应用价值。
第五章：气体混合与湿空气本章介绍了气体混合和湿空气的热力学性质。
气体混合是指两种或多种气体按一定的比例混合在一起的过程。
湿空气是指空气中含有一定的水蒸气。
湿空气的热力学性质对于气候和环境工程有着重要的影响。
第六章：热力学第二定律热力学第二定律是热力学的基本定律之一，它规定了一个孤立系统的熵永远不会减少。
熵是一个表示系统无序程度的物理量，它可以用来描述热力学过程的方向性。
第七章：传热学基础传热学是研究热量从一个物体传递到另一个物体的学科。
本章介绍了传热的基本概念和热传导、对流传热、辐射传热的基本原理。
第八章：传热过程与换热器本章介绍了传热过程和换热器的基本原理和应用。
传热过程包括散热、传热和吸热。
换热器是一种用于实现热能转移的设备，广泛应用于工业生产和能源利用。
第九章：流体力学基础流体力学是研究流体运动规律的学科。
本章介绍了流体的基本性质和运动方程。
流体的性质包括密度、压力、粘度和表面张力等。
流体力学与传热：吸收-小结
NA=ky(y-yi) yi=y-NA/ky=0.0155 xi=yi/m=0.0134
物料衡算
•全塔 •塔顶与塔任一截面
V(Y1－Y2)=L(X1－X2)
Y
L V
(
X
X2
) Y2
•塔底与塔任一截面 V,Y2 L,X2
Y
L V
(
X
X1
) Y1
YX
•回收率
难溶气体， KL kL 液膜阻力控制
提高传质速率的措施：提高液体流速； 加强液相湍流程度。
根据双膜理论，吸收质从气相主体转移到液相 主体整个过程的阻力可归结为（ ）。
A.两相界面存在的阻力； B.气液两相主体中 的扩散的阻力； C.气液两相滞流层中分子扩散 的阻力；
对于难溶气体，吸收时属于
控制的吸收，
强化吸收的方法
亨利定律
p*A ExA
p
* A
cA H
y*A mx A
YA* mX A
x*A
pA E
c
* A
pAH
x*A
yA m
X
* A
YA m
m E H S
p
EM S
H
Ms Pm
➢ 亨利系数E=f(物系，T) 温度T ，E ;
➢ 溶解度系数H =f(物系，T) 温度T ，H
➢ 相平衡常数m＝f（物系，T，P） 温度T ，m ; 总压P , m
ky
Pk G
kx
ck L
K y PK G K x cK L
KG HK L K x mK y
1 1 1 KG Hk L kG
1 m 1 Ky kx ky
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
L
K XS
HOL
X1 dX
X2 Xe X
NOL
Z HOL NOL
HOL：液相传质单元高度；NOL：液相传质单元数
填料层高度＝传质单元高度×传质单元数
6
(1) 气相总传质单元数
NOG
Y1 dY Y2 Y Ye
Y-Ye 推动力 ，NOG 分离难， Z
NOG反映了吸收的难易程度。 当气相被吸收后的浓度变化=该填料层的平均 推动力，即为一个传质单元。
15
解吸
一、概述 1、作用: 1) 吸收剂的再生，以便循环使用;
2) 用于分离混合气体。
2、解吸常用的方法： 压力低，温度高，有利于脱吸 • 加热溶液，增大溶液中溶质的平衡分压； • 用水蒸汽，降低气相中溶质的分压； • 通惰性气体，降低操作压力。
16
强化吸收过程的途径
从G=NA·S=KYY·S可以看出,影响吸收的主要因素:
(3) 对于相平衡关系不同的体系，
则（L/v)min的确定方法也不相同
，如图(b)所示。由其切点E确定
L V min
2
3. 操作液气比及溶剂用量的确定
❖ L/V , 操作线远离平衡线，△Y ，Z 设备费 出塔液相浓度X1 ， 吸收剂循环使用，液体处理量 增大，操作费
❖L/V与设备费和操作费有关 ❖最小液气比是操作的一种极限状态，实际操作液气 比一定大于该值，取最小液气比（L/V)min的 （1.1～2.0）倍
NOG
S难>S中>S易
13
同理，液相总传质单元数：
A L 吸收因数 mV
当A
1时，NOL
1 1- A
ln
1
A Y1 Y2e
Y1 Y1e
A
当A＝1时，NOL
X1 X 2
Y2 m
X2
NOL f A,
Y1 Y2
mX 2 mX1
14
平衡线方程为曲线 （3）图解积分法 （4）梯级图解法
Z V,Y+dY L, X+dX
-VdY= KY(Y-Ye) (α SdZ) LdX= KX(Xe-X) (α SdZ)
V,Y1
L,X1
4
1. 填料层高度计算基本方程
Z V Y1 dY
KYS Y2 Y Ye
Z L X1 dX
K XS X2 X e X
Z－填料层高度 α-单位体积填料层所提供的有效传质面积
Y1 Y2 Y2 Y
9
NOG
Y1 Y2
Y1 Y2
Y1 Y2
Ym
ln Y1
Y2
Y1
ln
Y2 Y1
＝Ym为
对
数
平
均
推
动
力
Y2
将Ye mX LX1 - X 2 V Y1 Y2 代入
则
：N
＝
OG
1
1－ mV
ln Y1 Y2
L
10
对液相总推动力表示的NOL可得类似的形式：
X1 X1e X1 X2 X2e X2
＝f 填料尺寸、形状、填充方式、流体物性、流动情况
t 每m3填料层填料的表面积
Kyα－总体积传质系数－kmol/m3.s 实验测定
物理意义：推动力＝1时，单位时间单位体积填料
内吸收的溶质量
5
2.传质单元高度与传质单元数
V
KYS
HOG
Y1 dY
Y2 Y Ye
NOG
Z HOG NOG
HOG：气相传质单元高度；NOG：气相传质单元数
KY、吸收推动力Y和相接触面积S。
一、提高吸收总系数KY(或KG)或KX(或KL) 吸收过程的主要阻力集中在滞流膜上。要提高吸收 总系数,必须设法降低气膜和液膜的厚度。通过加 大流体的流动速度,增加流体的湍动程度,则可减小 滞流膜层的厚度。
2－3－2 吸收剂用量的确定
1、最小液气比和最小溶剂用量 液气比（L/V)是吸收设计中的重要参数 随操作线斜率，即（L/V)减小，操作线向平衡线靠近，传质推动
力减小，完成相同分离要求所需Z或NT板数增大，即 塔增高。
当（L/V)减小至操作线
Y1
与平衡线相交时如图所示。
相交处传质推动力为零，
所需 Z＝无穷高，
S,
Y1 Y2
mX 2 mX 2
Y1 mX 2
（2）Y2 mX 2
反映溶质吸收率的高低－相对吸收率
吸收率
Y1 Y2 Y1
, Y2
,
Y1 mX 2 Y2 mX 2
, NOG
, Z
（3）
S
mV L
平衡线的斜率 操作线的斜率
－吸收过程推动力的大小
Y1 mX 2 一定， S , Y2 mX 2
❖ 操作时法
（1）平均推动力法：平衡关系为直线
d Y Y1 Y2
dY
Y1 Y2
Y1 Y1 Ye1 Y2 Y2 Ye 2
d
dY
Y
Y1
Y1
Y2
Y2
NOG
Y1 dY Y2 Y Ye
Y1 dY
Y2 Y
Y1 Y2 Y1 d Y
1 23
此时相应的液气比为
（L/V)min。
Y2
L V min
1
对于相平衡关系不同的体系，则（L/V)min的确定方法 也不相同，在塔底气液达到平衡状态，X1=X1max=X1e
L
Y1 Y2
V min
X1e X 2
X1e的求法： （1）由相平衡方程求得：
如X1e＝Y1/m (2) 由图解法求得：
NOL
X1 dX X1 X 2
X2 Xe X
X m
X m
X1 X2 ln X1
X 2
在计算中，关键是确定塔两端推动力的大小 ΔY1，ΔY2或ΔX1,ΔX2
11
(2) 解吸因数法
当平衡关系符合亨利定律Ye=mX时，可采用 解吸 因数法计算传质单元数
NOG
Y1 dY
Y2 Y
Y1 dY Y2 Y m X
依物料衡算
X
X2
V L
Y
Y2
令 mV ＝S，S称为解吸因数 L
NOG
Y1
dY
Y2 1 SY SY2 mX 2
12
当S 1时，NOG
1 1－S
ln
1
S
Y1 Y2
Y2e Y2e
S
当S＝1时，NOG
Y1 Y2 Y2 mX 2
Y1 Y2 Y1 mX1
（1）
NOG
f
mV L
NOG=f(吸收剂，操作条件，平衡关系)
7
（2）气相总传质单元高度
V
HOG KYS
V－气体处理量 KYa－反映传质阻力，填料的性质，填料的润湿情况
❖ HOG＝f(流动条件、填料特性、汽液特性）实验测 定
❖ 传质单元高度相当于完成一个传质单元分离任务 所需要的填料层高度
❖ 传质单元高度的大小反映填料性能的好坏。
3
2.3.3 填料层高度的计算
对传质微元进行物料衡算。
气液两相经 dZ 的吸收传质量
V,Y2
L,X2
dGA=-VdY=LdX (kmol/s)
在微元内的吸收速率 单位(kmol/s.m2)
NA=KY(Y-Ye)= KX(Xe-X) dGA=NAdA=NA(αSdZ)
V,Y L,X dZ
dA-微元填料层内的传质面积 a=填料有效表面积/填料层的体积