流体流动与输送机械
化工原理公式及各个章节总结汇总
第一章 流体流动与输送机械1. 流体静力学基本方程：gh p p ρ+=022. 双液位U 型压差计的指示: )21(21ρρ-=-Rg p p )3. 伯努力方程：ρρ222212112121p u g z p u g z ++=++4. 实际流体机械能衡算方程：f W p u g z p u g z ∑+++=++ρρ222212112121+ 5. 雷诺数：μρdu =Re6. 范宁公式：ρρμλfp d lu u d l Wf ∆==⋅⋅=22322 7. 哈根-泊谡叶方程：232d lup f μ=∆ 8. 局部阻力计算：流道突然扩大：2211⎪⎭⎫ ⎝⎛-=A A ξ流产突然缩小：⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2115.0A A ξ第二章 非均相物系分离1. 恒压过滤方程：t KA V V V e 222=+令A V q /=，A Ve q e /=则此方程为：kt q q q e =+22第三章 传热1. 傅立叶定律：n t dAdQ ϑϑλ-=，dxdt A Q λ-= 2. 热导率与温度的线性关系：)1(0t αλλ+= 3. 单层壁的定态热导率：bt t AQ 21-=λ，或mA b tQ λ∆=4. 单层圆筒壁的定态热传导方程： )ln1(21221r r t t l Q λπ-=或m A b tt Q λ21-=5. 单层圆筒壁内的温度分布方程：C r l Qt +-=ln 2λπ（由公式4推导）6. 三层圆筒壁定态热传导方程：34123212141ln 1ln 1ln 1(2r r r r r r t t l Q λλλπ++-=7. 牛顿冷却定律：)(t t A Q w -=α，)(T T A Q w -=α8. 努塞尔数λαl Nu =普朗克数λμCp =Pr 格拉晓夫数223μρβtl g Gr ∆= 9. 流体在圆形管内做强制对流：10000Re >，1600Pr 6.0<<，50/>d lk Nu Pr Re 023.08.0=，或kCp du d ⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=λμμρλα8.0023.0，其中当加热时，k=，冷却时k= 10. 热平衡方程：)()]([1222211t t c q T T c r q Q p m s p m -=-+=无相变时：)()(12222111t t c q T T c q Q p m p m -=-=，若为饱和蒸气冷凝：)(12221t t c q r q Q p m m -== 11. 总传热系数：21211111d d d d b K m ⋅+⋅+=αλα 12. 考虑热阻的总传热系数方程：212121211111d d R R d d d d b K s s m ⋅++⋅+⋅+=αλα 13. 总传热速率方程：t KA Q ∆=14. 两流体在换热器中逆流不发生相变的计算方程：⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=--22111112211lnp m p m p m c q c q c q KA t T t T 15. 两流体在换热器中并流不发生相变的计算方程：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=--22111122111lnp m p m p m c q c q c q KA t T t T 16. 两流体在换热器中以饱和蒸气加热冷流体的计算方程：2221ln p m c q KAt T t T =--第四章 蒸发1. 蒸发水量的计算：110)(Lx x W F Fx =-=2. 水的蒸发量：)1(1x x F W -= 3. 完成时的溶液浓度：WF F x -=4. 单位蒸气消耗量：rr D W '=，此时原料液由预热器加热至沸点后进料，且不计热损失，r 为加热时的蒸气汽化潜热r ’为二次蒸气的汽化潜热5. 传热面积：mt K QA ∆=，对加热室作热量衡算，求得Dr h H D Q c =-=)(，1t T t -=∆，T 为加热蒸气的温度，t 1为操作条件下的溶液沸点。
化工原理(少学时)思考题答案
因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。 问题 5. 图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一 U 形压差计，读数分别为 R1、R2，两压差计间 用一橡皮管相连接，现将容器 A 连同 U 形压差计一起向下移动一段距离，试问读数 R1 与 R2有何 变化？(说明理由)
答 5．容器 A 的液体势能下降，使它与容器 B 的液体势能差减小，从而 R2 减小。R1 不变，因 为该 U 形管两边同时降低，势能差不变。 问题 6. 伯努利方程的应用条件有哪些?
问题 13. 图示的管路系统中，原 1, 2 ,3 阀全部全开，现关小 1 阀开度，则总流量 V 和各支管
流量 V1, V2, V3 将如何变化？ 答 13．qV、qV1 下降，qV2、qV3 上升。 问题 14. 什么是液体输送机械的压头或扬程?
答 14．流体输送机械向单位重量流体所提供的能量(J/N)。
答 24．通风机施给每立方米气体的能量称为全压，其中动能部分称为动风压。离心泵 的丫头单位是 J/N（米液柱），全风压的单位是为 N/m2，两者单位不同，若按ΔP=ρｇｈ表 示，可知高度ｈ与密度ρ无关时，压差ΔP 与密度ρ成正比。
第二章 传热
问题 1. 传热过程有哪三种基本方式? 答 1．直接接触式、间壁式、蓄热式。 问题 2. 传热按机理分为哪几种? 答 2．传导、对流、热辐射。 问题 3. 物体的导热系数与哪些主要因素有关? 答 3．与物质聚集状态、温度有关。
化工原理（少学时）思考题答案
第一章 流体流动与输送机械
问题 1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件? 答 1．假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。
质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得 多。 问题 2 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降? 答 2．分子间的引力和分子的热运动。
化工原理
《化工原理》重点介绍各主要化工单元操作的基本原理、典型设备和相关汁算，内容包括绪论、流体流动、流体输送机械、非均相物系分离、传热、蒸发、吸收、蒸馏、干燥以及附录。
1.以流体流动(动量传递)为基础阐述流体输送、非均相物系分离相关单元操作；2.以热量传递为基础阐述换热器及蒸发单元操作；3.以质量传递为基础阐述吸收、精馏传质单元操作，4.具有热量、质量同时传递特点的干燥操作。
5.以物料衡算、能量衡算为主线，强调应用基本概念和原理分析、解决工程实际问题。
《化工原理》考试大纲考试内容：流体流动、流体输送机械、非均相物系的分离、传热、蒸馏、吸收、蒸馏和吸收塔设备、干燥、蒸发。
考试要求：一、流体流动（以柏努利方程为主线）通过本章的学习，掌握流体流动的基本规律、管内流动的规律，并应用这些原理和规律去分析和解决流动过程中的有关问题。
1、掌握流体静力学基本方程式及其应用；2、掌握连续性方程式及其应用；3、掌握柏努利方程的物理意义、应用范围及其解题计算；4、掌握流体阻力、流量、雷诺系数等之间的关系；5、掌握流动类型及其判断依据；6、掌握管路计算方法；7、掌握主要流量测量手段的基本原理、适用范围；8、了解管路串、并联的阻力、流量的关系。
二、流体输送机械通过本章的学习，了解掌握管路系统对输送机械的要求。
1、掌握常用泵的主要性能参数、特性曲线；2、掌握常用泵的使用操作要点，如串并联、开启、关闭等；3、了解常用泵和风机的基本性能和适用范围。
三、非均相物系的分离通过本章的学习，了解掌握沉降和过滤两种机械分离操作的基本原理、典型设备的结构与特性。
1、掌握沉降分离的原理、沉降过程及影响因素；2、掌握斯托克斯公式；3、掌握除尘设备的基本原理和选型；4、了解各种机械分离方法的优缺点及其适用范围；四、传热通过本章的学习，了解掌握传热的基本原理、传热规律，并运用其去分析和计算传热过程的有关问题。
1、掌握传热的基本方程式；2、掌握各种传热、导热系数的定义、单位及其差异；3、掌握单、多壁圆筒热传导速率方程及其应用；4、掌握列管换热器的计算；5、掌握强化换热的手段；6、了解傅立叶定律和辐射速率方程；7、了解边界层和保温层基本概念。
化工原理考研 流体流动、流体输送机械计算题及解题思路
化工原理考研流体流动、流体输送机械计算题及解题思路第一章流体、泵1.已知输水管内径均为100mm，管内为常温水，流量为30m3/h，U形管中指示液密度为1260kg/m3，R1=872mm，R2=243mm。
求90°弯头的阻力系数ζ和当量长度。
2.槽内水位恒定。
槽的底部与内径为100mm的水平管连接，当A阀关闭时，测得R=600mm，h=1500mm，U形压差计为等直径玻璃管，试求：(1) 当A阀部分开启时，测得R=400mm，此时水管中的流量为多少(m3/h)？已知λ=0.02，管子入口处ζ=0.5。
(2) 当A阀全开时，A阀的当量长度l e=15d，λ=0.02，则水管中流量为多少(m3/h)？B点压强应为多少Pa(表)？读数R为多少？3.用离心泵将密闭贮槽A中的常温水送往密闭高位槽B中，两槽液面维持恒定。
输送管路为Φ108mm×4mm的钢管，全部能量损失为40×u2/2(J/kg)。
A槽上方的压力表读数为0.013MPa，B槽处U形压差计读数为30mm。
垂直管段上C、D两点间连接一空气倒U形压差计，其示数为170mm。
取摩擦系数为0.025，空气的密度为1.2 kg/m3，试求：(1) 泵的输送量；(2) 单位重量的水经泵后获得的能量；(3) 若不用泵而是利用A，B槽的压力差输送水，为完成相同的输水量，A槽中压力表读数应为多少？4.输水管路系统，AO管长l AO=100m、管内径为75mm，两支管管长分别为l OB=l OC=75m，管内径均为50mm，支管OC上阀门全开时的局部阻力系数ζ=15。
所有管路均取摩擦系数λ=0.03。
支管OB中流量为18m3/h，方向如图所示。
除阀门外其他局部阻力的当量长度均已包括在上述管长中。
试求：(1) 支管OC的流量(m3/h)；(2) A槽上方压强表的读数p A(kPa)。
5.用Φ89mm×4.5mm，长80m的水平钢管输送柴油，测得该管段的压降为5000Pa，已知柴油密度为800kg/m3，黏度为25mPa·s，试求：(1) 柴油在管内的流速(m/s)；(2) 该管段所消耗的功率(W)。
流体在管道中的流动规律——输送机械功率确定.
反映管内流体流动规律的基本方程式有：
连续性方程 柏努利方程
本节主要围绕这两个方程式进行讨论。
一、稳定流动与不稳定流动
稳定流动(steady flow) ：流体在管道中流动时，在任
一点上的流速、压力等有关物理参数都不随时间而改 变。
不稳定流动(unsteady flow) ：若流动的流体中，任一
有效功率：Ne=We· Ws=93.6×2.83=264.8 (W)
用柏努利方程式解题时的注意事项：
(1)选取截面
连续流体； 两截面均应与流动方向相垂直。 强调：只要在连续稳定的范围内，任意两个截面均可选用。
不过，为了计算方便，截面常取在输送系统的起点和终点的 相应截面，因为起点和终点的已知条件多。
m
位能的单位为m2/s2 =J/kg
2．动能
• 动能是单位质量的流体因具有一定的流速 而具有的能量. • mkg流体以速度u流动时，其动能为：(J)
1 2 mu 2 • 1kg流体以速度u流动时的动能为：
1 2 u 2
其单位为J/kg。
3．静压能
• （1）流体的静压强 是指垂直作用于流体单位面积上的力，习惯 上称为压力，以符号p表示，单位是Pa。
d1 50 u2 u1 d 2.8 81 1.07 2
2
2
三、流体在稳定流动系统中的能量变化 规律——柏努利方程式
柏努利方程式是管内流体流动机械能衡算式。
一、流动的流体具有的机械能
1.位能 是单位质量的流体在重力作用下，因 高出某基准面而具有的能量，相当于将质量为1kg的 流体自基准水平面0-0′升举到Z高度为克服重力所作的 功，即： mgz 位能= gz
流体在管路中的流动规律
2020年流体输送机械的心得体会
流体输送机械的心得体会在经过一段时间学习了化工原理后，我了解到了化工原理涉及的单元操作有流体流动和流体输送机械，然后我想结合自己所学习的知识做一个总结。
在刚开始学习这一章的时候觉得概念抽象，涉及面广，物理量多、综合性强，计算量大，公式烦琐，尤其是课程中半理论半经验公式和准数、准数关联式令人感到头痛，学习起来难度大。
后面慢慢领悟到不能纯正只背公式而不去理解，在自我反思和进步中，我了解到工业生产中，输送流体是很多见的、不可或缺的最基本的单元操作。
所谓流体输送机械就是通过向流体作功用来提高流体机械能的机械装置，当流体通过流体输送机械后机械能增加，增加的机械能可以抵消流体输送过程中的摩擦损耗。
现阶段最常用的就是泵，同时我也查阅资料了解到机械密封泵的泄漏问题无法优良解决，但是随着科技发展，无泄漏的磁力驱动泵应运而生，绿色环保的磁力驱动泵必将广泛应用。
我也认识到化工原理内容较多，每一个单元操作都要分几次课来学习，有很多时候往往学了后面，忘了前面。
所以在学习新的一章之前，我觉得要对旧知识的回忆，并且对上堂课讲过的内容进行总结，严重的公式在笔记本中列出。
每学完一章，做一次本章小结。
这样不仅简易掌握该章的内容，而且还能够学到解决工程实际问题的思维方法。
例如我们学习了流动性方程和伯努利方程，还有阻力计算方程。
这些方程主要运用在我们学习的泵的计算。
多见的离心泵、往复泵主要用于液体输送，压缩机和风机用于气体输送。
而液体输送是重点，所以我们不仅要学习泵的工作原理，还要将泵与实际操作和成本经济相结合进行详尽计算，运用的概念和公式比较多。
在求离心泵的特性曲线或工作曲线时，我们要用到前一章的流体流动单元操作中的柏努利方程。
所以在各单元操作之间存在着许多相互连贯和衔接的知识点。
因此，学习了流体流动才能对流体输送机械有更深的了解。
在学习中，我们要善于抓住和利用这些相关衔接点，就可以更好地理解和掌握知识，也就能学习好化工原理这门课程。
流体流动、流体输送机械计算题
流体流动、流体输送机械习题课例题1、用离心泵将池中水送到高位槽，已知管路总长 100m（包括当量长），其中压力表后为80m,管路摩 擦系数，管内径0.05m,当流量为10m'/h 时泵效率 为80%,求：（1）泵的轴功率；（2）压力表读数。
（取 =1000kg/m 3）解：（1）如图取1-1、2-2截面，以1-1截面为基准列柏努利方程:•••勺=0; % = 2 +18 = 20/?/; ]\ =卩2；珥=“2=0（2）以3-3截面为基准，在3-3、2-2截面间列柏努利方程: gz 3 +—+^- = gz 2 +—+^+ZW f3_2 P 2 p 2••• Zj = 0; z 2 = 18m; p 2 = 0; u 2 = 0; u 3 =u = 1.415m/ s p /有效功率 £• 一爲旳•一纽0攸一 10 X 1000X 246.26-684[J/5] 3600IV =gz.2 + X W f =9.81x20 + 50.06 = 246.26( J/kg]轴功率 = 855"] 10/3600 =1・415[加/$] 100 ------ x 0.051.415? 2 =50・06[丿/如 “ 77 80% 一 0.785 x 0.052=0.025 x 9 OQQ=0.025 x ——x 0.05 p ir 1 415 —=^3+ 1^3 ,-^- = 9.81x18 + 40.04-—^ = 215.6[J/^] P 2 22、欲用离心泵将209水以30m 3/h 的流量由水池打 到敞口髙位槽，两液面均保持不变，液面髙差为18m, 泵的吸入口在水池上方2m 处，泵的吸入管路全部阻 力为lm 水柱，压出管路全部阻力为3m 水柱，泵效 率 60%。
求：(1)泵的轴功率；(2)若允许吸上真空高度为5m,用上述安装高 度是否合适(=1000kg/m 3;动压头可略) 解：(1)如图，取1TL 2-2截面，以1-1截面为基准列柏努利方程:已知：Z { =0,Z 2 =18”Pi = p 2.u } =u 2 =0H e = z 2 + 工如-2 =18 + 1 + 3 = 22(/n)泵的轴功率：30 x 22x1000 x 9.813600 x 60%- (2)比=/-仕-为比=5-0-1=4(加)2g比＞2林•・安装高度合适。
《流体输送输送机械》课件
安全操作：操作人员应熟悉通风 机的操作规程，确保安全操作
管道系统的运行与维护
定期检查：检 查管道是否有 泄漏、腐蚀等
现象
定期清洗：清 洗管道，防止
堵塞和污染
定期润滑：润 滑管道，防止
磨损和生锈
定期维护：维 护管道，确保
其正常运行
流体输送输送机械的故障 诊断与处理
章节副标题
泵的故障诊断与处理
故障诊断方法：如观察、听 诊、测量等
THEME TEMPLATE
感谢观看
泵的常见施：如更换零件、 调整参数、维修等
预防措施：如定期检查、维 护、更换易损件等
压缩机的故障诊断与处理
故障类型：机 械故障、电气 故障、液压故
障等
故障原因：磨 损、腐蚀、堵
塞、泄漏等
故障诊断方法： 观察、听声音、 测量、分析等
故障处理措施： 更换零件、调 整参数、清洗、
流体输送输送机械的应用
石油、天然气等能源输送 化工、制药、食品等行业的物料输送 城市供水、排水、污水处理等市政工程 农业灌溉、排涝等农业工程 船舶、飞机等交通工具的燃料输送 热力、电力等能源输送
流体输送输送机械的组成 与结构
章节副标题
泵的组成与结构
泵体：容纳 流体，承受 压力
叶轮：将流 体加速，产 生压力
章节副标题
流体输送输送机械概述
章节副标题
定义与分类
定义：流体输送输送机械是一 种用于输送流体的机械设备， 包括泵、压缩机、风机等。
分类：根据流体输送输送机械 的工作原理和用途，可以分为 泵、压缩机、风机等类型。
泵：用于输送液体，包括离心 泵、轴流泵、混流泵等。
压缩机：用于压缩气体，包括 离心压缩机、轴流压缩机、混 流压缩机等。
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（一）圆形直管中的流动阻力 （二）非圆形管的当量直径
三、管路上的局部阻力 1.局部阻力系数法 2.当量长度法
四、管路系统中的总能量损失
09:12:59
9
一.概述
1、流动阻力产生的原因
流体有粘性，流动时产生内摩擦——阻力产生根源
固体表面促使流动流体内部发生相对运动——提供了 流动阻力产生的条件。 流动阻力大小与流体本身物性（主要为m，r），壁 面形状及流动状况等因素有关。
09:12:59
10
一.概述
2、流动阻力分类
流体在管路中流动的总阻力由直管阻力与局部阻力两部分构成
hf hf hf
直管阻力：由于流体和管壁之间的摩擦而产生； 局部阻力（形体阻力）：由于速度的大小或方向的改变 而引起。
09:12:59
11
二、流体在直管中的流动阻力 1
2
(二 )圆形管的阻力损失
湍流时，由于流体质点的强烈分离与混合，使截面上靠
管中心部分各点速度彼此扯平，速度分布比较均匀，所
以速度分布曲线不再是严格的抛物线。
09:12:59
5
五. 边界层的概念
边界层的存在，对流体流动、传热和传质过程都有重大影响。
（一） 流体在平板上流动边界层的形成和发展
平板上的流动边界层1-8 u<99％us的区域称为流动边界层
8 u2
1
2
Pf
hf
l u2
d2
F
u
d
P1
F
P2
1‘
l
2‘
—— 圆形直管阻力所引起能量损失的通式 称为范宁公式。 （ 对于滞流或湍流都适用）
λ为无因次的系数，称为摩擦因数 。
f (Re, / d)
?
4、管壁粗糙度对摩擦系数的影响
f (Re, / d)
P1 P2 hf
3、计算圆形直管阻力的通式
垂直作用于截面1-1’上的压力
： 垂直作用于截面2-2’上的压力 ：
P1
P2
p1A1
p2 A2
p1 4
p2
d2
4
d
2
平行作用于流体表面上的摩擦力为 ： F S dl
P1 P2 F 0
成水立平的、等径、直管、定态
条件？
p1
4
d2
p2
4
d2
第二章 流体流动与输送机械
三. 流动类型与雷诺准数
（一）雷诺试验
a称为滞流或层流
水的质点沿着与管轴平行的方 向作直线运动，不产生横向运动。 b称为湍流或紊流
质点除了沿管道向前运动外， 还作不规则的杂乱运动，质点速 度的大小和方向随时间而发生变 化
09:12:59
2
三. 流动类型与雷诺准数
影响流体质点运动情况的因素有三个方面，即流体的性 质（主要为ρ、μ），设备情况（主要为d）及操作参数 （主要为流速u）。
dl
0
1 F
2
p1
பைடு நூலகம்
p2
4
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u P1
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P2
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4l d
1‘
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与
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比较，得：
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——圆形直管内能量损失与摩擦应力关系式
公式的变换
hf
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hf
4
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2
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l d
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l
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We
gz
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p f
当 We 0 z 0 u 0 时：
p p f
即：水平、等径直管，无外功加入时，两截面间 的阻力损失与两截面间的压力差在数值上相等。
3、计算圆形直管阻力的通式
1
2
F
u P1
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p1
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l
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z1 z2 0
09:12:59
7
层流内层
边界层内进壁面处的一薄层，无论边界 层的流型为层流或湍流其流动类型均为层流。
①厚度随雷诺数Re的增加而减小
②层流内层的厚薄，不仅对流体流动时产生的 阻力大小有影响，而且对传热传质过程都有重 大影响。
09:12:59
8
§2-4 流体在管内的流动阻力
一、概述 1．流动阻力产生的原因
（二）雷诺准数Re
雷诺综合上述诸因素整理出一 个无因次数群——雷诺准数
du Re
对于流体在直管内的流动
Re<2000时属于层流； Re＞4000时（生产条件下Re＞3000）属湍流； Re=2000~4000之间时，属不稳定的过渡区。
09:12:59
3
四、滞流与湍流
（一）流体内部质点的运动方式
流体在管内作滞流流动时，其质点沿管轴作有规则的平 行运动，各质点互不碰撞，互不混合。
流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动， 并互相碰撞混合，产生大大小小的旋涡。管道截面上某 被考察的质点在沿管轴向前运动的同时，还有径向运动。 即在湍流中，流体质点的不规则运动，构成质点在主运 动之外还有附加的脉动。质点的脉动是湍流运动的最基 本特点。湍流实际上是一种非定态的流动。
09:12:59
4
四、滞流与湍流
（二）流体在圆管内的速度分布
无论是滞流或湍流，在管道任意截面上，流体质点的速 度沿管径而变化，管壁处速度为零，离开管壁以后速度 渐增，到管中心处速度最大。速度在管道截面上的分布
规律因流型而异。
滞流时的速度沿管径按抛物
线的规律分布，截面上各点
速度的平均值u等于管中心
处最大速度umax的0.5倍。
p 09:12:59
f
p1 p2 p
p f hf
12
2、流体阻力的表示方法 对应于机械能衡算的三种形式，流体阻力损失亦有三种表达形式：
hf
hf
g
pf hf
kJ/kg m Pa
阻力损失与压力差的区别：
△pf —— 流体流经两截面间的机械能损失； △p —— 任意两点间的压力差。
二者之间的关系：
F
u
1、不可压缩流体定态流过水平直管
P1
d F
P2
在图中1-1’与2-2’两截面之间（以管中
心线为基准水平面）列柏努利方程式并 1‘
l
2‘
化简，得到 gZ1
u12 2
p1
We
gZ 2
u22 2
p2
hf
z1 z2 , u1 u2 , We 0
则 hf
p1
p2
p
因此管流阻力可用压力降来表示，
边界层的形成，把沿壁面的流动 简化成边界层区与主流区两个区 域，离壁面越近，速度梯度越大， 摩擦应力相当大，不可忽视。
在主流区内，可认为速度梯度不变，即速度梯度为零，粘度没 有影响，摩擦应力可忽略不计，此区域流体可视为理想流体。
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五. 边界层的概念
随着流体的向前运动，粘性对外流区流体持续作用， 促使更多的流体层速度减慢，从而使边界层的厚度δ随自平 板前缘的距离x的增长而逐渐变厚。此过程即边界层的发展。