化工流体流动2324学时
流体流动化工流体流动方面的教学教材
流体流动化工流体流动方面的教学教材流体流动化工是一门涵盖流体力学和化工工艺两个学科内容的交叉学科，其研究内容包括流体的流动规律、流动过程中的传热、传质、反应以及工业流体流动过程的工程设计等。
针对该学科的教学需要，本教材将从流体力学和化工工艺两个方面对流体流动进行全面的介绍和分析。
第一章引言1.1 学科概述1.2 教材内容和结构第二章流体力学基础2.1 流体性质2.1.1 密度、粘度、表面张力2.1.2 流体不可压缩性2.2 流体静力学2.2.1 压力、压强和压力头2.2.2 流体的压力传输和与固体的作用2.3 流体动力学2.3.1 流体流动的描述2.3.2 流体的流动速度和速度分布2.3.3 流体的流量和流速2.3.4 流体的动量守恒定律2.3.5 流体的能量守恒定律第三章流体流动模式3.1 层流流动和湍流流动3.1.1 层流流动的特点和判断条件3.1.2 湍流流动的特点和判断条件3.2 内部流和外部流3.2.1 内部流动的特点和应用3.2.2 外部流动的特点和应用3.3 层流管道和湍流管道3.3.1 层流管道流动的压力损失和能量损失 3.3.2 湍流管道流动的压力损失和能量损失第四章流体的传热与传质4.1 流体的传热机制4.1.1 热传导、热对流和热辐射4.1.2 流体的传热系数和传热方程4.2 流体的传质机制4.2.1 传质模型和传质速度4.2.2 流体的传质系数和传质方程4.3 流体传热与传质过程的计算和设计4.3.1 热传输和传热换热器的设计4.3.2 物质传输和传质装置的设计第五章流体流动的工程应用5.1 流体流动的测量技术5.1.1 流体流动参数的测量方法5.1.2 流体流动的实验技术和仪器5.2 流体流动的工程实例5.2.1 管道流动和泵的工程应用5.2.2 气体流动和风机的工程应用5.2.3 液体流动和搅拌器的工程应用第六章流体流动化工的前沿技术6.1 多相流动6.1.1 流体与固体颗粒的多相流动6.1.2 流体与气体的多相流动6.1.3 流体与液体的多相流动6.2 微尺度流动6.2.1 流体的纳米尺度流动6.2.2 流体的微观流动和微流体力学6.3 流体流动的计算模拟6.3.1 流体流动的数值模拟方法6.3.2 流体流动的计算机辅助设计第七章常用流体流动化工软件7.1 流体流动模拟软件7.1.1 FLUENT软件7.1.2 CFD++软件7.2 流体流动计算软件7.2.1 PIPENET软件7.2.2 PIPE-FLO软件第八章习题与案例分析第九章参考文献本教材通过从基础概念到实际应用的层次结构，全面介绍了流体流动化工的相关理论和工程应用。
2010版0303121《化工原理》教学大纲及课程简介(40学时)
课程代码：0303121课程英文名称：Principles of chemical engineering课程类别：专业基础课课程负责人：尚海涛化工原理教学大纲（总学时：40讲课学时：40实验学时：0）一、课程教学目的通过该课程的学习，使学生了解化工单元操作过程的液体输送、热量传递和质量传递基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和设备的设计计算，建立化工单元操作的概念，掌握单元操作过程的分析问题和解决问题的基本方法；另一方面为后续相关课程奠定一定的理论基础。
二、课程教学的基本内容、要求及学时分配第一章绪论2学时，了解本课程的性质、特点、基本内容、教学及学习方法、单位制及单位换算。
第二章传热14学时，掌握1、传热概念：化工及环保中的传热问题，换热器的类型；传热的三种基本方式；传热过程及传热基本方程，传热推动力和阻力。
2、热传导：导热基本概念、基本定律、导热微分方程；平壁的稳定导热，圆筒壁的稳定导热。
3、对流传热：概述、对流传热微分方程及传热膜系数的影响因素；单相对流传热的因次分析及准数关系式；管内强制对流传热，管外强制对流传热，自然对流传热，冷凝传热，沸腾传热。
4、传热过程计算：传热基本方程、能量衡算、传热系数、平均温差。
5、传热设备：#各种换热器的结构及性能；换热器的强化，各种新型换热器；列管式换热器的设计及选用。
第三章传质分离过程6学时，掌握1、基本概念，传质分离过程在化工和环保中的地位、应用及分类，主要传质设备。
2、平衡分离过程的热力学基础，传质分离过程发生的条件及其方向、推动力和极限，基本操作方法（单级、并流、多极逆流、多极错流、连续逆流）及其特点。
3、传质分离过程的动力学，分子扩散，费克定律，扩散系数，单相中的稳态分子扩散，对流扩散。
第四章吸收8学时，掌握1、基本概念，吸收在化工和环保中的应用，各种类型的吸收。
2、吸收过程的热力学基础：气体在液体中的溶解度，亨利定律，气液平衡，吸收过程的极限与推动力，溶剂的选择。
(完整版)《化工原理》课程教学大纲
(完整版)《化工原理》课程教学大纲《化工原理》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：260353课程名称：《化工原理》英文名称:Principles of Chemical Engineering课程类别：专业基础课学时：90学时,化工原理（上册）40,化工原理(下册)40，实验10学分:4个适用对象:环境工程专业考核方式:期末考试成绩（占70%）加平时成绩(占30％）,其中期末考试为闭卷考试，平时成绩包括考勤，作业、实验和平时测验等。
先修课程：数学、物理、化学、物理化学二、课程简介中文简介：化工原理课程属化学工程技术科学学科,是理论性和实践性都很强的学科，是环境工程专业必修的一门专业基础课程。
本课程的总学时为90学时,其中80学时为课堂教学,而10个学时为实践教学。
其中课堂教学章节和实验教学内容都是按环境工程专业的专业特点而设定的，而与环境工程专业关系不为紧密的则建议自学.英文简介：Chemical engineering is a technology of chemical engineering subdiscipline。
This course specialize in strong theory， practice and is a compulsory courses to environmental engineering specialty. The total period is 90, including 80 period classroom teaaching and 10 period practice teaching。
The content of this course is arranged according to the characteristics of environmental engineering. It is suggested that those content that has little relation with environmental engineering should be self—studied。
化工基础学习知识原理教学方案计划大纲
化工原理教学大纲（试行）（上册）绪论（1学时）第一章流体传递现象(4学时)了解固体、液体和气体外在宏观性质的特点及连续介质假定的意义，理解流体所受各力的基本特征，掌握流动体系的共性与分类，能熟练应用雷诺准数判断流体流动类型，了解流动边界层的结构及在化工过程中的意义。
认识扩散现象，理解现象方程的普遍性意义，掌握牛顿粘性定律、傅立叶定律、费克定律所表述的实质及应用的条件，了解“三传”类比的研究方法。
了解流场的基本概念，掌握流体的速度场、温度场、浓度场的一般性表达方式，熟悉随体导数与梯度的数学表达式。
重点：流体受力，流动体系的分类，流型判断，三大定律，流场概念第二章传递基本方程（17学时）理解衡算体系控制体与控制面的概念，能运用质量守恒定律推导连续性方程，理解由动量守恒定律推导其流体运动微分方程的步骤及过程，掌握流体运动微分方程的典型应用，能熟练运用流体静力学基本方程、圆管内的流速分布以及柏努利方程解决流体流动体系的相关的实际应用问题，熟练掌握直管阻力损失的计算公式，了解流体动力学相似准则及运动方程无因次化的意义。
理解由能量守恒定律推导其传热微分方程的步骤及过程，掌握传热微分方程的典型应用，了解膜系数与摩擦因子类比关系，掌握圆管内的对流传热膜系数的概念及对流传热通量的计算，熟练掌握单层平壁与单层圆筒壁的温度分布及热通量的计算。
理解由质量守恒定律推导其传质微分方程的步骤及过程，掌握传质微分方程的典型应用，了解膜系数与摩擦因子类比关系，对一维稳态分子扩散能运用相关公式进行计算，了解传热传质的类比意义。
认识质量扩散系数的理论与实验研究对化学工程基础研究的重要性，了解分子质量扩散系数与涡流扩散系数的概念及各计算公式的使用范围。
重点：流体静力学基本方程，流体在管内流动的连续性方程与柏努利方程，圆管内的流速分布以及阻力损失的计算；圆管内对流传热膜系数的概念及对流传热通量的计算，单层平壁与单层圆筒壁的温度分布及热通量的计算；一维稳态分子扩散速率计算。
化工原理及实验 教学日历
5学时
第九章精馏
第一讲精馏原理、简单蒸馏
第二讲精馏的逐板计算
第三讲设计型计算
第十一周
5学时
第九章精馏
第四讲精馏影响因素分析
第五讲 精馏的操作型计算
第六讲 精馏的其它类型
第十二周
6学时
第七讲 间歇精馏
第八讲 精馏习题课
实验六 精馏塔操作与全塔效率的测定实验
阶段练习三
第十章气液传质设备
第一讲 板式塔，填料塔
第二讲往复泵、风机
第三讲 流体输送机械习题课
实验二 离心泵特性曲线的测定
第四周
5学时
第四章过滤
第一讲 固定床压降
第二讲 过滤基本方程的应用
实验三 过滤常数测定实验
第五周
5学时
第五章沉降
第一讲 颗粒的沉降
第二讲 离心沉降、流态化
第三讲 过滤、沉降习题课
第六周
6学时
第六章传热
第一讲 热传导
第二讲 对流给热、液体沸腾
实验八 干燥速率曲线测定实验
阶段练习四
第三讲 冷凝给热、热辐射
第七周
5学时
第六章传热
第四讲换热器计算
第五讲 传热习题课
实验四 对流给热系数测定实验
阶段练习二
第八周
4学时
第八章吸收
第一讲 吸收原理、扩散传质
第二讲 低浓度气体吸收
第九周
4学时
第八章吸收
第三讲 吸收塔的操作型计算
第四讲 吸收习题课
实验五 填料吸收塔传质系数的操作及吸收塔的操作
第十三周
4学时
第十一章萃取
第一讲 液液萃取
实验七 液萃取塔的操作及萃取传质单元高度的测定实验
化工基础复习题及参考答案
化工基础复习题及参考答案一.选择题42.(2分) 题号:1550 第1章知识点:700 难度:容易离心泵启动之前要先灌满液，目的是防止（）现象发生。
A. 堵塞B. 气蚀C. 气缚*****答案*****C37.(2分) 题号:1538 第1章知识点:700 难度:容易由于泵内存有气体，启动离心泵而不能送液的现象，称为（）现象。
A. 气蚀B. 气缚C. 喘振*****答案*****B15.(2分) 题号:1208 第1章知识点:200 难度:中等柏努利方程的物理意义可以从题图中得到说明，若忽略A，B间的阻力损失，试判断B玻璃管水面所处的刻度。
（）边1A. a位置B. c位置C. b位置*****答案*****A31.(2分) 题号:1517 第1章知识点:700 难度:中等理想流体在简单管路中作连续流动时，在管子直径小处，静压强就（）A. 大B. 小C. 不变*****答案*****B1.(2分) 题号:2093 第2章知识点:100 难度:容易工业采用翅片状的暖气管代替圆钢管，其目的是（）。
A. 增加热阻，减少热量损失;B. 节约钢材、增强美观;C. 增加传热面积，提高传热效果。
2*****答案*****C5.(2分) 题号:2325 第2章知识点:210 难度:容易流体与固体壁面间的对流传热，当热量通过滞流内层时，主要是以（）方式进行的。
A. 热传导B. 对流传热C. 热辐射*****答案*****A4.(2分) 题号:2324 第2章知识点:100 难度:中等稳定的多层平壁的导热中，某层的热阻愈大，则该层的温度差（）。
A. 愈大B. 愈小C. 不变*****答案*****A6.(2分) 题号:2084 第2章知识点:100 难度:较难3已知钢质园管(外半径为r) 外两层不等厚(b <b)保温材料的温度分布曲线如图示,则A 层导热系数( )B 层的导热系数。
A.小于B.不能确定是否大于C.大于D.等于*****答案*****C1.(2分) 题号:3324 第3章知识点:100 难度:容易气体的享利系数E值越大，表明气体（）。
化工基础1314学时.ppt
文丘里流量计
图1-31 文丘里流量计
15
文丘里流量计
由于文丘里流量计的工作原理类似于孔板流 量计，在1-1’和0-0’两截面之间列机械能衡算方 程，得到与孔板流量计相同的公式，流率可按下 式计算
qV ,s CV A0 2g( p1 p0 )
文氏流量计的流量系 数，其值由实验测定 一般为0.98~0.99。
管道截 面积
孔板小孔 截面积
5
孔板流量计
角接取压法： 通常的做法 是将上、下 游两个测压 口装在紧靠 着孔板前后 的位置上。
6
孔板流量计
引入校正系数:
C2 ，校正上、下游测压口的位置影响。
整理式1-110可得
u0
C1C2 2( pa 1 ( A0
pb ) A1 ) 2
(1-111)
7
孔板流量计
A1
(1-117)
11
孔板流量计
孔板流量计安装位置的上、下游都要有一 段内径不变的直管作为稳定段，根据经验，其
上 游 直 管 长 度 至 少 应 为 10d1 ， 下 游 长 度 至 少 为 5d1。
12
第一章 流体流动
1.8 流量的测量 1.8.1 测速管 1.8.2 孔板流量计 1.8.3 文丘里流量计
流速与流量的测量方法 流量计的结构 流量计的工作原理
37
1.9 非牛顿型流体的流动 1.9.1 非牛顿型流体的流动特性
23
非牛顿型流体的流动特性
流动特性不遵循牛顿黏性定律的流体统称 为非牛顿型流体。
许多非牛顿型流体，在很大的剪切速率范 围内，都可以用如下幂律形式的方程来描述
K ( dux )n
dy
子任务2知识点3：流体连续流动的基本规律.
（1-26） 连续性方程
化工流体的流动
对于不可压缩流体，ρ= 常数，则
V u1 A1 u 2 A2 uA 常数
对于截面为圆形的管道
u1 d 2 u 2 d1
2
（1-27）
化工流体的流动
（4）流体连续稳态流动时的能量衡算
①流体流动时具有的机械能 ⅰ 位能 mkg流体的位能=mgZ 单位质量流体的位能=gZ ⅱ 动能 mkg流体的动能= 1 mu 2 2 1 单位质量流体的动能= u来自2 2图1-30 稳定流动
化工流体的流动
②非稳定流动
各截面上流体的流速、压强、密度等有关物理 量不仅随位置而改变，而且随时间而变的流动就称
为非稳定流动。
图1-31 非稳定流动
化工流体的流动
（3）流体连续稳态流动时的物料衡算
图1-32 连续性方程分析
W u1 A11 u2 A2 uA 常数
（2）掌握流体动力学方程——柏努利方程
化工流体的流动
3.流体流动时的基本规律
（1）流量与流速 ①流量 ⅰ体积流量V 单位时间内通过管路任意截面积的流体体积，单位 为m3/s或m3/h 。（气体标准体积流量的计算） ⅱ质量流量W 单位时间内通过管路任意截面积的流体质量，单位 为kg/s或kg/h。 两者的关系 W V （1-22）
根据能量守恒与转化定律得
E1 E2
所以 若以单位重量流体为衡算基准，则
1 2 p1 1 2 p2 Z1 g u1 We Z 2 g u2 h f （1-28） 2 1 2 2
2 u12 p1 u2 p2 Z1 He Z 2 Hf 2g g 2g g
Z1 g
- 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)。
与沉降 分
离比较
过滤操作示意图
化工流体流动2324学时
二、过滤的方式与介质
过滤
饼层过滤
过滤介质
√
—
织物介质（滤布）
— 多孔固体介质（多孔陶瓷等）
深床过滤
过滤介质 — 堆积介质（砂、木炭、硅藻
土等固体颗粒） 膜过滤
过滤介质 — 多孔膜（有机高分子膜、无 机材料膜等）
化工流体流动2324学时
三、滤饼的压缩性和助滤剂
二、过滤速率和过滤速度
单位时间通过单位过滤面积的滤液体积—过滤速度。
单位时间内获得的滤液体积—过滤速率。
u dV
Ad
单位过滤面 积上的过滤
dV u
d
速率
u dV 3 ( pc ) Ad 5a2 (1 )2 L
V —滤液量，m3
dV
d
3 5a2 (1 )2
( Apc )
L
—过滤时间，s
化工流体流动2324学时
一、滤液通过饼层的流动
2. 滤液通过饼层流动的数学描述
滤液通过饼层的流动可用康采尼公式进行描述。
由 p f 5 (1 )2 a2u
L
3
u 3 ( pc ) 5a2 (1 )2 L
滤液通过饼 层的压降
按整个床层截面 计算的滤液流速
滤液 黏度
化工流体流动2324学时
饼层 厚度
连续沉降槽
化工流体流动2324学时
五、重力沉降设备
3. 分级器
分级器是利用重力 沉降将悬浮液中不同粒 度的颗粒进行初步分离 的设备 。
沉降速度小于水在 环隙处上升流速的 颗粒被溢流带出
沉降速度大于水在 环隙处上升流速的
颗粒进入底流
双锥分级器
化工流体流动2324学时
第三章
非均相物系的分 离和固体流态化
松饼层的物质以改变滤饼的结构— 助滤剂。 助滤剂的基本要求
❖ 能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的
渗透性及较低的流动阻力。
❖ 有良好的化学稳定性，不与悬浮液发生化学反
应，不溶于液相中。
❖ 在操作压力差内，应具有不可压缩性。
化工流体流动2324学时
第三章
非均相物系的分 离和固体流态化
3.1 概 述 3.2 沉降分离 3.3 过滤分离 3.3.1 过滤操作的基本概念
Hb
则 单层沉降室的生产能力
与沉降
Vs blut
室 高度无
多层沉降室的生产能力 隔板关
数目
Vs (n 1)blut
化工流体流动2324学时
五、重力沉降设备
2. 沉降槽
沉降槽是用来 提高悬浮液浓度并 同时得到澄清液体 的重力沉降设备 。
连续
沉 降 槽
操作
间歇 操作
1- 进料槽道 2- 转动机构 3- 料井 4- 溢流槽 5- 溢流管 6- 叶片 7- 转耙
3.1 概 述 3.2 沉降分离 3.2.1 重力沉降 3.2.2 离心沉降（不要求） 3.3 过滤分离 3.3.1 过滤操作的基本概念
化工流体流动2324学时
一、过滤操作的原理
在外力作用下，使悬浮液中的液体通过多孔介
质孔道，而固体被截留在介质上—过滤 。
重力
外力
压惯力性√离心力
特点
❖ 分离速率快。 ❖ 分离程度高。 ❖ 操作强度大。
A —过滤面积，m2
化工流体流动2324学时
三、过滤的阻力
1. 过滤阻力的类型
R —滤饼阻力
Rm —介质阻力
通常 Rm 常数
过滤初期 R 较小 ～ Rm 主导作用
过滤时间 ～ R ～ Rm 作用
滤饼 阻力
介质 阻力
化工流体流动2324学时
三、过滤的阻力
2. 滤饼的阻力
由
dV
Ad
3 5a2 (1 )2
特点
❖ 结构简单； ❖ 流动阻力小； ❖ 体积庞大，分离效率低。
沉降室示意图
适用条件 分离粒度 50μm的粗颗பைடு நூலகம்。
化工流体流动2324学时
五、重力沉降设备
1- 隔板 2,6- 调节闸阀 3- 气体分配道 4- 气体集聚道 5- 气道 7- 清灰口
多层沉降室示意图 化工流体流动2324学时
五、重力沉降设备
过滤总阻力为 滤饼与介质的 阻力之和。
三、过滤的阻力
通常 介质阻力与最初形成的滤饼层阻力难于划分
设 介质对滤液流动的阻力相当于厚度为Le 的滤 饼层的阻力
3.3.2 过滤基本方程式
化工流体流动2324学时
一、滤液通过饼层的流动
1. 滤液通过饼层流动的特点 滤液通过饼层的流动属流体通过固定床的流动
方式，具有以下特点：
❖ 滤液通道细小曲折，形成不规则的网状结构。 ❖ 随着过滤进行，滤饼厚度不断增加，流动阻力
逐渐加大，因而过滤为非稳态操作。
❖ 滤液的流速通常很低，属于层流流动范围。
1. 滤饼的可压缩性
过滤时间 ～ 滤饼厚度
流动阻力 滤饼两侧压差
若 滤饼中固体颗粒受压不发生明显变化
单位厚度滤饼层的流动阻力视作恒定
不可压 缩滤饼
若 滤饼中固体颗粒受压发生变形
单位厚度滤饼层的流动阻力随压差增大而增大
化工流体流动2324学时
可压缩 滤饼
三、滤饼的压缩性和助滤剂
2. 助滤剂 为降低可压缩滤饼的过滤阻力，加入能形成疏
第三章
非均相物系的分 离和固体流态化
3.1 概 述 3.2 沉降分离 3.2.1 重力沉降 一、球形颗粒的自由沉降 二、阻力系数 三、影响沉降速度的因素 四、沉降速度的计算
化工流体流动2324学时
五、重力沉降设备
1. 沉降室
（1） 沉降室的构造
动画：沉降室
沉降室是依靠重力沉降从气流中分离出尘粒的
设备 。
( pc )
L
对于不可压缩滤饼 、a 常数
令
r
5a 2
(1
3
)2
1/m2
滤 饼 比
dV pc pc
Ad rL R
推动 力
阻力
阻
化工流体流动2324学时
滤饼 阻力
R rL 1/m
三、过滤的阻力
比阻 r 分析
❖ 单位厚度滤饼的阻力。
❖ 反应颗粒形状、尺寸及床层空隙率对滤液流动
的影响。
a
～r
～ 滤液流动阻力
（2） 沉降室的计算
设 l —沉降室的长度 H —沉降室的高度 b —沉降室的长度 u —气体的水平通过速度
Vs—沉降室的生产能力
则 位于沉降室最高点颗粒的沉降时间
气体通过沉降室的时间 l
u
化工流体流动2324学时
t
H ut
五、重力沉降设备
满足除尘要求 t
l H u ut
气体在沉降室的水平通过速度 u Vs
对于不可压缩滤饼 r 常数
化工流体流动2324学时
三、过滤的阻力
3. 介质的阻力
仿照 dV pc pc Ad rL R
滤液穿过介质层的速度
dV pm
Ad Rm
过滤速度
过滤介质 的压力差
过滤压 力差
dV pc pm p
Ad (R Rm ) (R Rm )
化工流体流动2324学时
过滤推动力为 滤液通过串联 的滤饼与介质 的总压力降。