优选流体输送与传热技术
流体流动与传热学习指导书
流体流动与传热学习指导书绪论知识点聚焦单元操作——指在化⼯⽣产过程中普遍使⽤的、遵循⼀定的物理学定律、所⽤设备相似、具有类似作⽤的物理操作，简称单元操作。
引⼊单元操作概念可以将化⼯⽣产过程分成单元操作过程与化学反应过程两部分研究，从⽽缩短化⼯产品的研发周期。
三传——包括：动量传递、热量传递和质量传递。
流体输送、过滤等在外⼒作⽤下进⾏的单元操作过程，由⽜顿第⼆定律可知是涉及动量传递的过程；对象加热、汽化、冷却、冷凝等单元操作过程属于因温度差导致的热量传递过程；对于吸收、蒸馏、萃取、吸附等单元操作属于因浓度差导致的相际质量传递过程。
“三传”过程往往是同时进⾏并相互影响，如⽔的蒸发过程涉及传热与传质过程。
三传类似性——“三传”之间存在⼀定的类似性，如过程进⾏的⽅向都是从⾼（动量、能量、温度、浓度）到低；三传过程的阻⼒均集中于某⼀区域；过程速率均可表达为过程推动⼒除以阻⼒的形式等等。
单位与单位制——单位是衡量物理量的⼤⼩的依据，有基本单位和导出单位之分。
基本单位与导出单位的集合则称为单位制（度）。
由于不同时期对研究的需要和出发点的不同，先后有不同的单位制。
由于国际单位制（SI）有“通⽤性”与“⼀贯性”两⼤优点，所以我国⽬前使⽤的法定单位制是以国际单位制为基础并结合国情增添了必要的辅助单位及词冠⽽构成的。
流体——具有流动性质的物体，包括⽓体和液体。
液体的密度随压强的变化可忽略，故称为不可压缩流体；⽓体的密度随压强有明显的变化，故称为可压缩流体。
⽆流动阻⼒的流体称为理想流体；满⾜⽜顿粘性定律的流体称为⽜顿型流体；实际流体多为⾮⽜顿型流体。
系统——⼯程上指研究的对象，是指定研究的某个区域范围。
稳定流动系统与不稳定流动系统的概念——稳定流动系统⼜称定态或定常流动系统，是指流动系统中各物理量的⼤⼩仅随位置变化的系统，也即在指定截⾯上物理量的值恒为常数的流动系统。
若流动系统中各物理量不仅随位置变化且随时间变化的，则称为不稳定流动系统，⼜称⾮定态或⾮定常流动系统。
流体介质中的传热与传质过程
流体介质中的传热与传质过程引言流体介质中的传热与传质过程是研究流体中热量和物质传递的重要领域。
在工程和科学领域中，研究流体介质中的传热与传质过程对于实现高效能源利用、优化生产工艺以及理解大自然中的现象具有重要意义。
本文将详细介绍流体介质中的传热与传质过程的基本原理、相关参数以及应用领域。
传热过程传热是指热量从一个物体或一个位置向另一个物体或位置传递的过程。
在流体介质中，热量可以通过三种方式传递：传导、对流和辐射。
1. 传导传导是指通过分子间的碰撞传递热量的过程。
在流体介质中，传导主要通过分子间的热运动实现。
传导热流的大小与温度梯度成正比，与材料的热导率成反比。
2. 对流对流是指由于流体的运动而导致的传热过程。
对流传热可以分为自然对流和强制对流两种方式。
自然对流是指由于密度差异引起的流体运动，如热空气上升、冷空气下降。
强制对流是指通过外部力推动流体流动，如泵等。
对流传热的大小与流体的性质、流速以及流体与固体间的传热系数有关。
3. 辐射辐射是指物体通过电磁波辐射传递热量的过程。
在流体介质中，辐射主要是热量以红外线的形式通过空气传递。
辐射传热的大小与物体的温度、表面特性以及介质的吸收和反射能力有关。
传质过程传质是指物质从一个区域向另一个区域移动的过程。
在流体介质中，传质可以通过扩散、对流和反应三种方式实现。
1. 扩散扩散是指物质由于浓度差异而从高浓度区域向低浓度区域移动的过程。
扩散传质的速率主要与浓度差、物质的分子量以及介质的扩散系数有关。
对流传质是指由于流体的运动而导致的物质传递过程。
对流传质的速率与流体的性质、流速以及流体与固体间的质量传递系数相关。
3. 反应反应传质是指物质通过化学反应或相变过程进行传质的过程。
反应传质的速率与反应速率以及界面的质量传递系数有关。
流体介质中传热与传质的耦合在实际应用中，流体介质中的传热与传质往往是相互耦合的。
传热过程可以引起传质过程，而传质过程也可以引起传热过程。
流体输送技术word资料50页
第一章流体输送技术知识目标：●了解化工管路的组成及管路布置原则；了解流体输送机械的结构、原理及应用；●理解稳定流动的基本概念；流动阻力产生的原因；●掌握连续性方程式、柏努力程式和流体流动阻力的计算；能力目标：●能正确选择流体输送机械和管子的直径；●能拆装化工管路；会流体输送机械的操作和简单故障的分析、排除。
化工生产中所处理的物料，大多为流体（包括液体和气体）。
为了满足工艺条件的要求，保证生产的连续进行，需要把流体从一个设备输送至另一个设备。
实现这一过程要借助管路和输送机械。
流体输送机械是给流体增加机械能以完成输送任务的机械。
管路在化工生产中就相当于人体的血管，流体输送机械相当于人的心脏，作用非常重要。
因此，了解管路的构成，确定输送管路的直径，了解输送机械的工作原理，选择合理的输送机械，学会合理布置和安装管路，正确使用输送机械非常重要。
第一节流体输送管路一、管路的分类化工生产过程中的管路通常以是否分出支管来分类，见表1-1。
表1-1 管路的分类对于重要管路系统，如全厂或大型车间的动力管线（包括蒸汽、煤气、上水及其他循环管道等），一般均应按并联管路铺设，以有利于提高能量的综合利用、减少因局部故障所造成的影响。
图1-1 简单管路图1-2 复杂管路二、管路的基本构成管路是由管子、管件和阀门等按一定的排列方式构成，也包括一些附属于管路的管架、管卡、管撑等辅件。
由于生产中输送的流体是各种各样的，输送条件与输送量也各不相同，因此，管路也必然是各不相同的。
工程上为了避免混乱，方便制造与使用，实现了管路的标准化。
书后附录摘录了部分管材的规格。
管子是管路的主体，由于生产系统中的物料和所处工艺条件各不相同，所以用于连接设备和输送物料的管子除需满足强度和通过能力的要求外，还必须耐温、耐压、耐腐蚀以及导热等性能的要求。
根据所输送物料的性质(如腐蚀性、易燃性、易爆性等)和操作条件(如温度、压力等)来选择合适的管材，是化工生产中经常遇到的问题之一。
优选流体输送课件
而强制输送是利用流体输送设备来输送流体。 强制输送按输送设备的工作原理又可分离心 式、往复式、旋转式、流体作用式等。
常见流体输送方式
流体输送也可以从生产实际出发，采取不同的输送 方式，比如高位槽送料、真空抽料、压缩空气送料 和流体输送机械送料等。
气体 温度 升高
1.1.1 流体输送在化工生产中的应用
化工生产过程所处理的物料大多为流体（气体和液体），这些 流体物料需要从一个设备送到另一个设备（设备间移动），或 从一个工序送往另一个工序（工序间转移），逐步完成各物理 过程和化学过程，从而得到所需要的化工产品。
因此，化工过程的实现必然会涉及到流体输送、流量测量、压 力测量、输送设备所需功率的计算及其选型等问题。要解决这 些问题必须先掌握流体力学中流体流动的有关基本原理、基本 规律和相关的实验知识和应用技能。
对于混合气体
a）平均摩尔质量 Mm =M1￠1+M2 ￠ 2+……Mn ￠ n
M1，M2，… Mn----混合物中各部分的摩尔质量 ￠1， ￠2 … ￠n----混合物中各部分的摩尔分数（或 体积分数 ） 。
流体输送课件
jgb168
教材分析
1.教材介绍
《化工单元过程及操作》是化学工业 出版社出版的第二版，本教材是以应用能 力为主线。
流体输送
流体基本知识 化工管路、输送设备
2.教学目标
知识 与技能
教学 目标
过程 与方法
情感、态 度与价值 观
甲烷的结构和性质
讨论分析、实验探究 掌握有机化学学习方法
实事求是、辨证认识 事物两面性
液体
液体所受压力增大, 其体积几乎不变,故称之 为不可压缩流体
流体输送技术课程标准80
《流体输送技术》课程标准课程名称：流体输送技术适用专业：应用化工技术专业一、课程性质和任务流体输送技术是应用化工技术专业的一门职业技术课，主要培养学生的流体输送工艺的管路设计和泵型选择能力、流体输送设备运行和维护能力、流体输送自动仪表的安装和操作能力。
流体输送是应用化工技术必备的工艺单元，因此流体输送技能是应用化工技术方面高素质技能型专门人才所必须具备的职业技能之一，贯穿于应化工技术人才培养整个历程。
所以，应用化工技术专业根据化工工艺试验工国家职业标准和化工总控工国家职业标准制定该课程。
在知识结构上，其前导课程为：基础化学1（含实验）、化工制图及CAD技术、化工仪表操作技术、化工生产技术。
支撑课程：化工传热技术、传质与分离技术、化工过滤沉降操作技术、化学反应操作技术、顶岗实训、毕业顶岗实习。
通过本课程的实训，使学生形成尊重科学、实事求是、与时俱进、服务未来的科学态度。
充分体现高职教育人才培养模式的基本特征，吸收专业发展和教学改革的新成果，坚持以学生为主体，加强实践教学，突出学生实践能力、创新能力的培养和综合素质的提高。
也使学生更加关心相关技术的发展应用动态，关注其给生活和生产带来的进步和问题，树立正确的科学观。
以培养具有创新精神、创新能力、创业能力和实践能力，具有较强的社会适应能力和竞争能力的高技能人才。
二、课程目标学生具备独立设计流体输送工艺及安装、调试和维护的职业技能，具备化工工艺试验工国家职业标准和化工总控工国家职业标准规定的职业技能。
同时使学生在学习流体输送技术的过程中培养学生独立思考、协同合作、科学严谨的工作态度，培养学生关注相关领域发展动态，紧跟技术发展前沿，树立创新意识，培养创新精神。
1、能力目标通过本课程的实训，学生具备独立设计流体输送工艺及安装、调试和维护的职业技能，具备化工工艺试验工国家职业标准和化工总控工国家职业标准规定的职业技能。
•能够根据生产任务和工业场地环境设计流体输送工艺及绘制工艺流程图；•能够胜任流体输送机械的运行和操作岗位；•能够完成流体输送的管路设计及安装、调试；•能够完成流体输送仪表的选型、安装、调试和操作；•能够完成流体输送设备的维护与维修以及故障检排。
流体传热及换热器设计
流体传热及换热器设计一、引言流体传热及换热器设计是热力学和工程学领域中的重要研究方向，对于提高能源利用效率、改善工业生产过程以及保障设备安全可靠性具有重要意义。
本文将重点讨论流体传热的基本原理和换热器的设计方法。
二、流体传热的基本原理流体传热是指热从一个物体传递到另一个物体的过程。
主要有三种传热方式：传导、对流和辐射。
传导是指热沿物体内部的分子传递，在固体和液体中发生；对流是指在物体表面形成流体层，热通过流体的对流传递；辐射是指热以电磁波的形式通过空气或真空传递。
在实际工程应用中，常常需要通过换热器来提高传热效率。
换热器通常由传热表面和循环流体组成，通过循环流体在传热表面上的流动，使热能从一个流体传递到另一个流体。
三、换热器的设计方法换热器的设计是根据具体的工程要求和条件来确定的。
设计一个合理高效的换热器需要考虑以下几个方面：1. 热量传递系数热量传递系数是指在单位时间和单位面积内，换热器中的热量传递量。
热量传递系数的大小与传热表面的性质、传热流体的性质以及流体流动状态有关。
一般来说，采用流速较高的流体，可以增加传热系数，提高换热效率。
2. 设计流量设计流量是根据设备所需传热量和传热表面的传热系数来确定的。
换热器的设计流量要考虑多方面因素，包括流体的物性参数、流体在管内的流动方式等。
合理的设计流量可以确保换热器在正常工作条件下良好的传热效果。
3. 材料选择换热器的材料选择要考虑工作介质的性质以及工作条件的要求。
在高温、高压或腐蚀性介质的情况下，应选择耐高温、耐腐蚀的材料。
常用的换热器材料有不锈钢、铜、镍合金等。
4. 热力学分析在换热器的设计过程中，还需要进行热力学分析，包括热力平衡计算、热损失计算等。
这些分析可以帮助工程师合理选择换热器的型号和规格，确保其正常运行。
四、总结流体传热及换热器设计是热力学和工程学领域中的重要研究内容。
本文介绍了流体传热的基本原理以及换热器的设计方法，包括热量传递系数、设计流量、材料选择和热力学分析等方面。
流体流动与传热学习指导书
绪论知识点聚焦单元操作——指在化工生产过程中普遍使用的、遵循一定的物理学定律、所用设备相似、具有类似作用的物理操作，简称单元操作。
引入单元操作概念可以将化工生产过程分成单元操作过程与化学反应过程两部分研究，从而缩短化工产品的研发周期。
三传——包括：动量传递、热量传递和质量传递。
流体输送、过滤等在外力作用下进行的单元操作过程，由牛顿第二定律可知是涉及动量传递的过程；对象加热、汽化、冷却、冷凝等单元操作过程属于因温度差导致的热量传递过程；对于吸收、蒸馏、萃取、吸附等单元操作属于因浓度差导致的相际质量传递过程。
“三传”过程往往是同时进行并相互影响，如水的蒸发过程涉及传热与传质过程。
三传类似性——“三传”之间存在一定的类似性，如过程进行的方向都是从高（动量、能量、温度、浓度）到低；三传过程的阻力均集中于某一区域；过程速率均可表达为过程推动力除以阻力的形式等等。
单位与单位制——单位是衡量物理量的大小的依据，有基本单位和导出单位之分。
基本单位与导出单位的集合则称为单位制（度）。
由于不同时期对研究的需要和出发点的不同，先后有不同的单位制。
由于国际单位制（SI）有“通用性”与“一贯性”两大优点，所以我国目前使用的法定单位制是以国际单位制为基础并结合国情增添了必要的辅助单位及词冠而构成的。
流体——具有流动性质的物体，包括气体和液体。
液体的密度随压强的变化可忽略，故称为不可压缩流体；气体的密度随压强有明显的变化，故称为可压缩流体。
无流动阻力的流体称为理想流体；满足牛顿粘性定律的流体称为牛顿型流体；实际流体多为非牛顿型流体。
系统——工程上指研究的对象，是指定研究的某个区域范围。
稳定流动系统与不稳定流动系统的概念——稳定流动系统又称定态或定常流动系统，是指流动系统中各物理量的大小仅随位置变化的系统，也即在指定截面上物理量的值恒为常数的流动系统。
若流动系统中各物理量不仅随位置变化且随时间变化的，则称为不稳定流动系统，又称非定态或非定常流动系统。
化工单元操作技术第一章流体输送技术课件
伯努利方程的讨论
（2）可压缩流体
对于可压缩流体，若流动系统两截面间的绝对压力变 化较小（常规定为 p1 p2 ）20，%则仍可用伯式进行计算，
p1 但流体密度 应以两截面间流体的平均密度 来m 代替。
第一章 流体流动及输送技术 化工单元操作技术
伯努利方程的讨论
A2 A1
d2 d1
2
（5）
说明不可压缩流体在管道内的流速与管道内径的平方成反比
式（1）至式（5）称为流体在管道中作稳定流动的连续性方程
连续性方程反映了稳定流动系统中，流量一定时管路各截面上 流速的变化规律。
第一章 流体流动及输送技术 化工单元操作技术
伯努利方程——预备知识
（一）流动系统的能量
伯努利方程——预备知识
显然，设备内流体的真空度愈高，它的绝对压力就愈低； 表压力愈高，它的绝对压力就愈高。 绝对压力、表压力、真空度以及大气压之间的关系用公式表示为：
p表 p绝 p大, p真 p大 p绝
图示为：
第一章 流体流动及输送技术 化工单元操作技术
伯努利方程——预备知识
注意！
大气压力的数值随大气温度、湿度和所在地海拔的变化而变化 压力以表压或真空度表示时应用括号注明，否则视为绝对压力 压力计算时基准要一致
位能是相对值，计算时 需规定基准水平面
位能：流体因处于重力场中而具有的能量。
单位质量流体的位能为g（z J / kg）
动能：流体因具有一定流动速度而具有的能量。
单位质量流体的动能为 1 u（2 J / kg） 2
静压能：流体具有一定的压力而具有的能量。
单位质量流体的静压能为p（J / kg）
第一章 流体流动及输送技术 化工单元操作技术
- 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)。
已知平均流速 v 0.84umax
求：Q =?
解：忽略流动损失
z1
1 2g
u12
p1
g
z2
1 2g
u22
p2
g
z1 z2 , u1 umax, u2 0
所以
umax umax
2( p2 p1)
因 p2 p1 (Hg w )gh
2(Hg w )gh 212.6 9.8 0.02 2.22m / s w
2
定常流动、非定常流动（steady and unsteady flow)
定常流动： B Bx, y, z
非定常流动： B Bx, y, z;t
0 t
0 t
三、 迹线和流线 迹线 —— 流体质点的运动轨迹线。
属拉格朗日法的研究内容。 烟线/脉线/条文线
4
流线 —— 速度场的矢量线。
任一时刻t，曲线上每一点处的切向量 ds dxi d都yj与 d该zk点的速
例题1：旋风除尘器， A2=100mm*20mm,
d1=100mm, v2=12m/s 求v1 =?
解： A1v1 A2v2
v1
A2v2 A1
0.1 0.0212
0.12
3.06m / s
4
第三节 流体的运动微分方程
无黏流体
微元体在质量力和表面力的作用下产生的加速度 a，根据牛顿
第二定律 ：
为1.2m （不包括出口能量损失），问: h=？
解：
z1
1 2g
u12
Dux Dt
X
1
p x
2ux x2
2ux y 2
2ux z 2
Du y Dt
Y
1
p y
2uy x2
2uy y 2
2uy z 2
Duz Dt
Z
1
p z
2uz x2
2uz y 2
2uz z 2
上式称纳维－斯托克斯（Navier-Stokes）方程。
• 对理想流动，认为流体无粘性， 0 ，这时运动
度向量
相切u。x, y, z, t
流线微分方程：
dsu 0
dx dy dz ux (x, y, z,t) uy (x, y, z,t) uz (x, y, z,t)
5
流线的几个性质：
在定常流动中，流线不随时间改变其位置和形状，流线和迹线重合。 在非定常流动中，由于各空间点上速度随时间变化，流线的形状和位置是 在不停地变化的。 流线不能彼此相交和折转，只能平滑过渡（一般情况）。 流线密集的地方流体流动的速度大，流线稀疏的地方流动速度小。
伯努利方程的应用举例 例题2: 水流
u 4.2m / s p 0
求：ps =?
解：理想流动伯努利方程
z1
1 2g
u12
p1
g
z2
1 2g
u22
p2
g
z
1 2g
u 2
p
g
zs
1 2g
us2
ps
g
z zs , us 0, p 0
则
ps
1 2
u 2
1 1000 4.22 2
8.82kPa
例题3 水管流动 D 150mm
z2 g
1 2
u2
2
p2
Wf
两边同除以g
z1
1 2g
u12
p1
g
We g
z2
1 2g
u22
p2
g
Wf g
令
He
We g
h f
W f g
z1
1 2g
u12
p1
g
He
z2
1 2g
u22
p2
g
hf
位压头、动压头和静压头
----考虑能量输入黏性流体流动的伯努利方程
z1
1 2g
u12
p1 g
z2
1 2g
1mu1 A1 2mv2 A2
一维定常流动积分形式的连续性方程
方程表明：在定常管流中的任意有效截面上，流体的质量流量等于常数。
对于不可压缩流体：
u1 A1 u2 A2
方程表明：对于不可压缩流体的定常一维流动，在任意有效截面上体积流 量等于常数。
在同一总流上， 流通截面积大的截面上流速小，在流通截面积小截面上流速大。 7
u22
p2 g
----理想流体流动的伯努利方程
三、伯努利方程的能量意义和几何意义
z1
1 2g
u12
p1
g
He
z2
1 2g
u22
p2
g
hf
水头：位置，压力，速度 摩擦损失
z1
1 2g
u12
p1
g
He
z2
1 2g
u22
p2
g
hf
有效功率
Ne msWe VsWe
实际消耗的功率
N Ne
η——流体输送机械的效率。
迹线和流线的差别：
迹线是同一流体质点在不同时刻的位移曲线，与Lagrange观点对应； 流线是同一时刻、不同流体质点速度向量的包络线，与Euler观点对应。6
第二节 连续性方程
一元流动总流的连续性方程：
A1，A2为总流上的任意两个截面
u1 和 u2分别表示两个截面上的平均流速，并将截面取为有效截面：
流体输送与传热技术
二、流动分类
按照流体性质划分：
可压缩流体的流动和不可压缩流体的流动； 理想流体的流动和粘性流体的流动； 牛顿流体的流动和非牛顿流体的流动；
按照流动特征区分： 有旋流动和无旋流动；层流流动和湍流流动； 定常流动和非定常流动； 超声速流动和亚声速流动；
按照流动空间区分： 内部流动和外部流动； 一维流动、二维流动和三维流动；1
p
x
Du y Dt
Y 1
p y
Du z Dt
Z
1
p z
或矢量形式：
Du f 1 p
Dt
• 当流体静止不动时，u 0 ，则运动方程简化为 ： X 1 p 0
x
Y 1 p 0
y
Z 1 p 0
z
第四节 伯努利方程
qe
2 p2,u2,2
Vs
vA
0.84um
ax
D
4
2
0.84 2.22 3.14 0.152 4
0.033m3 / s
管内流速分布
充分发展层流
管内充分发展湍流
弯管
例题4，容器间相对位置的计算
已知:从高位槽向塔内进料，高位槽中m/s液位恒 定，高位槽和塔内的压力均为大气压。
φ45×2.5mm，送液量为3.6m3/h。压头损失
2'
1
p1,u1,1
z2
z1 1'
We
0
0'
每1kg流体具有的内能U、位势能zg、动能1/2u2、压力
能pv或p/ρ、输入工、换热量满足总能量守衡。
U1
z1 g
1 2
u1
2
p1v1
We
qe
U2
z2 g
1 2
u
2
2
p2v2
考虑 机械能转化为热，过程不可逆，记为机械能损失
z1 g
1 2
u1
2
p1
We
Xxyz
(
p
pFx x)myddzutx
(
p
p
x
)yz
xyz
dux
x 2
x 2
dt
两端同除以微元体的质量dxdyd,z并整理有：
X
1
p x
du x dt
Y
1
p y
du y dt
Z
1
p z
du z dt
写成矢量式：
f
1
grad
p
du dt
• 对于不可压缩粘性流体，粘性体膨胀应力为零， 其运动方程为：