陈敏恒化工原理上册化工原理第五章
最新化工原理讲稿(上册)-应化第五章传热3
▪ 欲有效提高 K 值，应采取措施提高控制性热阻侧的α。
第五节 两流体间的传热计算
(二) 考虑污垢热阻的总传热系数
▪ 换热器在运行一段时间后，流体介质中的可沉积物会在换热表面上生成 垢层，有时换热面还会被流体腐蚀而形成垢层。 ▪ 垢层产生附加热阻，使总传热系数减小，传热速率显著下降。 ▪ 因垢层导热系数很小，即使厚度不大，垢层热阻也很大，往往会成为主 要热阻，必须给予足够重视。 ▪ 如管壁内、外侧的污垢热阻分别是Rsi和Rso，则总热阻为：
第五节 两流体间的传热计算
四、 总传热系数K
总传热系数 K 综合反映传热设备性能，流动状况和流体物
性对传热过程的影响。
物理意义：
Q K
A t m
表征间壁两侧流体传热过程的强弱程度。
K = f（流体物性、操作条件、换热器本身特性等）
第五节 两流体间的传热计算
㈠ 传热系数K 的确定方法
⒈选用经验数据
K x Ax
Q K x Ax T t m
－－传热速率方程式
第五节 两流体间的传热计算
Kx1Ax 1 iAi Amo1Ao
平壁：Ai=Am=Ao
Q = K·A·△tm
圆筒壁：Ai≠Am≠Ao
Q = Ki·Ai·△tm= Km·Am·△tm =Ko·Ao·△tm
第五节 两流体间的传热计算
传热速率方程式与牛顿冷却定律的比较
dA m
thT
热 Φ Tw
Φ
流
体
tw
冷 流
th,w
tc,w 体
tct
流体通过间壁的热交换
第五节 两流体间的传热计算
管外壁到冷流体的给热速率： d3 Q odoA (tw － t)
化工原理第五章
第一节 概 述
二、 蒸发操作的分类
（1）按操作的压力分类，可分为常压、加压或减压 （即真空）蒸发。常压操作时，一般采用敞口设备，二次 蒸发直接排到大气中，所用的设备和工艺条件都较为简单。 采用加压蒸发主要是为了提高二次蒸气的温度，以提高传 热的利用率。同时，可使溶液黏度降低，改善传热效果。 另外，某些蒸发过程需要与前、后生产过程的外部压强相 匹配，如丙烷萃取脱沥青需要在2.8~3.9 MPa下进行，宜 采用加压蒸发。工业上应用较多的是真空蒸发，在冷凝器 后连有真空泵，在负压下将被冷凝的水排出。
第一节 概 述
图5-1 1.加热室 2.分离室 3.混合冷凝室 4.分离器
第二节 单效蒸发及其计算
一、 溶液的沸点和温度差损失
前已述及蒸发是间壁两侧均有相变的恒温传热过程，其
传热的平均温度差Δt为加热蒸气的温度T与溶液的沸点t之间的
差值，即
Δt=T-t
(5-1)
Δt称为有效温度差，二次蒸气的温度T′往往小于溶液的
温度差损失）， ℃；
Δ′——操作压强下由于溶液蒸气压下降而引起的沸点升高， ℃；
F——校正系数，无因次，其经验计算式为
式中 T′——操作压强下二次蒸气的温度， ℃； r′——操作压力下水的汽化热，kJ/kg。
第二节 单效蒸发及其计算
2. 按杜林规则计算
杜林规则说明溶液的沸点和同压强下标准溶液沸点间呈线性关 系。由于容易获得纯水在各种压强下的沸点，故一般选用纯水作为 标准溶液。只要知道溶液和水在两个不同压强下的沸点，以溶液沸 点为纵坐标，以水的沸点为横坐标，在直角坐标图上标绘相对应的 沸点值即可得到一条直线（称为杜林直线）。由此直线就可求得该 溶液在其他压强下的沸点。图5-2是由试验测定的不同组成的 NaOH水溶液的沸点与对应压力下纯水沸点的关系线图，已知任意 压力下水的沸点，可由图查出不同浓度下NaOH的沸点。
化工原理第五章第三节讲稿-文档资料49页
解：
逆流时： 热流体： 10 0 40 冷流体： 3015
70 25
tm,逆
t2 t1 ln t2 t1
70 25 ln 70
25
43.70C
并流时： 热流体 ： 10 0 40
冷流体 ： 1530
85 10
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tm,并
QKAtm
K——换热器的平均传热系数，W/m2·K
或
Q
tm
/
1 KA
1 ——总传热热阻 KA
注意：其中K必须和所选择的传热面积相对应，选择的
传热面积不同，总传热系数的数值不同。
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传热基本方程可分别表示为：
Q K iA i tm K 0 A 0 tm K m A m tm
2、传热系数K的计算
流体通过管壁的传热包括：
T Tw
冷 流 体
Q
热
tw
流
体 t
对流 导热 对流
1) 热流体在流动过程中把热量传递给管壁的对流传热
dQ oTT wdoA
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2) 通过管壁的热传导
dQ Tw t w b
dA m
3) 管壁与流动中的冷流体的对流传热 dQ itwtdiA
流动形式
逆流 ： 两流体平行而反向的流动 错流 ： 两流体垂直交叉的流动
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折流 ：一流体只沿一个方向流动，而另一流体 反复折流
逆流
T1 t2
并流
错流
折流
T1
t1
t1
T2
t2 T2
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1、逆流和并流时的传热温差
陈敏恒《化工原理》第5版上册配套考研题库
陈敏恒《化工原理》第5版上册配套考研题库陈敏恒《化工原理》（第5版）（上册）配套题库【考研真题精选＋章节题库】目录第一部分考研真题精选一、选择题二、填空题三、简答题四、计算题第二部分章节题库绪论第1章流体流动第2章流体输送机械第3章液体的搅拌第4章流体通过颗粒层的流动第5章颗粒的沉降和流态化第6章传热第7章蒸发•试看部分内容考研真题精选一、选择题1流体在圆形直管中流动时，若流动已进入完全湍流区，则随着流速的增大，下列四种论述中正确的是（）。
[华南理工大学2017年研]A．摩擦系数减少，阻力损失增大B．摩擦系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，阻力损失与流速的平方成正比C．摩擦系数减少，阻力损失不变D．摩擦系数与流速无关，阻力损失与流速的平方成正比【答案】D查看答案【解析】当流体进入完全湍流区时，摩擦系数和粗糙程度有关，而随着流速的增大，摩擦系数不变，由阻力损失公式可知，阻力损失只与流速的平方成正比。
2层流与湍流的本质区别是（）。
[中南大学2012年研]A．湍流流速＞层流流速B．流道截面大的为湍流，截面小的为层流C．层流的雷诺数＜湍流的雷诺数D．层流无径向脉动，而湍流有径向脉动【答案】D查看答案【解析】流体做层流流动时，其质点做有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合。
流体做湍流流动时，其质点做不规则的杂乱运动并相互碰撞，产生大大小小的漩涡，即湍流向前运动的同时，还有径向脉动。
3一台正在工作的往复泵，关于其流量表述正确的是（）。
[浙江大学2014年研]A．实际流量与出口阀的开度有关B．实际流量与活塞的行程（移动距离）无关C．实际流量与电机转速无关D．实际流量与泵的扬程在一定范围内有关【答案】C查看答案【解析】往复泵的流量（排液能力）只与泵的几何尺寸和活塞的往复次数有关，而与泵的压头及管路情况无关，即无论在什么压头下工作，只要往复一次，泵就排出一定体积的液体，所以往复泵是一种典型的容积式泵。
4离心泵的调节阀关小时，（）。
化工原理第四版陈敏恒答案
第一章习题静压强及其应用1. 用图示的U形压差计测量管道A点的压强，U形压差计与管道的连接导管中充满水。
指示剂为汞，读数R=120mm，当地大气压p a=760mmHg，试求：(1) A点的绝对压强，Pa；(2) A点的表压，mH2O。
2. 为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。
测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。
今测得U形压差计读数为R=130mm，通气管距贮槽底面h=20cm，贮槽直径为2m，液体密度为980kg/m3。
试求贮槽内液体的储存量为多少吨？3. 一敞口贮槽内盛20℃的苯，苯的密度为880kg/m3。
液面距槽底9m，槽底侧面有一直径为500mm的人孔，其中心距槽底600mm，人孔覆以孔盖，试求：(1) 人孔盖共受多少液柱静压力，以kg(f)表示；(2) 槽底面所受的压强是多少Pa？4. 附图为一油水分离器。
油与水的混合物连续进入该器，利用密度不同使油和水分层。
油由上部溢出，水由底部经一倒U形管连续排出。
该管顶部用一管道与分离器上方相通，使两处压强相等。
已知观察镜的中心离溢油口的垂直距离H s=500mm，油的密度为780kg/m3，水的密度为1000kg/m3。
今欲使油水分界面维持在观察镜中心处，问倒U形出口管顶部距分界面的垂直距离H应为多少？因液体在器内及管内的流动缓慢，本题可作静力学处理。
5. 用一复式U形压差计测定水管A、B两点的压差。
指示液为汞，其间充满水。
今测得h1 =1.20m，h2=0.3m，h3 =1.30m，h4 =0.25m，试以N/m2为单位表示A、B两点的压差Δp。
6. 附图为一气柜，其内径9m，钟罩及其附件共重10吨，忽略其浸在水中部分所受之浮力，进入气柜的气速很低，动能及阻力可忽略。
求钟罩上浮时，气柜内气体的压强和钟罩内外水位差Δh (即“水封高”)为多少？7. 附图所示的汽液直接接触混合式冷凝器，蒸汽被水冷凝后，凝液与水沿大气腿流至地沟排出，现已知器内真空度为82kPa，当地大气压为100kPa，问其绝对压为多少Pa？并估计大气腿内的水柱高度H为多少米？8. 如图所示，在A 、B 两容器的上、下各接一压差计，两压差计的指示液相同，其密度均为ρi 。
化工原理第三版（陈敏恒）上、下册课后思考题答案（精心整理版）
化工原理第三版（陈敏恒）上、下册课后思考题答案（精心整理版）第一章流体流动1、什么是连续性假定?质点的含义是什么?有什么条件?连续性假设：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。
质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比分子自由程却要大得多。
2、描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状态；欧拉法描述的是空间各点的状态及其与时间的关系。
3、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?粘性的物理本质是分子间的引力和分子的运动与碰撞。
通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主，温度上升，热运动加剧，粘度上升。
液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。
4、静压强有什么特性?①静止流体中，任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于某一点不同方向上的静压强在数值上是相等的；③压强各向传递。
7、为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好?由静力学方程可以导出，所以H增加，压差增加，拔风量大。
8、什么叫均匀分布?什么叫均匀流段?均匀分布指速度分布大小均匀；均匀流段指速度方向平行、无迁移加速度。
9、伯努利方程的应用条件有哪些?重力场下、不可压缩、理想流体作定态流动，流体微元与其它微元或环境没有能量交换时，同一流线上的流体间能量的关系。
12、层流与湍流的本质区别是什么?区别是否存在流体速度u、压强p的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。
13、雷诺数的物理意义是什么?物理意义是它表征了流动流体惯性力与粘性力之比。
14、何谓泊谡叶方程?其应用条件有哪些?应用条件：不可压缩流体在直圆管中作定态层流流动时的阻力损失计算。
15、何谓水力光滑管?何谓完全湍流粗糙管?当壁面凸出物低于层流内层厚度，体现不出粗糙度过对阻力损失的影响时，称为水力光滑管。
化工原理上册课后习题答案陈敏恒版
化工原理上册课后习题答案流体力学与传热第一章 流体流动1.1 解：混合气体的平均分子量Mn 为Mn=M 2co y 2co + M 2o y 2o + M 2N y 2N + M O H 2y O H 2 =44×0.085+32×0.075+28×0.76+18×0.08 =28.86kg/kmol该混合气体在500℃，1atm 时的密度为 ρ=po T p To Mm **4.22**=4.2286.28×273273=0.455kg/m ³1.2 解：设备上真空表的绝对压强为 绝对压强=大气压―真空度 =740―100=640mmHg=640×760100133.15⨯=8.53×104N/m²设备内的表压强为表压强=―真空度=―100mmHg=―（100×760100133.15⨯）=―1.33×104N/m²或表压强=―（100×1.33×102）=―1.33×104N/m²1.3 解：设通过孔盖中心的0—0水平面上液体的静压强为p ，则p 便是罐内液体作用于孔盖上的平均压强。
根据流体静力学基本方程知 p=p a +ρg h作用在孔盖外侧的是大气压强p a ，故孔盖内外两侧所受压强差为Δp =p ―p a = p a +ρgh ―=a p ρghΔp=960×9.81(9.6―0.8)=8.29×104N/m²作用在孔盖上的静压力为=pΔp ×24d π=8.29×104241076.376.04⨯=⨯⨯πN每个螺钉能承受的力为N 321004.6014.04807.9400⨯=⨯⨯⨯π螺钉的个数=3.76×10341004.6⨯=6.23个1.4解：U 管压差计连接管中是气体。
化工原理第五章习题及答案学习资料
化工原理第五章习题及答案第五章蒸馏一、名词解释：1、蒸馏：利用混合物中各组分间挥发性不同的性质，人为的制造气液两相，并使两相接触进行质量传递，实现混合物的分离。
2、拉乌尔定律：当气液平衡时溶液上方组分的蒸汽压与溶液中该组分摩尔分数成正比。
3、挥发度：组分的分压与平衡的液相组成（摩尔分数）之比。
4、相对挥发度：混合液中两组分挥发度之比。
5、精馏：是利用组分挥发度的差异，同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。
6、理论板：气液两相在该板上进行接触的结果，将使离开该板的两相温度相等，组成互成平衡。
7、采出率：产品流量与原料液流量之比。
8、操作关系：在一定的操作条件下，第n层板下降液相的组成与相邻的下一层（n+1）板上升蒸汽的组成之间的函数关系。
9、回流比：精流段下降液体摩尔流量与馏出液摩尔流量之比。
10、最小回流比：两条操作线交点落在平衡曲线上，此时需要无限多理论板数的回流比。
11、全塔效率：在一定分离程度下，所需的理论板数和实际板数之比。
12、单板效率：是气相或液相通过一层实际板后组成变化与其通过一层理论板后组成变化之比值。
二、填空题：1、在精馏塔的任意一块理论板上，其离开塔板的液相泡点温度与离开塔板的气相露点温度的大小相比是_________。
相等2、当塔板上____________________________________________________时，称该塔板为理论塔板。
离开的汽相与液相之间达到平衡时3、直接水蒸汽加热的精馏塔适用于__________________________________________________的场合。
难挥发组分为水，且要求釜液中易挥发组分浓度很低4、简单蒸馏过程中，釜内易挥发组分浓度逐渐________，其沸点则逐渐_________。
降低，升高5、间歇精馏操作中，若欲保持馏出液组成不变，必须不断______________，若保持回流比不变，则馏出液组成________________。
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0
B 140 C
② 非球形颗粒的曳力系数
计算方法：
◇ Ap取颗粒的最大投影面积
◇ 近似用球形颗粒公式，dp→deV； ◇ 实测ξ-Rep 关系。
5.2.2 颗粒与流体的相对运动
(1) 颗粒在力场中的受力分析
① 场力
FFFecgmmmarge 2VVpVpppappger2
② 浮力
FFFbbbmmmpppager2VVppVagper 2
up u ut
u = 0，up = ut 流体静止，颗粒向下运动； up = 0，u = ut ，颗粒静止地悬浮在流体中； u > ut ， up > 0， 颗粒向上运动； u < ut ， up < 0，颗粒向下运动。
(3) 影响沉降速度的其它因素 ① 干扰沉降------颗粒沉降时彼此影响 ◇ 颗粒浓度对沉降速度的影响 大量颗粒沉降，造成流体反向运动
沉降过程： 第一阶段：沉降槽上部，颗粒浓度低，近似自由沉降； 第二阶段：沉降槽下部，颗粒浓度大，属于干扰沉降。
分级器
5.3.2 离心沉降设备
(1) 离心沉降速度 计算方法：同重力场，重力→离心力；
离心沉降速度ur：随颗粒旋转半径 r 变化 。
通式：ur
2r(p )m AP p
对球形颗粒：ur
是旋风分离器的经济指标。
压降： u2
2
2）常用型式 标准型、扩散式等。 标准型：
结构简单、容易制造、处理量大； 适用于捕集密度大且颗粒尺寸大的粉尘。
标准型旋风分离器
CLK 型：为扩散式旋风分离器，又称 带倒锥体的旋风除尘器，并在锥的底 部装有分割屏，分割屏可使已被分离 的粉尘沿着锥体与分割屏之间的环缝 落入集尘斗，有效防止了上升的净化 气体重新把粉尘卷起带出，从而提高 了除尘效率。
H2
H1 S A
D1 B
D
d
E
一种带旁路的旋风分离器。其特 点为进气口上沿梢低于筒体顶部， 因此含尘气体进入筒体后随之分 为两路，较大的颗粒随向下旋转 的主流气体运动，沉到筒壁落下； 细微粒则随一小部分气体在顶部 旋转聚集形成灰环，再随气流经 旁路分离室旋转向下并沿壁面落 下。这种结构的旋风分离器能促 进细粉尘的聚结，对细粉的分离 较高。
5 颗粒的沉降和流态化
• 5.1 概述
本章考察流固两相物系中固体颗粒与流体间的相对运动
许多化工过程与此种相对运动相联系，例如： （1）两相物系的沉降分离，其中依靠重力的称为重力沉降，依 靠离心力的称为离心沉降。 （2）流固两相之间进行某种物理与化学过程，如固体物料的干 燥（气流干燥、喷雾干燥、沸腾干燥）。 （3）固体颗粒的流动输送。
4d p (p )r 3
层流Stokes 区：
ur
d
2 p
(
p
) 2 r
18
或：ur
d
2 p
(
p
)u 2
18r
(2) 衡量离心分离性能的指标 离心分离因数:
ar 2r u2
g
g rg
说明: 评价离心分离设备的重要指标
α越大，分离效能越高。
（3）离心沉降设备
工业上应用的两种型式：旋流器和离心沉降机。
ut
2g(p )m Ap p
◆ 球形颗粒的沉降速度
因为：AP
4
d
2 p
,
球形颗粒：ut
m
6
d
3 p
p
4d p g(p )
3
Fb FD
Fe
颗粒受力分析
球形颗粒：ut
4d p g(p ) 3
◆ 影响沉降速度的因素
① 颗粒直径 dp ，则ut 其它条件相同时，小颗粒后沉降。
② 流体密度
◇ 流体表观物性的影响 颗粒存在，改变了流体的表观密度和表观粘度。
② 流体分子运动的影响
③非球形颗粒的沉降速度
同样条件下 非球 球
因此
ut,非球 ut,球
④壁效应和端效应
d p 0.01 时, 器壁有影响 D
⑤液滴或气泡变形 液滴或气泡受曳力变形，影响计算准确性。
5.3 沉降分离设备
气体入口
H2
H1
A S2
D1 B
D
XLP/B 型旋风分离器
S
5.4 固体流态化技术 5.4.1 流化床的基本概念
三个阶段：固定床、流化床、颗粒输送。
（a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Lm mfL
L L
气体或液体 气体或液体 （低速）
液体
气体
气体或液体 （高速）
图3-30 不同流速下床层状态的变化：（a）固定床（b）流化开始 （c）散式流化床（d）聚式流化床（e）水力或气力输送
③ 曳力
合力：
F
FD AP
Fe Fb
1 u2
2
FD
ma
m
du dt
Fb
FD Fe
颗粒受力分析
(2)在重力场中颗粒在静止流体中的运动情况
Fb
初始时： u 0,
FD 0
F Vppg Vpg
FD
颗粒运动的两个阶段：加速阶段、恒速阶段
Fe
① 加速阶段：
p 时，Fg Fb，沿重力方向加速 p 时，Fg Fb，沿浮力方向加速
FD
1 u2
2
d pu
令：
Rep
dpu
(Rep )
总曳力计算：
R
ep
=
dpρu μ
(Rep )
实验获得ξ与Rep的关系：
－无因次曳力系数
A －颗粒在运动方向上的投影面积 p
u－来流速度
105
ξ
103 102 10 1.0
（1） （2） （3）
10-1
10-4
10-3
解：20℃空气的密度为ρ＝1.2kg/m3，粘度为 1.81105 Pa s
设直径为10μm的尘粒沉降于斯托克定律区，则颗粒的沉降速度为
ut
d2p (p 18
)g
(10106)2 (1800 1.2) 9.81 18 1.81 105
5.42 103 m/s
Re p
d p u t
1.2
颗粒的停留时间
颗粒的沉降时间
r
L u
LHB qV
② 颗粒分离(沉降)条件
t
H ut
含尘气体
u
ut
停留时间 r 沉降时间t
即：L H u ut
③ 生产能力 (可处理的尘气体积流量q V) 由分离条件得：qV BLut
净化气体
说明：生产能力由底面积、沉降速度决定，与降尘室高度无关， 多用扁平形状或多层降尘室(层高40-100mm)
，则ut
其它条件相同时，颗粒在空气较在水中易沉降。
③ 颗粒密度
p ，则ut
其它条件相同时，密度大的颗粒先沉降。
◆ 沉降速度计算
① 层流区
Rep
2，
24 R ep
斯托克斯(Stokes)公式：ut
d
2 p
(p
)g
18
② 阿伦区
2
Rep
500，
18.5 R 0.6
ep
阿伦( Allen)公式 : ut 0.27
10
10-6 5.42 1.81 105
10
3
3.6 103
2.0
故以上计算有效。
所需沉降面积为
A qv 2500 /3600 128 .6m2 ut 0.0054
因沉降室底面积为2x5m2已定，故所需隔板数目为
N A 1＝128 .6 1＝11.9 12块
A底
10
(2) 沉降槽（增稠器） 利用重力沉降分离悬浮液的设备。 分类：间歇式和连续式
旋流器：设备静止，流体旋转运动；
离心沉降机：设备本身和流体一起旋转。
(1) 旋风分离器
B
① 基本结构与操作原理 ② 旋风分离器的性能参数
进气
排气
出灰口 旋风分离器示意图
◆ 分离效率：
（1）总效率
分离出的颗粒质量
全部颗粒质量 100 %
（2）粒级效率
i
分离出的直径 di颗粒质量 直径di颗粒的总质量
Rep
dut
1 18
d
3 p
g
(
p
2
)
检验Rep值，看是否在层流范围内，若超出则应令设流型，运用 其他公式求得速度，直至所得Rep与公式适用范围相符为止。
自由沉降与沉降速度
ut 是颗粒在流体中受到的曳力、浮力与重力平衡时颗粒与
流体间的相对速度，取决于流固二相的性质，与流体的流 动与否无关。
颗粒在流体中的绝对速度 up 则与流体流动状态直接相关。 当流体以流速 u 向上流动时，三个速度的关系为：
流体流过固体时，固体表面的受力情况：
在运动方向上，流体作用于颗粒表面 的力：
(1) w sindA
W dA
W sin dA
PcosdA
dA
Ñ w sindA 表面曳力
(2) p cosdA
PdA
u
作用在颗粒上的曳力
蜒A p cosdA AcosdA ?A gz cosdA
总曳力：
形体曳力
浮力
蜒 FD
5.2 颗粒的沉降运动
流体和颗粒相对运动的情况：
① 颗粒静止，流体绕过颗粒流动； ② 流体静止，颗粒流动； ③ 颗粒和流体都运动，维持一定相对速度。
5.2.1 流体绕过颗粒的流动 (1) 曳力
阻力：颗粒对流体的作用力； 曳力：流体对颗粒的作用力。
(a) 平板平行于流向
(b) 平板垂直于流向