《化工原理》第五讲
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化工原理第五章吸收(传质理论之一)超详细讲解
例5-2 解：SO2-水体系,20℃时溶液的浓度为2.5%(质量百分比), 求气相SO2的平衡分压,查附表九知：E= 0.36×107 Pa， 将质量百分比ω→xA 。
∴p*A=ExA=0.36*107*0.00716=25.78 kPa
例5-3：含NH320%(yA1)的NH3-空气混合气体100m3, 用水恒温吸收至混合体中含氨5%(yA2),求NH3被吸收 的体积。
传热过程
吸收过程
理论 将对流给热视为壁 实质 附近滞流层的热传
导过程—付立叶定
将吸收视为A穿过相界面附 近滞流双膜的分子扩散过 程—费克定律
At
T
T t
t
A1(T tw1) A2 (tw2 t)
N
DA C
Dg P
RTpB
g
A( p
吸收前1：nA1/nB=(nA1/n总1)/(nB/n总1)= yA1/yB1 =YA1
= yA1/(1-yA1) 吸收后2：nA2/nB=(nA2/n总2)/(nB/n总2)= yA2 /yB2 =YA2
= yA2/(1-yA2) 由此提示我们：要求A被吸收的量，要用到A在惰性气体 B中A的含量分率yA/yB，令为YA。 定义： YA –摩尔比/比摩尔分数(率)
注意：
1 吸收达平衡时：YA*=mXA或 XA*= YA/m，但两方程的意 义不同，YA*与YA不同。
2 yA=nA/nT YA=yA/yB=nA/nB xA=n`A/n`T XA=xA/xS=n`A/nS 3 溶解度 mA—g(A)/100g(S)
xA、CA、XA与mA的关系： xA= n`A/ n`T= (mA/MA)/( mA/MA+100/MS) XA=n`A / nS= (mA/MA)/(100/MS) CA= n`A/VT= [ρT（溶液）× mA/(100+mA)]/MA kmol/m3
《化工原理》第五讲
扩大管段，细管直径
d=40mm，粗管直径D=80mm，
倒U形压差计中水位差
R=170mm，求(1)水流经该 扩大管段的阻力损失;(2)U
d
形管测到的是：a、阻力损
失，b、压强差，c、动能
差，d、阻力损失与动能差
的和，为什么？
R D
柏努利方程式的应用
例题5、图示管路中装有离心
泵，吸入规格为Φ84x2mm,
加热器 散热器
pa
H
柏努利方程式的应用
例题7、测压强
图示为30℃的水由高 位槽流经直径不等 的两管段，上部细 管直径为20mm，下 部粗管直径为36 mm。 不计所有阻力损失， 管路中何处压强最 低？该处的水是否 会发生汽化？
0.5m
1m
§1-4 流体流动现象
一、流动类型与雷诺数
1、雷诺实验及雷诺数
第五讲主要内容第一章流体流动重点难点14流体流动现象一流动类型与雷诺数2雷诺数的表达式物理意义及其与流动类型的关系4柏努利方程式的应用四柏努利方程式13流体流动基本方程1柏努利方程式判断流动方向计算泵的有效功率分析管路压强变化1柏努利方程式断面的选取判断流动方向计算泵的有效功率分析管路压强变化柏努利方程式的应用1122判断图中流体流动的方向写出具体步骤
（1）雷诺实验
1883年英国物理学家雷诺在如图所示的装置上进行实验得到两 种不同流态的表达方式和特点。
实验装置 颜色水
图3 雷诺实验装置示意图
QV t
实验现象
v小
（a）平稳而鲜明的细色线
v小 层流
（b）振荡摇摆的波形色线
v上
v下
过渡流
（c）色线破裂扩散
湍流
v大
v大
天津大学化工原理第5讲伯努利方程的应用
向。选好上、下游截面（1-1’、2-2’截面），以明确流动系 统的衡算范围。
（2） 截面的选取 规定两截面均应与流体流动方向相垂直，并且在两截面
间的流体必须是连续的。所求的未知量应在截面上或在两截面 之间，且截面上的Z、u、p等有关物理量，除所需求取的未知 量外，都应该是已知的或能通过其它关系计算出来。
结论：p2>p3>p4，而p4<p5<p6。原由：流体在等径管内流动， u一定，位能（gz）与静压能（p/ρ）反复转换的结果。
小结：
1、伯努利方程的应用。 2、伯努利方程的解题步骤。 3、特别注意衡算截面的选取及截面上压强的表示方法。
课外练习：
1、复习、预习。 2、作业：教材Pg79-80第 8、10 题。
4.432 p2 E 101.33J / kg 2 1000
解得：p2 120950Pa
（2）截面3-3’的压强
E3
gZ3
u32 2
p3
4.432 2
p3 1000
E
101.33J
/ kg,
解得：p3 91520Pa
（3）截面4-4’的压强
E4
gZ4
1.4 105
10.6
2 1000
2 1000
解得： u1 0.701m / s
Ws
u1 A1
d12
4
u1
3.14 0.32 0.7011000 49.55kg / s 1.78 105 kg / h 4
2）确定设备间相对位置
例1-13 有一输水系统，如本题附图所示，水箱内的水面维 持恒定，输水管直径φ60×3mm，输水量为18.3m3/h，水流经 全部管道（不包括排出口）的能量损失可按Σhf=15u2计算，式 中u为管道内水的流速（m/s）。试求: (1)水箱内的液面必须高出 排出口的高度H； (2)若输水量增加5%，管道 的直径及其布置不变，管路 损失仍按上式计算，则水 箱内的水面将升高多少米?
（2） 截面的选取 规定两截面均应与流体流动方向相垂直，并且在两截面
间的流体必须是连续的。所求的未知量应在截面上或在两截面 之间，且截面上的Z、u、p等有关物理量，除所需求取的未知 量外，都应该是已知的或能通过其它关系计算出来。
结论：p2>p3>p4，而p4<p5<p6。原由：流体在等径管内流动， u一定，位能（gz）与静压能（p/ρ）反复转换的结果。
小结：
1、伯努利方程的应用。 2、伯努利方程的解题步骤。 3、特别注意衡算截面的选取及截面上压强的表示方法。
课外练习：
1、复习、预习。 2、作业：教材Pg79-80第 8、10 题。
4.432 p2 E 101.33J / kg 2 1000
解得：p2 120950Pa
（2）截面3-3’的压强
E3
gZ3
u32 2
p3
4.432 2
p3 1000
E
101.33J
/ kg,
解得：p3 91520Pa
（3）截面4-4’的压强
E4
gZ4
1.4 105
10.6
2 1000
2 1000
解得： u1 0.701m / s
Ws
u1 A1
d12
4
u1
3.14 0.32 0.7011000 49.55kg / s 1.78 105 kg / h 4
2）确定设备间相对位置
例1-13 有一输水系统，如本题附图所示，水箱内的水面维 持恒定，输水管直径φ60×3mm，输水量为18.3m3/h，水流经 全部管道（不包括排出口）的能量损失可按Σhf=15u2计算，式 中u为管道内水的流速（m/s）。试求: (1)水箱内的液面必须高出 排出口的高度H； (2)若输水量增加5%，管道 的直径及其布置不变，管路 损失仍按上式计算，则水 箱内的水面将升高多少米?
化工原理(华理)-吸收- [考研大题]
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1
N OG =
Δym——以气相浓度表示的 全塔对数平均推动力
1 y − mx 2 1 ln 1 − 1 + 1 A y 2 − mx 2 A 1− A 当x2 = 0, 逆流吸收， N OG 与η的关系 ? N OG = N OG = 1 y 1 ln 1 − 1 + 1 A y A 2 1− A 1 1 1 1 + = ln 1 − 1 A 1 − η A 1− A 1
• 清水逆流吸收，回收率η=0.92, y=3x ，
L L = 1.2 ⋅ G G m
1/A增大
y − mx2 不变， 若 1 y2 − mx2 1 ↑ ，N OG？ A
y − mx2 不变， 由图可知， 1 y2 − mx2
L 1 求： 、 和N OG G min A
1 m >> 时，气相阻力控制 ky kx 1 m << 时，液相阻力控制 ky kx
= 2.2 × 10 − 4 kmol / m 2 s
②传质速率:
N A = K y ( y − ye ) = K y ( y − mx ) = 6.6 × 10 −6 kmol / m 2 s
Ky≈ky， Kx≈mky ，例：水吸收NH3,HCl (易溶) 当
N OG = ∫ N OG =
y1
y2
dy G ， ye = mx ， x = ( y − y 2 ) + x2 y − ye L
1 y − mx 2 1 ln 1 − 1 + 1 A y 2 − mx 2 A 1− A 解吸因数 1 m = A L 平衡线与操作线斜率之 比 G 1
N OG =
Δym——以气相浓度表示的 全塔对数平均推动力
1 y − mx 2 1 ln 1 − 1 + 1 A y 2 − mx 2 A 1− A 当x2 = 0, 逆流吸收， N OG 与η的关系 ? N OG = N OG = 1 y 1 ln 1 − 1 + 1 A y A 2 1− A 1 1 1 1 + = ln 1 − 1 A 1 − η A 1− A 1
• 清水逆流吸收，回收率η=0.92, y=3x ，
L L = 1.2 ⋅ G G m
1/A增大
y − mx2 不变， 若 1 y2 − mx2 1 ↑ ，N OG？ A
y − mx2 不变， 由图可知， 1 y2 − mx2
L 1 求： 、 和N OG G min A
1 m >> 时，气相阻力控制 ky kx 1 m << 时，液相阻力控制 ky kx
= 2.2 × 10 − 4 kmol / m 2 s
②传质速率:
N A = K y ( y − ye ) = K y ( y − mx ) = 6.6 × 10 −6 kmol / m 2 s
Ky≈ky， Kx≈mky ，例：水吸收NH3,HCl (易溶) 当
N OG = ∫ N OG =
y1
y2
dy G ， ye = mx ， x = ( y − y 2 ) + x2 y − ye L
1 y − mx 2 1 ln 1 − 1 + 1 A y 2 − mx 2 A 1− A 解吸因数 1 m = A L 平衡线与操作线斜率之 比 G 1
沉降
)
掉的比例？
四、注意：求直径为dp’(小于dpmin）的颗粒能除
dpmin为能100%除掉的最小直径。实际上比dpmin 小的一些颗粒可能被除掉一部分。 dpmin是以最大下降距离H计算的，有些颗粒在 进入室内时，与下端距离小于H，其直径虽 比dpmin小，亦可能被分离。 设降落距离为H的颗粒中，直径为dp’都能分离，
ut可根据不同Rep范围选用适当公式计算,一般细小颗
粒处于斯托克斯区,则处理量为qv时,能100%分离出 的最小直径dpmin为：
ut = d2 p min ρ p − ρ g 18 μ
(
)
=
qv , A
(Q qv = A ⋅ ut )
∴ d p min =
qv 18 μ ⋅ g ρp − ρ A
(
《化工原理》课件
第五章 颗粒的沉降
§5-1.重力沉降的速度 一、沉降速度
1．重力沉降的含义: 在重力场中,借 连续相和分离相间密度差异使两相得 以分离的过程. 2．受力分析: 颗粒在静止流体中降 落时,受三个力作用:重力,浮力,阻力. 重力和浮力之差,是使颗粒发生沉降作 用. 阻力是流体介质阻碍颗粒运动的 力,其作用力方向与颗粒运动方向相反, 即向上. 沉降作用力减去阻力,使颗粒产生 一加速度a,令颗粒质量为m,则有 (重力-浮力)-阻力=ma
p p t
则 : ut = 在层流区,
4d p ρ p − ρ 3 ρξ ut =
(
)⋅ u (
2
r
方向：沿半径方向向外
d2 p ρp − ρ 18 μ
)⋅ u
2
r
二、分离因素α：离心加速度与重力加速度之 比， 2 r ω 即 α=
g
化工原理第三版第五章吸收精品PPT课件
E小的，溶解度大，易溶气体
3）E的来源：实验测得；查手册
15
（二）亨利定律其它形式
1）pA*
cA H
H——溶解度系数， kmol/（m3·kPa）
cA——摩尔浓度，kmol/m3；
H与E的关系：
p
* A
cA H
c c
c H
x
E c H
16
c
S
M L M S (1 x) M A x M S
（一）亨利定律
总压不高时，在一定温度下，稀溶液上方 气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔 分数成正比，其比例系数为亨利系数。
pA* Ex
14
p
* A
——溶质在气相中的平衡分压，kPa；
x——溶质在液相中的摩尔分数；
E——亨利常数，单位同压强单位。
讨论： 1）E的影响因素：溶质、溶剂、T
物系一定，T E 2）E大的，溶解度小，难溶气体
D'c kL zLcBm
液相传质速率方程有以下几种形式：
N A kL (cAi cAL ) NA kx (xi x)
45
kL——以液相组成摩尔浓度表示推动力的液膜 传质系数，kmol/（m2·s·kmol/m3）；
k x——以液相组成摩尔分率表示推动力的液膜 传质系数，kmol/（m2·s）；
（1）分离混合气体以获得一定的组分。
（2）除去有害组分以净化或精制气体。 （3）制备某种气体的溶液。 （4）工业废气的治理。 吸收的依据 混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异。
3
二、吸收过程与设备
4
脱苯煤气 含苯煤气
冷却器 加热器
洗油 吸收与解吸流程
苯 水 过热蒸汽
5
3）E的来源：实验测得；查手册
15
（二）亨利定律其它形式
1）pA*
cA H
H——溶解度系数， kmol/（m3·kPa）
cA——摩尔浓度，kmol/m3；
H与E的关系：
p
* A
cA H
c c
c H
x
E c H
16
c
S
M L M S (1 x) M A x M S
（一）亨利定律
总压不高时，在一定温度下，稀溶液上方 气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔 分数成正比，其比例系数为亨利系数。
pA* Ex
14
p
* A
——溶质在气相中的平衡分压，kPa；
x——溶质在液相中的摩尔分数；
E——亨利常数，单位同压强单位。
讨论： 1）E的影响因素：溶质、溶剂、T
物系一定，T E 2）E大的，溶解度小，难溶气体
D'c kL zLcBm
液相传质速率方程有以下几种形式：
N A kL (cAi cAL ) NA kx (xi x)
45
kL——以液相组成摩尔浓度表示推动力的液膜 传质系数，kmol/（m2·s·kmol/m3）；
k x——以液相组成摩尔分率表示推动力的液膜 传质系数，kmol/（m2·s）；
（1）分离混合气体以获得一定的组分。
（2）除去有害组分以净化或精制气体。 （3）制备某种气体的溶液。 （4）工业废气的治理。 吸收的依据 混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异。
3
二、吸收过程与设备
4
脱苯煤气 含苯煤气
冷却器 加热器
洗油 吸收与解吸流程
苯 水 过热蒸汽
5
化工原理第四版课件(第五章吸收)
第五章：吸收 概述气液相平衡吸收过程的传质速率吸收塔的计算填料塔第一节：概述一、吸收吸收的定义：吸收是利用气态均相混合物中各组分在吸收剂中溶解度的差异来实现分离的单元操作。
吸收的目的：I.回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品II.除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理III.除去工业放空尾气中的有害气体，以免环境污染。
二、工业吸收了解工业生产中吸收及解吸过程、所需条件和典型设备例子工业上从合成氨原料混合气体中回收CO2乙醇胺脱硫法•需要解决的问题1.选择合适的溶剂2.提供适当的传质设备3.溶剂的再生三、溶剂的选择1.对溶质较大的溶解度；2.良好的选择性；3.温度变化的敏感性；4.蒸汽压要低；5.良好的化学稳定性；6.较低的黏度且不易生泡；7.廉价、无毒、易得、不易燃烧等经济和安全条件。
四、吸收的分类按有无化学反应：物理吸收和化学吸收按溶质气体的浓度：低浓度和高浓度吸收按溶质气体组分的数目：单组分和多组分吸收按有无热效应：等温和非等温吸收本章只讨论低浓度、单组分、等温的物理吸收过程。
五、吸收操作的经济性（费用）气液两相流经设备的能量损耗；溶剂的挥发及变质损失；溶剂的再生费用。
√六、吸收设备第二节：气液相平衡一、平衡溶解度恒温、恒压下，相互接触的气液两相的浓度不变时，气液两相之间的浓度关系。
气液两相组成的浓度分别用物质的摩尔分数来表示，即y= n i /Σn y 、x= n i /Σn x：气液两相中惰性组分的量不变,溶质与惰性组分摩尔比。
yy Y −=1xx X −=11.气体的溶解度气体在溶液中的溶解平衡是一个动态平衡，该平衡的存在是有条件的；平衡时气相中溶质的分压——平衡分压（或饱和分压），液相中溶质的浓度——平衡浓度（或饱和浓度），也即是气体在溶液中的溶解度；气体的溶解度是一定条件下吸收进行的极限程度；温度和压力对吸收操作有重要的影响；加压和降温对吸收有利；升温和降压对解吸有利。
化工原理—蒸馏ppt课件
多组分精馏：例如原油的分别。
双组分精馏：例如乙纯-水体系的分别。
本章着重讨论常压下双组分延续精馏。其原理和计算方法可 推行运用到多组分体系。
气液两相的接触方式
延续接触〔微分接触〕：气、液两 相的浓度呈延续变化。如填料塔。
溶剂 溶剂
规整填料 塑料丝网波纹填料
散装填料 塑料鲍尔环填料
级式接触：气、液两相逐级接触传 质，两相的组成呈阶跃变化。 如板 式塔。
对非理想物系，气〔汽〕、液相的逸度服从以下方程：
fˆiG Pyii
fˆiL fiLxii
式中 i — 气〔汽〕相 i 组分的逸度系数； i — 液相 i 组分的活度系数； fiL — 纯液体 i 在系统温度、压力下的逸度。
fiLpi0i0exV piLP RT pi0
波印丁〔Poynting 〕
xA
P pB0 pA0 pB0
泡点方程〔bubble-point equation〕
理想溶液的汽液平衡——拉乌尔〔Raoult〕定律
xA
P pB0 pA0 pB0
因 poA、poB 取决于溶液沸腾时的〔泡点〕温度，所以上 式实践表达的是一定总压下液相组成与溶液泡点温度关系。
知溶液的泡点可由上式计算液相组成；反之，知组成也可由 上式算出溶液的泡点，但普通需试差。
根据相平衡常数的定义
Ki
yi xi
fiL i Pi
式中 i，i 的计算分别与气〔汽〕相组成和液相组成有关 ，相平衡常数 K 不仅与系统温度、压强有关，也与相组成 有关。要确定非理想物系相平衡关系有相当难度。
相平衡常数〔distribution coefficient〕
当系统压力较低，气相近似为理想气体时，气相逸度系数 i 接近于1，波印丁因子也接近于1，有
双组分精馏：例如乙纯-水体系的分别。
本章着重讨论常压下双组分延续精馏。其原理和计算方法可 推行运用到多组分体系。
气液两相的接触方式
延续接触〔微分接触〕：气、液两 相的浓度呈延续变化。如填料塔。
溶剂 溶剂
规整填料 塑料丝网波纹填料
散装填料 塑料鲍尔环填料
级式接触：气、液两相逐级接触传 质，两相的组成呈阶跃变化。 如板 式塔。
对非理想物系，气〔汽〕、液相的逸度服从以下方程：
fˆiG Pyii
fˆiL fiLxii
式中 i — 气〔汽〕相 i 组分的逸度系数； i — 液相 i 组分的活度系数； fiL — 纯液体 i 在系统温度、压力下的逸度。
fiLpi0i0exV piLP RT pi0
波印丁〔Poynting 〕
xA
P pB0 pA0 pB0
泡点方程〔bubble-point equation〕
理想溶液的汽液平衡——拉乌尔〔Raoult〕定律
xA
P pB0 pA0 pB0
因 poA、poB 取决于溶液沸腾时的〔泡点〕温度，所以上 式实践表达的是一定总压下液相组成与溶液泡点温度关系。
知溶液的泡点可由上式计算液相组成；反之，知组成也可由 上式算出溶液的泡点，但普通需试差。
根据相平衡常数的定义
Ki
yi xi
fiL i Pi
式中 i，i 的计算分别与气〔汽〕相组成和液相组成有关 ，相平衡常数 K 不仅与系统温度、压强有关，也与相组成 有关。要确定非理想物系相平衡关系有相当难度。
相平衡常数〔distribution coefficient〕
当系统压力较低，气相近似为理想气体时，气相逸度系数 i 接近于1，波印丁因子也接近于1，有
化工原理第05章02-25页PPT资料
qV=A底utmin 影响因素分析 ①与沉降面积成正比,与高度无关
②若小颗粒在斯托克斯区沉降，则
qV A底d2pmi(n18p)g
t↑,μ气↑,气体先除尘后加热比先加热后除尘好。 ③当dp<dpmin时,若在斯区沉降
i uutmt inddpmp in2
设计型计算： 已知：qV,要100%除去的dpmin 求：A
5.3 沉降分离设备 5.3.1 重力降尘室 假设：①入口气体均布 ②固体颗粒与气体同速前进 ③入口固体颗粒均布
u qV BH
气体停留时间 L LBH
u qV
颗粒沉降距离 sut LqBV Hut
除尘效率 C进 C出
C进
粒级效率i
C进i C出i C进i
全部除去的最小颗粒dpmin 降尘室的处理能力
ut是颗粒与流体的综合特性。 ut采用了极限处理方法
（2）加速过程的地位 是否重要, 要予以判断 大颗粒，加速时间长，走过距离长, 几乎一直在加速。 小颗粒，加速时间短，走过距离短, 加速段可忽略。
例1 斯托克斯区加速段
由
π π π u 2 π d u
d 3 g d 3 g d 2 d 3
和 4dp(3put2)g
恰当组合，消去待求变量
组成新判据
ζRe2可消去ut ζ/Re2可消去dp
例2 斯托克斯区判据值
Re<2, 由 24 得 ζ>12
Re
则 ζRe2 <48, ζ/Re2 >6
5.2.5 实际沉降
（1）群体颗粒相互干扰,
器壁干扰
（2）分子运动
dp太小(<0.5μm)，与分子 自由程可比，黏度不再适用。
试求：①可被100%除下的最小粒径；
②若小颗粒在斯托克斯区沉降，则
qV A底d2pmi(n18p)g
t↑,μ气↑,气体先除尘后加热比先加热后除尘好。 ③当dp<dpmin时,若在斯区沉降
i uutmt inddpmp in2
设计型计算： 已知：qV,要100%除去的dpmin 求：A
5.3 沉降分离设备 5.3.1 重力降尘室 假设：①入口气体均布 ②固体颗粒与气体同速前进 ③入口固体颗粒均布
u qV BH
气体停留时间 L LBH
u qV
颗粒沉降距离 sut LqBV Hut
除尘效率 C进 C出
C进
粒级效率i
C进i C出i C进i
全部除去的最小颗粒dpmin 降尘室的处理能力
ut是颗粒与流体的综合特性。 ut采用了极限处理方法
（2）加速过程的地位 是否重要, 要予以判断 大颗粒，加速时间长，走过距离长, 几乎一直在加速。 小颗粒，加速时间短，走过距离短, 加速段可忽略。
例1 斯托克斯区加速段
由
π π π u 2 π d u
d 3 g d 3 g d 2 d 3
和 4dp(3put2)g
恰当组合，消去待求变量
组成新判据
ζRe2可消去ut ζ/Re2可消去dp
例2 斯托克斯区判据值
Re<2, 由 24 得 ζ>12
Re
则 ζRe2 <48, ζ/Re2 >6
5.2.5 实际沉降
（1）群体颗粒相互干扰,
器壁干扰
（2）分子运动
dp太小(<0.5μm)，与分子 自由程可比，黏度不再适用。
试求：①可被100%除下的最小粒径；
化工原理第五章讲稿
2019/11/30
二次蒸气 5
料液
加热蒸气 1 2
4
3
1-外壳； 2-加热室； 3-中央循环管； 4-蒸发室； 5-除沫器
冷凝水
完成液
中央循环管式蒸发器
② 悬筐式蒸发器 优点：循环速度可稍大、 易于检修、热损失较小； 缺点：结构复杂、单位 传热面的金属消耗量大； 适用：易结晶、结垢溶 液的蒸发。
三、蒸发器的生产能力和 生产强度
2019/11/30
1、溶液的沸点和温度差损失 蒸发器中的传热温差： Δtm =（Ts - t） 加热蒸汽的温度： Ts（若为150 ℃ ） 蒸发室的压力为1atm而蒸发的又是水： t = T =100℃ 此时的传热温差最大，用ΔtT表示：
tT T s T 1 5 10 0 500
2019/11/30
2019/11/30
② 降膜式蒸发器 优点：传热系数较高，与 升膜相比，可以蒸发浓度 较高的溶液，对粘度较大 的物料也能适用。 缺点：结构较复杂。
2019/11/30
5.1.2 蒸发器的辅助装置
除沫器：利用液体的惯性使气液分离，以除去液沫。
(FW)cp1Fp0cWpwc
给定条件：S，K， x0，t0 ，x1， p0， pk 计算目的：核算蒸发器的处理能力F和加热蒸汽用量D。
或已知： S ，F ， x0，t0 ，x1 ， p0， pk 计算目的：反算蒸发器的K并求D。
2019/11/
5.2.3、蒸发器的生产能力与生产强度
• （1）物料衡算
•
溶质在蒸发过程中不挥发，且蒸发过程是个定态过程，
单位时间进入和离开蒸发器的量相等，即
式中 i 管内溶液沸腾的对 热流 系传 数W ，/(m2 ℃） 0 管外蒸汽冷凝对流 系传 数热 ，
二次蒸气 5
料液
加热蒸气 1 2
4
3
1-外壳； 2-加热室； 3-中央循环管； 4-蒸发室； 5-除沫器
冷凝水
完成液
中央循环管式蒸发器
② 悬筐式蒸发器 优点：循环速度可稍大、 易于检修、热损失较小； 缺点：结构复杂、单位 传热面的金属消耗量大； 适用：易结晶、结垢溶 液的蒸发。
三、蒸发器的生产能力和 生产强度
2019/11/30
1、溶液的沸点和温度差损失 蒸发器中的传热温差： Δtm =（Ts - t） 加热蒸汽的温度： Ts（若为150 ℃ ） 蒸发室的压力为1atm而蒸发的又是水： t = T =100℃ 此时的传热温差最大，用ΔtT表示：
tT T s T 1 5 10 0 500
2019/11/30
2019/11/30
② 降膜式蒸发器 优点：传热系数较高，与 升膜相比，可以蒸发浓度 较高的溶液，对粘度较大 的物料也能适用。 缺点：结构较复杂。
2019/11/30
5.1.2 蒸发器的辅助装置
除沫器：利用液体的惯性使气液分离，以除去液沫。
(FW)cp1Fp0cWpwc
给定条件：S，K， x0，t0 ，x1， p0， pk 计算目的：核算蒸发器的处理能力F和加热蒸汽用量D。
或已知： S ，F ， x0，t0 ，x1 ， p0， pk 计算目的：反算蒸发器的K并求D。
2019/11/
5.2.3、蒸发器的生产能力与生产强度
• （1）物料衡算
•
溶质在蒸发过程中不挥发，且蒸发过程是个定态过程，
单位时间进入和离开蒸发器的量相等，即
式中 i 管内溶液沸腾的对 热流 系传 数W ，/(m2 ℃） 0 管外蒸汽冷凝对流 系传 数热 ，
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柏努利方程式的应用
例题2、测管路
中某点的速
度——皮托管
R
柏努利方程式的应用
例题3、测流量
某鼓风机吸入管直径
为200mm，在喇叭
形进口处测得U形
R
压差计读数为25mm
水柱。若不计阻力
损失，空气的密度
为1.2kg/m3，试求
管道内空气的流量。
柏努利方程式的应用
例题4、测能量损失：水以
3.77x10-3m3/s流量流经一
紊流（Turbulent Flow） 亦称湍流，是指随流速增大，流层逐渐不稳定，质点
相互混掺，液体质点运动轨迹极不规则的流动。
例：输油管道，天然河道，大气环流、洋流、动脉中血液的流动 等等。
雷诺数和临界雷诺数
流动型态判别：
用颜色水观察水流型态（可操作性差） 用临界流速判断（缺乏普适性）
雷诺等人发现：临界流速 由量纲分析得到无量纲量：
第五讲
重点
主要内容
第一章 流体流动 §1-3 流体流动基本方程
1、柏努利方程式判断流动方向、计算泵的有效 功率、分析管路压强变化
2、雷诺数的表达式、物理意义及其与 流动类型的关系
四、柏努利方程式
4、柏努利方程式的应用 §1-4 流体流动现象 一、流动类型与雷诺数
难点
1、柏努利方程式断面的选取、判断流动方向、 计算泵的有效功率、分析管路压强变化
加热器 散热器
pa
H
柏努利方程式的应用
例题7、测压强
图示为30℃的水由高 位槽流经直径不等 的两管段，上部细 管直径为20mm，下 部粗管直径为36 mm。 不计所有阻力损失， 管路中何处压强最 低？该处的水是否 会发生汽化？
0.5m
1m
§1-4 流体流动现象
一、流动类型与雷诺数
1、雷诺实验及雷诺数
紊流
层流：
下临界流速 —— vc
层流（Laminar Flow） 亦称片流，是指在流速较小时，液体质点作有条不紊的有
序的直线运动，水流各层或各微小流束上的质点彼此互不掺 混的流动。
例：毛细血管中血液流动,流速很小的细直管道流动等等。
过渡流（Transitional flow） 层流与紊流之间的过渡阶段。
（1）雷诺实验
1883年英国物理学家雷诺在如图所示的装置上进行实验得到两 种不同流态的表达方式和特点。
实验装置 颜色水
图3 雷诺实验装置示意图
QV t
实验现象
v小
（a）平稳而鲜明的细色线
v小 层流
（b）振荡摇摆的波形色线
v上
v下
过渡流
（c）色线破裂扩散
湍流
v大
v大
层流
紊流：
上临界流速 —— vc'
排出管规格为Φ64x2mm，管
路两端水面高度差为10m，
泵进口高于水面2m,泵的能
量损失可以忽略，吸入管路
能量损失为7.8J/kg,排出管 10m
路能量损失为122.7J/kg,整
个管路的能量损失为
139.5J/kg.管内流量为
1-1
0.012m3/s。求：（1）每千
pa 2m
克流体从离心泵获得多少机
械能？（2）泵进出口断面
的压强为多少？
pa 2-2
柏努利方程式的应用
例题6、图示一管路系统 由水泵，加热器、散热 器及管路组成，各管直 径为d=40mm,为避免管 内出现负压，在A点接 一水面高度为H的水箱， 已知水泵的供水量为 0.004m3/s,循环管路能 量损失为180.4J/kg， 求泵的有效功率。
扩大管段，细管直径
d=40mm，粗管直径D=80mm，
倒U形压差计中水位差
R=170mm，求(1)水流经该 扩大管段的阻力损失;(2)U
d
形管测到的是：a、阻力损
失，b、压强差，c、动能
差，d、阻力损失与动能差
的和，为什么？
R D
柏努利方程式的应用
例题5、图示管路中装有离心
泵，吸入规格为Φ84x2mm,
柏努利方程式的应用
例题1、根据柏努力 方程式判断流体 流动方向
判断图中流体流动的方 向，写出具体步骤：
1`-1
2-2
1、假设流动方向，确定上下游断面和基准面
2、在假定的上下游断面间列柏努力方程 3、根据已知条件计算两断面间的阻力损失 4、如果阻力损失为负值，则假定错误，流动方向相反；为正则假设正确
雷诺生平简介
雷诺（O.Reynolds，1842－1912）： 英国力学家、 理学家和工程师， 1842年8月23日生于爱尔兰，1867 年毕业于剑桥大学王后学院，1868 年出任曼彻斯特欧文学院（后改名 为维多利亚大学）首席工程学教授 ，1877年当选为皇家学会会员， 1888年获皇家勋章。
雷诺于1883年发表了一篇经典性论文—《决定水流 为直线或曲线运动的条件以及在平行水槽中的阻 力定律的探讨》。这篇文章用实验说明水流分为 层流与紊流两种形态，并提出以无量纲数Re作为 判别两种流态的标准。雷诺于1886年提出轴承的 润滑理论，1895年在湍流中引入应力的概念。他 的成果曾汇编成《雷诺力学和物理学课题论文集 》两卷。
层流 紊流
惯性力 粘性力
ρu 2 2
τ
M
L3
L
2
T
Luρ
duρ
Re
μ L 1
μ
μ
T L
粘性力——抑止小扰动，促使液流趋于稳定。 惯性力——使小扰动的作用保持和强化，促使液流趋于紊动。
流速较小（Re较小） 流速较大（Re较大）
粘性力起主导作用 惯性力起主导作用
下临界雷诺数 上临界雷诺数
vc f (d, , )
Re vd vd
Rec
vcd
Re'c
பைடு நூலகம்
vc'd
1、雷诺实验及雷诺数
（2）雷诺数
Re du
圆管内流体流动型态判别准则
Re≤ 2000
Re>4000
雷诺数的物理意义
雷诺数表征了液流的惯性力与粘性力的比值。