1、虚拟压强,静止的连通的同种流体在同一水平面上压强相等,一.主要计算公式,静止的流体内部虚拟压强处处相等,流体静力学基本公式,第一章 流体流动,当管子平放时：,P 1P 2,U形压差计的读数R的大小反映了被测两点间虚拟压强之差,分界线,二、重要概念 概述：流体连续性假定、牛顿粘性定律、粘度及其影响因素 流体静力学：等压面 流体流动规律：质量守恒能量守恒 流体流动类型：雷诺数层流与湍流的本质区别、速度分布边界层概念、边界层的发展、边界层分离 流体流动阻力：局部阻力直管阻力 管路计算：简单管路复杂管路 三、设备及仪表压差计、流量计等结构及测量原理。,第二章 流体输送机械,流体输送,泵的作用,静压能,
2、位能,阻力损失,流体输送机械,提高流体的机械能,有关离心泵的知识体系,基本原理： 泵结构 工作原理 特性曲线,主要性能参数： 压头H、流量Q 轴功率N 、机械效率,影响因数： 密度、粘度、 叶轮转数n、叶轮直径D,影响,理解,解释,操作与调节： 启动 控制流量 防止气缚 流量调节 工作点,安装特点： 安装高度 气蚀余量,分类选型： 根据任务确定H、Q 选择确定泵型号 校核泵的特性曲线,应 用,一、练习题,4. 如图，U形管压差计测得：( ) A. A.B间的动压头差加阻力损失 B. A.B间的压强差 C. A.B间的位头差加阻力损失 D. A.B间位头差,1. 在阻力平方区内，摩擦系数（ ）。
3、A为常数，与/d、Re均无关 B. 随Re值加大而减小C与Re值无关，是/d的函数 D. 是Re值与/ d的函数,2. 层流底层越薄( )。 A. 近壁面速度梯度越小 ； B. 流动阻力越小； C. 流动阻力越大； D. 流体湍动程度越小。,3. 转子流量计的主要特点是( )。 A. 恒截面、恒压差； B. 变截面、变压差； C. 恒流速、恒压差； D. 变流速、恒压差,5. 气体在等径圆管内作等温定态流动时，管内各截面上的（ ）.A. 速度相等 B. 体积流量相等C. 速度逐渐减小 D. 质量流速相等,6. 在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是( )A.同一种流体内部 B连通着的两种流
4、体C同一种连续流体 D.同一水平面上，同一种连续的流体,7从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )A. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关；B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关；C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关；D. 与指示液密度有关，与液面高度、U形管粗细无关。,8. 离心泵的效率和流量Q的关系为（ ）AQ增大，增大 B Q增大，先增大后减小CQ增大，减小 D Q增大，先减小后增大,9. 正常情况下，离心泵的最大允许安装高度随泵的流量增大而（ ）A. 增大； B. 减小 ； C. 不变；D. 不定。,10. 离心泵在一定的管路系统工
5、作，如被输送液体的密度发生变化(液体其余性质不变)则( )A. 任何情况下扬程与无关,C. 只有在阻力损失为0时扬程与无关,B.,D.,11. 除阻力平方区外，摩擦系数随流体流速的增加而 ，阻力损失随流体流速的增加而 。,12. 某液体在内径为d0的水平管路中稳定流动，其平均流速为u0，当它以相同的体积流量通过等长的内径为d1(d1=d0/2)的管子时，若流体为层流，则压降p为原来的 倍。,13. 某流体于内径为50mm的圆形直管中作稳定的层流流动。其管中心处流速为3m/s，则该流体的流量为 m3/h，管壁处的流速为 m/s。,14. 水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器，当管
6、道上的阀门开度减小后,水流过直管的摩擦系数 ，管道总阻力损失 。(变大,变小,不变),15. 如图所示系统，大管内径为d145mm，液体在大管内的流速为0.5m/s，小管内径为d219mm，从1-1到2-2截面（管内截面）的阻力损失为15J/kg，则2-2处的流速为 m/s，此值是根据 方程计算而得。,16. 米糠油在管中作层流流动，若流量不变,管径、管长不变，油温升高，粘度为原来的 1/2 ，则摩擦阻力损失为原来的_倍。,17. 泵的扬程的单位是 ，其物理意义是 。,18. 离心泵的泵壳做成蜗壳状，其作用是 和 。,19. 为防止泵发生汽蚀，则要求装置的汽蚀余量 泵的必需汽蚀余量。（大于、小
7、于、等于）,20. 当离心泵出口阀门开大时，流量，泵出口压力_。(变大,变小,不变),21. 用离心泵向锅炉供水，若锅炉中的压力突然升高，则泵提供的流量_，扬程_。,22.如本题附图所示，槽内水位维持不变。槽底部与内径为100mm钢管相连，管路上装有一个闸阀，阀前离管路入口端15m处安有一个指示液为汞的U管压差计，测压点与管路出口端之间距离为20m。,当闸阀关闭时测得,当闸阀部分开启时， 测得,管路摩擦系数取,入口处局部阻力系数取0.5，问每小时从管中流出水量为多少m3?,当阀全开时（取闸阀全开,测压点B处的静压强为若干Pa(表压）?,解：取槽内液面为1截面，测压点为2截面，管出口为3截面 设
8、槽内液面距槽底部出水管的距离为Z,闸阀关闭时,由流体静力学平衡方程：,当闸阀部分开启时：,由槽内液面至测压点间列柏努利方程,又,代入上式解得,由槽内液面至管出口间列柏努利方程,又,代入上式解得,由槽内液面至测压点间列柏努利方程,又,代入上式解得,解：已知：,如右图所示，选取贮油池液面为1-1截面，高位槽液面为2-2截面，并以1-1截面为基准水平面列伯努利方程可得：,由于贮油池和高位槽均为敞口，所以,故有：,又管路中流速,所以总的压头损失,所以,第4章 流体流过颗粒层的流动,1.混合物的分离,原料的提纯 反应产物与尚未反应的原料及副产物的分离 废气、废液的处理,均相混合物,非均相混合物,物系内部
9、各处物料性质均匀而且不存在相界面的混合物。 如：互溶溶液及混合气体,物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧的物料性质截然不同的混合物。,分离,沉降,过滤,2 颗粒床层的特性,(1) 单颗粒的几何特性参数,球形颗粒,非球形颗粒,当量直径,颗粒的形状系数,(2) 颗粒群的特性,分布函数F与频率函数f,(3) 颗粒床层的几何特性,床层的空隙率,床层的各向同性,床层的比表面积aB,3. 流体通过颗粒固定床的压降,流体在固定床层中的流动,孔道：曲折、相互交错、不规则,流动特性：旋涡数目很多，流速不均匀,流型：层流、湍流，过渡区较大,床层的简化物理模型,Kozeny方程,Ergun方程,4. 过滤原理及设
10、备,滤饼过滤,深层过滤,过滤方式,过滤设备,压滤和吸滤,离心过滤,叶滤机,板框压滤机,回转真空压滤机,间歇卸渣离心机,连续卸渣离心机,厢式压滤机,5. 过滤过程计算,(1)物料衡算,固体：,总量：,(2)过滤基本方程式,(3)间歇过滤的滤液量与过滤时间的关系,恒速过滤方程,恒压过滤方程,过滤常数的测定,(4)过滤机生产能力的计算,间歇式过滤机一个完整的操作周期,过滤时间,洗涤时间,辅助时间,Qmax 最大生产能力,6.加快过滤速率的途径,改变滤饼结构,改变悬浮液中颗粒聚集状态,动态过滤,第6章 传热,传热过程冷热流体的接触方式,直接接触式(混合式传热),蓄热式,间壁式,热载体及其选择,传热机理
11、,热传导,对流,热辐射,一、概述,28,两流体通过间壁的传热过程,稳态传热：,二、热传导,傅立叶定律和热导率,通过平壁的定态热传导,通过圆筒壁的定态热传导,通过多层壁的热传导,（1）多层平壁热传导,各层的温差,（2）多层圆筒壁的热传导,各层的温差,接触热阻,三、对流给热,流体在传热过程中是否有相变化,流体无相变的给热过程,流体有相变的给热过程,强制对流给热,自然对流给热,蒸汽冷凝给热,液体沸腾给热,流体被冷却：,牛顿冷却定律：,流体被加热：,对流传热,有相变传热,无相变传热,冷凝传热,沸腾传热,自然对流,强制对流,管外对流,管内对流,圆形直管,非圆管道,弯管,湍流,过渡流,滞流,大容器内液体沸
12、腾,管内强制沸腾,膜状冷凝,滴状冷凝,适用范围： Re10000，0.760,圆形直管内的强制湍流,流体被加热时，b0.4；被冷却时，b0.3。,定性温度取tm(t2t1)/2,注意事项：,特征尺寸为管内径di,四、沸腾给热与冷凝给热,沸腾给热,冷凝给热,汽化核心,过热度,膜状冷凝,滴状冷凝,沸腾给热与冷凝给热影响因素及强化,五、 热辐射,1.固体辐射,黑体：,白体（镜体）：,透热体：,a,r,d = f(物体性质、温度、表面、辐射波长）,固体、液体：,气体：,r=0 a+d=1,d=0 r+a=1,a=1,r=1,d=1,2. 黑体的辐射能力与吸收能力,3. 实际物体的辐射能力与吸收能力,a
13、=1,部分吸收 a1 ，选择性吸收,4.灰体的辐射能力和吸收能力,（1） 灰体,以相同的吸收率吸收所有波长的辐射能的物体。, 灰体的吸收率不随辐射线的波长而变。 灰体为不透热体，即a+r=1,（2）灰体的特点,（3）灰体的吸收能力吸收率a,Kirchhoff定律,（4）灰体辐射能力表征黑度,5.灰体间的辐射传热, 对两块相距很近而面积足够大的平行板，12 = 21 1。, 一物体被另一物体包围时的辐射,A1/A21,A1/A20,6. 影响辐射传热的因素, T4 ， 低温时可忽略，高温时可能成为主要方式, 温度的影响, 几何位置的影响, 表面黑度的影响, ，可通过改变黑度的大小强化或减小辐射传
14、热。, 辐射表面间介质的影响,减小辐射散热，在两换热面加遮热板（黑度较小的热屏）。,六、 传热过程的计算, 圆管,基于内表面积的总传热系数,基于外表面积的总传热系数,1.微元传热速率方程式,2. 传热系数和热阻, 平壁,dA=dA1=dA2=dAm,污垢热阻Rs, 阻力控制步骤,若忽略管壁热阻与污垢热阻,要提高K，必须设法提高2的值。,要提高K，必须设法提高1的值。,3.壁温的计算,忽略金属壁的热阻，即Twtw,P211例6-11,4. 传热过程基本方程式,冷凝,沸腾,无相变,无相变,无相变,无相变,（逆、并流）,（其他流动情况）,5. 换热器的设计型计算,以热流体的冷却为例：,K,T1、T2
15、、t1、t2、流动方向,流动通道,？,？,？,6.换热器的操作型计算,（1）第一类命题,命题内容：换热器的传热面积以及有关尺寸，冷、热流体的物理性质，冷、热流体的流量和进口温度以及流体的流动方式。,求：,计算目的：求冷、热流体的出口温度及换热器的传热能力。,计算目的：求所需冷流体（或热流体）的流量及出口温度。,（2）第二类命题,给定条件：换热器的传热面积以及有关尺寸，冷、热流体的物理性质，热流体（或冷流体）的流量和进、出口温度，冷流体（或热流体）的进口温度以及流动方式。,以热流体的冷却为例分析。求qm2，t2。,算出t2*，比较t2 和t2*，如相符则结果正确，否则重新设定t2。,求出qm2,
16、假定一个t2，根据,根据,求出2, K,3. 传热过程的调节,措施：增大冷却剂用量,原工况：热流体 qm1，T1，T2，1 ； 冷流体 qm2，t1，t2，2,新工况：热流体 qm1，T1，T2 不变，如何调节？,调节过程分析：,或, (t2-t1)较小,1.换热器的分类 2.间壁式换热器的类型 3.列管换热器的选用 4.传热的强化措施 5.新型的换热设备,7. 换热器,流体通道的选择,温度补偿,强化措施,练习题,2. 为提高旋风分离器的效率，当气体处理量较大时，应采用（ ） A. 几个小直径的分离器并联； B. 大直径的分离器 ； C. 几个小直径的分离器串联。,1. 恒压过滤操作中，随过滤
17、时间增加，滤液流动遇到的阻力（ ）。 A、增大； B、减小； C、不变； D、无法确定。,3. 降尘室生产能力增加1倍，则应将（ ）。 A、高度增加1倍； B、高度增加2倍； C、长度增加1倍； D、长度增加2倍。,4. 为使离心机有较大的分离因数和保证转鼓有关足够的机械强度，应采用（ ）的转鼓。A. 高转速、大直径； B. 高转速、小直径；C. 低转速、大直径； D. 低转速，小直径。,5. 已知列管换热器内外侧对流传热系数分别为i和o且io,则要提高总传热系数，关键是( )。 A. 减小i B. 增大i C. 减小o D. 增大o,8. 某混合气与溶液接触，已知该物系的平衡方程为ye=1.
18、0 x，当溶液中溶质含量为0.04（摩尔分率，下同），气相中溶质含量为0.05，该过程为（ ） A. 吸收 B. 解吸 C. 平衡 D. 无法确定,6. 一定流量的液体在一252.5 mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数i=1000 W/(m2)；如流量与物性都不变，改用一192 mm的直管，则其将变为（ ）W/(m2)。 A. 1259 B. 1496 C. 1678 D. 1985,7. 通过三层平壁的定态热传导，各层界面间接触均匀，第一层两侧温度为120和80，第三层外表面温度为40，则第一层热阻R1和第二、三层热阻R2、R3的大小为（ ）。 A. R1 （R2R3） BR1 （R2R
19、3） C无法确定 D R1 =（R2十R3）,9. 在定态二元体系的传质过程中，引起某组分发生分子扩散的原因是（ ）。 A. 温度梯度 B. 压力梯度 C. 速度梯度 D. 浓度梯度,10. 球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是 。层流沉降时，其阻力系数= 。,12. 设离心机转鼓直径为1m，转速n=600 转/min，则在其中沉降的同一微粒，比在重力沉降器内沉降的速度快 倍（假定微粒沉降均处于层流区）。,14. 液体沸腾的必要条件，一是要有 汽化核心 ，二是要有 过热度 。,11. 间歇式过滤机一个完整的操作周期中所包括的时间有 过滤时间 、 洗涤时间 和 辅助时间 。,13. 因某
20、种原因使进入降尘室的含尘气体温度升高，若气体质量流量不变，含尘情况不变，降尘室出口气体的含尘量将 。（变小、不变、变大）。,15. 两流体通过间壁换热，冷流体从20被加热到50，热流体从100被冷却到70，则并流时的tm= 。,24/Re,粒子所受合力的代数和为零,变大,16. 用100的饱和水蒸气冷凝成饱和液体加热空气，空气的进出口温度分别为20和80，则对数平均温度差是 。,17. 吸收中， 温度不变，压力增大，可使相平衡常数 （增大， 减小，不变），传质推动力 (增大，减小，不变)。,18. A.B两种流体在管壳式换热器中进行换热，A为腐蚀性介质，而B无腐蚀性。 流体应走管内。,19.
21、在管壳式换热器中，用100的饱和水蒸气加热空气，空气的进出口温度分别为20和50。则管壁温度约等于 100 ，总传热系数K接近于 空气 的对流传热系数。,20. 对一定操作条件下的填料吸收塔，如果将填料层增高一些，则塔的HOG 不变 , NOG 增加 。,减小,增大,21.某单程列管式换热器，其换热管为252mm的不锈钢管，管长为3m，管数为32根。在该换热器中，用25的水将壳程的110的某有机蒸汽冷凝成同温度的液体，该有机蒸汽的冷凝传热系数为8.2103W/(m2)。水的流量为15000 kg/h，平均比热容为4.18 kJ/(kg)；管壁与水的对流传热系数为1000W/(m2)；不锈钢的导
22、热系数为17 W/(m)。试求： 1总传热系数 ；2水的出口温度。,解：总传热系数K,水的出口温度t2,22.有一列管式换热器, 装有252.5mm钢管300 根, 管长为2m。 要求将质量流量为8000kg/h的常压空气于管程由20加热到85, 选用108 饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽的冷凝传热系数为1104W/m2.K，管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计, 而且不计热损失。 已知空气在平均温度下的物性常数为 cp=1kJ/kgK =2.8510-2W/m.K =1.9810-5Pas Pr=0.7 试求：（1）求换热器的总传热系数(以管子外表面为基准);（2）通过计算说明该换器能否满足需要？,解（1）,(以外表面积为基准),（2）,故该换器能满足需要。,（外表面积),23.在逆流操作的吸收塔内，用清水吸收氨空气混合气中的氨，混合气进塔时氨的浓度y10.01（摩尔分率），吸收率为90% ,操作压力为101.3kPa，溶液为稀溶液，系统为理想物系，操作温度下平衡关系为y*=0.9x。试求：溶液最大出口浓度；吸收剂的用量为最小用量的2倍、传质单元高度为0.5m时的填料层高度。,解：低浓度气体吸收,溶液最大出口浓度,填料层高度,
