化工原理上册总复习

密度ρkg/m3理想气体的密度RTPM＝实际气体的密度查表气体混合物密度iiy＝iy——体积分率液体混合物密度iia＝1ia——质量分率比容1＝v，比重：某物质的密度对水的密度之比。压力PPa绝对压力——压力的实际数值表压＝绝压－大气压，真空度＝大气压－绝压三个基本方程：1．流体的静力方程2112zzgpp应用：（1）U形管压差计（U形管内流体密度大于所测流体密度）（2）倒U形管压差计（U形管内流体密度小于所测流体密度）（3）双液体U形管压差计条件：U形管内的流体是均一、静止和连续的流体。2.连续性方程（物料衡算方程）21ssmm,222111AuAu不可压缩流体，密度不变，即21，则2211AuAu复习流体流动3.柏努利方程（机械能衡算方程）fewpugzwpugz2222121122fehgpguzhgpguz2222121122三个方程合在一起应用。2211gzpgzpgR水汞21222121uu(0fw)P1P2z1z2R水汞流体流动现象：1、牛顿粘性定律：dydu——粘度Pa·scpp2、层流、湍流：层流：流体的质点作平行运动，速度的大小和方向均不变。湍流：流体的质点不断相互混杂，有大大小小漩涡；并且，在某一点上，速度的大小和方向均发生脉动。层流：2000Re，湍流：4000Re，duRe速度分布，平均速度：截面上每一点的速度对整个截面积分求得，也等于流量除以截面积。层流：平均速度cuu21，湍流：平均速度cuu817.03、边界层：4、管内阻力损失：直管阻力损失gudlhf22，的确定见Moody图，P43，图1-28。局部阻力损失gudlguhef2222＝，用当量长度el表示。5、管路计算：管路计算和离心泵联系在一起，见习题。流量测量：1、测速管（皮托管）：原理：动压头转变成静压头。所测的是管道截面上某一点的轴向速度。2、孔板流量计：原理：流体通过孔板产生压降。孔板截面不变，压降发生变化。3、文丘里管流量计：优点：阻力小，永久压降小。缺点：加工较难，精度要求高4、转子流量计：原理：流体通过转子与管壁之间的环隙产生压降。环隙截面发生变化，压降不变。离心泵的操作原理气缚气蚀离心泵的理论压头和实际压头，离心泵的主要性能参数：流量，压头，输入功率，效率，（铭牌上所列的数字是指泵在最高效率下的操作点，又叫设计点）离心泵的特性曲线，管路特性曲线：fehgpguzh22离心泵的工作点和流量调节离心泵的安装高度：气蚀余量泵的允许安装高度允许允许＝hhgppzeSfvas)(,其他类型的泵（特点，根据输送任务，选择合适的泵类型）复习离心泵习题：1、水以3.77×10-3m3/s的流量流经一扩大管段。细管直径d＝40mm，粗管直径D＝80mm，倒U形压差计中水位差R=170mm。求水流经该扩大管段的阻力损失hf，以mH2O表示。解：fhgugpzgugpz222222211121zz，gRpp12，smu/304.041077.3231，smuu/75.04112mgRguugpphf26.08.9275.0317.0275.03222222221212.水从贮水箱A经异径水平管段B及C流至大气中。已知水箱内液面与管子中心线间的垂直距离为5.5m，保持恒定，管段B的直径为管段C的两倍。水流经B、C段的摩擦阻力损失分别为hfB＝1.5m及hfC＝3m，求：1)水在管路C中的流速；2）水在管路B中的流速；3）管段B末端的压强。解：1）1—1截面和2—2截面fCfBhhguz2221∴35.18.925.522usmu/43.42，故水在管路C中的流速为4.43m/s。2）管路B的直径是管路C的2倍,则CCBBAuAuCBAA4∴smuuuAAuCCBCB/11.1414123）1—1截面和2—2截面fBhgpguz32312kPaghguzpfB58.388.910005.18.9211.15.52223133.泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变。输送管路尺寸为φ57×3.5mm，泵出口垂直管段A、B截面上有两只U形压差计相连，其上指示剂水银柱读数分别为R=40mm及R′=1200mm。A、B两截面间的管长（即垂直距离）为6m，右边压差计的左侧指示剂液面与截面B的垂直距离）为7m，管路摩擦因数λ为0.02。当地大气压强为1.013×105Pa。求：1）水在管路中的流速；2）截面A的压强解：1）A截面和B截面fABBBBAAAhgpguzgpguz2222BAuu，gRpgzpgzBBAA－汞，gudlhAfB22∴gudlggRA22汞，即8.9205.0602.0100004.01000106.1323AusmuA/03.22）B截面的压强（绝对压强）510013.17RggpB汞即5310013.12.18.9106.1378.91000BpkPapB6.192由于gRpgzpgzBBAA汞A截面的压强（绝对压强）为ABBAgzpgzgRp汞33106.19268.9100004.08.91000106.13kPa3.2564.用离心泵把20℃的水从开口槽送至表压为1.5×105Pa的密闭容器，贮槽和容器的水位恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管道均为φ108×4mm的无缝钢管，吸入管长为20m，排出管长为100m（各段管长均包括所有局部阻力的当量长度）。当阀门为3/4开度时，真空表读数为42700Pa，两测压口的垂直距离为0.5m，忽略两测压口之间的阻力，摩擦因数可取0.02，求：阀门3/4开度时管路的流量（m3/h）及压强表读数（Pa）各为多少？解：（1）对0—0′和3—3′截面fehgpguzh22,mz16,022gu，mgp3.158.91000105.15，22222.18.921.012002.02uugudllhef∴222.13.1516uhe（*）对0—0′和1—1′截面,fehgpguzh220eh,mz3,mgp36.48.9100042700,8.92222ugu22220.08.921.02002.02uugudllhef∴2220.036.48.9230uu，即smu/33.2，smduQ/018.01.0433.24322（2）把smu/33.2代入（*）式，得mhe92.37。对1—1′和2—2′截面，gpzhe，mz5.0，8.91000427002pgp∴8.91000427005.092.372p，kPap02.3242复习传热三种传热方式热传导对流传热热辐射导热的基本方程（傅立叶定律）dndtAQ平壁的稳定热传导单层多层AbtQAbtQ圆筒壁的稳定热传导单层多层mAbtQmAbtQmmlrA21212lnrrrrrmtAQ间壁换热的对流传热基本方式速率方程Q=KA△tm热量衡算方程：热流体放出的热量＝冷流体得到的热量Q′=ms1cp1(T1-T2)=ms1cp1(T1-T2)Q=Q′（ψ－校正系数）平均温度差2121lntttttm（逆流，并流），逆,mmtt（错流，折流等）总对流传热系数212212111111ddddRddbRKsms传热面积A指换热管的外表面，即A1。对流传热系数α的求取。lNu，待求准数，包括待求的对流传热系数α。luRe，反映流体的流动型态和湍流程度对α的影响。pcPr，反映流体的物性对α的影响。223tglGr，反映自然对流的影响。定性温度：与对流传热系数公式紧密联系在一起，用以确定公式中的流体物性值。定性尺寸：指对传热起决定作用的传热面的某一几何尺寸。0.023公式：nNuPrRe023.08.0，流体被加热，n=0.4；流体被冷却，n=0.3；定性温度：进、出口流体的算术平均温度。定性尺寸：管内径。传热设备对流传热无相变传热有相变传热强制对流自然对流管内对流管外对流圆形直管弯管非圆管道湍流0.023公式过渡流层流冷凝传热（滴状冷凝，膜状冷凝）沸腾传热（核状沸腾，膜状沸腾）传热习题课1、外径为100mm的蒸汽管，外面包有一层50mm厚的绝缘材料A，λA=0.05W/m℃，其外再包一层25mm厚的绝缘材料B，λB=0.075W/m℃，若绝缘层A的内表面及绝缘层B的外表面温度各为170及38℃，求：（1）每米管长的热损失量（2）A、B两种材料的界面温度（3）若将两种材料保持各自厚度，但对调一下位置，比较其保温效果。假设传热推动力保持不变。解：(1)每米管长的热损失mBBBmAAAmBBBmAAArbrblttAbAbttQ23131mmrrrrrmA1.7250100ln50100ln1212mmrrrrrmB0.112100125ln100125ln2323mWrbrbttlQmBBBmAAA/2.49112.0075.0025.00721.005.005.02381702)(31（2）mAAArbttlQ2)(21，即0721.005.005.02)170(2.492t，3.612t℃（3）两种材料互换后每米管长的热损失mWrbrbttlQmBBBmAAA/46.60112.005.0025.00721.0075.005.02381702)(31由上面的计算可以看到，导热系数小的材料包扎在内层能获得较好的保温效果。t1=170℃d＝100mmt3=38℃t2AλAbA=50mmBλBbB=25mm2、有一列管式换热器，装有φ25×2.5mm钢管300根，管长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。若水蒸汽的冷凝传热系数为1×104W/m2K，管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计，并且不计热损失。已知空气在平均温度下的物性常数为cp=1kJ/kgK，λ=2.85×10-2W/mK，μ＝1.98×10-5Pas，Pr＝0.7，求：（1）气在管内的对流传热系数；（2）求换热管的总传热系数；（3）过计算说明该换热器能否满足要求？（4）算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度/解：（1）定性温度＝(20+85)/2＝52.5℃，ρ＝1.085kg/m3，定性尺寸d=0.02m。4.08.0PrRe023.0Nu，即4.08.0Pr023.0dudsmu/7.2102.043003600085.180002，则4.08.0524.08.07.01098.1085.17.2102.002.01085.2023.0Pr023.0dudKmW2/07.90（2）01398.002.0025.007.901101111142121ddKKmWK2/53.71（3）44.482388ln2388ln2121tttttm℃269.4153.7144.482