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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录第 1 章 流体流淌与输送设备第一节 流体静力学 其次节 流体动力学 第三节 管内流体流淌现象 第四节 流体流淌阻力 第五节 管路运算 第六节 流速与流量的测量 第七节 流体输送设备 第 2 章 传热 第一节 概述 其次节 热传导 第三节 对流传热 第四节 传热运算 第五节 对流传热系数关联式 第六节 辐射传热 第七节 换热器 第 4 章 非均相物系分别 第一节 概述 其次节 颗粒沉降 第三节 过滤 第四节 过程强化与展望 第 5 章 干燥 第一节 概述 其次节 湿空气的性质及湿度图 第三节 干燥过程的物料衡算与热量衡算 第四节 干燥速率
2、和干燥时间 第五节 干燥器 第六节 过程强化与展望 1 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第 1 章 流体流淌与输送设备第一节 流体静力学流体静力学主要争论流体处于静止时各种物理量的变化规律；1-1-1 密度单位体积流体的质量,称为流体的密度；f p , T 液体密度 一般液体可视为不行压缩性流体,其密度基本上不随压力变化,但随温度变化,变化关系可从手册中查得；液体混合物的密度由下式运算：1 a 1 a 2 a nm 1 2 n式中,ia 为液体混合物中 i 组分的质量分数；气体密度 气体为可压缩性流体,当压力不太
3、高、温度不太低时,可按抱负气体状态方程运算pMRT一般在手册中查得的气体密度都是在肯定压力与温度下的数值,如条件不同,就此值需进行换算；气体混合物的密度由下式运算：式中,m1112nny 与体积分数 相i为气体混合物中i 组分的体积分数；或mpM m RT其中MmM1y1M2y2Mnyn式中,iy 为气体混合物中各组分的摩尔分率；对于抱负气体,其摩尔分率同；1-1-2 压力流体垂直作用于单位面积上的力,称为流体的静压强,又称为压力；在静止流体中,作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同；2 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - -
4、- - - 压力的单位（1）按压力的定义,其单位为 N/m2,或 Pa；（2）以流体柱高度表示,如用米水柱或毫米汞柱等；标准大气压的换算关系：1atm = 1.013 10 5Pa =760mmHg =10.33m H 2O 压力的表示方法1-1-3 表压 = 肯定压力 大气压力真空度= 大气压力 肯定压力流体静力学基本方程静力学基本方程：压力形式p2p 1gz 1z 2能量形式p1z 1gp2z 2g适用条件：在重力场中静止、连续的同种不行压缩流体；（1）在重力场中,静止流体内部任一点的静压力与该点所在的垂直位置及流体的密度有 关,而与该点所在的水平位置及容器的外形无关；（2）在静止的、连续
5、的同种液体内,处于同一水平面上各点的压力到处相等；液面上方 压力变化时,液体内部各点的压力也将发生相应的变化；（3）物理意义：静力学基本方程反映了静止流体内部能量守恒与转换的关系,在同一静 止流体中,处在不同位置的位能和静压能各不相同二者可以相互转换,但两项能量总和恒为 常量；应用：1. 压力及压差的测量（1）U 形压差计p1p 20gR如被测流体是气体,可简化为p 1p2Rg0U 形压差计也可测量流体的压力,测量时将 通,此时测得的是流体的表压或真空度；（ 2）倒 U 形压差计3 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - -
6、 p 1p2Rg0Rg（3）双液体 U 管压差计p 1p2RgAC2. 液位测量 3. 液封高度的运算其次节 流体动力学 1-2-1 流体的流量与流速 一、流量体积流量 VS单位时间内流经管道任意截面的流体体积,m3/s 或 m3/h；质量流量 mS单位时间内流经管道任意截面的流体质量,kg/s 或 kg/h；二、流速平均流速 u 单位时间内流体在流淌方向上所流经的距离,m/ s；质量流速 G 单位时间内流经管道单位截面积的流体质量,kg/（m2 s）；相互关系：质 量 流 量VSmSkg/s mS=V SmS=GA= d 2G/4体积流量m3/s VS=uA= d 2u/4质量流速GG=u
7、kg/（m2 s）平均 流速u m/s 1-2-2 定态流淌与非定态流淌 流体流淌系统中,如各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化,而不随时间 变化,这种流淌称之为定态流淌；如流体在各截面上的有关物理量既随位置变化,也随时间变化,就称为非定态流淌；1-2-3 定态流淌系统的质量守恒连续性方程m S 11m S222A常数常数u 1A 1u2 =常数（不行压缩流体）V S 1VS2A 2常数u 1A 1u2常数4 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 圆管1-2-4 定态流u1d2u2d2常数动系统的机械能守恒柏
8、努利方程一、实际流体12的柏努利方程以单位质量流体为基准：z 1g1u12p 1W ez 2g1u22p2W fJ/kg 22以单位重量流体为基准：z 11u12p 1Hez21u22p2h fJ/N=m 2gg2gg适用条件：（1）两截面间流体连续稳固流淌；（2）适于不行压缩流体,如液体；对于气体,当p1p1p220 %,可用两截面的平均密度 m 运算；二、抱负流体的柏努利方程抱负流体是指没有黏性（即流淌中没有摩擦阻力）的不行压缩流体；z 1g1u12p 1z2g1u22p222z 11u 12p 1z 21u22p22gg2gg说明抱负流体在流淌过程中任意截面上总机械能、总压头为常数,三、
9、柏努利方程的争论（1）当系统中的流体处于静止时,柏努利方程变为z 1gp1z 2gp2上式即为流体静力学基本方程式；（2）在柏努利方程式中,zg、1 u 、 p 分别表示单位质量流体在某截面上所具有的位2能、动能和静压能；而 We、 Wf 是指单位质量流体在两截面间获得或消耗的能量；输送机械的有效功率：P e m s W e5 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 输送机械的轴功率：PP e四、柏努利方程的应用 应用柏努利方程时需留意的问题：（1）截面的选取 所选取的截面应与流体的流淌方向相垂直,并且两截面间流体应是定
10、态连续流淌；截面 宜选在已知量多、运算便利处；截面的物理量均取该截面上的平均值；（2）基准水平面的选取 基准水平面可以任意选取,但必需与地面平行；为运算便利,宜于选取两截面中位置较 低的截面为基准水平面；如截面不是水平面,而是垂直于地面,就基准面应选管中心线的水 平面；（3）运算中要留意各物理量的单位保持一样,对于压力仍应留意表示方法一样；第三节 管内流体流淌现象 1-3-1 流体的黏度 一、牛顿黏性定律 牛顿黏性定律说明流体在流淌中流体层间的内摩擦力或剪应力与法向速度梯度之间的关 系,其表达式为FAd.或d.uudydy牛顿黏性定律适用于层流；黏度 是度量流体黏性大小的物理量,一般由试验测定
11、；物理意义：促使流体在与流淌相垂直方向上产生单位速度梯度时的剪应力；单位： Pas,cP 1cP=10-3 Pas 影响因素：温度与压力 液体： T , ；不考虑 p 的影响；气体： T , ；一般在工程运算中也不考虑 p 的影响；剪应力与速度梯度的关系符合牛顿黏性定律的流体,称为 定律的流体称为 非牛顿型流体 ；牛顿型流体 ；不符合牛顿黏性运动黏度 为黏度 与密度 的比值,单位为 m2/s,也是流体的物理性质；1-3-2 流体的流淌型态6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 一、流体流淌类型 层流 （或 滞流 ）
12、流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动,流体分为如干层平行向 前流淌,质点之间互不混合；湍流 （或 紊流 ） 流体质点除了沿管轴方向向前流淌外,仍有径向脉动,各质点的速度在 大小和方向上都随时发生变化,质点相互碰撞和混合；二、流型判据雷诺准数Redu（1-28）Re 为无因次准数,是流体流淌类型的判据；（1）当 Re2000 时,流淌为层流,此区称为层流区；（2）当 Re4000 时,一般显现湍流,此区称为湍流区；（3）当 2000 Re 4000 时,流淌可能是层流,也可能是湍流,该区称为不稳固的过渡 区；依据 Re 准数的大小将流淌分为三个区域：层流区、过渡区、湍流区,但流淌类型只有两
13、种：层流与湍流；雷诺准数物理意义：表示流体流淌中惯性力与黏性力的对比关系,反映流体流淌的湍动 程度；1-3-3 流体在圆管内的速度分布 一、层流时的速度分布 由试验和理论已证明,层流时的速度分布为抛物线外形,管中心处速度为最大,管壁处 速度为零；管截面上的平均速度与中心最大流速之间的关系为u1 u 2max二、湍流时的速度分布 湍流时速度分布由试验测定,管中心区速度最大,管壁处速度为零；管截面上的平均速 度与中心区最大流速之间的关系为u0.8 umax三、层流内层的概念当流体在管内处于湍流流淌时,由于流体具有黏性和壁面的约束作用,紧靠壁面处仍有一薄层流体作层流流淌,该薄层称为层流内层 （或 层
14、流底层 ）,层流内层为传递过程的主要阻力；其厚度与流体的湍动程度有关,流体的湍动程度越高,7 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 层流内层越薄；层流内层只能减薄,但不能消逝；第四节 流体流淌阻力 1-4-1 流体在直管中的流淌阻力 一、直管阻力的通式 范宁公式的几种形式：能量缺失Wfflu2u2u2d2压头缺失h fW flgd2g压力缺失pW fld2二、层流时的摩擦系数 层流时摩擦系数 是雷诺数 Re 的函数 64 Re 流体在直管内层流流淌时能量缺失的运算式为或W ff32lu 哈根 -泊谡叶方程d2p32lu
15、d2说明层流时阻力与速度的一次方成正比；三、湍流时的摩擦系数因次分析法 主要步骤（1）通过初步的试验和较系统的分析,找出影响过程的主要因素；（2）通过无因次化处理,将影响因素组合成几个无因次数群,削减变量数和试验工作量；（3）建立过程的无因次数群关联式（通常采纳幂函数形式）各待定系数；,通过试验确定出关联式中因次分析法的 基础 ：因次一样性,即每一个物理方程式的两边不仅数值相等,而且每一 项都应具有相同的因次；因次分析法的 基本定理 ：设影响某一物理现象的独立变量数为n 个,这些变量的基本因次数为 m 个,就该物理现象可用 N（nm）个独立的无因次数群表示；8 名师归纳总结 - - - - -
16、 - -第 8 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 湍流时摩擦系数 是 Re 和相对粗糙度d的函数： -Re-d图：Re ,d =64/Re, 与d无关Wf, hf u1（1）层流区Re2000 （2）过渡区2000 Re 4000 =f（Re,d）（4）完全湍流区Re Re c =f（d）与 Re 无关Wf, hf u2阻力平方区 虚线以上 四、非圆形管内的流淌阻力 此时仍可用圆管内流淌阻力的运算式,但需用非圆形管道的当量直径代替圆管直径；当量直径de4流通截面积4A润湿周边1-4-2 局部阻力 一、阻力系数法 将局部阻力表示为动能的某一倍数,W fu2或h f
17、u222g式中, 称为 局部阻力系数 ,一般由试验测定；留意,运算突然扩大与突然缩小局部阻力时,u 为小管中的大速度；进口阻力系数进口0.5,出口阻力系数出口1；二、当量长度法式中将流体流过管件或阀门的局部阻力,折合成直径相同、长度为leel的直管所产生的阻力即Wfleu2或hu2d2fd2gel 称为管件或阀门的当量长度, 也是由试验测定；1-4-3 流体在管路中的总阻力 当管路直径相同时,总阻力：9 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - W fW fW flu2d2或WfW fW fldleu22留意：运算局部阻力
18、时,可用局部阻力系数法,亦可用当量长度法,但不能用两种方法 重复运算；第五节 管路运算 1-5-1 简洁管路 在定态流淌时 , 其基本特点为：（1）流体通过各管段的质量流量不变,对于不行压缩流体,就体积流量也不变,即VS 1V S2V S 32整个管路的总能量缺失等于各段能量缺失之和,即W fW f1W f2W f3运算可分为两类：设计型和操作型；运算中留意试差法的应用；1-5-2 复杂管路 一、并联管路 特点：（1）主管中的流量为并联的各支管流量之和,对于不行压缩性流体,就有VSV S 1V S2VS3（2）并联管路中各支管的能量缺失均相等,即W f1W f2W f3W fAB留意：运算并联
19、管路阻力时,可任选一根支管运算,而绝不能将各支管阻力加和在一起 作为并联管路的阻力；二、分支管路与汇合管路特点：（1）总管流量等于各支管流量之和,对于不行压缩性流体,有VSVS 1V S2（2）虽然各支管的流量不等,但在分支处O 点的总机械能为肯定值,说明流体在各支管 10 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 流淌终了时的总机械能与能量缺失之和必相等；pBzBg1u2W fOBpCzCg1u2W fOCBC22第六节流速与流量的测量1-6-1 测速管 测速管测得的是流体在管截面某点处的速度,点速度与压力差的关系为：
20、.u2p用 U 形压差计测量压差时.u2Rg 0留意测速管安装时的如干问题；1-6-2 孔板流量计 孔板流量计是利用流体流经孔板前后产生的压力差来实现流量测量；孔速u0C02Rg 00C00.60.7；体积流量V Su 0A 0C 0A 02Rg质量流量m SC0A 02 Rg0Re,A 0A 1式中 C0 为流量系数 或 孔流系数,C0f, 常用值为孔板流量计的特点：恒截面、变压差,为差压式流量计；1-6-3 文丘里（ Venturi ）流量计 文丘里流量计也属差压式流量计,其流量方程也与孔板流量计相像,即V SCVA 02 Rg0式中 CV 为文丘里流量计的流量系数（约为0.980.99）
21、；文丘里流量计的能量缺失远小于孔板流量计；1-6-4 转子流量计11 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 转子流量计是通过转子悬浮位置处环隙面积不同来反映流量的大小；环隙流速u0CR2 fA f V fgg体积流量V sCRA R2 fA f V f式中 CR 为流量系数, AR 为转子上端面处环隙面积；转子流量计的特点：恒压差、恒环隙流速而变流通面积,属截面式流量计；转子流量计的刻度,是用20的水（密度为1000kg/m3）或 20和 101.3kPa 下的空气（密度为 1.2kg/m3）进行标定；当被测流体与上
22、述条件不符时,应进行刻度换算；在同一刻度下,两种流体的流量为V S21f2V S 12f1式中下标 1 表示标定流体的参数,下标2 表示实际被测流体的参数；留意：转子流量计必需垂直安装；为便于检修,转子流量计应安装支路；第七节 流体输送设备 1-7-1 离心泵 一、离心泵的工作原理与构造1.工作原理 离心泵启动前,应先将泵壳和吸入管路布满被输送液体；启动后,泵轴带动 叶轮高速旋转,在离心力的作用下,液体从叶轮中心甩向外缘；流体在此过程中获得能量,使静压能和动能均有所提高；液体离开叶轮进入泵壳后,由于泵壳中流道逐步加宽,液体流 速逐步降低,又将一部分动能转变为静压能,使泵出口处液体的静压能进一步
23、提高,最终以 高压沿切线方向排出；液体从叶轮中心流向外缘时,在叶轮中心形成低压,在贮槽液面和泵 吸入口之间压力差的作用下,将液体吸入叶轮；可见,只要叶轮不停地转动,液体便会连续不断地吸入和排出,达到输送的目的；气缚现象： 离心泵启动前泵壳和吸入管路中没有布满液体,就泵壳内存有空气,而空气 的密度又远小于液体的密度,故产生的离心力很小,因而叶轮中心处所形成的低压不足以将 贮槽内液体吸入泵内,此时虽启动离心泵,也不能输送液体,此种现象称为 气缚现象 ,说明 离心泵无自吸才能；因此,离心泵在启动前必需灌泵；2.离心泵的主要部件 叶轮 其作用为将原动机的能量直接传给液体,以提高液体的静压能与动能（主要
24、为静压 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 能）；泵壳 具有聚集液体和能量转化双重功能；轴封装置 其作用是防止泵壳内高压液体沿轴漏出或外界空气吸入泵的低压区；常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种；二、离心泵的性能参数与特性曲线1. 性能参数流量 Q 离心泵单位时间内输送到管路系统的液体体积,m3/s 或 m 3/h；压头（扬程） H 单位重量的液体经离心泵后所获得的有效能量,J /N 或 m 液柱；效率 反映泵内能量缺失,主要有容积缺失、水力缺失、机械缺失；轴功率 P 离心泵的轴功率是指由电机输入离心泵泵轴
25、的功率,W 或 kW ；离心泵的有效功率 Pe 是指液体实际上从离心泵所获得的功率；P e100 %P泵的有效功率：Pe QH g 或 P e QH102泵的轴功率为 P QH g或 P QH1022. 特性曲线离心泵特性曲线是在肯定转速下,用20水测定,由H-Q、P-Q、 -Q 三条曲线组成；（1）H-Q 曲线：离心泵的压头在较大流量范畴内随流量的增大而减小；不同型号的离心泵, H-Q 曲线的外形有所不同；（2）P-Q 曲线：离心泵的轴功率随流量的增大而增大,当流量Q0 时,泵轴消耗的功率P P/kW最小；因此离心泵启动时应关闭出口阀门,使启动功率最小,以爱护电机；（3）-Q 曲线：开头泵的
26、效率随流量的增大而增大, 达到一最大值后, 又随流量的增加而下降；这说明离心泵在肯定转速下有一最高效率点,该点称为离心泵的 设计点 ；一般离心泵出厂时铭牌上标注的性能参数均为最高效率点下之值；高效率区通常为最高效率的 92左右的区域；3. 影响离心泵性能的主要因素13 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 密度： Q 不变, H 不变, 基本不变, P ；黏度： Q , H , , P ；转速：比例定律Q 1n1;H1;n 12;P 12n 13D13Q2n2H2n2P 2n2叶轮直径：切割定律Q 1D1H1D1;P
27、 1Q2D2H2D2P 2D2三、离心泵的工作点与流量调剂1. 管路特性曲线管路特性曲线表示在特定的管路系统中,输液量与所需压头的关系,反映了被输送液体对输送机械的能量要求；管路特性方程zp,HeABQ25leHHQM管路 特性曲线其中AB8ldHM泵 特性曲线g2gHeQ管路特性曲线仅与管路的布局及操作条件有关,而与泵的性能无关；曲线的截距A 与两贮槽间液位差z及操作压QMQ力差p 有关,曲线的陡度B 与管路的阻力状况有关；高阻力管路系统的特性曲线较陡峭,低阻力管路系统的特性曲线较平整；2. 工作点泵安装在特定的管路中,其特性曲线H-Q 与管路特性曲线H e-Q 的交点称为离心泵的工作点；如
28、该点所对应的效率在离心泵的高效率区,就该工作点是相宜的；工作点所对应的流量与压头,可利用图解法求取,也可由管路特性方程：HefQ泵特性方程：HQ联立求解；3. 流量调剂（1）转变管路特性曲线最简洁的调剂方法是在离心泵排出管线上安装调剂阀；转变阀门的开度,就是转变管路的阻力状况,从而使管路特性曲线发生变化；14 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 这种转变出口阀门开度调剂流量的方法,操作简便、敏捷,流量可以连续变化,故应用 较广,特别适用于调剂幅度不大,而常常需要转变流量的场合；但当阀门关小时,不仅增加 了管路的阻力
29、,使增大的压头用于消耗阀门的附加阻力上,且使泵在低效率下工作,经济上 不合理；（2）转变泵特性曲线 通过转变泵的转速或直径转变泵的性能；由于切削叶轮为一次性调剂,因而通常采纳改 变泵的转速来实现流量调剂；这种调剂方法,不额外增加阻力,且在肯定范畴内可保持泵在高效率下工作,能量利用 率高；4. 离心泵的组合操作（ 1）并联操作 两泵并联后,流量与压头均有所提高,但由于受管路特性曲线制约,管路阻力增大,两 台泵并联的总输送量小于原单泵输送量的两倍；（ 2）串联操作 两泵串联后,压头与流量也会提高,但两台泵串联的总压头仍小于原单泵压头的两倍；（ 3）组合方式的挑选假如单台泵所供应的最大压头小于管路两
30、端zp,就只能采纳串联操作；g对于低阻输送管路,并联组合优于串联；而对于高阻输送管路,串联组合优于并联；四、离心泵的汽蚀现象与安装高度 1. 汽蚀现象 汽蚀现象是指当泵入口处压力等于或小于同温度下液体的饱和蒸气压时,液体发生汽化,气泡在高压作用下,快速凝结或破裂产生压力极大、频率极高的冲击,泵体剧烈振动并发出 噪声,液体流量、压头（出口压力）及效率明显下降；这种现象称为离心泵的 汽蚀 ；2. 汽蚀余量实际汽蚀余量允NPSHp 1u2pVNPSH 必1g2gg答应汽蚀余量NPSH允p 1 允u2 1pVggg2 NPSH一般由泵制造厂通过汽蚀试验测定；泵正常操作时,实际汽蚀余量15 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 42 页精选学习资料 - - - - - - - - - 须大于答应汽蚀余量NPSH允,标准中规定应大于0.5m 以上；3. 离心泵的答应安装高度离心泵的答应安装高度是指贮槽液面与泵的吸入口之间所答应的垂直距离；p 0 p 1 允 u 1 2H g 允 h f 0 1g 2 gH g 允 p 0 p