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1、会计学1食品工程原理答案食品工程原理答案第一页，编辑于星期二：十一点 十二分。章目录章目录章目录章目录0 0 绪论绪论1 1 流体流动流体流动2 2 流体输送机械流体输送机械3 3 流体经颗粒的流动流体经颗粒的流动4 4 传热传热5 5 蒸发蒸发6 传质基础和吸收7 蒸馏8 液液萃取9 干燥10 冷冻 第1页/共120页第二页，编辑于星期二：十一点 十二分。0 绪绪 论论第2页/共120页第三页，编辑于星期二：十一点 十二分。0.1 0.1 食品工业生产过程食品工业生产过程食品工业生产过程食品工业生产过程n n由食品工业提供的食品种类繁多，如糖、烟、酒、奶由食品工业提供的食品种类繁多，如糖、烟
2、、酒、奶粉、火腿肠、饼干、面包，等等。粉、火腿肠、饼干、面包，等等。n n食品工业是对原料进行物理、生物、化学加工，以获取食品工业是对原料进行物理、生物、化学加工，以获取目标食品的工业。目标食品的工业。n n物理加工当然进行的是物理操作，如粉碎、过滤、蒸发、物理加工当然进行的是物理操作，如粉碎、过滤、蒸发、加热、冷却、干燥等。加热、冷却、干燥等。第3页/共120页第四页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n对涉及生物、化学加工的食品加工过程而言，过程的对涉及生物、化学加工的食品加工过程而言，过程的核心应当是生物化学或化学反应过程和设备（反应器）核心应当是生物化学或化学反应过程和设备（反应器）。
3、n n为了过程得以经济有效地进行，反应器中应保持某些为了过程得以经济有效地进行，反应器中应保持某些优惠条件，如适宜的压强、温度、浓度、界面积。优惠条件，如适宜的压强、温度、浓度、界面积。第4页/共120页第五页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n原料必须经过一系列的预处理，以除去杂质，达到原料必须经过一系列的预处理，以除去杂质，达到必要的纯度、温度、压强、接触面积等，这些过程必要的纯度、温度、压强、接触面积等，这些过程称为前处理。称为前处理。n n反应物同样需要经过各种后处理过程加以精制，以反应物同样需要经过各种后处理过程加以精制，以获得最终成品（或中间产品）。获得最终成品（或中间产品）。n
4、 n以啤酒生产过程为例，加以理解以啤酒生产过程为例，加以理解第5页/共120页第六页，编辑于星期二：十一点 十二分。啤酒生产工艺麦汁煮沸原料麦芽、大米粉碎混合预浸糖化过滤酒花分离麦汁冷却发酵啤酒过滤灌装杀菌成品啤酒第6页/共120页第七页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n上上述述流流程程中中，糖糖化化、发发酵酵步步骤骤是是典典型型的的生生化化反反应应过过程程。n n其其余余前前后后处处理理中中的的操操作作步步骤骤则则以以物物理理加加工工为为主主要要特特征征，为为反反应应器器中中的的过过程程提提供供优优惠惠条条件件，但但它它们们却却占占据据生生产产过过程程的的大大部部分分，占占据据企企业业大
5、大部部分分的的设设备备投投资资和和操操作作费费用用。第7页/共120页第八页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n食食品品工工业业中中的的物物理理过过程程或或物物理理操操作作步步骤骤，对对食食品品工工程程师师、科科研研人人员员及及管管理理人人员员而而言言，非非常常重重要要。n n食食品品工工业业过过程程的的这这种种特特点点同同样样出出现现在在化化学学工工业业、制制药药工工业业等等生生产产过过程程中中，说说明明这这一一些些类类型型的的生生产产过过程程的的处处理理原原则则可可以以是是相相似似的的。第8页/共120页第九页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n生生产产过过程程的的大大部部分分操操作作
6、是是物物理理操操作作步步骤骤。n n研研究究这这类类物物理理操操作作的的原原理理，就就成成为为几几个个专专业业领领域域共共同同面面临临的的问问题题，需需要要有有一一门门学学科科来来系系统统讨讨论论出出现现的的各各种种物物理理操操作作，以以统统一一和和简简化化相相关关工工业业过过程程的的描描述述。n n这这门门学学科科就就是是“单单元元操操作作”学学第9页/共120页第十页，编辑于星期二：十一点 十二分。0.2 0.2 0.2 0.2 单元操作单元操作单元操作单元操作0.2.1 0.2.1 0.2.1 0.2.1 单元操作的概念单元操作的概念单元操作的概念单元操作的概念n n食食品品、化化工工、
7、制制药药等等生生产产过过程程中中的的各各个个基基本本的的物物理理操操作作步步骤骤或或单单元元，如如流流体体输输送送、过过滤滤、传传热热、蒸蒸发发、液液体体萃萃取取、干干燥燥、冷冷冻冻等等就就是是单单元元操操作作。n n这这些些物物理理操操作作步步骤骤是是组组成成生生产产过过程程的的基基本本单单元元，具具有有各各自自统统一一的的原原理理、各各自自通通用用的的设设备备。第10页/共120页第十一页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n将各单元操作从各种具体生产过程中抽出来进行系统的将各单元操作从各种具体生产过程中抽出来进行系统的研究和表达，就可以统一和简化食品、化工、制药等生研究和表达，就可以统一
8、和简化食品、化工、制药等生产过程的描述。产过程的描述。n n 单元操作的英语定义单元操作的英语定义第11页/共120页第十二页，编辑于星期二：十一点 十二分。n nThe unit-operation concept is this:by studying systematically these physical The unit-operation concept is this:by studying systematically these physical operations themselves operations which clearly cross industry an
9、d operations themselves operations which clearly cross industry and process lines the treatment of processes is unified and simplified.process lines the treatment of processes is unified and simplified.n n工业和过程生产线按单元操作分割，以统一和简化描述。工业和过程生产线按单元操作分割，以统一和简化描述。第12页/共120页第十三页，编辑于星期二：十一点 十二分。0.2.2 0.2.2 0.2
10、.2 0.2.2 单元操作的特点单元操作的特点单元操作的特点单元操作的特点n n都是物理操作；都是物理操作；n n都是共有的操作；都是共有的操作；n n原理相同，设备通用（不同过程中，设备的个数和排原理相同，设备通用（不同过程中，设备的个数和排列顺序当然可以不同）。列顺序当然可以不同）。第13页/共120页第十四页，编辑于星期二：十一点 十二分。0.3 0.3 0.3 0.3 食品工程原理课程的两条主线食品工程原理课程的两条主线食品工程原理课程的两条主线食品工程原理课程的两条主线（1 1）统统一一的的研研究究对对象象n n各各单单元元操操作作最最终终归归于于动动量量、热热量量、物物质质量量传传
11、递递，故故“三三传传”是是其其统统一一的的研研究究对对象象。n n动动量量、热热量量、物物质质量量都都是是物物理理量量，在在本本质质上上一一致致的的物物理理量量通通量量的的求求取取是是课课程程的的一一条条主主线线。第14页/共120页第十五页，编辑于星期二：十一点 十二分。（2 2）统一的研究方法）统一的研究方法n n实验研究法（量纲分析规划）、半理论半经验的数实验研究法（量纲分析规划）、半理论半经验的数学模型法和纯数学模型法是统一的研究方法，是课学模型法和纯数学模型法是统一的研究方法，是课程的另一条主线。程的另一条主线。n n统一的研究对象和统一的研究方法使其成为一门学科统一的研究对象和统一
12、的研究方法使其成为一门学科（成为学科的两个条件）（成为学科的两个条件）。两主线可合一两主线可合一第15页/共120页第十六页，编辑于星期二：十一点 十二分。现有教材编写思路的揭示 单元操作类教材编写和内容理解主线揭示和创新示意图选用动量型设备需求出设备的动量通量(指单位面积单位时间的动量)运用规律：动量通量绝对值等于速度梯度乘比例系数动力粘度或表观动力粘度写成：动量通量等于速度差除以动量传递阻力选 择 四方 法 之一 求 传递阻力（1）从牛顿粘性定律推（2）因次分析规划试验测（3）数学模型辅助实验测（4）实验测掩盖求通量完成选用设计计算选用热量型设备需求出设备的热量通量(指单位面积单位时间的热
13、量)运用规律：热量通量绝对值等于温度梯度乘比例系数导热系数或单位距离给热系数写成：热量通量等于温度差除以热量传递阻力选 择 四方 法 之一 求 传递阻力（1）从傅立叶导热定律推（2）因次分析规划试验测（3）数学模型辅助实验测（4）实验测掩盖求通量完成选用设计计算选用传质型设备需求出设备的质量通量(指单位面积单位时间的物质量)运用规律：质量通量绝对值等于浓度梯度乘比例系数扩算系数或单位距离传质系数写成：质量通量等于浓度差除以物质量传递阻力选 择 四方 法 之一 求 传递阻力（1）从菲克扩散定律推（2）因次分析规划试验测（3）数学模型辅助实验测（4）实验测掩盖求通量完成选用设计计算选用或设计设备需
14、求设备的物理量通量(物理量指动量、热量、物质量)运用规律：物理量通量绝对值等于物理量浓度（指单位体积物理量）梯度乘系数写成：通量等于物理量浓度差除以传递阻力选 择 四方 法 之一 求 传递阻力（1）从三个基本定律推导（2）因次分析规划试验测（3）数学模型辅助实验测（4）实验测掩盖求通量完成选用设计计算创新的主线第16页/共120页第十七页，编辑于星期二：十一点 十二分。0.4 0.4 0.4 0.4 食品工程原理课程要解决的问题食品工程原理课程要解决的问题食品工程原理课程要解决的问题食品工程原理课程要解决的问题uu过过程程和和设设备备的的选选择择（例例：井井水水如如何何送送到到五五楼楼？）uu
15、设设备备的的设设计计（粉粉尘尘回回收收的的旋旋风风分分离离器器无无合合适适的的可可选选，如如何何自自己己设设计计？）uu顺顺利利操操作作和和解解决决出出现现的的问问题题（换换热热器器用用长长时时间间，工工艺艺不不达达标标，什什么么原原因因？）第17页/共120页第十八页，编辑于星期二：十一点 十二分。0.5 0.5 0.5 0.5 食品工程原理和化工原理的对比食品工程原理和化工原理的对比食品工程原理和化工原理的对比食品工程原理和化工原理的对比n n化化工工原原理理是是化化学学工工程程专专业业发发展展形形成成的的系系统统阐阐述述化化工工单单元元操操作作的的一一门门学学科科，在在国国外外最最早早就
16、就称称单单元元操操作作，研研究究普普遍遍性性单单元元操操作作原原理理。n n将将化化工工原原理理引引入入到到食食品品工工业业中中，形形成成食食品品工工程程原原理理。因因食食品品工工业业的的一一些些特特殊殊性性，而而具具有有特特殊殊点点。第18页/共120页第十九页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n食品物料的特点及其对加工的要求是：食品物料的特点及其对加工的要求是：（1 1）热敏性和氧化变质）热敏性和氧化变质 要求低温、缺氧条件。更多用：真空输送、真要求低温、缺氧条件。更多用：真空输送、真空过滤、真空脱气、真空冷却、真空蒸发、真空空过滤、真空脱气、真空冷却、真空蒸发、真空结晶、真空干燥、真空
17、蒸馏、真空包装、冷冻浓结晶、真空干燥、真空蒸馏、真空包装、冷冻浓缩、冷冻干燥等。缩、冷冻干燥等。第19页/共120页第二十页，编辑于星期二：十一点 十二分。（2 2）易腐败性）易腐败性 要求浓缩食品、干制食品、冷冻食品和速冻食要求浓缩食品、干制食品、冷冻食品和速冻食品成为主要形式。品成为主要形式。更多用冷冻浓缩、半透膜浓缩、辐射干燥、冷冻升更多用冷冻浓缩、半透膜浓缩、辐射干燥、冷冻升华干燥、低温冷冻、速冻等单元操作。华干燥、低温冷冻、速冻等单元操作。第20页/共120页第二十一页，编辑于星期二：十一点 十二分。（3 3）物料多为固态和液态，化工多为气态。）物料多为固态和液态，化工多为气态。有关
18、提取、分离、净制以及混合、乳化、有关提取、分离、净制以及混合、乳化、粉碎等单元操作占有相当重要的地位。粉碎等单元操作占有相当重要的地位。同时应用吸附离子交换、浸出、过滤分离以同时应用吸附离子交换、浸出、过滤分离以及膜分离、超临界流体萃取等单元操作。及膜分离、超临界流体萃取等单元操作。（4 4）非牛顿流体是主要形式，与牛顿流体不同。）非牛顿流体是主要形式，与牛顿流体不同。第21页/共120页第二十二页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n食品工程原理将化工原理的普遍性知识食品工程原理将化工原理的普遍性知识“三传三传”运用到具有特殊性要求的食品行业中，形成了能运用到具有特殊性要求的食品行业中，形成
19、了能够解决食品工程问题的知识体系和研究方法，成够解决食品工程问题的知识体系和研究方法，成为一门新的学科。为一门新的学科。n n在真空技术、冷冻技术、结晶、膜分离、分子蒸馏、在真空技术、冷冻技术、结晶、膜分离、分子蒸馏、超临界流体技术等方面得到更深的发展。超临界流体技术等方面得到更深的发展。第22页/共120页第二十三页，编辑于星期二：十一点 十二分。0.6 0.6 0.6 0.6 单位换算单位换算单位换算单位换算n n学学科科在在形形成成过过程程中中，使使用用过过各各种种单单位位制制，要要能能熟熟练练换换算算（用用于于看看资资料料）。n nS SI I制制七七种种基基本本单单位位及及符符号号：
20、长长度度mm、质质量量k kg g、时时间间s s，热热力力学学温温度度K K、发发光光强强度度c cd d “坎坎德德拉拉”、电电流流强强度度A A、物物质质量量mmo ol l。n n国国家家法法定定计计量量单单位位（S SI I单单位位加加我我国国承承认认的的几几种种）。第23页/共120页第二十四页，编辑于星期二：十一点 十二分。0.6.1 0.6.1 物理量的单位换算物理量的单位换算物理量的单位换算物理量的单位换算第24页/共120页第二十五页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n两个相同的物理量之比为纯数两个相同的物理量之比为纯数1 1，其数字部分即为换算，其数字部分即为换算因数，
21、但要将目标（要换算到的单位）单位的物理量因数，但要将目标（要换算到的单位）单位的物理量放在分子上，用此法不容易产生错误。放在分子上，用此法不容易产生错误。n n例：工程单位制中，基本物理量是长度例：工程单位制中，基本物理量是长度(m)(m)、时间、时间(s)(s)和力和力(kgf)(kgf)，而质量是导出量，问其单位？将工程制的质，而质量是导出量，问其单位？将工程制的质量换为量换为SISI制制kgkg换算因数怎么写？换算因数怎么写？第25页/共120页第二十六页，编辑于星期二：十一点 十二分。解：解：第26页/共120页第二十七页，编辑于星期二：十一点 十二分。常见物理量的换算因数见课本附录。
22、但最好记住：常见物理量的换算因数见课本附录。但最好记住：（1 1）（磅）（）（磅）（2 2）（英尺）（英尺）（3 3）1kg(f)=9.81N 1kg(f)=9.81N （4 4）1N=101N=105 5dyndyn（5 5）1BTU=1055J1BTU=1055J（用（用 1kJ1kJ记，用水的比热换算：记，用水的比热换算：第27页/共120页第二十八页，编辑于星期二：十一点 十二分。（6 6）（7 7）1 1温差温差=1.8=1.8 o oF F温差温差1K1K温差温差 关于温度有摄氏温度（关于温度有摄氏温度（Celsius-scaleCelsius-scale）、华氏）、华氏（Fahr
23、enheitFahrenheit）、兰氏（）、兰氏（RankineRankine）和热力温度（）和热力温度（K K），），换算关系用下图记忆：换算关系用下图记忆：第28页/共120页第二十九页，编辑于星期二：十一点 十二分。第29页/共120页第三十页，编辑于星期二：十一点 十二分。0.6.2 0.6.2 经验公式（数字公式）换算经验公式（数字公式）换算n n有有些些公公式式是是根根据据实实验验得得到到的的实实验验规规律律的的总总结结，但但不不是是物物理理方方程程。n n公公式式中中的的单单位位是是指指定定的的。n n有有时时，为为了了成成批批量量的的数数据据处处理理，需需要要将将公公式式中中
24、的的物物理理量量以以新新单单位位表表示示。第30页/共120页第三十一页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n这这类类公公式式换换算算的的原原则则是是：原原来来给给出出的的公公式式是是成成立立的的，故故应应将将新新单单位位下下的的物物理理量量（加加“”表表示示）还还原原到到公公式式所所要要求求的的单单位位后后，将将还还原原后后的的物物理理量量代代入入原原公公式式，再再变变化化。n n此此为为“还还原原”法法则则。第31页/共120页第三十二页，编辑于星期二：十一点 十二分。例：总传热系数例：总传热系数K K的经验式为：的经验式为：n n式中式中 ：K KBTU/(ftBTU/(ft2 2h h
25、 o oF)F)；u uft/sft/s。n n将公式换算成新单位表示将公式换算成新单位表示 K KW/(mW/(m2 2K)K)，u um/sm/s。第32页/共120页第三十三页，编辑于星期二：十一点 十二分。第33页/共120页第三十四页，编辑于星期二：十一点 十二分。第34页/共120页第三十五页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n经验公式也可将数字部分按物理方程左右单位一致的经验公式也可将数字部分按物理方程左右单位一致的原则配上单位后，然后由旧单位向新单位换算，结论原则配上单位后，然后由旧单位向新单位换算，结论一致，但不可以将原公式中的变量符号配上原单位向一致，但不可以将原公式中的
26、变量符号配上原单位向新单位转化。新单位转化。第35页/共120页第三十六页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n转化后的变量符号的单位还是原单位，其与转化转化后的变量符号的单位还是原单位，其与转化后相关联数字相乘的共同单位才是新单位。后相关联数字相乘的共同单位才是新单位。n n与之相乘的数字有单位（课后请大家试一试）。与之相乘的数字有单位（课后请大家试一试）。n n初学者一般会换算错，应小心。初学者一般会换算错，应小心。第36页/共120页第三十七页，编辑于星期二：十一点 十二分。0.7 0.7 物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算n n物料衡算方法是本课程常用方法，应熟练掌握。根据衡物料衡算方法
27、是本课程常用方法，应熟练掌握。根据衡算范围内（也称控制体）进出的物料量的关系，写出方算范围内（也称控制体）进出的物料量的关系，写出方程（选好时间基准：程（选好时间基准：1s1s、1h1h等）等）。n n 输入输出积累输入输出积累第37页/共120页第三十八页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n对稳态过程（参数不随时间变化的过程）对稳态过程（参数不随时间变化的过程）n n对不稳态过程，一般列出微元时间对不稳态过程，一般列出微元时间 内的物料衡算内的物料衡算式求解。式求解。n n使用方法见以后各章。使用方法见以后各章。第38页/共120页第三十九页，编辑于星期二：十一点 十二分。0.8 0.8
28、0.8 0.8 能量衡算能量衡算能量衡算能量衡算n n与物料衡算方法相似与物料衡算方法相似n n也是本门课程的基本方法之一。必须熟练掌握。在也是本门课程的基本方法之一。必须熟练掌握。在以后的单元操作中会反复用到。以后的单元操作中会反复用到。第39页/共120页第四十页，编辑于星期二：十一点 十二分。0.9 0.9 过程速率过程速率过程速率过程速率n n过过程程速速率率 速速率率=n n这这一一表表达达式式也也是是本本门门课课的的基基本本表表达达方方法法之之一一，需需熟熟练练运运用用。如如用用通通量量，分分母母为为阻阻力力强强度度。第40页/共120页第四十一页，编辑于星期二：十一点 十二分。0
29、.10 0.10 0.10 0.10 平衡关系平衡关系平衡关系平衡关系n n平平衡衡关关系系涉涉及及过过程程的的方方向向、推推动动力力大大小小及及极极限限、是是三三传传的的基基本本问问题题。n n如如气气液液平平衡衡、萃萃取取平平衡衡、液液固固平平衡衡（洗洗衣衣服服）、干干燥燥平平衡衡、传传热热平平衡衡等等。第41页/共120页第四十二页，编辑于星期二：十一点 十二分。附带：作业要求：附带：作业要求：（1 1）抄题目；）抄题目；（2 2）写出已知，求解，同时换算；）写出已知，求解，同时换算；（3 3）画示意图标明已知参数；）画示意图标明已知参数；（4 4）写出公式，代入对应的数值、等于结果；连
30、续）写出公式，代入对应的数值、等于结果；连续运算、小数点保留运算、小数点保留2 23 3位，注意有效数字计算。位，注意有效数字计算。第42页/共120页第四十三页，编辑于星期二：十一点 十二分。1 流体流动第43页/共120页第四十四页，编辑于星期二：十一点 十二分。1 流体流动（流体流动（Fluid Flow）n n流体流动是讨论单元操作的基础。流体流动是讨论单元操作的基础。n n“三传三传”即动量、热量和（物）质量传递有本质的内在即动量、热量和（物）质量传递有本质的内在联系，都与流体的流动密切相关。联系，都与流体的流动密切相关。n n食品生产涉及各种流体输送问题，需要研究流体的食品生产涉及
31、各种流体输送问题，需要研究流体的流动规律以便进行管路设计、输送机械的选择以及流动规律以便进行管路设计、输送机械的选择以及所需功率的计算。所需功率的计算。第44页/共120页第四十五页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n传传热热传传质质大大多多在在流流动动条条件件下下进进行行，流流动动对对过过程程有有着着重重要要影影响响。n n绪绪论论中中已已经经讲讲过过，学学会会了了流流体体流流动动（动动量量传传递递）的的规规律律后后，可可类类比比学学习习其其余余两两传传。n n本本课课程程首首先先研研究究流流体体流流动动规规律律。第45页/共120页第四十六页，编辑于星期二：十一点 十二分。1.1 1.1
32、 与流体有关的几个基础概念与流体有关的几个基础概念与流体有关的几个基础概念与流体有关的几个基础概念1.1.1 1.1.1 1.1.1 1.1.1 流体的连续性假定流体的连续性假定流体的连续性假定流体的连续性假定n n流流体体是是液液体体和和气气体体的的总总称称。n n以以分分子子尺尺度度考考察察流流体体流流动动将将非非常常复复杂杂，不不实实用用，因因为为不不连连续续随随机机运运动动的的表表达达复复杂杂，边边界界条条件件和和初初始始条条件件需需要要确确定定，数数学学公公式式求求解解困困难难。n n取取流流体体质质点点（微微团团）作作为为最最小小考考察察对对象象。第46页/共120页第四十七页，编
33、辑于星期二：十一点 十二分。n n质质点点：含含有有大大量量分分子子的的流流体体微微团团，其其尺尺度度远远小小于于设设备备尺尺寸寸但但又又比比分分子子自自由由程程要要大大得得多多。n n可可假假设设流流体体是是由由大大量量质质点点组组成成的的，彼彼此此间间没没有有空空隙隙，完完全全充充满满所所占占空空间间的的连连续续介介质质（高高真真空空稀稀薄薄气气体体不不适适用用）。第47页/共120页第四十八页，编辑于星期二：十一点 十二分。1.1.2 1.1.2 1.1.2 1.1.2 体积力体积力体积力体积力n n作作用用于于流流体体的的每每一一质质点点上上，并并与与流流体体质质量量成成正正比比的的力
34、力称称为为体体积积力力。n n流流体体密密度度均均一一时时，质质量量与与体体积积成成正正比比，故故称称体体积积力力。重重力力和和离离心心力力是是典典型型的的体体积积力力。第48页/共120页第四十九页，编辑于星期二：十一点 十二分。1.1.3 1.1.3 1.1.3 1.1.3 表面力表面力表面力表面力n n与与作作用用的的表表面面积积成成正正比比的的力力称称为为表表面面力力。n n表表面面力力可可垂垂直直也也可可平平行行于于表表面面，分分别别称称为为正正压压力力和和剪剪力力。n n单单位位面面积积上上的的正正压压力力称称为为压压强强（也也称称压压力力），单单位位面面积积上上的的剪剪力力称称为
35、为剪剪应应力力。第49页/共120页第五十页，编辑于星期二：十一点 十二分。1.1.4 1.1.4 1.1.4 1.1.4 流体压强的表示方法流体压强的表示方法流体压强的表示方法流体压强的表示方法n nS SI I制制单单位位为为P Pa a，即即NN/mm2 2，换换算算关关系系n n1 1 b ba ar r=1 10 05 5 P Pa a=1 10 00 0 k kP Pa an n1 1 a at tmm（物物理理大大气气压压）=1 1.0 01 13 3 1 10 05 5 P Pa a =1 10 01 1.3 3 k kP Pa a=7 76 60 0 mmmmHHg g=1
36、10 0.3 33 3mm HH2 2OO第50页/共120页第五十一页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n1 1 k kg gf f/c cmm2 2（工工程程大大气气压压）=1 1 a at t =9 9.8 81 1 1 10 04 4 P Pa a=7 73 35 5.6 6 mmmmHHg g=1 10 0mmHH2 2OOn n压压强强的的表表示示要要注注意意表表压压、真真空空度度、绝绝压压、负负压压等等概概念念。第51页/共120页第五十二页，编辑于星期二：十一点 十二分。第52页/共120页第五十三页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n提提出出问问题题：弹弹簧簧管管压压强强
37、表表如如何何测测压压？压压强强出出现现负负值值，代代表表什什么么含含义义？n n（弹弹簧簧管管要要抵抵消消大大气气压压作作用用，再再伸伸张张带带动动指指针针顺顺时时针针旋旋转转，故故测测到到表表压压。负负压压表表示示所所测测压压强强小小于于大大气气压压，弹弹簧簧管管收收缩缩，指指针针逆逆时时针针反反向向旋旋转转。）第53页/共120页第五十四页，编辑于星期二：十一点 十二分。1.1.5 1.1.5 流体流动中的机械能流体流动中的机械能流体流动中的机械能流体流动中的机械能n n有有位位能能（势势能能）、动动能能和和压压强强能能。n n流流体体反反抗抗一一定定的的压压力力流流动动需需要要外外界界做
38、做功功。n n如如图图所所示示，体体积积为为V V的的流流体体反反抗抗压压强强P P压压入入管管中中，行行程程为为L L，则则外外界界所所作作功功为为：n n2 20 01 11 1。9 9。3 3看看第54页/共120页第五十五页，编辑于星期二：十一点 十二分。第55页/共120页第五十六页，编辑于星期二：十一点 十二分。第56页/共120页第五十七页，编辑于星期二：十一点 十二分。1.2 1.2 流体静力学（流体静力学（流体静力学（流体静力学（HydrostaticsHydrostatics）1.2.1 1.2.1 1.2.1 1.2.1 流体的密度流体的密度流体的密度流体的密度第57页/
39、共120页第五十八页，编辑于星期二：十一点 十二分。第58页/共120页第五十九页，编辑于星期二：十一点 十二分。1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 流体静力学方程流体静力学方程流体静力学方程流体静力学方程n n取均匀、连续、取均匀、连续、静止流体中的一静止流体中的一个微元作受力分个微元作受力分析，如图所示。析，如图所示。第59页/共120页第六十页，编辑于星期二：十一点 十二分。第60页/共120页第六十一页，编辑于星期二：十一点 十二分。第61页/共120页第六十二页，编辑于星期二：十一点 十二分。第62页/共120页第六十三页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n知识扩展：知
40、识扩展：z z轴方向力的平衡式中的（轴方向力的平衡式中的（g g）等于）等于（mg/mmg/m），即单位质量物体的体积力（在此为重），即单位质量物体的体积力（在此为重力）在力）在z z方向分量，负号代表方向向下。方向分量，负号代表方向向下。第63页/共120页第六十四页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n上上述述推推导导中中X X=0 0，Y Y=0 0，Z Z=g g，而而针针对对更更一一般般情情形形（如如以以后后涉涉及及的的重重力力和和旋旋转转力力双双场场）的的推推导导，X X和和Y Y都都不不为为零零。第64页/共120页第六十五页，编辑于星期二：十一点 十二分。第65页/共120页第
41、六十六页，编辑于星期二：十一点 十二分。第66页/共120页第六十七页，编辑于星期二：十一点 十二分。第67页/共120页第六十八页，编辑于星期二：十一点 十二分。第68页/共120页第六十九页，编辑于星期二：十一点 十二分。第69页/共120页第七十页，编辑于星期二：十一点 十二分。1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 静力学方程的应用静力学方程的应用静力学方程的应用静力学方程的应用第70页/共120页第七十一页，编辑于星期二：十一点 十二分。（1 1）正装倾斜管上的）正装倾斜管上的U U型压差计型压差计第71页/共120页第七十二页，编辑于星期二：十一点 十二分。第72页/共12
42、0页第七十三页，编辑于星期二：十一点 十二分。第73页/共120页第七十四页，编辑于星期二：十一点 十二分。第74页/共120页第七十五页，编辑于星期二：十一点 十二分。第75页/共120页第七十六页，编辑于星期二：十一点 十二分。（2 2）倒倒装装倾倾斜斜管管上上的的U U型型压压差差计计第76页/共120页第七十七页，编辑于星期二：十一点 十二分。第77页/共120页第七十八页，编辑于星期二：十一点 十二分。第78页/共120页第七十九页，编辑于星期二：十一点 十二分。第79页/共120页第八十页，编辑于星期二：十一点 十二分。1.3 1.3 1.3 1.3 流体流动的三个衡算方程（物料、
43、流体流动的三个衡算方程（物料、流体流动的三个衡算方程（物料、流体流动的三个衡算方程（物料、能量、动量衡算式）能量、动量衡算式）能量、动量衡算式）能量、动量衡算式）1.3.1 1.3.1 1.3.1 1.3.1 流体流动的流量与流速及稳态与非稳流体流动的流量与流速及稳态与非稳流体流动的流量与流速及稳态与非稳流体流动的流量与流速及稳态与非稳态过程态过程态过程态过程第80页/共120页第八十一页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n流流速速是是单单位位横横截截面面上上流流过过的的流流体体量量。第81页/共120页第八十二页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n用用G G表示，单位为表示，单位为kg/
44、(mkg/(m2 2 s)s)，表示流体以质量计时的流，表示流体以质量计时的流通密度（或通量）。通密度（或通量）。第82页/共120页第八十三页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n单单位位时时间间单单位位面面积积上上的的某某物物理理量量的的具具有有的的流流通通密密度度（或或通通量量）的的含含义义，参参照照体体积积的的流流通通密密度度为为流流速速，质质量量计计的的流流通通密密度度为为质质量量流流速速，故故以以后后涉涉及及到到流流通通密密度度的的概概念念时时，可可理理解解成成某某物物理理量量的的“速速度度”含含义义。第83页/共120页第八十四页，编辑于星期二：十一点 十二分。第84页/共120
45、页第八十五页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n流流体体流流动动中中，某某物物理理量量不不随随时时间间变变化化，称称为为稳稳定定流流动动、稳稳态态流流动动。n n物物理理量量随随时时间间变变化化的的过过程程称称为为非非稳稳态态流流动动。n n推推广广到到各各过过程程，则则有有稳稳态态过过程程和和非非稳稳态态过过程程之之分分（能能举举出出例例子子吗吗？）第85页/共120页第八十六页，编辑于星期二：十一点 十二分。1.3.2 1.3.2 1.3.2 1.3.2 稳态流动时的物料衡算方程稳态流动时的物料衡算方程稳态流动时的物料衡算方程稳态流动时的物料衡算方程连续性方程连续性方程连续性方程连续性方
46、程n n如如图图所所示示的的流流动动，按按质质量量衡衡算算方方法法（框框内内）第86页/共120页第八十七页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n输输入入控控制制体体质质量量积积累累质质量量输输出出质质量量n n对对稳稳态态过过程程，积积累累质质量量0 0。第87页/共120页第八十八页，编辑于星期二：十一点 十二分。第88页/共120页第八十九页，编辑于星期二：十一点 十二分。1.3.3 1.3.3 能量衡算式与能量衡算式与能量衡算式与能量衡算式与BernoulliBernoulli（伯努利）方程（机械能衡算式）（伯努利）方程（机械能衡算式）（伯努利）方程（机械能衡算式）（伯努利）方程（机械
47、能衡算式）(1 1)总总能能量量衡衡算算式式n n食食品品工工业业（或或化化工工类类型型生生产产过过程程）中中常常见见的的流流体体流流动动过过程程如如图图所所示示。n n在在1 1-1 1截截面面（垂垂直直于于管管道道）、2 2-2 2截截面面和和管管道道及及设设备备壁壁面面所所围围范范围围（衡衡算算控控制制体体）内内，设设过过程程无无电电能能、化化学学能能等等能能量量形形式式的的输输入入和和输输出出，过过程程稳稳态态。第89页/共120页第九十页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n输输入入输输出出控控制制系系统统的的物物质质量量为为m m k kg g，列列出出输输入入、输输出出能能量量。
48、第90页/共120页第九十一页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n输输入入能能量量：位位能能m mg gz z1 1；第91页/共120页第九十二页，编辑于星期二：十一点 十二分。第92页/共120页第九十三页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n输输出出的的能能量量：m mg gz z2 2；第93页/共120页第九十四页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n稳稳态态过过程程有有：输输入入能能量量输输出出能能量量第94页/共120页第九十五页，编辑于星期二：十一点 十二分。第95页/共120页第九十六页，编辑于星期二：十一点 十二分。第96页/共120页第九十七页，编辑于星期二：十一点 十
49、二分。（2 2）机机械械能能衡衡算算式式（B Be er rn no ou ul ll li i方方程程）n n热热力力学学能能和和热热能能不不能能直直接接转转变变为为可可用用于于流流体体输输送送的的机机械械能能。可可只只考考虑虑机机械械能能衡衡算算。第97页/共120页第九十八页，编辑于星期二：十一点 十二分。n n实实际际流流体体因因存存在在粘粘性性，流流动动过过程程中中消消耗耗机机械械能能转转化化为为热热能能，升升高高流流体体的的温温度度。n n现现因因假假设设流流体体温温度度不不变变，故故需需要要将将此此机机械械能能损损耗耗看看成成是是一一种种损损失失，而而输输出出到到控控制制体体之之
50、外外，并并设设1 1 k kg g流流体体机机械械能能因因内内摩摩擦擦的的损损耗耗而而发发生生的的损损失失为为 (J J/k kg g)，则则得得到到流流体体流流动动的的机机械械能能衡衡算算式式为为：第98页/共120页第九十九页，编辑于星期二：十一点 十二分。第99页/共120页第一百页，编辑于星期二：十一点 十二分。B BE E的的压压强强可可同同时时取取绝绝压压，也也可可同同时时取取表表压压计计算算。使使用用条条件件为为稳稳态态、不不可可压压缩缩，连连续续流流体体时时（汽汽化化时时，管管道道截截面面不不满满不不能能用用）。第100页/共120页第一百零一页，编辑于星期二：十一点 十二分。