化工原理上册四章复习汇总课件.ppt

1、一一.重要公式重要公式1.1.连续性方程连续性方程2.2.柏努利方程柏努利方程3.3.阻力计算阻力计算(与与U型差压计相关型差压计相关)4.4.阻力计算阻力计算（范宁公式）（范宁公式）第一章：复第一章：复 习习 要要 点点二二.相关概念相关概念1、连续介质模型、连续介质模型 2、流体力学、流体力学3、压强及表示方法（表压、真空度）、压强及表示方法（表压、真空度）4、修正压强及应用条件、修正压强及应用条件5、牛顿粘性定律、牛顿粘性定律=du/dy 适用层流适用层流6、层流与湍流分类、本质、层流与湍流分类、本质 Re4000(湍流湍流)本质区别：湍流有径向脉动本质区别：湍流有径向脉动7、粘度、粘度

2、 1Pas=10P(泊泊)=1000 cP（厘泊）（厘泊）8、Re=ud/9、平均速度、平均速度u=umax/2（管中心，层流）（管中心，层流）第一章：复第一章：复 习习 要要 点点二二.相关概念相关概念10、边界层及分离、边界层及分离 11、因次分析法、因次分析法12、局部阻力、局部阻力13、de=4rh rh=流道面积流道面积/润湿周边长润湿周边长 de=d2-d114、管道突然扩大、缩小、管道突然扩大、缩小15、并联特点：、并联特点：hf相等相等16、测量、测量(1)点速度点速度 毕托管毕托管;(2)流量流量:孔板孔板 文丘里文丘里 转子转子 a）特点：恒）特点：恒u，恒，恒Pm，变截面

3、；，变截面；b）标定：）标定：第一章：复第一章：复 习习 要要 点点工标标工标工标工)()(,2,2ffuuVV 常温的自来水从高位槽常温的自来水从高位槽A经经57mm3.5mm钢管送入密闭的容器钢管送入密闭的容器B内，容器内，容器B上方压强表读数上方压强表读数为为5.08104Pa。高位槽和容器的液面恒定，两者高位槽和容器的液面恒定，两者间的垂直距离为间的垂直距离为15m，已知直管长度与全部当量长，已知直管长度与全部当量长度之和为度之和为83m。试求该管路最大输水量为多少？取。试求该管路最大输水量为多少？取水的密度水的密度1000kg/m3、粘度、粘度1cP、0.2mm。第一章：复第一章：复

4、 习习 例例 题题解：依题意画图，见后一页。解：依题意画图，见后一页。以高位槽以高位槽A A的的1 11 1与与B B容器的容器的2 22 2间列间列B.EB.E 第一章：复第一章：复 习习 例例 题题一一.重要公式重要公式1.1.有效功、效率有效功、效率2.2.串、并联复合串、并联复合3.3.比例、切割比例、切割4.安装高度安装高度第二章：复第二章：复 习习 要要 点点21,1,fVgHhgpgpH允允21,221,2221,222fsfgHguHHgugpgpH允允31212212121212)(,)(,nnNNnnHHnnVV二二.相关概念相关概念1、离心泵结构、离心泵结构泵壳泵壳泵轴泵

5、轴叶轮叶轮轴封轴封2、工作原理、工作原理旋转叶轮旋转叶轮 离心力离心力 局部负压局部负压 中心吸入中心吸入边缘压出边缘压出3、欧拉方程、欧拉方程 HT=abV He=abV24、泵的性能曲线三条、泵的性能曲线三条:扬程扬程V(HeV)NaVV5、泵的效率分析、泵的效率分析:容积容积水力水力机械机械第二章：复第二章：复 习习 要要 点点二二.相关概念相关概念6、离心泵叶片类型、离心泵叶片类型:后弯后弯290o7、工作点：泵、管路曲线交点；管路特性曲线方、工作点：泵、管路曲线交点；管路特性曲线方程：程：He=H0+KV2 或者或者 He=A+BV28、工作点调节方法：、工作点调节方法：切割切割D

6、比例比例n 阀门阀门9、对泵特性影响：、对泵特性影响：对对H无影响无影响,对对无影响无影响,但对但对NaV有影响有影响10、现象、现象气缚气缚气蚀气蚀11、泵选型原则据液体种类选泵类型；据、泵选型原则据液体种类选泵类型；据V、He选型号：选型号：(He、V)泵泵(He、V)计算计算Na校核校核第二章：复第二章：复 习习 要要 点点 1.1.水流量为水流量为1212m3/h，泵的出口处的压力表读数为，泵的出口处的压力表读数为1.9at(表表)，泵的入口处的真空表读数为，泵的入口处的真空表读数为140mmHg，轴功率为轴功率为1.2kW，电动机的转数为，电动机的转数为2900转转/分，压分，压力表

7、和真空表的距离为力表和真空表的距离为0.7m，出口管和入口管直，出口管和入口管直径相同，求泵的压头径相同，求泵的压头H和效率和效率？第二章：复第二章：复 习习 例例 题题解：以真空表为解：以真空表为1 11 1，压力表为，压力表为2 22 2间列间列B.EB.E 第二章：复第二章：复 习习 例例 题题2-20离心泵、往复泵各一台并联操作输水。两泵离心泵、往复泵各一台并联操作输水。两泵“合合成的成的”性能曲线方程为：性能曲线方程为：He=72.50.00188(V 22)2，V指总流量。指总流量。阀全开时管路特性阀全开时管路特性曲线方程为：曲线方程为：He=51+KV2,(两式中：两式中：He、

8、He-mH2O，V-L/s)。现停开往复泵，仅离心泵操作，。现停开往复泵，仅离心泵操作，阀全开时流量为阀全开时流量为53.8L/s。试求管路特性曲线方程中。试求管路特性曲线方程中的的 K值。值。第二章：复第二章：复 习习 例例 题题P90解：只开离心泵时解：只开离心泵时 He=72.5 0.00188V2 V=53.8 L/s时时 He=72.5 0.00188V2=72.50.00188 53.82=67.06 m He=51+KV2=51+K 53.82 He=He K=0.00555 m/(L/s)23.用离心油泵从贮槽抽液态异丁烷至反应器，贮槽用离心油泵从贮槽抽液态异丁烷至反应器，贮槽

9、液面恒定，液面上方压强为液面恒定，液面上方压强为660kPa(绝压绝压)，泵安装，泵安装于贮槽液面以下于贮槽液面以下1.8m处。吸入管路的压头损失为处。吸入管路的压头损失为1.2m。输送条件下的异丁烷的密度为。输送条件下的异丁烷的密度为530kg/m3，饱和蒸汽压为饱和蒸汽压为645kPa，输送流量下的汽蚀余量为，输送流量下的汽蚀余量为3.3m，试分析该泵能否正常操作。，试分析该泵能否正常操作。与与P75例例25类似类似第二章：复第二章：复 习习 例例 题题该泵能够正常操作。解允允mmHhgpgpHfVg81612133819530645660:21,1,.4.用离心泵将用离心泵将20水由贮槽

10、送出，泵的前后各装有水由贮槽送出，泵的前后各装有真空表和压力表。已知泵的吸入管路总阻力和速真空表和压力表。已知泵的吸入管路总阻力和速度头之和为度头之和为2mH2O柱。允许吸上真空高度为柱。允许吸上真空高度为5m，大气压强为大气压强为1atm，贮槽液面低于泵的吸入口距离，贮槽液面低于泵的吸入口距离为为2m。试求：。试求：（1）真空表读数为多少真空表读数为多少mmHg？（2）当水温由）当水温由20变为变为60时发现真空表与压时发现真空表与压力表读数骤然下降，此时出现什么故障？原因何力表读数骤然下降，此时出现什么故障？原因何在？怎样排除？（要求定量说明）在？怎样排除？（要求定量说明）第二章：复第二章

11、：复 习习 例例 题题第二章：复第二章：复 习习 例例 题题解（解（1 1）0-00-0与与1-11-1之间列之间列B.EB.E第二章：复第二章：复 习习 例例 题题入管。，如换大一点管径的吸或减少吸入管路的阻力面间的距离，排除方法：降低泵与水说明发生了气蚀现象。允允mHguHHfsg233.1233.3221,22,2m一一.重要公式重要公式1.1.过滤速率基本方程：过滤速率基本方程：恒压：恒压：恒速：恒速：2.2.过滤常数过滤常数K3.3.洗涤时间洗涤时间w第三章：复第三章：复 习习 要要 点点)(2eqqKddqKqqqe 22常量，)(2eqqKqddq22KqqqeoSmrpK12w

12、wwwddqqddVVw)()(一一.重要公式重要公式洗涤速率洗涤速率(板框板框):4.生产能力生产能力G:(板框板框)5.曳力公式曳力公式:6.Stokes公式：公式：第三章：复第三章：复 习习 要要 点点EwddVddV)(41)(2Re,18)(3)(42PsptsptgdugduRFFqeRwFFJVVG)81(02422udFpD二二.相关概念相关概念1颗粒的当量直径：颗粒的当量直径：dev2柯士尼公式柯士尼公式：4滤液流速滤液流速dV/d,过滤速率过滤速率dV/(A.d)5单位面积上的滤液量：单位面积上的滤液量：q=V/A 6过滤操作过程：过滤过滤操作过程：过滤F；洗涤；洗涤w；清

13、理和组装清理和组装R 7最大生产能力的条件：最大生产能力的条件：FwR第三章：复第三章：复 习习 要要 点点ua)1(0.5eR0.52eR时，当uauaLpm32223)1(0.5)1(二二.相关概念相关概念8.当当qe0,板框：板框：叶滤：叶滤：9.助滤剂助滤剂:(SiO2)硅藻土，珍珠岩，石棉粉，炭粉。硅藻土，珍珠岩，石棉粉，炭粉。10.自由沉降自由沉降:11.重力沉降室重力沉降室：沉沉停停 12.分离效率：分离效率：13.分离因素：分离因素：K=(uT2/R)/g 第三章：复第三章：复 习习 要要 点点FFFWWwJVKAJVddVV8241)(2FFFWWwJVKAJVddVV22)

14、(2 1.某板框压滤机，过滤面积某板框压滤机，过滤面积0.1m2，在规定压差，在规定压差下恒压过滤某悬浮液，得出下列方程式：下恒压过滤某悬浮液，得出下列方程式：(q10)2=250(0.4)式中单位：式中单位：qL/m2，min(1)求过滤求过滤249.6min所获得的滤液量为多少？所获得的滤液量为多少？(2)若先恒速过滤若先恒速过滤5min，使压差达到规定值后便恒，使压差达到规定值后便恒压过滤，试问：当总过滤时间仍为压过滤，试问：当总过滤时间仍为249.6min，总共，总共可得多少滤液？可得多少滤液？(3)如果操作压差增大一倍，设滤饼不可压缩，问如果操作压差增大一倍，设滤饼不可压缩，问过滤时

15、间仍为过滤时间仍为249.6min，总共可得多少滤液？，总共可得多少滤液？第三章：复第三章：复 习习 例例 题题 第三章：复第三章：复 习习 例例 题题 解解:(1)(q10)2=250(0.4)qe10 (q10)2=250(249.60.4)q=240L/m2 V=Aq=2400.124L:(2)恒速过滤恒速过滤15min得滤液量得滤液量q1：q12 q1qe(1/2)K 1 q12 10q1(1/2)250 5 q1=20.5 L/m2 恒压：恒压：(q2q12)2qe(qq1)K(1)(q2-20.52)210(q-20.5)K(249.65)q=239.2L/m2 V=Aq=239.

16、20.123.9L(3)操作压差增大操作压差增大1倍，过滤常数增大倍，过滤常数增大1倍倍K500 (q10)2=500(249.60.4)q=343.5L/m2 V=Aq=343.50.134.35L2.用某板框压滤机在恒压下过滤某悬浮液，要求经用某板框压滤机在恒压下过滤某悬浮液，要求经过过2小时得滤液小时得滤液4m3,不计滤布阻力不计滤布阻力,若已知过滤常若已知过滤常数数K1.63410-3m2/h，试求，试求:(1)若框的尺寸为若框的尺寸为1000mm1000mm35mm，则，则需要滤框和滤板各多少块？需要滤框和滤板各多少块？(2)过滤终了用水进行洗涤，洗涤水的粘度和滤液过滤终了用水进行洗

17、涤，洗涤水的粘度和滤液相同，洗涤压力和过滤压力相同，若洗涤水用量相同，洗涤压力和过滤压力相同，若洗涤水用量为为0.4 m3，试求洗涤时间？，试求洗涤时间？(3)若辅助时间为若辅助时间为0.4h，求该压滤机的生产能力？，求该压滤机的生产能力？第三章：复第三章：复 习习 例例 题题P90解解:(1)过滤面积过滤面积A=211n2n 不计滤布阻力，恒压过滤方程为不计滤布阻力，恒压过滤方程为 V2=KA2 所以所以AV/(K )0.5 4/(1.63410-3 2)0.5=70m2 则框数则框数n70/235（个）（个）板数板数n136块块(2)洗涤时间为洗涤时间为 W8J=8（0.4/4）21.6h

18、(3)压滤机的生产能力为：压滤机的生产能力为：GV/(+W+R)=4/(2+1.6+0.4)=1m3(滤液滤液)/h第三章：复第三章：复 习习 例例 题题一一.重要公式重要公式1.1.传热传热速率方程速率方程2.2.热量衡算：热量衡算：3.3.K:4.圆直管湍流圆直管湍流第四章：复第四章：复 习习 要要 点点)()(1221ttCWTTCWQPCCPhhmtKAQ1222112121,lntTttTttttttm逆流00000011RAdAbRAAKiimi0000011RdddbdRKiimi Nu=0.023Re0.8Prn (流体被加热流体被加热=0.4,被冷却被冷却=0.3)二二.相关

19、概念相关概念1传热的三种方式：传热的三种方式：热传导，热传导，对流，对流，辐射。辐射。2热交换方式：热交换方式：直接直接间接。间接。3热传导速率热传导速率Fourier：4牛顿冷却定律牛顿冷却定律 （1）流体被冷却时，）流体被冷却时，T=TTW ;（2）流体被加热时，）流体被加热时，T=TWT。第四章：复第四章：复 习习 要要 点点nTqnimiiinniiniiAbTTRTQ11111)/(TdAdQ二二.相关概念相关概念5四个准数四个准数(1)NuL/，努塞尔特准数，努塞尔特准数(Nusselt)，表示对流，表示对流传热系数的准数；传热系数的准数；(2)ReLd/，雷诺准数，雷诺准数(Re

20、ynolds),表示流动状表示流动状态影响的准数；态影响的准数；(3)PrCp/，普兰特准数，普兰特准数(Prandtl),表示物性影表示物性影响的准数；响的准数；(4)Gr=L32g t/2，格拉斯霍夫准数，格拉斯霍夫准数(Grashof),表示自然对流影响的准数表示自然对流影响的准数6/第四章：复第四章：复 习习 要要 点点二二.相关概念相关概念7.蒸汽冷凝：蒸汽冷凝：(1)竖管竖管(壁壁)层流：层流：(2)水平管外（因：水平管外（因：d小，总处于层流）小，总处于层流）8大容积饱和沸腾曲线：大容积饱和沸腾曲线：自然对流、泡自然对流、泡(核核)状沸腾、膜状沸腾状沸腾、膜状沸腾9自动模化区自动

21、模化区:与设备尺寸无关与设备尺寸无关 10强化手段：强化手段：第四章：复第四章：复 习习 要要 点点4/132)(13.1TLg4/1032)(725.0TdgmtKAQ 1.在研究污垢对传热的影响时，采用在研究污垢对传热的影响时，采用281mm之铜管之铜管,水在管内流动，水蒸气在管外冷凝。传热水在管内流动，水蒸气在管外冷凝。传热系数系数K在很宽的水的流速范围内在很宽的水的流速范围内,对清洁管和污垢管对清洁管和污垢管可用如下方程表示可用如下方程表示:1/K=0.00020+1/(500u0.8)清洁管清洁管 1/K=0.00070+1/(500u0.8)污垢管污垢管式中式中:K-传热系数传热系

22、数,kcaL/(m2h)u-水的流速水的流速,m/s =1/(500u0.8)-水的对流给热热阻，水的对流给热热阻，(mh)/kcal试求污垢热阻和蒸汽冷凝给热系数。已知试求污垢热阻和蒸汽冷凝给热系数。已知:铜的导铜的导热率热率=330kcal/(mh)第四章：复第四章：复 习习 例例 题题 第四章：复第四章：复 习习 例例 题题解解:因铜管管壁很薄因铜管管壁很薄,内外管径比近似为内外管径比近似为1,则传热系则传热系数数K的表达式的表达式:1/K=1/1+/+Rs+1/2因题给条件因题给条件,清洁管经验式中的数值清洁管经验式中的数值0.00020应是管应是管壁及蒸汽冷凝给热热阻壁及蒸汽冷凝给热

23、热阻,故两方程相减得污垢热阻故两方程相减得污垢热阻:Rs=0.00050(mh)/kcal铜的导热率铜的导热率=330kcal/(mh)管壁热阻管壁热阻/=0.001/330=0.000003(m2h)/kcal可以略去不计，故可以略去不计，故:1/1=0.00020所以蒸汽冷凝给热系数所以蒸汽冷凝给热系数 1=1/0.00020=5000 kcaL/(m2h)2.有一列管式换热器有一列管式换热器,装有装有252.5mm 钢管钢管300 根根,管长为管长为2m。要求将质量流量为。要求将质量流量为8000kg/h的常压的常压空气于管程由空气于管程由20加热到加热到85,选用选用108 饱和蒸饱和

24、蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸气的冷凝给热系数汽于壳程冷凝加热之。若水蒸气的冷凝给热系数为为ao=104W/(m2K),管壁及两侧污垢的热阻均忽略管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计不计,而且不计热损失。已知空气在平均温度下的而且不计热损失。已知空气在平均温度下的物性常数为物性常数为cpc=1kJ/(kgK),=2.8510-2W/(mK),=1.9810-5(Pas),Pr=0.7。试求。试求:(1)空气在管内的对流给热系数空气在管内的对流给热系数;(2)求换热器的总传热系数求换热器的总传热系数(以管子外表面为基准以管子外表面为基准);(3)通过计算说明该换器能否满足需要通过计算说明该换器能否满足需

25、要?(4)计算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度。计算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度。第四章：复第四章：复 习习 例例 题题2.解解:(1)di=25-2.5220cm0.02m，G=W/AG=8000/(36000.7850.022300)=23.59kg/(s.m2)Re=diu/=diG/=0.0223.59/(1.9810-5)=2.38104 104 Pr=0.7 L/di=2/0.025=80i=0.023(/di)Re0.8Pr0.4 =0.023(2.8510-2/0.02)(2.38104)0.80.70.4 =90.1W/(m2)(2)管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计管壁

26、及两侧污垢的热阻均忽略不计 1/Ko=1/ao+do/(aidi)=1/104+25/(90.120)=0.01397(m2)/W Ko=71.6W/(m2)第四章：复第四章：复 习习 例例 题题2.(3)Q=Wccpc(t2-t1)=(8000/3600)103(85-20)=1.44105W tm=(t1-t2)/ln(t1/t2)=(108-20)-(108-85)/Ln(108-20)/(108-85)=48.4 提供提供Ao=ndoL=3003.140.0252=47.1m2 Q=KoAo/tm需要需要Ao=Q/Kotm=1.44105/(71.648.4)=41.6 m2 AoAo

27、 满足要求满足要求第四章：复第四章：复 习习 例例 题题2.(4)求壁温求壁温Tw壁的热阻忽略壁的热阻忽略 Tw=tw空气平均温度空气平均温度tm=(20+85)/2=52.5 传热速率温差传热速率温差(推动力推动力)/热阻热阻(T-Tw)/(1/ao)=(Tw-tm)/do/(aidi)即（即（108-Tw)/(110-4)=(Tw-52.5)/25/(90.120)Tw=107.6 108即即:壁温接近外侧蒸汽温度壁温接近外侧蒸汽温度 (或或大的一侧流体的温度大的一侧流体的温度)第四章：复第四章：复 习习 例例 题题3.有一列管换热器有一列管换热器,用用-15的液氨蒸发来冷却空气。的液氨蒸

28、发来冷却空气。空气在换热器的薄壁列管内作湍流流动空气在换热器的薄壁列管内作湍流流动,由由40冷冷却到却到-5,液氨侧的对流给热系数为液氨侧的对流给热系数为1880W/(m2K),空气侧的对流给热系数为空气侧的对流给热系数为:46.5W/(m2K)。忽略管。忽略管壁和污垢热阻。求壁和污垢热阻。求 (1)平均温度差平均温度差;(2)总传热系数总传热系数;(3)若空气流量增加若空气流量增加20%,其他条件不变其他条件不变,总传热系总传热系数将变为多少数将变为多少?(4)为保证空气流量增加后的冷却程度不变为保证空气流量增加后的冷却程度不变,在以后在以后设计换热器时设计换热器时,可采取什么措施可采取什么

29、措施?第四章：复第四章：复 习习 例例 题题3.解解(1)tm=(40-(-15)-(-5-(-15)/Ln(55/10)=26.4(2)1/K=1/46.5+1/1880 K45.4W/(m2K)(3)如流量增加如流量增加20%由于由于Nu=0.023Re0.8Pr0.3 2/1=(W2/W1)0.8 2=1(1.2/1)0.8=1.15746.5=53.8W/(m2K)此时此时 1/K2=1/53.8+1/1880 K2=52.3W/(m2K)(4)流量增加后流量增加后,要求空气的冷却程度不变。要求空气的冷却程度不变。W1cpt1=K1 A1tm1 W2cpt2=K2A2tm2 其中其中W2=1.2W1 tm1=tm2 则则W1/W2=K1A1/K2A2 A2/A1=1.245.4/52.3=1.042 故设计换热器时若使面积有故设计换热器时若使面积有4%的裕量的裕量,可以保证空气量可以保证空气量增加增加20%后仍达到原定的冷却程度。后仍达到原定的冷却程度。第四章：复第四章：复 习习 例例 题题