《化工原理》_课件.pdf

专业课复习资料（最新版）封面1概述1.1 流体流动的考察方法1.1.1 连续性假定S体力学:考察对象单个固体，离散介质流体力学：考察对象-一无数质点，连续介质例如点压强的考察P（正压力/面积）考察面积A质点一含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸、远大于分子平均自由程可能性：常温常压气体含2.5X1015个分子，分子平均自由程为0.1 um量级连续性假定-流体是由无数质点组成的，彼此间没有间隙，完全充满所占空间的连续介质目的：可用微积分和连续函数来描述流体的各种 参数1.1.2 考察方法一一拉格朗日法和欧拉法拉格朗日法一选定流体质点，跟踪观察描述运动参数 欧拉法定空间位置，考察经过此地的流体运动参数轨线与流线的区别轨线是同一流体质点在不同时刻所占空间位置的连线流线是同一瞬时不同流体质点的速度方向连线系统与控制体的区别系统是包含众多流体质点的集合，与外界无质量交换 控制体是作考察对象的某一固定空间体积，与外界可有质量交换化工原理关心设备中发生的事情,较多采用欧拉法1.2 流体受力1.2.1体积力：作用于体积中的各个部位，力的大小与体积（质量）有关。如：重力，惯性力，离心力1.2.2 表面力：分解成一垂直于作用面一压力P平行于作用面-剪切力TT1.2.3 流体粘性固定板粘性的物理本质-分子间引力和分子热运动、碰撞 牛顿粘性定律T=说表明流体受剪切力必定运动牛顿型流体与非牛顿型流体的区别N f（物性，温度）t t,气t,液J理想流体假定二0U2 m弋m,1.3流体流动的机械能号为单位质量流体的动能（=2流体静力学静止流体中任意界面上只受到大小相等 方向相反的压力作用于任意点所有不同方位的静压强在 数值上相等压强各向传递体积力ZpdVdV-8x 8y8zZpdV+翳）1寺-0同样X-1 dp=0 Y-91 dp=02.1.3 结合本过程特点解微分方程重力场 x=o,y=o,z=-g因祟=。暂=。则患。积分得R+2?Z=常数或 +g=*+g%2Pl+pgz2=Pa+pg Pl=Pa+Pg(zi-Z2)=Pa+Pgh分析方法取控制体作力衡算结合本过程的特点，解微分方程2.1.4 静力学方程应用条件 同种流体且不可压缩（气体高差不大时仍可用）静止（或等速直线运动的流体横截面一均匀流）重力场单连通2.2流体的总势能总势能|=+gN（压强能与位能之和）虚拟压强P=p+pgZ2.3压强的表示方法2.3.1 单位：N/m2=Pa,106Pa=lM Pa流体柱高度(p=pgh)latm=1.013 x 105 Pa=10.33/mH2O2.3.2基准：表压=绝对压一大气压真空度二大气压-绝对压2.4静力学方程的工程应用已知：R=180mmv h=500mm 求：pA=?（绝压），（表压）解：pB=pa+PgR Pb 二Pa+P水 ghPa 二Pa+P 汞 gR-p 水 gh=1.013X105+13600X9.81 X0.18-1000X9.81X0.5=1.204X105 pa（绝压）pA=1.204X105-1.013X105=1.91X1（）4pa（表压）2.4.2烟囱拔烟:Pa*2+P冷gh 由于P冷。热Pb=P2+P热gh 则pA pB所以拔风烟囱拔风的必要条件是什么?2.4.3浮力的本质:物体上下所受压强不同，由此产生浮力 取微元：压差力二(p2-Pi)dA=pghdA=p gdV排任一物体都可分成无数细条，V排=2 dV排2.4.4液封:6液P=10 kPa（表）设备中压力要保持，液体要排出，须用液封2.4.5流向判别:Pa接通后流向?水流水的有无是静力学问题 流水的多少是动力学问题 判据是看z大小，还是p大小?同一水平高度比压强P 左二Pa+P gz P 右=Pb+P gZB=在3流体流动中的守恒原理3.1质量守恒质量流量qm=qvp平均流速 u=定态，不可压缩流体u1A1=2A3.2机械能守恒3.2.1牛顿第二定律：合外力=质量X加速度 考察流体流动的机械能变化，其特征是存在器伯努利方程的物理意义：三项机械能之和为常数p u2+常数，2 2或 Z话+9+?=&g+仔+?，J/kgp U2Z+7+S-PS 2g=常数,J/N=m几何意义：位头、压头、速度头总高为常数伯努利方程的应用条件:1）重力场，定态流动,不可压缩的理想流体沿轨线 2）无外加机械能或机械能输出3.2.2推广到工程上可用形式：沿轨线-沿流线定态：流线与轨线重合u、p等参数与时间无关沿流线-沿流管 截面处均匀流（没有加速度）截面处流速均匀分布平均速度f速度分布 引入a理想流体f粘性损失 引入hf2 2得机械能衡算式：乱+/=良+嘈+A p 2 p 23.2.3应用时注意：1 32 n 2 2NR+乜 Z2g+&+”(+a#+%yP 2 p 2 p 2z(1)测风量3.2.4工程应用:由17至2-2排方程:P P?压差计：4=Pz+PigR可得：%=产”=3砂虹吸aSr2 Pa从1-1至2-2排方程义+Hg=+P P2=J2gHUy2(3)马利奥特容器求水面在a-a面以上 时的放水速度由a-a面至出口小孔 截面2-2排方程这时的流动条件是定态的 必=岳霖应用伯努利方程时所应注意的问题:1.看是否符合应用条件（连续流，满流）2.画示意3.截面选取 平行流，已知量最多,大截面u=03.3动量守恒牛顿第二定律可写成：F A t=A(mu)取单位时间计：F=A(qmu)=单进单与：、2 Fx=m（u2 x-u1x）SFy=Qm（U2 y-U1y）2 Fz=Qru2 z-u1z）条件：定态流动，管截面上速度均匀分布工程应用：取一节作分析(1)流量分配 2.忽略壁面摩擦阻力，按x方向动量守恒式PtA p2A=p p uA因水从支管中流出，%，所以，Pz RiPi-Pi=P（W一 域）(2)压力射流根据动量守恒，压力射流 的小孔流速是多少呢？解：划虚线控制体，按水平方向列动量守恒式Ap-(A-A0)p-AoPa=qmu-O=A0 P u2 这样 Ao(p-pa)=A0Pu2,得 u=按实用形式，m=迎二得C0=0.7p4流体流动的内部结构4.1流动的型态P1%Pl U2/句g+大广2+产力为对于水平直管，h f=PP2=包 f P P人们发现两种规律：Ap-u1,Ap-u175-2 雷诺实验 表明存在两种流动类型判断依据：雷诺数 Re=/4.1.1层流和湍流的区别:无微团作径向运动有微团作径向运动层流层从中心到管壁层流内层附壁“噌27=(+)du dy hf与贵无关 hf 8tl i 传热、传质慢hf与押关 hfOCU1752 传热、传质快层流和湍流的本质区别:是否存在速度、压强的脉动性4.1.2流型判据Re2000 层流2000Re4000 湍流4.2湍流的基本特征4.2.1时均速度和脉动速度速度二时均速度+脉动速度=）十征4.2.2湍流的强度和尺度湍流:主体流动+各种大小、强弱的旋涡湍流强度ix=w;或/*=/湍流尺度/=J R dy 两点间的相关系数R=之卢 两点间的距离为y-4.2,3湍流粘度：.、du工=(+)丁 ay父与流动状况有关，与物性无关4.3边界层及边界层脱体 4.3.1边界层实际流体口 W0,壁面无滑脱uoA边界层-流动流体受固体壁面阻滞而造成速度梯度的区域管入口段阻力大、传热、传质快4.3.2边界层脱体流体绕过园柱的流动边界层脱体的后果：1.产生大量的旋涡，2,造成较大能量损失边界层脱体的条件:1.逆压强梯度2.外层动量来不及传入如：平板不会发生脱体（无倒压区）流线型物体也不发生脱体（尾部收缩缓慢，动量来得及传入）4.4圆管内流体运动的数学描述数学描述方法:取控制体（微分控制体或积分控制体）作力（热量、质量）衡算结合本过程的特征方程（如T=/Z器）解方程将结果整理成所需要的形式4.4.1取控制体作力衡算(Pi-P2)ji r2-n r2/p g sina-2nr/T=0A sina=Z2-Zi得，(Pr P2)r=21 t4.4.1取控制体作力衡算(Pi-P2)ji r2-n r2/p g sina-2nr/T=0A sina=Z2-Zi得，(Pr P2)r=21 t5阻力损失5.1 两种阻力损失划分：直管阻力损失（沿程阻力损失）局部阻力损失（流体流经管件、阀件的阻力损失）5.1.1 直管阻力损失影响因素有三种：物性因素p,u设备因素d,I,操作因素U机械能衡算|+手=*+?+与 对于直管，人了=包/=等5.2泊谡叶方程层流时，已得Mj nax4jul得h _ A*_ 32皿应用条件：牛顿流体层流状态 圆直管速度分布稳定段（非入口段）层流直管阻力也可写成,64 I u2hf=（匕）（）（？）J R e d 25.2 湍流直管阻力损失实验研究方法：基本要求：由小见大，由此及彼因次论指导下的实验研究方法主要步骤：析因实验找出主要影响因素hf=f(d,/f U,P,u,e)若按每个变量做五个点,则实验工作量惊人（5 6次）无因次化减少工作量因次一-就是量纲 因次论的基本依据：物理方程的因次一致性 力学范围内基本因次只有三个质量M,长度LL时间T其它因次均为导出因次，如密度ML：?hf=f(d,Z,u,P,u,e)选d,u,P为基本变量，将2,口hf udup II N dd)无因次化,实验并数据处理因h8l,习惯用u/2表示速度头，则I u22万以不同的Re（方便地调节u）,不同的人工粗糙管以水或空气就可做实验5.3摩擦系数5.3.1莫迪分析TRe层流时，管内全部为层流，入与E/d无关 湍流时，层流内层厚度36,水力光滑管，入与Re有关，与/d无关8sL入与Re、e/d都有关8 ,完全湍流粗糙管，入与Re无关,与有关同一根管子，可以既是光滑管，又是粗糙管5.3.2非圆形直管阻力损失用当量直径4 x管道截面积 4A浸润周边n这里仅用于A/=4,02 G deup-和 Re=de 2速度u为实际平均速度，而孤加1：/45.4局部阻力损失管件阀件处流道变化大，多发生边界层脱体,产生大量旋涡，消耗了机械能肃Ju：5.4.1局部阻力计算式工程上取UJ L阻力系数或与=吟枭当量长度 实测的1和乙已成图表，供设计使用 注意：1.两种方法并不一致，都有近似2.计算所取速度要看图表规定阻力的单位有三种：损失压降N/m2 损失能量J/kg 损失压头J/N=m工程计算(-)水平管输油在250kPa的压差下输送P=800kg/m u=0.1 Pas的油品，管长尸乙二10km,管内径d=300mm。求流量为多少冰/s?解:画简,从1至2排机械能守恒式在 M2 3M2 l+l U2+=+2-p 2 p 2 d 2因口较大可先设2。，层流；1=黑APJ2250000 x0.32，=0.70mW-32/(+4)-32 x 0.1 x 10000验 Re=0.3x0.7x800-=16872000J L L 0.1原设成立，计算有效qv=-d2u=0.785 x 0.32x 0.7=0.050m%4工程计算(-)高位槽送液由一高位槽向搅拌反应器送料,料液性质同20C 的水，流量1.32/s,镀锌铁管642X3mm,管长10田，90弯头4个，闸阀(全开)1个。4qv 4x1.3x10 3,解：u=弓=-5=1.28/n/snd2 3.14x0.0362r _ dup _ 0.036 x L28 x 1000-4 ai y i n4e-OOI-4-bl xiu查90弯头q=0.75,闸阀全开4=0.17,出口 4=1取 c=0.2mm,e/d=0.0056,查人=0.033由高位槽液面至反应器液面作机械能衡算Z=+f2-+Sl=Pg d)2g104-F103x9.81 in I 2820.033x-+4x0.75+0.17+1=2.13m 0.036 J 2x9.816.1变量分析6.1.1变量质量守恒式机械能衡算式6管路计算摩擦系数计算式=夕（贷，5）其中物性参数、?已知设备参数人d、2，操作参数qv、u、w、a 中间变量9个变量，需给定6个独立变量，可求其它3个 按计算目的可分为两类设计型计算：给定qv、2、1、迎选择最优u求4 d操作型计算：给定d、（或、3、人、20 求qv（或一）6.1.2阻力损失压差-管路状况-流量三者关系8 2结论：管路状况一定，qvt.hf t hf(AP)一定，L t,qvi 4-定，q t.hf t中，则hf AB _1Pa_，Pb一，为什么 若水流方向相反呢3 t,则hf AB一，Pa，Pb6.2管路计算层流状态下4=笑为显函数，可直接求解 Re湍流状态下=1.74-21og竽靛）为隐函数，常要试差求解常可先设人在阻力平方区，再根据计算所得Re修正X6.2.1串联管路计算U2蚂方程特点：h f总=h f 1+hf 2+hf 3Qv=Iv1=Qv2=Qv3注意各段阻力计算的U、八d、人的不同6.2.2复杂管路计算 并联管路计算B-A2分流或合流时，有能量的损失和交换，有时40对于长管，三通处的阻力相对很小可忽略方程特点：/&=%=%Qv 总=l v1+Qv2注意hf不要重复计算6.2.3分支与汇合管路计算=有三个式子,管2的流向看*2与名大小力V尸，进。点为正，出。点为负 1=1-总3后=。声 二为=0,X为6.2.4阻力控制问题总管阻力为主时，增加分支,Qv总管几乎不变 支管阻力为主时，增加分支,q除支互不干扰6.3可压缩气体的管路计算特殊性：P为p的函数，2 1 2ra d p 以2 r机械能衡算式：1+V+J=sz2+hf2 Jp2 P 2简化：气体位能很小，可忽略,s等温流动或温差不大,Re=誓=萼 沿直管不变，入也不变 产 产得 Az2=2j Y+YinA Pm 2dlpm)pm)p2P相为名=(Pi+%)/2下的密度7流速和流量的测量7.1毕托管h2 沿流线从1至2排伯努利方程鲁+呜=Pz2-P-T1 2P1=P1+P否 T冲压强（驻点压强）静压强动压强根据hi,h2的指示可算出点速度111=23”=J2g(/)=7.2孔板流量计分析处理方法：先作P=0处理再考虑u的影响由1至2截面作能量衡算世g+乜=a I%p 2 p 2质量守恒AiUi=A2U2整理后2=2（8 一8）P1-直%=考虑口的影响，A2难以实测，用Ao计2K（q-0?PG0=f（Red,m）co mAq/A孔板流量计的特点：结构简单，阻力损失较大 文丘里流量计特点：阻力损失较小，造价较高7.3转子流量计 uA U0转子力平衡：(prp2)Af=VfPfg 2 4t-2由1-2能量守恒式：总吟量 产/2 2、(A-Pz)Af=Af(Z2-Zr)pg+Af p2 2 y3-P2)4=勺q+/疝-圉-y=_1_ 一 p)g-LaWAJ P转子流量计的特点：恒流速、恒压差刻度换算:%=P式%一外)Qg PbP/Pa)出厂标准：液体p=1000/m气体 p=1.2kglm8非牛顿流体的流动8.1非牛顿流体的基本特性粘度”加=4%)剪切稀化现象一一du/dy增加，口降低 幕律流体工=（器）塑性一一具有屈服应力r=r+&像）”粘弹性（爬杆效应，挤出胀大，无管虹吸）依时性一时间增加，口变化8.2非牛顿流体的层流流动阻力损失%=*=5与同管中幕律流体流动层流与=为范宁摩擦因子Re1Ka U pK(yJ sn-18.3非牛顿流体的湍流流动与减阻现象湍流 7T=,osRe frn l I-7 J n n湍流减阻现象 Re纯水10Oppm聚氧化 乙烯水溶液第四章流体通过颗粒层的流动1概述1.1工业背景tso3滤液S02+02气固和催化反应N2+H20 硅胶吸附 脱水过滤固定床一由许多固体颗粒堆积成的静止颗粒层LZ回/EJ木PH，Jtry彭u网囚系t床层高度r t iU表观速度 AH-少一流体物性：p,p操作因素：u设备因素:颗粒直径颗粒大小分布，空隙大小Z制!不出木后时行径2.1单颗粒的特性球形颗粒，只需一个参数d颗粒特性:体积丫=%表面积s叫s 6比表面”/外 实际遇到两个问题：非球形大小不一（分布）非坏形：ZE3重亘住，曰怀小I可笫果小I可体积当量d“，V=：d：v 6面积当量（L，S=加公6比表面当量（U，/。ea两个独立的，取（U和球形度（形状系数冲与球1缎粒阚R相献趟积 一非球形颗粒的表面积0 1物1边长为L=4mm的正方体颗粒求.dev,des,dea，。声 解”小强d7=4x 1.24=5mm71S=6Z2=7rd：wdeS=L,=4x 1.38=5.5mmS 62 6d _=L=4mmu u 4=0*004d2 52=1500/w2/m3=0.81dev,des,dea二者关系 dea=y/dev=/s d esdea dev-Z米贝杈鼾t f 守住大小不一：筛分分析1 k g颗粒群、一质S分率 上/一一，孑氏 一 一 I分布函数F（筛过量-dp）礼小特点:dpmaj 4l bF=1特点：某粒级范围的颗粒质量分率=该范围曲线下的面积曲线下的面积和=1万伟国姒f与预平国姒1时天余歹(%)=(%)定平均直径dm,准则：比表面相等原因：流动较慢时，阻力以表面剪切力为主，表面积对阻力影响大田uu凡,K得2.3床层特性空隙率=%=唯一匕 喉 喉匕=(1-叫受充填方式的影响与,无关用叫63P=0.48与dp万伟有天床层比表面S 5(1-0喉 Vp=a(l-s)俄玲速世回/EJ木的庄P年L床层图度AP -F-L“二彳表观速度I何边界复杂，无法解析解，要靠实验 发学模型法主要步骤：原型简化的物理模型物理模型建立数学模型实验一检验模型测定模型参数间愎至过程特征：爬流，表面剪切力为主，形体力（压差力）为次空隙中实际速度与空隙大小有关简化原则：模型与原型表面积要相等空隙容积相等将原型简化成一组平行细管细管直径eLe必ITS造痢3解姒字恨里4 x流通面积二4 x流动空间 润湿周边=润湿表面4比床 _ 4g(1-)七 a(l-e)细管层流 32uJ eAP=,力得 AP Lea2d-)2/2q_)23=2上一K一实验得康米尼方程AP q2q_)2=5-uuL 3 产运用氾国：Re 100时，可忽略粘性项影响因素分析：物性二p加 操作二U设备R,dm3空隙率的影响最大，(1 _)2:0_3t0_4 Z3:18T5_61列Z 笠伯=LUivir a4巴川习CU遇过回ZEJ木出 硫器的压降,用20。（2,10L3kPa（绝）的空气进行实现测得A Du=04m/s 时二470Pa/m,Lu=0.9m/s时*=2300,/。L.AR求：CO以u=0.5m/s通过时的 o L已知：2（r C,L0MPa（绝）的一氧化碳=2.4xl O-5Pa,s,p=11.4kg/m3由庠：zir i j吊比分=ip=LZKg/m N=Lbix】u r a-s 根据欧根方程，取AP-2=+C2pu代入空气数据470=CiX1.81xl 05x0.4+C2xl.2x0.422300=C1xl.81xl 0-5x0.9+C2xl.2x0.92解得Ci=3,9x106,c2=2301一氧化碳AP -2-j-=+C2pu=3.9xl 06x2.4xl 05x0.5+2301xl l.4x0.52=6604 Pa/m不例也口J用a”衣必,APL/)2-)2=4.17-llu+0.29-pu 8先用实验值算出a、e,再用a、e来计算实际工艺物料的压降J.4网神头宓规划刀/GJ匚匚牧量纲分析法：对过程无须有深刻理解,“黑箱”法析因实验无量纲化测定性实验数学模型法：对过程有深刻理解，能将过程大幅度简化简化模型解析解验证性实验4.世源原理仪议苗4.1基本原理最简单的过滤操作：布氏漏斗 滤纸悬浮液中固体颗粒被过滤介质截留，清液在压差下通过多孔过滤介 质，使固液分离。卡4触席空管滤液抽吸过滤介质缝隙并不需要比颗粒小一架桥现象穿滤”5%歉杈相，4、B施淑一用助滤刑助滤剂刚性颗粒方式1.预涂方式2.混入悬浮液_L业上，例如用板框代滤机滤液过滤完毕时，框内充满滤饼?过滤TT舁5.1物料衡算悬浮液含固量表示方法：质量分数叫kg固体/kg悬浮液 体积分数8m3固体/H?悬浮液w/Ppw/o+H-w W o取1kg悬浮液取inr悬浮放_ 叫 FF-如 p+Q-%p注意：三个去向要清楚基准要选好滤饼层厚LH关系(V+LA)=LA(1-s),L=_j V=_0I 1 (/)A (!)L-ql-滤饼空隙率与含清液质量分率关系取1kg滤饼 取In?滤饼alpa/p+(l-a)/pp 5&P字+(1-)Pp例1有一板框压滤机,框的边长为450ml n,厚度 为25mm,有20个框。用来过滤含固体w=0.025的水-固悬浮液,滤饼含水40%（质量分率）,pp=2100kg/m35试计算当滤饼充满滤框时所得的滤液量。用庠：Vi=u.4?”xu.uz?xzu=uuinralp0.4/1000/夕+(1 a)/夕尸 0.4/1000+(1-0.4)/2100=0.583。(1%（1一）夕p+明明+Q=w0.025-1)(1-0.583)x2.1-0.583=339/3世源理举过滤特点：滤饼中流体流动很慢非定态压差一定时n T,u1_ dV _ dq U Adz dr注意：V为累计滤液量,m3 处理：用康采尼方程拟定态%LJ L I U=r(l-)U Ur滤饼比阻，L(l v)=*qA产饼=r夕产=及速率dr rcpjL iq 阻力AP=AP饼+AP介串联过程：速率相同dq _ A2 _ AF._ APdt r 四夕 丫 如Qe r%(g+le)备为过滤介质当量滤液量参数归并及=也r(/)/L iA怒当过滤速率基本方程dq _Kdr 2（夕+%）过源吊姒必备足用具刃吊姒，侍有余件K,备的影响因素2APK=丫如滤饼比阻：不可压缩滤饼，r=常数，KocAP可压缩滤饼，r=r0APs5 K“AP,s为压缩指数 备与介质性质、悬浮液性质有关34过滤费金勿在的必用1.恒速过滤 隔膜式往复泵 流量一定若T=0,夕=0则姐=/%=K=常数 dr 2(1+%)或当,注意K变化1夕以呆过滤机怛理愣TFT(miii)=10+10+10 V(l)=4+?+?共滤了30miii后，用Xv=02匕总、的洗涤液量冼涤，速率不变，则1 w=?每次过滤洗涤后,所需装卸时间T D为20min,V求：生产能力2=：=?解：出土理皮怛 VT片 4+4+4=12 升V Vw 0.2K一二上二T Tw Tw：.T w=0.2t=0.2x30=6min八 P 12Q=-=-=0.21/mint+tw+t D 30+6+20z.怛比地源dq _ K 肌2（夕+%）若t=0,q=0则积分2（夕+夕6）雨=A17得夕?+2夕夕e=Kr或庐+2 KFe=KA2Tq=4Kr-qe1列3呆叮滤机怛比愣TFT(miii)=10+10+10 V(l)=4+2+?共滤了30miii后，用%v=02P总的洗涤液量冼高 P洗=X P滤，P洗液斗滤液，则工w=?每次过滤洗涤后,所需装卸时间T d为20min,求：生产能力2=二=?Sr解：出怛比内在Y十ZWe=KAF代入数据求KA?,%42+2x4K=KA2x1062+2x6K=KA2x20得Ve=l 升，KA2=2.4升2/分/.t=30min时V=KA2t+V-V=2.4x30+12-1=7.54升A片1.54升洗涤过程定态，饼厚为过滤终了的饼厚(叶滤机 当洗=AP滤出洗液=1滤液时,如、)wdV yKA22.43冬 2(4+匕)2x(7.54+1)=0.141 升/5V02 x 7540.141=10.7minQ=7.54t+tw+t jy 30+10.7+20=0.124升/分，九;受住旧怛住从t=工1,q=qi起开始恒压操作P2（q+qe）dq=k drJq i Jq（，；）+2%（夕夕 J=K（c 7）或（片一匕2）+2匕&一匕）二必2一）如先恒速后恒压4.过滤吊效的测；E由小装置上测定的实验数据能否用于大装置?看影响因素备=/（过滤介质，悬浮液性质）与A无关（而V-A）口 2AP 2AP1-5K=-=-丫如 丫加操作压强改变后要换算，悬浮液浓度变化后要换算仕怛代卜做头掘No.q t1 2 3 截距攀A由 Kr=q2+2qqe线性化厂K*及斜率1“I世漏世荏叮导1.变量分析设计型：已知：夕日K,V,t,AP 求：A操作型：已知：4依,K,V,AP（或t）求：t（或AP）2.生产能力的优化间歇过滤机恒压操作有优化问题VQ=-=/工+Zjy+t D令y=0可得“tdr Fopt_KA2（Tw+TD）+Ve）2-V KA2当Ve=O时,图解思维T opt切线斜率最大33吊用以洞I父宙1.叶滤机q 0抽真空-洗涤面积不变灯源机冼涂理平（回积，1:升厚个变）(dz)wdV yd t J jy4巳=A2 4 APw蛔+%)AP 4/丫除9+Q)=pw I P(deJ终_AF ju(dVAP IdzJ终若是恒压操作Lwvw _AP2(r+K)“、k de)wAP%V1+2V VewT当匕=o时，=AP即2P%AP V，板惬庄源帆板框每边长即厚b,过滤面积谒，过滤终了“工 洗涤时，饼厚为b（加倍）洗涤面积a2（减半）板惬住滤机打涂（回积同干J开厚口脩）dV y dr）w_1AF jli（dVy4 AP 终恒压操作时（也）KA2 _V1+2We终=2+匕）=2（+，）cT vw AP8（r+K）%（dV y AFL/V1+2V Ve dt）w当 Pe=O时，AP 破 8%WTJ凹转具至世滤机e过温洗涤、吹松 卸渣连续完成抽真空浸入分率。（=急，。浸入角）转速n玲每转1周,仁人 过滤时间片条过滤面积A AP一定 iq=Kr-qe=lK+-qe2=：=%夕力=研（火+夕;-qe）2T v n=KA2（pn+n2V -nVe思考题：nf，t?Q，q,6 饼o1夕拟用一极惬世源机仕uaivira比毛 卜怛比过滤某悬浮液。已知K=7x I（f 5m2/S,夕e=0.015m3/m2,现 要求每一操作周期得到IOii?滤液，过滤时间为0.5h 滤饼不可压缩，悬浮液（p=0.015（m3固体/n?悬浮液），滤饼空隙率=0.5,试问：需要多大的过滤面积；如操作压差提高到0.8MPa,恒压操作。现有一 板框过滤机，每一个框的尺寸为0.635x 0.635X 0.025m,若要求每个过滤周期得到的滤液量仍为 l OmM过滤时间不得超过0.5h,则至少需要多少个 框？用军：q=+q；_qeA=7x10-5 x 1800+0.0152 _ 0 015=0340阳3/、“二29.加q 034s=o5衣，=空旅=APA Q，x7xio 5=1 87x10 4阳2/s0.3q=4rV-q=0.565m3/m21.87 x 10 4 x 1800+0.0152-0.015/y ioA-=17/7 阳 2q 0.565A 17.7-2a1-2 x 0.6352 这样可行吗？=22个“十/饼）。=I/饼（1闾10 x0.0151 ，1-0.5-0.0150.309阳 30309ba1 0.025 x 0.6352=31个取31个1列z 版径比滤机仕怛比卜功:仃世源，小悬序淑W 固量0.1kg固体/kg悬浮液，滤饼空隙率8=0.4,pp=500（kg/m3,备=0,若过滤若分钟，则得滤液L2m3,试问：当T=l h,V=?过滤1小时后的滤饼体积；过滤1小时后，用0.1V的水洗涤，T w=?（操作压强不变）用庠：w=T=iumm5 v=LznrV2=KA2tka2=V1T1.22二u=0.144/w6/minP=VZJV=V0J44x60=2.94阳 3V()pp+p+VpV=-vJ 1)(产w p2.9471 “、5000(-1)(1-0.4)-0.40.1 1000=0.11m3%nr jllw qvwAP%Vr=8x0.1x60=48 min1列J呆叮滤机怛比过滤愣TF,世漏。质PH刀口恐岷 过滤终了 V=0.5m3n=l h,滤液粘度是水的四倍。现用水洗涤/Vw=0.05m35则T w=_o解_ Nw 2/c一1 2x0.05=x-4 0.5x60=3min0加快世源理单时运住过滤技术的改进物料的适应性加快过滤速率6.1 改变滤饼结构结构特征：空隙率、压缩性办法：用助滤剂（刚性,多孔性,尺度均匀）预敷和掺滤6.2 改变悬浮液中颗粒聚集状态目的：小颗粒一聚成大颗粒办法：加聚合电解质、无机电解质如：脏水用明研如：聚丙烯酰胺极性基团对尘粒的吸附作用 氢键作用勿弋12/NH2为 N%(R)nNH2 勿 NH2 NhT NH2 0.5创念世源传统的滤饼过滤一终端过滤动态过滤一用机械的，水力的，电场的方法 限制滤饼增长滤液 过滤介质 o o n-o稀悬浮液。E。？：浓悬浮液*0。0?：*O 。0 o Q 0 0 0 0 Il t HHHIII t l滤液 过滤介质弟六草传热1概述传热目的加热、冷却物料回收热量或冷量设法促进传热保温，减少热量或冷量损失设法阻止传热传热还用于其它单元操作 如蒸发，精憎我里传导分子热运动（自由电子迁移）对流一流体宏观迁移引起载热辐射一电磁波 接触 接触 不接触热水瓶为什么能保温?L3冷热流体接触方式蓄热式原料油空气+燃46，耐火砖裂解气9亘搂搂触式|冷水/T A A 7k间壁式蒸汽夕m2,，冷流体2冷凝器热流体加热最常用水蒸汽（锅炉房）常用工业锅炉p0.8MpM表）（175。道生油、熔盐、电加热冷却常用河水、井水、自来水 盐水、冷冻剂1.3费不慨宓热流量Q,(W=J/s)单位时间，热流体通过整个传热面传递给冷力 体的热量。热流密度q NW/ii?)单位时间、单位面积所传递的热量。q-dA显然，热流量Q=AqdA定态与非定态而 况 n定态：畀=0 非定态：云dr UL t从0T时刻累积传热量Qt,QT=AqdrZ热齿导2.1傅立叶定律热流密度与温度梯度成正比入：W/m=W/m K入量级：金属10102w/m%：绝热材料10-2i(f iw/moC液体 10-iW/mQC气体l(f 2w/moC1.入金属入液体入气体2.温度升高时，入液下降(水例外)，人气上升，入金属下降，大多人非金属上升2.Z半后平事导热解决：温度分布热流量条件：定态一维（横向导热不计）分析：取控制体作热量衡算：进=出+累积/E态：累积=0,Qi=Q结合特征方程解析解入=常数时 A dx积分 Xdx=-dtA J。儿温度分布t=t生X线性，Q=AA或Q=2LAI工程处理方法过程速率=推动力 阻力多层平壁导热劣二昱=A：+A：R R?a+R?条件：定态一维串联过程，速率一致 结果：温差按热阻大小分配1夕口大U:两后平室A i=l.4W/m,5 i=100mm，入 2=0.14W/m*,5 2=200mm,力=650，t3=50o 求：两壁接触处的温度t 2。解：先定性分析，哪个斜率大热流密度Q 4-3 _ 650-50夕&=Q.i Q.24 4 1-4 0.14=400%/-由夕=2.3&/友得t2=乙+夕生=50+400 x42=621。回同事导热分析：取控制体作热量衡算定态:Q入=（2出即：Q=qAy，A，一维传热：q=包（2总）drQ cri dr 俏，=_ dtI nXL Jn r 2加工（，1 一，2）Q=“八 vi 2 _ i、一、l n（r2/rx）-色-4）加（-627iL（r2-4）彳0 _ 2Hx(%-G)g/4)一七-4)岫向 2就伍-)2写成通式：_ tx 12 _，_ 推动力D=blZ4m=TR=阻力其中1 m4-4 ln(2/4)2.4郑元导热Q=A4r2dt dr或。一可”Q=4;见，i-t2)4肛弓a%11ri r24=4“2=V44r2-ri6 5。一。二s通式_ ArQ=J 7AmAZ.5多后结但热4 4 4一2 133 142h441 442 443&I&I&4414力旭？443含义：、束至二总推动力二某层推动力 总热阻某层热阻条件：无接触热阻接跚热阳：因接触界面不可能理想光滑而造成的额外热阻1acA影响因素：界面粗糙度，压紧力，空隙中的气压计算上有困难，数据少，但概念很重要子层圆同蜜导热0=-1 J 1 J2 况4”2ttIA2 r2思考题：温度分布？A1列Z仕烝汽巨理外包网底|可住厚度的1禾温包科 入1V入2,应将哪层包在里面？4兀IN1 1-2 1 1 r3-In 上-I-In 4 4 4 丫2廨/=C 乙兀IN2=11-2.-In上HIn且 几2 4 4 r2两种情况传热量不同，比较Q1与Q2,取小的。比较分母 1 1,入 1TZ1 Z2/.,片 W-62=任2+5)&2 _ 5)=4弓二 E；0.(In-In)(In-In-)4 4。友 4 丫21,r2 1 _ r3 1 _ r2 1 _ r3Ini-In-IniIn一4 4 4 4 4 4 所以OSO,入小的材料应包在里面J河流帘热研究范围：有淋能对流给热 弓翻沸弹热 液体沸端热 令凝给热 3.1过程分析热流体向冷壁面传热 对小方块作热量衡算Qy+z%+与 分冷壁湎沉：彼田自慎|口胁创，沉件但热空事回，句河流 层流：流体层次分明，层间传热靠传导，称为对流给热静止流体：传热靠传导,不称为对流给热后两者区别？热重衡舁静止流体，水平方向无载热 夕 j+Aj=Qy流动流体，水平方向有载热 夕j+Ay，w静止冷壁JZ两种河流形工I自然对流与强制对流1.自然对流：流体温度差,引起密度差，导致宏观流动加热面仃，p 1热流体上升Xp=pgL,包=g g,P自然对流的冷源、Ap=pj f f At,少月彭月长系数热源应放在恰当的位置日孤河流的冷源、热混悭放仕昭3的他直冷冻机2.强制对流在外力或切作用下引起流动34河流箔热过往时效于加如/1.牛顿冷却定律/Tq=a(T-Tw)野.1r其中：Tw：壁温；T:流体主体温度；qa:给热系数W/m2/工程处理方法一分离变量法 A便于分解组合传热系数Kq=al(T-Tw)=ATnL-t=a2(tfV-t)O。_ t w-t11%8/A 1/%q=K(TT)17E+T+a.q=K=。府段世在（Ktru m ze j分解成几个子过程例如：确定K的过程中,冷热流体各有10种情况,K有100种为强化传热提供依据强化传热应从哪一侧着手 存在问题：a中仍有 T影响a仍要实验解决zat丹影则囚系物性：P,内Cp,Z设备因素(定性尺寸)：I流动因素：强制对流：u 自然对流：(P,内九,u,的At,Cp)基本量纲4个(M,L,T,0),变量8个，无量纲准数=8-4=4,即al _ lup Cp/Li 3 P2T J(夕彳)2)A JLl A JLlNu=f(Re,Pr,Gr)强制对流Nu=f(Re,Pr);自然对流Nu=f(Gr,Pr)物埋意又：Nu=M 表征与纯导热相比，对流给热系数“增大的倍数Gr由 5/得g,片夕2二Re?2表征自然对流的流动状况Pr反映物性对给热过程的影响JZE任温度两种：膜温=”1较本质，但使用不便主体平均温度=丫 使用方便4.定性尺寸 管内强制流动d 管外自然对流 水平放d垂直放L如眄头把测CpdQ=qdA=a(tf)nddL=qmCpdt 积分得 2=aAtm7t d=qmCp(t2-t i)_ Q%2-)一(，犷1-。)In2 2 t t lW测量 t w i,t w 2,t i,t 2,qm 可求得aJ4尢怕受河流a省宓大耳天工i1.圆形直管内强制湍流a或Nu=0.023Re0 8Prbb=0.4流体被加热,b=0.3流体被冷却a滞=0.0234 Re0*pg而 d1）经验关联式应用时要注意：适用范围：Re10 o.7vPr vi6O,|J v2p 水，L/d3040定性温度：主体平均温度）1+心）或；（。+幻特性尺寸:管仔d空气 Pr=0.7bT Prb 水 Pr=7 bj P*影啊囚秦方所：，。8 2 2aoc _ oc 而 鼠 ocLocdQ2 d18 f d d5液体受冷,气体哪 不利，a|物性不变的速度分布 液体受热气体受冷从Q有利，er fZ)必用氾国的为范a.置粘度修正 od u1=0.027”产 d 0.33)0.14w工程处理加热(/严=1.05,b.2000vRevl()4过渡区冷却(4严=0.95a过小湍 a