化工原理知识点总结

第一章、流体流动一、 流体静力学二、 流体动力学三、 流体流动现象四、 流动阻力、复杂管路、流量计一、流体静力学：l 压力的表征：静止流体中，在某一点单位面积上所受的压力，称为静压力，简称压力，俗称压强。 表压强（力）绝对压强（力）-大气压强（力） 真空度大气压强-绝对压大气压力、绝对压力、表压力（或真空度）之间的关系l 流体静力学方程式及应用：压力形式 备注：1)在静止的、连续的同一液体内，处于同一能量形式 水平面上各点压力都相等。 此方程式只适用于静止的连通着的同一种连续的流体。应用： U型压差计 倾斜液柱压差计 微差压差计 二、流体动力学l 流量 mS=GA=/4d2GVS=uA=/4d2u质量流量 mS kg/s mS=VS体积流量 VS m3/s质量流速 G kg/m2s (平均)流速 u m/s G=ul 连续性方程及重要引论： l 一实际流体的柏努利方程及应用（例题作业题）以单位质量流体为基准： J/kg以单位重量流体为基准： J/N=m 输送机械的有效功率： 输送机械的轴功率： （运算效率进行简单数学变换） 应用解题要点：1、 作图与确定衡算范围:指明流体流动方向，定出上、下游界面；2、 截面的选取：两截面均应与流动方向垂直；3、 基准水平面的选取：任意选取，必须与地面平行，用于确定流体位能的大小；4、 两截面上的压力：单位一致、表示方法一致；5、 单位必须一致：有关物理量的单位必须一致相匹配。三、流体流动现象：l 流体流动类型及雷诺准数：（1）层流区 Re<2000 （2）过渡区 2000< Re<4000 （3）湍流区 Re>4000 本质区别：（质点运动及能量损失区别）层流与端流的区分不仅在于各有不同的Re 值，更重要的是两种流型的质点运动方式有本质区别。流体在管内作层流流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动并相互碰撞，产生大大小小的旋涡。由于质点碰撞而产生的附加阻力较自黏性所产生的阻力大得多，所以碰撞将使流体前进阻力急剧加大。管截面速度大小分布：无论是层流或揣流，在管道任意截面上，流体质点的速度均沿管径而变化，管壁处速度为零，离开管壁以后速度渐增，到管中心处速度最大。层流：1、呈抛物线分布；2、管中心最大速度为平均速度的2倍。湍流：1、层流内层；2、过渡区或缓冲区；3、湍流主体湍流时管壁处的速度也等于零，靠近管壁的流体仍作层流流动，这作层流流动的流体薄层称为层流内层或层流底层。自层流内层往管中心推移，速度逐渐增大，出现了既非层流流动亦非完全端流流动的区域，这区域称为缓冲层或过渡层，再往中心才是揣流主体。层流内层的厚度随Re 值的增加而减小。 层流时的速度分布 湍流时的速度分布 四、流动阻力、复杂管路、流量计：l 计算管道阻力的通式：（伯努利方程损失能）范宁公式的几种形式： 圆直管道 非圆直管道 运算时，关键是找出值，一般题目会告诉，仅用于期末考试，考研需扩充l 非圆管当量直径：当量直径： =4（4倍水力半径）水力半径：=（流体在通道里的流通截面积A与润湿周边长之比） l 流量计概述：（节流原理）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。孔板流量计的特点：恒截面、变压差，为差压式流量计。文丘里流量计的能量损失远小于孔板流量计。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。l 复杂管路：（了解）并联管路各支路的能量损失相等，主管的流量必等于各支管流量之和。第二章、流体输送机械 一、离心泵的结构和工作原理 二、特性参数与特性曲线 三、气蚀现象与安装高度四、工作点及流量调节离心泵：电动机一、离心泵的结构和工作原理：l 离心泵的主要部件： 离心泵的的启动流程： 叶轮 吸液（管泵，无自吸能力）泵壳 液体的汇集与能量的转换 转能泵轴 排放密封 填料密封 机械密封（高级）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（主要为静压能）。泵壳 具有汇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。气缚现象：离心泵启动前泵壳和吸入管路中没有充满液体，则泵壳内存有空气，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，表明离心泵无自吸能力。因此，离心泵在启动前必须灌泵。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汽压时，液体发生汽化，气泡在高压作用下，迅速凝聚或破裂产生压力极大、频率极高的冲击，泵体强烈振动并发出噪音，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。二、特性参数与特性曲线：流量Q：离心泵在单位时间内排送到管路系统的液体体积。压头（扬程）H：离心泵对单位重量（1N）的液体所提供的有效能量。效率：总效率=vmh 轴功率N：泵轴所需的功率 -Q曲线对应的最高效率点为设计点，对应的Q、H、N值称为最佳工况参数，铭牌所标出的参数就是此点的性能参数。（会使用IS水泵特性曲线表，书P117）三、气蚀现象与安装高度:l 气蚀现象的危害：离心泵的性能下降，泵的流量、压头和效率均降低。若生成大量的气泡，则可能出现气缚现象，且使离心泵停止工作。产生噪声和振动，影响离心泵的正常运行和工作环境。 泵壳和叶轮的材料遭受损坏，降低了泵的使用寿命。解决方案：为避免发生气蚀，就应设法使叶片入口附近的压强高于输送温度下的液体饱和蒸气压。通常，根据泵的抗气蚀性能，合理地确定泵的安装高度，是防止发生气蚀现象的有效措施。l 离心泵的汽蚀余量：为防止气蚀现象发生，在离心泵人口处液体的静压头（ p1/pg ） 与动压头（ u12/2 g ） 之和必须大于操作温度下液体的饱和蒸气压头（ pv/pg）某一数值，此数值即为离心泵的气蚀余量。 必须汽蚀余量：(NPSH)rl 离心泵的允许吸上真空度：l 离心泵的允许安装高度Hg（低于此高度0.5-1m）： 关离心泵先关阀门，后关电机，开离心泵先关出口阀，再启动电机。四、工作点及流量调节：l 管路特性与离心泵的工作点： 由两截面的伯努利方程所得 全程化简。联解既得工作点。l 离心泵的流量调节：1、 改变阀门的开度（改变管路特性曲线）；2、 改变泵的转速（改变泵的特性曲线）；减小叶轮直径也可以改变泵的特性曲线，但一般不用。3、 泵串联（压头大）或并联（流速大）l 往复泵的流量调节：1、 旁路调节；2、 改变活塞冲程和往复次数。第三章、沉降与过滤（密度不同）一、重力沉降二、离心沉降三、过滤一、重力沉降：l 沉降过程： 先加速（短），后匀速（长）沉降过程。l 流型及沉降速度计算：（参考作业及例题）层流区（滞流区）或斯托克斯定律区：（10-4<Ret<1） （K<2.62）过渡区或艾伦定律区：（1<Ret<103） (2.62<K<69.1)湍流区或牛顿定律区：（103<Ret<2105） (K>69.1)相应沉降速度计算式：（公式不用记，掌握运算方法）l 计算方法：1、 试差法：即先假设沉降属于某一流型（譬如层流区），则可直接选用与该流型相应的沉降速度公式计算，然后按检验Ret值是否在原设的流型范围内。如果与原设一致，则求得的有效。否则，按算出的Ret值另选流型，并改用相应的公式求。2、 摩擦数群法：3、 K值法： l 沉降设备：为满足除尘要求，气体在降尘室内的停留时间至少等于颗粒的沉降时间，所以： 单层降尘室生产能力：（与高度H无关，注意判断选择填空题）多层降尘室：（n+1为隔板数，n层水平隔板，能力为单层的（n+1）倍）二、离心沉降：l 离心加速度：（惯性离心力场强度）；重力加速度：gl 离心沉降速度ur：；重力沉降速度uT：l 离心分离因数KC：KC（离心沉降速度与重力沉降速度的比值，表征离心沉降是重力沉降的多少倍）l 离心沉降设备：旋风分离器：利用惯性离心力的作用从气流中分离出尘粒的设备 性能指标：1、 临界粒径dc：理论上在旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒直径；2、 分离效率：总效率0；分效率p（粒级效率）；3、 分割粒径d50：d50是粒级效率恰为50%的颗粒直径；4、 压力降p：气体经过旋风分离器时，由于进气管和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力，流动时的局部阻力以及气体旋转运动所产生的动能损失等，造成气体的压力降。 （标准旋风） 标准旋风Ne=5，=8.0。三、过滤： l 过滤方式：1、 饼层过滤：饼层过滤时，悬浮液置于过滤介质的一侧，固体物沉积于介质表面而形成滤饼层。过滤介质中微细孔道的直径可能大于悬浮液中部分颗位的直径，因而，过滤之初会有一些细小颗粒穿过介质而使滤液浑浊，但是颗粒会在孔道中迅速地发生“架桥”现象（见图），使小子孔道直径的细小颗粒也能被截拦，故当滤饼开始形成，滤液即变清，此后过滤才能有效地进行。可见，在饼层过滤中，真正发挥截拦颗粒作用的主要是滤饼层而不是过滤介质。饼层过滤适用于处理固体含量较高的悬浮液。 深床过滤：在深床过滤中，固体颗粒并不形成滤饼，而是沉积于较厚的粒状过滤介质床层内部。悬