第九章 化工原理习题课.ppt

绪论 1.1 学习目的：了解化工原理的研究对象，熟悉化工生产中的基本原理和典型设备的基本知识，了解从实验化学到工业生产所涉及的问题和解决问题的途径。（理论到实践） 1.2 研究对象：根据某些物理操作的操作原理和特点归纳出若干基本的单元操作，化学原理就是研究各单元操作共性规律的。 根据单元操作所遵循的规律，将其划分为： （1）质量传递 （2）热量传递 （3）动量传递 1.3 常用基本概念 （1）物料衡算：质量守恒定律在化工中的应用 （2）能量衡算：能量守恒定律在化工中的应用 1.4 单位：制国际单位制SI 第一节 流体的基本性质 1、连续介质假定及流体的定义 2、流体的分类 （1）按状态分为气体、液体 （2）按可压缩性可分为不可压缩流体和可压缩流体. （3）按是否忽略流体分子间作用力，分为理想流体 和实际流体。（黏度） （4）按流体的流变特性分为牛顿型和非牛顿型流体。（牛顿黏性定律） 第二节 流体静力学 一、静压力特性 （1）流体静压强的方向总是和作用面垂直且指向该作用面。 （2）在静止流体内部任意点处的流体静压强在各个方向都是相等的。 二、流体静力学基本方程式 （二）流体静力学基本方程式的物理意义 1、由（1）式得。在容器中，某处的压强大小仅与其位置的高低有关，与水平位置无关。（推广：静止的同一种连通的流体，在同一水平面上各点所受到的压强相等---等压面）。 2、由（2）式：静压能与位能之和为一常数，并且静压能与位能可相互转换 3、由（3）式得.液面上方受到的压强，能以同样大小传递到液体内部。 4、将（3）式变形成（4）式得：压力或压力差可用液柱高度表示，须注明液体种类。 第三节 流体动力学 一、稳态（定态）流动：与流体流动相垂直的任一截面上，流体的物理性质与流动参数均不随时间的变化称为稳态流动。 二、流体的流量与流速 （一）流体的流量 体积流量qv： m3.S-1； 质量流量qm： kg.S-1； （二）流速u：单位是：m/s。 （三）流速与流量的关系： 1、qv=u.A ；【 m3.S-1】 =u.A×3600【 m3.h-1】 2、qm=ρ.u.A ； 【 kg.S-1】 qm=ρ.u.A×3600 ； 【 kg.h-1】 3、qm=qv.ρ 三、稳态流动时的物料衡算式——连续性方程 对该系统进行物料衡算：对不可压缩流体 qm1 = qm2 ； u1.A1.ρ1 = u2.A2.ρ2 …（1） 四、稳态流动的能量衡算式—柏努力方程 （一）流体流动过程中的能量形式 （二）流体稳态流动时能量衡算式—理性流体柏努力方程 上面的式子都是理想流体柏努力方程。 H1、U12/2g、P/ρg分别是单位重量的流体所具有的位能、动能和静压能，在工业中称：位压头，静压头，动压头。 **理想流体柏努力方程的物理意义： ①机械能守恒； ②机械能之和为一常数，且它们之间可以相互转化； ③当流体流速u=0，则柏努力方程变为了流体静力学方 程，说明流体静力学方程是柏努力方程的一个特例，也具 有静力学方程的意义。 2、实际流体柏努力方程 流体流动需要一定的能量，而且流体流动过程中还存在摩擦阻力，也要消耗能量，这就需要采用泵或风机给流体施加能量。即存在能量输入、损失。 上面的式子都是实际流体的伯努利方程， 实际流体伯努利方程的物理意义： 1）当流体处于静止状态，则柏努力方程变为了流体静力学方程 2）总机械能（或总压头）之和为一常数，且可以相互转换。 3） He：是指外界施加给单位重量的流体的能量，【J/N】。也叫外加压头或有效压头。 Hf：是指每单位重量流体流动因摩擦阻力而消耗的能量。称压头损失。 各截面处位能、动能和静压能为状态参数。He和Hf为过程参数。 五、伯努利方程的应用 1、注意仔细审题，明确已知条件和未知条件，找出解题思路。 2、确定衡算范围，选择1-1截面到2-2截面，明确能流方向。 3、要选好基准 基准量：根据是对单位质量还是单位重量流体衡算，选相应的伯努利 方程形式。 基准面：确定位能的相对大小，与地面平行即可，尽可能使计算简单。 4、列伯努利方程求解。 5、各物理量统一单位，都用SI单位。压强不仅单位要统一，而且基准也要一致（表压、绝压）。 ① 当Re＜2000时，为滞流形态； ② Re＞4000时，为湍流形态； ③ 2000＜ Re ＜ 4000时，为过渡状态。 Re的物理意义： （1）是判断流体流动形态的依据。 （2）反映流体流动的湍流程度。 (3)可变形为： Re=duρ/μ=ρu2/μu/d，体现