大學(xué)化工原理PrinciplesofChemicalEngineering多學(xué)時(shí)課堂教學(xué)課件

現(xiàn)在有少部分同學(xué)受求職壓力的影響和對(duì)素質(zhì)教育的誤解，熱衷于技能學(xué)習(xí)，去獲取各種職業(yè)資格證書，如駕駛證，電工證，會(huì)計(jì)證等，而忽視理論學(xué)習(xí)，這相當(dāng)于把對(duì)自己的要求降低到?？粕踔林袑Ｉ?。這對(duì)你們未來的發(fā)展將是不利的。所以希望你們珍惜本科教育的機(jī)會(huì)，注重培養(yǎng)自己的理論體系,認(rèn)真學(xué)好每門基礎(chǔ)理論課，特別是化工原理，因?yàn)檫@門課是化工類各專業(yè)課的基礎(chǔ)理論課。一、教學(xué)計(jì)劃TeachingPlan1.課堂講授：圍繞教學(xué)大綱進(jìn)行講授，以教材為藍(lán)本，但對(duì)教材中的內(nèi)容有所增減，自成體系。（固體流態(tài)化、蒸發(fā)、萃取、結(jié)晶、膜分離、超臨界萃取不講）。Classroomlecture:Carryonthelecturearoundtheteachingoutline.Thecontentsinthetextbookaresomewhatincreasedanddecreased,butmylectureismadetobeasystem./sundae_meng現(xiàn)在有少部分同學(xué)受求職壓力的影響和對(duì)素質(zhì)教育的誤12.習(xí)題課：講完課后安排一次習(xí)題課，通過解答以往的考題來復(fù)習(xí)所學(xué)內(nèi)容及示范解題技能和技巧。作業(yè)中的普遍性問題在作業(yè)發(fā)回時(shí)解答。Exerciseclassandclassroomdiscussion:Answerthecommondifficultquestionsinthehomework,traintheskillofsolvingquestionsandreview.3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)：通過驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)來幫助學(xué)生理解所學(xué)理論。（單獨(dú)設(shè)課）（安排一次理論教學(xué)、三次實(shí)驗(yàn)（阻力、離心泵、傳熱（含仿真））和三次演示實(shí)驗(yàn)（雷諾、柏努利方程、流體流動(dòng)型態(tài)））（以實(shí)驗(yàn)安排為準(zhǔn)）4.．輔導(dǎo)答疑Timearrangementofguidanceandansweringdifficultquestions(1)

課間及課后Betweenclassesandafterclasses（2）考前兩天Twodaysbeforeexamination5．

作業(yè)Homework(1)

每章交一次，不用抄題。Onceperchapter,don’tneedtocopytheexercisequestions.(2)

計(jì)算題求解步驟和要求（也適用于考試）：Stepsofsolvingquestionsanddemandsofcalculationquestions.a.

要寫出已知條件和求解參數(shù)（不計(jì)分）Writeoutknownconditionsandunknownparameterb.

一般要畫出簡(jiǎn)圖（不計(jì)分）Ingenerally,drawasimplefigure.c.

公式要推導(dǎo)Formulasshouldbededucedd.

已知數(shù)據(jù)要代入公式Knowndatashouldbeputintotheformulase.計(jì)算結(jié)果一般要保留3位小數(shù)或4位有效數(shù)字Ingenerally,thecalculationresultsshouldbereservedthree-digitdecimals.6．

考核Check(1)

考勤Attendance 10%（缺勤超1/3者沒有考試資格）（2）作業(yè)Homework 10%（缺作業(yè)超1/3者沒有考試資格）（3）考試Examination 80%/sundae_meng2.習(xí)題課：講完課后安排一次習(xí)題課，通過解答以往的考題來2三、本課程的特點(diǎn)CharacteristicofThisCourse:Itisabranchofphysics,anditsdegreeofdifficultyislarger.1．是劃分工科和理科的標(biāo)準(zhǔn)，是化工類各專業(yè)課的基礎(chǔ)理論課。2．難度較大，與物理化學(xué)相當(dāng)。3.很重要，是停課考試科目和化工類研究生升學(xué)考試科目四、學(xué)習(xí)要求StudyDemand1．認(rèn)真聽課Listentothelectureseriously2．做好筆記Takenotes3．即時(shí)復(fù)習(xí)Reviewimmediately4．獨(dú)立完成作業(yè)Completehomeworkindependently5.有疑問即時(shí)問老師Askteacherintimeifhavinganyquestions/sundae_meng三、本課程的特點(diǎn)CharacteristicofThis3緒論INTRODUCTION

一、化工過程與單元操作ProcessesofChemicalIndustriesandUnitOperations1.化工過程（化學(xué)工業(yè)過程）：由若干物理過程和若干化學(xué)過程組成的工業(yè)過程?；?qū)⒃细淖兓蚍蛛x成有用產(chǎn)品的工業(yè)過程。ProcessesofChemicalIndustries,inwhichrawmaterialsarechangedorseparatedintousefulproducts,areindustrialprocesseswhicharecomposedofanumberofphysicalprocessesandchemicalprocesses.2．單元操作：化工過程中不含化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)次要的物理過程UnitOperationsarephysicalprocessesinchemicalindustriesinwhichtherearenochemicalprocesses,orthechemicalprocessesaresecondary.3．化學(xué)過程：含有化學(xué)反應(yīng)的過程ChemicalProcessesaretheprocessesthatcomprisechemicalreactions.4．化工原理：以單元操作為研究對(duì)象的一門技術(shù)科學(xué)。PrinciplesofChemicalEngineeringisabranchofchemicalengineeringthatstudiesunitoperations.5．化學(xué)反應(yīng)工程：以化工過程中化學(xué)過程作為研究對(duì)象的一門技術(shù)科學(xué)。6.化學(xué)工程：研究化工過程共性規(guī)律的一門技術(shù)科學(xué)。主要由化工原理和化學(xué)反應(yīng)工程兩個(gè)分支組成。（另外還有化工傳遞過程原理和化工熱力學(xué)及化工系統(tǒng)工程三個(gè)分支）ChemicalEngineeringisanappliedsciencethatstudiesthecommoncharacterregularityofprocessesofchemicalindustries.ChemicalEngineeringconsistsmainlyofPrinciplesofChemicalEngineeringandChemicalReactionEngineering.Inaddition,italsoincludesPrinciplesofTransferProcessesinChemicalIndustries,ThermodynamicsinChemicalIndustriesandSystemEngineeringinChemicalIndustries.Thiscoursecoverstheunitoperations.7.（過程）：物系狀態(tài)發(fā)生變化的經(jīng)過8.（物系）：作為研究對(duì)象的物質(zhì)/sundae_meng緒論INTRODUCTION一、化工過程與單元操作Pr4一、本課程的內(nèi)容、性質(zhì)及任務(wù)Contents,PropertyandTasksofThisCourse1.內(nèi)容流體流動(dòng)過程(傳動(dòng)過程)：流體輸送、沉降、過濾、（流態(tài)化）等單元操作傳熱過程：熱交換、（蒸發(fā)）等傳質(zhì)過程：蒸餾、吸收、（萃?。?、干燥、（結(jié)晶）等2．性質(zhì)：（技術(shù)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課或技術(shù)科學(xué)）基礎(chǔ)課—專業(yè)基礎(chǔ)課—專業(yè)課基礎(chǔ)科學(xué)—技術(shù)科學(xué)—工程技術(shù)基礎(chǔ)課—技術(shù)基礎(chǔ)課—應(yīng)用技術(shù)3．任務(wù)：培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決單元操作中各種問題的能力(1)

介紹三傳的基本原理。(2)

介紹主要單元操作的典型設(shè)備構(gòu)造、操作原理、計(jì)算、選型、設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究方法。（3）培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決單元操作中各種問題的能力。三、物理量的單位與量綱UnitsandDimensionsofPhysicalQuantities1．單位：計(jì)量中作為記數(shù)單元所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)量。2．單位(計(jì)量)制度：由基本單位和導(dǎo)出單位組成的一系列計(jì)量單位的總稱。3.單位制分類及簡(jiǎn)史英單位制(FPS)單位制物理單位制(CGS)國(guó)際單位制(SI)（含我國(guó)的法定單位制）工程單位制（重力制）/sundae_meng一、本課程的內(nèi)容、性質(zhì)及任務(wù)Contents,Proper5世界上普遍使用的計(jì)量（單位）制度有兩個(gè)。一個(gè)是10世紀(jì)初由英國(guó)人創(chuàng)立的Foot-Pound-SecondMeasurementSystem，簡(jiǎn)稱英制(FPS)；另一個(gè)是18世紀(jì)末由法國(guó)人發(fā)展的Centimeter-Gram-SecondMeasurementSystem，簡(jiǎn)稱物理制(CGS)。后來工程界將物理制發(fā)展為Meter-Kilogram-SecondMeasurementSystem，簡(jiǎn)稱米制(MKS)。1960年第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)對(duì)米制進(jìn)行了規(guī)范化，建立了InternationalSystemofUnits，簡(jiǎn)稱國(guó)際制(SI)。工程制是工程界在米制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。國(guó)際制以長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間為基本量，以米、千克質(zhì)量、秒為相應(yīng)的基本單位，而工程制以長(zhǎng)度、力、時(shí)間為基本量，以米、千克力、秒為相應(yīng)的基本單位。一千克力定義為一千克質(zhì)量的物體在北緯45o海平面上所受的重力，根據(jù)牛頓第二定律，可知一千克力等于9.80665牛頓。我國(guó)目前市場(chǎng)上使用的市制(MS,MarketSystem)是在米制基礎(chǔ)上對(duì)我國(guó)舊市制進(jìn)行修改而形成的。1959年我國(guó)政府正式確定米制為我國(guó)的基本計(jì)量制度，1977年國(guó)務(wù)院計(jì)量管理?xiàng)l例規(guī)定：“我國(guó)的基本計(jì)量制度是米制，逐步采用國(guó)際制”。1984年又發(fā)布命令，確定我國(guó)統(tǒng)一實(shí)行以國(guó)際制為基礎(chǔ)，并包括由我國(guó)指定的若干非國(guó)際制單位在內(nèi)的《中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位制度》，簡(jiǎn)稱法定制。4．單位換算：將換算關(guān)系代入原單位中即可進(jìn)行單位換算同一物理量用不同單位計(jì)量時(shí)，其數(shù)值是不同的，又由于目前常用的物理、化學(xué)數(shù)據(jù)和工程圖表仍有許多使用物理制和工程制，所以單位換算在化工計(jì)算中是非常重要的。實(shí)踐證明，單位換算時(shí)，不僅初學(xué)者常常造成混亂，就是很有經(jīng)驗(yàn)的人，如不遵守一定的規(guī)則，也會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。單位換算時(shí)，先從附錄2中查出換算關(guān)系，后將換算關(guān)系代入原單位中即可進(jìn)行單位換算。在化工計(jì)算中，先用換算關(guān)系將各物理量不同單位制的數(shù)值換算成同一種單位制的數(shù)值，然后再進(jìn)行計(jì)算，就能避免差錯(cuò)。5．經(jīng)驗(yàn)方程的換算若已知物理量的單位與經(jīng)驗(yàn)方程中規(guī)定的單位不相符，則要將已知物理量的單位換算成經(jīng)驗(yàn)方程中規(guī)定的單位后才能進(jìn)行運(yùn)算；若經(jīng)驗(yàn)方程要經(jīng)常使用，則可以將經(jīng)驗(yàn)方程加以變換，使經(jīng)驗(yàn)方程中各物理量采用計(jì)算者所希望的單位，這就是經(jīng)驗(yàn)方程的換算。由于經(jīng)驗(yàn)方程中的符號(hào)只代表物理量的數(shù)值部分，所以只要讓經(jīng)驗(yàn)方程中的符號(hào)只代表數(shù)值部分，即可進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)方程換算，例如：/sundae_meng世界上普遍使用的計(jì)量（單位）制度有兩個(gè)。一個(gè)是106如Antoine蒸汽壓方程：（物理量=數(shù)值單位）（數(shù)值轉(zhuǎn)換關(guān)系）理論：系統(tǒng)化了的理性認(rèn)識(shí)?？陀^事物的本質(zhì)、規(guī)律性的正確反應(yīng)。其重要意義在于指導(dǎo)實(shí)踐。沒有理論指導(dǎo)的實(shí)踐是盲目的實(shí)踐。脫離實(shí)際的理論是空洞的理論。理論方程：以定義、定律為基礎(chǔ)，經(jīng)邏輯（演繹）推理而得的某些物理量之間的關(guān)系。其重要意義在于其廣泛的適用性，可以指導(dǎo)實(shí)踐。如流體靜力學(xué)基本方程：可以適用于任何靜止流體。經(jīng)驗(yàn)：感性認(rèn)識(shí)。是人們?cè)趯?shí)踐過程中，通過自己的肉體感官直接接觸客觀外界而獲得的，對(duì)各種事物的表面現(xiàn)象的初步認(rèn)識(shí)。經(jīng)驗(yàn)方程：以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，經(jīng)數(shù)學(xué)擬合而得的某些物理量之間的關(guān)系。其特點(diǎn)在于其專用性，可作為理論方程的補(bǔ)充。當(dāng)理論方程較復(fù)雜時(shí)，可用經(jīng)驗(yàn)方程簡(jiǎn)化計(jì)算；當(dāng)沒有理論方程時(shí)，可通過實(shí)驗(yàn)建立經(jīng)驗(yàn)方程以滿足工程應(yīng)用的需要。如Antoine蒸汽壓方程：只適用于特定的物質(zhì)。1．量綱Dimension（1）定義：某類物理量B（可以相互比較的一類物理量）的量綱是該類物理量不同單位的統(tǒng)稱，記為dimB。性質(zhì)：若用符號(hào)L、M、T、I、、N、J分別表示長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、電流、熱力學(xué)溫度、物質(zhì)的量、發(fā)光強(qiáng)度7個(gè)基本量的量綱，則導(dǎo)出量Q的量綱可用基本量量綱的組合來表示，即式中——量綱指數(shù)（因次）。/sundae_meng如Antoine蒸汽壓方程：http://www.doci7例如：若，則所以Q稱為量綱為1的量，或稱為無量綱量量綱一致性原理：任何一個(gè)理論（物理）方程兩邊的量綱必相等。如：但（經(jīng)驗(yàn)方程）。四、物料衡算MaterialBalances物料衡算是質(zhì)量守恒定律在流動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，也就是進(jìn)入和離開某一衡算范圍的質(zhì)量總和之差等于該衡算范圍內(nèi)的質(zhì)量累積，即五、能量衡算EnergyBalances能量衡算是能量守恒定律在流動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，也就是進(jìn)入和離開某一衡算范圍的能量總和之差等于該衡算范圍內(nèi)的能量累積，即當(dāng)GA=0和QA=0時(shí)，則過程為穩(wěn)定（定態(tài)）過程。否則為不穩(wěn)定（非定態(tài)）過程。衡算基準(zhǔn)：連續(xù)過程，單位時(shí)間間歇過程，一個(gè)循環(huán)（批次）。六、化學(xué)工程科學(xué)分類及簡(jiǎn)史ClassificationandConciseHistoryofChemicalEngineering回顧一下化學(xué)工程科學(xué)的發(fā)展歷程，將有助于我們學(xué)好《化工原理》這門課程。我們知道，化學(xué)工業(yè)是一門古老的工業(yè)，但以化學(xué)工業(yè)過程為研究對(duì)象的化學(xué)工程科學(xué)的誕生至今只有80多年的歷史。這是由于最初的化學(xué)工業(yè)規(guī)模比較小，技術(shù)要求不高，化學(xué)家可以全憑經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)和操作化工裝置。/sundae_meng例如：/sunda8隨著第二次工業(yè)革命的興起，化學(xué)工業(yè)開始向大型化邁進(jìn)。為了適應(yīng)化學(xué)工業(yè)的大型化，從19世紀(jì)90年代(1890s)開始，化工各行業(yè)開始研究各自的生產(chǎn)工藝學(xué)。隨著研究的深入，人們認(rèn)識(shí)到化工各行業(yè)中的許多物理過程遵循相同的物理原理。于是在1923年美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)化工系的三位教授Walker,Lewis,andMeAdams編著了一本名為”PrinciplesofChemicalEngineering”的書。他們?cè)谠摃刑岢隽藛卧僮?UnitOperation)的概念，并且指出，在所有的化工裝置中進(jìn)行的所有物理過程，無非是原料的輸送、混合、加熱、冷卻，產(chǎn)品與廢料的分離等幾種操作。該書的出版標(biāo)志著化學(xué)工程科學(xué)的誕生，也使化工裝置從由化學(xué)家設(shè)計(jì)和操作開始轉(zhuǎn)向由化學(xué)工程師設(shè)計(jì)和操作。下面的例子可以說明化學(xué)家與化學(xué)工程師的差別。青霉素是由燒杯中營(yíng)養(yǎng)液表面的霉菌生長(zhǎng)而制成的。第一次規(guī)模生產(chǎn)是用成千上萬只燒杯來生產(chǎn)，這樣不能降低成本。后來化學(xué)工程師設(shè)計(jì)了一個(gè)一千加倫的罐子，大量的空氣被鼓入罐中通過營(yíng)養(yǎng)液以提供霉菌生長(zhǎng)所需的氧氣，這就大大地降低了成本，使青霉素真正成為廣泛使用的藥物。隨著對(duì)單元操作研究的深入，人們又認(rèn)識(shí)到所有的單元操作實(shí)質(zhì)上不過是動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞（三傳）的特殊情況或特定組合，并于1960年出版了”TransportPhenomena”(Bird,Stewart,andLightfoot)。作者在該書中對(duì)三傳過程進(jìn)行了理論分析，使許多過去必須用經(jīng)驗(yàn)方法解決的問題，現(xiàn)在可以用理論方法加于解決。在研究單元操作和傳遞現(xiàn)象的同時(shí)，人們對(duì)化學(xué)過程也進(jìn)行了深入的研究，并于1962年出版了”ChemicalReactionEngineering”

(O.Levenspiel)。作者在該書中對(duì)各種反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、放大和最優(yōu)化問題進(jìn)行了詳細(xì)的討論。從此，化學(xué)工程科學(xué)進(jìn)入了以“傳遞過程”和“反應(yīng)工程”為中心的所謂“三傳一反”的發(fā)展階段。化學(xué)工程科學(xué)還有兩個(gè)分支。一是化工熱力學(xué)，另一是化工系統(tǒng)工程。化工熱力學(xué)是用化學(xué)熱力學(xué)的理論來解決化工過程中的能量和極限問題，化工系統(tǒng)工程是用最優(yōu)化的方法來對(duì)化工裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)和操作。 化工原理（單元操作） 化工傳遞過程原理（傳遞現(xiàn)象）化學(xué)工程化學(xué)反應(yīng)工程化工熱力學(xué) 化工系統(tǒng)工程/sundae_meng隨著第二次工業(yè)革命的興起，化學(xué)工業(yè)開始向大型化9第一章

流體流動(dòng)FLUIDFLOW

MOMENTUMTRANSFER(FLUIDMECHANICS)

第一節(jié)概述INTRODUCTION

一.重要性Importance：在化工生產(chǎn)中，經(jīng)常需要將流體從一個(gè)設(shè)備輸送到另一個(gè)設(shè)備?；どa(chǎn)中的傳熱、傳質(zhì)過程以及化學(xué)過程大部分是在流體流動(dòng)下進(jìn)行的。另外，流體流量的測(cè)量也與流體流動(dòng)有關(guān)。因此，流體流動(dòng)的基本原理是本門課程及化學(xué)反應(yīng)工程的重要基礎(chǔ)。

二.定義Definition：承受任何微小切向應(yīng)力都會(huì)發(fā)生連續(xù)變形的物質(zhì)就稱為流體。所有氣體和絕大多數(shù)液體都是流體，但紙漿就不是流體，因?yàn)橐邢驊?yīng)力超過其屈服應(yīng)力之后紙漿才開始流動(dòng)。推論Inference：流體不能抵抗拉伸。三、流體的壓縮性和膨脹性CompressibilityandExpansibility壓縮系數(shù)Compressioncoefficient：

/sundae_meng第一章

流體流動(dòng)FLUIDFLOW

MOMENTUMT10水forwater：膨脹系數(shù)Expansioncoefficient：水forwater：可以看出水的壓縮系數(shù)很小，其他的液體也有類似的特性，而氣體的壓縮系數(shù)卻很大，這可由理想氣體狀態(tài)方程看出。所以一般把液體看成是不可壓縮流體，把氣體看成是可壓縮流體。但這種劃分不是絕對(duì)的，例如在高壓鍋爐中，水就不能看成是不可壓縮流體，而在一般的通風(fēng)系統(tǒng)中，空氣可以看成是不可壓縮流體。由水的膨脹系數(shù)和理想氣體狀態(tài)方程可知，液體和氣體的膨脹性一般都不能忽略。

四、流體力學(xué)模型Fluid-MechanicsModel流體是由分子組成的，但在研究流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，不能把流體看成是由分子組成的間斷介質(zhì)。因?yàn)樵陂g斷介質(zhì)中，空間某一點(diǎn)的速度是不確定的，當(dāng)分子不占據(jù)這一點(diǎn)時(shí)，其速度總是零，而當(dāng)分子占據(jù)這一點(diǎn)時(shí)，其速度是該分子的速度；而且分子的運(yùn)動(dòng)是雜亂無章的。顯然，如果把流體看成是由分子組成的間斷介質(zhì)，從分子的運(yùn)動(dòng)入手來研究流體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，不僅是十分困難的，也是沒有實(shí)際意義的。因此，在研究流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，將流體看成是由流體質(zhì)點(diǎn)組成的連續(xù)介質(zhì)。實(shí)踐證明，用流體質(zhì)點(diǎn)連續(xù)介質(zhì)的力學(xué)模型導(dǎo)出的理論是能夠正確反應(yīng)流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的。

流體質(zhì)點(diǎn)是由無數(shù)分子組成的直徑大于分子平均自由程（連續(xù)碰撞的平均路程）的極小單元，且單元之間沒有間隙，每個(gè)單元只能定義唯一的宏觀物理量，如溫度、壓力、密度、粘度、速度、加速度等。這樣就可以用連續(xù)函數(shù)來描述流體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。對(duì)所有的液體及1個(gè)大氣壓下的氣體，該單元的直徑約為1m。因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1m3的空氣中大約含有3107個(gè)分子。所以在該單元上可以定義幾乎唯一的宏觀物理量。若小于該直徑，則有微觀誤差，即該單元內(nèi)的分子數(shù)隨時(shí)改變；若大于該直徑，則有宏觀誤差，即該單元內(nèi)的分子分布不均勻。但流體質(zhì)點(diǎn)模型的使用是有條件的。當(dāng)特性長(zhǎng)度與平均自由程之比大于103時(shí)，就可以使用流體質(zhì)點(diǎn)模型，否則流體質(zhì)點(diǎn)模型就不適用。如在100km的高空，壓力約為0.133Pa，空氣中氧氣和氮?dú)夥肿拥钠骄杂沙碳s為1m，這時(shí)仍可使用流體質(zhì)點(diǎn)模型，但在直徑為1m的容器內(nèi)，如壓力也為0.133Pa，則不能使用流體質(zhì)點(diǎn)模型。/sundae_meng水forwater：http://www.docin.c11

第二節(jié)流體靜力學(xué)FLUIDSTATICS

一.密度Density1.定義Definition：?jiǎn)挝惑w積流體所具有的質(zhì)量稱為流體的密度，即2.性質(zhì)Properties（1）對(duì)一定的流體（2）對(duì)一定的液體（3）對(duì)理想混合液體，(1kg)混合液體的體積等于各組分單獨(dú)存在時(shí)的體積之和，即式中i——混合液體中各組分的密度，kg/m3；xwi——混合液體中各組分的質(zhì)量分率。（4）對(duì)低壓氣體由得式中p——壓力，Pa；M——摩爾質(zhì)量，kg/mol；T——絕對(duì)溫度，K；(Kelvin)R——?dú)怏w常數(shù)，8.3145J/(molK)。/sundae_meng第二節(jié)流體靜力學(xué)FLUIDSTATICS一.12或由得取273.15K、101325Pa為0狀態(tài)的1mol氣體，則所以（5）對(duì)低壓混合氣體其中式中Mi——混合氣體中各組分的摩爾質(zhì)量，kg/mol；yi——混合氣體中各組分的摩爾分率?；?1m3)混合氣體的質(zhì)量等于各組分的質(zhì)量之和。即式中i——混合氣體中各組分的密度，kg/m3；xvi——混合氣體中各組分的體積分率。（6）對(duì)高壓氣體：用真實(shí)氣體狀態(tài)方程計(jì)算或查有關(guān)圖表/sundae_meng或由/sund13二.靜壓力StaticPressure1.定義Definition：靜止流體內(nèi)單位面積上所受到的力稱為靜壓力，簡(jiǎn)稱壓力或壓強(qiáng)，即2.性質(zhì)Properties（1）靜止流體內(nèi)任何一點(diǎn)的壓力，必垂直于作用面，并指向所考慮的流體的內(nèi)部。反證法：F引起流動(dòng)Fn引起拉伸（2）靜止流體內(nèi)任何一點(diǎn)的壓力在各個(gè)方向上都是相等的由三方向的力平衡，得而且為高階無窮小所以/sundae_meng二.靜壓力StaticPressurehttp://143.單位Units：壓力的單位最多有Pa、atm、kgf/cm2(at)、mmHg、mH2O、bar等，它們之間的換算關(guān)系為：1atm=101325Pa=1.01325bar=1.0332kgf/cm2(at)=10.332mH2O=760mmHg1kgf/cm2(at)=10mH2O=735.56mmHg=9.807104Pa=0.9807bar=0.9678atm4.基準(zhǔn)Datum（1）絕對(duì)壓力和表壓：絕對(duì)壓力以零壓力（絕對(duì)真空）為基準(zhǔn)，表壓則以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)測(cè)定壓力當(dāng)?shù)卮髿鈮海ū韷簽榱悖?/p>

零壓力、絕對(duì)真空（絕對(duì)壓力為零所以表壓=絕對(duì)壓力-大氣壓（2）真空度：真空度也以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)，但真空度與表壓的計(jì)算方向相反，即低于大氣壓的數(shù)值稱為真空度當(dāng)?shù)卮髿鈮海ㄕ婵斩葹榱悖ū韷簽榱悖?/p>

測(cè)定壓力

零壓力、絕對(duì)真空（絕對(duì)壓力為零）所以真空度=大氣壓-絕對(duì)壓力表壓＝－真空度絕對(duì)壓力表壓大氣壓大氣壓真空度絕對(duì)壓力/sundae_meng3.單位Units：壓力的單位最多絕對(duì)壓力表壓大氣壓大15三.靜力學(xué)基本方程BasicEquationofFluidStatics(HydrostaticEquation)1.推導(dǎo)Deduction在靜止流體中任取一微元流體。如圖所設(shè)，則在z方向上作用于該微元流體的力有（1）下底面所受之力為：

（2）上底面所受之力為：

（3）微元流體所受重力為：由z方向上的力平衡，得整理得：同理得：x方向，

y方向，將上3式分別乘以dz,dx,dy后相加即得微分靜力學(xué)方程：

對(duì)不可壓縮流體，積分上式得：液體可視為不可壓縮流體，在靜止液體內(nèi)任取兩點(diǎn)，則有/sundae_meng三.靜力學(xué)基本方程BasicEquationofF16或令則得液體靜力學(xué)基本方程：2.結(jié)論Conclusions(1)

在靜止連續(xù)的同一液體內(nèi)，水平面必為等壓面。(2)

靜止液體內(nèi)任何一點(diǎn)壓力的變化，將傳至液體內(nèi)的所有各點(diǎn)。(3)可以用液柱高度來表示壓力差或壓力。由得當(dāng)時(shí)得上兩式說明壓力差或壓力與一定液體的液柱高度一一對(duì)應(yīng)。由于氣體的密度隨高度的變化甚微，所以液體靜力學(xué)方程在高度不大時(shí)也適用于氣體。3.氣壓方程Barometricequation將理想氣體狀態(tài)方程代入得/sundae_meng/sundae_me17對(duì)上式在恒溫下定積分，得或式中4．應(yīng)用Applications(1)

壓力測(cè)量a.

指示液(a)

要求：不互溶、不反應(yīng)、密度大于被測(cè)流體的密度。(b)

常用指示液：汞、水、四氯化碳、液體石蠟。b.

U形管壓差計(jì)Manometers如圖所設(shè)，由靜力學(xué)基本方程，得而從而所以當(dāng)被測(cè)流體為氣體時(shí)，由于0》，則上式可簡(jiǎn)化為c.倒U形管壓差計(jì)（自學(xué)）

d.斜管壓差計(jì)（自學(xué)）.

E.微差壓差計(jì)（自學(xué)）（2）液位測(cè)量（自學(xué)）（3）確定液封高度（自學(xué)）/sundae_meng對(duì)上式在恒溫下定積分，得http://www.docin.c18

第三節(jié)流體動(dòng)力學(xué)FLUIDDYNAMICS

一.流量FlowRate1．體積流量Volumetricflowrate：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的體積，記為V，單位為m3/s。2.質(zhì)量流量Massflowrate：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的質(zhì)量，記為W，單位為kg/s。顯然二.流速Velocity1．平均流速Averagevelocity：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道單位截面積的體積，即所以2．質(zhì)量流速M(fèi)assvelocity：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道單位截面積的質(zhì)量，即顯然/sundae_meng第三節(jié)流體動(dòng)力學(xué)FLUIDDYNAMICS一.流193.管徑的計(jì)算Calculationoftubediameter由得三、流動(dòng)狀態(tài)FlowState1.在流動(dòng)的流體中，位置不同，物理量不同；時(shí)間不同，物理量也不同，所以物理量是空間坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)，即2．穩(wěn)定（定態(tài)）流動(dòng)Steadyflow：流動(dòng)流體中任何一點(diǎn)的全部物理量都不隨時(shí)間而變。3.不穩(wěn)定（不定態(tài)）流動(dòng)Unsteadyflow：流動(dòng)流體中任何一點(diǎn)的部分或全部物理量都隨時(shí)間而變。

四、連續(xù)性方程ContinuityEquation設(shè)流體在如圖所示的管道中作連續(xù)穩(wěn)定的流動(dòng)，流體從截面1-1’流進(jìn)、從截面2-2’流出，在兩截面之間的管內(nèi)壁面上無流體進(jìn)出。以兩截面及其之間的管內(nèi)壁面所包圍的空間區(qū)域?yàn)楹馑惴秶?，進(jìn)行物料衡算則所以或?qū)Σ豢蓧嚎s流體得或?qū)A形管道，得所以/sundae_meng3.管徑的計(jì)算Calculationoftube20五.柏努利方程(BernoulliEquation)1．流體運(yùn)動(dòng)的描述Descriptionoffluidmovement(1)

跡線：流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡。（2）矢徑（位置矢量）：從坐標(biāo)原點(diǎn)到點(diǎn)M(x,y,z)的矢量，即

（3）位移：流體質(zhì)點(diǎn)從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的矢量顯然（4）流速（速度）：流體質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)的位移，即由得所以而所以又所以(5)

流線：同一時(shí)刻流體中不同位置流體質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)方向線，即流線上各流體質(zhì)點(diǎn)的流速都在該點(diǎn)與流線相切。/sundae_meng五.柏努利方程(BernoulliEquation)21推論：a.流體不能穿過流線而流動(dòng)。b.穩(wěn)態(tài)流動(dòng)中跡線與流線重合。(6)

流線方程由知與同向所以2.作用在流體上的外力Exteriorforceactingonfluid法向力Normalforce

表面力Surfaceforce切向力（剪切力）Tangentforce(shearforce)外力Exteriorforce

質(zhì)量力Massforce重力Gravity

慣性力Inertialforce(1)

表面力：作用在所考慮的流體的表面上的力。它是由與該流體相接觸的其它流體或固體的作用產(chǎn)生的。(2)

法向力：與流體表面相垂直且指向所考慮的流體外部的表面力。(3)

法向應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上所受到的法向力，，Pa。(4)

切向力（剪切力）：與流體表面相切的表面力。(5)

切向應(yīng)力（剪切應(yīng)力）：?jiǎn)挝幻娣e上所受到的切向力，，Pa。(6)

質(zhì)量力：作用在所考慮的流體的整體上的力。它是由力場(chǎng)的作用產(chǎn)生的，它的大小與流體的質(zhì)量成正比。(7)

單位質(zhì)量力：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的流體所受到的質(zhì)量力。在x、y、z方向上的分量分別記為X、Y、Z，m/s2。(8)

重力：由重力場(chǎng)的作用產(chǎn)生的質(zhì)量力。（9）慣性力：由非慣性系引起的質(zhì)量力。在非慣性系中，牛頓第二定律是不適用的。但當(dāng)把慣性力一并考慮時(shí)，非慣性系中仍可使用牛頓第二定律。/sundae_meng推論：a.流體不能穿過流線而流動(dòng)。http://www.d223.Navier-Stokes方程N(yùn)avier-StokesEquation在實(shí)際流體中任取一微元流體。如圖所設(shè)，則在x方向上作用于該微元流體上的外力有：質(zhì)量力：Xdxdydz

法向力：切向力：將牛頓第二定律分別應(yīng)用于x、y、z方向，得/sundae_meng3.Navier-Stokes方程N(yùn)avier-Stok23將切向應(yīng)力、法向應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系其中——平均法向應(yīng)力流體靜止時(shí)，由上式可得當(dāng)而由法向應(yīng)力和靜壓力的定義可知，流體靜止時(shí)的法向應(yīng)力與靜壓力大小相等，方向相反。所以/sundae_meng將切向應(yīng)力、法向應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系http://www.d24代入上式，即得Navier-Stokes方程：4．流線柏努利方程StreamlineBernoulliEquation簡(jiǎn)寫Navier-Stokes方程，得代入流線方程并整理，得三式相加并整理，得/sundae_meng代入上式，即得Navier-Stokes方程：http:/25對(duì)重力場(chǎng)中的穩(wěn)定流動(dòng)或某一時(shí)刻，有對(duì)不可壓縮流體沿流線進(jìn)行定積分，得簡(jiǎn)化并整理，得5．管道柏努利方程PipeBernoulliEquation設(shè)不可壓縮流體在如圖所示的管道中作連續(xù)穩(wěn)定的流動(dòng)。在管道的等徑直管處任取兩個(gè)截面，在該兩截面之間任取一微元流束。設(shè)該微元流束與兩截面相交的面積分別為dA1和dA2，設(shè)a、b分別為dA1和dA2內(nèi)的一點(diǎn)，且該兩點(diǎn)在同一流線上。則將流線柏努利方程與連續(xù)性方程相乘并沿管截面進(jìn)行定積分，得：/sundae_meng對(duì)重力場(chǎng)中的穩(wěn)定流動(dòng)或某一時(shí)刻，有http://www.d26在等徑直管處所選的截面之一上（以水平管上的截面為例），有將上式代入Navier-Stokes方程，可得將上式方程組中的后兩式方程分別乘以dy、dz后相加，得在重力場(chǎng)中，有當(dāng)x取某一定值時(shí)，有所以/sundae_meng/sundae_me27對(duì)上式沿截面進(jìn)行不定積分，得結(jié)論：在等徑直管中的截面上的壓力分布規(guī)律與靜止流體中的一樣。層流時(shí)，由管道內(nèi)速度分布方程(P47)：得：所以整理并簡(jiǎn)化，得：其中湍流時(shí)，由管道內(nèi)速度分布方程(P85)：得：同理可得：對(duì)理想流體，由/sundae_meng對(duì)上式沿截面進(jìn)行不定積分，得http://www.doci28得同理可得由于動(dòng)能占總機(jī)械能的分?jǐn)?shù)往往很小，而且工程上流體的流動(dòng)類型一般為湍流，再加上從外界向流體輸入的機(jī)械功，所以柏努利方程就統(tǒng)一取為或六、柏努利方程的物理意義PhysicalMeaningofBernoulliEquation1．位能Potentialenergymgz：質(zhì)量為m的流體相對(duì)于基準(zhǔn)面所具有的位能。

gz：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的流體相對(duì)于基準(zhǔn)面所具有的位能。z：?jiǎn)挝恢亓康牧黧w相對(duì)于基準(zhǔn)面所具有的位能或位壓頭。2．壓力能Pressureenergymp/=pV：質(zhì)量為m的流體所具有的壓力能。

p/：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的流體所具有的壓力能。

p/g：?jiǎn)挝恢亓康牧黧w所具有的壓力能或壓力壓頭或靜壓頭。/sundae_meng得/sundae_293．動(dòng)能Kineticenergymu2/2：質(zhì)量為m的流體所具有的動(dòng)能。

u2/2：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的流體所具有的動(dòng)能。u2/2g：?jiǎn)挝恢亓康牧黧w所具有的動(dòng)能或動(dòng)壓頭或速度壓頭。4．能量損失Energylosshf：?jiǎn)挝毁|(zhì)量流體的能量損失或阻力損失。Hf：?jiǎn)挝恢亓苛黧w的能量損失或阻力損失或壓頭損失。5．外加能量ExtraenergyW：?jiǎn)挝毁|(zhì)量流體的外加能量。H：?jiǎn)挝恢亓苛黧w的外加能量或外加壓頭總之，柏努利方程表明，只有1-1截面處的總機(jī)械能大于2-2截面的總機(jī)械能時(shí)，流體才能克服阻力流至2-2截面。當(dāng)要把流體從總機(jī)械能較小處輸送到總機(jī)械能較大處時(shí)，就需要從外界向流體輸入機(jī)械功，以補(bǔ)償管路兩截面處的總機(jī)械能之差以及能量損失。七、應(yīng)用柏努利方程的注意事項(xiàng)MattersforAttentioninApplicationofBernoulliEquation1．柏努利方程中的壓力仍為靜壓力，該靜壓力是流體中某點(diǎn)三個(gè)正交法向應(yīng)力的平均值的負(fù)值或該點(diǎn)流體靜止時(shí)的靜壓力，不能理解為整個(gè)流體靜止時(shí)該點(diǎn)的壓力。2．某截面上的位能和壓力能應(yīng)是該截面上任何同一點(diǎn)的數(shù)值，而某截面上的動(dòng)能中的流速是該截面上的平均流速。3．截面應(yīng)選在等徑直管處，不可選在變徑管或彎頭處。4．兩截面間的流體流動(dòng)必須是連續(xù)穩(wěn)定的。5．基準(zhǔn)面可以任意取，但選較低的截面作為基準(zhǔn)面可以簡(jiǎn)化計(jì)算。6．壓力可以是絕對(duì)壓力或表壓或真空度，但不能混用。7.對(duì)于可壓縮流體，若時(shí)，則柏努利方程仍適用，但流體密度應(yīng)取兩截面處流體密度的平均值。當(dāng)管道兩截面間的壓力差較大時(shí)，則應(yīng)考慮流體壓縮性的影響。八.柏努利方程的應(yīng)用ApplicationsofBernoulliEquation

/sundae_meng3．動(dòng)能Kineticenergyhttp://www30

第四節(jié)流體流動(dòng)現(xiàn)象FLUID-FLOWPHENOMENA

一、牛頓粘性定律Newton’sViscousLaw1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：板間液體運(yùn)動(dòng)，且形成上大下小的流速分布(速度差)?，F(xiàn)象說明：(1)

板間流體可看成為許多流體層，且其間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)(速度差)。（2）相鄰流體層之間存在摩擦力，稱為內(nèi)摩擦力或粘滯力。（否則流體靜止）2.牛頓粘性定律：（牛頓經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究，于1686年提出了牛頓粘性定律。）兩流體層之間單位面積上的內(nèi)摩擦力或切向應(yīng)力或剪應(yīng)力與垂直于流動(dòng)方向的速度梯度成正比，即式中μ——粘性系數(shù)或動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱粘度/sundae_meng第四節(jié)流體流動(dòng)現(xiàn)象FLUID-FLOWPHENOM31二、粘度Viscosity1.物理意義：?jiǎn)挝凰俣忍荻葧r(shí)單位面積上所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力，即所以，粘度越大，流體流動(dòng)時(shí)生產(chǎn)的內(nèi)摩擦力也越大。2.單位或3.運(yùn)動(dòng)粘度（1）定義（2）單位：或（沲或斯托克斯）4.溫度對(duì)μ的影響（1）對(duì)液體，T↑，μ↓（2）對(duì)氣體，T↑，μ↑/sundae_meng二、粘度Viscosityhttp://www.docin.325．壓力對(duì)μ的影響(1)

對(duì)液體，可忽略不計(jì)（2）對(duì)氣體，一般不考慮（除極高或極低壓力）6.混合物的粘度（1）對(duì)常壓氣體混合物（2）對(duì)分子不締合液體混合物三.流體流動(dòng)時(shí)的動(dòng)量傳遞MomentumTransferofFluidFlow（動(dòng)量守恒定律：）1．內(nèi)摩擦力產(chǎn)生的原因：分子的動(dòng)量傳遞和分子間力。氣體的內(nèi)摩擦力主要是由分子的動(dòng)量傳遞產(chǎn)生的；液體的內(nèi)摩擦力主要是分子間力產(chǎn)生的。2.內(nèi)摩擦力的物理意義：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過單位面積的動(dòng)量，即

所以，流體流動(dòng)過程也稱為動(dòng)量傳遞過程，牛頓粘性定律就是定量描述動(dòng)量傳遞的定律。四、非牛頓型流體NewtonianandNon-NewtonianFluids1．牛頓型流體：滿足牛頓粘性定律的流體，如空氣、水等。2.非牛頓型液體：不滿足牛頓粘性定律的流體，如泥漿、高分子溶液等。/sundae_meng5．壓力對(duì)μ的影響/33五.流動(dòng)類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)FlowTypesandReynoldsNumber1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及流動(dòng)類型流體質(zhì)點(diǎn)只有軸向運(yùn)動(dòng)（層流或滯流）

流體質(zhì)點(diǎn)除有軸向運(yùn)動(dòng)外，還有徑向運(yùn)動(dòng)。（過渡流）

流體質(zhì)點(diǎn)除有軸向運(yùn)動(dòng)和徑向運(yùn)動(dòng)外，還相互碰撞和混合。（湍流或紊流）2.雷諾準(zhǔn)數(shù)（雷諾數(shù)）(ReynoldsNumber)

laminarflow,transitionalflowandturbulentflow

層流底層區(qū)湍流過渡流區(qū)（緩沖層）湍流主體區(qū)（湍流核心）3．流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式(1)

層流：軸向運(yùn)動(dòng)（穩(wěn)態(tài)流動(dòng)）(2)

湍流：脈動(dòng)（非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)）

時(shí)均速度/sundae_meng五.流動(dòng)類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)FlowTypesandRe344．流體在圓管內(nèi)的速度分布(1)

層流：拋物線分布，u=0.5umax（2）湍流：非拋物線分布，u≈0.82umax

5．流體在直管內(nèi)的流動(dòng)阻力（1）層流：阻力來自內(nèi)摩擦力（2）湍流：阻力來自內(nèi)摩擦力和碰撞及混合，即阻力為摩擦應(yīng)力與湍流應(yīng)力之和式中e——渦流粘度，Pas。不是物性，而是與流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)的系數(shù)。六、邊界層的概念(Prandtl,1904)ConceptofBoundaryLayers1．形成：潤(rùn)濕→附著→內(nèi)摩擦力→減速→梯度(1)

邊界層：壁面附近存在速度梯度的流體層。一般取邊界層外緣的流速u=0.99us。

層流邊界層過渡流湍流層流底層區(qū)湍流邊界層過渡流區(qū)（緩沖層）湍流主體區(qū)（湍流核心）（2）主流區(qū)：不存在速度梯度的區(qū)域或邊界層以外的區(qū)域。2.發(fā)展（1）平板上：主流區(qū)流速不變。層流：湍流：/sundae_meng4．流體在圓管內(nèi)的速度分布http://www.docin.35(2)

直管內(nèi)：流體須經(jīng)一定的距離才能形成穩(wěn)定的邊界層。由于總流量不變，中心流速增加。邊界層占據(jù)整個(gè)管截面。a.

層流：穩(wěn)定段(或進(jìn)口段)長(zhǎng)度：b.

湍流：層流底層厚度：C.應(yīng)用：測(cè)量點(diǎn)應(yīng)在穩(wěn)定段之后。層流可取x0=(50~100)d，湍流一般可取短些。3．分離：流體流經(jīng)曲面時(shí)，邊界層與壁面脫離的現(xiàn)象。(1)

形成：uA=0，pA=max；流通截面減小；uB=max，pB=mix；流通截面增大，動(dòng)能耗盡；uC=0，pC=max；脫離；倒流；旋渦；碰撞和混合；形體阻力。（2）應(yīng)用：流體流過非直管時(shí)，應(yīng)考慮形體阻力。即阻力為摩擦阻力（摩擦應(yīng)力與湍流應(yīng)力之和）與形體阻力之和。/sundae_meng(2)

直管內(nèi)：流體須經(jīng)一定的距離才能形成穩(wěn)定的邊界層36第五節(jié)流體流動(dòng)阻力FLUID-FLOWFRICTION

一、阻力的含義FrictionImplication內(nèi)摩擦力=摩擦阻力=流動(dòng)阻力=能量損失=阻力損失=阻力=hf

二、阻力的分類ClassificationoftheFriction

直管阻力Skinfriction()，（等徑）直管阻力()局部阻力Formfriction()，管件、閥門、進(jìn)出口等三、水平直管阻力FrictionofStraightPipe在直管中任取一段流動(dòng)流體。如圖所設(shè)，

則由得又由x方向上的力平衡得所以/sundae_meng第五節(jié)流體流動(dòng)阻力FLUID-FLOWFRICTI37令—摩擦系數(shù)則四、非水平直管阻力(思考題：試求垂直直管的阻力)FrictionofNon-straightPipe以垂直直管阻力為例。如圖所設(shè)，則由得又由y方向上的力平衡，得所以所以非水平直管阻力與水平直管阻力是相等的。五、管壁粗糙度RoughnessofPipeWalls1．管的分類Classificationofpipes光滑管Smoothpipe：玻璃管、銅管、塑料管等管粗糙管Roughpipe：鋼管、鑄鐵管等/sundae_meng令—382．絕對(duì)粗糙度Absoluteroughness：粗糙面凸出部分的平均高度，，m。3．相對(duì)粗糙度Relativeroughness：，無量綱（因次）。4．層流時(shí)，粗糙度對(duì)阻力沒有影響。5．湍流時(shí)(1)

，沒有影響。（2），有影響。六、層流摩擦系數(shù)FrictionFactorofLaminarFlow在直管中任取一段流動(dòng)流體。如圖所設(shè)，則由x方向上的力平衡，得整理得

不定積分()，得

——速度分布

所以——速度分布又定積分(r=0時(shí),V=0;r=R時(shí),V=V)，得/sundae_meng2．絕對(duì)粗糙度Absoluteroughness：粗糙面凸39而所以——Hagon-Poiseuille公式所以對(duì)比所以——層流摩擦系數(shù)七、湍流摩擦系數(shù)FrictionFactorofTurbulentFlow1.量綱（因次）分析法Dimensionalanalysis由實(shí)驗(yàn)知設(shè)上式中7個(gè)物理量的量綱分別為/sundae_meng而/sundae_40由量綱相等，得由因次相等，得解之回代整理由實(shí)驗(yàn)知，p與l成正比，所以b=1。所以對(duì)比則——湍流摩擦系數(shù)/sundae_meng由量綱相等，得/s412．與Re，的關(guān)系Thefriction-factorchart該關(guān)系見圖1-27(P54)。該圖可分為四個(gè)區(qū)域：(1)

層流區(qū)[Re≤2000，(2)

過渡流區(qū)(2000Re4000)，流動(dòng)條件好時(shí)，仍可以是層流；為安全起見，一般按湍流計(jì)算。(3)

湍流區(qū)(Re≥4000及虛線以下的區(qū)域),。

（4）完全湍流區(qū)（虛線以上的區(qū)域）對(duì)一定的管路，、為定值，所以阻力平方區(qū)3．的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式(1)

光滑管a.

Blasius公式,Re=3103~1105b.顧毓珍公式（yu預(yù)）(2)

粗糙管A.Colebrook公式B.Nikuradse-Karman公式/sundae_meng2．與Re，的關(guān)系Thefriction-factor42八、非圓形直管阻力FrictionofNoncircularStraightChannels1.當(dāng)量直徑：4倍的流通截面積與潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)之比，即2.幾種管的當(dāng)量直徑（1）圓形管（2）套管環(huán)隙3.層流的修正式中C——常數(shù)，無量綱，其值見表1-3(P55)。九.局部阻力FormFriction1.阻力系數(shù)法式中——局部阻力系數(shù)，無量綱。(1)

突然擴(kuò)大與突然縮小見圖1-28(P56)(2)

進(jìn)口與出口a.

進(jìn)口：由圖1-28(b)，得b.

出口：由圖1-28(a)，得c.出口截面的選取/sundae_meng八、非圓形直管阻力FrictionofNoncircul43而所以（3）管件與閥門：查有關(guān)手冊(cè)2.當(dāng)量長(zhǎng)度法式中——當(dāng)量長(zhǎng)度，即其阻力與局部阻力相等的直管長(zhǎng)度，m。(1)

見圖1-29(P58)。（2）查有關(guān)手冊(cè)。十.總阻力TotalFrictionintheBernoulliequation/sundae_meng/sundae_me44第六節(jié)管路計(jì)算

一.簡(jiǎn)單管路由得1.知求解：由得試差：/sundae_meng第六節(jié)管路計(jì)算一.簡(jiǎn)單管路http://ww452.知：求：解：由得試差：二.復(fù)雜管路1.并聯(lián)管路特點(diǎn)由得一般要試差進(jìn)行計(jì)算

/sundae_meng2.知：/su462.分支管路特點(diǎn)所以試差：上述方法適用已運(yùn)行的系統(tǒng)，進(jìn)行管路設(shè)計(jì)時(shí)，則要以阻力最大的支管來確定所要輸送設(shè)備的有效功率，阻力小的支管則用閥門來增加阻力。/sundae_meng2.分支管路/su47第七節(jié)流量測(cè)量

一.測(cè)速管原理及構(gòu)造如圖所示：在1、2兩點(diǎn)間列流線柏努利方程：

得所以/sundae_meng第七節(jié)流量測(cè)量一.測(cè)速管原理及構(gòu)造如圖所示：ht48二.孔板流量計(jì)原理及構(gòu)造如圖所示：在1、2兩截面間列柏努利方程，并忽略能量損失，得而所以/sundae_meng二.孔板流量計(jì)原理及構(gòu)造如圖所示：http://www49考慮能量損失，用A0代替A2，并把測(cè)壓口裝在孔板兩側(cè)，則令——流量系數(shù)則其中對(duì)氣體其中——膨脹系數(shù)，見有關(guān)手冊(cè)。三.文丘里流量計(jì)原理與孔板流量計(jì)類似其中CV——流量系數(shù)，見有關(guān)手冊(cè)。

/sundae_meng考慮能量損失，用A0代替A2，并把測(cè)壓口裝在孔板兩側(cè)，則h50四.轉(zhuǎn)子流量計(jì)1.原理：（截面式流量計(jì)）

而所以其中CR——流量系數(shù)見有關(guān)手冊(cè)。若CR為常數(shù)，則Vs與AR成正比VR與轉(zhuǎn)子流量計(jì)的高度成正比。2.標(biāo)定：出廠時(shí)液體流量計(jì)用20C的水出廠時(shí)氣體流量計(jì)用20C及1atm的空氣3.校正：當(dāng)應(yīng)用測(cè)量其它流體時(shí)需對(duì)原有刻度進(jìn)行校正，設(shè)標(biāo)定流體與工作流體的CR相等。則/sundae_meng四.轉(zhuǎn)子流量計(jì)http://www.doci51書中未提及的幾個(gè)基本問題

1．流體定義2．流體質(zhì)點(diǎn)的概念3．靜壓力的定義及其性質(zhì)4．連續(xù)性5．流線柏努利方程6．用U形管測(cè)壓差時(shí)，流動(dòng)流體中的壓力如何計(jì)算？7．柏努利方程是動(dòng)力學(xué)方程，為什么該方程中含有靜壓力？8．為什么管道柏努利方程中某截面上的位能和壓力能應(yīng)是該截面上任何同一點(diǎn)的數(shù)值？9．為什么截面應(yīng)選在等徑直管處？10．內(nèi)摩擦力生產(chǎn)的原因11．過渡流的概念12．傾斜直管阻力如何計(jì)算？13．滯點(diǎn)問題/sundae_meng書中未提及的幾個(gè)基本問題1．流體定義http://www52現(xiàn)在有少部分同學(xué)受求職壓力的影響和對(duì)素質(zhì)教育的誤解，熱衷于技能學(xué)習(xí)，去獲取各種職業(yè)資格證書，如駕駛證，電工證，會(huì)計(jì)證等，而忽視理論學(xué)習(xí)，這相當(dāng)于把對(duì)自己的要求降低到?？粕踔林袑Ｉ?。這對(duì)你們未來的發(fā)展將是不利的。所以希望你們珍惜本科教育的機(jī)會(huì)，注重培養(yǎng)自己的理論體系,認(rèn)真學(xué)好每門基礎(chǔ)理論課，特別是化工原理，因?yàn)檫@門課是化工類各專業(yè)課的基礎(chǔ)理論課。一、教學(xué)計(jì)劃TeachingPlan1.課堂講授：圍繞教學(xué)大綱進(jìn)行講授，以教材為藍(lán)本，但對(duì)教材中的內(nèi)容有所增減，自成體系。（固體流態(tài)化、蒸發(fā)、萃取、結(jié)晶、膜分離、超臨界萃取不講）。Classroomlecture:Carryonthelecturearoundtheteachingoutline.Thecontentsinthetextbookaresomewhatincreasedanddecreased,butmylectureismadetobeasystem./sundae_meng現(xiàn)在有少部分同學(xué)受求職壓力的影響和對(duì)素質(zhì)教育的誤532.習(xí)題課：講完課后安排一次習(xí)題課，通過解答以往的考題來復(fù)習(xí)所學(xué)內(nèi)容及示范解題技能和技巧。作業(yè)中的普遍性問題在作業(yè)發(fā)回時(shí)解答。Exerciseclassandclassroomdiscussion:Answerthecommondifficultquestionsinthehomework,traintheskillofsolvingquestionsandreview.3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)：通過驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)來幫助學(xué)生理解所學(xué)理論。（單獨(dú)設(shè)課）（安排一次理論教學(xué)、三次實(shí)驗(yàn)（阻力、離心泵、傳熱（含仿真））和三次演示實(shí)驗(yàn)（雷諾、柏努利方程、流體流動(dòng)型態(tài)））（以實(shí)驗(yàn)安排為準(zhǔn)）4.．輔導(dǎo)答疑Timearrangementofguidanceandansweringdifficultquestions(1)

課間及課后Betweenclassesandafterclasses（2）考前兩天Twodaysbeforeexamination5．

作業(yè)Homework(1)

每章交一次，不用抄題。Onceperchapter,don’tneedtocopytheexercisequestions.(2)

計(jì)算題求解步驟和要求（也適用于考試）：Stepsofsolvingquestionsanddemandsofcalculationquestions.a.

要寫出已知條件和求解參數(shù)（不計(jì)分）Writeoutknownconditionsandunknownparameterb.

一般要畫出簡(jiǎn)圖（不計(jì)分）Ingenerally,drawasimplefigure.c.

公式要推導(dǎo)Formulasshouldbededucedd.

已知數(shù)據(jù)要代入公式Knowndatashouldbeputintotheformulase.計(jì)算結(jié)果一般要保留3位小數(shù)或4位有效數(shù)字Ingenerally,thecalculationresultsshouldbereservedthree-digitdecimals.6．

考核Check(1)

考勤Attendance 10%（缺勤超1/3者沒有考試資格）（2）作業(yè)Homework 10%（缺作業(yè)超1/3者沒有考試資格）（3）考試Examination 80%/sundae_meng2.習(xí)題課：講完課后安排一次習(xí)題課，通過解答以往的考題來54三、本課程的特點(diǎn)CharacteristicofThisCourse:Itisabranchofphysics,anditsdegreeofdifficultyislarger.1．是劃分工科和理科的標(biāo)準(zhǔn)，是化工類各專業(yè)課的基礎(chǔ)理論課。2．難度較大，與物理化學(xué)相當(dāng)。3.很重要，是停課考試科目和化工類研究生升學(xué)考試科目四、學(xué)習(xí)要求StudyDe