化工原理(上)主要知識(shí)點(diǎn)說課講解

精品文檔化工原理（上）各章主要知識(shí)點(diǎn)緒論三個(gè)傳遞：動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞三大守恒定律：質(zhì)量守恒定律——物料衡算；能量守恒定律——能量衡算；動(dòng)量守恒定律——?jiǎng)恿亢馑愕谝徽铝鲃?dòng)流體第一節(jié) 流體靜止的基本方程一、密度1.mpM氣體密度：RTV2.液體均相混合物密度：1a1a2an（m—混合液體的密度，a—各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，n—各組m12n分密度）3.氣體混合物密度： m 1 1 2 2 n n（ m—混合氣體的密度， —各組分體積分?jǐn)?shù)）壓力或溫度改變時(shí)，密度隨之改變很小的流體成為不可壓縮流體（液體）；若有顯著的改變則稱為可壓縮流體（氣體）。二、.壓力表示方法1、常見壓力單位及其換算關(guān)系：1atm 101300Pa 101.3kPa 0.1013MPa 10.33mH2O 760mmHg2、壓力的兩種基準(zhǔn)表示：絕壓（以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)） 、表壓（真空度）（以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)，由壓力表或真空表測(cè)出）表壓 =絕壓—當(dāng)?shù)卮髿鈮?真空度 =當(dāng)?shù)卮髿鈮骸^壓三、流體靜力學(xué)方程1、靜止流體內(nèi)部任一點(diǎn)的壓力，稱為該點(diǎn)的經(jīng)壓力，其特點(diǎn)為：1）從各方向作用于某點(diǎn)上的靜壓力相等；2）靜壓力的方向垂直于任一通過該點(diǎn)的作用平面；3）在重力場(chǎng)中，同一水平面面上各點(diǎn)的靜壓力相等，高度不同的水平面的經(jīng)壓力歲位置的高低而變化。2、流體靜力學(xué)方程（適用于重力場(chǎng)中靜止的、連續(xù)的不可壓縮流體）p2p1g(z1z2)p1p2(z1z2)ggpp/g—靜壓頭，“頭”—液位高度，zp—位壓頭zp（容器內(nèi)盛液體，上部與大氣相通，g或位頭）上式表明：靜止流體內(nèi)部某一水平面上的壓力與其位置及流體密度有關(guān)，所在位置與低則壓力愈大。四、流體靜力學(xué)方程的應(yīng)用1、U形管壓差計(jì)指示液要與被測(cè)流體不互溶，且其密度比被測(cè)流體的大。測(cè)量液體：p1p2(0)gRg(z2z1)測(cè)量氣體：p1p20gR2、雙液體U形管壓差計(jì)p1p2(21)gR第二節(jié)流體流動(dòng)的基本方程一、基本概念1、體積流量（流量Vs）：流體單位時(shí)間內(nèi)流過管路任意流量截面（管路橫截面）的體積。單位為m3s12、質(zhì)量流量（ms）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過任意流通截面積的質(zhì)量。單位為kgs1精品文檔精品文檔msVs流速uVsmsGu質(zhì)量流速GAA3、黏性：流體所具有的一種拽流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。1）氣體的黏性力或內(nèi)摩擦力產(chǎn)生的原因是速度不等的流體層之間動(dòng)量傳遞的結(jié)果。2）液體黏性力主要由分之間的吸引力所產(chǎn)生。4、牛頓黏性定律：兩相鄰流體層之間單位面積上的內(nèi)摩擦力 （內(nèi)摩擦應(yīng)力或剪應(yīng)力）與兩流體層間的速度梯度dd/dy成正比，即（,——方向相同時(shí)取正號(hào)，否則取負(fù)號(hào)）dy服從此定律的流體稱為牛頓型流體。4、黏度的單位為Pa·s常見流體用mPa·s（1）流體的黏度隨溫度而變，溫度升高，氣體的黏度增大，液體的黏度減小。原因：溫度升高時(shí)，氣體分子運(yùn)動(dòng)的平均速度增大，兩相鄰氣體層間分子交換的速度加快，因而內(nèi)摩擦力和黏度隨之減小。對(duì)于液體，溫度升高時(shí)，液體體積膨脹，分之間距離增大，吸引力迅速減小，因而黏度隨之下降。（2）流體的黏度一般不隨壓力而變化。二、質(zhì)量衡算——連續(xù)性方程設(shè)流體在管路中做連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)，從截面1-1流入，從截面2-2流出，則ms1ms21u1A12u2A2對(duì)于不可壓縮流體，12常數(shù)，則u1A1u2A2對(duì)于圓管，Ad2/4，d為直徑，則u1d12u2d22如果管路有分支，則msms1ms2三、機(jī)械能衡算方程1、理想流體是指沒有黏性的流體，即黏度0的流體。2、內(nèi)能（U），位能（gz），動(dòng)能（u2/2），壓力能（p/），熱量（qe，吸熱為正，放熱為負(fù)），外功（we，外界提供給流體外功是為正，流體向外界做功時(shí)為負(fù)）3、可壓縮理想流體機(jī)械能衡算關(guān)系：gz1u12p1wegz2u22p2（we——外功）22124、1kg不可壓縮理想流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的機(jī)械能衡算式：（伯努利方程）gz1u12p1u22p22gz225、不可壓縮實(shí)際流體的機(jī)械能衡算式：gz1u12p1wegz2u22p2wf（wf——阻力損失）2 2第三節(jié) 流體流動(dòng)現(xiàn)象一、雷諾數(shù) ReRe

du1、雷諾數(shù)的量綱為 1，故其值不會(huì)因采用的單位制不同而改變，但數(shù)群中的各個(gè)物理量必須采用同一單位制。2、流體在圓形直管中流動(dòng)， Re≤2000時(shí)屬于層流；Re>4000時(shí)為湍流；Re在2000～4000之間時(shí)流動(dòng)處于一種過渡狀態(tài)。二、管內(nèi)流動(dòng)分析1、層流時(shí)的速度分布p1 p2(R2r2)4lmaxp1p2R24lmax(1r2R2)精品文檔精品文檔體積流量VsR22max故平均速度umax即層流時(shí)平均速度等于管中心處最大速度的一半。22、層流時(shí)的阻力損失哈根—伯謖葉公式：32lupf23、湍流時(shí)的速度分布dmax(1r)1/n（n與Re大小有關(guān)，Re愈大，n值也愈大。）R平均速度u2n2max（當(dāng)n=7時(shí)，u=0.817max）(n1)(2n1)第四節(jié) 管內(nèi)流動(dòng)的阻力損失一、沿程損失的計(jì)算通式及其用于層流范寧公式：?jiǎn)挝毁|(zhì)量流體的沿程損失：

wflu2(Jkg1)d2單位體積流體的沿程損失：?jiǎn)挝恢亓苛黧w的沿程損失：稱為摩擦系數(shù)或摩擦因數(shù)二、量綱分析法 （ 定理）三、湍流時(shí)的摩擦系數(shù)0.100( 68)0.23dRe四、非圓形管內(nèi)的沿程損失

pf wfwfhfg64Re（適用范圍為

lu23d2(Jm或Pa)u2(JN1或m)d2g（層流時(shí) 與Re成反比 ）Re≥4000及d≤0.005）wflu2(Jkg1)de2de4水力半徑4流通截面積（潤(rùn)濕周邊指流體與管壁面接觸的周邊長(zhǎng)度）潤(rùn)濕周邊層流時(shí)的阻力損失C（C為常數(shù)，量綱為1，對(duì)于正方形、正三角形或環(huán)形，C分別為57、53、96）Re五、局部阻力損失1、阻力系數(shù)法：wfu22——局部阻力系數(shù)，（1）突然擴(kuò)大：當(dāng)流體流過突然擴(kuò)大的管道時(shí)，流速減小，壓力相應(yīng)增大。此時(shí)01，稱為管道出口阻力系數(shù)。（2）突然縮?。寒?dāng)流體由大管流入小管時(shí)，流股突然減小，到縮脈時(shí)，流股截面縮到最小，之后開始逐漸擴(kuò)大，直至重新充滿整個(gè)管截面。當(dāng)流體從容器流進(jìn)管道時(shí)，i0.5，稱為管入口阻力系數(shù)。2、當(dāng)量計(jì)算法（當(dāng)量長(zhǎng)度le）精品文檔精品文檔leu2局部阻力損失： wfd2六、管內(nèi)流動(dòng)總阻力損失的計(jì)算在管路系統(tǒng)中，總阻力等于沿程損失與局部損失之和，對(duì)于等徑管，有wflu2lleu2()(d)d22若管路系統(tǒng)中存在不同管徑段，管路總阻力損失應(yīng)將等徑段的阻力損失相加。第五節(jié) 管路計(jì)算d 4Vsu一、簡(jiǎn)單管路1、簡(jiǎn)單管路是沒有分支或匯合的管路，其特點(diǎn)為：（1）通過各管段的質(zhì)量流量不變，對(duì)于不可壓縮流體的體積流量也不變（指穩(wěn)定流動(dòng)）；（2）整個(gè)管路的阻力損失為各段阻力損失之和。2、設(shè)計(jì)型問題1）計(jì)算泵的有效功率（例1-11）2）計(jì)算管徑（例1-12）3、操作型問題（1）操作性問題分析 （例1-13）管內(nèi)流量變化： 將閥門開度減小后，管內(nèi)流量應(yīng)減小。gz1p1p2(l1)u2d2簡(jiǎn)單管路中阻力系數(shù)的變大，如閥門關(guān)小等，將導(dǎo)致管內(nèi)流量減小，閥門上游壓力上升，下游壓力減小。此規(guī)律具有普遍性。（2）計(jì)算流量 （例1-14）二、復(fù)雜管路1、復(fù)雜管路只指有分支的管路，包括并聯(lián)管路、分支（或匯支）管路。2、并聯(lián)管路特點(diǎn)：①總流量等于個(gè)并聯(lián)支管流量之和；②并聯(lián)各支管的阻力損失相等。3、并聯(lián)支管中，細(xì)而長(zhǎng)的支管通過的流量小，粗而短的支管通過的流量大。4、分支（或匯合）管路的特點(diǎn)：①總流量等于各支管流量之和；②可在分支點(diǎn)（或匯合點(diǎn)）處將其分為若干個(gè)簡(jiǎn)單管路，對(duì)于每一段簡(jiǎn)單管路，仍然滿足機(jī)械能衡算方程。第六節(jié) 流量測(cè)量一、變壓頭的流量計(jì) （恒截面，變壓頭）1、測(cè)速管（皮托管）被測(cè)流體為液體：被測(cè)流體為液體：

vv

2gR(2gR

0)0——指示液密度，R——U形管壓差計(jì)讀數(shù)）（0皮托管優(yōu)點(diǎn)：阻力小，適于測(cè)量大直徑氣體管路內(nèi)的流速。缺點(diǎn)：不能直接測(cè)出平均速度，且壓差讀數(shù)小，常要放大才能讀得準(zhǔn)確。2、孔板2gR(0)u0C0（C0——孔板系數(shù)）體積流量Vsu0A02gR(0)C0A0精品文檔精品文檔孔板系數(shù) C0 f Re1,A0A1孔板安裝位置：上下游要各有一段等徑直管作為穩(wěn)定段，上游至少 10d1，下游至少5d1?？装鍍?yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造與安裝都比較方便；缺點(diǎn)：阻力損失大。3、文丘里管優(yōu)點(diǎn)：阻力損失小，相同壓差讀數(shù)下流量比孔板大，對(duì)測(cè)量含有固體顆粒的液體也較孔板適用；缺點(diǎn)：加工較難，精度要求高，因而造價(jià)高，安裝時(shí)需占去一定管長(zhǎng)位置。二、變截面流量計(jì) （恒壓頭，變截面）轉(zhuǎn)子流量計(jì)（簡(jiǎn)稱為轉(zhuǎn)子計(jì)）第二章 流體輸送機(jī)械第一節(jié) 離心泵一、離心泵的操作原理與構(gòu)造1、操作原理 （主要靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪所產(chǎn)生的離心力）（1）開動(dòng)前泵內(nèi)要先灌滿所輸送的液體。離心泵開動(dòng)是如果泵殼內(nèi)和吸入管路內(nèi)沒有充滿液體，它便沒有抽吸液體的能力，這是因?yàn)榭諝獾拿芏缺纫后w小得多，隨著葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力不足以造成吸上液體所需的真空度。像這種因泵殼內(nèi)存在氣體而導(dǎo)致吸不上液的現(xiàn)象，稱為“氣縛”。（2）離心泵最基本的部件為葉輪與泵殼。二、離心泵的理論壓頭與實(shí)際壓頭1、壓頭的意義泵向單位重量液體提供的機(jī)械能，稱為泵的壓頭（或揚(yáng)程），用符號(hào)H表示，單位為m對(duì)于任一管路輸送系統(tǒng)，所需壓頭he為hepu2hfz2gg（z——升舉高度，p/g——液體靜壓頭的增量，u2/2g——?jiǎng)訅侯^的增量，與其他項(xiàng)相比，可忽略，hf——全管路的壓頭損失）2、理論壓頭（1）葉輪進(jìn)口與出口之間列伯努利方程：p2p1c22c12理論壓頭：H（c1,c2——液體的絕對(duì)速度）2g2）液體從點(diǎn)1運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)2，靜壓頭之所以增加(p2p1)/g，其原因有二：①液體在葉輪內(nèi)受到離心力作用，接受了外功；②相鄰兩葉片所構(gòu)成的通道的截面積自內(nèi)向外逐漸擴(kuò)大，液體通過時(shí)的速度逐漸變小，使得部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。（3）離心泵理論壓頭表達(dá)式（離心泵的基本方程）c2u2cos2u2c2u（c2uc2在周邊切線方向上的分速度）Hg——絕對(duì)速度g（4）理論壓頭與流量的關(guān)系H1(r2)2Qcot2g2b2【式中Q——泵的流量，m3s1；——葉輪旋轉(zhuǎn)的角速度；r2——葉輪的半徑；2——葉片的裝置角；b2——葉輪周邊寬度】H與Q呈線性關(guān)系，變化率的正負(fù)取決于裝置角2。當(dāng)2<90時(shí)，cos2>0，葉片后彎，H隨Q的增大而減??；當(dāng)2=90，cos2=0,葉片徑向，H不隨Q變化；當(dāng)2<90，cos2<0，葉片前彎，H隨Q的增大而增高。3、實(shí)際壓頭壓頭損失：①葉片間的環(huán)流；②阻力損失；③沖擊損失。精品文檔精品文檔三、離心泵的主要性能參數(shù)1、壓頭和流量pcpbuc2ub2hfbcpcpbpcpb(真空)Hh02gh0h0ggg2、有效功率、軸功率和效率（1）泵內(nèi)的機(jī)械能損耗：①水力損失；②容積損失；③機(jī)械損失。（2）有效功率： Ne HQg軸功率N 效率 NeNN Ne HQg四、離心泵的特性曲線及其應(yīng)用1、離心泵的特性曲線（1）離心泵的特性曲線由以下曲線組成：① H Q曲線；②N Q曲線；③ Q曲線；④(NPSH)r線。2）泵高效區(qū)：最高效率±5%～8%區(qū)域3）各種型號(hào)的離心泵各有其特性曲線，形狀基本上相似，其共同特點(diǎn)如下：①壓頭隨流量的增大而下降；②功率隨流量的增大而上升（離心泵在啟動(dòng)前應(yīng)關(guān)閉出口閥，使泵在所需功率最小的條件下啟動(dòng)，以減少電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，同時(shí)也避免出口管線的水力沖擊）；③效率現(xiàn)隨流量的增大而上升，達(dá)到一最大之后再下降。2、液體性質(zhì)對(duì)離心泵特性的影響（1）密度的影響：對(duì)HQ曲線、Q曲線無影響，但NHQg，故↑，NQ曲線↑。（2）黏度的影響：①當(dāng)液體的運(yùn)動(dòng)粘度小于2105m2s1時(shí)，如汽油、煤油、輕柴油等，則黏度對(duì)離心泵的特性曲線的影響可忽略不計(jì)；②當(dāng)2105ms1時(shí)，H,N,.3、轉(zhuǎn)速與葉輪尺寸對(duì)離心泵的影響（1）轉(zhuǎn)速n的影響當(dāng)角速度變化不大時(shí)（<20%）→Qu2nQu2nHu222n比例定律Hu2n若 不變 →（2）葉輪尺寸的影響

3N HQ g nN HQg n，HAn2泵在原轉(zhuǎn)速n下的特性曲線方程：HABQ2BQ2n當(dāng)葉輪直徑因切割而變小時(shí)，若變化程度小于 20%，則 →若 不變→五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)1、管路特性方程

QD3QDHD2切割定律HD5DNDhepu2zhfg2g精品文檔精品文檔可簡(jiǎn)化為heABQ2按此式標(biāo)繪出的曲線稱為管路特性曲線。2、工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)（1）工作點(diǎn)：將液體送過管路所需的壓頭與泵對(duì)液體所提供的壓頭恰好相等時(shí)的流量，稱為泵在官路上的工作點(diǎn)。（即離心泵特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)M），它表示泵所實(shí)際輸送的流量和所提供的壓頭。（2）流量調(diào)節(jié)為調(diào)節(jié)流量，即改變工作點(diǎn)，可采用兩種方法：①改變管路特性曲線（調(diào)節(jié)閥門）；②改變泵的特性曲線（改變泵的轉(zhuǎn)速或切割葉輪）。六、離心泵的安裝高度1、安裝高度：離心泵的安裝位置與被吸入液體液面的垂直高度。2、“汽蝕”：使液體以很大的速度從周圍沖向氣泡中心，產(chǎn)生頻率很高、瞬時(shí)壓力很大的沖擊的現(xiàn)象。3、為避免發(fā)生汽蝕，就要求泵的安裝高度不超過某一定值。采用“汽蝕余量”，又稱凈正吸上高度（NPSH）來表示蹦的吸上性能。4、汽蝕余量 hh(peue2)pVg2ggh一定為正值，h愈大，愈能防止出現(xiàn)汽蝕。泵剛好發(fā)生汽蝕時(shí)（即pe降為pe,min、pK恰好等于pV時(shí)）的汽蝕余量稱為最小汽蝕余量，表示為hmin.hminpe,minue2)pV(g2gg允許汽蝕余量h允許hmin0.3（m）泵的安裝高度zs,允許pspVhf(se)h允許gg實(shí)際安裝高度比允許值低0.5～1m七、離心泵的類型、選用、安裝與操作第二節(jié) 其他類型泵第三節(jié) 通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和真空泵一、分類：通風(fēng)機(jī)：排氣壓力不大于 15kPa；（氣體輸送）鼓風(fēng)機(jī)：排氣壓力為 15～300kPa，壓縮比小于 4；（氣體輸送）壓縮機(jī)：排氣壓力大于 300kPa，壓縮比大于 4；（產(chǎn)生高壓氣體）真空泵：排氣壓力為大氣壓，壓縮比范圍很大。 （產(chǎn)生真空）2 、往復(fù)壓縮機(jī)操作循環(huán)：①壓縮階段；②壓出階段（有余隙） ；③膨脹階段；④吸入階段。第五章 傳熱第一節(jié) 概述一、傳熱的三種基本方式：熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射、熱傳導(dǎo)1）熱傳導(dǎo)：熱量從物體內(nèi)溫度較高的部分傳遞到溫度較低的部分或者傳遞到與之接觸的溫度較低的另一物體的過程稱為熱傳導(dǎo)，簡(jiǎn)稱導(dǎo)熱。2）導(dǎo)熱機(jī)理：①氣體：氣體分子做不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞。②固體：a、導(dǎo)體固體：許多自由電子在晶格之間運(yùn)動(dòng)，自由電子導(dǎo)電也導(dǎo)熱；b 、非導(dǎo)體固體：晶格結(jié)構(gòu)的振動(dòng)（即原子、分子在其平衡位置附近的振動(dòng)） 。③液體：主要靠原子、分子在其平衡位置的振動(dòng)，振動(dòng)的平衡位置間歇地發(fā)生移動(dòng)。、對(duì)流：流體各部分質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)位移而引起的熱量傳遞的過程，對(duì)流只能發(fā)生在流體內(nèi)。精品文檔精品文檔分為自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。3 、輻射：一種以電磁波傳遞能量的現(xiàn)象。熱輻射：當(dāng)物體因熱而發(fā)出輻射能的過程。物體在放熱時(shí)，熱能變?yōu)檩椛淠?。輻射不僅是能量的轉(zhuǎn)移，而且伴有能量形式的轉(zhuǎn)化。二、傳熱速率與熱阻1、傳熱速率（1）熱流量Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過全部傳熱面積傳遞的熱量，單位為Js1，即W.傳熱面積與熱流方向垂直。（2）熱通量q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過單位傳熱面積傳遞的熱量，單位為Wm2.dQ3）qdA2、傳熱速率與熱阻 R的關(guān)系t傳熱速率R第二節(jié) 熱傳導(dǎo)一、傅里葉定律、溫度場(chǎng)和溫度梯度1）溫度場(chǎng)：物體（或空間）各點(diǎn)溫度在時(shí)空中的分布。f(x,y,z,)（t——某點(diǎn)的溫度，x,y,z——點(diǎn)坐標(biāo)，——時(shí)間）2）不穩(wěn)定溫度場(chǎng)：溫度隨時(shí)間而改變的溫度場(chǎng)。穩(wěn)定溫度場(chǎng)：各點(diǎn)溫度均不隨時(shí)間而改變的溫度場(chǎng)。（3）溫度梯度：兩等溫面的溫度差 t與其間的法向距離 n之比，某點(diǎn)的溫度梯度為 n趨于零時(shí)的極限值，即lim

t tn 0 n n溫度梯度是向量，方向垂直于等溫面，并以溫度增加的方向?yàn)檎? 、傅里葉定律表達(dá)式導(dǎo)熱量q與溫度梯度t/n成正比：tqn——熱導(dǎo)率，單位為Wm1K1或Wm1C1。負(fù)號(hào)表示熱流方向與溫度梯度的方向相反。二、熱導(dǎo)率、固體純金屬的導(dǎo)熱率隨溫度升高而略有減?。环墙饘俚?值隨密度的增大或溫度的升高而增大。、液體非金屬液體以水的熱導(dǎo)率最大。除水和甘油外，絕大多數(shù)的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而略有減小。、氣體氣體的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而增大。三、平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)1、單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)(t1t2)QAqA(t1t2)qbbt1t2tQA)Rb/(Rb/(A).R——無限平壁的導(dǎo)熱熱阻，2、多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)t1tn1總導(dǎo)熱溫差QnRi總熱阻i1四、圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)1、無限長(zhǎng)單層圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無內(nèi)熱源）精品文檔精品文檔Qt1t2t1t2推動(dòng)力ln(r2/r1)R熱阻2lQt1t2tb/AmRb——圓筒壁厚度，br2r1；Am——平均面積，Am2lrm；rmr2r1（r2/r12），rmr2r1(r2/r12)ln(r2/r1)22、無限長(zhǎng)多層圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無內(nèi)熱源）Qt1tn1t1tn1總推動(dòng)力nbnln(r/r)總熱阻1iiii1iAmii12li第三節(jié)兩流體間的熱量傳遞一、兩流體間通過間壁傳熱的分析牛頓冷卻定律：熱通量q與壁面-流體間的溫差(twt)成正比：q(twt)，——給熱系數(shù)，單位為Wm2K1或Wm2C1二、傳熱速率和給熱系數(shù)qK(Tt)K——傳熱系數(shù)，單位與相同。1、換熱管內(nèi)外面積不相等的考慮K2q2dA1d1K1 q1 dA2 d2傳熱面積計(jì)算的最終結(jié)果通常用管外面積表示。2、污垢熱阻11d2Rs1d2bd2Rs21（Rs1,Rs2——管壁內(nèi)側(cè)和外側(cè)的污垢熱阻）K21d1d1dm23、若污垢熱阻與壁阻可忽略時(shí)，111d1或11d11K112d2K11d22（1）若1,相差較大時(shí)：若1<<2，則K11；若1>>2，則K1d2Kmin，應(yīng)22或K22d1提高較小的進(jìn)而提高K；（2）若1,2相差不大時(shí)，二者應(yīng)同時(shí)提高。三、傳熱溫差和熱量衡算Q KAtmtm為換熱器進(jìn)、出口處的平均溫差tmt1t2(t1/t22），tmt1t2(t1/t22)ln(t1/t2)2四、傳熱效率 -傳熱單元數(shù)法1、傳熱速率方程：2、熱量衡算方程：

Q KA tmQ ms1cp1(T1 T2) ms2cp2(t2 t1)精品文檔精品文檔3、傳熱效率QQmax（1）若熱流體的mscp較小時(shí)，T1T2T1t1（2）若冷流體的mscp較小時(shí)，t2t1T1t14、傳熱單元數(shù)T1T2KA（1）熱流體NTU1tmms1cp1t2t1KA（2）熱流體NTU1tmms2cp25、傳熱效率和傳熱單元數(shù)NTU的關(guān)系（1）逆流換熱器：1expNTU(1CR)CRexpNTU(1CR)（2）并流換熱器：1expNTU(1CR)1CRCR——熱容量之比，CR(mscp)min/(mscp)max六、壁溫的計(jì)算對(duì)于穩(wěn)定傳熱過程，Q1A1(T1Tw)Am(Twtw)2A2(twt)KAtmbA1,A2,Am——熱流體側(cè)傳熱面積、冷流體側(cè)傳熱面積和平均傳熱面積；Tw,tw——熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的壁溫；1,2——熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的給熱系數(shù)。TmTQ，twTwbQ，twQ1A1Amt2A2第四節(jié)給熱系數(shù)一、給熱系數(shù)的影響因素和數(shù)值范圍影響給熱的因素：（1）引起對(duì)流的原因；（2）流體的流動(dòng)形態(tài)；（3）流體的物理性質(zhì)；（4）傳熱面的幾何因素；（5）流體有無相態(tài)變化。二、給熱系數(shù)與量綱分析特征數(shù)的符號(hào)和意義特征數(shù)名稱符號(hào)涵義努塞爾數(shù)Nul表示導(dǎo)熱熱阻與對(duì)流熱阻只比雷諾數(shù)Relu反映流體的流動(dòng)形態(tài)和湍流程度精品文檔精品文檔普朗特?cái)?shù)Prcp反映與傳熱有關(guān)的流體性質(zhì)。氣體Pr1，液體Pr1反映由于溫差而引起的自然對(duì)流的強(qiáng)度l32gt相對(duì)于自然對(duì)流時(shí)的“雷諾數(shù)”——流體的膨脹系數(shù)1/℃；t——流體內(nèi)的溫度差℃格拉曉夫數(shù)Gr2gt——流體由于溫度差而產(chǎn)生的浮升力，Nkg1三、流體做強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的給熱系數(shù)、流體在圓形直管內(nèi)做強(qiáng)制湍流1）當(dāng)壁溫和流體平均溫度相差不大時(shí)，Nu0.023Re0.8Prn適用范圍：Re10000,Pr0.6～160，管長(zhǎng)和管徑之比l/d50定型尺寸l規(guī)定為管內(nèi)徑d；定性溫度為流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。當(dāng)流體被加熱時(shí)，n0.4；當(dāng)流體被冷卻時(shí)，n0.3，空氣或其他對(duì)稱雙原子氣體，Pr0.7（2）當(dāng)壁溫和流體平均溫度相差較大時(shí)，0.14Nu0.027Re0.8Pr0.33w應(yīng)用范圍：Re10000，Pr0.7～16700，l/d60特征尺寸：管內(nèi)徑定性溫度： w取壁溫作定性溫度，其他物理性質(zhì)均為流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。、流體在圓形直管內(nèi)做強(qiáng)制層流Nu1.86(RePrd)1/3()0.14lw適用范圍：Re2300，6700Pr0.6，RePr(l/d)10、彎曲管道內(nèi)的給熱系數(shù)(1 1.77d)R， ——圓管、直管中的給熱系數(shù)；d——管內(nèi)徑，m；R——彎管軸的曲率半徑， m、非圓形直管中的給熱系數(shù)將管內(nèi)徑改為當(dāng)量直徑 de、流體在管外強(qiáng)制對(duì)流流體在管束外橫向流過時(shí)的給熱系數(shù)： Nu C1C2RenPr0.4、提高給熱系數(shù)的途徑不論管內(nèi)或管外，提高流速都能增大給熱系數(shù)四、流體做自然對(duì)流時(shí)的給熱系數(shù)Nu C(GrPr)n五、蒸汽冷凝時(shí)的給熱系數(shù)膜狀冷凝：當(dāng)飽和蒸氣與低于飽和溫度的壁面接觸時(shí)，蒸汽將放出潛熱并冷凝成液體。若冷凝液能潤(rùn)濕壁面，并形成一層完整的液膜向下流動(dòng)，則稱為膜狀冷凝。滴狀冷凝：若冷凝壁面上存在一層油狀物質(zhì)，或者蒸氣中混有油類或脂質(zhì)物質(zhì)，冷凝液不能潤(rùn)濕壁