流體流動–––基本概念與基本原理
一、 流體靜力學基本方程式
或注意：1、應用條件：靜止的連通著的同一種連續的流體。
2、壓強的表示方法：絕壓—大氣壓=表壓表壓常由壓強表來測量；
大氣壓—絕壓=真空度真空度常由真空表來測量。
3、壓強單位的換算：
1atm=760mmhg=10.33mh2o=101.33kpa=1.033kgf/cm2=1.033at
4、應用：水平管路上兩點間壓強差與u型管壓差計讀數r的關係：
處於同一水平面的液體，維持等壓面的條件必須時靜止、連續和同一種液體。
二、定態流動系統的連續性方程式––––物料衡算式
三、定態流動的柏努利方程式––––能量衡算式
1kg流體： [j/kg]
討論點：1、流體的流動滿足連續性假設。
2、理想流體，無外功輸入時，機械能守恆式：
3、可壓縮流體,當δp/p1<20%,仍可用上式，且ρ=ρm。
4、注意運用柏努利方程式解題時的一般步驟，截面與基準面選取的原則。
5、流體密度ρ的計算：
理想氣體ρ=pm/rt 混合氣體
混合液體
上式中：––––體積分率；––––質量分率。
6、gz，u2/2，p/ρ三項表示流體本身具有的能量，即位能、動能和靜壓能。∑hf為流經系統的能量損失。we為流體在兩截面間所獲得的有效功，是決定流體輸送裝置重要引數。
輸送裝置有效功率ne=we·ws，軸功率n=ne/η（w）
7、1n流體m] （壓頭）
1m3流體 ,
四、 柏努利式中的∑hf
i． 流動型別：
1、雷諾準數re及流型 re=duρ/μ，μ為動力粘度，單位為[pa·s]；
層流：re≤2000，湍流：re≥4000；20002、牛頓粘性定律 τ=μ(du/dy)
氣體的粘度隨溫度公升高而增加，液體的粘度隨溫度公升高而降低。
3、流型的比較：①質點的運動方式；
②速度分布，層流：拋物線型，平均速度為最大速度的0.5倍；
湍流：碰撞和混和使速度平均化。
③阻力，層流：粘度內摩擦力，
湍流：粘度內摩擦力+湍流應力。
ii． 流體在管內流動時的阻力損失
[j/kg]
1、直管阻力損失hf 范寧公式(層流、湍流均適用).
層流： 哈根—泊稷葉公式。
湍流區（非阻力平方區）：；高度湍流區（阻力平方區）：，具體的定性關係參見摩擦因數圖，並定量分析hf與u之間的關係。
推廣到非圓型管
注：不能用de來計算截面積、流速等物理量。
2、區域性阻力損失h′f ①阻力係數法，
②當量長度法，
注意：截面取管出口內外側，對動能項及出口阻力損失項的計算有所不同。
當管徑不變時，
流體在變徑管中作穩定流動，在管徑縮小的地方其靜壓能減小。流體在等徑管中作穩定流動流體由於流動而有摩擦阻力損失，流體的流速沿管長不變。流體流動時的摩擦阻力損失hf所損失的是機械能中的靜壓能項。
完全湍流（阻力平方區）時，粗糙管的摩擦係數數值只取決於相對粗糙度。
水由敞口恆液位的高位槽通過一管道流向壓力恆定的反應器，當管道上的閥門開度減小時，水流量將減小，摩擦係數增大，管道總阻力不變。
五、 管路計算
i． 併聯管路：1、
2、 各支路阻力損失相等。
即併聯管路的特點是：（1）併聯管段的壓強降相等；
（2）主管流量等於併聯的各管段流量之和；
（3）併聯各管段中管子長、直徑小的管段通過的流量小。
ii．分支管路：1、
2、分支點處至各支管終了時的總機械能和能量損失之和相等。
六、柏式在流量測量中的運用
1、畢託管用來測量管道中流體的點速度。
2、孔板流量計為定截面變壓差流量計，用來測量管道中流體的流量。隨著re增大其孔流係數c0先減小，後保持為定值。
3、轉子流量計為定壓差變截面流量計。注意：轉子流量計的校正。
測流體流量時，隨流量增加孔板流量計兩側壓差值將增加，若改用轉子流量計，隨流量增加轉子兩側壓差值將不變。
離心幫浦–––––基本概念與基本原理
一、工作原理
基本部件：葉輪（6~12片後彎葉片）；幫浦殼（蝸殼）（集液和能量轉換裝置）；軸封裝置（填料函、機械端麵密封）。
原理：借助高速旋轉的葉輪不斷吸入、排出液體。
注意：離心幫浦無自吸能力，因此在啟動前必須先灌幫浦，且吸入管路必須有底閥，否則將發生「氣縛」現象。
某離心幫浦執行一年後如發現有氣縛現象，則應檢查進口管路是否有洩漏現象。
二、效能引數及特性曲線
1、壓頭h，又稱揚程
2、有效功率
3、離心幫浦的特性曲線通常包括曲線，這些曲線表示在一定轉速下輸送某種特定的液體時幫浦的效能。由線上可看出：時，，所以啟動幫浦和停幫浦都應關閉幫浦的出口閥。
離心幫浦特性曲線測定實驗，幫浦啟動後出水管不出水，而幫浦進口處真空表指示真空度很高，可能出現的故障原因是吸入管路堵塞。
若被輸送的流體粘度增高，則離心幫浦的壓頭減小，流量減小，效率減小，軸功率增大。
三、離心幫浦的工作點
1、幫浦在管路中的工作點為離心幫浦特性曲線（）與管路特性曲線（）的交點。管路特性曲線為：。
2、工作點的調節：既可改變來實現，又可通過改變來實現。具體措施有改變閥門的開度，改變幫浦的轉速，葉輪的直徑及幫浦的串、併聯操作。
離心幫浦的流量調節閥安裝在離心幫浦的出口管路上，開大該閥門後，真空表讀數增大，壓力表讀數減小，幫浦的揚程將減小，軸功率將增大。
兩台同樣的離心幫浦併聯壓頭不變而流量加倍，串聯則流量不變壓頭加倍。
四、離心幫浦的安裝高度
為避免氣蝕現象的發生，離心幫浦的安裝高度≤，注意氣蝕現象產生的原因。
1． 為操作條件下的允許吸上真空度，m
為吸入管路的壓頭損失，m。
2． 允許氣蝕餘量，m
液面上方壓強，pa； 操作溫度下的液體飽和蒸汽壓，pa。
離心幫浦的安裝高度超過允許安裝高度時會發生氣蝕現象。
傳熱–––基本概念和基本理論
傳熱是由於溫度差引起的能量轉移，又稱熱傳遞。由熱力學第二定律可知，凡是有溫度差存在時，就必然發生熱從高溫處傳遞到低溫處。
根據傳熱機理的不同，熱傳遞有三種基本方式：熱傳導（導熱）、熱對流（對流）和熱輻射。熱傳導是物體各部分之間不發生相對位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運動而引起的熱量傳遞；熱對流是流體各部分之間發生相對位移所引起的熱傳遞過程（包括由流體中各處的溫度不同引起的自然對流和由外力所致的質點的強制運動引起的強制對流），流體流過固體表面時發生的對流和熱傳導聯合作用的傳熱過程稱為對流傳熱（給熱）；熱輻射是因熱的原因而產生的電磁波在空間的傳遞。
任何物體只要在絕對零度以上，都能發射輻射能，只是在高溫時，熱輻射才能成為主要的傳熱方式。傳熱可依靠其中的一種方式或幾種方式同時進行。
傳熱速率q是指單位時間通過傳熱面的熱量（w）；熱通量q是指每單位面積的傳熱速率（w/m2）。
一、 熱傳導
1． 導熱基本方程––––傅利葉定律
λ––––導熱係數，表徵物質導熱能力的大小，是物質的物理性質之一，單位為w/（m·℃）。純金屬的導熱係數一般隨溫度公升高而降低，氣體的導熱係數隨溫度公升高而增大。
式中負號表示熱流方向總是和溫度剃度的方向相反。
2．平壁的穩定熱傳導
單層平壁：
多層（n層）平壁：
公式表明導熱速率與導熱推動力（溫度差）成正比，與導熱熱阻（r）成反比。
由多層等厚平壁構成的導熱壁面中所用材料的導熱係數愈大，則該壁面的熱阻愈小，其兩側的溫差愈小，但導熱速率相同。
2． 圓筒壁的穩定熱傳導
單層圓筒壁：
或當s2/s12時，用對數平均值，即：
當s2/s12時，用算術平均值，即： sm=（s1+s2）/2
多層（n層）圓筒壁：
一包有石棉泥保溫層的蒸汽管道，當石棉泥受潮後，其保溫效果應降低，主要原因是因水的導熱係數大於保溫材料的導熱係數，受潮後，使保溫層材料導熱係數增大，保溫效果降低。
在包有兩層相同厚度保溫材料的圓形管道上，應該將導熱係數小的材料包在內層，其原因是為了減少熱損失，降低壁面溫度。
二、對流傳熱
1． 對流傳熱基本方程––––牛頓冷卻定律
α––––對流傳熱系數，單位為：w/（m2·℃），在換熱器中與傳熱面積和溫度差相對應。
2． 與對流傳熱有關的無因次數群（或準數）
表1 準數的符號和意義
3． 流體在圓形直管中作強制湍流流動時的傳熱膜係數
對氣體或低粘度的液體
流體被加熱時，n=0.4；液體被冷卻時，n=0.3。
定型幾何尺寸為管子內徑di。
定性溫度取流體進、出口溫度的算術平均值。
應用範圍為re10000，pr=0.7~160，(l/d)60。
對流過程是流體和壁面之間的傳熱過程，定性溫度是指確定準數中各物性引數的溫度。
沸騰傳熱可分為三個區域，它們是自然對流區、泡狀沸騰區和膜狀沸騰區，生產中的沸騰傳熱過程應維持在泡狀沸騰區操作。
無相變的對流傳熱過程中，熱阻主要集中在傳熱邊界層或滯流層內，減少熱阻的最有效的措施是提高流體湍動程度。
引起自然對流傳熱的原因是系統內部的溫度差，使各部分流體密度不同而引起上公升、下降的流動。
用無因次準數方程形式表示下列各種傳熱情況下諸有關引數的關係：
（1） 無相變對流傳熱 nu=f（re，pr，gr）
（2） 自然對流傳熱 nu=f（gr，pr）
（3） 強制對流傳熱 nu=f（re，pr）
在兩流體的間壁換熱過程中，計算式q=ksδt，式中δt表示為兩流體溫度差的平均值；s表示為泛指傳熱面，與k相對應。
在兩流體的間壁換熱過程中，計算式q=sδt，式中δt=tw-tm 或 tm-tw；s表示為一側的傳熱壁面。
化工原理複習小結
流體流動 基本概念與基本原理 一 流體靜力學基本方程式 或注意 1 應用條件 靜止的連通著的同一種連續的流體。2 壓強的表示方法 絕壓 大氣壓 表壓表壓常由壓強表來測量 大氣壓 絕壓 真空度真空度常由真空表來測量。3 壓強單位的換算 1atm 760mmhg 10.33mh2o 101.33kpa ...
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