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第1章 流體傳遞現象 流體受力：表面力和體積力體積力/場力/質量力：為非接觸力，大小與流體的質量成正比表面力：為接觸力，大小與和流體相接觸的物體（包括流體本身）的表面積成正比， 流場概念：場和流場；矢量場和標量場；梯度第一節(jié) 流體靜力學1-1-2 壓力流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓強，又稱為壓力。在靜止流體中，作用于任意點不同方向上的壓力在數值上均相同。壓力的單位 （1） 按壓力的定義，其單位為N/m2，或Pa；（2） 以流體柱高度表示，如用米水柱或毫米汞柱等。標準大氣壓的換算關系： 1atm = 1.013105Pa =760mmHg =10.33m H2O 壓力的表示方法 表壓 = 絕對壓力大氣壓力 真空度 = 大氣壓力絕對壓力1-1-3 流體靜力學基本方程靜力學基本方程：壓力形式 ： 能量形式 ： 適用條件：在重力場中靜止、連續(xù)的同種不可壓縮流體。（1）在重力場中，靜止流體內部任一點的靜壓力與該點所在的垂直位置及流體的密度有關，而與該點所在的水平位置及容器的形狀無關。（2）在靜止的、連續(xù)的同種液體內，處于同一水平面上各點的壓力處處相等。液面上方壓力變化時，液體內部各點的壓力也將發(fā)生相應的變化。（3）物理意義：靜力學基本方程反映了靜止流體內部能量守恒與轉換的關系，在同一靜止流體中，處在不同位置的位能和靜壓能各不相同二者可以相互轉換，但兩項能量總和恒為常量。應用： 1. 壓力及壓差的測量（1）U形壓差計： 若被測流體是氣體，可簡化為： U形壓差計也可測量流體的壓力，測量時將U形管一端與被測點連接，另一端與大氣相通，此時測得的是流體的表壓或真空度。 （2）倒U形壓差計 （3）雙液體U管壓差計 2. 液位測量3. 液封高度的計算 第二節(jié) 流體動力學1-2-1 流體的流量與流速一、流量 體積流量VS 單位時間內流經管道任意截面的流體體積， m3/s或m3/h。質量流量MS 單位時間內流經管道任意截面的流體質量， kg/s或kg/h。二、流速 平均流速u 單位時間內流體在流動方向上所流經的距離，m/ s。 質量流速G 單位時間內流經管道單位截面積的流體質量，kg/（m2s）。1-2-2 定態(tài)流動與非定態(tài)流動流體流動系統(tǒng)中，若各截面上的溫度、壓力、流速等物理量僅隨位置變化，而不隨時間變化，這種流動稱之為定態(tài)流動；若流體在各截面上的有關物理量既隨位置變化，也隨時間變化，則稱為非定態(tài)流動。1-2-3 定態(tài)流動系統(tǒng)的質量守恒連續(xù)性方程 1-2-4 定態(tài)流動系統(tǒng)的機械能守恒柏努利方程一、實際流體的柏努利方程以單位質量流體為基準： J/kg以單位重量流體為基準： J/N=m 適用條件：（1）兩截面間流體連續(xù)穩(wěn)定流動； （2）適于不可壓縮流體，如液體； 對于氣體，當 ，可用兩截面的平均密度m計算。二、理想流體的柏努利方程理想流體是指沒有黏性（即流動中沒有摩擦阻力）的不可壓縮流體。 (質量) （重量） 表明理想流體在流動過程中任意截面上總機械能、總壓頭為常數三、柏努利方程的討論 （1）當系統(tǒng)中的流體處于靜止時，柏努利方程變?yōu)?上式即為流體靜力學基本方程式。（2）在柏努利方程式中， Z1g、分別表示單位質量流體在某截面上所具有的位能、動能和靜壓能；而We、Wf是指單位質量流體在兩截面間獲得或消耗的能量。輸送機械的有效功率： 輸送機械的軸功率： 四、柏努利方程的應用應用柏努利方程時需注意的問題：（1） 截面的選取所選取的截面應與流體的流動方向相垂直，并且兩截面間流體應是定態(tài)連續(xù)流動。截面宜選在已知量多、計算方便處。截面的物理量均取該截面上的平均值。（2） 基準水平面的選取基準水平面可以任意選取，但必須與地面平行。為計算方便，宜于選取兩截面中位置較低的截面為基準水平面。若截面不是水平面，而是垂直于地面，則基準面應選管中心線的水平面。（3）計算中要注意各物理量的單位保持一致，對于壓力還應注意表示方法一致。第三節(jié) 管內流體流動現象1-3-1 流體的黏度一、牛頓黏性定律牛頓黏性定律表明流體在流動中流體層間的內摩擦力或剪應力與法向速度梯度之間的關系，其表達式為 或 牛頓黏性定律適用于層流。黏度是度量流體黏性大小的物理量，一般由實驗測定。物理意義：促使流體在與流動相垂直方向上產生單位速度梯度時的剪應力。 單位：Pas，cP(厘泊) 1cP=10-3 Pas 影響因素：溫度與壓力 液體：T，；不考慮p的影響。 氣體：T，；一般在工程計算中也不考慮p的影響。剪應力與速度梯度的關系符合牛頓黏性定律的流體，稱為牛頓型流體；不符合牛頓黏性定律的流體稱為非牛頓型流體。 運動黏度為黏度與密度的比值，單位為m2/s，也是流體的物理性質。 1-3-2 流體的流動型態(tài)一、流體流動類型層流（或滯流） 流體質點僅沿著與管軸平行的方向作直線運動，流體分為若干層平行向前流動，質點之間互不混合；湍流（或紊流） 流體質點除了沿管軸方向向前流動外，還有徑向脈動，各質點的速度在大小和方向上都隨時發(fā)生變化，質點互相碰撞和混合。二、流型判據雷諾準數 （1-28） Re為無因次準數，是流體流動類型的判據。（1） 當Re2000時，流動為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；（2） 當Re4000時，一般出現湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；（3） 當2000 Re 4000 時，流動可能是層流，也可能是湍流，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。 根據Re準數的大小將流動分為三個區(qū)域：層流區(qū)、過渡區(qū)、湍流區(qū)，但流動類型只有兩種：層流與湍流。雷諾準數物理意義：表示流體流動中慣性力與黏性力的對比關系，反映流體流動的湍動程度。1-3-3 流體在圓管內的速度分布一、層流時的速度分布由實驗和理論已證明，層流時的速度分布為拋物線形狀，管中心處速度為最大，管壁處速度為零。管截面上的平均速度與中心最大流速之間的關系為： 二、湍流時的速度分布湍流時速度分布由實驗測定，管中心區(qū)速度最大，管壁處速度為零。管截面上的平均速度與中心區(qū)最大流速之間的關系為 三、層流內層的概念當流體在管內處于湍流流動時，由于流體具有黏性和壁面的約束作用，緊靠壁面處仍有一薄層流體作層流流動，該薄層稱為層流內層（或層流底層）， 層流內層為傳遞過程的主要阻力。其厚度與流體的湍動程度有關，流體的湍動程度越高，層流內層越薄。層流內層只能減薄，但不能消失。第四節(jié) 流體流動阻力1-4-1 流體在直管中的流動阻力一、直管阻力的通式范寧公式的幾種形式： 能量損失 壓頭損失 壓力損失 二、層流時的摩擦系數層流時摩擦系數是雷諾數Re的函數流體在直管內層流流動時能量損失的計算式為 或 哈根-泊謖葉方程 表明層流時阻力與速度的一次方成正比。三、湍流時的摩擦系數因次分析法主要步驟：（1）通過初步的實驗和較系統(tǒng)的分析，找出影響過程的主要因素；（2）通過無因次化處理，將影響因素組合成幾個無因次數群，減少變量數和實驗工作量；（3）建立過程的無因次數群關聯式（通常采用冪函數形式），通過實驗確定出關聯式中各待定系數。因次分析法的基礎：因次一致性，即每一個物理方程式的兩邊不僅數值相等，而且每一項都應具有相同的因次。因次分析法的基本定理：設影響某一物理現象的獨立變量數為n個，這些變量的基本因次數為m個，則該物理現象可用N（nm）個獨立的無因次數群表示。湍流時摩擦系數是Re和相對粗糙度的函數： -Re-圖：（1）層流區(qū) Re2000 =64/Re， 與(相對粗糙度)無關 Wf, hf u1（2）過渡區(qū) 2000 Re 4000 =f（Re，） Wf, hf u12（4）完全湍流區(qū) Re Re c =f（）與Re無關 Wf, hf u2 (阻力平方區(qū)) (虛線以上)四、非圓形管內的流動阻力 此時仍可用圓管內流動阻力的計算式，但需用非圓形管道的當量直徑代替圓管直徑。當量直徑 1-4-2 局部阻力一、阻力系數法將局部阻力表示為動能的某一倍數， 或 式中，稱為局部阻力系數，一般由實驗測定。注意，計算突然擴大與突然縮小局部阻力時，u為小管中的大速度。進口阻力系數，出口阻力系數。二、當量長度法將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長度為的直管所產生的阻力即 或 式中稱為管件或閥門的當量長度，也是由實驗測定。1-4-3 流體在管路中的總阻力 當管路直徑相同時，總阻力： 或 注意：計算局部阻力時，可用局部阻力系數法，亦可用當量長度法，但不能用兩種方法重復計算。第五節(jié) 管路計算1-5-1 簡單管路在定態(tài)流動時, 其基本特點為：（1）流體通過各管段的質量流量不變，對于不可壓縮流體，則體積流量也不變，即 (2)整個管路的總能量損失等于各段能量損失之和，即 計算可分為兩類：設計型和操作型。計算中注意試差法的應用。1-5-2 復雜管路一、并聯管路特點：（1）主管中的流量為并聯的各支管流量之和，對于不可壓縮性流體，則有 （2）并聯管路中各支管的能量損失均相等，即 注意：計算并聯管路阻力時，可任選一根支管計算，而絕不能將各支管阻力加和在一起作為并聯管路的阻力。二、分支管路與匯合管路特點：（1）總管流量等于各支管流量之和，對于不可壓縮性流體，有 （2）雖然各支管的流量不等，但在分支處O點的總機械能為一定值，表明流體在各支管流動終了時的總機械能與能量損失之和必相等。 第六節(jié) 流速與流量的測量1-6-1 測速管測速管測得的是流體在管截面某點處的速度，點速度與壓力差的關系為： 用U形壓差計測量壓差時 注意測速管安裝時的若干問題。1-6-2 孔板流量計 孔板流量計是利用流體流經孔板前后產生的壓力差來實現流量測量。孔速 體積流量 質量流量 式中C0為流量系數或孔流系數， ， 常用值為C00.60.7?？装辶髁坑嫷奶攸c：恒截面、變壓差，為差壓式流量計。（空徑突變導致能量損失加大） 1-6-3 文丘里（Venturi）流量計文丘里流量計也屬差壓式流量計，其流量方程也與孔板流量計相似，即 式中CV為文丘里流量計的流量系數（約為0.980.99）。 文丘里流量計的能量損失遠小于孔板流量計。（漸變式孔徑） 1-6-4 轉子流量計 轉子流量計是通過轉子懸浮位置處環(huán)隙面積不同來反映流量的大小。環(huán)隙流速 體積流量 式中CR 為流量系數，AR為轉子上端面處環(huán)隙面積。轉子流量計的特點：恒壓差、恒環(huán)隙流速而變流通面積，屬截面式流量計。轉子流量計的刻度，是用20的水（密度為1000kg/m3）或20和101.3kPa下的空氣（密度為1.2kg/m3）進行標定。當被測流體與上述條件不符時，應進行刻度換算。在同一刻度下，兩種流體的流量為 式中下標1表示標定流體的參數，下標2表示實際被測流體的參數。注意：轉子流量計必須垂直安裝；為便于檢修，轉子流量計應安裝支路。第七節(jié) 流體輸送設備1-7-1 離心泵一、離心泵的工作原理與構造1.工作原理 離心泵啟動前，應先將泵殼和吸入管路充滿被輸送液體。啟動后，泵軸帶動葉輪高速旋轉，在離心力的作用下，液體從葉輪中心甩向外緣。流體在此過程中獲得能量，使靜壓能和動能均有所提高。液體離開葉輪進入泵殼后，由于泵殼中流道逐漸加寬，液體流速逐漸降低，又將一部分動能轉變?yōu)殪o壓能，使泵出口處液體的靜壓能進一步提高，最后以高壓沿切線方向排出。液體從葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心形成低壓，在貯槽液面和泵吸入口之間壓力差的作用下，將液體吸入葉輪。可見，只要葉輪不停地轉動，液體便會連續(xù)不斷地吸入和排出，達到輸送的目的。氣縛現象：離心泵啟動前泵殼和吸入管路中沒有充滿液體，則泵殼內存有空氣，而空氣的密度又遠小于液體的密度，故產生的離心力很小，因而葉輪中心處所形成的低壓不足以將貯槽內液體吸入泵內，此時雖啟動離心泵，也不能輸送液體，此種現象稱為氣縛現象，表明離心泵無自吸能力。因此，離心泵在啟動前必須灌泵。2.離心泵的主要部件 葉輪 其作用為將原動機的能量直接傳給液體，以提高液體的靜壓能與動能（主要為靜壓能）。泵殼 具有匯集液體和能量轉化雙重功能。（還有泵軸）軸封裝置 其作用是防止泵殼內高壓液體沿軸漏出或外界空氣吸入泵的低壓區(qū)。常用 的軸封裝置有填料密封和機械密封兩種。二、離心泵的性能參數與特性曲線1. 性能參數 流量Q 離心泵單位時間內輸送到管路系統(tǒng)的液體體積， m3/s或m3/h。壓頭（揚程）H 單位重量的液體經離心泵后所獲得的有效能量，J /N或m液柱。效率 反映泵內能量損失，主要有容積損失、水力損失、機械損失。 軸功率P 離心泵的軸功率是指由電機輸入離心泵泵軸的功率， W或kW。離心泵的有效功率Pe是指液體實際上從離心泵所獲得的功率。 泵的有效功率： 或 泵的軸功率為 或 2. 特性曲線離心泵特性曲線是在一定轉速下，用20水測定，由H-Q、P-Q、-Q三條曲線組成。（1）H-Q曲線：離心泵的壓頭在較大流量范圍內隨流量的增大而減小。不同型號的離心泵，H-Q曲線的形狀有所不同。P（2）P-Q曲線：離心泵的軸功率隨流量的增大而增大，當流量Q0時，泵軸消耗的功率最小。因此離心泵啟動時應關閉出口閥門，使啟動功率最小，以保護電機。（3）-Q曲線：開始泵的效率隨流量的增大而增大，達到一最大值后，又隨流量的增加而下降。這說明離心泵在一定轉速下有一最高效率點，該點稱為離心泵的設計點。一般離心泵出廠時銘牌上標注的性能參數均為最高效率點下之值。高效率區(qū)通常為最高效率的92左右的區(qū)域。3. 影響離心泵性能的主要因素密度：Q不變，H不變，基本不變，P； 黏度：Q，H，P；轉速：比例定律 葉輪直徑：切割定律 三、離心泵的工作點與流量調節(jié)1. 管路特性曲線 管路特性曲線表示在特定的管路系統(tǒng)中，輸液量與所需壓頭的關系，反映了被輸送液體對輸送機械的能量要求。管路特性方程 其中 ， 管路特性曲線僅與管路的布局及操作條件有關，而與泵的性能無關。曲線的截距A與兩貯槽間液位差及操作壓力差有關，曲線的陡度B與管路的阻力狀況有關。高阻力管路系統(tǒng)的特性曲線較陡峭，低阻力管路系統(tǒng)的特性曲線較平坦。2. 工作點 泵安裝在特定的管路中，其特性曲線H-Q與管路特性曲線He-Q的交點稱為離心泵的工作點。若該點所對應的效率在離心泵的高效率區(qū)，則該工作點是適宜的。工作點所對應的流量與壓頭，可利用圖解法求取，也可由也可由管路特性方程： 泵特性方程： 聯立求解。 3. 流量調節(jié) （1）改變管路特性曲線最簡單的調節(jié)方法是在離心泵排出管線上安裝調節(jié)閥。改變閥門的開度，就是改變管路的阻力狀況，從而使管路特性曲線發(fā)生變化。管路的阻力狀況，從而使管路特性曲線發(fā)生變化。這種改變出口閥門開度調節(jié)流量的方法，操作簡便、靈活，流量可以連續(xù)變化，故應用較廣，尤其適用于調節(jié)幅度不大，而經常需要改變流量的場合。但當閥門關小時，不僅增加了管路的阻力，使增大的壓頭用于消耗閥門的附加阻力上，且使泵在低效率下工作，經濟上不合理。（2）改變泵特性曲線通過改變泵的轉速或直徑改變泵的性能。由于切削葉輪為一次性調節(jié)，因而通常采用改變泵的轉速來實現流量調節(jié)。這種調節(jié)方法，不額外增加阻力，且在一定范圍內可保持泵在高效率下工作，能量利用率高。4. 離心泵的組合操作（1）并聯操作兩泵并聯后，流量與壓頭均有所提高，但由于受管路特性曲線制約，管路阻力增大，兩臺泵并聯的總輸送量小于原單泵輸送量的兩倍。（2）串聯操作兩泵串聯后，壓頭與流量也會提高，但兩臺泵串聯的總壓頭仍小于原單泵壓頭的兩倍。（3）組合方式的選擇 如果單臺泵所提供的最大壓頭小于管路兩端，則只能采用串聯操作。對于低阻輸送管路，并聯組合優(yōu)于串聯；對于高阻輸送管路，串聯組合優(yōu)于并聯。四、離心泵的汽蝕現象與安裝高度1. 汽蝕現象汽蝕現象是指當泵入口處壓力等于或小于同溫度下液體的飽和蒸氣壓時，液體發(fā)生汽化，氣泡在高壓作用下，迅速凝聚或破裂產生壓力極大、頻率極高的沖擊，泵體強烈振動并發(fā)出噪聲，液體流量、壓頭（出口壓力）及效率明顯下降。這種現象稱為離心泵的汽蝕。2. 汽蝕余量 實際汽蝕余量 允許汽蝕余量 一般由泵制造廠通過汽蝕實驗測定。泵正常操作時，實際汽蝕余量必須大于允許汽蝕余量，標準中規(guī)定應大于0.5m以上。 3. 離心泵的允許安裝高度離心泵的允許安裝高度是指貯槽液面與泵的吸入口之間所允許的垂直距離。 根據離心泵樣本中提供的允許汽蝕余量，即可確定離心泵的允許安裝高度。實際安裝時，為安全計，應再降低0.51m。判斷安裝是否合適：若低于，則說明安裝合適，不會發(fā)生汽蝕現象，否則，需調整安裝高度。欲提高泵的允許安裝高度，必須設法減小吸入管路的阻力。泵在安裝時，應選用較大的吸入管路，管路盡可能地短，減少吸入管路的彎頭、閥門等管件，而將調節(jié)閥安裝在排出管線上。五、離心泵的類型與選用1.離心泵的類型按輸送液體性質和使用條件，離心泵可分為以下幾種類型：（1）清水泵：適用于輸送各種工業(yè)用水以及物理、化學性質類似于水的其它液體。（2）耐腐蝕泵：用于輸送酸、堿、濃氨水等腐蝕性液體。（3）油泵：用于輸送石油產品。（4）液下泵：通常安裝在液體貯槽內，可用于輸送化工過程中各種腐蝕性液體。（5）屏蔽泵：用于輸送易燃易爆或劇毒的液體。2. 離心泵的選用基本步驟：（1）確定輸送系統(tǒng)的流量和壓頭一般液體的輸送量由生產任務決定。如果流量在一定范圍內變化，應根據最大流量選泵，并根據情況，計算最大流量下的管路所需的壓頭。（2）選擇離心泵的類型與型號根據被輸送液體的性質及操作條件，確定泵的類型；再按已確定的流量和壓頭從泵樣本中選出合適的型號。若沒有完全合適的型號，則應選擇壓頭和流量都稍大的型號；若同時有幾個型號的泵均能滿足要求，則應選擇其中效率最高的泵。（3）核算泵的軸功率若輸送液體的密度大于水的密度，則要核算泵的軸功率，以選擇合適的電機。1-7-2 其它類型化工用泵 一、往復式泵 1. 往復泵（1） 往復泵的構造及工作原理主要部件：泵缸、活塞、活塞桿、吸入閥和排出閥。工作原理：依靠活塞的往復運動，吸入并排出液體。（2）往復泵的流量與壓頭單動泵流量 當活塞直徑、沖程及往復次數一定時，往復泵的理論流量為一定值。往復泵的壓頭與泵的幾何尺寸無關，與流量也無關。往復泵具有正位移特性，即流量僅與泵特性有關，而提供的壓頭只取決于管路狀況。（3）往復泵的流量調節(jié)多采用旁路調節(jié)或改變活塞沖程或往復次數。往復泵適用于輸送小流量、高壓頭、高黏度的液體，但不適于輸送腐蝕性液體及有固體顆粒的懸浮液。2計量泵計量泵也為往復式泵，適用于要求輸送量十分準確的液體或幾種液體按比例輸送的場合。3隔膜泵為輸送腐蝕性液體或懸浮液的往復式泵。二、旋轉泵旋轉泵包括齒輪泵和螺桿泵，其工作原理是依靠泵內一個或多個轉子的旋轉來吸液和排出液體。旋轉泵與往復泵一樣，也具有正位移特性，因此也采用旁路調節(jié)或改變旋轉泵的轉速，以達調節(jié)流量的目的。1-7-3 氣體輸送設備一、 離心式通風機1. 工作原理與結構離心式通風機的結構和單級離心泵相似，工作原理也與離心泵完全相同，藉蝸殼中葉輪旋轉所產生的離心力將氣體壓力提高而排出。2. 性能參數與特性曲線流量（風量）Q 是指單位時間內通風機輸送的氣體體積，以通風機進口處氣體的狀態(tài)計， m3/s或 m3/h。風壓是指單位體積的氣體流經通風機后獲得的能量， J/m3或Pa。 靜風壓 動風壓 全風壓 軸功率與效率 特性曲線一定型號的離心式通風機的特性曲線以20、101.3kPa的空氣作為工作介質進行測定，包括全風壓與流量pT-Q靜風壓與流量ps-Q軸功率與流量P-Q和效率與流量h- Q四條線。3.離心式通風機的選用離心式通風機的選用與離心泵相仿，即根據輸送氣體的風量與風壓，由通風機的產品樣本來選擇合適的型號。但應注意，通風機的風壓與密度成正比，當使用條件與通風機標定條件（20、101.3kPa，空氣的密度1.2kg/m3）不符時，需將使用條件下的風壓換算為標定條件下的風壓，才能選擇風機。換算關系為 二、 往復式壓縮機1. 往復壓縮機的工作過程壓縮機的一個工作過程是由膨脹、吸氣、壓縮和排出四個階段組成的。 余隙系數：余隙體積VA與一個行程活塞掃過的體積（VCVA）之比 容積系數0：在一個壓縮循環(huán)中，氣體吸入的體積（VCVB）與活塞掃過的體積（VCVA）之比 對于多變壓縮過程，二者關系 容積系數0與壓縮機的余隙系數及壓縮比（）有關。l 余隙系數一定時，壓縮比越大，容積系數越小；l 壓縮比一定時，余隙系數越大，容積系數越小。2多級壓縮壓縮比大于8時，宜采用多級壓縮多級壓縮，每級適宜壓縮比為35。三、真空泵真空泵用于從設備內或系統(tǒng)中抽出氣體，使其處于低于大氣壓下的狀態(tài)第二章 非均相物系分離第一節(jié) 概述混合物可以分為均相混合物和非均相混合物。非均相混合物的特點是在物系內部存在兩種以上的相態(tài)，如懸浮液、乳濁液、含塵氣體等。其中固體顆粒、微滴稱為分散相或分散物質；而氣體、液體稱為連續(xù)相或分散介質。非均相物系分離的依據是連續(xù)相與分散相具有不同的物理性質，因此可以用機械的方法將兩相分離。操作方式分為兩種：（1）沉降分離 顆粒相對于流體（靜止或運動）運動的過程稱沉降分離。分為重力沉降、離心沉降。 （2）過濾 流體相對于固體顆粒床層運動而實現固液分離的過程稱過濾。分為重力過濾、離心過濾、加壓過濾和真空過濾，也可分為恒壓過濾、先恒速后恒壓過濾。2-1-1 非均相分離在工業(yè)中的應用一、回收分散相二、凈化連續(xù)相三、環(huán)境保護和安全生產2-1-2 顆粒與顆粒群的特性顆粒的特性1、球形顆粒體積 V=d3 表面積 S=d2 比表面積 S/V=6/d 2、非球形顆粒工業(yè)上遇到的固體顆粒大多是非球形顆粒體積當量直徑de de= 表面積當量直徑des des =球形度（形狀系數）s 顆粒群的特性由大小不同的顆粒組成的集合體稱為顆粒群。1、顆粒群粒徑分布顆粒群的粒度組成情況即粒徑分布。可用篩分分析法測定各種尺寸顆粒所占的分率。2、顆粒的平均粒徑 xi3、顆粒的密度顆粒的真密度：當不包括顆粒之間的空隙時，單位顆粒群體積內顆粒的質量，kg/m3。堆積密度（表觀密度）：當包括顆粒之間的空隙時，單位顆粒群體積內顆粒的質量，kg/m3。4、顆粒的粘附性和散粒性第二節(jié) 顆粒沉降2-2-1 顆粒在流體中的沉降過程顆粒與流體在力場中作相對運動時，受到三個力的作用：質量力F、浮力Fb、曳力Fd 。對于一定的顆粒和流體，重力Fg、浮力Fb一定，但曳力Fd卻隨著顆粒運動速度而變化。當顆粒運動速度u等于某一數值后達到勻速運動，這時顆粒所受的諸力之和為零2-2-2重力沉降及設備球形顆粒的自由沉降顆粒在重力沉降過程中不受周圍顆粒和器壁的影響，稱為自由沉降。固體顆粒在重力沉降過程中，因顆粒之間的相互影響而使顆粒不能正常沉降的過程稱為干擾沉降。球形顆粒在靜止流體中沉降時，顆粒受到的作用力有重力、浮力和阻力。當合力為零時，顆粒相對于流體的運動速度u=ut，ut稱為沉降速度，又稱為“終端速度”。ut =其中是顆粒沉降時的阻力系數。并且是顆粒對流體作相對運動時的雷諾數Ret的函數=f(Ret)= f()與Ret的關系可由實驗測定，如圖2-2所示。圖中將球形顆粒（s=1）的曲線分為三個區(qū)域，即（1）滯流區(qū) （ 10-40.2% 時，干擾沉降不容忽視。（3）器壁效應當容器較小時，容器的壁面和底面均能增加顆粒沉降時的曳力，使顆粒的實際沉降速度較自由沉降速度低。重力沉降設備1、降塵室籍重力沉降從氣流中除去塵粒的設備稱為降塵室。氣體的停留時間為 顆粒沉降所需沉降時間為 沉降分離滿足的基本條件為 t 或 降塵室的生產能力為 多層降塵室的生產能力為 2、沉降槽籍重力沉降從懸浮液中分離出固體顆粒（1的設備稱為沉降槽。如用于低濃度懸浮液分離時亦稱為澄清器；用于中等濃度懸浮液的濃縮時，常稱為濃縮器或增稠器。沉降槽適于處理顆粒不太小、濃度不太高，但處理量較大的懸浮液的分離。這種設備具有結構簡單，可連續(xù)操作且增稠物濃度較均勻的優(yōu)點，缺點是設備龐大，占地面積大、分離效率較低。2-2-3 離心沉降及設備離心沉降速度與顆粒在重力場中相似，顆粒在離心力場中也受到三個力的作用，即慣性離心力、向心力和阻力。當三力平衡時，顆粒在徑向上相對于流體的速度極為顆粒在此位置上的離心沉降速度ur 重力沉降速度計算式及所對應的流動區(qū)域仍可用于離心沉降，僅需將重力加速度g改為離心加速度 uT2/R即可。 如顆粒沉降過程屬于層流 ut =應注意離心沉降速度ur隨旋轉半徑R的變化而變化。離心分離因數Kc是離心分離設備的重要性能指標Kc值愈高，離心沉降效果愈好。離心沉降設備1、旋風分離器構造及工作原理主體的上部為圓柱形筒體，下部為圓錐形。含塵氣體切向進入旋風分離器，旋轉過程中，顆粒在離心力的作用下被拋向器壁，與器壁撞擊失去能量而落入錐底后，由排灰口排出。凈化后的氣體由頂部排氣管排出。性能指標（1）臨界粒徑dc旋風分離器能夠分離出的最小顆粒直徑稱為臨界粒徑。 標準旋風分離器，可取N=5。（2）分離效率總效率 粒級效率 （3）壓降pf氣體流經旋風分離器的壓降是由氣體流經器內時的膨脹、壓縮、旋轉、轉向及對器壁的摩擦而消耗的能量。 對標準旋風分離器，8.0 。2、旋液分離器旋液分離器是分離懸浮液的離心沉降設備，其構造及工作原理與旋風分離器類似。與后者不同的是直徑小而圓錐部分長，這樣的構造既可以增大離心力，又可以延長停留時間。由于液體的進口速度大，所以流動阻力也大，對器壁的磨損較嚴重。第三節(jié) 過濾2-3-1 概述過濾方式深層過濾與餅層過濾過濾介質作用是使濾液通過，截留固體顆粒并支撐濾餅。要求其具有多孔性、耐腐蝕性及足夠的機械強度。工業(yè)常用的過濾介質有織物介質、多孔性固體介質及堆積的粒狀介質等。濾餅與助濾劑濾餅可分為可壓縮濾餅和不可壓縮濾餅兩種。對于不可壓縮濾餅，為了減少過濾阻力可加入一些助濾劑。助濾劑是能形成多孔餅層的剛性顆粒，具有良好的物理、化學性質。使用的方法多用預涂法和摻濾法。2-3-2 過濾基本方程式過濾速率是指單位時間內通過的濾液體積。過濾基本方程式表示過濾過程中某一瞬間的過濾速率與各有關因素的關系。 恒壓過濾基本方程式恒壓過濾的特點是過濾操作的總壓差恒定，隨著過濾時間的延長，濾餅厚度增大，過濾阻力增加，過濾速率降低。 過濾常數K、qe測定過濾常數一般在恒壓條件下測定。 在已知過濾面積的過濾設備上，用待測懸浮液在恒壓條件下實驗測定。2-3-3 過濾設備一、板框壓濾機生產能力為 二、 轉鼓真空過濾機生產能力為 三、過濾離心機第三章 傳 熱第一節(jié) 概 述11 傳熱的基本方式熱傳遞三種基本方式：傳導、對流和輻射。傳導 是物體中溫度較高部分分子，通過碰撞或振動將熱能以動能形式傳給相鄰溫度較低部分的分子，這種物體內分子不發(fā)生宏觀位移的傳熱方式。對流 是流體之間的宏觀相對位移所產生的對流運動，將熱量由空間中一處傳到他處的現象。輻射 是一種以電磁波傳遞熱量的方式。工業(yè)的換熱方法：間壁式換熱、混合式換熱和蓄熱式換熱。12 穩(wěn)定傳熱與不穩(wěn)定傳熱穩(wěn)定傳熱 若傳熱系統(tǒng)中各點的溫度僅隨位置變而不隨時間變，則此傳熱過程為穩(wěn)定傳熱。不穩(wěn)定傳熱 若傳熱系統(tǒng)中各點的溫度既隨位置變又隨時間而變，則此傳熱過程為不穩(wěn)定傳熱。 第二節(jié) 熱傳導21熱傳導的基本概念和付立葉定律付立葉定律 式中負號表示熱流體方向與溫度梯度方向相反，即熱量從高溫傳向低溫。 22 導熱系數付立葉定律中的比例系數，其值等于溫度梯度下的熱通量。因此，值表示了物質導熱能力的大小，是表征物質導熱性能的參數，稱為導熱系數。 23平壁的熱傳導 1僅限于討論以下條件的熱傳導 穩(wěn)定導熱； 平壁面積與平壁厚度相比很大，熱量只沿垂直壁面的方向作一維傳導； 單層或多層平壁中每層都為均質材料，各層導熱系數均為不隨溫度而變化的常數。 2通過單層平壁的導熱速率方程式為： 導熱通量表達式為： 3通過多層平壁的導熱速度方程，根據串聯過程的概念，利用速率與推動力和阻力之間的關系可以表示為： 導熱通量可表示為： 24圓筒壁的導熱 1討論僅限于如下條件：穩(wěn)定導熱、熱量只沿徑向傳遞的一維導熱、無內熱源、導熱系數為常數。 2單層圓筒壁的導熱速率方程：圓筒內外壁面的平均值 其中對于工程計算，當2時，可取或 3多層圓筒壁導熱速率方程 應該注意，對于多層圓筒壁傳導，通過各層的導熱速率都相同，但熱通量則由于各層平均傳熱面積不等而各不相同。 4導熱速率與導熱溫差及熱阻的關系 導熱速率對于定態(tài)傳熱過程，通過各層的導熱速率均相等。第三節(jié) 對流傳熱1.對流傳熱速率方程流體與壁面間的對流傳熱速率由牛頓冷卻定律表達式： 對流傳熱系數和傳熱面積以及溫度差相對應。2. 對流傳熱系數的物理意義 稱為對流傳熱系數，表示流體與壁面間溫差為時，單位時間通過單位面積以對流傳熱方式傳遞的熱量。表示了對流傳熱的強度。第四節(jié) 傳熱計算41 熱負荷的確定根據能量衡算，單位時間內熱流體放出之熱量等于冷流體吸收的熱量，即 兩流體均無相變化，則若熱流體只有相變化而無溫度的變化，例如飽和蒸氣冷凝時， 42 總傳熱速率方程冷、熱流體通過間壁的傳熱過程是熱流體與壁面的對流傳熱，壁內的導熱和另一側壁面與冷流體的對流傳熱三個環(huán)節(jié)的串聯過程。對于穩(wěn)定傳熱過程，冷、熱流體間的傳熱速率： 43 平均溫度差1恒溫傳熱： 2變溫傳熱：逆流或并流 當2時3錯流和折流時的 按逆流計算，加以校正，即式中按逆流計算的對數平均溫差，溫差校正系數，=f(P，R) ， 44 總傳熱系數1.外表面為基準的總傳熱系數計算式為：（2）過渡區(qū) （ 2 Ret 103 ） = （3）湍流區(qū) （ 103Ret 2105） =0.44 對應各區(qū)的沉降速度 ut的計算式為：2.熱面積 傳熱面積式中：So換熱器傳熱的外表面積，L換熱器管長，n換熱器的管子根數。第五節(jié) 對流傳熱系數關聯式51影響對流傳熱系數的因數流體物性，主要是比熱容、導熱系數、密度和黏度；流體的流動狀態(tài)；流動的原因是強制對流還是流體自然對流；傳熱面的形狀、位置和大??；傳熱過程中有無相態(tài)變化。 52無相變時對流傳熱系數的關聯式由對流傳熱過程的因次分析知，與對流傳熱有關的準數有：努塞爾特準數 Nu=；雷諾準數Re=；普蘭特準數 Pr=；格拉斯霍夫準數Gr=。對不同的傳熱情況，需選用不同的對流傳熱的關聯式，注意關聯式的使用條件：適用范圍、定性溫度、特征尺寸。1 流體在管內作強制對流（1） 流體在圓管內作強制湍流 低黏度流體 (m2m常溫水)應用范圍Re10000，0.7Pr16700，60特征尺寸管內徑di。定性溫度除取壁溫外，均取流體進、出口溫度的算數平均值。令，為了避免試差，項可取近似值，液體被加熱時取1.05；液體被冷卻時取0.95；氣體被加熱和冷卻時均用1.0。（2）流體在圓形直管內作強制滯流 應用范圍Re2300，0.6Pr6700，100。特征尺寸管內徑di。定性溫度除取壁溫外，均取流體進、出口溫度的算數平均值。（3）流體在彎管內作強制對流 式中 彎管中的對流傳熱系數；直管中的對流傳熱系數；d管內徑；R彎管的彎曲半徑。（4）流體在非圓形管中作強制對流 仍可采用圓形直管內強制對流關聯式，管內徑改為當量直徑： 流體力學當量直徑 傳熱當量直徑在傳熱計算中，采用流體力學當量直徑還是傳熱當量直徑，由具體的關聯式決定。 2 流體在管外作強制對流 列管式換熱器殼方流體在管間流動時，對流傳熱系數：當列管式換熱器裝有圓缺型擋板時（缺口面積為25