化工原理复习.docx
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化工原理复习
第一章流体流动
【学习指导】
1.学习目的
通过本章学习,掌握流体流动过程的基本原理、管内流动的规律,并运用这些原理和规律去分析和计算流体流动过程的有关问题,诸如:
(1)流体输送:
流速的选择,管径的计算,输送机械选型。
(2)流动参数的测量:
压强(压力)、流速(流量)等。
(3)不互溶液体(非均相物系)的分离和分散(混合)。
(4)选择适宜的流体流动参数,以适应传热、传质和化学反应的最佳条件。
2.学习重点
(1)静力学基本方程的应用
(2)连续性方程、柏努力方程的物理意义、适用条件、应用柏努力方程解题的要点和注意事项。
(3)管路系统总能量损失方程(包括数据的获得)
本章应掌握的内容
(1)两种流型(层流和湍流)的本质区别,处理两种流型的工程方法(解析法和实验研究方法)
(2)流量测量
(3)管路计算
本章一般了解的内容
(1)边界层的基本概念(边界层的形成和发展,边界层分离)
(2)牛顿型流体和非牛顿型流体
3.本章学习应注意的问题
(1)流体力学是传热和传质的基础,它们之间又存在着密切的联系和相似性,从开始学习流体流动就要学扎实,打好基础。
(2)应用柏努力方程、静力学方程解题要绘图,正确选取衡算范围。
解题步骤要规范。
概述
一.流体的定义和分类
1.定义:
气体(含蒸汽)和液体统称流体。
2.分类:
(1)按状态分为气体、液体和超临界流体。
(2)按可压缩性可分为不可压缩流体和可压缩流体。
(3)依是否可忽略分子间作用力分为理想流体和粘性(实际)流体。
(4)按流变特性(剪力与速度梯度之间关系)分牛顿型和非牛顿型流体。
二.流体特征
1.流动性,即抗剪抗张的能力很小;
2.无固定形状,易变形(随容器形状),气体能充满整个密闭容器空间;
3.流动时产生内摩擦,从而构成了流体流动内部结构的复杂性。
三.作用在流体上的力
外界作用于流体上的力有两种,即质量力和表面力。
1.质量力(又称体积力)
质量力作用于流体的每个质点上,并与流体的质量成正比,对于均质流体也与流体的体积成正比。
流体在重力场中受到重力、在离心力场中受到的离心力都是典型的质量力。
2.表面力(又称接触力或机械力)
表面力与流体的表面积成正比。
作用于流体中任一微小表面上的力又可分为两类,即垂直于表面的力和平行于表面的力。
前者为压力,后者为剪力(切力)。
静止流体只受到压力的作用,而流动流体则同时受到两类表面力的作用。
本章重点讨论不可压缩性牛顿型流体在管内流动的有关问题。
1-1流体静力学基本方程式
【学习指导】
1.学习目的
通过学习掌握流体在重力场中的平衡规律(静止流体内部压强的变化规律)及其工程应用。
2.学习重点
重点掌握流体静力学基本方程式的适用条件及工程应用实例,应用流体静力学原理解题的关键是正确选取等压面。
3.学习难点
流体静力学基本方程式的推导。
1-2流体在管内的流动
【学习指导】
⒈学习目的
通过学习掌握流体在管内流动的宏观规律——流体流动的守恒定律,其中包括质量守恒定律——连续性方程式及机械能守恒定律——柏努利方程式,并学会运用这两个基本定律解决流体流动的有关计算问题。
⒉学习重点
本节以连续方程及柏努利方程为重点,掌握这两个方程式推导思路、适用条件、用柏努利方程解题的要点及注意事项。
通过实例加深对这两个方程式的理解。
正确确定衡算范围(上、下游截面的选取)及基准水平面是解题的关键。
3.学习难点
在应用柏努利方程式计算流体流动问题时要特别注意流动的连续性及上、下游截面选取的正确性。
1-3流体的流动现象
【学习指导】
1.学习目的
通过简要分析在微观尺度上流体流动的内部结构,为流动阻力的计算奠定理论基础;流体流动的内部结构是流体流动规律的一个重要方面,这些现象的产生在于流体的粘性。
2.学习重点
本节以层流(滞流)和湍流(紊流)两种基本流型的本质区别为主线展开讨论,要求重点掌握:
(1)牛顿粘性定律的表达式、适用条件;粘度的物理意义及不同单位之间的换算。
(2)两种流型的判据及本质区别;
的意义及特点。
(3)边界层形成、发展及边界层分离现象。
流动边界层概念的提出对分析流体流动、传热及传质现象有重要意义。
(4)非牛顿型流体的流变特性。
3.学习难点
流动边界层的概念;正确理解流体流型与
数的关系、
数与管径
和流速
的关系。
1-4流体在直管内的流动阻力
【学习指导】
1.学习目的
目的是解决流体在管截面上的速度分布及柏努利方程式中流动阻力
的计算问题。
2.学习重点
(1)流体在管路中的流动阻力的计算问题。
管路阻力又包括直管阻力
和局部阻力
本质不同的两大类。
前者主要是表面摩擦,后者以形体阻力为主。
同时,解决了管截面上的速度分布问题。
(2)流体在直管中的流动阻力因流型不同而采用不同的工程处理方法。
对于层流,通过过程本征方程(牛顿粘性定律)可用解析方法求解管截面上的速度分布及流动阻力;而对于湍流,需借助因次分析方法来规划试验,采用实验研究方法。
因次分析的基础是因次一致的原则和
定理。
局部阻力也只能依靠实验方法测定有关参数(
或
)。
(3)建立“当量”的概念(包括当量直径和当量长度)。
“当量”要具有和原物量在某方面的等效性,并依赖于经验。
3.学习难点
对因次分析方法的理解和应用,需要通过实践来加深。
1-5管路计算
【学习指导】
1.学习目的
通过学习掌握不同结构管路(简单管路,并联管路及分支管路)的特点,设计型和操作型管路计算方法和步骤,以达到合理确定流量、管径和能量之间的关系。
2.学习重点
重点为不同结构管路的特点,如简单管路能量损失具有加和性;并联管路中各支管中的压强降(或能量损失)相等;分支管路中单位质量流体流动终了时的总机械能和沿程能量损失之和相等,并且在数值上等于在分叉点每
流体具有的总机械能。
能够根据复杂管路的特点,分配各支管中流体的流量。
由于诸变量间复杂的非线形关系,求流量或确定管径一般需要试差计算。
3.学习难点
在管路的试差计算(特别是复杂管路的试差计算)往往比较繁琐,作题时要正确的确定基本关系,并进行耐心、细致的计算。
1-6流量测量
【学习指导】
1.学习目的
流体的流量是化工生产和科学实验过程中的重要参数之一。
通过本知识点学习,要学会根据工艺要求和流体性质选用适宜的流量计并进行流量测量。
重点了解流体流动守恒原理在流量测量中的应用。
2.学习重点
根据流体流动时各种机械能互相转换关系而设计的流速计与流量计分为两大类,即
差压(定截面)流量计,包括测速管(毕托管)、孔板流量计、文丘里流量计等,除测速管测定管截面上的点速度外,其余均测得平均速度。
截面(定压差)流量计(即转子流量计),直接测得流体的体积流量。
要求掌握各种流量计的工作原理、选型和流量计算方法,并了解各种流量计的优缺点、适用场合及安装注意事项。
3.学习难点
注意流量计下游压强不得低于操作温度下的饱和蒸汽压。
本章小结
本章讨论了流体流动的基本概念(包括流体的密度、流体的压强、流量与流速、定态流动与非定态流动、流体的粘度、牛顿粘性定律、牛顿型流体与非牛顿型流体、滞流与湍流、流动边界层、流动阻力)等和计算流体流动的基本问题(包括流体静力学基本方程、连续性方程、柏努利方程、流动阻力方程、流量计流量方程等)。
各位学员要认真学习本章内容,对一些基本定义、公式要牢记,要灵活应用上述概念和方程,掌握各方程的意义和应用条件等,解决工程上的流体流动问题。
第二章流体输送机械
【学习指导】
1.学习目的
通过学习,了解化工中常用的流体输送机械的基本结构、工作原理及操作特性,以便根据生产工艺要求,合理地选择和正确使用输送机械,并使之在高效率下可靠运行。
2.学习重点
本章以离心泵的基本结构、工作原理、操作特性、安装及选型为学习重点。
本章应掌握的内容
通过和离心泵的对比,掌握往复式及其它液体输送机械的基本结构、工作原理、操作特性,特别是泵的启动及流量调节方法的不同。
本章一般了解的内容
通过和液体输送机械的对比,了解气体输送机械的特性。
3.学习中应注意的问题
本章是流体流动原理的应用实例。
通过本章学习,加深对流体力学原理的理解,并从工程应用角度出发,达到经济、高效、安全实现流体输送。
2-1离心泵的工作原理及性能参数
【学习指导】
1.学习目的
通过学习重点掌握离心泵的工作原理、重要性能参数及影响泵性能的主要因素。
为调节或改变泵的性能提供理论依据。
2.学习重点
(1)离心泵的基本功能是提高液体的静压能。
通过离心泵基本结构介绍和离心泵基本方程式的推导,了解在泵的结构设计上如何使液体获得的动能有效转化为静压能的。
(2)离心泵基本方程式的推导采用了数学模型法。
要掌握数学模型法研究工程问题的方法步骤,并根据泵的基本方程式分析影响离心泵性能的主要因素和改变泵性能的途径。
(3)离心泵的性能参数和特性曲线是在常压下用
清水测得的。
每种型号离心泵在指定转速下都有其自己的特定曲线,与管路状况无关。
3.学习难点
离心泵基本方程式的推导。
2-2离心泵在管路中的运行
【学习指导】
1.学习目的:
通过学习搞清楚:
一台一定性能的离心泵在特定的管路系统中运行时,将会出现一些什么问题?
如何高效地满足生产工艺对泵提出的流量和能量要求?
2.学习重点:
正确地确定离心泵的安装高度,避免汽蚀现象发生。
合理地选择和操作离心泵,并根据生产工艺要求,经济有效地进行调节。
3.学习难点
对于汽蚀现象的理解、离心泵的选用、计算和安装方法。
2-3其它流体输送机械
【学习指导】
1.学习目的
在全面掌握离心泵的基础上,通过对比、了解其它流体输送机械(包括液体和气体)的结构特点、操作特性及实用场合。
2.学习重点
(1)在液体输送机械中,以往复泵为代表,讨论正位移泵的特性参数及操作调节。
了解各种泵的适用场合。
(2)介绍常用气体压送机械的类型和适用场合。
其中侧重离心式风机的选型依据和往复式压缩机性能参数计算、高压缩比时多级压缩的必要性。
3.学习难点
离心通风机、鼓风机与压缩机,旋转鼓风机、压缩机与真空泵,往复压缩机的基本特征及选用。
第三章沉淀与过滤
【学习指导】
1.学习目的
通过本章学习能够利用流体力学原理实现非均相物系分离(包括沉降分离和过滤分离),掌握过程的基本原理、过程和设备的计算及分离设备的选型。
建立固体流态化的基本概念。
2.学习重点
(1)沉降分离(包括重力沉降和离心沉降)的原理、过程计算和旋风分离器的选型。
(2)过滤操作的原理、过滤基本方程式推导的思路,恒压过滤的计算、过滤常数的测定。
(3)用数学模型法规划实验的研究方法。
本章应掌握的内容
(1)颗粒及颗粒床层特性
(2)悬浮液的沉降分离设备
本章一般了解的内容
(1)离心机的类型与应用场合
(2)固体流态化现象(包括气力输送)
3.学习中应注意的问题
本章从理论上讨论颗粒与流体间相对运动问题,其中包括颗粒相对于流体的运动(沉降和流态化)、流体通过颗粒床层的流动(过滤),并借此实现非均相物系分离、固体流态化技术及固体颗粒的气力输送等工业过程。
学习过程中要能够将流体力学的基本原理用于处理绕流和流体通过颗粒床层流动等复杂工程问题,即注意学习对复杂的工程问题进行简化处理的思路和方法。
3-1颗粒及颗粒床层的特性
【学习指导】
1.学习目的
通过学习掌握确定颗粒、颗粒床层特性参数以及流体流速床层压降的计算方法。
2.学习重点
球形颗粒和非球形颗粒的大小和特性参数的计算,特别是非球形颗粒球形度及体积当量直径的计算。
颗粒群粒度分布及平均粒径的计算。
床层孔隙率、比表面积及压降的计算。
3.学习难点
球形颗粒和非球形颗粒的大小和特性参数的计算,特别是非球形颗粒球形度及体积当量直径的计算。
3-2沉降分离
【学习指导】
1.学习目的
沉降过程属于流体力学中的两相流动,通过本知识点学习,能够运用颗粒与流体之间的相对运动规律达到非均相混合物分离的目的。
掌握沉降过程的有关计算,并根据工艺要求和物系特性进行沉降室设计和离心分离设备选型。
2.学习重点
重点讨论固体颗粒从气流中沉降分离的过程,内容包括沉降分离的原理,过程计算,影响沉降分离的因素分析,沉降分离设备(包括沉降室、旋风分离器)的设计或选型。
对液态非均相物系应了解分离设备选型。
3.学习难点
关于沉降过程的有关计算及根据工艺要求和物系特性进行沉降室设计和离心分离设备选型。
3-3过滤分离
【学习指导】
1.学习目的
通过学习,学会如何用管内流体层流的理论来处理流体通过颗粒床层流动的复杂问题,理解过滤原理,掌握过滤过程计算,并能根据滤浆特性和工艺要求,选择过滤设备并确定适宜操作条件。
2.学习重点
重点讨论过滤原理、过滤基本方程式推导的思路(数学模型法)、恒压过滤过程计算、典型过滤设备的特点及其生产能力的计算,提高过滤设备生产能力的途径及措施。
3.学习难点
过滤基本方程式的推导及影响因素的分析、过滤机理的理解及过滤设备生产能力的计算。
本章小结
【本章小结】
本章讨论的基本内容是利用流体力学原理,根据流体和固体之间物理性质的差异,在外力场作用下,造成两相之间的相对运动,从而达到非均相混合物分离的目的。
从工程方法论来说,应加深对数学模型法研究复杂工程问题方法、步骤的理解。
本章的主要内容是沉降和过滤两种机械分离方法,包括原理、过程及设备计算、影响因素分析、强化措施,最后能进行设备选型。
从沉降分离来说,过程计算的主要方程是沉降速度ut的计算式(应用最多的是斯托克斯公式),沉降室生产能力的表达式,临界粒径的定义式。
运用这些方程式进行过程和设备计算,分析影响因素,设计多层除尘室及旋风分离器组。
对于过滤来说,在深刻理解过滤原理的前提下,重点掌握过滤基本方程的推导思路及其在恒压过滤中的积分式恒压过滤方程,会进行过滤常数的实验测定。
第四章传热
【学习指导】
1.学习目的
通过本章学习,掌握传热的基本原理、传热的规律,并运用这些原理和规律去分析和计算传热过程的有关问题,诸如:
(1)热传导速率方程及其应用。
(2)换热器的能量衡算,总传热速率方程和总传热系数的计算。
(3)对流传热系数关联式。
(4)辐射传热的基本概念和相关定律,掌握两物体间辐射传热的速率方程。
2.学习重点
(1)单层、多层平壁热传导速率方程,单层、多层圆筒壁热传导速率方程及其应用。
(2)换热器的能量衡算,总传热速率方程和总传热系数的计算,用平均温度差法进行传热计算。
(3)对流传热系数的影响因素及因次分析法。
本章应掌握的内容
(1)传热的基本方式。
(2)间壁式换热器。
(3)对流传热系数机理。
(4)用传热单元数法进行传热计算。
(5)换热器的结构型式和强化途径。
(6)两固体间的辐射传热速率方程及其应用。
本章一般了解的内容
(1)保温层临界直径。
(2)传热单元数法及应用场合。
(3)对流-辐射联合传热。
(4)一般传热设计的规范、相关计算和设备选型要考虑的问题。
3.本章学习中应注意的问题
(1)边界层概念。
(2)传热单元数法。
(3)因次分析法。
(4)辐射传热的基本概念和定律,影响辐射传热速率的影响因素。
4-1传热过程概述
【学习指导】
1.学习目的
通过本知识点的学习,掌握传热过程的基本概念,为后面各知识点的学习奠定基础。
2.学习重点
传热机理、传热的基本方式及典型的传热设备。
3.本知识点的难点
传热机理的掌握和传热方式的不同应用。
4-2热传导
【学习指导】
1.学习目的
通过学习热传导的基本概念,理解热传导的机理和主要存在场合,掌握热传导速率方程及其应用。
2.学习重点
单层、多层平壁热传导速率方程,单层、多层圆筒壁热传导速率方程及其应用。
3.本知识点的难点
热传导速率方程及其应用。
4-3对流传热概述
【学习指导】
1.学习目的
通过本节的学习,掌握对流传热的机理,理解对流传热系数的意义和影响因素,并建立保温层临界直径的概念。
2.学习重点
对流传热机理。
3.学习难点
边界层概念的理解。
4-4传热过程计算
【学习指导】
1.学习目的
通过本节的学习,掌握换热器的能量衡算,总传热速率方程和总传热系数的计算。
在传热计算的两种方法中,重点掌握平均温度差法,了解传热单元数法及应用场合。
2.学习的重点
换热器的能量衡算,总传热速率方程和总传热系数的计算,用平均温度差法进行传热计算。
热传导的应用计算,热量衡算,总传热速率方程式的应用,列管式换热器的选用计算。
3.学习难点
热传导、对流机理的理解、联合运用热量衡算式和总传热速率方程式解决传热计算问题,传热单元数法。
4-5对流传热系数关联式
【学习指导】
1.学习目的
通过本节的学习,了解影响对流传热系数的因素,掌握因次分析法,并能根据情况选择相应的对流传热系数关联式。
理解流体有无相变化的对流传热系数相差较大的原因。
2.学习重点
对流传热系数的影响因素及因次分析法。
3.学习难点
因次分析法,对流机理的理解。
第五章吸收
【学习指导】
1.学习目的
通过本章的学习,掌握气体吸收的基本概念和气体吸收过程的基本计算方法。
2.学习重点
(1)气体吸收过程的平衡关系
(2)气体吸收过程的速率关系
(3)低浓度气体吸收过程的计算
本章应掌握的内容
(1)费克定律和分子传质问题的求解方法
(2)双膜模型
本章一般了解的内容
(1)溶质渗透模型和表面更新模型
(2)吸收系数
3.本章学习应注意的问题
(1)表示吸收过程的平衡关系为亨利定律,亨利定律有不同的表达形式,学习中应注意把握它们之间的联系。
(2)表示吸收过程的速率关系为吸收速率方程,吸收速率方程有不同的表达形式,学习中应注意把握它们之间的联系。
(3)学习分子传质,不要机械地记忆各过程的求解结果,应注意把握求解的思路和应用背景。
(4)学习中应注意把握传质机理和吸收过程机理之间的联系,注意体会讲述传质机理和吸收过程机理的目的和意义。
5-1吸收过程概述与气液平衡关系
【学习指导】
1.学习目的
通过本知识点的学习,应掌握气体吸收的基本原理、吸收塔流程和气液平衡关系。
2.学习重点
吸收过程的气液平衡关系。
3.学习难点
本知识点无难点。
5-2传质机理
【学习指导】
1.学习目的
通过本知识点的学习,应掌握质量传递的两种基本方式,即分子传质和对流传质,掌握分子传质问题的求解方法。
2.学习重点
(1)费克定律。
(2)分子传质问题的求解方法。
3.学习难点
分子传质过程中“总体流动”概念的理解。
5-3吸收速率
【学习指导】
1.学习目的
通过本知识点的学习,应掌握吸收的机理及吸收速率方程式,为学习吸收过程的计算奠定基础。
2.学习重点
(1)双膜模型。
(2)吸收速率方程式。
3.学习难点
溶质渗透模型和表面更新模型的理解。
5-4低浓度气体吸收的计算
【学习指导】
1.学习目的
通过本知识点的学习,应掌握低浓度气体吸收过程的计算方法。
2.学习重点
(1)物料衡算与操作线方程。
(2)最小液气比与适宜液气比。
(3)用传质单元数法计算填料层高度。
3.学习难点
传质单元高度与传质单元数概念的理解。
5-5吸收系数
【学习指导】
1.学习目的
通过本知识点的学习,应掌握吸收系数的获取途径和计算方法。
2.学习重点
吸收系数准数关联式中常用的准数。
3.学习难点
吸收系数的获取途径和计算方法。
本章小结
【本章小结】
本章讨论了气体吸收的基本概念(包括吸收过程的平衡关系、传质的机理、吸收过程的机理与吸收速率等)和气体吸收过程的计算。
各位学员要认真学习本章内容,对一些基本定义、公式要记牢,要熟练掌握低浓度气体吸收过程的计算方法。
第七章干燥
【学习指导】
1.学习目的
通过本章的学习,应熟练掌握湿空气的性质,能正确应用空气的
图确定空气的状态点及其性质参数;能熟练应用物料衡算及热量衡算解决干燥过程中的计算问题;了解干燥过程的平衡关系和速率特征及干燥时间的计算;了解干燥器的类型及强化干燥操作的基本方法。
2.学习重点
湿空气的性质;
干燥过程的物料衡算与热量衡算。
本章应掌握的内容
湿空气H–I图及应用;
湿物料中水分的划分;
干燥过程的平衡关系;
干燥过程的速率关系;干燥器的主要型式及特点。
一般了解的内容
干燥时间的计算。
3.本章学习应注意的问题
应注意,只有两个独立的性质参数才能在
图上确定湿空气的状态点,一旦状态点被确定,便可查得湿空气的其它性质参数;干燥过程涉及热量传递和质量传递,应注意其复杂性。
7-1湿空气的性质及湿度图
【学习指导】
1.学习目的
通过本节的学习,掌握湿空气各性质参数的定义及其计算;熟悉
图中的各种线群,熟练掌握
图的应用。
2.学习重点
湿空气各性质参数的定义及其计算。
H–I图的应用。
3.学习难点
湿空气各种温度的区别与联系;由湿空气的性质参数在
图上确定其状态点;在
图上,由湿空气的状态点确定湿空气的各性质参数。
7-2干燥过程的物料衡算与热量衡算
【学习指导】
1.学习目的
通过学习熟练掌握干燥系统蒸发量、空气消耗量、热量消耗量及干燥产量等的计算。
2.学习重点
干燥系统的物料衡算,干燥系统热量消耗的计算。
3.学习难点
空气通过干燥系统后状态的确定。
干燥过程物料的平衡关系与速率关系
【学习指导】
1.学习目的
通过学习掌握湿物料中水分的划分,掌握干燥过程的机理及速率特征,了解干燥时间的计算。
2.学习重点
湿物料中水分的划分;恒定干燥过程的干燥曲线及干燥速率曲线。
3.学习难点
湿物料中水分的划分。
干燥器
【学习指导】
1.学习目的
通过学习掌握各种干燥器的结构特点及应用场合,了解干燥器的选型。
2.学习重点
干燥器的结构特点及应用场合。
3.学习难点
各种干燥器的特点及应用选型。
本章小结
【本章小结】
本章主要讲述了湿空气的各种性质参数、干燥系统的物料衡算和热量衡算、干燥过程的平衡关系和速率关系、干燥器的基本形式等内容。
对于湿空气的性质要熟练掌握各性质参数的定义及计算,熟悉空气的湿焓图,能熟练应用湿焓图来确定湿空气的状态及性质参数,在此要注意各性质参数之间的独立性。
物料衡算和热量衡算是干燥器最基本的计算,应能熟练应用其解决干燥系统的基本问题。
对于干燥过程的平衡关系和速率关系,要重点掌握湿物料中水分的划分及干燥过程的特征,了解干燥时间的计算。
要知道干燥器的基本类型及特点。
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- 化工 原理 复习