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考试用化工图：《化工流体流动与传热》全书知识点
总结了《化工流体流动与传热》一书中的考点，天津大学考试可备用。内容包括：传质过程基础、气体吸收、蒸馏、气液传质设备、液—液萃取、固体物料干燥、其他传质与分离过程共七章。
编辑于2021-05-27 19:15:44- 相似推荐
- 大纲
化工流体流动与传热
绪论
单位制度和单位换算
单位和单位制度
基本单位和导出单位 绝对单位制和重力单位制（工程单位） 国际单位制（SI） 《法定单位制》
单位换算
物理量的单位换算 经验公式（数字公式）的单位换算
流体流动基础
流体的物理性质
连续介质假定
u和ρ是关于位置和时间的函数，简记为u=u(x,y,z,t)，ρ=ρ(x,y,z,t)。
流体的密度和比容
密度的定义与性质
ρ=pM/RT
ν=1/ρ
流体混合物的密度
液体：νm=wAνA+wBνB+···
气体：ρm=φAρA+φBρB+···
流体的膨胀性和压缩性
流体的黏性
即流体的“易流动性” 有黏性定理，那么我们可以确定，在刚性容器中稳定流动的流体中，中心的流速应当是最快的
牛顿黏性定律
流体的黏性
运动黏度
理想流体与黏性流体
理想流体：μ=0 可以认为是超流体
流体静力学
作用在流体上的力
质量力
F=ma F=mX+mY+mZ
表面力
流体被四周的流体包围，这个力的大小和质量无关，和面积有关。 切向应力、法向应力 切向应力：相对运动 法向应力：外法线方向。 应力是微元力与微元面积的比值，单位是帕斯卡
流体的静压力及其特性
静压力及其特性
流体静压力垂直于起作用面，其方向为该作用面的内法线方向。 静止流体中任意一点处的静压力的大小与作用面无关。即同一点上各方向作用的静压力值相等 对于压力有一个情形的认识：这是个标量！！！
垂直作用，各向相等
1atm=10300N/m^2=10.33mH2O=760mmHg
大气压力、绝对压力、表压力和真空度
绝对压力：以真空为零 表压力：大气压为零 真空度：0-表压力
绝对压力：以真空为零 表压力：大气压为零 真空度：0-表压力
流体静力学基本方程
静止流体的平衡微分方程
dp=ρ（Xdx+Ydy+Zdz）
重力作用下的流体静力学基本方程
p/ρ+gz=Const
上述各静力学方程只适用于连通着的不可压缩 静止 同一种流体
流体静力学方程的应用
压力与压力差的测量
U型管压差计
双液U型管微压差计
液位的测量
液封高度的计算
选定基准面，帕斯卡原理（传递原理）
没动
流体流动概述
描述流体运动的方法
拉格朗日观点和欧拉观点： 前者着眼于流场中的每一个运动着的流体质点，跟踪观察每一个流体之巅的运动轨迹及其速度、压力等量的变化，然后综合所有流体质点的运动，得到整个场的运动规律。 后者着眼于流场中的空间点，以流场中的固定空间点为考察对象，研究流体质点通过空间固定点时的运动参数随时间的变化规律。然后综合所有空间点的运动参数随时间的变化，得到整个流场的运动规律。 术语解释： 系统与控制体： 系统与环境，系统以外的流体称为环境，系统与环境之间只是无质量交换。可见研究制定系统的位置变化异常复杂（拉格朗日观点） 控制体，控制面，控制体是相对于坐标固定不变的空间体积，流体可以自由进出控制体。可见位置固定，用数学方法研究变得更加便捷（欧拉观点）
稳态与非稳态流动
稳态即不是时间的函数
流量与平均流速
迹线与流线
流线微分方程
流管与流通截面
流管与流束
如果由一个划定的封闭曲线出发，绘制流线； 那么这些流线将构成一个管状，那么这个管状表面就是流管。 流管中所有流体的流线簇就叫流束。
流通截面
流束中，和流线簇垂直的横截面成为有效流通截面，除非流线平行，否则有效流通截面不是平面。
流量与平均流速
流量
体积流量
质量流量
平均流速与质量平均流速
质量平均流速： G=Ws/A=ρub
这里进入工业实践
流体流动的型态
层流 湍流
雷诺实验
Reynolds 层流状态：质点规则有序，互不干扰，互不影响。 湍流状态：不规则的波动，产生涡旋。
流动形态的判据——雷诺数
层流和湍流
最本质：质点有没有径向脉动
数值上： 层流<2000 湍流>4000
流体流动的基本方程
连续性方程
这是用质量守恒定律推出的 ux虽然这么写，但是实际上还是关于（x，y，z，θ）的函数
微分形式的连续性方程
管内稳态流动的连续性方程（积分形式）
对于某个截面而言，
运动方程
用应力表示的运动方程
实际流体的运动方程
机械能衡算方程
能量守恒定律： 压力能 动能 位能 这是三种机械能，之前已经讨论过位能和压力能 此外是机械能可能由于黏性引起的内摩擦而损失
理想流体沿流线稳态流动的伯努利方程
同一流线上：
实际流体沿流线稳态流动的机械能衡算方程
实际流体在管内稳态流动的机械能衡算方程
（1）首先是方程的推导（计算任务的前提）： ①这里要弄清均匀流段和非均匀流段的区别 ②然后由于实际流体的黏性作用，在管截面上各点的速度是不均匀的，为此引入一个动能修正系数（即α）。 （2）对机械能衡算方程的的进一步分析（这个方程带给我们的是一个物理量的分析工具，要知道能从中得到什么以及哪里还有可改进的地方） ①动能校正系数α（和雷诺数也有相似的功能） ②方程的物理意义 ③输送机械的功率 ④其他基准的机械能衡算方程
α层流为2，湍流为1
输送机器的功率：
这里是用单位质量的能量，还可以用单位体积的能量（乘ρ）（叫“压力”），单位重量的能量（除g）（叫“压头”）
管流机械能衡算方程的应用
应用机械能衡算方程的解题要点
做题方法： 确定控制体的范围，即：拿哪一块儿研究？ 控制面的选取 基准水平面的选取，即：确定零势能的位置 单位必须一致
机械能衡算方程的应用示例
题型： 确定输送机械的功率 确定管路中流体的压力：管内水的流量，各截面上的压力 确定管路中流体的流量 非稳态流动的计算（退化到原始的质量守恒）
流体流动的阻力
流动阻力与能量损失的概念
动量传递与流动阻力产生的机理
层流——分子动量传递
湍流特性与涡流传递
管内流动阻力的分类
直管摩擦阻力
局部阻力
计算直管摩擦阻力的通式
圆管内的稳态层流
圆管层流的两种分析方法
质量守恒
力学分析
速度分布、平均流速、摩擦阻力、摩擦系数
中心处速度最大：
平均流速：
层流
非圆形管路中的层流
套管环隙中的轴向稳态层流
矩形截面管道中的层流
不要求
圆管湍流的速度分布
管内湍流的速度结构与壁面粗糙度的概念
黏性底层
绝对粗糙度 e：管壁内表面突出的平均高度
圆管稳态湍流的对数速度分布
圆管稳态湍流速度分布的经验公式
Re为十万时，n=7
管内湍流的摩擦阻力与量纲分析
摩擦系数λ影响因素的量纲分析
量纲分析：
管内湍流的摩擦系数
直接去找图，但是层流区要看出来，λ=64/Re
边界层的概念与局部阻力
边界层的概念
流入的发展情况由Re确定
边界层分离与局部压力
这里说明了能量的转化关系和运动特点
管路上的局部阻力
确定
截面扩大（变大！）
截面缩小（变小！）
管件与阀门
阻力系数表
查表
当量长度法
画线
动了
管路计算
简单管路
连续性方程
机械能衡算方程
阻力系数方程
并联与分支管路
并联管路
各支路的流动阻力损失相等，压头损相等！
各支路流量加和为总流量
分支管路
单位质量流体在各直管流动终了时的总机械能与能量损失之和相等
各支路流量加和为主管流量
简单地说，合到一块儿，1kg物质的机械能变得一样了 没合到一块儿，只能说1kg物质的总能量一样
可压缩流体管路的计算（了解即可）
流量测量
测速管
C一般取0.98~1
孔板流量计
查图，一般在0.6~0.7比较准确
作为一个能够提供局部阻力的元件，我们可以看到：
比较好装卸
文丘里流量计
Cv一般在0.98~0.99
比较缓和
这里读的数据是h
转子流量计
这东西读的数据时AR
非牛顿流体的流动
非牛顿型流体的流动特性
假塑性流体
τ的增率随du/dy增加而减小，越搅拌越润滑
胀塑性流体
τ的增率随du/dy增加而增加，越搅拌越凝固
宾汉塑性流体
在施加一定大小力之后才可以打破其结构使之流动
幂律流体在管内流动的阻力
管内层流
管内湍流
流体输送机械
概述
管路系统对流体输送机械的基本要求
管路系统对流体输送机械的能量要求——管路特性方程
管路系统对输送机械的其他性能要求
结构简单，质量轻，投资费用低 运行可靠，操作效率高，日常操作费用低 能适应被输送流体的特性，如黏性、可燃性、毒性、腐蚀性、爆炸性、含固体杂质等 两点最重！！！ 能量！ 流量！
流体输送机械的分类
发展趋势： 提高转速、工作压力、温度、转速 希望在机械不利条件仍可工作
离心式
回转式
往复式
容积式、正位移式机械，在 一定工况下能保持被输送流体排出量 恒定，故又称定排量式
液体作用式
离心泵
离心泵的基本结构和工作原理
离心泵的基本结构
叶轮
蜗牛形泵壳
离心泵的工作原理
液体在离心泵中获得的机械能量最终表现为静压能的提高
如果叶轮中心区不足以形成吸入储槽内液体的低压，虽启动离心泵也不能输液，，泵无自吸力，这叫气缚
单向底阀
灌泵
离心泵的原理和其他部件
离心泵的叶轮
后弯叶片有利于液体的动能转换为静压能
开式或半闭式（效率较低）
含固体流体
悬浮液
闭式
清洁液体
平衡孔/双吸式
消除轴向推力
离心泵的其他部件
导轮
多级离心泵通常均安装导轮
蜗牛形的泵壳，后弯叶片，导轮都能提高动能向静压能的转换率，视为转能部件
轴封装置
填料密封
机械密封
输送液体具有腐蚀性
磁防漏技术
离心泵的基本方程和特性方程
简化假设
薄、滑、稳
这是管道！以下推导泵！
液体通过叶轮的流动
u：圆周切向的速度，ωr
ω：角速度
omega
w：导轮切向的速度
double u
c：u、ω合速度
α：合速度与圆周切的夹角
β：合速度与导轮切的夹角
离心泵基本方程的推导：（从流线开始推导）
静压能的压头变化（从流线开始，相对位移法推导）
动能的压头变化
总压头变化：
整理：
前弯能够提高总压头，但是后弯能提高静压头
可见，后弯叶片（β<90°），总压头变化随流量增加而降低
离心泵的特性方程
实际情况下，为一个抛物线，严格在理想情况的直线的下方：
离心泵的性能参数与特性曲线
离心泵的性能参数
流量=F（结构，尺寸，转速）
扬程（压头），所能提供的总能量，用m的单位或J/N的单位写成
效率
容积损失，漏液
水力损失，结构
机械损失，摩擦
总的来说，大泵效率大，小泵效率小
轴功率
轴所做的功不一定全部有效
有效功率：
离心泵的特性曲线，随着
符合方程
始终先关出口阀
开泵是为了防止电流过大损坏电机
关泵是为了防止液体倒流损坏叶片
工作“高效区”
影响离心泵性能的因素分析和性能换算
密度
黏度
黏度
转速
直径
离心泵的工作点和流量调节
离心泵的工作点
工作点为管路特性曲线和泵的工作曲线的交点，会出现两个等式
离心泵的流量调节 H-Q
串联纵向拉高 并联横向拉长
离心泵的气蚀现象与安装高度
离心泵的气蚀现象
安装高度过高，在叶片入口处被输送液体可能汽化
离心泵的允许安装（或吸上）高度
离心泵的气蚀余量
允许安装高度：
这里不知道的是P1：即不晓得泵入口处可允许的最低压力
我们接下来算这个P1，pV是饱和蒸气压
气蚀余量：
饱和蒸气压作为最小的值，那么p1也有最小的值，用这个最小值算出来的叫做临界气蚀余量
这时，我们说要加一段保证安全：
出厂说明和泵产品样本上不仅会写一个（NPSH）c还有一个(NPSH)r,这时保证安全的，r比c大一些，而实际生产的NPSH比写明的（NPSH）r还要大0.5m，一般会画一个（NPSH）r-Q的图在泵样品说明上
我们终于得到了安装高度
如果p0正好是大气压：
离心泵的允许吸上真空度
另外，如果p0正好是大气压，那么我们可以把允许安装高度重写一个东西出来
仍先定义
我们发现：Pa-P1，正好是用真空度表示压力的写法
则定义：
则有：
这里一定要说明！ H's是实验条件，输送的是水 Hs才是真实操作条件，输送的其他液体
实际操作下，换算Hs的公式好长，由厂家算出一个Hs-Q的图，到时候去找数据
H's直接反映泵的抗气蚀性能
凡输送高温或低沸点液体，一般都将泵安装在液面之下，并称之为“倒灌3”
离心泵的类型与选择
离心泵的类型
清水泵（IS D Sh型）
油泵（Y型）
防腐蚀泵（F型）
杂质型（P型）
屏蔽型
磁力型（C型）
离心泵的选择
根据被输送液体的性质和操作条件，确定泵的类型
根据管路系统对泵提出的流量Qe和扬程He的要求，从泵的样本、产品目录或系列特性曲线选出合适的型号
核算泵的轴功率
不管是什么泵，都是以提高静压头为目的而设计的
其他类型液体输送机械
往复泵
往复泵
往复泵的性能参数与特性曲线
往复泵的动作点与流量调节
往复泵的安装高度
计量泵
隔膜泵
应采取旁路的流量调节方式
回转泵
齿轮泵
螺杆泵
回转泵的操作特性
旋涡泵
常用液体输送机械的性能比较
气体输送机械
离心式通风机、鼓风机和压缩机
离心通风机
离心鼓风机与压缩机
往复式压缩机
往复压缩机的基本结构和工作原理
往复压缩机的理想压缩循环
有余隙存在的压缩循环
多级压缩
往复压缩机的主要性能参数
往复压缩机的类型与选择
回转鼓风机、压缩机
罗茨鼓风机
液环压缩机
真空泵
往复真空泵
旋转真空泵
这些只了解名词，稍微知道原理，不涉及计算题
流体与颗粒之间的相对运动
流体与颗粒的相对运动
颗粒的特性
球形颗粒
我们知道，球形拥有最小的表面积
非球形颗粒
球形度
提示：球形度是两个面积的比值，至于为什么≤1，你品你细品
比表面积
当量直径
如果这个体积下是个球体，那么它的直径就是体积当量直径
比表面积当量直径
球形颗粒自由沉降过程分析（其实就是一步受力分析）
沉降速度
阻力系数（曳力系数）ζ
颗粒与流体相对运动的雷诺数
<1
<1000
<200000
影响沉降速度的因素
颗粒的体积分数
<0.2%的时候挺好的
器壁效应
颗粒形状的影响
球形落最快
沉降分离
重力沉降
重力沉降速度的计算
试差法
摩擦数群法
简单说，不是人算的。。。
重力沉降设备
降尘室
计算直接就是速度的相似三角形
降尘室的生产能力只和沉降室的底面积和颗粒的沉降速度有关，而与降尘室的高度无关
多层降尘室
沉降槽
分级器
离心沉降
惯性离心力作用下的沉降速度
沉降速度中重力加速度g变为离心加速度即：
离心沉降设备
旋风分离器
评价其性能
临界粒径
能够分离下来的最小粒径
分离效率
颗粒被分离下来的质量分数
分离效果
压力降
进口气速增加，临界粒径减小，压降增大
颗粒密度大
历经大
进口气速高，有利于分离，但是太高则压力降的涡流影响较劣
粉尘浓度高
易于分离
我们想要提高分离效率并降低压力降
细而长的器身
减小涡流的影响
速度过小则不易分离
速度过大则易成涡流。而且压力降太大
旋液分离器
流体通过固体颗粒床层的运动
固体颗粒群的特性
颗粒群的粒度分布
颗粒群的平均直径
固体颗粒床层的特性
床层的空隙率
颗粒形状、粒度分布，大小均匀的颗粒能够提高固定床空隙率
颗粒直径与床层直径的比值，若床层的直径比颗粒的直径大得多，那么壁效应可以忽略
床层的填充方式，比如“湿装法”空隙率就比较大。
均匀球体最松排列时空隙率是0.48，最紧排列时是0.26
床层的自由截面积
各向同性：自由/总=空隙率 壁效应：靠近壁的话会变大
床层（流道）的比表面积
床层的当量直径
当量直径算法同第一章那个
1m3容器的流道容积ε
流体通过固体颗粒床层（固定床）的压降
过滤
过滤操作的原理
过滤方式
饼层过滤
架桥以形成滤饼
深床过滤
细长弯道过滤效果好
膜过滤
微孔过滤
超滤
过滤介质
织物介质
堆积介质
多孔固体介质
多孔膜
滤饼的压缩性和助滤剂
助滤剂的要求
刚性，保持其空隙率
化学稳定性，不与悬浮液发生化学反应，不溶于液相
好家伙。。。感觉磁子就挺好，以后不用拿出来再滤了。。。
过滤基本方程式（一直按层流处理即可）
滤液通过饼层的流动
过滤速度与过滤速率
滤饼的阻力
Δpf为动力 μR为阻力
R是滤饼总阻力 r是单位厚度的滤饼阻力 μ是流体阻力
过滤介质的阻力
形似，好处理
过滤基本方程
准备知识
s取0~1， 不可压缩时，s=0
最后结论
最后结论
这个V是滤液的体积，这个q是滤液的流程
恒压过滤
因为是恒压，所以才可以这样写常数
恒速过滤与先恒速后恒压的过滤
先恒速
加之不可压缩：
再恒压
这样就成了一个不是从0算起的积分
过滤常数的测定
恒压下，K、Ve（qe）的测定
压缩性指数s的测定
测得不同压力下恒压的K值，然后
这样可测的前提是ν没有变，也就是空隙率不要变
ν：滤饼滤液体积比 φ：浆料中固相体积分数 ε：空隙率
过滤设备
板框压滤机
洗路长，滤路短，洗面大，滤面小：横穿洗涤
加压叶滤机
洗路等于滤路，洗面等于滤面：置换洗涤
转筒真空过滤机
置换洗涤
连续式过滤机、叶滤机
置换洗涤
滤饼的洗涤
洗速
特点
洗涤用水量固定
洗涤速度由于滤饼体积已经不变，故是一个常数
洗涤时间算入一次操作时间内
不同洗涤方式的速度，用下式推导
横穿洗涤：洗路长，滤路短，洗面大，滤面小
若不变压差，洗速为原滤速的四分之一
置换洗涤：洗路等于滤路，洗面等于滤面
若不变压差，洗速等于原滤速
遂洗涤时间，理想条件下：
如果加上理想修正：
过滤机的生产能力
间歇过滤机的生产能力
分段计算即可，过滤时间+洗涤时间+调整时间
连续过滤机的生产能力
这要看连续过滤机的工作原理
Q=nV V的求解要解一个二次方程
这个二次方程在Ve=0时，得以简化
离心机
一般概念
分离方式
过滤式
液体甩出，固体留下
沉降式
收集
分离式
乳浊液则按轻重分层，重的在外面，轻的在里面
分离因数
常速离心机 <3000
高速离心机 <50000
超速离心机 >50000
离心机的结构与操作
三足式离心机
卧式刮刀卸料离心机
活塞推料离心机
管式高速离心机
固体流态化
流态化的基本概念
流态化现象
固化床阶段
流化床阶段
稀相输送床阶段
两种不同流化形式
散式流化
聚式流化
流化床的流体力学特性
流化床的压降
流化床的不正常现象
流化床的操作范围
流化床的总高度
浓相区高度
分离高度
提高流化质量的措施
分布板
设备内部构件
粒度分布
极细的颗粒会不易流化
级粗的颗粒易形成喷动床
气力输送简介
概述
稀相输送
吸引式
压送式
密相输送
低风量，高风压
简单了解
传热过程基础
传热导论
热传导及热导率
热传导（导热）
热的良导体往往是电的良导体
热导率
热导率是k即：
单原子稀薄气体：
气体混合物：
液体：
液态金属：导热率随温度升高而降低（金属液体低温下是热的良导体，高温时是热的不良导体）
除了水（水是非金属液体中热导率最大的）和甘油，导热率也随温度升高而降低
固体
金属
非金属
总之，我们一般有的是平均热导率，k的算术平均值或者温度算术平均值之后计算k值
对流传热
对流传热 直接强制对流或者自然对流 对流传热系数或者叫膜系数 相的变化：冷凝传热、沸腾传热，相变传热系数比无相变时高得多 强制对流、自然对流 对流传热中，界面是存在的，不是直接混合的。
辐射传热
对于辐射而言，什么物体都有辐射
典型传热设备
间壁式换热器
套管式换热器
直形冷凝管 球形冷凝管
双程管壳式换热器
多程管壳式换热器
过程分析
热流体以对流方式将显热或潜热传递给管壁
热量以热传导方式由管壁一侧传递至另一侧
传递到另一侧的热量又以对流方式传递给冷流体
两个东西要考虑：对流、直接传导
能量方程
能量方程的推导
最基本的是能量守恒定律：热力学第一定律，我们分析U是什么，Q是什么，W是什么 这里我们考虑微元的微分过程：还是老样子考虑变化，用的是随体函数
对流体微元加入的热速率
这个热速率是传输的意思，两元有两个 一个是体系内部自己能够产生或者剥夺的能量， 一个是传入体系或者传出体系，像是流动一样的东西， 流动的东西可以像当时分析力的时候，我们在三方向上分别分析， 对于体系内部能量产生的分析，我们认为可以加一个修正系数q 这里在推公式的时候我们用到了：基本传热关系，从物理量到几何量的递推，从复杂物理量到简单物理量的推导
表面应力对流体微元所作的功率
这里我们分析受力即可，这里能够和前面学过的东西联系。 体系的膨胀，这是质量守恒；体系的受力，比如压力，这里直接用哑坐标表示的。 还一定要分析受黏性力的作用，摩擦热要区别于生成热，我们用一个新的系数：Φ
能量方程的特定形式
不可压缩流体的对流传热
不可压缩的话
固体中的热传导
固体内部没有对流发生，随体导数退化为局部导数
几点说明
没有内热源：
不可压缩：
无摩擦：
对于内能U：
对不可压缩流体和固体，不严格对待内能U：
对于内能U：
如果没有宏观运动：
随体导数=局部导数+对流导数
物理量随时间和空间的变化率
稳态传导：
柱坐标系与球坐标系的能量方程
柱坐标系，不可压缩，无内热
球坐标系
热传导
无内热源的一维稳态热传导
单层平壁一维稳态热传导
直角坐标系
柱坐标系
球坐标系
平壁
而平壁上的Q/S是一个常量，
Γ表示温度梯度
q表示传热密度
平面上总热的传热速率是推动力/阻力
类比
E表示电势梯度
i表示电流密度
多层平壁的一维稳态热传导
类比
单层圆筒壁的稳态热传导
直角坐标系
柱坐标系
球坐标系
柱壁
而柱壁上温度的半径的函数，
平面上总热的传热速率是推动力/阻力
类比
E表示电势梯度
i表示电流密度
有内热源的一维稳态热传导
解决热传导问题
对流传热
对流传热机理
强制对流
强制层流
强制湍流
自然对流
蒸汽冷凝
液体沸腾
热边界层及对流传热系数
管内强制层流传热的理论分析
Pr:流体物性对传热的影响
物性数据用定性温度（管子进出口流体主体温度的平均值）来查表
一个等式：微元长度管对流传走的热量微元等于流体由于吸热升温而引起的热量微元变化。两种表示，列一等式，左右积分，先猜后证
对流体传热过程的量纲分析
强制对流（无相变）传热过程
自然对流传热过程
Gr：由于温度差引起的浮力与黏性力之比
流体无相变时的强制对流传热系数
流体在管内作强制对流
流体在光滑圆形直管内作强制湍流
低黏度流体
若流体被加热，n=0.4
若流体被降温，n=0.3
L/d<60的话，求得α后
高黏度流体
液体加热：φ=1.05
液体冷却：φ=0.95
气体：φ=1
流体在光滑圆形直观内作强制层流
流体在光滑圆形直管中呈过渡流
流体在弯管内作强制对流
流体在非圆形管内做强制对流
流体在换热器的管间流动
动量传递与热量传递的类比
雷诺类似律
动量传递与热量传递之间的类似
摩擦系数与对流传热系数之间的关系
这是一个单层模型
Pr=1
内部结构只有湍流核心区
普朗特-泰勒类似律
湍流核心+层流内层
二层结构
Pr在0.5~2很好用
冯-卡门类似律
三层结构
层流内层+缓冲层+湍流核心
只在Pr特别小的时候不适用，比如液态金属
柯尔本类似律
认为湍流时，符合上面层流的式子形式，n=1/3
未解决形体曳力的问题
只能解释摩擦曳力的问题
自然对流传热
自然对流系统的运动方程
自然对流系统的能量方程
具有等温表面的自然对流传热系统
定义Ra的特征温度用末平均温度，即壁面温度和流体主体温度的平均值
流体有相变时的对流传热系数
蒸汽冷凝传热
垂直壁面上膜状冷凝时的对流传热系数
水平管外膜状冷凝时的对流传热系数
倾斜表面膜状冷凝时的对流传热系数
概要
膜状冷凝（一般计算就用这个算）
蒸汽冷凝放出的潜热必须通过液膜后才能传给冷壁面
柱状冷凝（虽是我们想要的条件，但是很难达到）
柱状冷凝传热系数可比膜状冷凝高十倍左右
保持方法
表面涂层
蒸汽添加剂
工程上没实用
液体沸腾传热（池内饱和沸腾）
液体沸腾曲线（有一个十分明显的转折点，作为临界点）
自然对流区
泡核沸腾区（泡状沸腾区）（设法控制在这个区域，因为它的对流传热系数和热通量是最大）
过渡区
膜状沸腾区
液体沸腾传热的影响因素
液体性质的影响
温度差Δt的影响（我们讲在泡核沸腾区内）
操作压力的影响
加热壁面的影响
就是要在液体内部出现气膜或气泡
池内沸腾
管内沸腾
按加热位置分←|→按温度分
过冷沸腾
饱和沸腾（整体沸腾）
沸腾传热系数的计算
罗森奥公式
莫斯听斯基公式
辐射传热
基本概念和定律
黑体、镜体、透热体和灰体（←都是理想模型）
黑体/绝对黑体：A=1
镜体/绝对白体：R=1
透热体：D=1
一般地， 固体/液体：D=0 气体：R=0
灰体：对不同波段的辐射有着相等的吸收率
物体的辐射能力E
普朗克定律
解决了分布的问题
斯蒂芬-玻耳兹曼定律
解决了总量（定量）的问题
克希霍夫定律
解决了操作的问题，并从黑体到灰体
善于辐射的物体必然善于吸收
最擅长辐射的物体那就是黑体没问题了
那么我们以黑体为基准，定义灰体的黑度：
其实，黑度在数值上就是吸收率！
因热的原因引起的电磁波辐射
可见辐射（在高温时不可忽略）
红外辐射（起决定作用）
各种“率”
吸收率A：吸收的能量比入射的能量
反射率R：反射的能量比入射的能量
透过率D：透过的能量比入射的能量
A+R+D=1
两固体间的辐射传热
这里用到了无穷级数的知识，因为反射在两板之间不断发生
气体的辐射传热
气体辐射的特点
不同气体的辐射能力和吸收率相差很大
气体辐射对波长具有选择性
气体的辐射和吸收发生在整个气体体积内部
气体的辐射能力E和黑度ε
Le：射线行程平均长度，估算：Le≈3.6V/S
气体与黑体壁面间的辐射传热
气体与灰体壁面间的辐射传热
对流和辐射联合传热
空气自然对流
空气沿粗糙壁面强制对流
联合着来看
三大形式：热传导、对流传热、辐射传热
热传导：热在内部流动
对流传热：热跨界面流动
辐射传热：热无介质传递
换热器
换热器的分类与结构形式
换热器的分类
按换热器作用原理分类
间壁式换热器
直接接触式换热器
蓄热式换热器
中间载热体式换热器
按换热器的用途分类
加热器
预热器
过热器
蒸发器
再沸器
冷却器
冷凝器
按换热器传热面形状和结构分类
管式换热器
管壳式换热器
蛇管式换热器
套管式换热器
翅片管式换热器
板式换热器
平板式换热器
螺旋板式换热器
板翅式换热器
热板式换热器
板壳式换热器
特殊形式换热器
回转式换热器
热管换热器
同流式换热器
按换热器所用材料分类
金属材料
非金属材料
耐腐蚀、传热系数小、传热效率低
换热器的结构形式
管式换热器的结构形式
管壳式换热器
固定管板换热器
浮头式换热器
U型管式换热器
填料函式换热器
釜式换热器
蛇管式换热器
沉浸式蛇管换热器
喷淋式蛇管换热器
套管式换热器
翅片管式换热器
套管式换热器
翅片管式换热器
板间换热器的结构形式
平板式换热器
螺旋板式换热器
I
II
III
G
板翅式换热器
热板式换热器
板壳式换热器
热管换热器的结构形式
热管
壳体
热管
隔板
冷凝循环方式
吸液芯热管
失重仍可工作
重力热管
单向性，垂直放置
离心热管
用于旋转部件的冷却
工作温度
深冷热管
低温热管
中温热管
高温热管
传统特点
热量传递方式
沸腾汽化
蒸气流动
蒸气冷凝
适合
等温性条件
低温差传热
换热器的传热计算
总传热速率方程
总传热速率方程的微分形式
K反映了传热过程的强度
圆管：
一般没有特殊规定，我们只拿外面（out）来算，因为算得的结果都一样，这是大家默认的一个规定
传热量的计算
单位质量流体的焓I 热流体：h 冷流体：c
等式应当这么列：热流给的等于冷流吸的，有相变用r，只变温度用cΔt
总传热系数
总传热系数的计算
总传热系数计算公式
“对流-传导-对流”
对于传热量一事，应当清晰许多：单位时间全面上传热量是一样的，这样才至少能够形成稳态
之前我们用“电阻”类比R，现在我们可以用电导来类比K
污垢热阻的影响
总传热系数的测定
总传热系数的推荐值
设计中管程和壳程的流体应该和所选的管程和壳程的流体相一致
用什么换热
设计中流体的性质（黏度等）和状态（流速等）应与所选的流体性质和状态相一致
什么控制条件下换热
设计中换热器的类型应与所选的换热器的类型相一致
算的是什么换热器用的时候就买什么样的
总传热系数的推荐值一般范围很大，设计时可根据实际情况选取中间的某一数值，若需降低设备费可选取较大的K值，若降低操作费可选取较小的K值
简易材料肆无忌惮地放热？
控制微小温差变化操作很难的样子？
传热计算方法
平均温度差法
恒温传热时的平均温度差
Q=KSΔt
Δtm直接就是Δt
变温传热时的平均温度差
逆流和并流时的平均温度差
初末温度差的对数平均值。即Δtm=ΔΔt/ΔlnΔt
错流和折流时的平均温度差
以逆流为基础，加修正因子Δt'm=φΔtm
到时候算出来R,P直接查表找φ就行
传热单元数法
传热效率与传热单元数
传热效率ε与传热单元数
传热效率ε
传热单元数NTU
传热效率与传热单元数的关系
传热单元数法
换热器传热过程的强化
传热过程的强化途径
增大传热面积
翅化面（肋化面）
异形表面
多孔物质结构
采用小直径管
增大平均温度差
提高压力，增加水蒸气饱和温度
逆流操作
增加管壳式换热器的壳程数，以增加ΦΔt
增大总传热系数，即减小热阻
提高流速
用这种方式增加湍流，减少边界层中层流内层，提高对流
增强流体的扰动
也是湍流的这个意思
加装麻花铁
螺旋全
金属卷片
在流体中加固体颗粒
一是增加湍流
二是冲刷污垢
在气流中喷液滴
该气相换热为液膜换热，用蒸发（相变）方式换更多热量
采用短管换热器
在流动入口处，层流内层薄，对流传热系数高，提高5~6倍
防止结垢、及时除垢
可拆卸的装置比较好洗
传热过程强化效果的评价
目标函数：
管壳式换热器的设计和选型
管壳式换热器的型号和系列标准
管壳式换热器的基本参数与型号表示方法
基本参数
型号表示方法
管壳式换热器的系列标准
管壳式换热器的设计与选型
设计的基本原则
流体流径的选择
走管还是走壳？
走管（管比较便宜，方便更换，在外壳的内部，不易泄露）
不洁净、易结垢
腐蚀性的
压力高的
有毒的
走壳
被冷却的
饱和蒸汽
流量小、粘度大
温差大，对流传热系数大的
流体流速的选择
冷却介质（或加热介质）终温的选择
换热管的选择
Φ19mm✕2mm
Φ25mm✕2.5mm
管间距的确定
管程和壳程数的确定
管程数的确定
Np=适宜速度/单管程的实际速度
壳程数的确定
Ns，一般还是用串联方式比较多
折流挡板的选用
外壳直径的确定
流体通过换热器的流动阻力（压降）计算
管程流动阻力计算
Φ19mm✕2mm
结垢校正系数：1.5
Φ25mm✕2.5mm
结垢校正系数：1.4
弯道：
壳程流动阻力的计算
设计与选型的具体步骤
估算传热面积，初选换热器型号
根据换热任务，计算传热量
确定流体在换热器中的流动途径
确定流体在换热器中两端的温度，计算定性温度，确定在定性温度下的流体物性
计算平均温度差，并根据温度差校正系数不应小于0.8的原则，确定壳程数或调整加热介质或冷却介质的终温
根据两流体的温差和设计要求，确定换热器的型式
依据换热流体的性质及设计经验，选取总传热系数值K选
依据总传热速率方程，初步算出传热面积S
计算管、壳程压降
核算总传热系数
蒸发
概述
蒸发的概念与过程分类
蒸发的概念
经济性
1kg生蒸汽可蒸发的水分量
蒸发强度
单位时间单位传热面积上所蒸发的水分量
蒸发过程的分类
常压蒸发、加压蒸发、减压蒸发
单效蒸发、多效蒸发
间歇蒸发、连续蒸发
蒸发操作的特点
溶液沸点升高
物料的工艺特性
能量利用与回收
蒸发设备
单效蒸发
多效蒸发
目的
节省蒸汽（节能）
三种常见的加料流程模式 （常见的多效蒸发操作流程）
并流模式
逆流模式
平流模式
有考点
蒸发过程中的温度差损失（什么使沸点升高了）
由于不挥发溶质
液柱静压头
流动阻力
引起沸点升高
做题时注意他说了什么
（指管长）包括泵出口阀门全开时所有局部阻力的当量长度
这时候，阻力的计算就没有ζ了，直接拿这个长度算就可以了
过滤介质阻力可忽略
V-θ直接有关系
各种仪器的加密通话
泵
板框过滤机
B板框压滤机
M明流式
A暗流式
S手动式
Y液压式
过滤面积/
/之前
滤框边长-
滤框厚度
/之后
过滤的计算题需要求什么
过滤任务量
V是多少，A是多少
过滤过程量
K是多少
过滤操作量
n是多少
换了Δp之后，K是多少
热学题的等式：
传热等于能量变化
用于相等构建的联系
状态不同，前后两式作比
因为有些物性没有变，作比能消掉好多数，而且能把一些数值简化成倍数，一些不好敲进计算器的东西转换成已经算过的好敲的数
如果是换热器里是用蒸汽冷凝或者加热的话，那么蒸汽冷凝的温度不变，其导热系数也不变
传热基础研究竖向（传递）关系，换热器对横向（发展）积分
内能变=传热+体积变+意外能量
随体导数的牛逼之处！
这里深化一下对于流动中一些术语的概念： 如果是不可压缩，说明是液体等密； 如果不是不可压缩，即可压缩的，那么液体不等密，可能由于重力影响液体密度不均； 如果是稳态的，那么说明是这种空间中密度不均匀的状态是不会变化的，每一点的密度都有一个确定的值，当然这个“每一个点都有一个确定的值”在不可压缩液体中也正确； 如果不是稳态的，那么说明空间一点的密度是随时间变化的，也就简称“变密”的。