化工原理1
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化工原理 第一章 流体流动 1.7
64 层流： l u 直管 h f Re d 2 湍流： f Re, d u 2 入 0.5 le u 2 局部 h f 或 hf 2 出 1 d 2
2
l le u 2 l u2 h f ( ) ( ) d 2 d 2
p2
2
R
孔板流量计
3.计算公式
在1-1′截面和2-2′截面间列柏努 利方程,暂时不计能量损失
p1 p2
1 0 R
2
用A0代替A2, 再考 虑到机械能损失
孔板流量计
在1~1`与0~0`列柏努利方程式 p
1
h
f 1 2
0,
p2
p0 1 2 p1 1 2 u1 gZ1 u0 gZ 0 2 2 Z1 Z 0 u u 2( p1 p0 ) /
u1 A1 u 2 A2 （不可压缩流体）
2 u1 d 12 u2 d 2 （圆管内） 2 u12 p1 u 2 p2 机械能衡算方程： gz1 he gz 2 hf 2 2
阻力计算式： 要求能够进行 管路计算及分 析： 简单管路 复杂管路 设计型、操作 型问题
作用原理:根据柏努利方程用压差反映流 速或流量
收缩段 扩大段
文氏喉，u0
文氏喉，u0
R
文丘里流量计
3.计算公式
式中CV——文丘里流量计的流量系数（约为0.98～0.99）;
A0——喉管处截面积，m2; ρ——被测流体的密度，kg/m3; ρ0——被测流体的密度，kg/m3.
文氏喉，u0
4.流量计的安装：
一. 差压流量计又称定截面流量计
特点:
是节流元件提供流体流动的截 面积是恒定的,而其上下游的压 强差随着流量（流速）而变化
化工原理1和2的区别
化工原理1和2的区别
《化工原理1》和《化工原理2》是两本不同的教材，它们的内容和重点各
有不同。
《化工原理1》以流体流动、传热及传质分离为重点，论述了化工、石油、轻工、食品、冶金工业等的典型过程原理及应用。
而《化工原理2》的具体内容和重点则不得而知，因为它可能是在《化工原理1》的基础上进行了修订、增补或侧重不同的内容。
此外，不同版本的教材之间也会有差异，比如新增内容、修改部分理论或案例等。
因此，要了解两本教材的具体差异，建议直接查阅这两本教材的目录和内容，或者咨询出版机构或专业人士。
化工原理(1)
一、名词解释绪论1.单元操作：使物质发生组成、状态、能量等变化的物理过程2.动量传递：在流体质点随机运动和碰撞过程中，动量从速度大处向速度小处传递的过程。
3.热量传递：流体内部因温度不同，热量从温度高处向温度低处传递的过程。
4.质量传递：因物质在流体内存在浓度差，物质从浓度高处向浓度低处传递的过程。
第一章5.流体质点：指包含足够多的分子，它比分子的自由程长度大很多，但它的形状与容器或管道相比又微不足道的小块流体。
6.表压强：当被测流体的绝对压强大于外界大气压强时，可用压强表来测量流体的压强。
此时压强表上的读数表示流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为表压强。
7.真空度：当被测流体的绝对压强小于外界大气压时，可用真空表来测量流体的压强，此时真空表上的读数表示流体的绝对压强比大气压强低的数值8.比容：单位质量流体的体积9.体积流量：单位时间内流体经过管道任一截面的体积10.质量流量：单位时间内流体经过任一管道截面的质量11.层流：当流体在管中流动时，若其质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运动，充满整个管中的流体就如一层一层的同心圆筒在平行的流动，这种流动状态称为层流12.湍流：当流体在管路中流动时，流体质点除了沿管轴向前运动外，各质点的运动速度大小和方向时刻发生改变，质点间相互碰撞，相互混合，这种流动状态称为湍流第二章13.有效功率：单位时间内液体从泵叶轮处获得的有效能量14.扬程：泵对单位重量液体提供的有效能量15.有效气蚀余量：液体经泵吸入管到达泵入口处，入口处所具有的压头P1/ρg+U12/2g与液体在工作温度下的饱和蒸汽压头P v/ρg的差值为有效气蚀余量，以△H a表示16.必须气蚀余量：表示液体从泵入口流到叶轮内最低压力点处的全部压头损失第三章17.重力沉降：由地球引力作用而引发的颗粒沉降过程18.离心沉降：依靠离心力的作用，使流体中的颗粒产生的沉降运动19.临界粒径：含尘气体中，设有一种粒径能满足u tc=qV s/WL的条件，此粒径称为能100%除去的最小粒径，也称临界粒径20.过滤：是使含固体颗粒的非均相物系通过布、网等多孔性材料，分离出固体颗粒的操作第四章21.热传导：物体内部或直接接触的两个物体之间存在温度差，热量会自动地从高温部分流向低温部分的过程22.传热速率：单位时间内通过传热面传递的热量23.热通量：单位面积的传热速率，也称热流密度，单位为W/m224.稳定传热过程：传热物体中各点温度仅随位置的改变而改变，不随时间的变化而变化的热量传递过程25.温度场：物体或系统内某一瞬间所有各点的温度分布总和26.等温面：温度场中同一时刻下所有相同温度的点想连接而构成的面27.温度梯度：两相邻等温面的温度差△t与两等温面之间的垂直距离△n的比值的极限第五章28.吸收：利用气体混合物中各组分溶解度不同来分离气体混和物的操作29.气体溶解度：在恒定的温度和压力下，气液相长期接触后，液相中溶质浓度不再增加，而达到饱和30.分子扩散：当静止流体内部某一组分存在浓度差时，因微观分子热运动使组分从浓度高处向浓度低处扩散的现象31.湍流扩散：当流体流动或搅动时，由于流体质点的宏观随机运动，使组分从浓度高处向浓度低处传递的现象32.扩散速率：单位时间内单位面积上扩散的物质量，以J表示，单位kmol/m2·s二、问答题绪论1、动量传递理论由什么定律描述？简述定律的内容。
化工原理 第一章 管内流体流动的基本方程式
2019/11/12
二、稳定流动与不稳定流动
1、稳定流动 流体流动系统中，若各截面上的温度、压力、流
速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化，这种 流动称之为稳定流动；
2019/11/12
2019/11/12
定常态流动.swf
2、不稳定流动 若流体在各截面上的有关物理量既随位置变化，也 随时间变化，则称为非稳定流动。 在化工厂中，连续生产的开、停车阶段，属于非稳 定流动，而正常连续生产时，均属于稳定流动。 本章重点讨论定态流动问题。 注意：定态与稳定态的区别
u qV A
单位为m/ s 。习惯上，平均流速简称为流速。
2019/11/12
（2）质量流速
单位时间内流经管道单位截面积的流体质量，称为质量流 速，以w表示，单位为kg/（m2·s）。
数学表达式为： w qm A
对于圆形管道： A d 2
4
质量流速与流速的关系为：
u 4qV
d 2
2019/11/12
2019/11/12
非定常态流动.swf
2019/11/12
三、连续性方程
在稳定流动系统中，对直径不同的管段做物料衡算:
qm1
qm2
衡算范围：取管内壁截面1-1’与截面2-2’间的管段 衡算基准：1s
对于连续稳定系统： qm1 qm2
2019/11/12
qm uA
u1
4
d12
u2
4
d22
u1 u2
d2 d1
2
表明：当体积流量qV一定时，管内流体的流速与管道直径 的平方成反比。
2019/11/12
例 如附图所示，管路由一段φ89×4mm的管1、一 段φ108×4mm的管2和两段φ57×3.5mm的分支管3a 及3b连接而成。若水以9×10－3m/s的体积流量流动 ，且在两段分支管内的流量相等，试求水在各段管
二、稳定流动与不稳定流动
1、稳定流动 流体流动系统中，若各截面上的温度、压力、流
速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化，这种 流动称之为稳定流动；
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定常态流动.swf
2、不稳定流动 若流体在各截面上的有关物理量既随位置变化，也 随时间变化，则称为非稳定流动。 在化工厂中，连续生产的开、停车阶段，属于非稳 定流动，而正常连续生产时，均属于稳定流动。 本章重点讨论定态流动问题。 注意：定态与稳定态的区别
u qV A
单位为m/ s 。习惯上，平均流速简称为流速。
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（2）质量流速
单位时间内流经管道单位截面积的流体质量，称为质量流 速，以w表示，单位为kg/（m2·s）。
数学表达式为： w qm A
对于圆形管道： A d 2
4
质量流速与流速的关系为：
u 4qV
d 2
2019/11/12
2019/11/12
非定常态流动.swf
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三、连续性方程
在稳定流动系统中，对直径不同的管段做物料衡算:
qm1
qm2
衡算范围：取管内壁截面1-1’与截面2-2’间的管段 衡算基准：1s
对于连续稳定系统： qm1 qm2
2019/11/12
qm uA
u1
4
d12
u2
4
d22
u1 u2
d2 d1
2
表明：当体积流量qV一定时，管内流体的流速与管道直径 的平方成反比。
2019/11/12
例 如附图所示，管路由一段φ89×4mm的管1、一 段φ108×4mm的管2和两段φ57×3.5mm的分支管3a 及3b连接而成。若水以9×10－3m/s的体积流量流动 ，且在两段分支管内的流量相等，试求水在各段管
化工原理一
化工原理一
化工原理是化学工程专业的基础课程之一，它主要介绍了化工领域的基本原理
和基本知识。
化工原理一是化工原理课程中的第一部分，主要涉及化工基本概念、化工热力学和化工动力学等内容。
首先，化工原理一介绍了化工的基本概念，包括化工的定义、范围、发展历史
和重要性等方面。
化工是一门综合性强、应用广泛的学科，它涉及到化学、物理、工程等多个学科的知识，是现代工业生产的重要基础。
其次，化工原理一还涉及了化工热力学的基本内容。
热力学是研究能量转化和
能量传递规律的科学，而化工热力学则是将热力学原理应用于化工领域的一个重要分支。
化工热力学主要包括热力学基本概念、热力学过程、热力学定律等内容，它为化工工程的设计、运行和优化提供了重要的理论基础。
另外，化工原理一还涉及了化工动力学的基本内容。
动力学是研究物质在化学
反应过程中的行为规律的科学，而化工动力学则是将动力学原理应用于化工领域的一个重要分支。
化工动力学主要包括反应速率、反应机理、反应动力学方程等内容，它为化工工程的反应器设计、反应过程控制和优化提供了重要的理论支持。
综上所述，化工原理一是化学工程专业学生必修的一门重要课程，它为学生打
下了化工领域的基础知识和基本理论，为他们今后的学习和工作奠定了坚实的基础。
同时，化工原理一也为学生提供了一扇了解化工领域的窗口，让他们对化工这门学科有了更深入的了解和认识。
总之，化工原理一涵盖了化工的基本概念、化工热力学和化工动力学等内容，
它对于化学工程专业学生来说具有重要的意义。
希望学生们能够认真学习化工原理一这门课程，掌握其中的基本原理和知识，为将来的学习和工作打下坚实的基础。
化工原理第一章 流体流动1
pB pa 0 gR
A
B
所以
下午6时51分
0 h R
8喻国华
3. 液封高度的计算
液封作用： 确保设备安全：当设备 内压力超过规定值时，气 体从液封管排出； 防止气柜内气体泄漏。 液封高度：
p(表) h g
9喻国华
下午6时51分
管内流体流动基本方程式
流量与流速
稳定流动与不稳定流动 稳定流动系统的质量守恒 ——连续性方程 稳定流动流动系统的能量守恒 ——柏努利方程
p1 p2 pa Hg g ( z0 z2 ) p4 p3 p1 H2O g ( z4 z2 ) p6 p5 p4 Hg g ( z4 z6 ) p p6 H2O g ( z7 z6 )
p pa H 2O g z6 z2 z7 z4 H g g ( z0 z 4 z 2 z 6 ) 1000 9.81 (0.7 0.9 2.5 2.0) 13600 9.81 (2.0 2.1 0.9 0.7) 下午6时51分 305.91kPa
p ——静压头 g
He——外加压头或有效压头。
Σhf——压头损失
下午6时51分
26喻国华
（3）以单位体积流体为基准 将(1)式各项同乘以 :
z1g z1g 1 1 u12 p1 We z2 g u2 2 p2 W f 2 2 1 1 u12 p1 We z2 g u2 2 p2 p f 2 2
6喻国华
2. 液位测量
（1）近距离液位测量装置
压差计读数R反映出容器
内的液面高度。
0 h R
液面越高，h越小，压差计读数R越小；当液 面达到最高时，h为零，R亦为零。
A
B
所以
下午6时51分
0 h R
8喻国华
3. 液封高度的计算
液封作用： 确保设备安全：当设备 内压力超过规定值时，气 体从液封管排出； 防止气柜内气体泄漏。 液封高度：
p(表) h g
9喻国华
下午6时51分
管内流体流动基本方程式
流量与流速
稳定流动与不稳定流动 稳定流动系统的质量守恒 ——连续性方程 稳定流动流动系统的能量守恒 ——柏努利方程
p1 p2 pa Hg g ( z0 z2 ) p4 p3 p1 H2O g ( z4 z2 ) p6 p5 p4 Hg g ( z4 z6 ) p p6 H2O g ( z7 z6 )
p pa H 2O g z6 z2 z7 z4 H g g ( z0 z 4 z 2 z 6 ) 1000 9.81 (0.7 0.9 2.5 2.0) 13600 9.81 (2.0 2.1 0.9 0.7) 下午6时51分 305.91kPa
p ——静压头 g
He——外加压头或有效压头。
Σhf——压头损失
下午6时51分
26喻国华
（3）以单位体积流体为基准 将(1)式各项同乘以 :
z1g z1g 1 1 u12 p1 We z2 g u2 2 p2 W f 2 2 1 1 u12 p1 We z2 g u2 2 p2 p f 2 2
6喻国华
2. 液位测量
（1）近距离液位测量装置
压差计读数R反映出容器
内的液面高度。
0 h R
液面越高，h越小，压差计读数R越小；当液 面达到最高时，h为零，R亦为零。
化工原理-1-第七章-质量传递基础
1 V A 0.285VC .048
其中VC为物质的临界体积（属于基本物性），单位为cm3/mol，可查有关 数据表格，书中表7-4为常见物质的临界体积。 对液体：
同样可由一状态下的D推算出另一状态下的D，即：
T D2 D1 2 1 T 1 2
三、生物物质的扩散系数 常见的一些生物溶质在水溶液中的扩散系数见表7-5。对于水溶液中 生物物质的扩散系数的估算，当溶质相对分子质量小于1000或其分 子体积小于500 cm3/mol时，可用“二”中溶液的扩散系数估算式进 行估算；否则，可用下式进行估算：
解：以A——NH3，B——H2O p 800 y 0.0079 对气相： A A 5 P 1.013 10 pA 800 CA 0.3284 mol 3 m RT 8.314 20 273 0.01 17 对液相： x A 0.01 1 0.01048 17 18
原子扩散体积 v/cm3/mol
S 22.9
分子扩散体积 Σ v/cm3/mol
CO CO2 N2O NH3 H2O SF6 Cl2 Br2 SO2 18.0 26.9 35.9 20.7 13.1 71.3 38.4 69.0 41.8
注：已列出分子扩散体积的，以分子扩散体积为准；若表中未列分子，对一般有机化合物分 子可按分子式由相应的原子扩散体积加和得到。
1 1 MA MB
2
v 13 v 13 P A B
式中：D为A、B二元气体的扩散系数，m2/s；
P为气体的总压，Pa；T为气体的温度，K； MA、MB分别为组分A、B的摩尔质量，kg/kmol； Σ vA、Σ vB分别为组分A、B的分子扩散体积，cm3/mol。 由该式获得的扩散系数，其相对误差一般小于10%。
其中VC为物质的临界体积（属于基本物性），单位为cm3/mol，可查有关 数据表格，书中表7-4为常见物质的临界体积。 对液体：
同样可由一状态下的D推算出另一状态下的D，即：
T D2 D1 2 1 T 1 2
三、生物物质的扩散系数 常见的一些生物溶质在水溶液中的扩散系数见表7-5。对于水溶液中 生物物质的扩散系数的估算，当溶质相对分子质量小于1000或其分 子体积小于500 cm3/mol时，可用“二”中溶液的扩散系数估算式进 行估算；否则，可用下式进行估算：
解：以A——NH3，B——H2O p 800 y 0.0079 对气相： A A 5 P 1.013 10 pA 800 CA 0.3284 mol 3 m RT 8.314 20 273 0.01 17 对液相： x A 0.01 1 0.01048 17 18
原子扩散体积 v/cm3/mol
S 22.9
分子扩散体积 Σ v/cm3/mol
CO CO2 N2O NH3 H2O SF6 Cl2 Br2 SO2 18.0 26.9 35.9 20.7 13.1 71.3 38.4 69.0 41.8
注：已列出分子扩散体积的，以分子扩散体积为准；若表中未列分子，对一般有机化合物分 子可按分子式由相应的原子扩散体积加和得到。
1 1 MA MB
2
v 13 v 13 P A B
式中：D为A、B二元气体的扩散系数，m2/s；
P为气体的总压，Pa；T为气体的温度，K； MA、MB分别为组分A、B的摩尔质量，kg/kmol； Σ vA、Σ vB分别为组分A、B的分子扩散体积，cm3/mol。 由该式获得的扩散系数，其相对误差一般小于10%。
化工原理-第一章
29
返回
（3） 倒U形压差计
指示剂密度小于被测流体密度，如空 气作为指示剂
p1 p2 Rg( 0 ) Rg
（4） 倾斜式压差计 适用于压差较小的情况。
30
返回
例1-1 如附图所示，水在水平管道内流动。为测量流
体在某截面处的压力，直接在该处连接一U形压差计，
指示液为水银，读数
18
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表 压 = 绝对压力 － 大气压力 真空度 = 大气压力 － 绝对压力
p1
表压
大气压
真空度 绝对压力
p2
绝对压力 绝对真空
19
返回
1.1.3 流体静力学平衡方程
一、静力学基本方程 设流体不可压缩， （1）上端面所受总压力
P1 p1 A
Const.
p1 G p2
p0
重力场中对液柱进行受力分析：
5
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1.0.0 流体的特征
液体和气体统称为流体。
• 具有流动性；
• 无固定形状，随容器形状而变化； • 受外力作用时内部产生相对运动。 不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化，
如液体；
可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化，
如气体。
6
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1.0.1 研究流体流动的目的
1、流体输送：选择适宜流速、确定管路直径、 选用输送设备； 2、压强、流速和流量的测量：便于了解和控制 生产； 3、为强化设备提供适宜流动条件：如传热、传 质设备的强化。
9
返回
1.0.3 流体流动中的作用力
1、体积力： 体积力作用于流体的每一个质点上，并与流体的 质量成正比，也称为质量力，如重力、离心力。 2、表面力：包括压力与剪力 压力：垂直于表面的力 剪力：平行于表面的力，又称粘性力，与流体运动 有关。 返回
化工原理 第一章 流速和流量的测量
2Rg (0 )
0.648 0.785 0.0752 2 0.08 9.81 (13600 880) 880
0.0136(m3/s) 48.96(m3/h)
2020/7/10
校核Re： 管内的平均流速为：
u qV 0.0136 1.1(m/s)
4
d12
0.1252
4
管道的Re：
2020/7/10
0′ 1′
4、流量的测定 【原理】由于流量（qv）与环隙面积（AR）有关，在 圆锥形筒与浮子的尺寸固定时，环隙面积AR决定于 浮子在筒内的位置，因此，转子流量一般都以转子 的停留位置来指示流量。 【读数】转子流量计玻璃管外表面上刻有流量值， 根据转子平衡时其上端平面（最大截面）所处的位 置，即可读取相应的流量。
2020/7/10
渐缩管
喉管
渐扩管
测压口
测பைடு நூலகம்口
文氏流量计的结构示意图
2020/7/10
2020/7/10
文氏流量计实物图
2、文丘里流量计的测量原理
2020/7/10
【说明】文丘里流量计的测量 原理与孔板流量计相同，也属 于差压式流量计。
根据所连接的U型管压差计确 定R，然后使用公式计算体积流 量。
2020/7/10
3、转子流量计的流量方程
转子共受到三个力：重力（向下）、
压力（向上）、浮力（向上）。
当转子静止不动时，三个力平衡，即：
( p1 p0 ) Af V f g f V f g
0
由此可推得转子流量计的体积流量为：
1
qV CR AR
2( f )V f g Af
AR——转子上端面处环隙面积 CR——转子流量系数
化工原理(1)
第一章一．填空 1. 流量计安装时，孔板流量计可以在( 水平 )方向安 装，转子流量计( 垂直 )方向安装，流体流动方向应 取( 从下向上 )。
2. 图2示，流体在园管中自上而下流动，通过l 段的摩 擦阻力损失为h ∫ab ，压强差为△p ab ，指示液高度为R 1， 若流量及其他条件都不变，使流体自下而上流动通过 该l 段，则改变流动方向后的阻力损失h ∫ba 与改变 前h ∫ab 的关系为( 相等 )3. 当流体的温度升高时，液体的粘度( 减小 )；气体的粘度( 增加 )。
4. 某水平直管，输水时体积流量为Vs ，今改为输送3Vs 的有机物， 且μ=3μ水，ρ=0.5ρ水。
设两种输液下，流体均在层流下流动，则 管路两端压差为水的 9 倍，阻力损失为水的 18 倍。
5、.在套管环间流动的流体，外管的内径是d 2，内管的外径是d 1，则当量直径d e ＝ d 2- d 1 。
6、流体在管内作湍流流动时(不是阻力平方区)，其摩擦系数λ随__Re___ 和__相对粗糙度而变。
7、流体在流动过程中，其物理参数（如ρ，u 等）只与位置有关，而与时间无关，此种流动流动过程称为 定态 流动。
8、 写出绝压、（外界）大气压与真空度之间的关系：真空度= _大气压-_绝压________。
9、 流体在管内流内流动时，通过任一截面上径向各点的流速并不相等，在壁面处为0 ，在管中心达到 最大 值,工程计算中采用 平均 流速。
10、因次分析法的主要依据是 因次一致性原则 _____。
11、流体在光滑管内作湍流流动时，摩擦系数λ与 Re 和相对粗糙度 有关；若其作完全湍流（阻力平方区），则λ仅与 相对粗糙度 有关。
12、当20℃的甘油（密度为1261 kg/m 3，粘度为1.499Pa.S ），流经内径为100 mm 的圆形直管时，其平均流速为1m/s,其雷诺数为__84173____，流动形态为__滞流_____，管中心处的最大流速为___2m/s____。
化工原理第一章_2..
滞流: 粗糙度对λ无影响
湍流：当δb> ε，粗糙度对λ影响
与滞流相近; 当δb< ε，粗糙度对λ的影响 显著。
δb-滞流内层厚度
28
§1-15 层流时的摩擦损失
u p1 p2 R2 p1 p2 d 2
8l
32l
pf 32lu / d 2
hf 32lu/ d 2 ——泊谡叶方程
dy
dy
单位体积 流体计的 动量梯度
剪应力即动量通量等于运动粘度γ与单位体积动 量的梯度之积 。
2
§1-9 流动类型和雷诺数
一、雷诺实验
层流（滞流） 过渡流
湍流（紊流）
雷诺实验
层流：其质点作有规则的平行运 动，各质点互不碰撞，互不混合 湍流：其质点作不规则的杂乱运 动，并相互碰撞，产生大大小小 的旋涡。
d Re
柯尔布鲁克公式
Moody图ຫໍສະໝຸດ 34Moody图0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05
0.04
hf
l d
u2 2g
——范宁公式
64 64 du Re
λ与Re成反比 λ与τw无关
29
§1-16 湍流时的直管阻力损失 及因次分析法
Wf
l d
u2 2
要计算Wf 关键是找出λ值
湍流
( ) du
dy
ε涡流粘度
情况复杂得多，尚未
能得出λ的理论计算式
通过实验建立经验关系式 因次分析法
17
边界层分离 →大量旋涡 →消耗能量 →增大阻力
由于边界层分离造成的能量损失，称为形体阻力损失
边界层分离使系统阻力增大
化工原理1期末考试复习资料
《化工原理1》课程综合复习资料一、单选题1.流体在直管中流动，当Re≤（）时，流体的流动类型属于层流。
A.1000B.2000C.3000D.4000答案：B2.流体在直管中流动，当Re≥（）时，流体的流动类型属于湍流。
A.1000B.2000C.3000D.4000答案：D3.在滞流区颗粒的沉降速度正比于（）。
A.（ρs-ρ）的1/2次方B.μ的零次方C.粒子直径的0.5次方D.粒子直径的平方答案：D4.流化床的压降随流体速度变化的大致规律是（）。
A.起始随气速增大而直线地增大B.基本上不随气速变化C.ΔP∝µD.ΔP∝u2答案：B5.凡能以相同的吸收率且部分地吸收由零到∞所有波长范围的辐射能的物体，定义为（）。
A.白体B.灰体D.不透热体答案：B6.有一套管换热器，环隙中有119.6℃的蒸气冷凝，管内的空气从20℃被加热到50℃，管壁温度应接近（）。
A.20℃B.50℃C.77.3℃D.119.6℃答案：D7.判断下面的说法哪一种是错误的（）。
A.在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大B.在同一温度下，物体吸收率α与黑度ε在数值上相等，因此α与ε的物理意义相同C.黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强D.黑度反映了实际物体接近黑体的程度答案：B8.当换热器中冷、热流体的进出口温度一定时，判断下面的说法哪一个是错误的（）。
A.逆流时，Δtm一定大于并流、错流或折流时的ΔtmB.采用逆流操作时可能会节约热流体（或冷流体）的用量C.采用逆流操作可能会减少所需的传热面积D.温度差校正系数φΔt的大小反映了流体流向接近逆流的程度答案：A9.两灰体间进行辐射换热，两者间的温度差为100℃。
若将两灰体的温度各升高100℃，则此时的辐射传热量与原来的传热量相比，将（）。
A.增大B.减小C.不变D.不一定答案：A10.某设备内的真空度为0.3kgf/cm2，当地大气压为745mmHg，则设备内的绝对压强为（）kPa。
化工原理1
6.1温度对吸收过程的影响。
答:对于一定的物系，在一定的总压下，一般的规律是温度越高平衡曲线越陡，即溶解度越小,故升高温度对吸收过程不利。
采用溶解度大、选择性好的吸收剂，提高操作压强和降低操作温度对吸收不利。
6.2如何理解传质单元高度和体积传质系数 答：传质单元高度是指完成一个传质单元的分离任务所需的填料层高度，是吸收设备效能高低的反映，传质单元高度与设备结构，汽液流动情况和物系物性有关。
传质单元高度越小，所需的填料层高度也越低，传质效果好：单位体积填料层内气液两相有效接触面积与传质系数的乘积，称为体积传质系数，体积传质系数的值可由实验测定，对于低浓度气体吸收，在全塔中亦可视为常数。
体积总传质系数值的大小反映总传质阻力、填料性能及操作时填料润湿情况等。
6.3简要说明双膜理论的要点 答：1 在气液两流体相接触处,有一稳定的分界面,叫相界面。
在相界面两侧附近各有一层稳定的气膜和液膜。
这两层薄膜可以认为是由气液两流体的滞流层组成,即虚拟的层流膜层,吸收质以分子扩散方式通过这两个膜层。
2 全部浓度变化集中在这两个膜层内。
3 在相界面处,气液浓度达成平衡,即界面上没有阻力。
通过以上假设,就把整个吸收过程简化为,吸收质经过双膜层的过程,吸收阻力就是双膜的阻力。
故该理论又称为双膜阻力理论。
6.4溶质在吸收剂中的溶解度对吸收过程费用的影响 答：溶质在吸收剂中的溶解度越大，处理一定量的混合气体所需的吸收剂数量较少，吸收后气体中溶质的极限残余浓度也可降低；就传质速率而言，溶解度大，溶质的平衡分压低，过程的传质推动力就大，传质速率快，所需的设备尺寸就小，费用就较低。
6.5提高混合气体中溶质的吸收率可采取哪些手段？ 答： 1.减少传质面积；2.减少吸收剂用量；3.提高出塔液体的浓度；4.降低出塔气体的浓度。
7.1为什么精馏塔必须有回流？ 答：精馏过程的回流包括塔顶的液相回流及塔釜的气相回流，作用是保证每块塔板上都有足够数量和一定组成的下降液流和上升气流。
(完整版)化工原理1_7章习题答案解析
目录第一章流体流动与输送机械 (2)第二章非均相物系分离 (32)第三章传热 (42)第四章蒸发 (69)第五章气体吸收 (73)第六章蒸馏 (95)第七章固体干燥 (119)第一章 流体流动与输送机械1. 某烟道气的组成为CO 2 13％，N 2 76％，H 2O 11％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa 时的密度。
解：混合气体平均摩尔质量kg/mol 1098.2810)1811.02876.04413.0(33--⨯=⨯⨯+⨯+⨯=∑=i i m M y M ∴ 混合密度333kg/m 457.0)500273(31.81098.28103.101=+⨯⨯⨯⨯==-RT pM ρm m2．已知20℃时苯和甲苯的密度分别为879 kg/m 3和867 kg/m 3,试计算含苯40％及甲苯60％（质量％）的混合液密度。
解：8676.08794.012211+=+=ρρρa a m混合液密度 3kg/m 8.871=m ρ3．某地区大气压力为101.3kPa ，一操作中的吸收塔塔内表压为130kPa 。
若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作该吸收塔，且保持塔内绝压相同，则此时表压应为多少？解：''表表绝＋p p p p p a a =+=∴kPa 3.15675)1303.101)(''=-==＋（－＋真表a a p p p p4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900 kg/m 3的液体。
容器上方的压力表读数为42kPa ，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m ，其读数为58 kPa 。
试计算液面到下方测压口的距离。
解：液面下测压口处压力 gh p z g p p ρρ+=∆+=10题4 附图m 36.255.081.990010)4258(30101=+⨯⨯-=+ρ-=ρ-ρ+=∆∴h g p p g p gh p z5. 如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为700mm 和600mm 。
化工原理第一章
（2）怎样看成连续性？
考察对象：流体质点（微团）-------足够大，足够小
流体可以看成是由大量微团组成的，质点间无空
隙，而是充满所占空间的连续介质，从而可以使
用连续函数的数学工具对流体的性质加以描述。
第二节 流体静力学 本节将回答以下问题： 静力学研究什么？
采用什么方法研究？
主要结论是什么？ 这些结论有何作用？
在静止流体中，任意点都受到大小相同方向不同的压强
静压强的特性：具有点的性质，p=f(x,y,z)，各相同性
1．流体静力学方程的推导
向上的力 : pA 向下的力: ( p dp) A
重力: mg gAdZ
静止时三力平衡,即 :
pA ( p dp) A gAdz 0
dp gdZ 0
p A pB ( i ) gR g ( Z A Z B ) ( p A gZ A ) ( pB gZB ) ( i ) gR
p gZ
A B ( i ) gR
4. 斜管压差计
R R' sin
流体静力学(二）
1-4
流体静力学基本方程的应用
一. 压强与压强差的测量 1.简单测压管
p A p0 hR
A点的表压强
p A (表） p A p0 gR
特点：适用于对高于大气压的液体压强的测定，不适用于气体。
2. U型测压管 由静力学原理可知
p1 p A gh
p 2 p 0 i gR
这是两个非常重要的方程式，请大家注意。
1-5 流量及流速
一、流量：单位时间内流过管道内任一截面的流体量
体积流量qV
m3 / s
化工原理 实验一
30
（5）流体在管内流动时，如要测取管截面上的 流速分布，应选用流量计测量。 A 皮托管 B 孔板流量计 C 文丘里流量计 D 转子流量计 (6）流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流 速增加一倍，则阻力损失为原来的 2 倍；如果 只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为 原来的 1/4 倍。 （7）粘性流体在流动过程中产生直管阻力的原 因是什么？产生局部阻力的原因又是什么？
28
6.不同管径、不同水温下测定的λ～Re曲线数据能 否关联到同一曲线？ 7.在λ～Re曲线中，本实验装置所测Re在一定范围 内变化，如何增大或减小Re的变化范围？ 8.本实验以水作为介质，作出λ～Re曲线，对其它 流体是否适用？为什么？ 9.影响λ值测量准确度的因素有哪些？
29
九、练习题
(2)全开的截止阀
式 (1—3) 中 pf 为两测压点间的局部阻力与直管 阻力之和。由于管件或阀门距测压孔的直管长 度很短，引起的摩擦阻力与局部阻力相比可以 忽略， pf可近似认为全部由局部阻力损失引起。
2 p 2 u
的大小与管径、阀门的材料及加工精度有关。
15
(2)突然扩大与突然缩小 在水平管的两测压点间列柏努力方程式
u12 p1 u2 2 p2 hf 2 2
局部阻力
hf
p1 p2
u12 u2 2 2
2 p1 p2 u12 u2 2 2( ) u 2
可见，pf的大小除了包括局部阻力损失和可忽略的摩擦 阻力损失之外，还包括动能和静压能之间能量转换值。
(1) 流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小 的地方其静压能 。 (2)测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧 压差值将 ，若改用转子流量计，随 流量增加转子两侧压差值将 。 (3) 流体流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机 械能中的 （动能、位能、静压能）。 (4) 毕托管测量管道中流体的 ，而孔板流 量计测量管道中流体的 。
化工原理 第一章 流体流动
化工原理第一章流体流动第一章 流体流动一、流体流动的数学描述在化工生产中，经常遇到流体通过管道流动这一最基本的流体流动现象。
当流体在管内作稳定流动时，遵循两个基本衡算关系式，即质量衡算方程式和机械能衡算方程式。
质量衡算方程式在稳定的流动系统中，对某一划定体积而言，进入该体积的流体的质量流量等于流出该体积的质量流量。
如图1—1所示，若取截面1—1′、2—2′及两截面间管壁所围成的体积为划定体积，则ρρρuA A u A u ==222111 (1-1a)对不可压缩、均质流体(密度ρ＝常数)的圆管内流动，上式简化为2221211ud d u d u == (1-1b)机械能衡算方程式在没有外加功的情况下，流动系统中的流体总是从机械能较高处流向机械能较低处，两处机械能之差为流体克服流动阻力做功而消耗的机械能，以下简称为阻力损失。
如图1—1所示，截面1—1′与2—2′间单位质量流体的机械能衡算式为f 21w Et Et += (1-2)式中 221111u p gz Et ++=ρ，截面1—1′处单位质量流体的机械能，J ／kg ；222222u p gz Et ++=ρ，截面2—2′处单位质量流体的机械能，J ／kg ；∑⎥⎦⎤⎢⎣⎡∑+∑=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∑+=2)(222f u d l l u d l w e λζλ，单位质量流体在划定体积内流动时的总阻力损失，J ／kg 。
其中，λ为雷诺数Re 和相对粗糙度ε / d 的函数，即⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=d du εμρφλ,。
上述方程式中，若将Et 1、Et 2、w f 、λ视为中间变量，则有z 1、z 2、p 1、p 2、u 1、u 2、d 1、d 2、d 、u 、l 、∑ζ(或∑l e )、ε、ρ、μ等15个变量，而独立方程仅有式(1-1)(含两个独立方程)、式(1-2)三个。
因此，当被输送流体的物性(ρ，μ)已知时，为使方程组有唯一解，还需确定另外的10个变量，其余3个变量才能确定。
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化工原理1
例1-2 如附图所示，蒸汽锅炉上装一复式压力计，指示液为水银，两U形压差计间 充满水。相对于某一基准面，各指示液界面高度分别为
Z0=2.1m, Z2=0.9m, Z4=2.0m, Z6=0.7m, Z7=2.5m。 试计算锅炉内水面上方的蒸汽压力。
化工原理1
2. 液位测量
（1）近距离液位测量装置 压差计读数R反映出容器内
设指示液的密度: 被测流体的密度:
A与A′面 为等压面，即
而
p1
p2
m
R
A
A’
化工原理1
所以 整理得 若被测流体是气体，
，则有
化工原理1
讨论：
（1）U形压差计可测系统内两点的压力差，当将U形管一端与被测点连
接、另一端与大气相通时，也可测得流体的表压或真空度；
p1
p1
pa
pa
表压
真空度
化工原理1
（2）指示液的选取： 指示液与被测流体不互溶，不发生化学反应； 其密度要大于被测流体密度。
化工原理1
表 压 = 绝对压力 － 大气压力 真空度 = 大气压力 － 绝对压力
表压 绝对压力
真空度 绝对压力
大气压 绝对真空
化工原理1
1.2 密度与比体积
1.2.1、密度定义 单位体积流体的质量，称为流体的密度（kg/m3 ） 。
一、单组分密度
液体：密度仅随温度变化（极高压力除外），其变 化关系可从手册中查得。
（3）液柱的重力
方向向上 方向向下
p0
p1
G z1
p2
z2
化工原理1
液柱处于静止时，上述三项力的合力为零: 压力形式 能量形式
— 静力学基本方程
化工原理1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 讨论：
（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体； （2）物理意义：
— 单位质量流体所具有的位能，J/kg； — 单位质量流体所具有的静压能，J/kg。 在同一静止流体中，处在不同位置流体的位能和静压能各不相同，但二者 可以转换，其总和保持不变 。
例1-1 如附图所示，水在水平管道内流动。为测量流体在某截面处的压力， 直接在该处连接一U形压差计，
指 示 液 为 水 银 ， 读 数 R ＝ 250mm ， m ＝ 900mm 。 已 知 当 地 大 气 压 为 101.3kPa ， 水 的 密度1000kg/m3，水银的密度13600kg/m3。试 计算该截面处的压力。
的液面高度。
A
液面越高，h越小，压差计读数R越小；当液面达到最高时，h为零，R亦 为零。
化工原理1
（2）远距离液位测量装置
管道中充满氮气，其密度较小， 近似认为
B 而
A
所以
化工原理1
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/12
化工原理1
化工原理1
2020/11/12
化工原理1
或以流体柱高度表示 ： 注意：用液柱高度表示压力时，必须指明流体的种类，
如600mmHg，10mH2O等。 标准大气压的换算关系： 1atm = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H2O 三、 压力的表示方法
绝对压力: 以绝对真空为基准测得的压力。 表压或真空度: 以大气压为基准测得的压力。
应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。
化工原理1
（2）双液体U管压差计(微差压计)
适用于压差较小的场合。
密度接近但不互溶的两种指示
液A和C
；
扩大室内径与U管内径之比应大于10 。
化工原理1
（3） 倒U形压差计 指示剂密度小于被测流体密度，
如空气作为指示剂
（4） 倾斜式压差计
被测液体 化工原理1
化工原理1
（3）在静止的、连续的同种流体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。 压力相等的面称为等压面。
（4）压力具有传递性：液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相 应的变化。 ——巴斯噶原理
P1
P2
1
1
32 54
2 354
等压面实例
p
化工原理1
1.4 静力学基本方程的应用 1. 压力及压力差的测量 （1）U形压差计
化工原理1
气体 当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算：
注意：手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度下之值，若条件 不同，则密度需进行换算。
化工原理1
二、混合物的密度 混合气体：各组分在混合前后质量不变，则有 — 气体混合物中各组分的体积分率。 或 — 混合气体的平均摩尔质量
化工原理1
混合液体：假设各组分在混合前后体积不变，则有
— 液体混合物中各组分的质量分率。 1.2.2 比容
单位质量流体具有的体积，是密度的倒数(m3/kg) 。
化工原理1
1.3 流体静力学方程
一、静力学基本方程 设流体不可压缩， 重力场中对液柱进行受力分析： （1）上端面所受总压力
方向向下
（2）下端面所受总压力
例1-2 如附图所示，蒸汽锅炉上装一复式压力计，指示液为水银，两U形压差计间 充满水。相对于某一基准面，各指示液界面高度分别为
Z0=2.1m, Z2=0.9m, Z4=2.0m, Z6=0.7m, Z7=2.5m。 试计算锅炉内水面上方的蒸汽压力。
化工原理1
2. 液位测量
（1）近距离液位测量装置 压差计读数R反映出容器内
设指示液的密度: 被测流体的密度:
A与A′面 为等压面，即
而
p1
p2
m
R
A
A’
化工原理1
所以 整理得 若被测流体是气体，
，则有
化工原理1
讨论：
（1）U形压差计可测系统内两点的压力差，当将U形管一端与被测点连
接、另一端与大气相通时，也可测得流体的表压或真空度；
p1
p1
pa
pa
表压
真空度
化工原理1
（2）指示液的选取： 指示液与被测流体不互溶，不发生化学反应； 其密度要大于被测流体密度。
化工原理1
表 压 = 绝对压力 － 大气压力 真空度 = 大气压力 － 绝对压力
表压 绝对压力
真空度 绝对压力
大气压 绝对真空
化工原理1
1.2 密度与比体积
1.2.1、密度定义 单位体积流体的质量，称为流体的密度（kg/m3 ） 。
一、单组分密度
液体：密度仅随温度变化（极高压力除外），其变 化关系可从手册中查得。
（3）液柱的重力
方向向上 方向向下
p0
p1
G z1
p2
z2
化工原理1
液柱处于静止时，上述三项力的合力为零: 压力形式 能量形式
— 静力学基本方程
化工原理1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 讨论：
（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体； （2）物理意义：
— 单位质量流体所具有的位能，J/kg； — 单位质量流体所具有的静压能，J/kg。 在同一静止流体中，处在不同位置流体的位能和静压能各不相同，但二者 可以转换，其总和保持不变 。
例1-1 如附图所示，水在水平管道内流动。为测量流体在某截面处的压力， 直接在该处连接一U形压差计，
指 示 液 为 水 银 ， 读 数 R ＝ 250mm ， m ＝ 900mm 。 已 知 当 地 大 气 压 为 101.3kPa ， 水 的 密度1000kg/m3，水银的密度13600kg/m3。试 计算该截面处的压力。
的液面高度。
A
液面越高，h越小，压差计读数R越小；当液面达到最高时，h为零，R亦 为零。
化工原理1
（2）远距离液位测量装置
管道中充满氮气，其密度较小， 近似认为
B 而
A
所以
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2020/11/12
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或以流体柱高度表示 ： 注意：用液柱高度表示压力时，必须指明流体的种类，
如600mmHg，10mH2O等。 标准大气压的换算关系： 1atm = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H2O 三、 压力的表示方法
绝对压力: 以绝对真空为基准测得的压力。 表压或真空度: 以大气压为基准测得的压力。
应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。
化工原理1
（2）双液体U管压差计(微差压计)
适用于压差较小的场合。
密度接近但不互溶的两种指示
液A和C
；
扩大室内径与U管内径之比应大于10 。
化工原理1
（3） 倒U形压差计 指示剂密度小于被测流体密度，
如空气作为指示剂
（4） 倾斜式压差计
被测液体 化工原理1
化工原理1
（3）在静止的、连续的同种流体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。 压力相等的面称为等压面。
（4）压力具有传递性：液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相 应的变化。 ——巴斯噶原理
P1
P2
1
1
32 54
2 354
等压面实例
p
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1.4 静力学基本方程的应用 1. 压力及压力差的测量 （1）U形压差计
化工原理1
气体 当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算：
注意：手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度下之值，若条件 不同，则密度需进行换算。
化工原理1
二、混合物的密度 混合气体：各组分在混合前后质量不变，则有 — 气体混合物中各组分的体积分率。 或 — 混合气体的平均摩尔质量
化工原理1
混合液体：假设各组分在混合前后体积不变，则有
— 液体混合物中各组分的质量分率。 1.2.2 比容
单位质量流体具有的体积，是密度的倒数(m3/kg) 。
化工原理1
1.3 流体静力学方程
一、静力学基本方程 设流体不可压缩， 重力场中对液柱进行受力分析： （1）上端面所受总压力
方向向下
（2）下端面所受总压力