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化⼯原理第⼀章主要内容第⼀章流体流动流体：⽓体和液体统称流体。
流体的特点：具有流动性；其形状随容器形状⽽变化；受外⼒作⽤时内部产⽣相对运动。
质点：⼤量分⼦构成的集团。
第⼀节流体静⽌的基本⽅程静⽌流体的规律：流体在重⼒作⽤下内部压⼒的变化规律。
⼀、流体的密度ρ1. 定义：单位体积的流体所具有的质量，kg/m 3。
2. 影响ρ的主要因素液体：ρ=f(t)，不可压缩流体⽓体：ρ=f(t ，p)，可压缩流体3.⽓体密度的计算4.混合物的密度5.与密度相关的⼏个物理量⽐容υ⽐重(相对密度) d ⼆、压⼒p 的表⽰⽅法定义：垂直作⽤于流体单位⾯积上的⼒ 1atm=760mmHg=1.013×105Pa=1.033kgf/cm 2 =10.33mH2O 1at=735.6mmHg=9.807×105Pa =1kgf/cm 2 =10mH20 表压 = 绝对压⼒ - ⼤⽓压⼒真空度 = ⼤⽓压⼒ - 绝对压⼒三、流体静⼒学⽅程特点：各向相等性；内法线⽅向性；在重⼒场中，同⼀⽔平⾯上各点的静压⼒相等，但其值随着点的位置⾼低变化。
1、⽅程的推导 2、⽅程的讨论液体内部压强 P 随 P 0 和 h ⽽改变的； P ∝h ，静⽌的连通的同⼀种液体内同⼀⽔平⾯上各点的压强相等；当P 0改变时，液体内部的压⼒也随之发⽣相同的改变；⽅程成⽴条件为静⽌的、单⼀的、连续的不可压缩流体；h=(P-P 0)/ρg ，液柱⾼可表⽰压差，需指明何种液体。
3、静⼒学⽅程的应⽤ (1)压⼒与压差的测量 U 型管压差计微差压差计（2）液位的测定（3）液封⾼度的计算 m Vρ=(),f t p ρ=4.220M =ρ000T p p T ρρ=PM RT ρ=12121n m n a a a ρρρρ=+++1122......m n nρρ?ρ?ρ?=+++mm PM RTρ=1/νρ=41/,gh p p ρ+=0()12A C P P gR ρρ-=-() gz21A B A gR P P ρρρ+-=-第⼆节流体流动的基本⽅程⼀、基本概念（⼀）流量与流速1.流量：单位时间流过管道任⼀截⾯的流体量。
第一章流体流动1。
什么是流体连续稳定流动?答案：流体连续稳定流动是指流体在流动时,流体质点连续的充满其所在空间，流体在任一截面上的流动的流速、压强和密度等物理量不随时间而变化。
2。
流体粘度的意义是什么？流体粘度对流体流动有什么影响？答案：流体的粘度是衡量流体粘性大小的物理量，它的意义是相邻流体层在单位接触面积上，速度梯度为1时，内摩擦力大小.流体的粘度愈大，所产生粘性也愈大，液体阻力也愈大。
3。
何谓层流流动?何谓湍流流动？用什么量来区分它们？答案：层流:流体质点沿管轴作平行直线运动，无返混，在管中的流速分布为抛物线，平均流速是最大流速的0.5倍。
湍流:流体质点有返混和径向流动，平均流速约为最大流速的0。
8倍。
以Re来区分，Re〈2000为层流、Re>4000为湍流。
4.什么是连续性假定？答案：假定流体是由许多质点组成的，彼此间没有间隙，完全充满所占有空间的连续的介质。
,这一假定称为连续性假定.5流体流动的连续性方程的意义如何?答案：流体流动的连续性方程是流体流动过程的基本规律，它是根据质量守恒定律建立起的，连续性方程可以解决流体的流速、管径的计算选择，及其控制。
6.流体静力学基本方程的意义是什么?答案：静止流体内部任一水平面上的压强与其位置及流体的密度有关，位置越低，压强越大；静止液体内部压强随界面上的压强而变，表明液面上所受的压强能以同样大小传递到液体内部.7。
流速与管路建设投资费及运行操作费的关系.答案：当流量一定时，流速大,管径小，投资费用小；但流速大,管内流体流动阻力增大，输送流体所消耗的动力增加,操作费用则随之增大。
反之，在相同条件选择小流速，动力消耗固然可以降低，但管径增大后建设投资增加。
8。
稳态流动和非稳态流动9。
流体的静压力具有的特性答:静压力的方向与其作用面相垂直，且在各个方向的数值相同，即静压力为标量.10.试简述非圆型管当量直径的含义及计算方法答:把4倍的水力半径定义为非圆管的当量直径第二章流体输送机械1。
第一章、流体流动一、 流体静力学 二、 流体动力学 三、 流体流动现象四、流动阻力、复杂管路、流量计一、流体静力学：● 压力的表征：静止流体中，在某一点单位面积上所受的压力，称为静压力，简称压力，俗称压强。
表压强（力）＝绝对压强（力）-大气压强（力） 真空度＝大气压强-绝对压大气压力、绝对压力、表压力（或真空度）之间的关系 ● 流体静力学方程式及应用：压力形式 )(2112z z g p p -+=ρ 备注：1)在静止的、连续的同一液体内，处于同一 能量形式g z p g z p 2211+=+ρρ水平面上各点压力都相等。
此方程式只适用于静止的连通着的同一种连续的流体。
应用：U 型压差计 gR p p )(021ρρ-=- 倾斜液柱压差计微差压差计二、流体动力学● 流量质量流量 m S kg/sm S =V S ρ体积流量 V S m 3/s质量流速 G kg/m 2s(平均)流速 u m/s G=u ρ ● 连续性方程及重要引论：22112)(d d u u = ● 一实际流体的柏努利方程及应用（例题作业题） 以单位质量流体为基准：f e W pu g z W p u g z ∑+++=+++ρρ222212112121 J/kg 以单位重量流体为基准：f e h gp u g z H g p u g z ∑+++=+++ρρ222212112121 J/N=m 输送机械的有效功率： e s e W m N = 输送机械的轴功率： ηeN N =（运算效率进行简单数学变换）应用解题要点：1、 作图与确定衡算范围:指明流体流动方向，定出上、下游界面；2、 截面的选取：两截面均应与流动方向垂直；3、 基准水平面的选取：任意选取，必须与地面平行，用于确定流体位能的大小；4、 两截面上的压力：单位一致、表示方法一致；5、 单位必须一致：有关物理量的单位必须一致相匹配。
三、流体流动现象：流体流动类型及雷诺准数：（1）层流区 Re<2000 （2）过渡区 2000< Re<4000 （3）湍流区 Re>4000本质区别：（质点运动及能量损失区别）层流与端流的区分不仅在于各有不同的Re 值，更重要的是两种流型的质点运动方式有本质区别。
（完整版）化⼯原理思考题答案化⼯原理思考题答案第⼀章流体流动与输送机械1、压⼒与剪应⼒的⽅向及作⽤⾯有何不同答：压⼒垂直作⽤于流体表⾯，⽅向指向流体的作⽤⾯，剪应⼒平⾏作⽤于流体表⾯，⽅向与法向速度梯度成正⽐。
2、试说明粘度的单位、物理意义及影响因素答:单位是N·S/m2即Pa·s，也⽤cp，1cp=1mPa·s，物理意义为：分⼦间的引⼒和分⼦的运动和碰撞，与流体的种类、温度及压⼒有关3、采⽤U型压差计测某阀门前后的压⼒差,压差计的读数与U型压差计放置的位置有关吗？答：⽆关，对于均匀管路，⽆论如何放置，在流量及管路其他条件⼀定时，流体流动阻⼒均相同，因此U型压差计的读数相同，但两截⾯的压⼒差却不相同。
4、流体流动有⼏种类型？判断依据是什么？答：流型有两种，层流和湍流，依据是：Re≤2000时，流动为层流；Re≥4000时，为湍流，2000≤Re≤4000时，可能为层流，也可能为湍流5、雷诺数的物理意义是什么？答：雷诺数表⽰流体流动中惯性⼒与黏性⼒的对⽐关系，反映流体流动的湍动状态6、层流与湍流的本质区别是什么？答：层流与湍流的本质区别是层流没有径向脉动，湍流有径向脉动7、流体在圆管内湍流流动时，在径向上从管壁到管中⼼可分为哪⼏个区域？答：层流内层、过渡层和湍流⽓体三个区域。
8、流体在圆形直管中流动，若管径⼀定⽽流量增⼤⼀倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失⼜是原来的多少倍？答：层流时W f∝u，流量增⼤⼀倍能量损失是原来的2倍，完全湍流时Wf∝u2 ，流量增⼤⼀倍能量损失是原来的4倍。
9、圆形直管中，流量⼀定，设计时若将管径增加⼀倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失⼜是原来的多少倍？答：10、如图所⽰，⽔槽液⾯恒定，管路中ab及cd两段的管径、长度及粗糙度均相同，试⽐较⼀下各量⼤⼩11、⽤孔板流量计测量流体流量时，随流量的增加，孔板前后的压差值将如何变化？若改⽤转⼦流量计，转⼦上下压差值⼜将如何变化？答：孔板前后压⼒差Δp=p1-p2，流量越⼤，压差越⼤，转⼦流量计属于截⾯式流量计，恒压差，压差不变。
化工原理第二版下册化工原理是化学工程专业的重要基础课程，它涉及到化学工程领域的基本理论和知识，对于培养学生的工程思维和解决实际问题的能力具有重要意义。
本文将就化工原理第二版下册的内容进行介绍和解析，希望能够对学习化工原理的同学们有所帮助。
第一章，传质过程。
传质过程是化工过程中非常重要的一部分，它涉及到物质在不同相之间的传递和分布。
在本章中，我们将学习到各种传质过程的基本理论和计算方法，包括扩散、对流、质量传递系数等内容。
通过学习本章，我们可以更好地理解化工过程中的传质现象，并能够进行相应的传质计算和设计。
第二章，传热过程。
传热过程是化工过程中不可或缺的一部分，它涉及到热量在不同物质之间的传递和分布。
在本章中，我们将学习到各种传热过程的基本理论和计算方法，包括导热、对流、辐射传热等内容。
通过学习本章，我们可以更好地理解化工过程中的传热现象，并能够进行相应的传热计算和设计。
第三章，化工流程。
化工流程是化工工程中的核心内容，它涉及到物质在设备和管道中的流动和转化。
在本章中，我们将学习到各种化工流程的基本原理和计算方法，包括流体力学、动量平衡、能量平衡等内容。
通过学习本章，我们可以更好地理解化工过程中的流动现象，并能够进行相应的流程设计和优化。
第四章，化工反应工程。
化工反应工程是化工工程中的重要组成部分，它涉及到物质在化学反应中的转化和产物的选择。
在本章中，我们将学习到各种化工反应的基本原理和计算方法，包括反应动力学、反应速率、反应器设计等内容。
通过学习本章，我们可以更好地理解化工过程中的化学反应过程，并能够进行相应的反应工程设计和优化。
总结。
化工原理第二版下册涵盖了化工工程中的传质、传热、流程和反应等重要内容，通过学习本书，我们可以更好地掌握化工工程的基本理论和方法，为将来的工程实践打下坚实的基础。
希望同学们能够认真学习本书，并将所学知识运用到实际工程中，不断提高自己的专业能力和素质。
化工原理是一门综合性强、理论性强、实践性强的学科，希望同学们能够在学习过程中保持好奇心，不断探索和创新，为未来的化工工程事业做出更大的贡献。
绪论1．单元操作的分类：流体动力学过程、传热过程、传质过程、热质传递过程。
2．化工原理：是研究化工单元操作的基本原理、典型设备的结构和工艺尺寸计算的一门技术基础课，化工原理的学习必须以高等数学，物理学，和物理化学等课程为基础。
第一章流体流动1．粘度：流体具有粘性，表征流体粘性的物理性质称为粘滞系数，简称粘度，符号μ表示。
2．压力的单位换算1标准大气压（atm）=1.013×105Pa=1.033kgf/cm2=10.33mH2O=760mmHg3．U形压差计(计算) P1－P2 = R(ρ0－ρ)g4．P16 公式1-33、1-34、1-355．流体的流动类型：层流、湍流。
6．雷诺数Re≤2000时，流动类型为层流；2000＜Re＜4000时，流动类型不稳定，为过渡区；Re≥4000，流动类型为湍流。
7．湍流摩擦系数：λ= f(Re，ε/d) 即与雷诺数、相对粗糙度有关。
8．P33 例1-10（计算）9．流速测量的工具：测速管(皮托管)、孔板流量计、文氏流量计、转子流量计。
第二章流体输送机械1．气体与液体不同，气体具有可压缩性。
用于输送液体的机械称为泵，用于输送气体的机械称为风机及压缩机。
2．气缚：如果离心泵在启动前未充满被输送液体，则泵壳内存在空气。
由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。
此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。
这样，虽然启动了离心泵，但不能输送液体。
此现象称为“气缚”。
汽蚀：离心泵安装高度提高时，将导致泵内压力降低，泵内压力最低点通常位于叶轮叶片进口稍后的一点附近。
当此处压力降至被输送液体的饱和蒸汽压时，将发生沸腾，所生成的蒸汽泡在随液体从入口向外周流动中，又因压力迅速增大而急剧冷凝。
会使液体以很大的速度从周围冲向气泡中心，产生频率很高、瞬时压力很大的冲击，这种现象称为汽蚀现象。
本质原因：入口压力小于流体输送温度下的饱和蒸汽压。
3．离心泵的主要性能参数工作原理基本部件：叶轮（6~12片后弯叶片）；泵壳（蜗壳）（集液和能量转换装置）；轴封装置（填料函、机械端面密封）。
第一章一、问答题答案：1.什么是连续介质假定答：质点在流体内部紧紧相连，彼此间没有间隙，即流体充满所占空间。
在研究流体流动时，常摆脱复杂的分子运动和分子间相互作用，从宏观角度出发，将流体视为由无数流体质点（或微团）组成的连续介质。
2.压力与剪应力的方向及作用面的不同答：压力－－垂直作用于流体表面的力，其方向指向流体的作用面。
流体静压力的方向总是和所作用的面垂直，并指向所考虑的那部分流体的内部即沿着作用面的内法线方向。
剪切力－－平行作用于流体表面的力。
微元面上的表面力3.黏度的单位，物理意义及影响因素答：单位：N∙s/m2=Pa∙s ；1cP=10-3Pa∙s。
物理意义：流体的黏度为流体流动时在与流动方向垂直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力。
它反映流体粘性大小的物理量，黏度也是流体的物性之一，其值由实验测定。
影响：液体的黏度，随温度的升高而降低，压强对其影响可忽略不计。
气体的粘度，随温度的升高而增大，一般情况下也可忽略压强的影响，但在极高或极低的压强条件下需考虑其影响。
4.体积流量与质量流量答：1）体积流量－－单位时间内流经管道任意截面的流体体积，称为体积流量，以q v表示，单位为m3/s。
2）质量流量－－单位时间内流经管道任意截面的流体质量，称为质量流量，以q m表示，单位为kg/s。
体积流量与质量流量的关系为: q m= q v∙ρ5.平均流速与质量流速答：1）平均流速：单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离，单位为m/s，简称为流速。
u ＝q v/A2）质量流速：单位时间内流经管道单位截面积的流体质量，以G表示，单位为kg/（m2·s）。
质量流速与流速的关系为G= q m /V= q v∙ρ/V= u∙ρ6.定态流动与非定态流动定态流动:流体流动系统中，若各截面上的温度、压强、流速等参量仅随所在空间位置变化，而不随时间变化。
非定态流动:若系统的参变量不但随所在空间位置而变化而且随时间变化，则称为非定态流动。
7. 化工厂哪些计算要应用流体静力学基本方程式答：主要应用与以下三个方面：（1）压强差与压强的测量。
（2）测量容器内的液面位置（3）计算液封高度。
8. 扼要说明柏努利方程式和流体静力学基本方程式的关系答：静止流体120,0,0e fu u W W====∑。
此时柏努利方程式即可化简为静力学基本方程式。
所以，静力学基本方程式是柏努利方程式的一个特例。
9.流体流动的类型判断依据答：层流与湍流。
流体的流动类型可用雷诺数Re判断。
Re=duρ/Re准数是一个无因次的数群。
流体在圆形直管内流动时：（1）当Re≤2000时，流动为层流，此区称为层流区；（2）当Re≥4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区；（3）当2000< Re <4000 时，流动可能是层流，也可能是湍流，与外界干扰有关，该区称为不稳定的过渡区。
10 .雷诺数的物理意义答：Re反映了流体流动中惯性力与粘性力的对比关系，标志流体流动的湍动程度。
其值愈大，流体的湍动愈剧烈，内摩擦力也愈大。
11.湍流黏度与黏度的区别答：e 称为湍流粘度，单位与μ相同。
但二者本质上不同：粘度μ是流体的物性，反映了分子运动造成的动量传递；而e 不再是流体的物性，反映的是质点的脉动所造成的动量，传递是人为地仿照牛顿粘性定律类比出的虚拟物理量，是说明湍动程度的系数。
12.孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于 答：前者是恒截面，变压差；后者是恒压差，变截面。
13. 什么是理想流体引入理想流体的概念有什么意义答：流动时没有阻力的流体，即总能量损失为零，称这种流体为理想流体。
自然界中不存在理想流体，但引入这个概念可使复杂的流体流动问题得以简化。
二、填空题1.流体在圆形直管内作滞流（层流）流动时，其速度分布呈抛物线形曲线，中心最大速度为平均速度的 2倍。
此时摩擦系数λ与ε/d 无关，只随Re 加大而减小。
2. 流体在圆形直管内流动时，在湍流区则摩擦系数λ与Re 及ε/d 有关。
在完全湍流区则λ与雷诺系数的关系线趋近于水平线。
3. 在定态流动系统中，水连续地从粗圆管流入细圆管，粗管内径为细管的2倍。
则细管内水的流速为粗管内流速的 4 倍。
解析：据21u u (12d d )2＝（112d d ）2＝(2)2=4 4. 流体在圆管内流动时的摩擦阻力可分为直管阻力和局部阻力两种。
局部阻力的计算方法有阻力系数法和当量长度法。
5. 在静止的同一种连续流体的内部，各截面上位能与静压能之和为常数。
6.流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为零,邻近管壁处存在滞流（或层流）内层，且Re 值越大，则该层厚度越 薄（或小）。
7. 定态流动时，不可压缩理想流体在管道中流过时各截面上总机械能相等。
它们是位能、动能和静压能之和，每一种能量不一定相等，但可以互相转换。
三、选择题B 1. 判断流体流动类型的是（）（A ）Eu 准数 （B ）Re 准数 （C ）ε/d （D ）ΔP f D 2. 在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是（）（A ）同一种流体内部 （B ）连通着的两种流体（C ）同一种连续流体 （D ） 同一水平面上，同一种连续的流体C 3. 在一水平变径管道上，细管截面A 及粗管截面B 与U 管压差计相连，当流体流过时，U 管压差计测量的是（ ）（A ）A 、B 两截面间的总能量损失 （B ）A 、B 两截面间的动能差 （C ）A 、B 两截面间的压强差 （D ）A 、B 两截面间的局部阻力 D 4. 气体在直径不变的圆形管道内作等温定态流动，则各截面上的（ ） （A ） 速度相等 （B ） 体积流量相等 （C ） 速度逐渐减小 （D ） 质量流速相等 C 5. 湍流与滞流的本质区别是（ ） （A ）湍流的流速大于滞流的 （B ） 湍流的Re 值大于滞流的（C ） 滞流无径向脉动，湍流有径向脉动 （D ） 湍流时边界层较薄 四、计算题1）某设备的真空表读数为500mmHg ，设备外环境大气压强为640mmHg ，则它的绝对压强为（Pa ） 真空度=大气压-绝压绝对压强=640-500=140mmHg ＝140××105/760＝×104Pa 。
2）空气中各组分的摩尔分数为：、、。
（1）求标准状况下空气的平均密度ρ0；（2）求绝对压强为×104Pa 、温度为20℃时空气的平均密度ρ；比较两者的结果。
（1）求空气的ρ0：已知M O2=32，M N2=28，M Ar =40。
单位均为g/mol 。
①先求出标准状况下空气的平均密度M m ：M m =M O2•φO2+M N2•φN2+M Ar •φAr =32×+28×+40× = g/mol ②000101.3328.961.2938.314273m p M RT ρ⨯===⨯kg/m 3（2分） （2）求×104Pa 、20℃时空气的平均密度ρ：40033.8102731.2930.452101.310(27320)pT PT ρρ⨯⨯==⨯=⨯⨯+ kg/m 3（2分） 由计算结果可看出：空气在标准状况下的密度与其在×104Pa 、20℃状态下的密度相差很多，故气体的密度一定要标明状态。
3）水在附图所示的水平管内流动，在管壁A 处连接一U 形管压差计，指示液为汞，密度为13600 kg/m 3，U 形管开口右支管的汞面上注入一小段水（此小段水的压强可忽略不计），当地大气压Pa 为，水的密度取1000 kg/m 3，其它数据见附图，求A 处的绝对压强为多少Pa解：（1）取U 形管中处于同一水平面上的B 、C 、D 三点，根据等压点的判定条件可得到P B =P C ，P C =P D ，于是可得P B =P C =P D （2）根据静力学基本方程式可得：P D =P a +R ρHg g=P a +ρHg g=P BP A =P B +h ρH2O g=P D +h ρH2O g= Pa+ρHg g+ρH2O g于是A 处的绝对压强：P A =101330+×13600×+×1000×=136646Pa=4）温度为27℃的氮气流过内径为150mm 的管道，入口处压强为150kPa ；出口处压强为120kPa ，其流速为20m/s 。
求质量流速G kg/(m 2·s)和入口处流速u 入（氮气在管道内的流动可按等温流动处理）。
解：由于气体的密度是温度和压强的函数，所以要分别求入口和出口的密度；求质量流速G 。
①入口处N 2：p 入=150kPa, 3150281.684kg /m 8.314300pM RT ρ⨯===⨯入 ②出口处N 2：p 出=120kPa,3120281.347kg /m 8.314300pM RT ρ⨯===⨯出 ③质量流速G 。
220 1.34826.96kg /m s G u ρ==⨯⋅出出＝（）（2）求u 入s /m 01.16684.196.26u ==λλρG＝5）当20℃的甘油(ρ=1261kg/m 3, μ=1499厘泊)在内径为100mm 的管内流动时,若流速为s 时,计算其雷诺准数Re由雷诺准数定义式求解Re=312610.12Re 168.252000149910du ρμ-⨯⨯==〈⨯＝,层流 6）已知一密闭管路，管的内径为d ，管长为L ，液体在管内作稳定连续层流流动，流量为V m 3·s -1,总的阻力损失为h f 。
现将管的内径换成d/2，其它均不改变，此时新管路内的流速为（m ·s -1），流体流动的总阻力损失为（m ）。
'2244;4(/2)V V q q V Vu u u A d A d ππ===＝＝ '22'3232(4);16(216f f p f f f f lu l u p p d d h p h μμρ∆∆=∆=∆⋅=＝＝/）7）水在一倾斜管中流动，如附图所示，已知压差计读数为200mm ，试问测量段的阻力为多少以水银计左侧水平面0-0’为基准面,左侧测压孔1-1’截面和右侧测压孔2-2’截面与管道围成的区域为研究对象,在两测压孔之间列柏努利方程式得：22221122121212--++(222=1)f f p u p u p p u u z z g g g g g h h gz ρρρ++=⇒+∑∑++（）由0-0’为等压面，由流体静力学方程式可得12g 12g g 1212g ()()=+--=-+(=2-)H H H H h h p g h m p g z m g p gh p gz g p p p p gz gh g z h g gm h h gm ρρρρρρρρρρρρρρ++=++++++++⇒⇒⇒（）由 d 2= d 1，得222212111222122211(/2)1=4=41=4m/s(3)444V u d d q d u d u u u u d d ππ=⋅=⋅⇒===⇒⨯ 将（2）（3）等式带入（1）得22g 12323f 2-+[-+213.6101-41[(10.=]0.22)] 3.76m11029.81H u u z h h z h gρρ⇒∑+⨯⨯=+-++=⨯⨯）（）（9）质量流速为16200 kg/h 的25%氯化钠（NaCl ）水溶液在φ50×3mm 的钢管中流过。
