绪论 (2学时) 、化工过程与单元操作 化工过程一化学与物理方法处理过程的和。 单元操作一无化学反应的基本物理过程 单元操作分类——流体流动过程、传热过程、传质过程。 反应过程 二、课程的性质与任务 内容:三传、一反 1.流体流动过程(动量传递) 2.传热过程(热量传递) 3.传质过程(质量传递) 4.反应过程 性质:技术基础课。 任务:分析和解决化工单元操作中的实际问题。 以化工流程图讲解 物理量的单位与量纲 国际单位制与法定计量单位,量纲、量纲的一致性 1.单位制一物理量的大小用多种单位表示,由一系列基本单位构成 的单位系统。 (1).国际单位制的基本单位 长度(L)m,质量(M)Kg,时间(T)S,热力学温度(0)K 物质的量(N)mol,电流(I)A,发光强度(J)cd,(坎徳拉) (2).导出单位——具有专门名称,Pa,N,J,W (3).词头M(兆),K(千焦) (4).其它单位制cgs,工程 英制 2.因次和因次式(量冈和量冈式) 因次—一表示物料性质和状态的基本物理量 因次式一一由因次组成表示物理量特征的式子。 无因次式Re
6 绪论 （2 学时） 一、化工过程与单元操作 化工过程—化学与物理方法处理过程的和。 单元操作—无化学反应的基本物理过程。 单元操作分类—— 流体流动过程、传热过程、传质过程。 反应过程 二、课程的性质与任务 内容：三传、一反 1．流体流动过程（动量传递） 2．传热过程 （热量传递） 3．传质过程 （质量传递） 4．反应过程 性质：技术基础课。 任务：分析和解决化工单元操作中的实际问题。 以化工流程图讲解 三、物理量的单位与量纲 国际单位制与法定计量单位，量纲、量纲的一致性 1．单位制 — 物理量的大小用多种单位表示，由一系列基本单位构成 的单位系统。 （1）．国际单位制的基本单位 长度 〔L〕m，质量〔M〕Kg， 时间〔T〕S， 热力学温度 〔θ〕K 物质的量 〔N〕mol， 电流〔I〕A， 发光强度〔J〕cd， (坎徳拉) （2）．导出单位 —— 具有专门名称，Pa, N, J, W (3 )．词头 M （兆） ，K（千焦） （4）．其它单位制 c g s ， 工程 ， 英制 2．因次和因次式（量冈和量冈式） 因次——表示物料性质和状态的基本物理量。 因次式——由因次组成表示物理量特征的式子。 无因次式 Re
3.单位换算 单元操作中常用的基本概念 物料衡算,能量衡算,物系的平衡关系,传递速率 第一章流体流动(18学时) 教学目标和要求: 要求熟练掌握流体的流动规律,计算流体输送所需的功率、进行管路阻力计 算计算,选择测量流体流速和流量的装置 教学重点和难点: 实际流体流动的柏努力方程,流体流动的阻力计算 教学方式:(课堂讲授×学时、讨论和习题课X学时、实验×学时) 课堂讲授18学时,讨论和习题课2学时。 第一节概述(0.5学时) 、化工生产的流动现象 1.流动性 2.形状随容器而定 3.流体流动红旗一外力作用的结果。 4.连续性(除高度真空情况)。 、宏观流体特性 能宏观测定的平均参数—研究流体质点(微团)。 、可压缩流体及不可压缩流体 第二节流体静力学基本方程(3.5学时) 、流体的压力 定义:流体垂直作用于单位面积上的力。P=F/A[N/m2]-[Pa] 压力的单位 SI: N/ m2 工程单位——kgf/m2-at-mmH2O—mmHg latm=1.0133×105N/m2=1013kPa=10330kgf/m2=10.33mH2O 760mmHg lat=l kg f/cm2=10 mH2O=735.5 mmHg=98.1kPa
7 3．单位换算 单元操作中常用的基本概念 物料衡算，能量衡算，物系的平衡关系，传递速率 第一章 流体流动 ( 18 学时) 教学目标和要求: 要求熟练掌握流体的流动规律，计算流体输送所需的功率、进行管路阻力计 算计算，选择测量流体流速和流量的装置。 教学重点和难点： 实际流体流动的柏努力方程，流体流动的阻力计算。 教学方式：（课堂讲授×学时、讨论和习题课×学时、实验×学时） 课堂讲授 18 学时，讨论和习题课 2 学时。 第 一 节 概述 ( 0.5 学时 ) 一、化工生产的流动现象 1．流动性； 2．形状随容器而定； 3．流体流动红旗—外力作用的结果。 4．连续性 （除高度真空情况）。 二、宏观流体特性 能宏观测定的平均参数—研究流体质点（微团）。 三、可压缩流体及不可压缩流体 第 二 节 流体静力学基本方程( 3.5 学时 ) 一、流体的压力 定义： 流体垂直作用于单位面积上的力。P = F / A [ N / m2 ] – [ Pa ] 压力的单位 SI：N／m2 -- Pa 工程单位—— kg f / m2— a t — mm H2O — mm Hg 1atm = 1.0133×105 N / m2 =101.3 kPa = 10330 kg f / m2 =10.33mH2O = 760mmHg 1at =1 kg f / cm2 = 10 mH2 O =735.5 mmHg = 98.1kPa
压力的不同基准 1.以绝对真空为基准一一绝对压强。 2.以当时当地大气为基准一一表压。 表压值低于大气压的部分—一真空度。 表压=绝压一大气压 真空度=大气压—绝压 、流体的密度与比容 密度 1.定义:单位体积流体所具有的质量 p=m/V kg/m3 影响因素:温度和压力 (1)液体一不可压缩的流体,与压力无关,温度升高,密度降低。 (2)气体—可压缩性流体,通常(P不太高,T不太低)时可按理想 气体处理,否则按真实气体状态方程处理。 P =MP/RT 或 POTo P/TPc PkA R--831k J/ kmoLK 3.混合物密度 (1)气体pm=MmP/RT Mm= Miy!+ M2y2t----- +Mnyn 摩尔分率 (2)液体1/pm=a1/p1+a2/p2 an/p 质量分率 注意:混合物的体积应等于各组分单独存在时的体积之和。 比容 V/m =1/p [m/kg 1 1-3流体静力学基本方程 相对静止状态流体受力情况
8 压力的不同基准 1．以绝对真空为基准——绝对压强。 2．以当时当地大气为基准——表压。 表压值低于大气压的部分——真空度。 表压 = 绝压—大气压 真空度 = 大气压—绝压 二、流体的密度与比容 密度： 1．定义：单位体积流体所具有的质量 ρ= m / V kg / m3 2．影响因素：温度和压力。 （1）液体—不可压缩的流体，与压力无关，温度升高，密度降低。 （2）气体—可压缩性流体，通常（P 不太高，T 不太低）时可按理想 气体处理，否则按真实气体状态方程处理。 ρ = M P / R T 或 ρ = ρ0T0 P / T P0 P—kPa R—8.31 k J / kmol.K 3. 混合物密度 (1) 气体 ρm = Mm P / R T Mm = M1y1 + M2y2 +------ + M n y n y — 摩尔分率 （2）液体 1 / ρm = a1 /ρ1 + a2 /ρ2 + ------+ an / ρn a —— 质量分率 注意：混合物的体积应等于各组分单独存在时的体积之和。 二．比容 υ = V /m = 1 /ρ [ m3 /kg ] 1- 3 流体静力学基本方程 一．相对静止状态流体受力情况
F1=PlA F2=P2. A G= pgA(Zi-Z2) 静力学方程及巴斯噶定律 FI+G=F2 PI*A+p gA(Zi-Z2)=P2*A P2=PI+ pg(Zi-Z2) 或 P2=Po+ pg(zi-z2) Z1+P1 /pg=Z2+ P2/p g +P1/ g+ P2/p 三讨论 1.流体某一深度处的压力与深度和密度有关。 2.静止的,连续的同一流体内,同一水平面处,各点压力相等,此水平面 叫等压面。 3.液面上方流体压力改变,液体内部压力随着改变,且变化值相同。 4.压力或压差可用液柱高表示H=(P2-P0)/pg 5.位压头与动压头之和为常数。 Z——表示把单位重量流体由基准面移至Z高度后具有的位能。 P/pg——静压头,可用图解释。 6.用液柱表示,其高度可用不同液柱高表示,可用下式互换:H=Hp/p 7.注意此方程只适用于静止的连续的同一流体。 巴斯葛定律 1-4流体静力学基本方程式的应用 、压力测量 U型管压差计 2.微差压差计 2.倾斜液柱压差计 、液位的测量 三、液封 第三节管内流体流动的基本方程式(4学时) 、流量与流速
9 F1 = P1.A F2 = P2.A G = ρg A ( Z1 – Z2 ) 二．静力学方程及巴斯噶定律 F1+ G = F2 P1*A+ρgA ( Z1-Z2 ) = P2 * A P2 = P1 + ρg ( Z1- Z2 ) 或 P2 = P0 + ρg ( Z1 - Z2 ) Z1 +P1 /ρg = Z2 + P2 /ρg Z1 g + P1 /ρ = Z2 g + P2 /ρ 三.讨论 1. 流体某一深度处的压力与深度和密度有关。 2．静止的，连续的同一流体内，同一水平面处，各点压力相等，此水平面 叫等压面。 3．液面上方流体压力改变，液体内部压力随着改变，且变化值相同。 4．压力或压差可用液柱高表示 H = （P2 – P0）/ ρg 5．位压头与动压头之和为常数。 Z —— 表示把单位重量流体由基准面移至 Z 高度后具有的位能。 P / ρg —— 静压头，可用图解释。 6．用液柱表示，其高度可用不同液柱高表示，可用下式互换：H'= Hρ/ρ'。 7．注意此方程只适用于静止的连续的同一流体。 巴斯葛定律 1-4 流体静力学基本方程式的应用 一、压力测量 1．U 型管压差计 2．微差压差计 2．倾斜液柱压差计 二、液位的测量 三、液封 第 三 节 管内流体流动的基本方程式（4 学时） 一、流量与流速
流量:1.体积流量Vs[M/S] 2.质量流量G=pVkg/s] 流速:1.平均流速 u=VIa [m/sI 2.质量流速 W=G/A=pu kg/m2s 3.管径d=√4V/πu 液体:0.5——3m/s 气体:10 30m/s 注意:根据流量和选择的流速计算岀的管径,应根据标准管径进行圆整,然 后再根据选择的管径重新计算流速,此流速应在经验值范围内 1-6稳定流动与不稳定流动 1-7连续性方程式 G=VP=uA p u1.A1.p1=u2.A2.p2=常数 对于不可压缩性流体,密度可视为不变,则: /u2=(d2/d1)2 ##不可压缩性流体各截面的质量流量相等,且体积流量也相等。 ##连续性方程表示稳定流动系统中,流量一定时,管道各截面上流速的 变化规律。 1-8柏努力方程式 柏努利——(17001782年)瑞士物理学家,数学家,出身于科学家 他学过哲学,伦理学,医学,二十一岁时获得医学硕士学位。二十五岁止三十二 岁时,在彼得堡教数学,三十三岁时,又担任了巴塞尔大学的解剖学教授,五十 岁时成为物理学教授。在他三十八岁时,出版了《流体力学》一书,这部书是他 最重要的箸作,书中用能量守恒定律解决流体的流动问题,他分析了流体流动时 压强与流速的关系,并列出了方程,这就是后来以他的名字命名的《柏努利方程》 在数学方面,有关微积分,微分方程和概率论等也做了很多工作,曾十次获法国 科学院年度奖,他于1782年在巴塞尔逝世,终年八十二岁
10 流量： 1．体积流量 VＳ [ M ３／S] 2．质量流量 G＝ρV [kg / s] 流速：1．平均流速 u = V/A [ m / s ] 2．质量流速 w = G / A = ρu [kg / m2 .s] 3．管径 d = √4V/πu 液体：0.5 —— 3 m / s 气体：10 —— 30 m / s 注意：根据流量和选择的流速计算出的管径，应根据标准管径进行圆整，然 后再根据选择的管径重新计算流速，此流速应在经验值范围内。 1-6 稳定流动与不稳定流动 1-7 连续性方程式 G1 = G2 G =V ρ = u A ρ u1 . A1 . ρ1 = u2 . A2 . ρ2 = 常数 对于不可压缩性流体，密度可视为不变，则： u1.A1 = u2.A2 u1 / u2 = (d2 /d1 ) 2 # # 不可压缩性流体各截面的质量流量相等，且体积流量也相等。 ## 连续性方程表示稳定流动系统中，流量一定时，管道各截面上流速的 变化规律。 1—8 柏努力方程式 柏努利 —— （1700—1782 年）瑞士物理学家，数学家，出身于科学卋家。 他学过哲学，伦理学，医学，二十一岁时获得医学硕士学位。二十五岁止三十二 岁时，在彼得堡教数学，三十三岁时，又担任了巴塞尔大学的解剖学教授，五十 岁时成为物理学教授。在他三十八岁时，出版了《流体力学》一书，这部书是他 最重要的箸作，书中用能量守恒定律解决流体的流动问题，他分析了流体流动时 压强与流速的关系，并列出了方程，这就是后来以他的名字命名的《柏努利方程》。 在数学方面，有关微积分，微分方程和概率论等也做了很多工作，曾十次获法国 科学院年度奖，他于 1782 年在巴塞尔逝世，终年八十二岁