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《化工原理》⑴期末复习提要

《化工原理》是化工工艺专业的一门重要的基础课，课程的基本内容和学习要求已在该课程教学大纲中详细说明，为了方便同学们的期末复习，本复习提要对此作出进一步说明。

第一章 流体力学 一、复习要求

1、理解流体主要物理量；密度ρ 、压力Ｐ、粘度μ 、流速 ｕ和流量 Ｖs （ Ｗ

s）的定义、单位、影响因素及换算。

2、掌握流体静力学方程及其物理意义和应用（压强的测量和液面的测定）。 3、了解稳定流动和不稳定流动的概念；理解稳定流动的连续性。 4、重点掌握柏努利方程式的物理意义及应用。 5、理解流量不同测量方法的特点 二、复习提要 1、流体静力学

（1）流体的密度ρ＝ｍ／ｖ ㎏/m3，随它的温度和压强而变化。压强对液体的密度影响很小，可忽略不计。气体具有可压缩性和热膨胀性，其密度随温度和压力有较大变化，其密度：ρ＝PM/RT ｋg/m3

（2）流体的静压强是垂直作用于单位面积上的压力，其单位可根据的定义（Pa）、液柱高度（ｍ）、大气压（atm）等进行表示以及相互换算。流体的压强还可用表压强和真空度来表示，绝对压强是流体的真实压强。

（3）静力学基本方程式是描述静止流体内部压强变化的规律。它可用两种方法来表示；

力的形式： Ｐ2＝Ｐ1＋ρg(Ｚ1－Ｚ2)

能量的形式： (Ｐ2／ρ)＋ｇｚ2＝(Ｐ1／ρ)＋ｇｚ1

工程上应用此方程可解决静止流体的压力差测定、液位测定和计算液封高度等问题。在应用中主要是如何选取等压面，其实质为对于连续流体、静止流体、同一种流体中在同一水平面上静压强相等的概念的具体运用（注意静止流体内任一点的压强与深度有关）。静止液体内有若干个水平等压面。当液面上方的压强

有改变时，流体内部各点的压强也发生同样大小的改变。压强差的大小可以用液柱高度来表示。 2、流体动力学

（1）流量与流速的表示法：Ｖs 、Ｗs 、ｕ 、Ｇ 的含义及相互间的换算关系。稳定流动和不稳定流动。 （2）物料衡算——连续性方程

Ｖs＝Ｕ1Ａ1＝Ｕ2Ａ2＝...＝ＵＡ＝常数。说明不可压缩流体不仅流经各截面的质量流量也相等。流速与导管的截面面积成反比，这对分析流体流动问题很有用。

（3）实际流体的机械能守恒——柏努利方程式

ｇｚ1＋(Ｐ1／ρ)＋(ｕ12／2)＋Ｗs＝ｇｚ2＋(Ｐ2／ρ)＋(ｕ22／2)＋∑ｈf

此方程说明不可压缩的连续流体，在管内作稳定流动而又没有外加功加入时,任一截面上单位质量流体所具有的总机械能为一常数;各种形式的机械能可以相互转换,前三项是指在某截面上流体本身所具有的能量,后两项是指流体在两截面之间所获得的能量.

Ｗe ——1㎏流体在两截面间所获得的能量.

∑ｈf——１㎏ 流体在两截面间所消耗的能量。

可以用此方程来计算输送设备的有效功率（功率）；管道中流体的流量；管路中流体的压力；设备之间的相对位置等。注意两截面的选定应与流体流动方向相垂直，宜选已知数据较多的截面。截面上的流量取该截面上的平均值。计算位能的基准面必须是水平面，基准面的位置对计算结果无影响。P可以是表压也可是绝对压，但两截面的值必须用同一种表示法表示， Ｗe 是流体在两截面间获得的能量，∑ｈf是两截面之间的能量消耗，放在终了截面一侧。 （4）流动类型及阻力计算

流体的型态可分为层流（滞流）、过渡流和湍流（紊流），而流动类型可用雷诺数（Re）来判定，可分为三个区域：层流区、过渡区、湍流区。流体的阻力由流体的粘性产生，牛顿流体粘性定律计算内摩擦阻力。

管路的总阻力损失是管路上全部直管阻力与局部阻力之和。对于流体流经直径不变的管路时，若把局部阻力都按当量长度的概念来表示，则管路的总能量损

失为：

2?l?u?hf????????d?2

l??leu2??()d2

注意：此式用于直径相同的管段或管路系统的计算，式中的流速ｕ是指管段或管路系统的流速，可按任一管截面来计算。而柏努利方程式中动能ｕ2／２项中的流速ｕ，是指相应的衡算截面处的流速。le称为管件或阀门的当量长度，单位为ｍ 。其值表示流体通过一管件或阀门的能量损失相当于流体通过一直径相同的直管的长度。因此可将局部阻力计算转换成直管阻力计算。摩擦系数λ取决于流型，层流时：λ=64/Re; 湍流时视情况而定。

hf?32?lu/d?Pf?32?lu/d2另外，注意哈根-泊禝叶公式： or

3、管路计算

2? （1）简单管路计算；（注意试差法） （2）复杂管路计算（注意管路特点） 4、流量的测量

（1）孔板流量计：根据流体在孔板上游的压强和缩脉处压强的差值，来计算管内流体的流量：

Vs= C0[2gR（ρA－ρ）／ρ]?

Ws＝A0C0＝A0C0[2gRρ（ρA－ρ）]?

孔板流量计构造简单，制造、安装方便，应用很广，损失压头较大。 （2）文氏管流量计：用一段渐缩渐扩管代替孔板，构成的文氏管流量计。流体的损失压头较小，结构不如孔板紧凑，加工较麻烦。

（3）转子流量计：利用转子所受的上推力与净重力达到平衡时，转子浮在一定高度上来测量流量。与孔板流量计不同的地方是转子流量计的环隙截面是可变的，而转子上下方的压强差却不随流量而变。 （4）测速管 三、基本计算

1．流体主要物理量的计算（包括单位换算）。 2．静力学基本方程式的应用。 3．柏努利方程式的应用。 4．流动阻力计算。