3区：
完全湍流区（阻力平方区）λ=f（ε/d）hf∝u2
湍流摩擦系数λ由实验研究的方法确定
过程分析确定影响因素ΔPf=Φ（d，l，u，ρ，μ，ε）
因次分析得：
线性化：
在固定（ε/d）和（l/d）的条件下，将（Δpf/ρu2）和Re的实验值在对数坐标纸上进行标
绘，若所得为一条直线，则证明待求函数可以用幂函数逼近，该直线的斜率为-k。
同样可以确定b
和k的值，常数K可由直线的截距求出。
将所得公式与直管阻力计算通式进行比较，即可得到湍流时摩擦系数的经验关联式。
非园管de=4rH=4（流通截面积/润湿周边长）
5、局部阻力计算式
局部阻力是摩擦阻力与形体阻力之和。
主要源于流道的急剧变化促使边界层脱体，产生大量的
漩涡，消耗了机械能。
突然缩小管的阻力损失来自于缩脉处的突然扩大。
两种估算方法:
（1）局部阻力系数法:
式中u为小管中的速度
（2）当量长度法:
6、阻力对管内流动的影响（难点）
（1）简单管路（如图2）
当阀门由全开转为半开时，局部阻力系数ζ增大，hfA-B增大，流速u减小，hf1-a减小，上游压强
pA增大，hFb-2减小，下游压强pB减小。
结论：
1）、管路是一个整体，
任何局部阻力系数的
增加将使管内各处的
流速下降。
2）、下游阻力增大将使
上游压强上升。
3）、上游阻力增大将使下游
压强下降。
4）、在任何时刻，阻力损失
表现为流体势能（以虚拟压强Р0表示）的降低。
（2）分支管路（如图3）
A阀关小，局部阻力系数ζA增大，阻力hf0-2增大，u2减小，Р0增大，u3增大，u0下降。
关小阀门使所在支管的流量下降，与之平行的支管内流量上升，但总流量还是减小。
★两种极端情况：
1）.支管阻力为主：
u0很小，Р0≈Р1且接近一常数。
任意支管情况的改变不至影响其
它支管的流量。
2）.总管阻力为主：
Р0与Р1或Р2相近，总管中的总流量将不因支管情况而变。
阀A的启闭不影响总流量，仅改变各支管间的流量分配。
（3）汇合管路（如图4）：
阀门关小，u3下降，
交汇点0虚拟压强Р0
升高。
此时u1、u2同时降低，但Р2<Р1下降更快。
当阀门关小到一定程度时，
因Р0=Р2，致使u2=0；继续关小阀门则u2作反向流动。
任一管段或局部的条件变化
都将会破坏整个管路原有的能量平衡，并根据新的条件建立新的平衡。
★柏努利方程转换为管路特性曲线方程（u1=u2，λ=常数）
1）路状态参数B=f（λ，l，le，ζ，d），视其大小可分为高阻管路和
低阻管路。
2）K为终止与起始状态间单位重量流体所具有的总势能差，分三种情况：
（1）高能位流向低能位K<0
（2）循环管路K=0
（3）低能位流向高能位K>0
二、离心泵特性曲线
1．
离心泵基本方程式
后弯叶片β2<900,ctgβ2>0,B>0
QT=πD2b2Cr2
2.离心泵的特性曲线由实验测定
H=A-B’Q2
★问题：
1）实验装置布置。
2）需测定什么参数。
3）实际操作中注意的问题。
4）性能参数（H，η，N）随流量Q的变化趋势。
最高效率点下对应的流量，称为额定流量。
对应一组最佳工况参数。
轴功率
3.物性的改变对离心泵特性曲线的影响：
1）密度ρ：
压头、流量、效率与密度无关，轴功率随密度的增大而上升。
2）粘度μ：
压头、流量、效率随粘度的增大而下降，轴功率增大。
4.离心泵的工作点——管路特性曲线与泵特性曲线的交点
管路特性曲线方程He=K+BQe2
泵特性曲线方程H=A-B’Q2
工作点H=HeQ=Qe
5.输送设备（泵）的分类
动力式（叶轮式）——离心式、轴流式
容积式（正位移式）——往复式、旋转式
往复泵属于正位移泵，流量不均，流量与缸体的容积及活塞的往复频率有关，而与泵的压头及管路情况无关；压头取决于管路情况，受泵体的承压能力限制；有自吸能力；需用旁路调节流量。
三、
流体流动及输送综合计算
管路测量
分支汇合并联
管路基本计算+泵的安装高度
工作点改变
泵的组合
非定态流动
1、管路测量
毕托管（测大管气速）--动能式
（微差压差计）
孔板流量计——差压式流量计（节流式）
标准孔板C0=f（Re,A0/A）,当C0为常数时，
孔板流量计的阻力损失
3）文丘里流量计——节流式
4）转子流量计——截面式流量计
流量校正
转子切削后，流量变化。
2、分支汇合并联
分支汇合管路:
交点处产生动量交换，造成局部能量损失，同时各流股间还有能量交换。
工程上采用
（1）对L/d>>1000的长管，忽略交点阻力；
（2）用三通管的局部阻力（能量增加ζ<0，能量减少ζ>0）代替。
并联管路:
V=V1+V2
并联滞流管路:
管网:
当以支管阻力为主时，各支管流速均匀，总流量与分支管路的数目近似成正比。
3、泵的安装高度
允许吸上真空度法
允许气蚀余量法
4、工作点改变
A、改变泵的特性曲线
1）改变转速
若转速变化小于20%，设速度三角形相似，则效率不变，有比例定律：
2）改变叶轮直径（D2’b2’=D2b2）
若叶轮直径变化小于5%，同上，有切割定律：
3）变泵的组合（详见5）
B、改变管路特性
1）改变阀门的开度
关小阀门，阀门局部阻力系数增大，B增大，H增大，Q下降。
见图6
（1）,阀门关小,管路特性曲线
变陡.
2）改变上下游的静压头差和位压头差ΔP/ρg，ΔZ变化，引起K变化，则H，Q将发生变化。
见图6
（2）,（ΔP/ρg+ΔZ）增大时,管路特性曲线上移.
5、泵的组合
型号相同的泵并联，同样压头下流量加倍。
H并=A-B‘Q2/4
型号相同的泵串联，同样流量下压头加倍。
H串=2（A-B‘Q2）
低阻管路Q并大于Q串，高阻管Q并小于Q串。
6、非定态流动
当上下游流体截面间的距离或压强随时间发生渐变时，泵的扬程和流量也随之而变，为非定态流动。
拟定态处理，应用微分物料恒算式和瞬间柏努利方程求解。
典型例题
★基本知识的灵活运用举例
有一管路系统如图所示。
水在管内向高位槽流动，当E阀开度为1/2时，A、B两处的
压强表读数分别
为5.9×104Pa及4.9×104Pa。
此时流体的流量为36m3/h。
现将E阀开大，B点压强
表读数升至6.87×104Pa，
水的密度为1000kg/m3。
假设在两种情况下，流体
都进入了阻力平方区。
求：
E阀开大后，
（1）管内水的流量；
（2）A处压强表读数Pa。
（天大95/10）
解：
设水槽液面为C-C截面，以AB管道中心线为基准水平面，在B-B与C-C截面间
列柏努力方程：
E阀开大后
Q‘=（u’/u）Q=1.414×36=51m3/h
（2）
p’A=（pA-pB）（u’/u）2+p’B
=（5.9×104-4.9×104）×2+6.87×104=8.87×104Pa
★虹吸管问题：
如图1所示：
反应器和储槽均通大气，用虹吸管从高位槽向反应器加料。
要求料液流速为u=1m/s，料液在管内阻力损失为∑hf=20J/kg（不计出口损失）。
求：
高位槽液面比管出口高出多少？
（h=2.09m）Notes:
空化现象
图1
图2
★真空吸料问题：
如图2，储槽液面恒定。
将30℃的C2H5OH（密度为800kg/m3）用φ57×3.5mm的无缝钢管吸入高位槽中。
要求VS=0.004m3/s，且∑hf=0。
求真空泵需将高位槽的压力降到多少？
（p=5300N/m2）
解题中应注意多学科知识的结合，计算是一个方面，而更重要的是分析操作过程的可行性，实际生产中能否实现及如何实现的问题。
概念题
流体力学部分
1.连续性介质假定是指（）.
2液封是指（）．
3．流体阻力产生的根源是（）。
粘性是指（）。
4．在连续稳定流动过程中，流速与管径的（）成正比。
均匀圆管内流体的流速不因流阻的存在而（）。
（减、降或不变）
5．无因次数群是（）的数组。
6．滞流与湍流的根本区别是（）。
7．一定量的流体在圆形直管内流过，若流动处于阻力平方区，则流动阻力与速度的（）成正比。
8．圆形直管内流体滞流流动的速度分布呈（）形状。
其平均速度是中心最大速度的（）。
摩擦阻力系数与雷诺数的关系是（）。
9．流体流动边界层是指（）。
流体流过某一障碍物发生边界层脱体的原因是（）。
由于固体表面形状而造成边界层分离所引起的能量损失，称为（）。
粘性流体绕过固体表面的阻力为摩擦阻力和（）之和，又称为局部阻力。
10．局部阻力所引起的能量损失有两种计算方法：
（）法和（）法。
11．并联管路的特点是（）。
分支管路的特点是（）。
12．孔板流量计是通过（）来反映流量的大小，又称为（）流量计，而转子流量计是流体流过节流口的压强差保持恒定，通过变动的（）反映流量的大小，又称（）。
13．教材P88思考题
流体输送设备部分
1．离心泵在启动前，要先灌泵，以防止（）现象的发生。
气蚀是指（）。
为防止气蚀现象的发生，离心泵的安装高度应（）。
2．离心泵的性能参数主要是（、、、）。
性能曲线是指（、、）的关系曲线。
3．离心泵的允许吸上真空度是指（）。
允许气蚀余量是指（）。
4．离心泵的工作点是（）的交点。
工作点调节即流量调节一般用（）方法。
5．采用离心泵的串并联可改变工作点，对于管路特性曲线较平坦的低阻管路，采用（）组合可获得较高的流量和压头；而对于高阻高阻管路，采用（）组合较好；对于（ΔZ+ΔP/ρ）值高于单台泵所能提供最大压头的特定管路，则采用（）组合方式。
6．往复泵的有自吸能力，启动前不需（），往复泵的压头与泵的尺寸（），取决于管路特性，这类泵称为（）。
流量调节不能简单地用排出管路上的阀门来调节流量，一般用（）来调节。
7.风机的性能参数是指（，，）等。
若被输送气体的温度增高，风机的风压将（）。
风机的风量一般是以（）状态计量的。
8．往复压缩机的主要部件有（、、）等。
压缩比是指（）。
为解决压缩机的流量不均问题，在压缩机的出口应安装（）。
第三章非均相物系的分离
主要内容
一.重力沉降
1.沉降速度:
颗粒在等速沉降阶段的速度．在等速沉降阶段,颗粒受重力．浮力及压差力的作用处于力平衡,由此可求出沉降速度ut．
2.按Ret的大小沉降可分为三个区:
（1）
滞流区（Stoke’s区）:
10-4（2）
过渡区（Allen区）:
1（3）
湍流区（Newton区）:
103★特别提示:
（1）Stoke’s区:
ut∝d2/μ
（2）Newton区:
ut∝d1/2,与μ无关
（3）ρs愈大,d愈大,则ut越大,沉降所需时间越少．
（4）对非球形颗粒,用当量直径de代替d计算．
3.沉降速度ut与颗粒直径d的两种计算法:
（1）试差法
（2）摩擦数群法,可避免试差．
4.分离设备
（1）降尘室---分离气固混合物
生产能力VS注意:
a降尘室的生产能力只与降尘室的长宽（或底面积）．沉降速度有关,与降尘室的高度无关．一般采用多层降尘室．但分离效率低,通常是用于分离粒度大于50μm的粗颗粒．
b颗粒回收的百分率:
若颗粒在降尘室入口的炉气中是均匀的,则某尺寸颗粒在降尘室的沉降高度与降尘室高度之比约等于该尺寸颗粒被分离下来的百分率．
（2）沉降槽—分离液固混合物
a表观沉降速度u0不同于沉降速度ut,二者的运动参照物系不同．u0b沉降槽的主要尺寸:
直径与高度的计算．
二.离心沉降
将重力场改为离心力场,参照重力沉降的处理方法解决离心沉降问题．
1.分离因数Kc:
分离因数是惯性离心力场强度与重力场强度之比．是描述离心分离设备的重要性能参数．反映离心分离效果的好坏,Kc越大,表示分离效果越好．
若沉降均处在滞流区,则
2.离心沉降设备
（1）旋风分离器—分离气固混合物
临界粒径
旋风分离器的直径D增大,B增大,dc增大,分离效率下降．
dc∝B1/2
（2）旋液分离器—分离液固混合物
三.过滤
1.处理方法:
典型的数学模型法
2.
一般过滤方程式
注意:
ΔΡ,μ,ν等对具体过滤过程的影响．
（1）恒压过滤方程
V2+2VVe=KA2θ
V2e=KA2θe
或q2+2qqe=Kθ
q2e=Kθe
（2）恒速过滤
VR=uRθRA
S=0时,ΔP=aθ+b（a,b为常数）
（3）滤饼洗涤时间的计算
若ΔPW=ΔPE,μW=μ液:
叶滤机:
板框机:
LW=2LE,AE=2AW
若ΔPW=ΔPE,μW=μ液:
（3）过滤机的能力Q（m3/h）
a.间歇过滤机
注意:
最大生产能力的计算,当θD一定时,V2=KA2θD时,生产能力最大．是由dQ/dV=0求得的．
b.连续转筒真空过滤机
转一周得滤液量
生产能力为：
典型例题
★利用沉降原理测定液体粘度
某粒子的密度为1700kg/m3，在20℃的水中沉降，过程符合斯托克斯定律，其沉降速度为10mm/s。
今将该粒子放入一待测粘度μ的溶液中，此溶液的密度为ρ=750kg/m3，测得沉降速度为4.5mm/s。
求溶液的粘度是多少？
在20℃时μ水=1.3×10-3PaS。
（清华95）
解：
沉降符合斯托克斯定律，则有
★过滤机的最大生产能力
用一板框压滤机对悬浮液进行恒压过滤，过滤20分钟得滤液20m3，过滤饼不洗涤，拆装时间为15分钟，滤饼不可压缩，介质阻力可略。
试求：
（1）该机的生产能力，以m3（滤液）/h表示
（2）如果该机的过滤压力增加20℅，该机的最大生产能力为多少m3（滤液）/h？
（石油98/8）
解：
（1）
（2）
V2=KA2θD
KA2=20/20=1
最大生产能力时对应的滤液量为V2opt=KA2θD=15
θopt=15/1=15min
ΔP’=1.2ΔP
V∝ΔP1/2
V’opt=1.21/2×151/2=4.24m3
Qmax=4.24/30=8.4m3/hr
★滤饼的洗涤问题
采用板框压过滤机进行恒压过滤，操作1小时后，得滤液15m3，然后用2m3的清水在相同的压力下对滤饼进行横穿洗涤。
假设清水的粘度与滤液的粘度相同。
滤布阻力可略，试求：
（1）洗涤时间
（2）若不进行洗涤，继续恒压过滤1小时，可另得滤液多少m3？
（天大97/8）
解：
V2=KA2θ
KA2=152
采用横穿洗涤法，则有：
★操作压强对过滤机生产能力的影响
用板框过滤机过滤某悬浮液，一个操作周期内过滤20分钟后共得滤液4m3（滤饼不可压缩，介质阻力可略）。
若在一个周期内共用去辅助时间30分钟，求：
（1）该机的生产能力
（2）若操作压强加倍，其它条件不变（物性、过滤面积、过滤时间与辅助时间），该机生产能力提高了多少？
（清华97/12）
解：
滤饼不洗涤
（1）Q=4/（20+30）=0.08m3/min
（2）K∝ΔP
V’∝ΔP1/2
V’=21/2V=1.414×4=5.65m3
Q=5.65/50=0.113m3/min
概念题
1．沉降操作是指（）。
根据沉降操作的作用力，沉降过程有（）和（）两种。
2．若气体中颗粒的沉降处于滞流区，当气体温度升高时，颗粒的沉降速度将（），颗粒的沉降速度与粒径的关系是（）。
3．颗粒形状与球形的差异程度，可用它的球形度来表征。
球形度是指（）。
4．颗粒沉降速度的计算方法有：
（），（）两种。
5．降尘室是指（）的设备。
其生产能力只与（）和（）有关，与降尘室的（）无关。
为提高其生产能力，降尘室一般为（）。
6．用降尘室分离含尘气体时，若颗粒在降尘室入口处的气体中是均匀分布的，则某尺寸颗粒被分离下来的百分率等于（）。
7．悬浮液的沉聚过程中，颗粒的表观沉降速度是指（）的速度。
8．离心沉降是依靠（）实现的沉降过程。
若颗粒与流体之间的相对运动属于滞流，旋转半径R=0.4m，切向速度uT=20m/s时，分离因数KC等于（）。
9．旋风分离器是利用（）从气流中分离出尘粒的设备。
临界粒径是指在理论上（）颗粒直径。
10．恒压过滤时，过滤面积不变，当滤液粘度增加时，在相同的过滤时间内，过滤常数K将变（），滤液体积将变（）。
（浙大96）
11．恒压过滤操作中，如不计介质阻力，滤饼不可压缩，过滤压力增加2倍，滤液粘度增加1倍，过滤面积也增加1倍，其它条件不变，则单位过滤面积上的滤液量为原来的（）。
（石油97）
12．板框压滤机洗涤速率与恒压过滤终了的速率的1/4这一规律只在（）时才成立。
A过滤时的压差与洗涤时的压差相同
B滤液的粘度与洗涤液的粘度相同
C过滤时的压差与洗涤时的压差相同且滤液的粘度与洗涤液的粘度相同
D过滤时的压差与洗涤时的压差相同，滤液的粘度与洗涤液的粘度相同，而且过滤面积与洗涤相同（清华98）
13．恒压过滤且介质阻力忽略不计，如粘度降低20℅，则在同一时刻滤液增加（）
A11.8℅B9.54℅C20℅D44℅（清华98）
14．过滤介质阻力忽略不计，下列恒压过滤循环中那种生产能力最大（）（θ为时间）
Aθ过滤=θ洗涤Bθ洗涤+θ过滤=θ辅
Cθ过滤=θ洗涤+θ辅Dθ洗涤=θ过滤+θ辅（浙大96）
15．在板框压滤机中，如滤饼的压缩性指数S=0.4，且过滤介质阻力可忽略不计，则当过滤的操作压强增加到原来的2倍后，过滤速率将为原来的（）倍。
A1.3B1.2C1.4D1.5
第四章传热
主要内容
以冷热流体在间壁式换热器两侧对流----导热-----对流
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