化工原理U6
第六章 传热过程计算与换热器 换热器：间壁式换热器 概念：传热的三个环节（间壁式） 间壁式换热器中，两流体被固体壁面隔开，传热过程可分为三个串联环节： 热流体侧对流换热（热流体 → 壁面） 壁面导热（穿过壁材） 冷流体侧对流换热（壁面 → 冷流体） 因此，稳态下整体传热可用总传热系数与平均温差统一表述： Q=KAΔtmQ=K A \Delta t_m Q=KAΔtm 其中： QQQ：传热量（单位时间传递的热量） KKK：总传热系数（由各环节热阻串联决定） AAA：传热面积（必须与 KKK 的面积基准一致） Δtm\Delta t_mΔtm：平均温差（由流程决定，间壁式常用对数平均温差） 逆流、并流与平均温差 换热器沿程温差随位置变化，不能用某一点温差代替整体推动力；需采用平均温差。对并流或逆流，常用对数平均温差： Δtm=Δt2−Δt1ln(Δt2/Δt1)\Delta t_m=\frac{\Delta t_2-\Delta t_1}{\ln\left(\Delta t_2/\Delta t_1\right)} Δtm=ln(Δt2/Δt1)Δt2−Δt1...
化工原理U5
第五章 热量传递基础 概念 温度场：空间中温度随位置与时间的分布。 稳态温度场：任一点温度不随时间变化，即 ∂T/∂τ=0\partial T/\partial \tau=0∂T/∂τ=0。 非稳态温度场：温度随时间变化，即 ∂T/∂τ≠0\partial T/\partial \tau\neq 0∂T/∂τ=0。 等温面：温度相同的点所构成的曲面；等温面一般不相交（同一空间点不能同时具有两个温度值）。 三种传热方式：热传导、对流、热辐射。工程问题中常为多种方式耦合。 一、热传导 1. 传热速率与热通量 传热量（热量传递速率）常记为 QQQ（单位 WWW）。 热通量（热流密度）记为 qqq（单位 W/m2W/m^2W/m2），定义为单位面积上的传热量： q=dQdAq=\frac{dQ}{dA} q=dAdQ 2. 傅里叶定律 ⭐ 沿法向 nnn 的一维导热中： q=−λ∂t∂nq=-\lambda \frac{\partial t}{\partial n} q=−λ∂n∂t λ\lambdaλ：导热系数，单位 W/(m⋅K)W/(m\cdot K)W/(...
化工原理U4
第四章 搅拌 4.1 基本概念与机械搅拌设备的构成 4.1.1 机械搅拌的作用与对象 机械搅拌通过搅拌器对流体做功，使体系产生宏观循环流动与局部湍动，从而实现或强化： 单相液体的均匀化（浓度、温度等） 液-液分散（形成液滴并维持分散） 气-液分散（气泡的分散、停留与循环） 固-液悬浮（颗粒从底部被带起并维持悬浮） 反应、传热、传质等过程的强化（作为流动与接触条件的工程基础） 4.1.2 搅拌设备的基本构成 机械搅拌设备通常由以下部分组成： 搅拌槽（罐）：常为圆筒形槽或罐体，提供容积与边界条件。 搅拌叶轮（搅拌器、搅拌叶轮、搅拌推进器）：将机械能传递给流体，驱动流体产生径向/轴向流动与剪切湍动。 转轴：连接驱动装置并带动叶轮旋转。 挡板：安装在槽内壁或近壁面的竖直板，用于抑制旋涡、改善流动结构并增强混合。 电机/传动与辅助部件：调速装置、支架、密封部件等。 4.2 搅拌叶轮的类型与流动特征 4.2.1 按结构形状分类（重点） 常见类型包括： 桨叶式 涡轮式 螺旋桨式 4.2.2 按搅拌流动状况及特性分类（重点） 径向流搅拌叶轮：流体主要沿径向喷出并在槽内形成...
化工原理U3
第三章 机械分离与固体流态化 一、沉降 ⭐ 1. 重要概念 自由沉降：颗粒在稀相体系中沉降，颗粒间相互干扰可忽略；颗粒相对于流体达到稳定运动时的相对速度称为自由沉降速度（或终端沉降速度）utu_tut。 沉降速度 utu_tut：颗粒相对流体的稳定沉降速度（重点强调其本质为“颗粒与流体的相对运动速度”）。 影响沉降速度的因素：颗粒粒径、颗粒与流体密度差、流体黏度、流动状态（雷诺数）、颗粒形状等（按教材条目理解即可）。 离心分离因素：以离心场替代重力场增大“有效加速度”，提高分离驱动力（仅作概念性认识，具体以后续设备章节展开）。 2. 自由沉降与自由沉降速度 对球形颗粒，在重力场中达到稳定沉降时，受力平衡为： π6dp3(ρp−ρ)g=FD\frac{\pi}{6}d_p^3(\rho_p-\rho)g = F_D 6πdp3(ρp−ρ)g=FD 曳力用曳力系数 ζD\zeta_DζD 表示： FD=ζD⋅πdp24⋅ρut22F_D=\zeta_D\cdot\frac{\pi d_p^2}{4}\cdot\frac{\rho u_t^2}{2} FD=ζD...
化工原理U2
第二章 流体输送机械 2.1 概述 2.1.1 流体输送机械的定义与分类 流体输送机械是指通过外界机械能作用，使流体获得能量并实现输送的机械设备。 按输送介质可分为： 液体输送机械（泵） 气体输送机械（风机、压缩机、真空泵） 按能量传递方式，泵可分为： 速度式泵：通过提高流体速度，再将动能转化为压强能； 容积式泵：通过工作腔容积的周期性变化实现流体输送。 2.1.2 泵的能量表述——扬程 泵对液体所做的有效功，通常以单位重量液体所获得的机械能表示，称为扬程。 在稳态、连续流动条件下，以泵进口截面 1、出口截面 2 为基准： H=(p2ρg+u222g+z2)−(p1ρg+u122g+z1)H=\left(\frac{p_2}{\rho g}+\frac{u_2^2}{2g}+z_2\right) -\left(\frac{p_1}{\rho g}+\frac{u_1^2}{2g}+z_1\right) H=(ρgp2+2gu22+z2)−(ρgp1+2gu12+z1) 其中： ppp 为截面处压力； uuu 为平均流速； zzz 为几何高度； ρ\...
化工原理U1
第一章 流体力学基础 本章核心：用静力学与动量/能量守恒描述流体的压力、流动与阻力，并能完成管路计算与流量/流速测量的基本分析。 1.1 概述 1.1.1 化工过程中的流体问题 化工生产中大量涉及： 流体的输送（管路、阀门、泵/风机） 流体的计量与测量（压力、压差、液位、流量） 设备内外的流动阻力与能量消耗 与传热、传质、反应等耦合的流动现象（如边界层、湍流对传递过程的影响） 1.1.2 连续介质模型与“质点”思想 连续介质假设：把流体视作连续分布的介质，用密度、压力、速度等场量描述。 流体微团（质点）：足够小但仍含大量分子的体积元，便于把守恒定律写成工程方程。 1.1.3 流体基本物性（工程常用） 密度：ρ=mV\rho=\dfrac{m}{V}ρ=Vm 比容：v=1ρv=\dfrac{1}{\rho}v=ρ1 重度（容重）：γ=ρg\gamma=\rho gγ=ρg 可压缩性 液体通常近似不可压缩（ρ\rhoρ 近似常数） 气体密度随 p,Tp,Tp,T 变化显著 1.1.4 压力的定义、分类与单位 压力定义p=FAp=\frac{F}{A} p...
物理化学U11
第十一章 化学动力学 约定：浓度用 ccc（或 cic_ici）表示；反应速率用 rrr 表示；速率常数用 kkk 表示；气体常数 RRR；玻尔兹曼常数 kBk_{\mathrm{B}}kB；普朗克常数 hhh。 化学计量数按“生成物为正、反应物为负”的习惯：νi\nu_iνi。 §11.1 化学反应速率与速率方程 1）依时计量学反应与非依时计量学反应 依时计量学反应：反应进行过程中，各物质浓度变化始终与总计量式保持固定比例关系。 非依时计量学反应：反应步骤中存在中间产物且随反应积累，使得浓度变化不严格满足总计量式的固定比例关系（用“总计量式”描述会失真）。 2）反应速率的定义 对反应 ∑iνiBi=0\sum_i \nu_i B_i = 0 i∑νiBi=0 用反应进度 ξ\xiξ 定义（规范化定义）： r≡1Vdξdtr \equiv \frac{1}{V}\frac{\mathrm{d}\xi}{\mathrm{d}t} r≡V1dtdξ 并且 dni=νi dξ⇒r=1νiVdnidt\mathrm{d}n_i = \nu_i\,\mathr...
物理化学U5
第五章 化学平衡 约定：化学计量数 νi\nu_iνi（生成物为正、反应物为负），反应进度 ξ\xiξ；活度 aia_iai 取无量纲形式；标准态用上标 ∘\circ∘ 表示。 §5.1 摩尔反应吉布斯函数与化学反应方向 1）反应进度（extent of reaction） 对任意反应∑iνiBi=0\sum_i \nu_i B_i = 0 i∑νiBi=0 反应进行 dξ\mathrm{d}\xidξ 时，各组分物质的量变化：dni=νi dξ\mathrm{d}n_i = \nu_i\,\mathrm{d}\xi dni=νidξ 2）摩尔反应吉布斯函数（反应吉布斯能） 基本热力学关系：dG=−S dT+V dp+∑iμi dni\mathrm{d}G=-S\,\mathrm{d}T+V\,\mathrm{d}p+\sum_i \mu_i\,\mathrm{d}n_i dG=−SdT+Vdp+i∑μidni 恒温恒压（T,pT,pT,p 不变）：(∂G∂ξ)T,p=∑iμi(∂ni∂ξ)T,p=∑iνiμi\left(\frac{\part...
物理化学U4
第四章 多组分系统热力学 本章核心：用“偏摩尔量/化学势”描述多组分体系；用“逸度/活度”把真实体系化学势写成与理想体系同型的对数形式；用“依数性”把稀溶液重要现象统一起来。 §4.1 组成表示与基本概念 多组分体系：组分数为 CCC，第 iii 个组分的物质的量 nin_ini，总量 n=∑inin=\sum_i n_in=∑ini。 摩尔分数： xi=nin,∑ixi=1x_i=\frac{n_i}{n},\qquad \sum_i x_i=1 xi=nni,i∑xi=1 常用浓度标度（依体系选择）： 质量分数 wiw_iwi 质量摩尔浓度（molality）bib_ibi（或 mim_imi） 体积摩尔浓度（molarity）cic_ici 气体混合物中（理想气体近似）：分压 pi=yipp_i=y_i ppi=yip，其中 yiy_iyi 为气相摩尔分数。 §4.2 偏摩尔量（Partial molar property） 1）定义（广度量的“边际贡献”） 对任一广度性质 MMM（如 V,H,S,G,…V,H,S,G,\dotsV...
物理化学U3
第三章 热力学第二定律 约定：Q>0Q>0Q>0 为体系吸热；功 WWW 取“环境对体系做功为正”。 因此热机对外输出功的大小 Wout=−W>0W_{\mathrm{out}}=-W>0Wout=−W>0。 §3.1 自发过程与不可逆性 自发过程：在给定条件下无需外界持续做功即可发生；其逆过程不能自动发生。 不可逆性来源：摩擦/黏滞、有限温差传热、自由膨胀、扩散混合、化学反应等（均伴随耗散）。 §3.2 第二定律的表述（Kelvin / Clausius）与第二类永动机 第二类永动机：从单一热源吸热并把热量全部转变为功且不引起其他变化——不可能实现。 Clausius 表述：热量不可能自动从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。 Kelvin 表述：不可能制造一种循环热机，使其唯一结果是从单一热源吸热并把吸收的热量全部变为功。 两种表述等价（互相可导出）。 §3.3 热机、卡诺循环与卡诺定理 1）热机效率 热机：从高温热源 ThT_hTh 吸热 QhQ_hQh，向低温热源 TlT_lTl 放热 QlQ_lQl，...