第一章 流体流动－基本概念与基本原理
1、 流体静力学基本方程式
或
注意：
1、应用条件：静止的连通着的同一种连续的流体。
2、压强的表示方法：绝压—大气压=表压 表压常由压强表来测量；
大气压—绝压=真空度 真空度常由真空表来测量。
3、压强单位的换算：
1atm=760mmHg=10.33mH2O=101.33kPa=1.033kgf/cm2=1.033at
4、应用：水平管路上两点间压强差与U型管压差计读数R的关系：
处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须时静止、连续和同一种液体。
二、定态流动系统的连续性方程式––––物料衡算式
三、定态流动的柏努利方程式––––能量衡算式
1kg流体：
[J/kg]
讨论点：
1、流体的流动满足连续性假设。
2、理想流体，无外功输入时，机械守恒式：
3、可压缩流体,当Δp/p1<20%,仍可用上式，且ρ=ρm。
4、注意运用柏努利方程式解
题
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时的一般步骤，截面与基准面选取的原则。
5、流体密度ρ的计算：
理想气体ρ=PM/RT 混合气体
混合液体
上式中：
––––体积分率；
––––质量分率。
6、gz，u2/2，p/ρ三项表示流体本身具有的能量，即位能、动能和静压能。∑hf为流经系统的能量损失。We为流体在两截面间所获得的有效功，是决定流体输送设备重要参数。输送设备有效功率Ne=We·ωs，轴功率N=Ne/η（W）
7、1N流体
[m] （压头）
1m3流体
,
4、 柏努利式中的∑hf
I． 流动类型：
1、雷诺准数Re及流型 Re=duρ/μ=du/ν，μ为动力粘度，单位为[Pa·S]；ν=μ/ρ为运动粘度，单位[m2/s]。
层流：Re≤2000，湍流：Re≥4000；2000
② > ③ B 阀门打开时，① = ② > ③
C 阀门打开时，① = ② = ③ D 阀门打开时，① > ② = ③
8、在定态流动系统中，水由粗管连续地流入细管，若粗管直径是细管的 2 倍，则细管流速是粗管的 （ ） 倍
A 2 B 8 C 4 D 6
9、为提高 U 形压差计的灵敏度较高，在选择指示液时，应使指示液和被测流体的密度差（ ρ 指 - ρ ）的值 （ ）
A 偏大 B 偏小 C 越大越好 D 无法确定
10、层流与湍流的本质区别是 （ ） 。
A 湍流流速大于层流流速；
B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流；
C 层流的雷诺数小于湍流的雷诺数；
D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。
11、水箱中的水从孔口自由流出，流出量为 q 出 ， 同时向水箱注入水量为 q 进 ，属于稳定流动是 （ ） 。
A q 出 < q 进 B q 出 = q 进 C q 出 < q 进
12、在相同管径的圆形管道中，分别流动着粘油和清水，若雷诺数 Re 相等，二者的密度相差不大，而粘度相差很大，则油速 （ ） 水速。
A 大于 B 小于 C 等于
13、压力表上显示的压力，即为被测流体的 （ ） 。
A 绝对压 B 表压 C 真空度
14、流体在园管内作湍流流动时，其平均流速 u 与管中心的最大流速 u max 的关系为 （ ） 。
A u ≈ 1.5 q 进 B u ≈ 0.8 q 进 C u ≈ 0.5 q 进
15、用皮托管来测量气体流速时，其测出来的流速是指 （ ） 。
A 气体的平均流速 B 气体的最大流速
C 皮托管头部所处位置上气体的点速度。
16、双液体 U 形差压计要求指示液的密度差 （ ） 。
A 大 B 中等 C 小 D 越大越好
17、柏努利方程的物理意义可以从题图中得到说明，若忽略 A ， B 间的阻力损失，试判断 B 玻璃管水面所处的刻度。 （ ）
A a 位置 B c 位置 C b 位置
18、一般情况下，，液体的粘度随温度升高而 （ ） 。
A 增大 B 减小 C 不变
19、设备内的真空度愈高，即说明设备内的绝对压强 （ ） 。
A 愈大 B 愈小 C 愈接近大气压
20、流体在圆形直管内作层流流动时，阻力与流速的 （ ） 成比例，作完全湍流时，则与流速的 （ ） 成比例。
A 平方 B 五次方 C 一次方
21、水在一条等径垂直管内作定态连续流动时 , 其流速 （ ） 。
A 会越流越快 B 会越流越慢 C 不变
第二章 离心泵－基本概念与基本原理
一、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）。
原理：借助高速旋转的叶轮不断吸入、排出液体。
注意：离心泵无自吸能力，因此在启动前必须先灌泵，且吸入管路必须有底阀，否则将发生“气缚”现象。
某离心泵运行一年后如发现有气缚现象，则应检查进口管路是否有泄漏现象。
二、性能参数及特性曲线
1、压头H，又称扬程
2、有效功率
3、离心泵的特性曲线通常包括
曲线，这些曲线表示在一定转速下输送某种特定的液体时泵的性能。由
线上可看出：
时，
，所以启动泵和停泵都应关闭泵的出口阀。
离心泵特性曲线测定实验，泵启动后出水管不出水，而泵进口处真空表指示真空度很高，可能出现的故障原因是吸入管路堵塞。
若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头减小，流量减小，效率减小，轴功率增大。
三、离心泵的工作点
1、泵在管路中的工作点为离心泵特性曲线（
）与管路特性曲线（
）的交点。管路特性曲线为：
。
2、工作点的调节：既可改变
来实现，又可通过改变
来实现。具体
措施
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有改变阀门的开度，改变泵的转速，叶轮的直径及泵的串、并联操作。
离心泵的流量调节阀安装在离心泵的出口管路上，开大该阀门后，真空表读数增大，压力表读数减小，泵的扬程将减小，轴功率将增大。
两台同样的离心泵并联压头不变而流量加倍，串联则流量不变压头加倍。
四、离心泵的安装高度Hg
为避免气蚀现象的发生，离心泵的安装高度≤Hg，注意气蚀现象产生的原因。
1．
为操作条件下的允许吸上真空度，m
为吸入管路的压头损失，m。
2．
允许气蚀余量，m
液面上方压强，Pa；
操作温度下的液体饱和蒸汽压，Pa。
离心泵的安装高度超过允许安装高度时会发生气蚀现象。
第二章习题
一、选择题
1、离心泵的特性曲线中的 H~Q 曲线是在_______。
A) 效率一定； B) 功率一定；
C) 转数一定； D) 管路（ l+∑le ）一定。
2、某离心泵连续运行一年后发现有气缚现象，应________。
A) 停泵，向泵内灌液； B) 降低安装高度；
C) 检查进口管路有否泄漏现象； D) 检查出口管路阻力是否过大。
3、离心泵铭牌上标明的扬程是_______。
A) 功率最大时的扬程； B) 流量最大时的扬程；
C) 泵的最大扬程； D) 效率最大时的扬程。
4、由离心泵基本方程式导出的理论特性曲线 H~Q ，其形状是_______。
A) 直线； B) 抛物线； C) 双曲线；
5、某泵在运行的时候发现有气蚀现象应 ( )
A 停泵 , 向泵内灌液 B 降低泵的安装高度
C 检查进口管路是否漏液 D 检查出口管阻力是否过大
6.用离心泵将水池的水抽吸到水塔中 , 若离心泵在正常操作范围内工作 , 开大出口阀门将导致 ( )
A 送水量增加 , 整个管路压头损失减少
B 送水量增加 , 整个管路压头损失增加
C 送水量增加 , 泵的轴功率不变
7.离心泵最常用的调节方法是 ( )
A 改变吸入管路中阀门开度 B 改变出口管路中阀门开度
C 安装回流支路 , 改变循环量的大小 D 车削离心泵的叶轮
8.旋涡泵常用的调节方法是 ( )
A 改变吸入管路中阀门开度 B 改变出口管路中阀门开度
C 安装回流支路 , 改变循环量的大小
9.当管路性能曲线写成 L=A+BQ 2 时 ( )
A A 只包括单位重量流体需增加的位能
B A 只包括单位重量流体需增加的位能和静压能之和
C BQ 2 代表管路系统的局部阻力和
D BQ 2 代表单位重量流体动能的增加
10.以下型号的泵不是水泵 ( )
A B 型 B D 型 C F 型 D H 型
11、某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空表指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因（）。
A 水温太高； B 真空表坏了；
C 吸入管路堵塞； D 排出管路堵塞。
12、离心泵漏入大量空气后将发生（）。
A 汽化现象； B 气缚现象；
C 汽蚀现象； D 气浮现象
二、填空题
1、离心泵的工作点是_______曲线与__________曲线的交点。
2、离心泵的主要部件有__________、___________和密封装置。调节离心泵流量的方法有_______ 、_________和改变叶轮直径等三种.
3、离心泵的性能参数有 、 、 、 。
4、用离心泵输送常温的水（ρ=1000kg/m3），已知砂的性能为V=0.05m3/s时，H=20m；管路特性为：V=0.05m3/s时，H=18m，则在该流量下，消耗在调节阀门上的压头增值△H= m，有效功率△Ne= kW。
5、离心泵启动前应 以保护电机。往复泵调节流量最常用的方法是 。
三、计算题
1、某厂准备用离心泵将 20℃的清水以 40m3/h 的流量由敞口槽送至吸收塔的塔顶。已知塔内的表压强为 1.0kgf/C，塔顶水入口距水池水面的垂直距离为 6m ，吸入管和排出管的压头损失分别为1m 、 3m ，管路内的动压头不计。当地大气压为 760mmHg ，水的密度为: 1000kg/ m3。仓库中现有三台离心泵，其型号和性能参数如下所示，从中选一台比较合适的以作上述送水之用，并确定其安装高度。
型号 流量 (m3/h) 扬程（ m ） 允许吸上真空高度（ m ）
3B57A 50 38 7.0
3B33 45 32 6.0
3B19 38 20 5.0
2、有一离心泵在流量为 12 m3/h 时，压力表和真空表的读数分别为 1.9at(表) 、 140mmHg(真)，轴功率为1.20kw.电机转数为 2900 转 / 分，真空表和压力表间的垂直距离为 0.7m ，出口和入口管径相等。求：离心泵的扬程 H 和效率 η 各为多少？（水的密度：1000kg/ m3 ）
第三章 传 热－基本概念和基本理论
传热是由于温度差引起的能量转移，又称热传递。由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在时，就必然发生热从高温处传递到低温处。
根据传热机理的不同，热传递有三种基本方式：热传导（导热）、热对流（对流）和热辐射。热传导是物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递；热对流是流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程（包括由流体中各处的温度不同引起的自然对流和由外力所致的质点的强制运动引起的强制对流），流体流过固体表面时发生的对流和热传导联合作用的传热过程称为对流传热（给热）；热辐射是因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。任何物体只要在绝对零度以上，都能发射辐射能，只是在高温时，热辐射才能成为主要的传热方式。传热可依靠其中的一种方式或几种方式同时进行。
传热速率Q是指单位时间通过传热面的热量（W）；热通量q是指每单位面积的传热速率（W/m2）。
一、 热传导
1. 导热基本方程––––傅立叶定律
λ––––导热系数，表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一，单位为W/（m·℃）。纯金属的导热系数一般随温度升高而降低，气体的导热系数随温度升高而增大。
式中负号表示热流方向总是和温度剃度的方向相反。
2．平壁的稳定热传导
单层平壁：
多层（n层）平壁：
公式表明导热速率与导热推动力（温度差）成正比，与导热热阻（R）成反比。
由多层等厚平壁构成的导热壁面中所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈小，其两侧的温差愈小，但导热速率相同。
3. 圆筒壁的稳定热传导
单层圆筒壁：
或
当S2/S1(2时，用对数平均值，即：
当S2/S1(2时，用算术平均值，即：
Sm=（S1+S2）/2
多层（n层）圆筒壁：
或
EMBED Equation.3
一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应降低，主要原因是因水的导热系数大于保温材料的导热系数，受潮后，使保温层材料导热系数增大，保温效果降低。
在包有两层相同厚度保温材料的圆形管道上，应该将导热系数小的材料包在内层，其原因是为了减少热损失，降低壁面温度。
二、对流传热
1． 对流传热基本方程––––牛顿冷却定律
α––––对流传热系数，单位为：W/（m2·℃），在换热器中与传热面积和温度差相对应。
2． 与对流传热有关的无因次数群（或准数）
表1 准数的符号和意义
准数名称
符 号
意 义
努塞尔特准数
Nu=αL
λ
含有特定的传热膜系数α，表示对流传热的强度
雷诺准数
Re= Luρ
μ
反映流体的流动状态
普兰特准数
Pr= Cpμ
λ
反映流体物性对传热的影响
格拉斯霍夫准数
Gr=βg Δt L3ρ2
μ
反映因密度差而引起自然对流状态
3． 流体在圆形直管中作强制湍流流动时的传热膜系数
对气体或低粘度的液体
Nu=0.023Re0.8Prn
或
λ Luρ Cpμ
α=0.023 ( ( 0.8 ( ( n
L μ λ
流体被加热时，n=0.4；液体被冷却时，n=0.3。
定型几何尺寸为管子内径di。
定性温度取流体进、出口温度的算术平均值。
应用范围为Re(10000，Pr=0.7~160，(l/d)(60。
对流过程是流体和壁面之间的传热过程，定性温度是指确定准数中各物性参数的温度。
沸腾传热可分为三个区域，它们是自然对流区、泡状沸腾区和膜状沸腾区，生产中的沸腾传热过程应维持在泡壮沸腾区操作。
无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在传热边界层或滞流层内，减少热阻的最有效的措施是提高流体湍动程度。
引起自然对流传热的原因是系统内部的温度差，使各部分流体密度不同而引起上升、下降的流动。
用无因次准数方程形式表示下列各种传热情况下诸有关参数的关系：
（1） 无相变对流传热 Nu=f（Re，Pr，Gr）
（2） 自然对流传热 Nu=f（Gr，Pr）
（3） 强制对流传热 Nu=f（Re，Pr）
在两流体的间壁换热过程中，计算式Q=KSΔt，式中Δt表示为两流体温度差的平均值；S表示为泛指传热面，与K相对应。
在两流体的间壁换热过程中，计算式Q=(SΔt，式中Δt=tw-tm 或 Tm-Tw；S表示为一侧的传热壁面。
滴状冷凝的膜系数大于膜状冷凝膜系数。
水在管内作湍流流动时，若使流速提高至原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的 20.8倍。若管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的40.8×20.2倍。（设条件改变后，仍在湍流范围）
三、间壁两侧流体的热交换
间壁两侧流体热交换的传热速率方程式
Q=KSΔtm
式中K为总传热系数，单位为：W/（m2·℃）；Δtm为两流体的平均温度差，对两流体作并流或逆流时的换热器而言，
当Δt1/Δt2< 2时，Δtm可取算术平均值，即：Δtm=（Δt1+Δt2）/2
基于管外表面积So的总传热系数Ko
EMBED Equation.3
四、换热器
间壁式换热器有夹套式、蛇管式、套管式、列管式、板式、螺旋板式、板翅式等。提高间壁式换热器传热系数的主要途径是提高流体流速、增强人工扰动；防止结垢，及时清除污垢。消除列管换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加膨胀节，采用浮头式结构或采用U型管式结构。翅片式换热器安装翅片的目的是增加传热面积；增强流体的湍动程度以提高α。为提高冷凝器的冷凝效果，操作时要及时排除不凝气和冷凝水。
间壁换热器管壁温度tw接近α大的一侧的流体温度；总传热系数K的数值接近热阻大的一侧的α值。如在传热实验中用饱和水蒸气加热空气，总传热系数接近于空气侧的对流传热膜系数，而壁温接近于水蒸气侧的温度。
对于间壁换热器m1Cp1(T1-T2)=m2Cp2(t1-t2)=KSΔtm等式成立的条件是稳定传热、无热损失、无相变化。
列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是增大壳程流体的湍动程度，强化对流传热，提高α值，支撑管子。
在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管外；易结垢的流体走管内；高压流体走管内；有腐蚀性的流体走管内；粘度大或流量小的流体走管外。
第三章习题
一、选择题
1、因次分析的目的在于______。
A) 得到各变量间的定量关系； B) 得到各无因次数群的确切关系；
C) 用无因次数群代替变量，使实验与关联工作简化；
D) 用无因次数群代替变量，使实验结果更可靠。
2、在蒸汽冷凝传热中，不凝性气体的存在对 α 的影响是______。
A) 不凝性气体存在会使 α 大大降低； B) 不凝性气体存在会使 α 增大；
C) 不凝性气体存在与否，对 α 无影响； D）不凝性气体存在会使 α 大大升高。 3、在蒸气 — 空气间壁传热过程中，为强化传热，在下列
方案
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
中，______是可行的。
A) 提高空气流速； B) 提高蒸汽流速；
C) 采用过热蒸汽来提高蒸气温度； D) 降低空气的流速。
4、已知当温度为 TK 时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝板的黑度______ 耐火砖的黑度。
A) 大于； B) 等于； C) 小于； D) 无法判断。
5、在列管式换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否合理：________。
甲：传热器的壁温接近加热蒸汽的温度。
乙：换热器总传热系数 K 接近于空气侧的对流传热系数。
A) 甲乙均合理； B) 甲乙均不合理； C) 甲合理，乙不合理； D) 甲不合理，乙合理. 6、利用水在逆流操作的套管换热器中冷却某物料。要求热流体的进、出口温度 T1 、 T2 和
质量流量 G1 不变.今因冷却水的进口温度 t1 升高，为保证完成生产任务，提高冷却水的质量流量 G2 ，其结果______。
A) 增大， Δt m 不变； B) Q 不变， Δt m 下降， K 增大；
C) Q 不变， K 增大， Δt m 不确定； D) Q 增大， Δt m 下降。
7、在一维稳态多层平壁热传导时，各层的温度差正比于 。
A) 导热系数； B) 壁厚； C) 热阻； D) 传热面积。
8、为了减少室外设备的热损失，保温层处所包的一层金属皮应该是（）。
A.表面光滑，颜色较浅； B.表面粗糙，颜色较深；
C.表面粗糙，颜色较浅。
9、用常压水蒸气冷凝来加热空气，空气平均温度为200C，则壁温约为（）。
A. 200C B. 1000C
C. 600C D.47.90C
10、有一套管换热器，长10m，管间用饱和水蒸气作加热剂。一定流量下且作湍流流动的空气由管内流过，温度可长至指定温度。现将空气流量增加一倍，并近似认为加热面壁温不变，要使空气出口温度仍保持原指定温度，则套管换热器的长度应为原来的（）倍。
A.1 B.0.5
C.2 D.1.15
二、填空题
1、热量传递的基本方式有 、 、 。
2、工业换热方式有 、 、 。
3、液体的导热系数比固体的 ，比气体的 。
4、直径φ30×5mm的耐热钢管，导热系数为17.5W/m·℃，管壁内外表面温度各为450℃及600℃，通过单位管长管壁的传热量为 。
5、直径为φ38×2.5mm的钢管，由于流体杂质的沉积，在管内形成0.5mm垢层，垢层导热系数为1.05W/m·℃，管壁导热系数为45W/m·℃。则垢层热阻 、管壁热阻 、总热阻 。
6、已知平壁两侧温度分别为500℃和450℃，壁厚30mm，若λ=45w/m℃，则单位面积的导热速率为 kw。
7、直径为φ35×5mm，长0.6m的不锈钢管，已知其内外表面温度分别为150℃及50℃，管壁导热系数为17W/m·℃，求通过内外圆筒壁的热通量 。
8、温度越高，气体导热系数 。
9、多层平壁热传导，哪一层温差大，说明哪一层热组 。
10、液体沸腾分 、 、 阶段，工业一般控制在 阶段。
11、蒸汽冷凝分 、 、 冷凝效果好，工业上多为 冷凝。
12、一单管程单壳程列管换热器，已知壳径为Φ620×10mm，列管直径为Φ20×2mm，管长3m，管数42根，热流体在壳方，冷流体在管方。则冷流体的流通面积 、热流体的流通面积 ，以外表面为基准的换热面积 。
13、压力为1.2×105N/m2的空气，以3.6m/s的速度流过直径为50mm的钢管。空气进口温度为70℃，出口温度为30℃，空气对管壁的给热系数为 。
14、用热流体加热某溶液，热流体放热速率为50×103W，溶液进口温度为20℃，出口温度不得超过70℃，已知操作条件下溶液比热为4.2kJ／kg·℃，密度为1050kg/m3，被加热的溶液量为 m3／h。
15、一侧流体恒温，一侧变温，Δtm与流向 。
16、拟将冷热两流体进行换热，热流体由100℃降至40℃，冷流体从15℃被加热到35℃，计算逆流平均温差 和并流平均温差 。
17、列管式换热器设折流挡板的目的是 ，设计多管程的目的 。
18、列管式换热器有 、 、 三种。
19、在定性温度下，粘度为 μ，密度为 ρ，导热系数为 λ，比热为 Cp 的流体以流速 u 流过内径为 D 的圆形直管时的对流传热系数为 α ，则 Nu=_______ ， Re=_______ ， Pr=_________ 。
20、蒸汽冷凝分为_______和膜状冷凝两种。在膜状冷凝中，若增大饱和蒸汽与冷凝壁面的温差 Δt ，则蒸汽冷凝的传热系数 α 将 ，传热速率 Q 将 。
21、灰体的辐射能力与 成正比，还与__________ 成正比。
22、热量传递的方式有 、 、 。
23、热补偿三种方式为__________.____________._____________
24、写出傅立叶定律_____________。
三、简答题
1、什么是稳定传热和不稳定传热？
2、传热的基本方式有哪几种？各有何特点、区别？
3、什么是饱和蒸汽？什么是过热蒸汽？工业中为什么不用过热蒸汽加热？
4、列管换热器为何常采用多管程？在壳程中设置折流档板的作用是什么？
5、何谓换热器的传热速率和热负荷？两者关系如何？
6、对流传热膜系数α的影响因素有哪些？
7、在列管式换热器中用水蒸气加热原油，问：
（1）传热管壁接近于哪种流体温度?
（2）总传热系数K接近于哪种流体的α？
（3）为强化传热应采取哪些措施？
（4）如何确定两流体的流动通道？
8、换热器工作时，流体流速是否越大越好？
9、纯饱和水蒸气中含有少量空气，则α将怎样？为什么？
10、流体在直管内呈强制湍流流动，当流量增加一倍而其它条件不变时，给热系数及传热速率有何变化？
11、流体在园形直管内呈强制湍流流动，当管径增大一倍(仍为湍流)，而流量、流体进出口 温度、管内壁温度保持不变时，给热系数及传热速率有何变化？
12、列管换热器中的温差应力是怎样产生的？为了克服其影响，可采取哪些措施？
13、低粘度流体在圆直管内作强制湍流，若管内流体的流量增加1倍而其他条件不变，则管内流体的对流传热膜系数是多少？为什么？
14、什么叫强化传热？强化传热的有效途径是什么，可采用哪些具体措施？
15、当间壁两侧流体的对流传热膜系数相差较大时，为提高传热系数K，应设法提高哪一测流体的对流传热膜系数？为什么？
16、在列管换热器中，确定流体的流动空间时需要考虑哪些问题?
对管道保温，是否保温层愈厚，保温效果愈好，热损失愈小？
一厚度相等的双金属平壁，温度分布如图所示，问哪一层的导热系数大？试述原因。
λ1
λ2
四、名词解释:
1、等温面
2、温度梯度
第四章 吸收－基本概念和基本原理
利用各组分溶解度不同而分离气体混合物的单元操作称为吸收。混合气体中能够溶解的组分称为吸收质或溶质（A）；不被吸收的组分称为惰性组分或载体（B）；吸收操作所用的溶剂称为吸收剂（S）；吸收所得溶液为吸收液（S+A）；吸收塔排出的气体为吸收尾气。
当气相中溶质的的实际分压高于与液相成平衡的溶质分压时，溶质从气相向液相转移，发生吸收过程；反之当气相中溶质的的实际分压低于与液相成平衡的溶质分压时，溶质从液相向气相转移，发生脱吸（解吸）过程。
1、 气–液相平衡–––––––传质方向与传质极限
平衡状态下气相中溶质分压称为平衡分压或饱和分压，液相中的溶质浓度称为平衡浓度或饱和浓度––––––溶解度。
对于同一种溶质，溶解度随温度的升高而减小，加压和降温对吸收操作有利，升温和减压有利于脱吸操作。
亨利定律： p*=Ex––––E为亨利系数，单位为压强单位，随温度升高而增大，难溶气体
（稀溶液 E很大，易溶气体E很小。对理想溶液E为吸收质的饱和蒸气压。
p*=c/H–––H为溶解度系数，单位：kmol/(kN·m)，H=ρ/(EMs)，随温度升高 而减小，难溶气体H很小，易溶气体H很大。
y*=mx––––m相平衡常数，无因次，m=E/P，m值愈大，气体溶解度愈小； m随温度升高而增加，随压力增加而减小。
Y*=mX–––当溶液浓度很低时大多采用该式计算。
X=x/(1-x); Y=y/(1-y); x,y––––摩尔分率， X,Y––––摩尔比浓度
2、 传质理论––––传质速率
分子扩散–––凭借流体分子无规则热运动传递物质的现象。推动力为浓度差，由菲克定律描述：JA= – DAB(dCA)/(dz) JA––扩散通量，kmol/(m2·s) DAB––扩散系数
涡流扩散–––凭借流体质点的湍动和旋涡传递物质的现象。
等分子反向扩散传质速率：气相内 NA = D(pA1–pA2)/RTz
液相内 NA = D’(cA1–cA2)/z
单相扩散传质速率： 气相内 NA = JA+NcA/C=D (pA–pAi)/ RTz·(P/pBm)=kG(pA–pAi)
液相内 NA = D’(cAi–cA)/z·(C/cSm)=kL(cAi–cA)
其中 P/pBm >1为漂流因数，反映总体流动对传质速率的影响。
pBm=(pB2–pB1)/ln(pB2/pB1)
一般而言，双组分等分子反向扩散体现在精馏单元操作中，而一组分通过另一组分的单相扩散体现在吸收单元操作中。
气相中，温度升高物质的扩散系数增大，压强升高则扩散系数降低；液相中粘度增加扩散系数降低。
在传质理论中有代表性的三个模型分别为双膜理论、溶质渗透理论和表面更新理论。
传质速率方程––––传质速率=传质推动力/传质阻力
N=kG(p–pi)=kL(ci–c)=ky(y-yi)=kx(xi–x)
N=KG(p–p*)=KL(c*–c)=KY(Y-Y*)=KX(X*–X)
注意传质系数与推动力相对应，即传质系数与推动力的范围一致，传质系数的单位与推动力的单位一致。
吸收系数之间的关系：
1/KG=1/kG+1/HkL 1/KL=1/kL+H/kG 1/KY=1/ky+m/kx 1/KX=1/kx+1/mky
ky=PkG kx=CkL KY≈PKG KX≈CKL
气膜控制与液膜控制的概念
对于易溶气体，H很大，传质阻力绝大部分存在于气膜之中，液膜阻力可以忽略，此时KG≈kG，这种情况称为“气膜控制”；反之，对于难溶气体，H很小，传质阻力绝大部分存在于液膜之中，气膜阻力可以忽略，此时KL≈kL，这种情况称为“液膜控制”。
3、 物料衡算––––操作线方程与液气比
全塔物料衡算： V(Y1–Y2)=L(X1–X2) 逆流操作
吸收操作线方程： Y=LX/V+(Y1–LX1/V) 1––塔底，2––塔顶
吸收操作时塔内任一截面上溶质在气相中的实际分压总是高于与其接触的液相平衡分压，所以吸收操作线总是位于平衡线的上方。
最小液气比： （L/V）min=(Y1–Y2)/(X1*–X2) 液气比即操作线的斜率
若平衡关系符合亨利定律，则 （L/V）min=(Y1–Y2)/(Y1/m–X2)
溶剂改性
改变平衡关系 降低温度
增加传质推动力
提高吸收效率的途径 增加液气比
减小传质阻力 采用新型填料
增加吸收剂用量，操作线斜率增大，操作线向远离平衡线的方向偏移，吸收过程推动力增大，设备费用减少。
4、 填料层高度计算
气液相平衡、传质速率和物料衡算相结合取微元物料衡算求得填料层高度。
填料层高度=传质单元高度×传质单元数
即 z=HOG×NOG=HOL×NOL=HG×NG=HL×NL
NOG–––气相总传质单元数（气体流经一段填料后其组成变化等于该段填料的总的平均推动力则为一个传质单元）
HOG–––气相总传质单元高度（一个传质单元所对应的填料高度）
1．平均推动力法（适合平衡线为直线）：
z=HOG×NOG=(V/KyaΩ)·(Y1–Y2)/ΔYm=(L/KxaΩ)·(X1–X2)/ΔXm
对数平均推动力ΔYm=(ΔY1–ΔY2)/ln(ΔY1/ΔY2)
当ΔY1/ΔY2<2时，可用算术平均推动力ΔYm=(ΔY1+ΔY2)/2
2．脱吸因数法（平衡线为直线）：
NOG=(1/S)·ln[(1–S)·(Y1–Y2*)/(Y2–Y2*)+S]
S––––脱吸因数，平衡线与操作线斜率之比（mV/L），反映吸收推动力的大小。S增大，液气比减小，吸收推动力变小，NOG增大
气体吸收中，表示设备（填料）效能高低的一个量是传质单元高度，表示传质任务难易程度的一个量是传质单元数。
第四章习题
一、 填空题：
1、用水吸收氨，此过程为 控制，为减少吸收阻力应 。
2、对于同一种溶质来说，溶解度随温度升高 ，因此升温对吸收 。
3、已知某低浓度气体吸收，平衡关系服从亨利定律，若kG=2.74*10-7kmol/m2skPa，kL=6.94*10-5m/s，H=1.5 kmol/m3kPa，则KG= kmol/m2skPa。
4、吸收剂选择时应考虑的问题是 、 、 。
5、双膜理论论点 。
6、体积吸收系数的物理意义 。
7、已知系统服从享利定律y=mx，求以Y与X表示的享利定律 。
8、测得当含氢20%(体积百分率)的气体混合物在30℃及105Ｐa下与水接触，平衡时每100kg水溶解3.007×10-7g，求享利系数E= ，相平衡常数m= 及溶解度常数H= 。
9、 NOG值大小反映 。
10、若要进行吸收，则P* P。
11、已知V＝100kmol/h， Ｙ1＝0.1，Ｙ2＝0.01，Ｘ1＝0.003，Ｘ2＝0.0001，求L= 。
12、易溶气体的亨利系数大，难溶气体的亨利系数 。
13、亨利定律表达式知:易溶气体H 难溶气体的H.
14、吸收中,温度不变,总压增大,可使相平衡常数 传质推动力 。
15、工程上常用水—空气系统进行氧解吸，以测定填料传质性能，这种系统属于 系统，传质阻力主要集中在 一侧。
16、在吸收塔某处，气相主体浓度Y=0.025,液相主体浓度X=0.01,气相传质分系数kY=2kmol/(m2h),气相总传质系数KY=1.5 kmol/(m2h),则该处气液界面上气相浓度Yi应为 ,平衡关系为Y=0.5X.
17、总传质系数与分传系数之间的关系可表示为KL=1/(H/kG+1/kL)，其中1/kL表示 ，
当 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。
18、吸收因子可表示为 ，它在X-Y图上的几何意义是 。
19、当喷淋量一定时，填料塔单位高度填料层的压降与空塔气速关系线上存在着两个转折点，其中下转折点称为 ，上转折点称为 。
20、吸收塔底部的排液管成U形，目的是起 作用，以防止 或 
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