化工基礎(chǔ)PPTPPT

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1、1第一章第一章 緒言緒言 1.1 化學(xué)工業(yè)概述化學(xué)工業(yè)概述 1.2 化工生產(chǎn)過程概述化工生產(chǎn)過程概述1.3 化學(xué)工程學(xué)簡介化學(xué)工程學(xué)簡介 1.4 化工數(shù)據(jù)化工數(shù)據(jù)2v1.1 化學(xué)工業(yè)概述化學(xué)工業(yè)概述v 四、四、 化學(xué)工業(yè)的特點化學(xué)工業(yè)的特點v一、一、 化學(xué)工業(yè)的重要性及其發(fā)展化學(xué)工業(yè)的重要性及其發(fā)展v 二、二、 化學(xué)工業(yè)范疇及分類化學(xué)工業(yè)范疇及分類v 三、三、 化學(xué)工業(yè)原料及選擇原則化學(xué)工業(yè)原料及選擇原則v 五、五、 化工的發(fā)展與現(xiàn)狀化工的發(fā)展與現(xiàn)狀3化學(xué)工業(yè)化學(xué)工業(yè): :v一、一、 化學(xué)工業(yè)的重要性及其發(fā)展化學(xué)工業(yè)的重要性及其發(fā)展化學(xué)工業(yè)是將各種原材料通過不同條件化學(xué)工業(yè)是將各種原材料通過不

2、同條件下所進行的化學(xué)反應(yīng)，使其性質(zhì)或形態(tài)產(chǎn)生下所進行的化學(xué)反應(yīng)，使其性質(zhì)或形態(tài)產(chǎn)生變化，定向加工成對國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生變化，定向加工成對國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平改善有價值的化學(xué)產(chǎn)品的工業(yè)?；钏礁纳朴袃r值的化學(xué)產(chǎn)品的工業(yè)。4其重要性可歸納為：其重要性可歸納為： （1）為農(nóng)業(yè)提供化肥、農(nóng)藥、塑料薄膜等農(nóng)用生產(chǎn)資）為農(nóng)業(yè)提供化肥、農(nóng)藥、塑料薄膜等農(nóng)用生產(chǎn)資料；料；（2）為輕紡、建材、冶金、國防、軍工以及其他工業(yè)提）為輕紡、建材、冶金、國防、軍工以及其他工業(yè)提供各種配套原材料；供各種配套原材料；（3）為微電子、信息、生物、航天技術(shù)等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)提）為微電子、信息、生物、航天技術(shù)等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)提供新型

3、化工材料和新產(chǎn)品；供新型化工材料和新產(chǎn)品；（4）為人們的衣、食、住、行提供各種化工產(chǎn)品。）為人們的衣、食、住、行提供各種化工產(chǎn)品。v一、一、 化學(xué)工業(yè)的重要性及其發(fā)展化學(xué)工業(yè)的重要性及其發(fā)展51、化學(xué)工業(yè)的化學(xué)工業(yè)的分類：分類：美國：美國： 按照美國標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)分類手冊（按照美國標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)分類手冊（SIC）確定的分類法：）確定的分類法：化學(xué)工業(yè)包括：生產(chǎn)基本化工產(chǎn)品的企業(yè)化學(xué)工業(yè)包括：生產(chǎn)基本化工產(chǎn)品的企業(yè) 以化學(xué)方法為主進行產(chǎn)品加工的企業(yè)以化學(xué)方法為主進行產(chǎn)品加工的企業(yè)中國：中國：化學(xué)工業(yè)包括化學(xué)工業(yè)包括：v 二、二、 化學(xué)工業(yè)范疇及分類化學(xué)工業(yè)范疇及分類分為分為25類類或通用化學(xué)品及或通用化學(xué)品

4、及 精細化學(xué)品精細化學(xué)品.化學(xué)品化學(xué)品: 基本化學(xué)工業(yè)基本化學(xué)工業(yè) 化肥工業(yè)化肥工業(yè) 石油化學(xué)工業(yè)石油化學(xué)工業(yè) 精細化學(xué)工業(yè)精細化學(xué)工業(yè) 其他化學(xué)工業(yè)其他化學(xué)工業(yè)6化化 工工 行行 業(yè)業(yè)主主 要要 產(chǎn)產(chǎn) 品品 或或 用用 途途化學(xué)礦山磷礦、硫礦、硼礦、礬礦和石灰石礦等酸、堿硫酸、燒堿、純堿無機鹽磷酸、碳酸鉀、小蘇打、無水硫酸鈉、氰化鈉、硫酸鋁、硝酸鈉、氯化鋅、輕質(zhì)碳酸鈣、過氧化氫、沉淀硫酸鋇等化 肥氮肥（硫酸銨、硝酸銨、尿素、氯化銨、碳酸氫銨、氨水、石灰氮等）、磷肥（普通過磷酸鈣、鈣鎂磷肥等）、鉀肥化學(xué)農(nóng)藥敵百蟲、樂果、甲胺磷、殺蟲雙、草甘磷、多菌靈等電 石可作為生產(chǎn)聚氯乙烯、聚乙烯醇、氯丁橡

5、膠、乙酸、乙醛、乙炔黑、雙氰胺、硫脲等工業(yè)的原料熱固性塑料和工程塑料酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS樹脂、尼龍1010、尼龍6、尼龍66、聚砜等合成橡膠順丁橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠等染 料硫化染料、直接染料、酸性染料、活性染料、堿性染料、還原燃料、分散染料、冰染染料、陽離子染料等 2 主要化工行業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)品主要化工行業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)品7 2.主要化工行業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)品主要化工行業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)品化化 工工 行行 業(yè)業(yè)主主 要要 產(chǎn)產(chǎn) 品品涂 料天然樹脂漆、酚醛樹脂漆、醇酸樹脂漆、氨基樹脂漆、過氯乙烯漆、聚酯漆、聚氨酯漆、硝基漆、有機硅漆等增塑劑鄰苯二甲酸

6、酯、對苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、烷基磺酸苯酯、氯化石蠟、磷酸酯等橡膠加工助劑防老劑、促進劑表面活性劑陽離子型、陰離子型、非離子型、兩性型等造紙化學(xué)品脫墨劑、助留劑、助濾劑、表面處理劑、漿內(nèi)施膠劑、紙張增強劑、涂布膠粘劑、分散劑等感光材料電影膠片、照相膠片、特種膠片、彩色像紙等磁性記憶材料磁帶、磁盤等橡膠加工輪胎、運輸帶、膠管、膠鞋、碳黑等8v 三、化工原料及選擇原則三、化工原料及選擇原則1.化學(xué)工業(yè)原料化學(xué)工業(yè)原料按來源劃分：按來源劃分：無機材料無機材料和和有機材料有機材料無機材料主要有：無機材料主要有： 空氣空氣、水水和和化學(xué)礦物化學(xué)礦物有機材料主要有：有機材料主要有： 煤煤、石油石油、

7、天然氣天然氣和和生物質(zhì)生物質(zhì)92.選擇原則選擇原則 在選擇原料路線和技術(shù)線路時應(yīng)當(dāng)全面地權(quán)衡在選擇原料路線和技術(shù)線路時應(yīng)當(dāng)全面地權(quán)衡技術(shù)技術(shù)、經(jīng)濟經(jīng)濟、社會社會和和環(huán)保環(huán)保等方面的利弊。等方面的利弊。1.原料的品位、供應(yīng)量原料的品位、供應(yīng)量2.經(jīng)濟性經(jīng)濟性3.原料資源的綜合利用原料資源的綜合利用10v 四、四、 化學(xué)工業(yè)的特點化學(xué)工業(yè)的特點(1)、化學(xué)工業(yè)是獨特的、化學(xué)工業(yè)是獨特的,不可取代的工業(yè)部門；不可取代的工業(yè)部門；(2)、化工產(chǎn)品品種繁多、化工產(chǎn)品品種繁多,工藝復(fù)雜工藝復(fù)雜;(3)、化學(xué)工業(yè)是裝置型工業(yè)、化學(xué)工業(yè)是裝置型工業(yè),具有規(guī)模經(jīng)濟性具有規(guī)模經(jīng)濟性;(4)、化學(xué)工業(yè)是資金密集、化

8、學(xué)工業(yè)是資金密集,技術(shù)密集的工業(yè)部門技術(shù)密集的工業(yè)部門;(5)、化學(xué)工業(yè)是能源消耗的大戶、化學(xué)工業(yè)是能源消耗的大戶; (6)、化學(xué)工業(yè)是易污染、重污染的工業(yè)部門、化學(xué)工業(yè)是易污染、重污染的工業(yè)部門1118世紀中硫酸生產(chǎn)世紀中硫酸生產(chǎn);19世紀中制堿世紀中制堿;20世紀初合成氨世紀初合成氨;20世紀中石油工業(yè)世紀中石油工業(yè)20世紀后精細化工世紀后精細化工v 五、化學(xué)工業(yè)的發(fā)展與現(xiàn)狀五、化學(xué)工業(yè)的發(fā)展與現(xiàn)狀（1）、化學(xué)工業(yè)的發(fā)展）、化學(xué)工業(yè)的發(fā)展化學(xué)工業(yè)是一個十分古老的工業(yè)，最早可追根化學(xué)工業(yè)是一個十分古老的工業(yè)，最早可追根溯源至公元前年以前，最早的化學(xué)工藝為溯源至公元前年以前，最早的化學(xué)工藝為制

9、陶、釀造、漂染、鞣革等行業(yè)制陶、釀造、漂染、鞣革等行業(yè)12（2）、我國的化學(xué)工業(yè)）、我國的化學(xué)工業(yè) 舊中國的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)十分薄弱。從舊中國的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)十分薄弱。從1876年在年在天津建立的一個天津建立的一個2t/d鉛室法制硫酸廠開始，只有幾鉛室法制硫酸廠開始，只有幾個沿海、沿江城市有化工企業(yè)。除少數(shù)工廠生產(chǎn)基個沿海、沿江城市有化工企業(yè)。除少數(shù)工廠生產(chǎn)基本化工原料外，大多只有生產(chǎn)油漆、染料、橡膠制本化工原料外，大多只有生產(chǎn)油漆、染料、橡膠制品、醫(yī)藥制劑等加工產(chǎn)品。到品、醫(yī)藥制劑等加工產(chǎn)品。到1949年，國內(nèi)化工產(chǎn)年，國內(nèi)化工產(chǎn)品僅品僅100種左右，主要產(chǎn)品產(chǎn)量為：化肥種左右，主要產(chǎn)品產(chǎn)量為：化

10、肥0.6萬噸萬噸,硫酸硫酸11萬噸萬噸,燒堿燒堿1.5萬噸萬噸,純堿純堿8.8萬噸萬噸.全部化工全部化工產(chǎn)值僅產(chǎn)值僅1.77億元億元,占全國工業(yè)總產(chǎn)值的占全國工業(yè)總產(chǎn)值的1.6%13（3）、世界化學(xué)工業(yè)）、世界化學(xué)工業(yè) 自自1746年英國出現(xiàn)第一座硫酸銅廠以來年英國出現(xiàn)第一座硫酸銅廠以來,現(xiàn)代世界化學(xué)工業(yè)現(xiàn)代世界化學(xué)工業(yè)經(jīng)過過經(jīng)過過260多年的發(fā)展多年的發(fā)展,已形成一個技術(shù)成熟、規(guī)模宏大和品種繁已形成一個技術(shù)成熟、規(guī)模宏大和品種繁多的產(chǎn)業(yè)部門。從世界化學(xué)工業(yè)布局來看，世界化工生產(chǎn)、市場、多的產(chǎn)業(yè)部門。從世界化學(xué)工業(yè)布局來看，世界化工生產(chǎn)、市場、技術(shù)和大型企業(yè)主要集中在北美、日本、西歐和前蘇聯(lián)與

11、東歐四技術(shù)和大型企業(yè)主要集中在北美、日本、西歐和前蘇聯(lián)與東歐四個地區(qū)。個地區(qū)。20世紀世紀90年代以來，亞洲特別是東南亞，化學(xué)工業(yè)異軍年代以來，亞洲特別是東南亞，化學(xué)工業(yè)異軍突起，發(fā)展勢頭引人注目。突起，發(fā)展勢頭引人注目。14 1、 化工過程 2、 單元操作及其分類v 1.2 化工生產(chǎn)過程概述化工生產(chǎn)過程概述15原料原料 （1）預(yù)處理預(yù)處理 化工過程：化工過程：有目的的使原料經(jīng)過一系列的化學(xué)有目的的使原料經(jīng)過一系列的化學(xué)或物理變化，以獲得產(chǎn)品的工業(yè)過程，也稱為或物理變化，以獲得產(chǎn)品的工業(yè)過程，也稱為化工生產(chǎn)，或化工生產(chǎn)過程?；どa(chǎn)，或化工生產(chǎn)過程。 （2） 反反 應(yīng)應(yīng) （3）后處理后處理產(chǎn)品

12、產(chǎn)品 基本化工生產(chǎn)過程基本化工生產(chǎn)過程 1 1、 化工過程化工過程16例如：例如：可見，一個化工過程往往包含幾個或幾十個加工過程?？梢?，一個化工過程往往包含幾個或幾十個加工過程。苯的生產(chǎn)：苯的生產(chǎn)：原料油（甲苯、二甲苯）、原料油（甲苯、二甲苯）、H H2 2輸送輸送加熱加熱反應(yīng)器反應(yīng)器減壓蒸餾減壓蒸餾塔塔精餾精餾苯（苯（99.99299.99299.999%）甲醇的生產(chǎn)：甲醇的生產(chǎn)：合成氣（合成氣（CO，H2，CO2）輸送輸送管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器粗甲醇粗甲醇冷卻冷卻精餾精餾精甲醇（精甲醇（99.8599.95%）17化工生產(chǎn)過程化工生產(chǎn)過程化學(xué)反應(yīng)過程化學(xué)反應(yīng)過程物理處理過程物理處理過程 化工

13、生產(chǎn)的化工生產(chǎn)的核心核心 原料的預(yù)處理原料的預(yù)處理 產(chǎn)品的加工產(chǎn)品的加工（單元操作）（單元操作）18 （）概念（）概念 單元操作：單元操作：化工生產(chǎn)中除化學(xué)反應(yīng)單元以外的化工生產(chǎn)中除化學(xué)反應(yīng)單元以外的 所有物理性操作。所有物理性操作。 2 2、 單元操作及其分類單元操作及其分類19)單元操作的分類單元操作的分類：( (1）按操作目的分：）按操作目的分： 流體輸送：流體輸送： 物料的混合：物料的混合：氣體和液體的輸送氣體和液體的輸送主要指通過攪拌達到物料混合主要指通過攪拌達到物料混合或分散的目的或分散的目的 物料的加熱或冷卻：物料的加熱或冷卻：利用物料和環(huán)境之間的利用物料和環(huán)境之間的溫度差輸入或

14、輸出熱量溫度差輸入或輸出熱量 均相混合物的分離：均相混合物的分離：氣體吸收、液體蒸餾、萃取等氣體吸收、液體蒸餾、萃取等 非均相混合物的分離：非均相混合物的分離：過濾和沉降過濾和沉降20（2）按單元操作遵循的基本規(guī)律分：）按單元操作遵循的基本規(guī)律分： 動量傳遞過程：動量傳遞過程： 熱量傳遞過程：熱量傳遞過程：遵循流體力學(xué)基本規(guī)律的單元操作：遵循流體力學(xué)基本規(guī)律的單元操作：流體輸送、沉降、過濾和離心分離等流體輸送、沉降、過濾和離心分離等遵循熱交換基本規(guī)律的單元操作：遵循熱交換基本規(guī)律的單元操作：如傳熱、蒸發(fā)等如傳熱、蒸發(fā)等 質(zhì)量傳遞過程：質(zhì)量傳遞過程：遵循通過擴散，從一相轉(zhuǎn)移到另一相的過程：遵循通

15、過擴散，從一相轉(zhuǎn)移到另一相的過程：吸收、吸附、蒸餾、萃取、離子交換、膜分離等吸收、吸附、蒸餾、萃取、離子交換、膜分離等21 在20世紀前的幾百年時間里，出現(xiàn)了不少化學(xué)工業(yè)，如制糖工業(yè)、制堿工業(yè)、造紙工業(yè)等。介紹每一種工業(yè)從原料到成品的生產(chǎn)過程，作為一種特殊的知識講解，這是最早的化學(xué)工程學(xué)?；瘜W(xué)工藝階段化學(xué)工藝階段1、 化學(xué)工程學(xué)的發(fā)展階段化學(xué)工程學(xué)的發(fā)展階段v1.3 化學(xué)工程學(xué)簡介化學(xué)工程學(xué)簡介22單元操作階段單元操作階段 20世紀初，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，許多門化學(xué)工業(yè)中存在共同的操作原理。例如，無論是制糖業(yè)還是制堿業(yè)，從溶液蒸發(fā)得到固體糖和固體堿的原理是相同的，于是，蒸發(fā)成為最早提出的單元操作之一

16、。23 到20世紀50年代，人們又發(fā)現(xiàn)，各單元操作之間還存在著共性。例如，傳熱和蒸發(fā)都是熱量傳遞的形式，蒸餾、吸附、吸收、萃取都是質(zhì)量傳遞的形式。于是，把單元操作歸納為動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞。 傳遞過程階段傳遞過程階段24 “三傳一反三傳一反”階段階段 20世紀世紀50年代中期，化學(xué)工程中出現(xiàn)了年代中期，化學(xué)工程中出現(xiàn)了“化學(xué)反化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)應(yīng)工程學(xué)”這一新的分支。對化學(xué)反應(yīng)器的研究，不這一新的分支。對化學(xué)反應(yīng)器的研究，不僅要運用化學(xué)動力學(xué)和熱力學(xué)原理，而且要運用動量、僅要運用化學(xué)動力學(xué)和熱力學(xué)原理，而且要運用動量、熱量和質(zhì)量傳遞原理。于是熱量和質(zhì)量傳遞原理。于是 “傳遞過程傳遞過程”

17、與與 “反應(yīng)工反應(yīng)工程程” 成為當(dāng)今化學(xué)工程學(xué)的兩大支柱。簡稱成為當(dāng)今化學(xué)工程學(xué)的兩大支柱。簡稱 “三傳一三傳一反反” 階段。階段。252.化學(xué)工程學(xué)的研究方法化學(xué)工程學(xué)的研究方法主要研究方法有：主要研究方法有：經(jīng)驗歸納法經(jīng)驗歸納法和和演繹的模型法演繹的模型法263.化學(xué)工程學(xué)的幾個基本概念化學(xué)工程學(xué)的幾個基本概念 在從事化學(xué)工程研究、進行化工過程在從事化學(xué)工程研究、進行化工過程開發(fā)及設(shè)備的設(shè)計、操作時，經(jīng)常運用下面開發(fā)及設(shè)備的設(shè)計、操作時，經(jīng)常運用下面基本概念基本概念: 1、物料衡算物料衡算 2、能量衡算能量衡算 3、平衡關(guān)系平衡關(guān)系 4、過程速率過程速率271)、物料衡算：、物料衡算： 物

18、料衡算也稱為質(zhì)量衡算，其依據(jù)是質(zhì)量守物料衡算也稱為質(zhì)量衡算，其依據(jù)是質(zhì)量守恒定律。它反映一個過程中原料、產(chǎn)物、副產(chǎn)物恒定律。它反映一個過程中原料、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等之間的關(guān)系，即進入的物料量必等于排出的物等之間的關(guān)系，即進入的物料量必等于排出的物料量和過程中的積累量。料量和過程中的積累量。輸入物料的總量 排出物料的總量過程積累的總量28積累積累 MM入入M出出系系 統(tǒng)統(tǒng)物料衡算示意圖物料衡算示意圖物料衡算式：物料衡算式： M入入 M出出 M連續(xù)穩(wěn)定流動：連續(xù)穩(wěn)定流動：M入入 M出出 29積累積累 QQ入入Q出出系系 統(tǒng)統(tǒng)熱量衡算示意圖熱量衡算示意圖熱量衡算式：熱量衡算式： Q入入 Q出出 Q穩(wěn)定的

19、連續(xù)性操作：穩(wěn)定的連續(xù)性操作：Q入入 Q出出 2)、熱量衡算：、熱量衡算： 熱量衡算的依據(jù)是能量守恒定律。熱量衡算的依據(jù)是能量守恒定律。 304 4、化工基礎(chǔ)在化學(xué)領(lǐng)域的地位、化工基礎(chǔ)在化學(xué)領(lǐng)域的地位31v1.4 化工數(shù)據(jù)化工數(shù)據(jù) 單位制與單位換算單位制與單位換算321）、 單位制：單位制：英國：英國：英制單位：英制單位：質(zhì)量：質(zhì)量：“磅磅”1 b 0.4536 kg長度：長度：“英尺英尺” 1 ft 0.3048 m中國：中國：附表附表1-4-1 我國幾種舊單位制的基本量和基本單位我國幾種舊單位制的基本量和基本單位長 度 質(zhì) 量時 間 力厘米克秒制 CGScm (厘米) g (克)s (秒)

20、米千克秒制 MKS m (米) kg (千克)s (秒)米千克力秒制 MKfSm (米)s (秒)kgf (千克力)單位制基本量 單位制與單位換算33 國際單位制：國際單位制： 在在1960年年10月的第月的第11屆國際計量大會上屆國際計量大會上通過了一種新的單位制度，稱為國際單位制通過了一種新的單位制度，稱為國際單位制度，代號為度，代號為 “SI”，也稱為，也稱為 SI單位制。單位制。SI 單單位制是目前國際上最先進的一種單位制，被位制是目前國際上最先進的一種單位制，被許多國家廣泛使用。我國的法定計量單位也許多國家廣泛使用。我國的法定計量單位也是以是以 SI單位制為基礎(chǔ)的。單位制為基礎(chǔ)的。3

21、4 國際單位制的構(gòu)成：國際單位制的構(gòu)成：國際單位制國際單位制 （SI）SI 單位單位SI 單位的十進倍數(shù)和分數(shù)單位單位的十進倍數(shù)和分數(shù)單位 SI 基本單位基本單位 SI 導(dǎo)出單位導(dǎo)出單位SI 詞頭詞頭 SI 輔助單位輔助單位35表表1-4-2 SI 基本單位和輔助單位基本單位和輔助單位量的名稱量的名稱單單 位位 名名 稱稱國際符號國際符號備備 注注基 本單位長 度米metrem（1） 圓括號中的名稱與前面的名稱是同義詞；（2）去掉方括號后為全稱，去掉方括號和其中的字后為簡稱。質(zhì) 量千克 (公斤)kilogramkg時 間秒seconds電 流安 培AmpereA熱力學(xué)溫度開 爾文KelvinK

22、發(fā)光強度坎 德拉CandelaCd物質(zhì)的量摩 爾molemol輔助單位平 面 角弧 度radianrad立 體 角球 面 角steradiansr36表表1-4-3 化工中常用的化工中常用的SI 導(dǎo)出單位舉例導(dǎo)出單位舉例量的名稱量的名稱單單 位位 名名 稱稱單位符號單位符號用用SI 基本單位表示的單基本單位表示的單位位面 積平方米m2m2體 積立方米m3m3速 度米每秒m/sm/s密 度千克每立方米kg/m3kg/m3濃 度摩爾每立方米mol/m3mol/m3力牛頓Nkgm/s2壓強，應(yīng)力帕 斯卡Pa (=N/m2)kg/(ms2)37 續(xù)表續(xù)表1-4-3 化工中常用的化工中常用的SI 導(dǎo)出單

23、位導(dǎo)出單位量的名稱量的名稱單單 位位 名名 稱稱單位符號單位符號用用SI 基本單位表示的單基本單位表示的單位位能，功，熱量焦 耳J (=Nm)kgm2/s2功 率瓦 特W (=J/s)kgm2/s3粘 度帕 斯卡秒Paskg/(ms)擴散系數(shù)平方米/秒m2/sm2/s熱容，熵焦 耳每開爾文J/Kkgm2/(s2K)導(dǎo)熱系數(shù)瓦 特每米開爾文W/(mK)kgm/(s3K)傳熱系數(shù)瓦 特每平方米開爾文W/(m2K)kg/(s3K)38表表1-4-4 SI 詞頭詞頭表示的因數(shù)表示的因數(shù)詞頭名稱詞頭名稱詞頭符號詞頭符號1018艾 可薩E1015拍 它P1012太 拉T109吉 咖G106兆M103千k1

24、02百h101十da表示的因數(shù)表示的因數(shù)詞頭名稱詞頭名稱詞頭符號詞頭符號10-1分d10-2厘c10-3毫m10-6微 10-9納 諾n10-12皮 可P10-15飛 母托f10-18阿 托a39SI 單位的十進倍數(shù)和分數(shù)單位：單位的十進倍數(shù)和分數(shù)單位： 把把 SI 詞頭加在詞頭加在 SI單位前就構(gòu)成了單位前就構(gòu)成了 SI單位的十進倍數(shù)和分數(shù)單位。單位的十進倍數(shù)和分數(shù)單位。如，壓強單位如，壓強單位 MPa，力的單位，力的單位 kN。原則：原則：詞頭不可重疊使用詞頭不可重疊使用m m (毫微米毫微米)n m (納米納米)：10-9m40計量單位和計量單位和 SI 詞頭使用方法要點：詞頭使用方法要

25、點：1. 由 SI 基本單位相除構(gòu)成的單位，若分母中有兩個以上的單位符號時，要給分母加上圓括號，避免混淆。 如，傳熱系數(shù)單位： W/(m2K) 41計量單位和計量單位和 SI 詞頭使用方法要點：詞頭使用方法要點：2. 由 SI 基本單位通過乘或除構(gòu)成的組合單位，在使用 SI 詞頭時，詞頭應(yīng)加在整個單位之前，分母一般不用詞頭。 如，摩爾內(nèi)能單位： kJ/mol而不用 J /(mmol)42第二章第二章 流體流動過程流體流動過程質(zhì)質(zhì)量量傳傳遞遞熱熱量量傳傳遞遞動動量量傳傳遞遞三三傳傳433.1 流體的基本性質(zhì)流體的基本性質(zhì)什么是流體？什么是流體？有哪些特征？有哪些特征？流體 氣體 液體44流體的特

26、征流體的特征1 1易流動性易流動性 當(dāng)流體受到外部切向力作用時，易于變形而產(chǎn)生流動。2 2可壓縮性可壓縮性 流體在外部溫度和壓力作用下，流體分子間的距離會發(fā)生一定的改變，表現(xiàn)為流體密度大小的變化。工程上：流體 可壓縮流體 不可壓縮流體密度為常數(shù)451 1流體的密度流體的密度 流體的密度單位體積流體的質(zhì)量。用 表示，屬于物性。影響因素：流體種類、濃度、溫度、壓力46流體的密度流體的密度 nnmwww22111RTpMRTpMmm液體混合物液體混合物：氣體氣體：-理想氣體狀態(tài)方程 Mm = M1y1+ M2y2 + + Mnyn氣體混合物氣體混合物：472. 比體積 單位質(zhì)量流體具有的體積，稱為流

27、體的比體積 與流體密度互為倒數(shù) =1/483 3流體的壓強及其表示方法流體的壓強及其表示方法 流體的壓強流體的壓強流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的壓強，簡稱壓強。用p表示，工程上習(xí)慣稱之為壓力。1）壓力單位SI 制中， N/m2 = Pa，稱為帕斯卡2）壓力大小的兩種表征方法絕對壓力表壓1atm（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）=1.033at（工程大氣壓） =1.013105Pa =760mmHg=10.33mH2O49 絕對壓強絕對壓強以絕對零壓作起點計算的壓強，是 流體的真實強。 表壓強表壓強壓強表上的讀數(shù)，表示被測流體的絕對壓強比大氣壓強高出的數(shù)值，即: 表壓強絕對壓強大氣壓強表壓強絕對壓強大氣壓

28、強 50真空度真空度 真空表上的讀數(shù)，表示被測流體的絕對壓強低于大氣壓強的數(shù)值，即:真空度大氣壓強絕對壓強真空度大氣壓強絕對壓強514. 4. 流體的流量和流速流體的流量和流速流量流量流量流量體積流量體積流量qVVtm3/s質(zhì)量流量質(zhì)量流量mqmtkg/sqm qVqnntmol/s摩爾流量摩爾流量qm M qn522 2流速流速 流速流速體積流速體積流速uqVA質(zhì)量流速質(zhì)量流速qmWA平均流速平均流速m/skg/(m2 s) W uqm W A u A53 流體的粘性和內(nèi)摩擦力流體的粘性和內(nèi)摩擦力 流體的粘性流體的粘性 流體在運動的狀態(tài)下,有一種抗拒內(nèi)在的向前運動的特性。 流體的內(nèi)摩擦力流體

29、的內(nèi)摩擦力 運動著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間的相互作用力。是流體粘性的表現(xiàn), 又稱為粘滯力或粘性摩擦力。 由于粘性存在，流體在管內(nèi)流動時，管內(nèi)任一截面上各點的速度并不相同,如圖所示。 5 5、 流體的粘性與牛頓粘性定律流體的粘性與牛頓粘性定律54 各層速度不同,速度快的流體層對與之相鄰的速度較 慢的流體層發(fā)生了一個推動其向運動方向前進的力，而同時速度慢的流體層對速度 快的流體層也作用著一個大 小相等、方向相反的力，即 流體的內(nèi)摩力。 流體在圓管內(nèi)分層流動示意圖55 牛頓粘性定律牛頓粘性定律l 流體流動時的內(nèi)摩擦力大小與哪些因素有關(guān) 平板間液體速度分布圖1）表達式 實驗證明,對于一定的液體,內(nèi)摩擦

30、力F與兩流體層的速度差u成正比；與兩層之間的垂直距離y成反比,與兩層間的接觸面積S（F與S平行）成正比，即: 56 單位面積上的內(nèi)摩擦力稱為內(nèi)摩擦應(yīng)力或剪應(yīng)力，以表示，于是上式可寫成: 此式只適用于u與y成直線關(guān)系的場合。 比例系數(shù)，其值隨流體的不同而異，流體的比例系數(shù)，其值隨流體的不同而異，流體的粘性愈大，其值愈大，所以稱為粘滯系數(shù)或動力粘性愈大，其值愈大，所以稱為粘滯系數(shù)或動力粘度粘度,簡稱為簡稱為粘度粘度。57 當(dāng)流體在管內(nèi)流動時，徑向速度的變化并不是直線關(guān)系，而是的曲線關(guān)系。則式應(yīng)改寫成： 式中 速度梯度，即在與流動方向相垂直的y方向上流體速度的變化率；以上兩式均稱為以上兩式均稱為58

31、 牛頓粘性定律說明流體在流動過程中流體層間所牛頓粘性定律說明流體在流動過程中流體層間所產(chǎn)生的剪應(yīng)力與法向速度梯度成正比，與壓力無關(guān)。產(chǎn)生的剪應(yīng)力與法向速度梯度成正比，與壓力無關(guān)。 流體的這一規(guī)律與固體表面的摩擦力規(guī)律不同。流體的這一規(guī)律與固體表面的摩擦力規(guī)律不同。2）物理意義）物理意義 59流體的粘度流體的粘度 （a）定義式 粘度的物理意義是促使流體流動產(chǎn)生單位速度梯度的剪應(yīng)力。粘度總是與速度梯相聯(lián)系,只有在運動時才顯現(xiàn)出來。（b）單位 在SI中, 粘度的為單位: 60 在物理單位制中在物理單位制中, ,粘度的單位為粘度的單位為: :泊泊 當(dāng)流體的粘度較小時，單位常用當(dāng)流體的粘度較小時，單位常

32、用cP（厘泊）表示。（厘泊）表示。（b b）單位）單位61 (c) (c) 影響因素影響因素 液體：液體：f（t），與壓強），與壓強p無關(guān)，溫度無關(guān)，溫度t， 。水（。水（20），）， 1.005cP；油的粘度可；油的粘度可達幾十、到幾百達幾十、到幾百Cp。 理想流體理想流體（實際不存在）實際不存在） ，流體無粘性，流體無粘性062 （d）數(shù)據(jù)獲?。?shù)據(jù)獲取 粘度是流體物理性質(zhì)之一粘度是流體物理性質(zhì)之一, ,其值由實其值由實驗測定；驗測定； 某些常用流體的粘度某些常用流體的粘度, ,可以從本教材可以從本教材附錄或有關(guān)手冊中查得。附錄或有關(guān)手冊中查得。63牛頓型流體與非牛頓型流體牛頓型流體與非牛頓型流體根據(jù)流變特性，流體分為牛頓型與非牛頓型兩類。 牛頓型流體牛頓型流體 服從牛頓粘性定律的流體稱為牛頓型流體。其流變方程式為 （3-14） 非牛頓型流體非牛頓型流體 凡不遵循牛頓粘性定律的流體，稱為非牛頓型流體。如牙膏。 本書只研究牛頓型流體。本書只研究牛頓型流體。