1、食品工程原理重点分解 食品工程原理复习 流体力学基础第一章 单元操作与三传理论的概念及关系。1.不同食品的生产过程应用各种物理加工过程，根据他们的操作原理，可以归结为数个应用广泛的基本操作过程，如流体输送、搅 拌、沉降、过滤、热交换、制冷、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、粉 单元 等。这些基本的物理过程称为碎、乳化萃取、吸附、干燥 操作 动量传递：流体流动时，其内部发生动量传递，故流体流动过程 也称为动量传递过程。凡是遵循流体流动基本规律的单元操作， 均可用动量传递的理论去研究。凡 : 物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。热量传递 是遵循传热基本规律的单元操作，均可用热量传递的理论去研究。凡是
2、遵循传质两相间物质的传递过程即为质量传递。质量传递 : 基本规律的单元操作，均可用质量传递的理论去研究。 单元操作与三传的关系“三传理论”是单元操作的理论基础，单元操作是“三传理论” 的具体应用。同时，“三传理论”和单元操作也是食品工程技术的理论和实践 基础定律。牛顿黏性定律的数学表粘性)2.粘度的概念及牛顿内摩擦(?du?dy? ，服从此定律的流体称为牛顿流体。达式是 比例系数，其值随流体的不同而异，流体的黏性愈大，其值愈大。所以称为粘滞系数或动力粘度，简称为粘度 3.理想流体的概念及意义。 理想流体的粘度为零，不存在内摩擦力。理想流体的假设，为工程研究带来方便。 4.热力体系：指某一由周围
3、边界所限定的空间内的所有物质。边界可以是真实的，也可以是虚拟的。边界所限定空间的外部称为1 / 22 外界。稳定流动：各截面上流体的有关参数（如流速、物性、压强）5. 仅随位置而变化，不随时间而变。 u21e?PV?gZ?q?w?e?PV?gZ? 1121212222 6流体在两截面间的管道内流动时, 其流动方向是从总能量大的截面流向总能量小的截面。 7.1kg理想流体在管道内作稳定流动而又没有外功加入时，其柏努利方程式的物理意义是其总机械能守恒，不同形式的机械能可以相互转换。 8. 实际流体与理想流体的主要区别在于实际流体具有黏性 ，实际流体柏努利方程与理想流体柏努利方程的主要区别在于实际流
4、体柏努利方程中有阻力损失项。 柏努利方程的三种表达式22/2 +gz+u+gz+u/2 = p/ p212112 22 p/g+z+u/2g = p/g+z+u/2g 2 2112 1 22/2 u+ugz p+/2 = pgz22 1112 9.管中稳定流动连续性方程：在连续稳定的不可压缩流体的流动中，流体流速与管道的截面积成反比。截面积愈大之处流速愈小，反之亦然。对于圆形管道,不可压缩流体在管道中的流速与管道内径的平方成反比。 2 / 22 10.雷诺准数和影响流体流动类型的因素：u、d、越大，越小，就越容易从层流转变为湍流。上述中四个因素所组成的复合数群du/，是判断流体流动类型的准则。
5、 Re 2000 稳定的层流区 2000 Re 4000 湍流区 11.根据柏努利方程式，等径管路的水头损失即管路两端压强差。 0.316412.布拉修斯公式（Re大于4000）： ?0.25Re12.流体湍流流动时的速度分布是由三层构成，它们分别是层流内层、缓冲层和湍流中心。10.流体在光滑管内作湍流流动时，摩擦系数与Re和?/d有关；若其作完全湍流（阻力平方区），则仅与/d有关。 ? ?l?l?2?13.阻力系数和当量长度的联合使用 ue?h?fd2g ?13.管路计算的目的是确定流量、管径和能量之间的关系。管路计算包括设计型计算和操作型计算两种类型。 管路计算是连续性方程、柏努利方程、摩
6、擦阻力计算式三式的具体应用。 14流体流经并联管路系统时，遵循的原则是各并联管段的压强降相等、主管总流量等于各并联管段之和。 15离心泵叶轮按有无挡板可分为闭式 ,半闭式 ,开式 。离心泵按叶轮串联的多少可分为单级泵 ,多级泵 。 16.离心泵多采用后弯叶片是因为输送液体希望获得的是静压头。 17离心泵在启动前应灌泵，否则会发生气缚现象；离心泵的安装高度应小于允许安装高度, 否则会发生汽蚀现象。 18.离心泵容易产生气蚀的的原因有液体温度过高；管道阻力过大 ；流体沸点低等。 3 / 22 19.离心泵的工作点是泵的特性曲线与管路特性曲线的交点。 20.离心泵的流量调节，通常在排出管线上装适当的
7、调节阀改变离心泵的转速或改变叶轮外径。 21. 离心泵的气蚀余量减小，则其抗气蚀能力增大。 22造成离心泵的有效功率小于轴功率的原因。 轴功率指泵轴所获得的功率。 由于有容积损失、水力损失与机械损失， 故泵的轴功率要大于液体实际得到的有效功率 容积损失是由于泵的泄漏造成的。离心泵在运转过程中，有一部分获得能量的高压液体，通过叶轮与泵壳之间的间隙流回吸入口 水力损失是由于流体流过叶轮、泵壳时，由于流速大小和方向要改变，且发生冲击，而产生的能量损失。 机械损失是泵在运转时，在轴承、轴封装置等机械部件接触处由于机械磨擦而消耗部分能量。 泵的转速是指离心泵、旋转泵的泵轴的转速或往复泵曲轴的转速，单位：
8、r/min 23.正位移泵的流量与泵的压头及管路情况无关，因此不能简单的用调节排出管路的阀门 来调节。正位移泵的流量调节方法有两种：一种是回路调节 ； 一种是改变曲轴的冲程大小。 24.泵的特性曲线：4 / 22 （流在固定的转速下，特性曲线离心泵的基本性能参数： 量、压头、功率和效率）之间的关系曲线。 曲线Q 图上绘有三种曲线 曲线Q 曲线Q强调：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于该转速， n故特性曲线图上都注明转速的数值。 曲线代表的是在一定转速下流体流经离心泵所获得的能量与流量的QH 关系，是最为重要的一条特性曲线。显然，PQ的增大而增大。的关系，P随曲线表示泵的流量PQQ和轴功率时
9、，泵轴消耗的功率最小。启动离心泵时，为了减小启动功率，应Q=0当 将出口阀关闭 泵在该点所对应的压头和流量下操曲线最大值相当于效率最高点。Q 作，其效率最高，故该点为离心泵的设计点。 传 热 第二章 傅立叶定律是热传导的基本定律，其表达式为 T?q?n?5 / 22 q 热流密度，简称传热速率，w/m2 导热面积，即垂直于热流方向的表面积，k/m 比例系数，热导率，w/m.k。 T? 傅立叶定律 ?qn?2 w/m热流密度， q - 。，(或热导率）w/m.k导热系数 傅立叶定律是热传导的基本定律，它指出：热流密度与温 度梯度成正比。 式中的负号指热流方向和温度梯度方向相反。 准数名称 符号
10、意义努塞尔特准数 Nusselt）（L/Nu= 表示对流传热系数的准数 雷诺准数 ）（Reynolds/Re=Lu 确定流动状态的准数 普兰特准数 （Prandtl）/Pr=cp 表示物性影响的准数格拉斯霍夫准）数（GrashofTl3Gr=g2 2/ 表示自然对流影响的准数 热量总是自动地由1.传热的概念：传热是由于温度差而引起的能量转移。在工程高温区传递到低温区。热量传递是自然界中普遍存在的物理现象， 技术、工业生产及日常生活中都有着广泛的应用。灭菌过程以及食品加工过程中的温度控制、2.传热在食品工程中的应用： 各种单元操作（如蒸馏、蒸发、干燥、结晶等）对温度有一定的要求。 传热的基本方式
11、及特点。3.物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子热传导 6 / 22 等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导 热对流 流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对 流。热对流仅发生在流体中 热对流的两种方式：强制对流： 因泵、 风机或搅拌等外力所导致的对流称为强制对流 自然对流： 由于流体 各处的温度不同而引起的密度差异，致使流体产生相对位移，这种对 流称为自然对流 热辐射因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。所有物体都能将热以电磁波的形式发射出去，而不需要任何介质。任何物体只要在绝对零度以上都能发射辐射能，但是只有在物体温度较高的时候，热辐射才能成
12、为主要的传热形式。 4.在食品生产中，物料在换热器内被加热或冷却时通常需要用另一种流体供给或取走热量，此种流体称为载热体。 5. 热传导：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称为热传导。 6傅立叶定律中的负号是指热流方向和温度梯度方向相反。 7. 对流传热：是在流体流动进程中发生的热量传递现象，它是依靠流体质点的移动进行热量传递的，与流体的流动情况密切相关。 8. 影响对流传热系数的因素流体的状态、流体的物理性质、流体的运动状况、流体对流的状况、传热表面的形状、位置及大小等。 9.对流传热系数关联式中准数的符号及意义。 Q?aS?T7 / 2
13、2 在数值上等于单位温度差下、单位传热面积的对流传热速率，其单位为 愈大表示对流传热愈快。W/(m2)，它反映了对流传热的快慢， 10. 蒸汽冷凝有膜状冷凝和滴状冷凝两种方式。在整个由于冷凝液能润湿壁面，因而能形成一层完整的液膜。膜状冷凝： 冷凝过程中，冷凝液膜是其主要热阻冷凝液在壁由于表面张力的作用，滴状冷凝：若冷凝液不能润湿冷壁面， 面上形成许多液滴，并沿壁面落下，该种冷凝称为滴状冷凝。冷、热流体通过间壁两侧的传热过程包括热流体以对流方式将热量传11.传递至另一侧热量以热传导方式由管壁的一侧传递至另一侧、递给管壁、 的热量又以对流方式传递给冷流体三个步骤。 影响冷凝传热的因素：?在蒸汽冷凝
14、时不凝性气体在液膜表: 不凝性气体的影响 冷凝对流传热系数降低。面形成一层气膜，使传热阻力加大，? 蒸汽流速和流向的影响：? 冷却壁面的高度及布置方式：?流体物性：冷凝液的密度越大，粘度越小，则液膜厚度 a越大。越小， 的数值取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热K12.总传热系数 器的类型。T?KSQ k ）（换热器的平均总传热系数，K w/m2 m2 S换热器的总传热面积，8 / 22 T- 换热器间壁两侧流体的平均温差 逆流和并流时的平均温度差 ?T?T12?TTm称为对数平均半径。当T2/ T1 2时，可用（m?T2lnT2+ T1）/2代替对数平均温度差。 ?T1 13.间壁式换
15、热器换热操作中，壁温总是接近对流传热系数较大 一侧流体的温度。 14.强化传热的途径有增大传热面积、降低加热介质温度、增加平均温度差、减少传热阻力等。 15.在空气-蒸汽间壁换热过程中可采用提高空气流速方法来提高传热速率最合理。 16.蒸汽冷凝时的热阻决定于液膜厚度。 第四章 颗粒与流体之间的相对运动 1.单颗粒的特性主要是颗粒的大小、形状、和表面积。 2. 颗粒的当量直径的三种表示方法。 颗粒的等体积当量直径为与该颗粒体积相等的等体积当量直径：V6dev?3直径。 ? Dev颗粒等体积当量直径，m；V颗粒的体积，m3。 等比表面积当量直径: 与非球形颗粒比表面积相等的直径为该颗粒的等比表面积
16、当量直径。 dea-颗粒的等比表面积当量直径，m； S等表面积当量直径: 与非球形颗粒表面积相等的直径为该颗d?es?粒的等表面积当量直径。 3. 床层的空隙率的概念及影响因素。空隙率的大小与颗粒形状、粒度分布、颗粒直径与床层直径的比值、床层的填充方式等因素有关。 9 / 22 4.1.3 颗粒床层的特性 大量固体颗粒堆积在一起形成颗粒床层。 静止的颗粒床层又称为固定床。对流体通过床层流动产生重要影响的床层特性有: 1. 床层的空床层中颗粒之间的空隙体积与整个床层体积之比称为空隙率。 床层体积?颗粒体积?床层体积 4. 影响床层压降的因素有三个 ，即操作因素u，流体物性和，床层特性和a。所有这
17、些因素中，影响最大的是床层空隙率 。 流体通过一组平行细管流动的压降为 P-流体通过床层的压降，Pa; 2uL?ee?P L床层高度，m； 2dede床层流道的当量直径，m； u1流体在床层内的实际流速，m/s 2?)(1(1?) 其实验范围为欧根方程,2?u1.75Lu?L?P?150323?ddRep0.17420 pp当(Re)p20时,等式右边第二项可忽略。 当(Re)p 1000时，等式右边第一项可略去。 5.在重力沉降操作中，影响沉降速度的因素主要有颗粒体积分数、 器壁效应和颗粒形状。 ?沉降速度 对于球形颗粒 ?3du)gd4(?p2?()g?uppu?tdd4则可得沉降速度计算
18、式 ?3ppp 层流区（Rep 1 斯托克斯区） 湍流区（5001 饱和液体（泡点）进料 q=1 汽液混合物进料 0q1 饱和蒸汽（露点）进料 q =0 H?i每千摩尔进料变为饱和蒸汽所需热量F?q?q 0 过热蒸汽进料 进料的千摩尔汽化潜热rr22.温度-组成（t-x-y）图的上下两曲线将图分成液相区、过热蒸汽区和汽液共存区三个区域。 23.对于二元理想溶液, 相对挥发度大, 说明该物系容易分离。 16 / 22 24.再沸器的作用：加热液体产生蒸气，蒸气沿塔上升，与下降的液体逆流接触进行物质传递。多次且同时进行部分汽化。 25.为什么精馏塔分精馏段和提馏段？ 若在塔顶进料则只有塔底的重组分
19、产品可达高纯度，塔顶引出的蒸汽因没有经过精馏段的精制，纯度一般不会高。 yx?若在塔底进料则只有塔顶的轻组分产品可达高纯度， 塔底的液体因未qDR?miny?xqq经提馏段提浓，纯度一般也不会高。 只有包括了精馏段和提馏段的精馏塔才可能由塔顶和塔底连续地分别得到高纯度的轻、重组分产品。 26.为什么精馏的操作线为直线？ 根据恒摩尔流假设，L为定值，且在稳定操作时，D及xD为定值，故R为常量。它描述了任一板(第n层板)的液体组成Xn与此相邻的下一塔板(第n+1层)上升的蒸汽组成之间的关系，为一线性关系。 27.恒摩尔流假定成立的条件：气液两相接触时，若有1kmol蒸气冷凝使1kmol的液体汽化，这时气液流符合恒摩尔流假定。 x?yRqDmin? R?1x?x28.最小回流比的计算：整理得 qDmin R1干燥原理 第12章 xy?x?1n?
