Ch1 流体流动
知识点：
1、 流体静力学方程
（1）公式 2211z g
p z g p +=+ρρ or gh p ρ=Δ （2）条件：a . 流体是静止的 b . 流体是连续的 c . 不可压缩
（3）应用：复式，非水平管压差
gz R R g p P P P ρρ+++?=?=Δ)()(21021L
2、 连续性方程 e A u A u ==222111ρρ
（1）公式：C A u A u ==2211
（2）条件：a .稳态，连续 b .不可压缩流体
（3）应用：不同截面处，速度间的关系应用此式多，截面与流速垂直。
3、伯努里方程
f e H H
g u z g p ?=Δ+Δ+Δ22
ρ )22(22222111f e H g u z g
P H g u z pg P +++=+++ρ “Δ”总是“出—进”之意
条件：（1）稳态，连续流体 （2）流体不可压缩
应用时应注意：
（1）不同基准，公式形式不同，各项基准要一致（单位一致）
（2）压力可同用表压或绝压，应一致
（3）时时把握“伯氏方程”不过是在某一范围内的能衡关系，是求取某一参数的手段。
4、阻力损失计算及λ的计算
g u d l H f 22λ= （22u d l h f λ= or 2
2
Pu d l p f λ=Δ） ()g u d l l
H e f 22∑+=λ or g
u d l H f 22????????+=∑∑ξλ ()()
()25.0Re 3164.0(Re)/,/64 4000400020002000e e e
e e e e
f d R f d f R R f R R R ===??????===?????><<<λελελλλλ特例：湍流光滑管充分湍流区湍流发展区湍流区过渡区层流区 应用：1）管路计算：简单管路：基础是连续性方程、伯氏方程、范宁公式（求λ），若不告诉λ，可能属层流。 并联管路：总f f f h h h ===L 21
分支管路：在1-1′与2-2′面、或1-1′与3-3′面间分别应用伯氏方程，流速、管径、阻力系数不同时，阻力分段相加 汇合管路：特点同分支管路,两个分支面与汇合面独立应用伯氏方程。
2）流量测量：孔板、皮托管、转子流量计
孔板流量计 ()ρρρ?=i o o gR A C V 2
??
????===98.0C , 0.62 ),(o 文丘里左右一般在孔板A A m R f C o e o 皮托管：()ρρρg
R u i A ?=2 测点速，求平均速度要通过图表转换
转子流量计：特点：恒流速、恒压差、变截面
()f f f o R A g V A C V ρρρ?=2
校核 ()
()A f B B f A B A V V ρρρρρρ??=
3）非稳态流动特点：对某一瞬间，速度，高度，压强不变。伯氏方程仍是常规写法。关键是某一瞬间微元高
度内，质量恒算得微分式。
基本概念及名词解释：摩擦阻力与形体阻力，稳定流动，层流，湍动，牛顿粘性定律，粘度，边界层定义，充分发展的湍流，边界层分离，当量直径，非牛顿流体的类型（各自的特点）定理，因次一致性原理，虚拟压强，冲压能（冲压强）。管内速度分布，剪径力分布特点，孔板、皮托管、转子流量计各自的特点。
设计任务书 1、设计题目：年处理量为4400吨桃浆蒸发器装置的设计； 试设计一套三效并流加料的蒸发器装置，要求将固形物含量10%的桃浆溶液浓缩到42%，原料液沸点进料。第一效蒸发器的饱和蒸汽温度为103℃，冷凝器的绝对压强为20kPa。 2、操作条件： （1）桃浆固形物含量：入口含量10%，出口含量42%； （2）加热介质：温度为103℃的饱和蒸汽，各效的冷凝液均在饱和温度下排出，假设各效传热面积相等，并忽略热损失； （3）每年按330天计，每天24小时连续生产。 3、设计任务： （1）设计方案简介：对确定的工艺流程及蒸发器型式进行简要论述。 （2）蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。 （3）蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。 （4）蒸发器的主要结构尺寸设计。 （3）绘制蒸发装置的流程图，并编写设计说明书。
目录 设计任务书 (1) 第1章绪论 (3) 1.1蒸发技术概况 (3) 1.1.1蒸发 (3) 1.1.2发生条件 (3) 1.1.3蒸发的两个基本过程 (3) 1.1.4影响因素 (3) 1.1.5影响蒸发的主要因素 (4) 1.2蒸发设备 (4) 1.2.1蒸发器 (4) 1.2.2蒸发器分类 (4) 1.2.3蒸发器的特点 (5) 1.3蒸发操作的分类 (7) 1.4蒸发在工业生产中的应用 (8) 第2章设计方案 (9) 2.1蒸发器的选择 (9) 2.2蒸发流程的选择 (9) 2.3操作条件 (10) 第3章蒸发器的工艺计算 (11) 3.1估计各效蒸发量和完成液浓度 (11) 3.2估计各效溶液的沸点和有效总温度 (11) 3.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发器水量的初步计算 (13) 3.4蒸发器传热面积的估算 (14) 3.5有效温差的分配 (15) 3.6校正 (15) 3.7设计结果一览表 (17) 符号说明 (18) 参考文献 (20) 结束语 (21)
食品工程原理复习 第一章 流体力学基础 1.单元操作与三传理论的概念及关系。 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 碎、乳化萃取、吸附、干燥 等。这些基本的物理过程称为 单元 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。 热量传递 : 物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。凡 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。 质量传递 : 两相间物质的传递过程即为质量传递。凡是遵循传质 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 2.粘度的概念及牛顿内摩擦(粘性)定律。牛顿黏性定律的数学表达式是y u d d μτ±= ，服从此定律的流体称为牛顿流体。 μ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 外界。 5.稳定流动：各截面上流体的有关参数（如流速、物性、压强） 仅随位置而变化，不随时间而变。 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体柏努利方程中有阻力损失项。 柏努利方程的三种表达式 p1/ρ+gz1+u12/2 = p2/ρ+gz2+u22/2 p1/ρg+z1+u12/2g = p2/ρg+z2+u22/2g p1+ρgz1+ρu12/2 = p2 +ρgz2+ρu22/2
食工原理复习题及答案(不含计算题) 一、填空题： 1. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为15.7kg.s-1,其体积流量为_________.平均流速为______。 ***答案*** 0.0157m3.s-1 2.0m.s-1 2. 流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的____倍; 如果只将管径增加一倍,流速不变,则阻力损失为原来的_____倍。 ***答案*** 2；1/4 3. 离心泵的流量常用＿＿＿＿＿＿＿＿调节。 ***答案*** 出口阀 4.（3分）题号2005 第2章知识点100 难度容易 某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为He=25m水柱,输水量为20kg.s-1,则泵的有效功率为_________. ***答案*** 4905w 5. 用饱和水蒸汽加热空气时，换热管的壁温接近____________的温度，而传热系数K值接近____________的对流传热系数。 ***答案*** 饱和水蒸汽；空气 6. 实现传热过程的设备主要有如下三种类型___________、_____________、__________________. ***答案*** 间壁式蓄热式直接混合式 7. 中央循环管式蒸发器又称_______________。由于中央循环管的截面积_______。使其内单位容积的溶液所占有的传热面积比其它加热管内溶液占有的
______________，因此，溶液在中央循环管和加热管内受热不同而引起密度差异，形成溶液的_______________循环。 ***答案*** 标准式，较大，要小，自然 8. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得中的体积流量为0.022m3.s-1,质量流量为_________,平均流速为_______。 ***答案*** 22kg.s-1 ; 2.8m.s-1 9. 球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是_______________ 。滞流沉降时，其阻力系数=____________. ***答案*** 粒子所受合力的代数和为零24/ Rep 10. 某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57w.m-1.K-1,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 1140w 11. 非结合水份是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 ***答案*** 主要以机械方式与物料相结合的水份。 12. 设离心机转鼓直径为1m，转速n=600 转.min-1，则在其中沉降的同一微粒，比在重力沉降器内沉降的速度快____________倍。 ***答案*** 201 13. 在以下热交换器中, 管内为热气体,套管用冷水冷却,请在下图标明逆流和并流时,冷热流体的流向。 本题目有题图：titu081.bmp
姓名：陈蔚婷 学号：1363115 班级：13级食安1班 实验一：流体流动阻力的测定 、实验目的 1 ?掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。 2?测定直管摩擦系数 入与雷诺准数Re 的关系，验证在一般湍流区内 入与Re 的关系曲线。 3?测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数 。 4?学会倒U 形压差计和涡轮流量计的使用方法。 5?识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。 、基本原理 流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流 应力的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。流体通过 管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。 1 ?直管阻力摩擦系数入的测定 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为： P f P 1 P 2 l U 2 W f d 2 即, 2d p f l u (1) (2) 式中：入一直管阻力摩擦系数，无因次； d —直管内径，m ; P f —流体流经I 米直管的压力降，Pa ; w f —单位质量流体流经I 米直管的机械能损失，J/kg ； p —流体密度，kg/m 3 ; l —直管长度，m ; u —流体在管内流动的平均流速， m/s 。
式中：Re —雷诺准数，无因次； 卩一流体粘度，kg/（m s ）。 湍流时入是雷诺准数Re 和相对粗糙度（& /d 的函数，须由实验确定。 由式（2）可知，欲测定 入需确定I 、d ,测定 p f 、u 、p □等参数。I 、d 为装置参数（装置 参数表格中给出）， P □通过测定流体温度，再查有关手册而得， u 通过测定流体流量，再由管径 计算得到。 2 ?局部阻力系数 的测定 局部阻力损失通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。 （1）当量长度法 流体流过某管件或阀门时造成的机械能损失看作与某一长度为 l e 的同直径的管道所产生的机械 （2）阻力系数法 流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数, 局部阻力的这种计算方法，称为阻力系数法。即： ,P f u 2 w' f 故 式中： 一局部阻力系数，无因次； P f —局部阻力压强降，Pa ;（本装置中，所测得的压降应扣除两测压口间直管段的压降, 直管段的压降由直管阻力实验结果求取。） p —流体密度，kg/m 3 ; 滞流（层流） 时， 64 Re Re du (3) (4) 能损失相当，此折合的管道长度称为当量长度，用符号 l e 表示。这样，就可以用直管阻力的公式来计 算局部阻力损失，而且在管路计算时可将管路中的直管长度与管件、 则流体在管路中流动时的总机械能损失 W f 为： 阀门的当量长度合并在一起计算, l e W f (8) (9) 2 P f
.. . .. . . 食品工程原理课程设计说明书 题目：日产量72吨浓缩橙汁的初步设计 年级：2014级 学院：农学院 专业：食品1404班 指导老师: 苑博华 成员：吴悠
目录 第一章前言 1.1 选题的意义 (4) 1.2 立题的意义 (4) 1.3厂址的选择 (4) 第二章设计方案简介 2.1 选题 (5) 2.2 设计拟定工作容 (5) 第三章工艺设计 3.1工艺流程图 (6) 3.2工艺操作要求 (7) 第四章设计计算 4.1 物料衡算 (8) 4.1.1 各流程物料衡算 (8) 4.1.2 调配衡算 (9) 4.1.3 设备选型 (10) 4.2 管路设计计算及泵的选型 4.2.1选管 (11) 4.2.2选泵 (11) 第五章设计评述 (13) 第六章参考文献 (14)
第一章前言 1 . 1选题的意义 橙子是世界上栽培最广、经济价值最高的橙子类水果，成熟后变成黄色果肉酸甜适度，汁多，富有香气，是生产饮料的重要原料。橙子营养丰富，含有丰富的维生素C、钙、磷、钾、β-胡萝卜素、柠檬酸、皮甙以及醛、醇、烯等物质，常常食用可以强化免疫系统，抑制肿瘤细胞生长，明显减少胆结石的发生，增强毛细管韧性，减少人体体的胆固醇吸收，降低血脂，深受人们喜爱。由于橙子出汁率高，有良好的风味，营养丰富，经过加工可制成酸甜可口的橙子饮料，既可以保留其大部分的营养成分和风味物质，又可以增加其附加价值，为农民的创收提供帮助。 1 . 2立题的意义 作为食品专业的学生，通过本次果蔬汁加工工艺学设计，我们已初步通过学习掌握果汁加工原料的质构与加工特性、果汁加工工艺、果汁加工设备、果汁在加工生产过程中常见的质量问题、果汁加工中物料衡算及管路设计等相关基本知识。参考果蔬汁现代生产加工相关文献，我们设计日产72吨橙子生产线，在设计过程中选择橙汁加工中合理的工艺流程，选择合适的加工设备，为实际生产加工橙子提供一定的用途。 1 . 3厂址的选择 橙汁工厂的选择一般倾向于设在原材料产地附近，厂址在城市外围，原材料产地附近的郊区，有利于销售，便于辅助材料和包装
食品工程原理复习 第一章 流体力学基础 1.单元操作与三传理论的概念及关系。 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 碎、乳化萃取、吸附、干燥 等。这些基本的物理过程称为 单元 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。 热量传递 : 物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。凡 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。 质量传递 : 两相间物质的传递过程即为质量传递。凡是遵循传质 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 2.粘度的概念及牛顿内摩擦(粘性)定律。牛顿黏性定律的数学表达式是y u d d μτ±= ，服从此定律的流体称为牛顿流体。 μ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 外界。 5.稳定流动：各截面上流体的有关参数（如流速、物性、压强） 仅随位置而变化，不随时间而变。 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体柏努利方程中有阻力损失项。 柏努利方程的三种表达式 p1/ρ+gz1+u12/2 = p2/ρ+gz2+u22/2 p1/ρg+z1+u12/2g = p2/ρg+z2+u22/2g p1+ρgz1+ρu12/2 = p2 +ρgz2+ρu22/2 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
食品工程原理期末复习 单项选择题 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
单项选择题：（从每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的号码写在题干后面的括号内） 1、一个标准大气压，以mmHg为单位是（ B ） (A) 761 (B) 760 (C) (D) 9、一个标准大气压，以mH2O柱为单位是（ B ） (A) (B) (C) (D) 2、表示流体流动形态类型可用雷诺数来表示，当流体流动属于层流时，雷诺数为（ D ） (A) Re ≤ 1500 (B) Re ≤ 1600 (C) Re ≤ 1800 (D) Re ≤ 2000 10、表示流体流动形态类型可用雷诺数来表示，当流体流动属于湍流时，雷诺数为（ C ） (A) Re >3500 (B) Re >3800 (C) Re >4000 (D) Re >4200 16、一个标准大气压，以cm2为单位是（ B ） (A) (B) (C) (D) 25、一个标准大气压，以Pa为单位应为（ B ） (A) ×104 (B) ×105 (C) ×106 (D) ×105 3、流体内部流动时产生的摩擦力，对流体的流动有阻碍的作用，称为流体的 （ D ） (A) 比热 (B) 密度 (C) 压力 (D) 粘性 5、流体流过任一截面时，需要对流体作相应的功，才能克服该截面处的流体压力，所 需的功，称为（ C ） (A) 位能 (B) 动能 (C) 静压能 (D) 外加能量 6、流体流动时，上游截面与下游截面的总能量差为（ D ） (A) 外加能量减动能 (B) 外加能量减静压能 (C) 外加能量减位能 (D) 外加能量减能量损失 7、输送流体过程中，当距离较短时，直管阻力可以（ C ） (A) 加倍计算(B) 减半计算(C) 忽略不计(D) 按原值计算 8、泵在正常工作时，实际的安装高度要比允许值减去（ B ） (A) ０.３m (B) ０.５－１m(C) １－１.５m(D) ２m 12、流体流动时，由于摩擦阻力的存在。能量不断减少，为了保证流体的输送需要（ D ） (A) 增加位能 (B) 提高动能 (C) 增大静压能 (D) 外加能量 13、利用柏努利方程计算流体输送问题时，需要正确选择计算的基准面，截面一般与 流动方向（C） (A) 平行(B) 倾斜(C) 垂直(D) 相交 14、输送流体时，在管道的局部位置，如突扩，三通，闸门等处所产生的阻力称为（ B） (A) 直管阻力(B) 局部阻力(C) 管件阻力(D) 输送阻力 15、泵在正常工作时，泵的允许安装高度随着流量的增加而（ B ） (A) 增加(B) 下降(C) 不变(D) 需要调整 17、离心泵启动时，泵内应充满输送的液体，否则会发生（ A ） (A) 气缚 (B) 汽蚀 (C) 气阻 (D) 气化 19、流体内部的压强，以绝对零压为起点计算的是（ C ） (A) 真空度 (B) 表压 (C) 真实压强 (D) 流体内部的静压 20、流体流动时，如果不计摩擦损失，任一截面上的机械能总量为（ D ） (A) 动能加位能 (B) 动能加静压能 (C) 位能加静压能 (D) 总能量为常量 21、利用柏努利方程计算流体输送问题时，要正确的选择合理的边界条件，对宽广水 面的流体流动速度，应选择（C） (A) U = 1 (B) 0 < u < 1 (C) u = 0 (D) u < 0 22、输送流体时，泵给予单位质量流体的能量为（ C ） (A) 升扬高度(B) 位压头 (C) 扬程(D) 动压头 23、往复式泵的分类是依据不同的（A） (A) 活塞(B) 连杆(C) 曲柄(D)汽缸 26、离心泵的实际安装高度,应该小于允许安装高度，否则将产生（ B ） (A) 气缚 (B) 汽蚀 (C) 气阻 (D) ) 气化
食品工程原理课程设计 ---管壳式冷凝器设计
目录 食品工程原理课程设计任务书 (2) 流程示意图 (3) 设计方案的确定 (4) 冷凝器的造型计算 (6) 核算安全系数 (8) 管壳式冷凝器零部件的设计 (10) 设计概要表 (12) 主要符号表 (13) 主体设备结构图 (14) 设计评论及讨论 (14) 参考文献 (15)
（一）食品科学与工程设计任务书 一、设计题目： 管壳式冷凝器设计 二、设计任务： 将制冷压缩机压缩后制冷剂(如F-22、氨等)过热蒸汽冷却、冷凝为过冷液体，送去冷库蒸发器使用。 三、设计条件： 1、冷库冷负荷Q0=1700KW； 2、高温库，工作温度0～4℃，采用回热循环； 3、冷凝器用河水为冷却剂，取进水温度为26~28℃； 4、传热面积安全系数5～15%。 四、设计要求： 1.对确定的设计方案进行简要论述； 2.物料衡算、热量衡算； 3.确定列管壳式冷却器的主要结构尺寸； 4.计算阻力； 5. 编写设计说明书（包括：①.封面；②.目录；③.设计题目；④.流程示意图；⑤.流程及方案的说明和论证；⑥设计计算及说明；⑦主体设备结构图； ⑧设计结果概要表；⑨对设计的评价及问题讨论；⑩参考文献。） 6.绘制工艺流程图、管壳式冷凝器的的结构（3号图纸）、花板布置图（3号或4号图纸）。
（二）流程示意图 流程图说明： 本制冷循环选用卧式管壳式冷凝器，选用氨作制冷剂，采用回热循环，共分为4个阶段，分别是压缩、冷凝、膨胀、蒸发。 1 2 由蒸发器内所产生的低压低温蒸汽被压缩机吸入压缩机气缸，经压缩后温度升高； 2 3 高温高压的F—22蒸汽进入冷凝器；F—22蒸汽在冷凝器中受冷却水的冷却，放出热量后由气体变成液态氨。 4 4’ 液态F—22不断贮存在贮氨器中； 4’ 5 使用时F—22液经膨胀阀作用后其压力、温度降低，并进入蒸发器； 5 1 低压的F—22蒸汽在蒸发器中不断的吸收周围的热量而汽化，然后又被压缩机吸入，从而形成一个循环。 5’1是一个回热循环。 本实验采用卧式壳管式冷凝器，其具有结构紧凑，传热效果好等特点。所设计的卧式管壳式冷凝器采用管内多程式结构，冷却水走管程，F—22蒸汽走壳程。采用多管程排列，加大传热膜系数，增大进，出口水的温差，减少冷却水的用量。
华中农业大学HUAZHONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 题目：食品工程原理课程设计 班级：食工1002班 姓名：张国秀 学号： 2010309200212 日期： 指导老师：
列管式换热器设计任务书 一、设计题目：列管式换热器的设计 二、设计任务及操作条件 1、处理能力：6000㎏/h 2、设备形式：列管式换热器 3、操作条件 ①油：进口温度140℃，出口温度40℃； ②冷却介质：循环水，进口温度30℃，出口温度40℃； ③允许压强降：不超过107 Pa； 4、确定物性数据： 定性温度:可取流体进出口温度的平均值。 壳程油品的定性温度T=（140+40）/2=90℃ 管程循环水的定性温度t=(30+40)/2=35℃ 根据定性温度分别查取壳程和管程流体的有关物性数据：油在90℃时密度ρ0=825㎏/m3 比热容Cp0 =2.22 kJ/(㎏·℃) 黏度μ0=0.000715Pa·s 导热系数λ0=0.140 W/(m·℃) 水在35℃时密度ρi=994㎏/m3 比热容Cp i=4.08 kJ/(㎏·℃) 黏度μi=0.000725Pa·s 导热系数λi=0.626W/(m·℃) 5、每年按330天计算，每天24小时连续运行。
目录 第一节概述及设计方案简介 (5) 1 概述 (5) 1.1 换热器 (5) 1.2换热器的选择 (5) 1.3 流动空间的选择 (7) 1.4 流速的确定 (7) 1.5 材质的选择 (7) 1.6 管程结构 (8) 1.7 壳程结构 (9) 1.8 壳程接管 (10) 2 设计方案 (10) 3 主要符号参考说明 (11) 第二节工艺计算及主体设备设计计算 (12) 2.1 计算传热系数 (12) 2.1.1 计算管程对流传热系数 (12) 2.1.2 计算壳程对流传热系数 (12) 2.1.3 计算总传热系数 (12)
食品工程原理复习 第一章流体力学基础 1.单元操作与三传理论的概念及关系。 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、粉碎、乳化萃取、吸附、干燥等。这些基本的物理过程称为单元操作 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。 热量传递: 物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。凡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。 质量传递: 两相间物质的传递过程即为质量传递。凡是遵循传质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” 1
2 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 2.粘度的概念及牛顿内摩擦(粘性)定律。牛顿黏性定律的数学表达式是y u d d μτ±= ，服从此定律的流体称为牛顿流体。 μ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 为外界。 5.稳定流动：各截面上流体的有关参数（如流速、物性、压 强）仅随位置而变化，不随时间而变。 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
一、填空题： 1. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为15.7kg.s-1,其体积流量为_0.0157m3.s-1_.平均流速为__ 2.0m.s-1____。 2. 流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的____倍; 如果只将管径增加一倍,流速不变,则阻力损失为原来的_____倍。2；1/4 3. 离心泵的流量常用＿＿＿＿＿＿＿＿调节。出口阀 4.（3分）某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为He=25m水柱,输水量为20kg.s-1,则泵的有效功率为_________.4905w 5. 用饱和水蒸汽加热空气时，换热管的壁温接近__饱和水蒸汽；_的温度，而传热系数K值接近___空气____的对流传热系数。 6. 实现传热过程的设备主要有如下三种类型___、__、___.间壁式蓄热式直接混合式 7. 中央循环管式蒸发器又称__标准式__。由于中央循环管的截面积__较大_____。使其内单位容积的溶液所占有的传热面积比其它加热管内溶液占有的____要小__，因此，溶液在中央循环管和加热管内受热不同而引起密度差异，形成溶液的____自然__循环。 8. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得中的体积流量为0.022m3.s-1,质量流量为__22kg.s-1 __,平均流速为_ 2.8m.s-1______。 9. 球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是__粒子所受合力的代数和为零_ 。滞流沉降时，其阻力系数=__24/ Rep ___. 10. 某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57w.m-1.K-1,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁)1140w 11. 非结合水份是主要以机械方式与物料相结合的水份。 12. 设离心机转鼓直径为1m，转速n=600 转.min-1，则在其中沉降的同一微粒，比在重力沉降器内沉降的速度快___201___倍。 13. 在以下热交换器中, 管内为热气体,套管用冷水冷却,请在下图标明逆流和并流时,冷热流体的流向。 本题目有题图：titu081.bmp 14. 用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案Ⅰ是令冷却水终温为30℃，方案Ⅱ是令冷却水终温为35℃，则用水量WI＿＿WII AI＿＿＿A II。（大于，等于，小于） 大于，小于 15. 多效蒸发的原理是利用减压的方法使后一效的蒸发压力和溶液的沸点较前一效的____________，以使前一效引出的______________作后一效_________，以实现_____________再利用。为低、二次蒸汽、加热用、二次蒸汽 16. 物料干燥时的临界水份是指＿由恒速干燥转到降速阶段的临界点时，物料中的含水率；它比物料的结合水份大。 17. 如右图所示：已知,ρ水=1000kg.m-3,ρ空气=1.29kg.m-3,R=51mm,则△p=500_ N.m-2,ξ=_1（两测压点A.B间位差不计） 本题目有题图：titu141.bmp 18. 板框压滤机主要由__滤板、滤框、主梁（或支架）压紧装置等组成_，三种板按1—2—3—2—1—2—3—2—1的顺序排列组成。 19. 去除水份时固体收缩最严重的影响是在表面产生一种液体水与蒸汽不易渗透的硬层，因而降低了干燥速率。 20. 多效蒸发的原理是利用减压的方法使后一效的蒸发压力和溶液的沸点较前一效的_为低，以使前一效引出的_二次蒸汽作后一效加热用，以实现_二次蒸汽_再利用。 21. 恒定的干燥条件是指空气的＿湿度、温度、速度＿以及＿与物料接触的状况＿都不变。 22. 物料的临界含水量的大小与_物料的性质，厚度和恒速干燥速度的大小__等因素有关。 二、选择题： 1. 当离心泵内充满空气时，将发生气缚现象，这是因为( ) B. A. 气体的粘度太小 B. 气体的密度太小 C. 气体比液体更容易起漩涡 D. 气体破坏了液体的连续性 2. 降膜式蒸发器内溶液是（C ）流动的。 A. 自然循环； B. 强制循环； C. 不循环 3. 当空气的t=t=tφ（A）。
1.1.位能：由于流体在地球重力场中处于一定的位置而具有的能量。若任选一基准水平面作为位能的零点，则离基准垂直距离为Z的流体所具有的位能为mgz。 2.动能：由于运动而具有的能量。若流体以均匀速度u流动，则其动能为mv2/2.若流动界面上流速分布不均，可近似按平均流速进行计算，或乘以动能校正系数。 3.内能：物体或若干物体构成的系统内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量总和。对于不克压缩流体，其内能主要是流体的分子动能，对于可压缩流体，其内能既有分子动能，也有分子位能，如果单位质量流体所含的内能为e，则质量为m的流体所具有的内能E=me。在热力计算时，我们对某一状态下的内能变化值。 4.流动功：如果设备中还有压缩机或泵等动力机械，则外接通过这类机械将对体系做功，是为功的输入，相反也有体系对外做功的情形，是为功的输出，人为规定，外界对体系做功为正，体系对外界做工为负。 5.汽蚀：水泵叶轮表面受到气穴现象的冲击和侵蚀产生剥落和损坏的现象。吸上真空高度达最大值时。液体就要沸腾汽化，产生大气泡，气泡随液流进入叶轮的高压区而被压缩，于是气泡又迅速凝成液体，体积急剧变小，周围液体就以极高速度冲向凝聚中心，造成几百个大气压甚至几千个大气压的局部应力致使叶片受到严重损伤。 6.汽蚀余量：指泵吸收入口处单位液体所具有的超过气化压力的富余能量， 7.泵的工作点：泵的特性曲线与某特定管路的特性曲线的交点。1.雷诺准数：Re=dup/u;是惯性力和黏性力之比，是表示流动状态的准数2努赛尔特准数：Nu:表示对流传热系数的准数3普兰特准数：Pr:表示物性影响的准数4格拉斯霍夫准数：Gr:表示自然对流影响的准数5粘度：液体在流动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为液体的黏性，粘性的大小用黏度表示，是用来表征液体性质相关的阻力因子；运动黏度是流体的动力黏度与流体的密度之比6热传导：是通过微观粒子（分子·原子·电子等）的运动实现能量传递；热对流：指流体质点间发生相对位移而引起的热量传递过程；热辐射：指物体由于热的原因以电磁波的形式向外发射能量的过程7水分结冰率：食品冻结过程中水分转化为冰晶体的程度；最大冰晶生成区：水分结冰率变化最大的温度区域（-1~5摄氏度）8形状系数：表证非球形颗粒与球形颗粒的差异程度。9分隔尺度：指混合物各个局部小区域体积的平均值；分隔强度：指混合物各个局部小区域的浓度与整个混合物的平均浓度的偏差的平均值。10泵的工作点：将同一系统中的泵的特性曲线和某特定管路曲线，用同样的比例尺绘在一张图上，则这两条曲线的交点称为系统的工作点11温度场：某一瞬间空间中各点的温度分布；温度梯度：沿等温面法线方向上的温度变化率12颗粒群的频率分布曲线：将各个颗粒的相对应的颗粒百分含量绘制成曲线；累计分布曲线是将小于（大于）某粒径的颗粒占全部颗粒的百分含量与该粒径的关系绘制成表格或图形来直观表示颗粒粒径的累积分布13粉碎：利用机械力将固体物料破碎为大小符合要求的小块颗粒或粉末的单元操作；粉碎比“物料粉碎前后的平均粒度之比14床层空隙率：众多颗粒按某种方式堆积成固体定床时，床层中颗粒堆积的疏密程度可用空隙率表示，数值等于床层空隙体积与床层总体积之比15床层的比表面：单位床层体积具有的颗粒表面积16水力光滑管：当δ﹥Δ时，管壁的凸凹不平部分完全被黏性底层覆盖，粗糙度对紊流核心几乎没有影响，此情况成为水力光滑管17紊流核心：黏性影响在远离管壁的地方逐渐减弱，管中大部分区域是紊流的活动区，这里成为紊流核心18允许吸上真空高度Hsp:在吸上真空高度上留有一定的余量，所得的吸上真空高度19最大吸上真空高度Hsmax:当泵的吸入口处的绝对压力Ps降低到与被输送液体在输送温度下的饱和蒸汽压Pv相等时，吸上真空高度就达到最大的临界值，称为最大吸上真空高度20泵的几何安装高度（吸入高度）：指泵的吸入口轴线与贮液槽液面间的垂直距离21壁效应：壁面附近的空隙率总是大于床层内部，因阻力较小，流体在近壁处的流速必大于床层内部22黑体：A=1表示投射到物体表面上的辐射能全部被该物体吸收；白体或镜体：R=1,表示投射到物体表面上的辐射能全被该物体反射；透热体：D=1表示投射到物体表面上的辐射能全部被透过；灰体：能以相同的吸收率且部分地吸收所有波长范围的辐射能的物体；特点：a,灰体的吸收率
浙江大学食工原理复习题及答案 一、填空题： 1. 圆管中有常温下的水流动，管内径d=100mm 测得其中的质量流量为 15.7kg.s -1,其体积 流量为 _________. 平均流速为 *** 答案 0.0157m 3 .s -1 2.0m.s -1 2. 流体在圆形管道中作层流流动 , 如果只将流速增加一倍 , 则阻力损失为原来的 如果只将管径增加一倍 , 流速不变 , 则阻力损失为原来的 _______ 倍。 *** 答案 *** 2 ； 1/4 3. 离心泵的流量常用 *** 答案 *** 出口阀 4. （3分） 题号 2005 第 2章 知识点 100 某输水的水泵系统 , 经管路计算得 , 需泵提供的压头为 则泵的有效功率为 . *** 答案 *** 4905w 5. 用饱和水蒸汽加热空气时， 换热管的壁温接近 _______ 近 _____________ 的对流传热系数。 调节。 答案 *** 饱和水蒸汽； 空气 6. 实 现 传 热 过 程 的 设 备 主 要 有 如 下 三 种 类 型 倍; 难度 容易 He=25m 水柱,输水量为 20kg.s -1, 的温度， 而传热系数K 值接 *** 答案 *** 间壁式 蓄热式 直接混合式 7. 中央循环管式蒸发器又称 ___________________ 。由于中央循环管的截面积 单位容积的溶液所占有的传热面积比其它加热管内溶液占有的 _____________ 在中央循环管和加热管内受热不同而引起密度差异，形成溶液的 ___________ ___。使其内 ，因此，溶液 ___循 答案 *** 标准式 ， 较大 ， 要小 ， 自然 圆管中有常温下的水流动，管内径d=100mm 测得中的体积流量为 0.022m 【s -1,质量流量 ______ , 平均流速为 答案 *** -1 8. 为_ -1 22kg.s -1 ; 2.8m.s 9. 球形粒子在介质中自由沉降时， 匀速沉降的条件是 阻力系数 = ___________ . *** 答案 *** 粒子所受合力的代数和为零 24/ Rep 10. 某大型化工容器的外层包上隔热层 ，以减少热损失，若容器外表温度为 500 C ,而环境 温度为20C ,采用某隔热材料,其厚度为240mm,入=0.57w.m -1 .K -1，此时单位面积的热损失为 __。（注: 大型容器可视为平壁 ） 答案 *** 。滞流沉降时， 其
江 南 大 学 考 试 卷 专 用 纸 《食品工程原理》（2）期末试卷（B ） 2006.6 （食品学院03级用） 使用专业、班级 学号 姓名 题 数 一 二 三 四 五 总 分 得 分 一、概念题 〖共计30分〗； (填空题每空1分，判断、选择题每小题各1分) 1 在填料塔吸收系数测定的实验中，本实验室所使用的填料有__拉西______环和___鲍尔_____环两种。 2 根据双膜理论，吸收质从气相主体转移到液相主体整个过程的阻力可归结为（ C ）。 (A)两相界面存在的阻力； (B)气液两相主体中的扩散的阻力； (C)气液两相滞流层中分子扩散的阻力； 3 气体的溶解度随________的升高而减少，随 ___________的升高而增大。 4 精馏过程是利用 多次部分气化_______________和____多次部分冷凝____________的原理而进行的。 5 精馏塔设计时采用的参数(F ,x F ,,ｑ, D ，x D ，R 均为定值)，若降低塔顶回流液的温度，则塔内实际下降液体量__增大______，塔内实际上升蒸汽 量________。(增大，减少，不变，不确定) 6 二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起以下线的变化。（ ） (A)平衡线； (B)操作线与q 线； (C)平衡线 本题得分 8. 判断题（对打√，错打×） ①干燥操作能耗大，但要从湿固体物料中除去湿份(水份)，只能采用干燥 操作。( ) ②干燥过程中，湿物料表面并不总是保持为操作条件下空气的湿球温度。 ( ) 9. 干燥过程是________________和________________相结合的过程。 10 料液在高于沸点下进料时，其加热蒸气消耗量比沸点进料时的蒸汽消耗 量___少______， 因为此时料液进入蒸发器后有____闪蒸__________现象产生。 11多效蒸发的原理是利用减压的方 法使后一效的蒸汽压力和溶液的沸点较前一效的低，以使前一效引出的_____________作后一效的 ____________，从而实现____________再利用。 12萃取剂加入量应使原料和萃取剂的和点M 位于 (A)溶解度曲线之上方区； (B)溶解度曲线上； (C)溶解度曲线之下方区； (D)座标线上。 13萃取是利用各组分间的 差异来分离液体混合液的。 (A)挥发度 (B)离散度 (C)溶解度 (D)密度。 14判断题（对打√，错打×） 从A 和B 组分完全互溶的溶液中，用溶剂S 萃取其中A 组分，如果 出现以下情况将不能进行萃取分离: (A) S 和B 完全不互溶，S 和A 完全互溶。 ( )
食品工程原理 课程设计说明书 任务名称：蒸发器的设计 设计人： 指导教师： 班级组别： 设计时间： 成绩:
目录 1、设计说明书 (2) 2、设计方案的确定 (3) 3、方案说明 (4) 4、物料衡算 (5) 5、热量衡算 (5) 6、工艺尺寸计算 (9) 7、附属设备尺寸计算 (15) 8、主要技术参数 (17) 9、计算结果汇总 (17) 10、设备流程及装备图 (18) 11、参考文献 (21)
设计说明书 一、题目: 蒸发器的设计 设计蒸发量为4吨/小时的双效真空浓缩装置，用于浓缩番茄酱的生产。已知进料浓度为%，成品浓度为28%，第一效真空度为600mmHg,第二效真空度为700mmHg。加热蒸汽的压力为0.15 MPa 二、原始数据： 1、原料：浓度为%的番茄酱 2、产品：浓度为28%的番茄酱 3、生产能力：蒸发量四吨每小时，一天工作10个小时 4、热源：加热蒸汽为饱和水蒸汽，压力 5、压力条件：第一效为600 mmHg的真空度，第二效为700 mmHg的真空度 三、设计要求内容： 1、浓缩方案的确定：蒸发器的型式、蒸发操作流程、蒸发器的效数等。 2、蒸发工艺的计算：进料量、蒸发水量、蒸发消耗量、温差损失、传热量、 传热面积等。 3、蒸发器结构的计算：加热室尺寸、加热管尺寸及排列、蒸发室尺寸、接管尺 寸等。 4、附属设备的计算：冷凝器、真空系统的选用 5、流程图及装配图绘制
四．设计要求 1、设计说明书一份； 2、设计结果一览表；蒸发器主要结构尺寸和计算结果及设备选型情况等； 3、蒸发器流程图和装配图 设计方案的确定 1.蒸发器的确定：选用外加热式蒸发器，它的特点是加热室与分离室分开，便 于清洗和更换。这种结构有利于降低蒸发器的总高度，所以可以采用较长的加热管。并且，因循环管不受热而增大了溶液的循环速度，可达1.5m/s。 2.蒸发器的效数：双效真空蒸发。真空操作的压力小，故在蒸发器内物料的沸 点就低，对于番茄这种热敏性较高的物料，采用真空蒸发降低沸点是有必要的。采用多效蒸发是减少加热蒸汽耗用量，提高热能经济性的有效措施。然而也不能无限地增加效数。理由如下：（1）效数越多，节省地加热蒸汽量就越少。由单效改为双效时，加热蒸汽用量可减少50%，但由四效改为五效只能节省10%，热能经济性提高不大。（2）效数越多，温度差损失越大，分配到各效的有效温度差就越小。为了维持料液在溶液沸腾阶段，每效的有效温度差不能小于5--7摄氏度。这样也限制了效数的增加。（3）热敏性溶液的蒸发，一般不超过三效。 3.加热方式：直接饱和蒸汽加热，压力。 4.操作压力：Ⅰ效为600 mmHg真空度，Ⅱ效为700 mmHg真空度。
食品工程原理总复习 第0章引论 1．什么是单元操作？ 2．食品工程原理是以哪三大传递为理论基础的？简述三大传递基本原理。3．物料衡算所依据的基本定律是什么？解质量衡算问题采取的方法步骤。4．能量衡算所依据的基本定律是什么？要会进行物料、能量衡算。 第一章流体流动 1．流体的密度和压力定义。气体密度的标准状态表示方法？ 2．气体混合物和液体混合物的平均密度如何确定？ 3．绝对压力Pab、表压Pg和真空度Pvm的定义。 4．液体静力学的基本方程，其适用条件是什么？ 5．什么是静压能，静压头？位压能和位压头？ 6．压力测量过程中使用的U型管压差计和微差压差计的原理。 7．食品工厂中如何利用流体静力学基本方程检测贮罐中液体存量和确定液封高度？ 8．流体的流量和流速的定义。如何估算管道内径？ 9．什么是稳定流动和不稳定流动？流体流动的连续性方程及其含义。10．柏努利方程及其含义。位能、静压能和动能的表示方式。 11．实际流体的柏努利方程，以及有效功率和实际功率的定义。 12．计算管道中流体的流量以及输送设备的功率。 13．什么是牛顿粘性定律？动力黏度和运动黏度的定义。 14．什么是牛顿流体？非牛顿流体？举例说明在食品工业中的牛顿流体和非牛顿流体。 15．雷诺实验和雷诺数是表示流体的何种现象？ 16．流体在圆管内层流流动时的速度分布及平均速度表述，泊稷叶方程。17．湍流的速度分布的近似表达式。 18．计算直管阻力的公式—范宁公式。 19．层流和湍流时的摩擦因数如何确定？ 20．管路系统中局部阻力的计算方法有哪两种？具体如何计算？ 21．管路计算问题（重点是简单管路，复杂管路） 22．流体的流量测定的流量计有哪些？简述其原理。 第二章流体输送 1．简述离心泵的工作原理。什么是“气缚”现象？ 2．离心泵主要部件有哪些？有何特点？ 3．离心泵的主要性能参数有哪些？ 4．离心泵的特性曲线是指那三条关系曲线？ 5．影响离心泵特性曲线的因素有哪些？