化工原理实验思考题.doc

实验一 伯努利方程实验1. 测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？测 压 管 水 头 线（P-P）沿程可升可降 。而总水头线（E-E）沿程只降不升。这是因为水 在流动过程中 ，依据一边界条件，动能和势能可相互转换。测点5至测点7，管收缩，部分势能转换成动能，测压管水头线降低。测 点7至 测点9，管渐扩，部分动能又转换成势能，测压管水头线升高 。而据能量方程E1=E2+hw1-2, hw1-2为损失能量，是不可逆的，即 恒有 hw1-20，故 E2恒小于E1，（E-E）线 不 可 能 回 升。(E-E) 线下降的坡度越大，即J越大，表明单位流程上的水头损失越大 ，如 图2.3的渐扩段和阀门等处，表明有较大的局部水头损失存在 。 2. 流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？答：有如下二个变化：（1）流 量 增 加，测 压 管 水 头 线（P-P）总 降 落 趋 势 更 显著。这是因为测压管水头 管道过流断面面积A为定值时，Q增大 ，就增大，而且随流量的增加阻力损失亦增大 ，管道任一过水断面上的总水E相应减小，故 的减小更加显著 。（2）测压管水头线（P-P的起落变化更为显著。因为对于两 个 不 同 直 径 的 相 应 过 水 断 面 有 式中为两个断面之间的损失系数 。管中水流为紊流时， 接近于常数 ，又管道断面为定值，故Q增大，H亦增大，（P-P线的起落变化就更 为显著。3. 测点2、3和测点10、11的测压管读数分别说明了什么问题？答：测 点2、3位于均匀流断面（如图），测 点 高 差0.7cm，HP= 均为 37.1cm（偶有毛细影响相差0.1mm），表明均匀流同断面上，其动水压强按静水压强规律分布 。测点10、11在弯管的急变流断面上，测压管水头差为7.3cm，表明急变流断面上离心惯性力对测压管水头影响很大。 由于能量方程推导时的限制条件之一是“质量力只有重力”，而在急变流断面上其质量力，除重力外，尚有离心惯性力，故急变流断面不能选作能量方程的计算断面。在绘制总水头线时，测点10、11应舍弃 。4、 试问避免喉管（测点7）处形成真空有哪几种技术措施？分析改变作用水头（如抬高或降低水箱的水位）对喉管压强的影响情况。下述几点措施有利于避免喉管（测点7）处真空的形成：（1）减小流量，（2）增大喉管管径，（3）降低相应管线的安装高程，（4）改变水箱中的液位高度。 显然（1）、（2）、（3）都有利于阻止喉管真空的出现，尤其（3）更具有工程实用意义。因为若管系落差不变，单单降低管线位置往往就可完全避免真空。例如可在水箱出口接一下垂90弯管，后接水平段，将喉管的高程降至基准高程00，比位能降至零，比压能p/得以增大（Z），从而可能避免点7处的真空。 至于措施（4）其增压效果是有条件的，现分析如下： 当作用水头增大h时，测点7断面上 值可用能量方程求得。 取基准面及计算断面1、2、3，计算点选在管轴线上（以下水柱单位均为cm）。于是由断面1、2的能量方程（取a2=a3=1）有 （1）因hw1-2可表示成此处c1.2是管段1-2总水头损失系数，式中e、s分别为进口和渐缩局部损失系数。 又由连续性方程有故式（1）可变为若1-(d3/d2)4+c1.2/(1+c1.3)0，则断面2上的(Z+p/) 随h同步递增。反之，则递减。文丘里实验为递减情况，可供空化管设计参考5、 由毕托管测量显示的总水头线与实际绘制的总水头线一般都有差异,为什么? 答：与毕托管相连通的测压管有1、6、8、12、14、16和18管 ，称总压管 。总 压 管 液 面 的 连 续 即 为 毕托管测量显示的总水头线 ，其中包含点流速水头 。而实际测绘的总水头是 以实测的 值加断面平均流速水头v2/2g绘 制 的 。据 经 验 资 料 ，对 于 园 管 紊 流 ，只 有 在 离 管 壁 约 0.12d的位置 ，其点流速方能代表该断面的平均流速 。由于本实验毕托管的探 头 通 常 布 设在管轴附近 ，其点流速水头大于断面平均流速水头 ，所以由毕托管测量显示的总水头线 ，一般比实际测绘的总水线偏 高 。 因此，本实验由1、6、8、12、14、16和18管所显示的总水头线一般仅供定性分析与讨论，只有按实验原理与方法测绘总水头线才更 准 确 。 实验二 雷诺实验1、流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？雷诺实验（具体推导见课本）完成了 值的测定，以及是否为常数的验证。结果得到 K=2320。于是，无量纲数 便成了适合于任何管径，任何牛顿流体的流态转变的判据。由于雷诺的贡献， 定名为雷诺数。随着量纲分析理论的完善，利用量纲分析得出无量纲参数，研究多个物理量间的关系，成了现今实验研究的重要手段之一。2、为何认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流和紊流的判据？实测下临界雷诺数为多少？ 根据实验测定，上临界雷诺数实测值在30005000范围内，与操作快慢，水箱的紊动度，外界干扰等密切相关。有关学者做了大量试验，有的得12000，有的得20000，有的甚至得40000。实际水流中，干扰总是存在的，故上临界雷诺数为不定值，无实际意义。只有下临界雷诺数才可以作为判别流态的标准。凡水流的雷诺数小于下临界雷诺数者必为层流。本实验实测下临界雷诺数为2178。 3、雷诺实验得出的园管流动下临界雷诺数为2320，而且前一般教科书中介绍采用的下临界雷诺数是2000，原因何在？ 下临界雷诺数也并非与干扰绝对无关。雷诺实验是在环境的干扰极小，实验前水箱中的水体经长时间的稳定情况下，经反复多次细心量测才得出的。而后人的大量实验很难重复得出雷诺实验的准确数值，通常在20002300之间。因此，从工程实用出发，教科书中介绍的园管下临界雷诺数一般是2000。 4、试结合紊动机理实验的观察，分析由层流过渡到紊流的机理何在？ 从紊动机理实验的观察可知，异重流（分层流）在剪切流动情况下，分界面由于扰动引发细微波动， 并随剪切流动的增大，分界面上的波动增大，波峰变尖，以至于间断面破裂而形成一个个小旋涡。使流体质点产生横向紊动。正如在大风时，海面上波浪滔天，水气混掺的情况一样，这是高速的空气和静止的海水这两种流体的界面上，因剪切流动而引起的界面失稳的波动现象。由于园管层流的流速按抛物线分布，过流断面上的流速梯度较大，而且因壁面上的流速恒为零。相同管径下，如果平均流速越大，则梯度越大，即层间的剪切流速越大，于是就容易产生紊动。紊动机理实验所见到的波动破裂旋涡质点紊动等一系列现象，便是流态从层流转变成紊流的过程显示5.分析层流和紊流在运动学特性和动力学特性方面各有何差异？ 层流和紊流在运动学特性和动力学特性方面的差异如下表：实验三 流体流动阻力的测定1、在启动离心泵前,为什么要注水灌泵和关闭泵的出口阀门如果被输送的液体液面低于泵的进口管，为了保证离心泵的正常操作，在启动前必须在离心泵和吸入管路内充满液体（1分），并确保运转过程中没有空气漏入（2分）。关闭泵的出口阀门是降低离心泵的起动功率（2分），防止启动时损坏电机（1分）。2、在进行测定系统的排气工作时，是否应关闭系统的出口阀门？为什么？在进行测试系统的排气时，不应关闭系统的出口阀门，因为出口阀门是排气 的通道，若关闭，将无法排气，启动离心泵后会发生气缚现象，无法输送液体。3、在测量前为什么要将设备中的空气排尽？怎样才能迅速地排尽？可通过观察离心泵进口处的真空表和出 口处压力表的读数，在开机前若真空表和压力表的读数均为零，表明系统内的空气已排干净；若开机后真空表和压力表的读数为零，则表明，系统内的空气没排干净。4、在U形压差计上装设“平衡阀”有何作用？在什么情况下它是开着的，又在什么情况下它应该关闭的？ 用来改变流经阀门的流动阻力以达到调节流量的目的，其作用对象是系统的 阻力，平衡阀能够将新的水量按照设计计算的比例平衡分配，各支路同时按比例增减，仍然满足当前气候需要下的部份负荷的流量需求，起到平衡的作用。平衡阀在投运时是打开的，正常运行时是关闭的。实验四 离心泵特性曲线的测定1、离心泵启动前为什么要先灌水排气？为了防止打不上水、即气缚现象发生。2、启动泵前为什么要先关闭出口阀，待启动后，再逐渐开大？而停泵时，也要先关闭出口阀？防止电机过载。因为电动机的输出功率 等于泵的轴功率N。根据离心泵特性曲线，当Q=0时N最小，电动机输出功率也最小，不易被烧坏。 而停泵时，使泵体中的水不被抽空，另外也起到保护泵进口处底阀的作用。3、什么情况下会出现“汽蚀”现象？ 答：当泵的吸上高度过高，使泵内压力等于或低于输送液体温度下的 饱和蒸汽压时，液体气化，气泡形成，破裂等过程中引起的剥蚀现象，称“汽蚀”现象，4、 离心泵流量增大时，压力表与真空表的 数值如何变化？为什么？ 答：流量越大，入口处真空表的读数越大， 而出口处压强表的读数越小。流量越大，需要推动力即水池面上的大气压强与泵入口处真空度之间的压强差就越大。大气压不变，入口处强压就应该越小，而真空度越大，离心泵的轴功率N是一定的N=电动机输出功率=电动机输入功率电动机效率，而轴功率N又为： ()()hrh102QHNNe = ， 当N=恒量， Q与H之间关系为：QH而gpHr=而HP所以流量增大，出口处压强表的读数变小。 实验五 传热实验1、在实验中有哪些因素影响实验的稳定性？空气和蒸汽的流向；冷凝水不及时排走；蒸汽冷凝过程中，存在不冷凝气体，对传热的影响2、影响传热系数K的因素有哪些？流体的流动形态、流体的物性、流体有无相变和加热面的几何形状、尺寸、相对位子等因素有关。3、在传热系数测定中，冷流体的流量应维持在较小值，还是较大值，为什么？实验六 过滤实验1、为什么过滤刚开始时滤液常常有些混浊，待过滤一段时间后才能澄清？ 答：1，过滤之初，液体浑浊。悬浮液中部分固体颗粒的粒径可能会小于介质孔道的孔径，过滤之初，液体浑浊。但颗粒会在孔道内很快发生“架桥”现象。2，开始形成滤饼层，滤液由浑浊变为清澈。2、q值取大一点好，还是取小一点好？q与什么因素有关？3、滤浆浓度和操作压强对过滤常数K值有何影响？答：滤浆浓度越大，过滤常数K值越小。操作压强越大，过滤常数K值越大。4、恒压过滤时，欲增加过滤速率，可行的措施有哪些？恒压的话就不能抽滤了。搅拌防止沉淀堵塞。增加滤纸与溶液接触的表面积，或者说换大漏斗、大滤纸，甚至折成菊花状滤纸或者索性换更高级的滤纸。实验七 精馏实验1、塔板效率受哪些因素影响物质的物理性质的影响，流体力学状态和塔板结构的影响。2、板式塔汽液两相的流动特点是什么板式塔上气液两相发生错流运动3、操作中增加回流比的方法是什么。能否采用减少塔顶出料量D的方法？打回流不能算减少出料 是吧塔顶采出的一部分打回塔中 一般在出料位置下边回到塔内 进行传热传质 可以提高塔效 即分离效果 这一部分相当于一个循环 并不是减少多少采出减少采出意味着减少进料 产能必受影响。实验八 吸收实验1、分析吸收剂流量和吸收剂温度对吸收过程的影响？答：改变吸收剂用量是对吸收过程进行调节的最常用的方法，当气体流率不变时，增加吸收剂流率，吸收速率增加，溶质吸收量增加，则出口气体的组成减小，回收率增大。当液相阻力较小时，增加液体的流量，传质总系数变化较小或基本不变，溶质吸收量的增加主要是由于传质平均推动力的增大引起，此时吸收过程的调节主要靠传质推动力的变化。当液相阻力较大时，增加液体的流量，传质系数大幅度增加，而平均推动力可能减小，但总的结果使传质速率增大，溶质吸收量增加。对于液膜控制的吸收过程，降低操作温度，吸收过程的阻力将随之减小，结果使吸收效果变好，降低，而平均推动力或许会减小。对于气膜控制的过程，降低操作温度，过程阻力不变，但平均推动力增大，吸收效果同样将变好2、从实验数据分析水吸收氨气是气膜控制还是液膜控制、还是兼而有之？答：水吸收氨气是气膜控制。3、能否用自来水代替高位水槽的水,为什么?答：不能。因为不仅费用高而且不方便。4、填料吸收塔塔底为什么要有液封装置？液封装置是如何设计的？答：液封的目的是保证塔内的操作压强。实验九 硫化干燥速率曲线的测定1、在70-80的空气气流中干燥经过相当长的时间，能否得到绝对干料？为什么？答：肯定是不能的，因为不会存在绝对干燥，只会做到水的含量及其小而已。并且首先你的空气气流中就会存在水蒸汽，因为水有一定的蒸汽压，这个蒸汽压只会随温度改变，而不会消失，所以空气中一定会存在水因此，就算空气是绝对干燥的，也不可能得到绝对干料，更何况空气不是绝对干燥的。所以，能做到的只有尽可能减少水的含量，而不能使水完全消失2、测定干燥速率曲线有何意义？答：研究干燥速率曲线，可以据此使干燥速度控制在恒定干燥阶段，防止被干燥物开裂等不希望出现的情况发生。3、有一些物料在热气流中干燥,要求热空气相对