食工原理习题.doc

填空题1.管内强制湍流，其他条件都相同，比较在下列各条件下，给热系数的变化?1)若L/d不足够大则其会变_变大_。2)直管变成弯管时，会变_变大_。3)壁面温度与中心温度比明显高时，管内水的会变_变大_。 4)管内混入了惰性气体后，则会变_变小_。2.克希霍夫(Kirchhoff)定律揭示了灰体的 黑度 与 吸收率A 之间的关系，其公式形式为 A 。3.斯蒂芬波尔茨曼(Stefen-Boltzmann)定律揭示了黑体的发射能力与表面温度 之间的关系，其公式形式为Q=C0(T1/100)4-(T2/100)4 或Q=0(T1)4-(T2)4 。4.影响对流传热系数（给热系数）的因素概括起来说不外乎三个方面，即 物性参数 、操作参数 、 几何形状 等，提高流体速度，增加实际上是改变 操作参数 。简答题1.离心泵特性曲线测定时应考虑的问题。实验操作中应注意1)使用前打开出口阀，排气灌泵，防止“气搏”；2）关闭出口阀启动，减少启动功率，保护电机；3）停机前关闭出口阀，减少对叶轮的冲击，防止损坏叶轮；4）使用过程中注意震动、噪音及排水量等特征是否正常，防止气蚀5）长期不使用的泵，应先转动泵至运转灵活再操作，防止烧坏电机。2.简述文丘里流量计与皮托管（Pitot Tube）流量计相比的特点。答：它们都是依据流体力学动静能转换的关系测定流量的，但有显著区别。A. 文丘里流量计测量的是平均速度，而皮托管测定的是点速；B. 文丘里流量计能量损失小，但部件加工要求严格，造价高；C. 文丘里流量计一般不用于测量大管径气速测量，而皮托管适宜用于大管径气速测量。D. 文丘里流量计对测定介质杂质含量没有皮托管要求那么严。3.试述管径大小对输送费用的影响，工程上管道直径大小是如何确定的？答：流量一般为生产任务VS所决定，一般管道内径d通过下式确定：管径小，管路的基建费小；但流速大，但流体流过管道的阻力增大，消耗的动力就大，操作费随之增加。反之，管径选得太大，虽然，阻力减小，操作费减少，但管路的基建费增加。所以管道直径应该选择在合适的范围内，使总成本最低。u的选择：一般自来水：u=11.5m/s；饱和蒸汽：u=2040m/s4.高阻管路与低阻管路在泵的组合使用时有何基本原则，为什么? 答：对高阻型输送管路，串联组合优于并联组合，即串联可获得更高的流量和压头 对低阻型输送管路，并联组合优于串联组合，即并联可获得更高的流量和压头；5.何为离心泵的压头？什么原因致使离心泵的效率达不到100%?答：离心泵对单位重量的液体提供的有效能量；单位为米。效率损失原因有：A.容积损失；B.水力损失；C.机械损失；6.往复泵与离心泵比较有哪些特点？答：离心泵是动力式泵，而往复泵是容积泵，决定它们有许多不同往复泵压头与流量无关，只与气缸的耐压程度有关；往复泵流量与压头无关，只与活塞的面积，冲程，往复频率等有关；往复泵出口阀不能完全关死，要采用旁路阀调节；往复泵不需要灌泵，有一定自吸能力；7.离心泵叶轮从机械结构上分的一般有几种类型？为什么离心泵的叶片要采用后弯？ 答：离心泵叶轮从机械结构上分闭式、半闭式、开式虽然前弯叶轮获得的总压头大，但对被输送的液体而言，从离心泵获得的有效能量主要是静压能，后弯叶轮较前弯叶轮有效能量高，故离心泵的叶片要采用后弯。8.传热管的壁温度接近哪种流体的温度?为什么?答：传热管的壁温度更接近传热系数高的那一侧流体的温度，因为稳定传热，总传热量一定时，流体的传热性能好，传热系数大，则消耗的温度推动力小（Q=St），壁温更接近它。9.简要说明换热器设计的一般步骤？答：换热器设计的基本步骤：(1)确定流体的换热器中的流动途径；(2)根据传热任务计算热负荷Q；(3)确定流体在换热器两端的温度，选择列管换热器的型式，计算定性温度，并确定在定性温度下的流体物性；(4)依据总传热系数的经验值范围，或按生产实际情况，选定总传热系数K值。(5)由总传热速率方程Q=KSAtm，初步算出传热面积S；(6)按系列标准选型，并确定换热器的基本尺寸。10.画出大容积沸腾传热系数随温度差(tw-ts)变化的示意图，并解释原因？答：A-B段：温度差t较小(t5)时，加热表面上的液体轻微过热，使液体内产生自然对流，较小。A沸腾温差t(tw-ts)CDBE传热系数，W/m2图 沸腾曲线B-C段：t逐渐升高(t =525)时，加热表面局部产生气泡。并随t上升而增加，液体受到剧烈的扰动程度增加，急剧增大。此段称为泡核沸腾或泡状沸腾。C-D段：t再增大(t 25)时，产生的气泡大大增多，气泡在脱离表面前连接起来，形成一层不稳定的蒸气膜，使液体不能和加热表面直接接触。由于蒸气的导热性能差，急剧下降。此阶段称为不稳定的膜状沸腾或部分泡状沸腾。D-E段：t再增加，基本上不变，q又上升，这是由于壁温升高，辐射传热的影响显著增加所致。实际上一般将CDE段称为膜状沸腾。11.简述流体在换热器中管壳程选择的一般原则有哪些？答：(1)不洁净和易结垢的流体宜走管内，因为管内清洗比较方便。(2)腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。(3)压强高的流体宜走管内，以免壳体受压，可节省壳程金属消耗量。(4)饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，它对清洗无要求。(5)有毒流体宜走管内，使泄漏机会较少。(6)被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。(7)粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动由于流速和流向的不断改变，在低Re值(Re 100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。(8)对于刚性结构的换热器，若两流体的温度差较大，对流传热系数较大者宜走管间，因壁面温度与大的流体温度相近，可以减少热应力。在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾。例如首先考虑流体的压强、防腐蚀和清洗等的要求，然后再校核对流传热系数和压强降，以便作出较恰当的选择。12.何为拉乌尔定律？它的条件是什么? 答：拉乌尔定律：理想溶液或无限稀释溶液达到气液平衡时，汽相中任一组分的分压等于此纯组分在该温度下的蒸气压乘以它在溶液中的摩尔分数。由此对含有A、B组分的理想溶液可以得出： 或 拉乌尔(Raoult)定律条件是：1）理想溶液或低浓度无限稀溶液；2）气液平衡。13.在精馏操作中如何采取节能措施？答：节能措施1）选用新型板式塔和高效填料塔相同的条件下，选用新型板式塔或填料塔，可降低回流比，从而可节省大量能量。2）采用中间再沸器和中间冷凝器通常，若精馏塔塔底和塔顶的温度差较大，则在精馏段中间设置冷凝器，在提馏段中间设置低温再沸器，可降低精馏的能耗费用。这是因为能耗费用取决于热负荷和所用载热体的温位(价格)。3）采用热泵精馏装置热泵精馏是利用热泵(压缩机)来提高塔顶蒸气的品位使之能成为再沸器的热源，这样就回收了塔顶低温蒸气的冷凝热，达到了节能的效果。4）采用多效精馏采用压强依次降低的若干个精馏塔的串联流程，它是将前级(塔)塔顶蒸气直接作为后级塔釜的加热蒸气，这样可以利用不同品位的热源。而进料可分别引入各个塔进行并联操作。只有首塔需要外部加热，末塔需要塔顶冷凝。多效精馏的塔数受到首塔加热蒸汽压强和末塔冷却介质温度的限制，常见的是采用双效精馏。14.直接蒸汽加热适用什么情况？一般若保证回收率不变，则分离时理论板数与间接蒸汽加热比较有何变化？答：直接蒸汽加热适用于塔釜体系的相对挥发度较大，易提浓的物系。Ne一定有所升高，在回收率相同时，由于W增加，xw减小，使得分离要求提高。15.直接蒸汽与间接蒸汽加热时，精馏的操作线方程有何异同点(可用xy图说明)？答：两种情况精馏操作线方程和q方程相同，提馏线方程不同；两者都经过精馏线与q线的交点，而另一点不同。间接蒸汽过（xw，xw）点，而直接蒸汽过（xw,0）点。两者定义不同。同样产量两者废液排放量不同。16. 答：旋风分离器的性能指标有A.临界直径；B.分离效率；C.压强降。影响旋风分离器性能的因素有颗粒密度、粒径、进口气速、粉尘浓度、分离器的结构等。17.小于临界直径的颗粒被分离的原因：A. 小于临界直径的颗粒在入口处已接近壁面，在停留时间内能够到达壁面；B. 小于临界直径的颗粒在器内结成了大颗粒，或碰撞加速沉降所致。18.由Stokes公式说明悬浮饮料开发时为提高稳定性，应注意哪些问题？答：Stokes公式应考虑问题：A.减小颗粒度，降低d；B.溶液密度；应尽量增加；C. 溶液粘度；应尽量增加。20.在旋风分离器的粒级效率曲线中，请解释为何有部分大于临界直径的颗粒不能被分离？21. 大于临界直径的颗粒不能被分离的原因：A.大于临界直径的颗粒受气流影响，碰撞减慢了速度，不能沉降；B.沉降后又重新被卷起，被气流带走。22.对空气水干燥系统,湿球温度和绝热饱和温度有哪些区别与联系?湿球温度是水分蒸发带走热量与热空气对流传热湿物料获得热量动态平衡时湿物料表面的温度。绝热饱和温度是物料绝热增加至饱和状态时，湿空气的温度。在空气水系统两者在数值上相等，这给工程计算设计带来很大的方便。三、计算题1.从敞口贮槽通过一离心泵向高位槽输送清水，其流程示意图如下图所示。进出管道相同，规格为894mm，输送温度下水的饱和蒸汽压为0.18kgf/cm2，高位槽内气相表压为1.5 kgf/cm2，溶液流量为45 m3/h。已知吸入管路的全长为20m(包括全部局部能量损失的当量长度及直管长)，排出管路总长为50 m (包括全部局部能量损失的当量长度及直管长)，管路的摩擦系数=0.023。p真第1题p表2m问：1）问所需泵的压头为多少mH2O柱？2）泵的效率为70%，则泵的轴功率为多少?3）若选用的泵标明的允许吸上真空高度为5m，则图示该泵的安装是否合理?若不合理?若不合理，如何改进?试计算说明之。2.用泵将20水由贮槽打到敞口高位槽（液面不变），泵的入口与出口装有真空表和压力表。已知泵的吸入管路总阻力和速度头之和为2 mH2O柱,允许吸上真空高度为5 m，泵的安装高度为2 m。问: (1)真空表读数为多少mmHg?(2) 若保持两槽间的总高度不变，而增加吸入管段高度至2.5m，问真空表的读书为多少mmHg?(3)当水温由20变为60时，发现真空和压力表的读数突然改变,流量骤然下降,此时出现了什么故障?通过计算说明；应采取什么措施排除故障?水的饱和蒸压20时为2.34kPa；60时为19.92 kPa。解：(1)如图所示，在0-0与1-1截面间应用B.e.q则：(2) (3)因实际安装高度大于最大允许安装高度，发生了气蚀；采取措施：a）降低吸入段管的高度；b）增加入口段管径，减小入口段管道阻力。3.某单壳程、单管程列管换热器，壳程为水蒸汽冷凝，T=140，管程走空气，t1=