化工原理思考题解答V32

化工原理思考题解答V32 第二章 流体输送机械 2-1 流体输送机械有何作用？ 答：提高流体的位能、静压能、流速，克服管路阻力。 2-2 离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体？启动后，液体在泵内是怎样提高压力的？泵入口的压力处于什么状体？ 答：离心泵在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气的密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体（气缚）； 启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口位置处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。 泵入口处于一定的真空状态（或负压） 2-3 离心泵的主要特性参数有哪些？其定义与单位是什么？ 1、流量qv: 单位时间内泵所输送到液体体积，m3/s, m3/min, m3/h.。 2、扬程H：单位重量液体流经泵所获得的能量，J/N，m 3、功率与效率： 轴功率P：泵轴所需的功率。或电动机传给泵轴的功率。 有效功率Pe：Pe?qv?gH 效率?：? Pe p 2-4 离心泵的特性曲线有几条？其曲线的形状是什么样子？离心泵启动时，为什么要关闭出口阀门？ 答：1、离心泵的H、P、?与qv之间的关系曲线称为特性曲线。共三条； 2、离心泵的压头H一般随流量加大而下降 离心泵的轴功率P在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。 ?与qv先增大，后减小。额定流量下泵的效率最高。该最高效率点称为泵的点，对应的值称为最佳工况参数。 3、关闭出口阀，使电动机的启动电流减至最小，以保护电动机。 2-5 什么是液体输送机械的扬程？离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的？液体的流量、泵的转速、液体的粘度对扬程有何影响？ 答：1、单位重量液体流经泵所获得的能量 2、在泵的进、出口管路处分别安装真空表和压力表，在这两处管路截面1、2间列伯努利方程得： 2 PM?PVu2?u12 H?h0?Hf ?g2g 3、离心泵的流量、压头均与液体密度无关，效率也不随液体密度而改变，因而当被输送液体密度发 生变化时，H-Q与-Q曲线基本不变，但泵的轴功率与液体密度成正比。当被输送液体的粘度大于常温水的粘度时，泵内液体的能量损失增大，导致泵的流量、扬程减小，效率下降，但轴功率增加，泵的特性曲线均发生变化。 2-6 在测定离心泵的扬程与流量的关系时，当离心泵出口管路上的阀门开度增大后，泵出口压力及进口处的液体压力将如何变化？ 答：泵出口压力变小，进口处真空度增加 2-7 离心泵操作系统的管路特性方程是怎样推导的？它表示什么与什么之间的关系？ 答：当离心泵安装到特定的管路系统中操作时，若贮槽与受液槽两液面保持恒定，则泵对单位重量(1N) ?P?u2?u2 流体所做的净功为He?Z?Hf，忽略?0 ?g2g2g ?P， ?g 令H0?Z? ?l?le?u2l?le?28?qv?kqv2 ?Hf?d?2g?2g?d5?d4? 2 得管路特性方程H?H0?kqv 2 2-8 管路特性方程H?H0?kqv中的H0与k的大小，受哪些因素影响？ 答：H0与液面高度差和静压差有关。k与管路长度、管径、摩擦系数及局部阻力系数有关。 2-9 离心泵的工作点是怎样确定的？流量的调节有哪几种常用的方法？ 答：1、离心泵在管路中正常运行时，泵所提供的流量和压头应与管路系统所要求的数值一致。安装于管 2 路中的离心泵必须同时满足管路特性方程与泵的特性方程，即管路特性方程H?H0?kqv和泵的特性方 程 H =f(Q)，联解上述两方程所得到两特性曲线的交点，即离心泵的工作点。 2、改变口阀开度（改变管路特性曲线）；改变泵的转速（改变泵的特性曲线）；离心泵并联操作；离心泵的串联操作。 2-10 何谓离心泵的气蚀现象？如何防止发生气蚀？ 答：1、当叶片入口附近的最低压力等于或小于输送温度下液体的饱和蒸汽压时，液体将在此处汽化或者是溶解在液体中的气体析出并形成气泡。含气泡的液体进入叶轮高压区后，气泡在高压作用下急剧地缩小而破灭，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占据的空间，造成冲击和振动。金属表面受到压力大，频率高的冲击而剥蚀以及气泡内夹带的少量氧气等活泼气体对金属表面的电化学腐蚀等，使叶轮表面呈现海绵状、鱼鳞状破坏。这种现象称为汽蚀。 2、为了避免气蚀的发生，泵的安装高度不能太高，可用泵规格表中给出的气蚀余量对泵的安装高度加以限制。 2-11 影响离心泵最大允许安装高度的因素有哪些？ 答：最大允许安装高度H? p0pv ?h?Hf；环境大气压，工作温度下的液体饱和蒸气压，允许?g?g 气蚀余量，吸入管路的压头损失。 2-12 往复泵有没有气蚀现象？ 答：往复泵一样有气蚀问题，只是相对较小，但在实际使用中一样需要满足入口压力要求。 2-13 往复泵的流量由什么决定？与管路情况是否有关？ 答： qv理?ASn；往复泵的流量由泵缸尺寸、活塞行程及往复频率所决定，(即单位时间内活塞扫过的体积)。与管路情况（几乎）无关。 2-14 往复泵的扬程（对液体提供压头）与什么有关？最大允许扬程是由什么决定的？ 答：1、 2、最大允许扬程由泵的机械强度、密封性能及电动机的功率等决定。 2-15 何谓通风机的全风压？其单位是什么？如何计算？ 答：全风压：单位体积气体流经通风机后所获得的总机械能。单位是Pa， 2 ?u2?u12? Pt?gH?ps2?ps1?2?2?ps2?ps1?-pd1?pd2 ? pd1? ?u12 2 ,pd2? 2 ?u2 2 2-16 通风机的全风压与静风压及动风压有什么关系？ 答：全风压为静风压和动风压之和。Pt?ps2?ps1?-pd1?pd2 静风压 动风压 2-17 为什么通风机的全风压与气体密度有关？在选用通风机之间，需要把操作条件下的全风压用密度换算成标定条件下的全风压。但为什么离心泵的压头H与密度无关？ 答：因为通风机全压Pt?gH，所以和密度有关 2u2uctg?2 离心泵的理论压力H?2QT gg?D2b2 第三章 沉降与分离 3-1 固体颗粒与流体相对运动时的阻力系数在层流层区（斯托克斯区）与湍流区（牛顿区）有何不同？ 答：10-4 Re 2的区域称为层流区或斯托克斯定律区。? 湍流区或牛顿（Newton）定律区（500 Re2x105） 24； Re 3-2 球形颗粒在流体中从静止开始沉降，经历哪两个阶段？何谓固体颗粒在流体中的沉降速度？沉降速度受哪些因素影响？ 答：1、加速阶段和等速阶段 2、匀速阶段中颗粒相对于流体的运动速度ut称为沉降速度 3、影响因素由沉降公式ut? 4gdp?p?3? 可以确定。dp、?p 、?及阻力系数有关。 重点掌握层流区ut? 2 ?p?gdp 18? 3-3 固体颗粒在流体中沉降，其雷诺数越大，流体粘度对沉降速度的影响如何？ 答：粘度越大沉降速度越小。 3-4 固体颗粒在流体中沉降，其沉降速度在层流层区（斯托克斯区）和湍流区（牛顿区）与颗粒直径的关系有何不同？ 答：沉降速度在层流层区（斯托克斯区）ut? 2 ?p?gdp 18? ，与颗粒粒径的平方成正比； 在湍流区（牛顿区）ut? 3.03gp?dp ? ，与颗粒粒径的平方根成正比。 3-5 某微小颗粒在水中按斯托克斯定律沉降，试问在50水中的沉降速度与在20水中的沉降速度比较， 有何不同？ 答：按照沉降速度在层流层区（斯托克斯区）ut? 2 ?p?gdp 18? ，液体温度升高，粘度降低，密度降低， 所以沉降速度增加。 3-6 球形颗粒于静止流体中在重力作用下的自由沉降都受到哪些力的作用？其沉降速度受哪些因素影响? 答：重力，浮力，阻力；沉降速度受dp、?p 、?及阻力系数有关 3-7 利用重力降尘室分离含尘气体中的颗粒，其分离条件是什么？ 答： LH? uut 3-8 何谓临界粒径dpc？何谓临界沉降速度utc？ 答：临界粒径：能100%除去的最小粒径；临界沉降速度utc? qvs 。 WL 3-9 用重力降尘室分离含尘气体中的尘粒，当临界粒径dpc与临界沉降速度utc为一定值时，含尘气体的体积流量与降尘室的底面积及高度有什么关系？ 答：成正比 3-10 当含尘气体的体积流量qvs一定时，临界粒径dpc及临界沉降速度utc与降尘室的底面积WL有什么关系。 答：成反比 3-11 如果已知含尘气体中的临界沉降速度utc，如何计算多层隔板式降尘室的气体处理量qvs？ 答：qvs?n?1?WLutc 3-12 何谓离心分离因数？提高离心分离因数的途径有哪些？ r?2 答：离心分离因数：同一颗粒所受到离心力与重力之比Kc?； g 3-13 离心沉降与重力沉降有何不同？ 答：在一定的条件下，重力沉降速度是一定的，而离心沉降速度随着颗粒在半径方向上的位置不同而变化。 3-14 对于旋风分离器，提高离心分离因数的有效方法是什么？ 3-15 要提高过滤速率，可以采取哪些措施？ 答：过滤速率方程 dVA?p ? d?r?V?Ve/A 3-16 恒压过滤方程式中，操作方式的影响表现在哪里？ 答：V2?2VVe?KA2? q2?2qqe?K? 3-17 恒压过滤的过滤常数K与哪些因素有关？ 答：K? 2?p r? 第一章 流体流动 问题1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件? 答1假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。 问题2. 描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点? 答2前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。 问题3. 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降? 答3分子间的引力和分子的热运动。通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主；温度上升，热运动加剧，粘度上升。液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。 问题4. 静压强有什么特性? 答4 静压强的特性： 静止流体中任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；压强各向传递。 问题5. 图示一玻璃容器内装有水，容器底面积为810m，水和容器总重10N。 (1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向)； (2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少？哪一侧的压力大？为什么？ -32 题5附图题6附图 答51）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下大。 2）内部压强p=gh=10009.810.5=4.91kPa； 外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa内部压强4.91kPa。 因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。 问题6. 图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一U形压差计，读数分别为R1、R2，两压差计间 用一橡皮管相连接，现将容器A连同U形压差计一起向下移动一段距离，试问读数R1与R2有何变化？(说明理由) 答6容器A的液体势能下降，使它与容器B的液体势能差减小，从而R2减小。R1不变，因为该U形管两边同时降低，势能差不变。 问题7. 为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好? 答7由静力学方程可以导出p=H(冷-热)g，所以H增加，压差增加，拔风量大。 问题8. 什么叫均匀分布? 什么叫均匀流段? 答8前者指速度分布大小均匀；后者指速度方向平行、无迁移加速度。 问题9. 伯努利方程的应用条件有哪些? 答9重力场下、不可压缩、理想流体作定态流动，流体微元与其它微元或环境没有能量交换时，同一流线上的流体间能量的关系。 问题10. 如图所示，水从小管流至大管，当流量V、管径D、d及指示剂均相同时，试问水平放置时压差计读数R与垂直放置时读数R的大小关系如何？为什么？.(可忽略粘性阻力损失) 答10R=R，因为U形管指示的是总势能差，与水平放还是垂直放没有关系。 题10附图 题11附图 问题11. 理想液体从高位槽经过等直径管流出。考虑A点压强与B点压强的关系，在下列三个关系中选择出正确的： (1)pB pA 答11选（1）pB 问题12. 层流与湍流的本质区别是什么? 答12是否存在流体速度u、压强p的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。 问题13. 雷诺数的物理意义是什么? 答13惯性力与粘性力之比。 问题14. 何谓泊谡叶方程? 其应用条件有哪些? 答14P=32uL/d2 。不可压缩流体在直圆管中作定态层流流动时的阻力损失计算。 问题15. 何谓水力光滑管? 何谓完全湍流粗糙管? 答15当壁面凸出物低于层流内层厚度，体现不出粗糙度过对阻力损失的影响时，称为水力光滑管。在Re很大，与Re无关的区域，称为完全湍流粗糙管。 问题16. 非圆形管的水力当量直径是如何定义的? 能否按ude2 /4计算流量? 答16定义为4A/。不能按该式计算流量。 问题17. 在满流的条件下，水在垂直直管中向下流动，对同一瞬时沿管长不同位子的速度而言，是否会因重力加速度而使下部的速度大于上部的速度? 答17因为质量守恒，直管内不同轴向位子的速度是一样的，不会因为重力而加快，重力只体现在压强的变化上。 问题18. 如附图所示管路，试问： (1) B阀不动(半开着)，A阀由全开逐渐关小，则h1，h2，(h1h2)如何变化？ (2) A阀不动(半开着)，B阀由全开逐渐关小，则h1，h2，(h1h2)如何变化？ 题18附图 题19附图 答18(1)h1下降，h2下降，(h1-h2)下降； (2)h1上升，h2上升，(h1-h2)下降。 问题19. 图示的管路系统中，原1, 2 ,3阀全部全开，现关小1阀开度，则总流量V和各支管流量V1, V2, V3将如何变化？ 答19qV、qV1下降，qV2、qV3上升。 问题20. 是否在任何管路中, 流量增大阻力损失就增大; 流量减小阻力损失就减小? 为什 么? 答20不一定，具体要看管路状况是否变化。 第二章 流体输送机械 问题1. 什么是液体输送机械的压头或扬程? 答1流体输送机械向单位重量流体所提供的能量(J/N)。 问题2. 离心泵的压头受哪些因素影响? 答2离心泵的压头与流量，转速，叶片形状及直径大小有关。 问题3. 后弯叶片有什么优点? 有什么缺点? 答3后弯叶片的叶轮使流体势能提高大于动能提高，动能在蜗壳中转换成势能时损失小，泵的效率高，这是它的优点。它的缺点是产生同样理论压头所需泵体体积比前弯叶片的大。 问题4. 何谓气缚现象? 产生此现象的原因是什么? 如何防止气缚? 答4因泵内流体密度小而产生的压差小，无法吸上液体的现象。原因是离心泵产生的压差与密度成正比，密度小，压差小，吸不上液体。灌泵、排气。 问题5. 影响离心泵特性曲线的主要因素有哪些? 答5离心泵的特性曲线指HqV，qV，PqV。影响这些曲线的主要因素有液体密度，粘度，转速，叶轮形状及直径大小。 问题6. 离心泵的工作点是由如何确定的? 有哪些调节流量的方法? 答6离心泵的工作点是由管路特性方程和泵的特性方程共同决定的。 调节出口阀，改变泵的转速。 问题7. 一离心泵将江水送至敞口高位槽, 若管路条件不变, 随着江面的上升,泵的压头He, 管路总阻力损失Hf, 泵入口处真空表读数、泵出口处压力表读数将分别作何变化？ 答7随着江面的上升，管路特性曲线下移，工作点右移，流量变大，泵的压头下降，阻力损失增加；随着江面的上升，管路压力均上升，所以真空表读数减小，压力表读数增加。 问题8. 某输水管路, 用一台IS50-32-200的离心泵将低位敞口槽的水送往高出3m的敞口槽, 阀门开足后, 流量仅为3m3/h左右。现拟采用增加一台同型号的泵使输水量有较大提高, 应采用并联还是串联? 为什么? 答8从型谱图上看，管路特性曲线应该通过H=3m、qV=0点和H=13m、qV=3m/h点，显然，管路特性曲线很陡，属于高阻管路，应当采用串联方式。 3 问题9. 何谓泵的汽蚀? 如何避免汽蚀? 答9泵的汽蚀是指液体在泵的最低压强处(叶轮入口)汽化形成气泡，又在叶轮中因压强升高而溃灭，造成液体对泵设备的冲击，引起振动和腐蚀的现象。规定泵的实际汽蚀余量必须大于允许汽蚀余量；通过计算，确定泵的实际安装高度低于允许安装高度。 问题10. 什么是正位移特性? 答10流量由泵决定，与管路特性无关。 问题11往复泵有无汽蚀现象？ 答11往复泵同样有汽蚀问题。这是由液体汽化压强所决定的。 问题12. 为什么离心泵启动前应关闭出口阀, 而旋涡泵启动前应打开出口阀？ 答12这与功率曲线的走向有关，离心泵在零流量时功率负荷最小，所以在启动时关闭出口阀，使电机负荷最小；而旋涡泵在大流量时功率负荷最小，所以在启动时要开启出口阀，使电机负荷最小。 问题13. 通风机的全风压、动风压各有什么含义? 为什么离心泵的 H 与无关, 而风机的全风压PT 与有关? 答13通风机给每立方米气体加入的能量为全压，其中动能部分为动风压。 因单位不同，压头为m，全风压为N/m，按P=可知与无关时，P与成正比。 问题14. 某离心通风机用于锅炉通风。如图a、b所示, 通风机放在炉子前与放在炉子后比较, 在实际通风的质量流量、电机所需功率上有何不同?为什么 ? 2 题14 附图 答14风机在前时，气体密度大，质量流量大，电机功率负荷也大； 风机在后时，气体密度小，质量流量小，电机功率负荷也小。 第三章 液体搅拌 问题1. 搅拌的目的是什么? 答1混合(均相)，分散(液液，气液，液固)，强化传热。 问题2. 为什么要提出混合尺度的概念? 答2因调匀度与取样尺度有关，引入混合尺度反映更全面。 第0章 绪论 1） 广义地说，凡工业生产的关键环节是改变物质组成，这类生产便归属化工生产范畴。 2）为了便于管理及技术交流，很多行业从化工中划分出去，但它们仍属“化工大家族”中的一员。这些行业有石油化工，塑料工业，制药工业，硅酸盐工业? 3）生产工艺学是研究某一化工产品生产全过程的学科。 4） 化学工程是研究化工生产中共性问题的学科。 5）化工生产中虽然化学反应是核心，但前、后对物料的处理大都为物理加工过程。这些对物料的物理加工过程称为单元操作。 6） 介绍主要单元操作的原理、方法及设备的课程叫化工原理。 7） 物理量=数单位。 8） 基本单位：长度质量 ,时间（答：m，kg，s） 9） 导出单位：力,功或能 ,功率压强。 10) 有的单位前面有“字首” ，这些字首的意思是：k3-2-3 ,-6。 11）查得30水的粘度-105 /PaS为80.12,表明=-5。 12）量纲是普遍化单位。如长度单位有 m，cm，mm，km 等，其量纲为 13）物料衡算是对一定的时间间隔、一定的空间范围（控制体）而言的。 14）总的物料衡算式为MiMo= Ma ，各种M的单位均为质量单位，如kg。 15）若无化学反应，对任一组分j，物料衡算式为Mi，j-Mo，j= Ma，j 16）若进、出控制体的物料均为连续流股，各流股的质量流量均恒定，Mi=Mo,控制体内任一位置物料的所有参量如温度、压强、组成、流速等都不随时间而改变，则该控制体处于定态或称定常态或稳定态过程。 17）流体粘度的单位换算关系是：cP（厘泊）=0.001PaS，则3.5 cP=-3PaS ,0.005 PacP 。 【分析】3.5cP=3.5cP （0.001Pa.S/1cP）=3.510-3Pa.S 0.005 Pa.S=0.005 Pa.S(1cP/ 0.001Pa.S)=5.0cP 式中（0.001Pa.S/1cP及(1cP/ 0.001Pa.S)称为“转换因子”，用于物理量的单位转换。 18）任一物理方程式中各物理量必然单位和谐。以离心泵的扬程、流量关系为例，若He=36-0.02V2 (单位He m ，V- m3/h),则式中36的单位是,0.02单位是32 。 19）某管路特性方程为He=8.0+8.07105V2(式中Hem ，Vm3/s)当以Vm3/h 替代V，则该公式改为2。 分析 因为1m3/h=（1/3600）m3/h，所以He=8.0+8.07105V（1/3600）2=8.0+0.06227(V)2 20）圆球固体颗粒在流体中作自由重力沉降，在stokes区的沉降速度计算式为ut=g dp2（s-）/(18)。式中 ut沉降速度，m/s,g重力加速度，g=9.81m/s2,dp颗粒直径，m ；s颗粒密度，/m3；流体粘度，PaS。当以utcm/s,cP分别替代ut与，则该公式为 ut=10-5 g dp2（s-）/(18) 。 分析：ut=100ut ，cm/s, =1000，所以： ut=10-5 g dp2（s-）/(18) 第一章 流体流动 1） 温度升高，液体粘度下降，气体粘度增大。 2） 流体的粘度可通过流体粘性定律=(dv/dy)=(V/y)N/m2(y的取向：令dv/dy为正）求得。试分 析下列情况的值。图中A为薄平板或圆筒面的面积（m2)。 （答：F/A, G.sin/A, G/(DH)） 3） 理想流体是=0，hf=0，V=0的流体。 4） 2.04ml 某液体的质量为2.10g，其密度为3。（答：1029） 5） 1atm=1.013105 Pa=mmHg=2O 1at=2=4mmH2O 6) 外界大气压是753mmHg（绝压）某容器内气体的真空度为7.34104Pa