《过程流体机械第二版》思考题答案_完整版分解

1、过程流体机械思考题参考解答2容积式压缩机思考题2.1往复压缩机的理论循环与实际循环的差异是什么?过程理论循环（假设条件）实际循环（工作过程）理论 参数工作腔内无（剩）余 （间）隙有余隙（阀窝、盖端、环端 3部分）V）、a、入 v工作过程进气、压缩、排气三个过程进气、压缩、排气、膨胀四个过程进排气过程无压力损失，压力稳定有压力损失，压力脉动入p进气过程与外界无热交换与外界（气缸壁）有热交换入T工作过程无气体泄漏损失有气体泄漏损失入l工作过程压缩过程指数恒定压缩和膨胀过程指数变化m n工作介质理想气体（状态方程（2-6 ）式）实际气体（状态方程（2-7 ）式）Z思考题22写出容积系数 入v的表达式

2、，并解释各字母的意义。容积系数入V （最重要系数）入 v = 1- a （ 0.2（超高压）。 名义压力比（进排气管 口可测点参数），e = pd/ ps = p2 / p1，一般单级 = 34 ； n膨胀过程指数，一般 n 0工作面（前面）非工作面（背面）较大分离区易扩散=（设计qv）零冲角i = 0无无无损失J （大 qv）负冲角i v 0非工作面（背面）工作面（前面）较小分离区 较稳定（4）二次流损失：垂直环流；（5）尾迹损失：叶尖绕流；思考题3.8多级压缩机为何要采用分段与中间冷却？分段与中间冷却：分段（冷却、抽气）、中间冷却（耗功等温过程）、工艺（排温，防腐蚀、分解、化合）。思考题3

3、.9试分析说明级数与圆周速度和气体分子量的关系。级数与叶轮圆周速度U2和气体分子量的关系U2f,单级Lth级数但叶轮材料强度、气流马赫数MWi和M2、叶轮相对宽度b2 /D2（范围 0.025 0.065 ）限制 U2 （v 320 300 m/s ）。表3-1介质气体分子量卩J/（kg ?K）气体常数R（同压比 下所需） 多变压缩功HolkJ/kg级数圆周 速度U2m/s机器（特征）M卩2U1（8315 kT in1材料强度重 F-11136.3 fJ16.97 J1 J186限制U2影响小轻H2 Jf1319.45f32 f280影响小限制U2思考题3.10示意画出级的总能量头与有效能量头

4、和能量损失的分配关系。(图 3-14 ) Hot = Hh + H + Hdf = Hpoi + ( c2. c2 )/2 + Hyd + H + Hdf 说明：Htot Hh Hol Hhyd Hdf H(c2 _c22思考题3.11何谓级的多变效率？比较效率的高低应注意哪几点？比较效率注意：.（教材）通流进出口（单级 0-0 、整机多级in-out ）;.（教材）热力过程 （多变、等熵、绝热）；.（教材）设计工况点（最佳效率）：.常用（多变效率）n pol ;.（多 级）整机效率n （各级平均内效率），含分段中间冷却等作用； .判别：同效率n对比（n f优）， 知某n算总功Hot或N对比（

5、Hot J或N J优）。思考题3.12若已知级的多变压缩功和总耗功，尚须具备什么条件可求出级的能量损失和级内的流动损失？由(3-32)(3-15) 式(级能量损失)Hhyd + H + Hdf = H - ( c2 _c2 )/2 -论 ( 1 论 / Hot) Hot =(1 n pol) Hot由(3-14)式(级内流动损失)Hyd = Hh ( c0 -c2 )/2 Hpol Q( 1 Hpol / Hh ) Hh =( 1 n hyd ) Hh=1 (1 + 3 l + 3 df) n pol Hot/(1 + 3 l + 3 df)式中：流动效率n hyd = Hpol / Hh =

6、 (1 + 3 l + 3 df) n pol,co、H为漏气耗功、Hdf为轮阻耗功。另有：多变能头系数 Ip pol = n hyd 0 2u=（ 1+3 l + B df）0 2u n pol（3-36 ）求级能量损失和级内流动损失须知 n pol、（ 3 i + 3 df）、以及（准确）（c：一c：）/2 ;多变效率n pi 反映级能量损失大小，流动效率n hyd反映级内流动损失大小。思考题3.13何谓离心压缩机的内功率、轴功率？试写出其表达式，如何据此选取原动机的输出功率？多级功率（3-37式）总内功率 N +机械损失 N-机械效率n m （96%98%）（ 3-39式）轴功率 NZ

7、+功率增量30%（ 3-40式）原动机功率 N。思考题3.14如何计算确定实际气体的压缩性系数Z?实际气体压缩性系数Z计算：范德瓦尔对比态方程（对应态原理） ，（3-41 ）式，压缩性系数 Z= f （对比参数 p、霍）。思考题3.15简述混合气体的几种混合法则及其作用。实际混合气体法则：凯法则（局限性）、徐忠法则（精确度）、极性物质混合法则。思考题3.16示意画出离心压缩机的性能曲线，并标注出最佳工况点和稳定工况范围。性能曲线性能参数关系，列表、曲线和方程3种表示方法，有级（机）性能曲线，图3-15、图3-16。特点：.曲线（主要3条）：压比 CVin流量或压力 p qVin、多变效率n p

8、ol - “、功率N- qwn ； .形状： qVin为形、n pol qVin为/形、N qVin为形（有n max点）；.最佳工况点： n max设计工况；.极限（危险）工况：最小qVin （喘振）-7最大 qVin （堵塞）二.稳定工作范围：极限工况之间；.来源：试验测试；.要求：n max?，稳定工作范围f （宽）.多级（机）特性：（与单级对比）（qVin）maxJ、（ qVin ） min ?，稳定工作范围J （窄），曲线斜度？（更陡峭）。思考题3.17简述旋转脱离与喘振现象，说明两者之间有什么关系？说明喘振的危害，为防喘振可采取哪些措施？喘振工况现象：流量个别叶道产生漩涡（边界层分

9、离）7“旋转脱离”（叶道漩涡区逆向转动）7流量大部叶道堵塞（旋转脱离漩涡团）7出口压力p管网气流倒流7出口压力p?7管网正流供气7流量J反复倒流正流7喘振工况；危害：强烈振动、噪声、性能（p、耳）下降、轴承和密封损坏、转子定子碰撞7机器严重破坏；特点：旋转脱离频率？、振幅J、影响叶片，管 网影响较小；喘振频率J、振幅f、机组管网影响极大；防喘振措施：出口降压（放空、旁路回 流），调节（变速、预旋（导叶）、气量f、停机），监测（qVin、p）；思考题3.18试简要比较各种调节方法的优缺点。调节方法原理变特性措施优点问题经济性应用出口节流调节节流管特性斜率管阀门简单方便流动损失差常备不常用进口节流

10、 调节节流机阀门简便省功 qVmin J节流损失好常用可调 进口导叶进气预旋C1 u( Hth )机可调 导叶经济性好机构复杂很好轴流机常用可调扩压器叶片调进口角a 3A机可调导叶改善喘振 qVmin J机构太复杂较好不常用变速调节平移机特性机变速驱动连续调节经济性最好需变速驱动机最佳常用思考题3.19离心压缩机的流动相似应具备哪些条件？相似理论有何用处?相似条件：几何（尺寸）相似、运动（进口速度）相似、动力相似（重力、粘滞力、压力、弹性力、惯性力等相似、准数 Re、Eu、M相等）、热力相似（热力过程相似，k、m n闻相等）；离心压缩机流动相似条件：几何相似、叶轮进口速度相似、特征马赫数M2u

11、= Mu、等熵指数k=k;应用：新型设计、模化试验（同机性能换算）、相似换算（不同机性能换算）、产品系列化（通用标准化）；性能换算：完全相似换算（比例参数转速n、流量qv、功率N和相等参数压比&、效率n、系数2 , 3-5459式）；近似相似换算（特征 M丰M或k丰k）。思考题3.20离心压缩机有哪些附属系统？它们分别起什么作用？它们由哪些部分组成？管网系统：输送，含管道、阀门、过滤器、消声器等；增（减）速设备：传动，齿轮变速箱；油路系统：润滑，管道和油站（油泵、油箱、过滤、冷却、仪表等）；水路系统：冷却，含冷却器、管道、阀门、水箱等；检测系统：调节控制，信号检测（传感器、仪表）、传输（电缆）

12、、处理（计算机）、记录（显示）等。思考题3.21何谓转子的临界转速？采用什么方法汁算它？工作转速如何校核？临界转速：（转子弯曲振动）固有频率转速， 1阶nd、2阶nc2、n阶n等，主要考虑前3 阶；计算方法：传递矩阵法（初参数法，精确解）、能量（瑞利）法（近似计算）、特征值法（求固频）、 影响系数法（求强迫振幅）；校核条件：（3-60 ）刚性转子nW 0.75 nc1； （ 3-61 ）柔性转子1.3 nc& n 0.7 nc2。思考题3.22转子的轴向推力是如何产生的？采用什么措施平衡轴向推力？为防止转子轴向窜动，对轴向推力及轴承有什么要求？轴向力：叶轮两侧压差、流体轴向动量差，方向指向叶轮

13、入口；轴向力平衡措施：叶轮对排（对称平衡）、双吸（双面进气）叶轮、叶轮背叶片（背压J）、平衡盘（末级叶轮后，盘前高压，盘后引入口低压，反向平衡力）；防轴向串动要求：止推轴承、保留（30008000N）轴向力、（设置轴向）位移限制器、监测（轴向）位移。思考题3.23何谓滑动轴承的动态特性？何谓油膜振荡？哪几种滑动轴承具有抑振特性？滑动轴承特性：静态特性，轴颈中心稳定（偏心距e和偏位角B不变），（油压、油量、承载、阻力、温升）；动态特性，轴颈中心涡动（e和B变化，径向速度e上 和涡动角速度6 0 ）；半速dtIT涡动：涡动角速度 3涡 1/2 3 （转子角速度），同方向持续，振幅较小；.收敛（阻尼

14、力推动力）：.稳定（等功，轴心椭圆轨迹）：.发散（阻尼力V推动力）；油膜振荡：（涡动角速度）3涡=nci （1阶临界转速），频率保持，振幅极大；（油膜振荡）防止 方法：转子（转子刚度f、 n“f、n 工作 ；, n 工作v 2nci）,轴承（抑振轴承）；抑振轴承：原理（双 多油楔、自调整、动压收敛） （图3-41 ）椭圆轴承、多油叶（不对称三油叶 Three Lobe ）轴承、 多油楔（四油楔）轴承、可倾瓦 Tilti ng Pad （活支五瓦块）轴承、垫块式止推轴承等。思考题3.24有哪几种轴端密封？试简述它们的密封原理和特点。机械密封：动静环，径向间隙（轴面）密封t轴向间隙（端面）密封，效

15、果、寿命好，成本 高，替代填料；液膜（浮环）密封：浮动径向间隙密封（液体润滑）+双端面密封，封液（气 压）强制向内外输送（回收）；干气（气膜）密封：动静环t动环开槽t（旋转）气体动压t端面间隙t气封（润滑），启动、装配、振动问题；离心压缩机：状态监测+干气密封t工业实用保证（解决重大技术问题）。思考题3.25试简述选型的基本原则，为何要确定经常运行的工况点？技术指标：参数qV、&、n、N,工作点（余量）、变工况（调节）、安全（振动、装配）；经、原动机、仪、安全（防喘振、(3-72 )(3-74 )济指标：价格、生产（周期）、寿命、备件、维护（技术）等；其他：管网（系统） 表（监测）、控制（调节

16、）、安装、场地等。确定经常运行工况点：节能（高效点） 堵塞）、变工况（余量 qV15%、 p26%,性能换算）。qV in 计算=（1.01 1.05 ） qVin&计算=pin +（ 1.02 1.06 ） p/ pin思考题3.26有哪几种选型分类？为何按流量选型？为何按结构分类?选型分类：流量、压力、介质特点、结构型式；流量选型原因：不同流量t要求不同结构形式（回转、活塞、离心、轴流）、叶轮型式（普通、三元）；结构分类原因：不同结构型式（级、 气缸、叶轮）7适应不同流量、压力、性能要求；思考题3.27试简要分析比较轴流式与离心式压缩机的性能特点? 轴流式与离心式压缩机性能比较：压缩机结构

17、原理性能应用轴流式轴流叶轮、 扭曲叶片（关键部件） 级间导流器（机进口导流器 出口扩压器）2 2 2 2C2| W _W2门Hth_2 +2，C!7级c f, J, n f大流量、低压多级串联离心式离心叶轮、 柱面叶片 扩压器、 弯道、 回流器22222u_udC2_C1W1_wHth_21+ 21+12 2 2v2 级 C J,V2 f, n J大中 流量 中低压 （变工 况差）思考题3.28试简述三种选型的方法。产品选型：商品机型。由已知条件要求直接查找产品目录选型，简单（单级）选型；厂商选型：设计机型（技术装备储备）。由已知条件要求，方案计算、初选型式，与制造厂商议选型（大企业常用）：软

18、件选型：优化机型。由已知条件要求，软件优化选型与性能预测，委托厂商设 计制造；选型软件（美国、中科院、西交大）。价格、成本、厂商协作等问题。思考题4.1离心泵有哪些性能参数？其中扬程是如何定义的？它的单位是什么? 性能参数体积流量(m3/s , m/h)质量流量(kg/s , kg/h)能量（压力）（m, J/kg）功率(kW)效率 （%）转速(r/mi n)汽蚀余量（m）qVqm扬程Hm= N m/N有效2轴Nn , nV,n hyd, n mnNPSH2 2扬程 H H = Pout 一pin + cout 7巾 +( Zout一 Zn)m( 4-4 )gP2说明：压能+动能+位能，泵内主

19、要压能（动能和位能t0）,单位N?m/N= m （单位重量液体能量增值）。思考题4.2试写出表达离心泵理论扬程的欧拉方程式和实际应用的半经验公式。基本方程基本方程离心泵欧拉方程H = ( U2 C2u U1 C1u)/g = U；+ W； _W22 + C； _C：2g2g2gm (4-11、12)欧拉方程 实用半经验Stodola 公式（有限叶片影响） （卩滑移系数）.2H = y Ht8=( 1 一 C2r Ctg 3 2A一 応 sin 3 2a) u2U?ZTm (4-13、14)思考题4.3简述汽蚀现象，并说明汽蚀的危害。汽蚀Cavitation :空化、空蚀，（来源）空洞、空泡、气

20、泡；水力机械特有的，在一定条件下 因流体与气体相互转化引起的破坏现象。汽蚀发生机理：PkJt局部PkV pl液体汽化t气泡逸出体积叶轮做功 pff气泡凝结溃 灭体积空穴形成，液体合围t撞击、冲击流道（高压数百at、高温300C、高频3000 Hz ）t剥蚀表面、扩展裂纹、电化学腐蚀；（液体汽化、凝结、冲击、破坏）。严重后果：部件损坏（过流表面剥蚀、麻点、蜂窝、裂纹、穿孔）；性能下降（流量 qv扬程H效率n J）；噪声振动（气泡溃灭、液体撞击）；机器失效（抽空断流，气泡堵塞流道）；机器破坏（叶轮损坏、共振破坏）。易汽蚀泵：高温泵（锅炉给水泵）、轻油泵（夏季高温储运鹤管），pvTo 思考题4.4何

21、谓有效汽蚀余量？何谓泵必需的汽蚀余量？并写出它们的表达式。有效汽蚀余量 NPSH（泵装置）：液流自吸液罐（池）经吸入管路到泵入口，高出汽化压力pv所富余的能量头（4-15、4-17式等）；NPS氐Ps Pv + cS = Pa Pv + Cs 一 Hs= Pa Pv HA-S一 Ha mT T 2 TT T泵必需汽蚀余量 NPSH（泵本身）：液流自泵入口到泵叶轮内压力最低PK处所消耗的能量头（静压能量头降低值）；22NPSH=入 i c + 入 2W0 m（4-18 ）亦2g式中：入i= 1.051.3 （流速及流动损失），入2= 0.20.4 （流体绕流叶片压降）。思考题4.5试写出泵汽蚀基

22、本方程式。如何根据该方程式判断泵是否发生汽蚀及严重汽蚀?汽蚀基本方程式（发生汽蚀判别式）NPSH NPSH即2 2(4-19 )Ps + Cs Pv =入 1 c0 + 入 2 w0可亦可 2g 2g汽蚀条件：=泵开始发生，V严重汽蚀。思考题4.6提高离心泵抗汽蚀性能应采取哪些措施？试举例说明之。根据汽蚀安全条件（4-17 ）、（ 4-18 ）式2 2NPSH= Pa pv HA-s入 1 Co + 入 2 wo = NPSH抗汽蚀措施：.三方面措施：NPSHf、NPSHJ、改进叶轮材料；.Pa f:吸液罐增压仁 叶轮入口诱导轮（叶轮前增压）；.PvJ：降温t J（ pv= f（t）、吸液罐冷

23、却（夏季轻油品输送）；. Hk-S 改善吸入特性，阻力损失流量 qd、转速nJ、管径df、管长I J、阀门弯头管件数量J、局部阻力损失阀门开度f;.H4：泵安装位置Z4、吸液罐位置Zf （灌注头）；.入 1、入2,改进叶轮入口（图 4-9，阻力损失流线型，缓慢绕流），微正冲角（i = B 1A3 1）；.co、w4：叶轮入口 Df、轮毂直径dh,、叶轮入口宽度 b1 f、双吸叶轮；叶轮材料：强 度f、硬度f、韧性f、化学稳定性f、表面光洁度f,抗腐蚀、抗疲劳、抗剥落；不锈钢2Cr13、稀土合金铸铁、高镍铬 NiCr合金、铝铁AIFe青铜9-4等。思考题4.7示意画出离心泵的特性曲线，并说明每种

24、特性曲线各有什么用途? 运行特性（四条）特性曲线形状用途类型1扬程H qV选型操作平缓、陡降、驼峰2功率N qV/启动运行选驱动机平缓、陡峭（离心泵关阀、轴流泵开阀）3效率n qV/工作范围经济性峰值n max（ 7%耳max咼效工 作范围）4吸入NPSH- qV/判断汽蚀工况缓升NPSH qV特性HSmaxqV缓降HS qV思考题4.8如何判别泵运行工况的稳定性？在什么条件下泵工作不稳定？是否绝不允许泵在不 稳定工况下工作？判别不稳定工况：（4-24 ）式，特性斜率（管特性泵特性）；条件：驼峰泵特性左段+管路静扬程变化（液面、蓄能）；允许：特殊情况（石化应用较少，离心压缩机决不允许喘振），防

25、水击、振动和倒流，选泵非驼峰特性。思考题4.9改变泵的运行工况，可采取哪些调节措施？哪种调节措施比较好？离心泵运行调节方法：变泵特性；变装置（管路）特性；同时改变泵和管特性。调节方法变特性原理主要特点主要问题经济性应用变转速泵平移泵特性节能调速驱动机最好常用切割叶轮外径切割定律系列产品切割范围较差变导叶片角度预旋调节节能机构复杂较好不常 用变叶轮端间隙泄漏调节简便流量损失差泵串联并联设备联合满足 工艺要求设计匹配并联较好 串联较差设计要求阀门节流管节流增阻简便能量损失差常用液位调节平移管特性节能装置复杂较好特殊情况旁路分流平缓管特性简便损失浪费差备用思考题4.10启动离心泵应如何操作才是正确安

26、全的？离心泵正确安全操作：执行操作规范、安全制度，岗位培训等；认为盘车、关阀重要。思考题4.11两泵流动相似，应具备哪些条件？;相似工况：满足相似条件，相似泵流动相似条件：几何相似、进口速度相似（运动相似） 工况点运行，应用相似定律。思考题4.12试写出泵的相似定律表达式和叶轮切割定律表达式，并说明它们的用途。比例定律（尺寸、液体相同，转速不同）垃,丄!代，虫=卞, m （4-31,32,33,相似条件） qv n H n N n式中：入i为尺寸比例系数（模型缩放比）。叶轮切割定律（相似定律简化特例）问题：现场需要同类型泵系列流量范围（小范围），无变速条件，变尺寸（成套叶轮）成本f；简单方法：

27、切割叶轮外径（同叶轮不同外径D2）。虫二匕,匕二匕 2 , N 二匕（4-37,38,39,表 4-4 ）qv D2 H D2 N D2思考题4.13何谓泵的比转数？比转数有何用途?比转数ns:ns = 3.65H3/4(4-35)相似判别数（几何相似泵工况相似），判别叶轮出口相似工况;用途：分类（结构、性能）、模化设计、系列型谱、选择使用;比转数 ns = 30 100030 8080 1501503003005005001000泵类型低ns离心泵中ns离心泵高ns离心泵混流泵轴流泵叶轮形状瘦咼f矮胖，叶轮外径D2/进口直径3.0 f 1.0（轴流叶轮）叶片形状柱形f入口扭曲出口柱形f扭曲f轴流翼形（叶型）性能曲线表4-3中图示性能曲线H- qv平缓f陡峭f/性能曲线N qv缓/f平缓f平缓转性能曲线n qv平坦f较平坦7急/，有n max思考题4.14何谓泵的