最新化工原理资料汇编.docx

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最新化工原理资料汇编

化工原理资料汇编

流体输送与流体输送机械复习

1、粘度的定义式是：

其物理意义是_促使流体产生单位速度梯度的剪应力__,在法定单位制中，其单位是__Pa·s__,在物理单位制中，其单位是_P或cP_

2、流体静力学基本方程式主要应用于_压强或压差的测量_、__液位测量__、_液封高度计算_

3、某粘性液体在一定管路系统中流动，在流量不变条件下将液体加热，则液体的粘度将_降低_,雷诺准数Re将_增大__,流动阻力将_减小_

4、某设备的表压强为100kPa,则它的绝对压强为__201.33__kPa,另一设备的真空度为400mmHg,则它的绝对压强为___48__kPa（当地大气压为101.33kPa）

5、流体在圆形直管中作层流流动时，其速度分布是__抛物线__曲线。

其管中心最大流速为平均流速的___2__倍，摩擦系数λ与Re的关系是__λ/Re__

6、流体在钢管内作湍流流动时，摩擦系数λ与_Re_和__ε/d__有关；若其作完全湍流（阻力平方区）。

则λ仅与__ε/d__有关

7、因次分析的根据是_物理方程具有因此一致性__

8、牛顿粘性定律的表达式为

该式应用条件为__牛顿型__流体作_层流_流动。

9、局部阻力的计算方法有_阻力系数法_和_当量长度法_

10、通常流体粘度随温度t的变化规律为_对液体，温度升高，粘度降低；对气体，温度升高，粘度升高__

11、层流和湍流的本质区别是_层流无径向脉动，而湍流有径向脉动__

12、因次分析的目的是__用无因次数群代替变量，使实验与关联简化__

13、离心泵的主要部件有_叶轮__、_泵壳__和_轴封装置_

14、离心泵的泵壳制成蜗壳状，其作用是_使部分动能转换为静压能_

15、离心泵的主要特性曲线包括_H--Q_、_η—Q_和__N--Q__

16、离心泵特性曲线是在一定__转速__下，用常温__水__为介质，通过实验测定得到的

17、离心泵启动前需要先向泵内充满所需要输送的液体，否则将发生__气缚__现象；而当离心泵的安装高度超过允许安装高度时，将可能发生__气蚀__现象。

18、离心泵压头的物理意义是__离心泵对单位重量（1N）液体所提供的有效能量__,它的单位是__J/N或m__

19、离心泵安装在一定管路上，其工作点是指__泵的特性曲线和管路特性曲线的交点_

20、离心泵通常采用__出口阀门__调节流量

1、水在本题附图所示的虹吸管内作定态流动，管路直径没有变化，水流经管路的能量损失可以忽略不计，试计算管内截面2-2'、3-3'、4-4'和5-5'处的压强。

大气压强为1.0133×105Pa。

图中所标注的尺寸均以mm计。

解：

为计算管内各截面的压强，应首先计算管内水的流速。

先在贮槽水面1-1'及管子出口内侧截面6-6'间列柏努利方程式，并以截面6-6'为基准水平面。

由于管路的能量损失忽略不计，即

=0，故柏努利方程式可写为

式中Z1=1mZ6=0p1=0（表压）p6=0（表压）u1≈0

将上列数值代入上式，并简化得

解得u6=4.43m/s

由于管路直径无变化，则管路各截面积相等。

根据连续性方程式知Vs=Au=常数，故管内各截面的流速不变，即

u2=u3=u4=u5=u6=4.43m/s

则

因流动系统的能量损失可忽略不计，故水可视为理想流体，则系统内各截面上流体的总机械能E相等，即

总机械能可以用系统内任何截面去计算，但根据本题条件，以贮槽水面1-1'处的总机械能计算较为简便。

现取截面2-2'为基准水平面，则上式中Z=2m，p=101330Pa，u≈0，所以总机械能为

计算各截面的压强时，亦应以截面2-2'为基准水平面，则Z2=0，Z3=3m，Z4=3.5m，Z5=3m。

（1）截面2-2'的压强

（2）截面3-3'的压强

（3）截面4-4'的压强

（4）截面5-5'的压强

从以上结果可以看出，压强不断变化，这是位能与静压强反复转换的结果。

2、料液自高位槽流入精馏塔，如附图所示。

塔内压强为1.96×104Pa（表压），输送管道为φ36×2mm无缝钢管，管长8m。

管路中装有90°标准弯头两个，180°回弯头一个，球心阀（全开）一个。

为使料液以3m3/h的流量流入塔中，问高位槽应安置多高？

（即位差Z应为多少米）。

料液在操作温度下的物性：

密度ρ=861kg/m3；粘度μ=0.643×10－3Pa·s。

解：

取管出口处的水平面作为基准面。

在高位槽液面1－1与管出口截面2－2间列柏努利方程

式中Z1=ZZ2=0p1=0（表压）

u1≈0p2=1.96×104Pa

阻力损失

取管壁绝对粗糙度ε=0.3mm，则：

由图1-23查得λ=0.039

局部阻力系数由表1-4查得为

进口突然缩小（入管口）ζ=0.5

90°标准弯头ζ=0.75

180°回弯头ζ=1.5

球心阀（全开）ζ=6.4

故

=10.6J/kg

所求位差

截面2－2也可取在管出口外端，此时料液流入塔内，速度u2为零。

但局部阻力应计入突然扩大（流入大容器的出口）损失ζ=1，故两种计算方法结果相同。

传热复习题

1、多层平壁定态导热中，若某层的热阻最小，则该层两侧的温差__最小__。

2、一定质量的流体在Ф25mm×2.5mm的直管内作强制的湍流流动，其对流传热系数

αi=1000W/（m2·℃），如果流量和物性不变，改在Ф19mm×2mm的直管内流动，其αi=__1678__W/（m2·℃）

3、在蒸汽—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中在工程上最有效的是__A__。

A.提高空气流速B.提高蒸汽流速

C.采用过热蒸汽以提高蒸汽流速

D.在蒸汽一侧管壁上装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液

4、在管壳式换热器中饱和蒸汽加热空气，则

（1）传热管的壁温接近___饱和蒸汽__温度

（2）换热器总传热系数将接近_____空气____对流传热系数

5、在蒸汽冷凝传热中，不凝气体的存在对α的影响是____A____

A.不凝气体的存在会使α大大降低B.不凝气体的存在会使α升高

C.不凝气体的存在对α无影响

6、大容器内饱和液体沸腾分为____自然对流____、____泡核沸腾_____和____膜状沸腾_____阶段。

工业上总是设法在_____泡核沸腾_____下操作。

7、斯蒂芬—波尔兹曼定律的数学表达式是

，该式表明__黑体的辐射能力与热力学温度的四次方成正比___

8、物体黑度是指在___相同__温度下，灰体的__辐射能力__和__黑体辐射能力__之比，在数值上它与同一温度下物体的__吸收率__相等。

计算题

9、质量流量为7200kg/h的常压空气，要求将其温度由20℃加热到80℃，选用108℃的饱和水蒸气作加热介质。

若水蒸气的冷凝传热膜系数为1×104W/（m2·℃），且已知空气在平均温度下的物性数据如下：

比热容为1kJ/（kg·℃），导热系数为2.85×10-2W/（m·℃），粘度为1.98×10-5Pa·s，普兰特准数为0.7。

现有一单程列管式换热器，装有Ф25mm×2.5mm钢管200根，管长为2m，核算此换热器能否完成上述传热任务？

计算中可忽略管壁及两侧污垢的热阻，不计热损失

解：

空气需要吸收的热量是已知的，蒸汽冷凝放出热量能否通过该换热器的传递为空气所获得，就与列管换热器的传热速率密切相关。

核算现有的列管换热器是否合用，就是用工艺本身的要求与现有换热器相比较，最直接的方法就是比较两者的Q或S0

（1）核算空气所需的热负荷应小于换热器的传热速率，即Q需要＜Q换热器

（2）核算空气所需的传热面积应小于换热器提供的传热面积，即S0需要＜S0换热器

解题时，首先应确定列管换热器中流体的流径，因蒸汽安排在壳程易排出冷凝水，故蒸汽走壳程，空气走管程。

空气热负荷为

换热器的传热速率

管内空气的对流传热系数计算：

所以

因忽略壁阻及污垢两侧的热阻，则

所以总传热系数

平均温度差为

换热器传热面积为

换热器的传热速率为

则Q换热器＞Q需要，说明该换热器能完成上述传热任务。

10、在一列管式换热器中，管内的氢氧化钠溶液与管外的冷却水进行逆流传热。

氢氧化钠溶液的流量为1.2kg/s，比热容为3770kJ/（kg·℃），从70℃冷却到35℃，对流传热系数为900W/（m2·℃）。

冷却水的流量为1.8kg/s，比热容为4180kJ/（kg·℃），入口温度为15℃，对流传热系数为1000W/（m2·℃）。

按平壁处理，管壁热阻、污垢热阻及换热器热损失均忽略。

试求：

换热器的传热面积。

（假设两流体均为湍流，物性不变，传热温度差可用算数平均值计算。

）

解：

换热器的传热面积

先求冷流体出口温度

解出t2=36℃

因

所以平均温度差可以用算术平均值来计算

因按平壁处理

则

吸收复习题

一、对低浓度溶质的气液平衡系统，当总压降低时，亨利系数E将_不变_,相平衡常数m将_增大_,H将_不变_

二、亨利定律表达式

若气体在水中的亨利系数E值很小，说明该气体为_易溶_气体

三、在吸收过程中，Ky和ky是以__y—y*_和_y—yi_为推动力的吸收系数，它们的单位是_kmol/（m2·s·Δy）

四、若总吸收系数和分吸收系数的关系可以用

，其中

表示_气膜阻力，当_1/（HkL）_项可忽略时，表示该吸收过程为气膜控制。

五、在1atm，20℃时，某浓度气体被清水吸收，若气膜吸收系数kG=0.1kmol/（

液膜吸收系数kL=0.25kmol/（

溶质的亨利系数H=149.3

则该溶质为_易溶_气体，气相总吸收系数Ky=_0.0997_kmol/（

六、一般而言，两组分A，B的等摩尔相互扩散体现在__精馏__单元操作当中，而组分A在B中单相扩散体现在__吸收__单元操作中。

七、在吸收过程中，若降低吸收剂用量，对气膜控制物系，体积吸收总系数KYa值将_不变_,对液膜控制物系，体积吸收总系数KYa值将___减小__

八、双膜理论是将整个相际传质过程简化为_通过气、液两膜层的分子扩散过程__

九、吸收塔的操作线方程和操作线是通过__物料衡算__得到的。

它们与__平衡关系_、_操作温度__和__压强及塔的结构__无关。

一十、吸收因数A可表示为_L/mG_,它在Y-X图中的几何意义是_操作线斜率和平衡线斜率之比_

一十一、若分别以S1、S2、S3表示难溶、中等溶解度、易溶气体在吸收过程中的脱吸因数，吸收过程中操作条件相同，则S1_大于__S2__大于__S3

一十二、吸收过程中，若减小吸收剂用量，操作线的斜率__变小__,吸收推动力__变小__

一十三、吸收过程中，物系平衡关系可以用Y*=mX表示，最小液气比的计算式

=

干燥复习题

1、对流干燥操作的必要条件是_湿物料表面的水汽分压大于干燥介质中的水汽分压；干燥过程是存在传热传质推动力，热量传递和质量传递相结合的过程

2、在101.3kPa的总压下，在间壁式换热器中将温度为293K、相对湿度为80%的湿空气加热，则该空气下列状态参数变化的趋势是：

湿度H不变，相对湿度φ降低_，湿球温度tW_增高_，露点温度td_不变。

3、在101.3kPa的总压下，将饱和空气的温度从t1降至t2，则该空气的下列状态参数变化的趋势是：

湿度H__降低_____，相对湿度φ_不变___，湿球温度tW__降低__________，露点温度td__降低____。

4、在实际的干燥操作中，常用__干湿球温度计_____来测量空气的温度。

5、测定空气中水汽分压的实验方法是测量___露点______________。

6、恒定的干燥条件是指空气的__温度___、__湿度（或相对湿度）____、__流速____均不变的干燥过程。

7、在一定的温度和总压强下，以湿空气作干燥介质，当所用空气的相对湿度φ较大时，则湿物料的平衡水分相应_增大___，其自由水分相应__减小__________。

8、恒速干燥阶段又称__表面汽化_控制阶段，影响该阶段干燥速率的主要因素是干燥介质的状况、流速及其与物料的接触方式；降速干燥阶段又称内部迁移控制阶段，影响该阶段干燥速率的主要因素是_物料结构、尺寸及其与干燥介质的接触方式、物料本身的温度_。

9、在恒速干燥阶段，湿物料的表面温度近似等于__热空气的湿球温度_____。

10、理想干燥器或绝热干燥过程是指_干燥器不补充热量，忽略干燥器的热损失，忽略加热物料所消耗的热量_，干燥介质进入和离开干燥器的焓值__相等____。

11、物料的平衡水分一定是__结合水分___。

12、在常压和40℃下，测得湿物料的干基含水量X与空气的相对湿度φ之间的平衡关系是：

当φ=100%时，平衡含水量X*=0.16kg/kg绝干料；当φ=40%时，平衡含水量X*=0.04kg/kg绝干料。

已知该物料的初始含水量X1=0.23kg/kg绝干料,现让该物料在40℃下与φ=40%的空气充分接触，非结合水含量为_0.07__kg/kg绝干料，自由含水量为___0.19kg/kg绝干料_______。

流体流动与输送机械

习题及答案

一.填空题

1.当20℃的甘油（ρ=1261kg.m-3,μ=1499厘泊）在内径为100mm的管内流动时,若流速为2.0m.s-1时,其雷诺准数Re为__________,其摩擦阻力系数λ为________.

*****答案*****

168.2;0.38

2.流体在圆形直管中作层流流动，如果流量等不变，只是将管径增大一倍，则阻力损失为原来的________。

*****答案*****

1/16

3.柏努利方程如衡算基准以J.kg-1表示,柏努利方程可表示为

＿＿＿＿＿＿＿＿＿______________＿,若用N.m-2（N.m.m-3）表示则可表示为________＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

*****答案*****

gZ+P1/ρ+u

/2=gZ2+P2/ρ+u

/2+∑hf;

ρgZ1+P1+u

/2×ρ=ρgZ2+P2+u

/2×ρ+∑hf

4.流体的粘度指______________________________________。

粘度值随温度变化而变化，对于液体，温度升高，粘度________；对于气体，温度升高，粘度________。

*****答案*****

流体流动时,相邻流体层间,在单位接触面上,速度梯度为1时,所产生的内摩擦力减少增大

5.牛顿粘性定律表达式为＿＿＿＿＿＿＿＿，其粘性系数（粘度）的物理意义是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

*****答案*****

τ＝F/A＝μd.u/dy；在单位接触面积上，速度梯度为1时，流体层间的内摩擦力。

6.当量直径的定义是de＝＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，边长为a正方形风管,当量直径de＝＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

*****答案*****

d＝4×流通截面积/浸润周边de＝ａ

7.某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是_______型曲线，其管中心最大流速为平均流速的_______倍，摩擦系数λ与Re的关系为___________。

*****答案*****

抛物线；2倍；λ＝64/Re

8.已知一密闭管路，管的内径为d，管长为L，液体在管内作稳定连续层流流动，流量为Vm3.s-1,总的阻力损失为hf。

现将管的内径换成d/2，其它均不改变，此时新管路内的流速为_____m.s-1，流体流动的总阻力损失为______m。

*****答案*****

4V；16hf

9.孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：

前者是恒______，变_____；后者是恒_________，变_________。

*****答案*****

截面；压差；压差；截面

10.在测速管中，测压孔正对水流方向的测压管液位代表______，流体流过测速管侧壁小孔的测压管液位代表__________。

*****答案*****

冲压头；静压头

二.选择题

1.流体在园管内作湍流流动时，其平均流速u与管中心的最大流速umax的关系为（）。

A.u≈1.5umaxB.u≈0.8umaxC.u≈0.5umax

*****答案*****B

2.在稳定流动的并联管路中，管子长，直径小，而摩擦系数大的管段，通过的流量（）。

A.与主管相同B.大C.小

*****答案*****C

3.水在园形直管中作滞流流动，流速不变，若管子直径增大一倍，则阻力损失为原来的（）。

A.1/4B.1/2C.2倍

*****答案*****A

4.在一定流量下，流体在并联管路中作稳定连续流动，当并联管路数目愈多，则（）。

A.流体阻力损失越大B.流体阻力损失越小

C.流体阻力损失与并联管数无关

*****答案*****C

5.流体在园管内作滞流流动时，阻力与流速的（）成比例，作完全湍流时，则呈（）成比例。

A.平方B.五次方C.一次方

*****答案*****C；

6.下图中高位槽液面保持恒定，液体以一定流量流经管路，ab与cd两段长度相等，管径与管壁粗糙度相同，则（）。

（1）U形压差计读数

A.R1＞R2B.R1＝R2C.R1＜R2D.不定

（2）液体通过ab与cd段能量损失______。

A.hfab＞hfcdB.hfab＝hfcdC.hfab＜hfcdD.不定

（3）ab与cd两段压差______。

A.ΔPab＞ΔPcdB.ΔPab＝ΔPcdC.ΔPab＜ΔPcdD.不定

（4）R1值表示_______。

A.ab段的压差值B.ab段位能变化C.ab段流动能量损失D.ab段压差值及流动能量损失

*****答案*****

（1）B.R1＝R2

（2）B.hfab＝hfcd

（3）C.ΔPab＜ΔPcd

（4）C.R1值表示ａｂ段流动能量损失。

＊本题hfab＝R1（ρi－ρ）/ρ

hfcd＝hfab＝R2（ρi－ρ）/ρ

R1＝R2

ΔPcd/ρｇ＝hfcd＝R2（ρi－ρ）/ρ

ΔPab/ρｇ＝R1（ρi－ρ）/ρ－ｌ

三.判断题

1.离心泵开泵之前要先灌液，目的是防止气蚀现象发生。

（）

*****答案*****×

2.为减少吸入管路的阻力损失，一般应使吸入管径小于排出管径（）

*****答案*****×

3.当关小离心泵的出口阀时，泵的扬程增大了，其升扬高度提高了（）。

*****答案*****×

4.离心泵开泵之前要先灌液，目的是防止气蚀现象发生。

（）

*****答案*****×

5.若将同一转速的同一型号离心泵分别装在一条阻力很大，一条阻力很小的管路中进行性能测量时，其测出泵的性能曲线就不一样（）。

其实际供给管路的最大流量也不一样（）。

*****答案*****×√

6.若将同一转速的同一型号离心泵分别装在一条阻力很大，一条阻力很小的管路中进行性能测量时，其测出泵的性能曲线就不一样（）。

其实际供给管路的最大流量也不一样（）。

*****答案*****×√

四.计算题

1.水在一倾斜管中流动，如附图所示，已知压差计读数为200mm，试问测量段的阻力为多少？

*****答案*****

在两测压孔之间列柏努利方程式：

Z1＋P1/ρｇ＋ｕ

/2ｇ＝Z2＋P2/ρｇ＋ｕ

/2ｇ＋ｈf1-2

∴ｈf1-2

＝（P1-P2）/ρｇ－（Z2－Z1）－（ｕ

－ｕ

）/2ｇ

＝（P1－P2）/ρｇ－Z－（ｕ

－ｕ

）/2ｇ

由静力学方程式可得

（P1－P2）/ρｇ＝ｈ（ρHg－ρ水）/ρ＋Z

∴ｈf1-2＝ｈ（ρ汞-ρ水）/ρ－（ｕ

－ｕ

）/2ｇ

u1＝1m.s-1，ｕ2＝ｕ1×（d1/d2）2＝1×22=4m.s-1

∴ｈf1-2＝0.2×12.6－（16－1）/（2×9.81）

＝1.755mH2O＝1755mmH2O＝17221Pａ

2.如图所示，用内径d＝100mm的管道，从水箱中引水。

如水箱中水面恒定，水面高出管道出口中心高度H＝4m，忽略水箱入管道的入口阻力损失。

水在管内流动损失，沿管长均匀发生，hfA-B＝3·ｕ2/（2ｇ）。

求：

（1）水在管内的流速ｕ及流量Q

（2）管道中点处M的静压强PM。

*****答案*****

（1）列0－0与2－2截面柏努利方程：

Z0＋P0/ρｇ＋ｕ

/2ｇ＝Z2＋P2/ρｇ＋ｕ

/2ｇ＋∑ｈf

以2－2截面为基准面，Z2＝0，ｕ0＝0，P0＝P2

∴4＝ｕ

/2ｇ＋3ｕ

/2ｇ＝4×ｕ

/2ｇ

解得ｕ2＝√（2ｇ）＝4.43m.s-1

∴V＝ｕA＝0.785×0.12×4.43

＝0.0348m3.s-1＝125m3.h-1

（2）列M点与出口截面的柏努利方程

ZM＋PM/ρｇ＋ｕ

/2ｇ＝Z2＋P2/ρｇ＋ｕ

/2ｇ＋∑ｈfM-2

1＋PM/ρｇ＋ｕ

/2ｇ＝ｕ

/2ｇ＋3/2×ｕ

/2ｇ

∵ｕM＝ｕ2

∴PM/ρｇ＝3/2×ｕ

/2ｇ－1＝0.5mH2O

∴PM＝0.5×9.81×103＝4.9×103N.m-2

3.现用一虹吸管来输送相对密度为1.2的某酸液，如附图示。

设酸液流经虹吸管的阻力忽略不计，问：

（1）图A处（管内）和B处（管内）的压强各为多少kN.m-2？

（2）若要增大输送量，你认为对此装置采用何种改进最为简单？

为什么？

*****答案*****

（1）在储槽液面1-1及管内A处截面A-A列柏式：

Z1g+P1/ρ+u

/2=ZAg+PA/ρ+u

/2+hf1-A.......

（1）

在储槽液面1-1及虹吸管出口内侧2-2列柏式：

Z1g+P1/ρ+u

/2=Z2g+P2/ρ+u

/2+hf1-2........

（2）

联解

（1）

（2）得：

u2=2.8m.s-1,PA=-4.7kN.m-2（表压）

同时，当液体从1-1连续流到管内B处B-B*时

Z1g+P1/ρ+u21/2=ZBg+PB/ρ+uB2/2+h1-B

0=0.2×9.807+PB/1200+2.82/2

∴PB=-7.06kN.m-2（表压）

（2）∵V=πd2u/4当h1-2=0时，u=（2g△Z）1/2

∴欲使V↑，简单方法是：

①使d↑，即换一条直径较大的虹吸管

②使u↑，则应使△Z↑，即可适当加长虹吸管，使其出口处降低。