无机材料热工复习题.docx

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无机材料热工复习题

一、名词解释

1.理想流体

2.紊流

3.燃点

4.露点温度

5.强制对流

6.气幕

7.灰分

8.有害传热

9.匣体

10.着火温度

二、填空题

1.压头损失可分为和两类。

2.在超音速拉伐尔喷管中，在达到音速。

3.物料中的水分结合方式为，。

4.玻璃的生产包含，，，四个过程。

6.隧道窑的三带为，，。

三、简答题

1.影响玻璃液流动的因素有？

2.影响水泥生产过程中炉内CaCO3分解速度的因素为？

3.超临界干燥的优点有？

4.火焰池窑中的舌头起什么作用？

5.匣体装烧的缺点是什么？

6.强化炉中物料辐射传热的措施有？

四、计算题

1.总压为101.3kPa，温度为20℃的湿空气的水蒸气分压为2.33kPa。

试求：

1）该湿空气的湿含量X及相对湿度

2）若此时将湿空气加热至60℃，其湿含量及相对湿度又为多少？

3）这题对实际干燥有什么指导意义。

注：

20℃和60℃时水的饱和蒸汽压分别为2.33kPa和19.92kPa。

2.在一连续干燥器中，每小时处理湿物料2000kg，要求将含水量由10%减至2%（均为湿基）。

以空气为干燥介质，进入预热器时新鲜湿空气的温度与湿含量分别为15℃和0.01kg/kg干气（压力101.3kPa），离开干燥器时废气的湿含量为0.08kg/kg干气。

假设干燥过程中无物料损失，试求：

（1）水分蒸发量；

（2）新鲜湿空气消耗量（以质量表示）；

（3）干燥产品量。

3.已知发生炉煤气组成（体积分数%）如下表：

COd

H2d

CH4d

C2H4d

CO2d

O2d

N2d

H2Od

29.0

15.0

3.0

0.6

7.5

0.2

42.0

2.7

若1m3发生炉煤气在空气中燃烧，求：

（1）理论空气需求量（请写出推导过程）

（2）理论烟气生成量

（3）空气消耗系数为1.2时的烟气量及烟气各成分的体积比。

4.一硅酸盐工业窑炉的供风系统，已知：

吸风管内径为300mm，排风管内径为400mm，吸风管处气体静压强为负10500Pa，排风管气体静压强为150Pa，设1-1和2-2截面的压头损失为50Pa。

使温度10℃，风量为9200m3/h的空气通过整个系统，试确定需要外界输入多少机械能。

（截面中心的垂直距离）

无机热工

一、名词解释

1.窑内气氛

在工业窑炉内，煅烧物料或制品时，不仅有物理过程，还有化学反应。

在窑内，除了原料之间的反应外，物料与周围介质之间也有反应。

如果介质为气体，该气体所具有的性质。

2.对流传热

流体各部分之间发生相对移动时所引起的热量传递过程。

3.辐射干燥

　利用辐射元件表面所产生的热能，以辐射方式向物料传热，使其水分蒸发而干燥。

4.导热

热量从物体中温度较高的部分传递到温度低的过程。

5.短焰燃烧

煤气和一部分空气在烧嘴中预先混合，至燃烧空间后进一步与空气混合并燃烧。

6.陶瓷烧结

高温条件下，胚体表面积减少，空隙率降低、机械性能提高的致密化过程。

7.自然干燥

将湿物料堆放在棚屋或室外晒场上，借风吹日晒的自然条件使其干燥。

8.空气消耗系数

实际供给的助燃空气量（Va）与理论空气量的比值。

9.相对湿度

在同温度、同总压下，湿空气的绝对湿度与饱和湿度之比。

10.旋风效应

旋流型分解炉及预热器内气流作旋回运动，使物料滞后于气流的效应。

11.局部损失

流体运动方向与流速突然变化，引起流体与管道壁的直接撞击增加及流体内部涡流的加剧，伴随产生的机械耗损。

12.黑体

投射到物体上的辐射能全被物体吸收的物体

二、填空题

1.超临界流体干燥中常用的是二氧化碳流体。

它兼具液体和气体的性质，具有扩散性能好和溶解性强两大优点。

2.空气的湿度主要表示方法有绝对湿度，相对湿度，湿含量。

3.无机材料工业的燃料种类有固体燃料，液体燃料，气体燃料。

4.湿物料中含水率的表示方法有绝对水分，相对水分。

5.火焰池窑结构包括玻璃熔制，热源供给，余热回收，排烟四大部分。

三、简答题

1.请简述分解炉的旋风效应及其对料粉和煤粉分解的影响。

　⑴旋风效应：

旋流型分解炉及预热器内气流作旋回运动，使物料滞后于气流的效应。

　⑵对粉料的影响：

延长物料在炉内停留时间，使气流与粉料间产生相对运动而使料粉滞留，炉内气流依靠附壁效应使料粉浓度增加而不落料现象，分解时间增加，达到预期分解效果。

　⑶对煤粉的影响：

①在炉内的停留及燃烧时间延长，造成炉内煤粉富集，增加炉内煤粉浓度，使单容积中燃烧颗粒的表面积增加，燃烧速度增加，提高了炉单位容积的热负荷；②但停留时间影响很大，如果控制不好，会大幅度影响煤粉及生料的燃烧分解时间，很可能使煤粉在炉内来不及燃烧而炉后燃，使物料分解率下降，炉后系统超温，严重影响时引起结皮，堵塞。

2.请简述隧道窑的优缺点。

　⑴优点：

①烧成周期较短，生产效率较高；

　　　　　②产品质量比较好；

　　　　　③节约燃料；

　　　　　④烧成制度单一，便于控制；

　　　　　⑤大大减少工人的劳动强度；

　⑵缺点：

①建设费用比较高；

　　　　　②烧成制度改变较难；

　　　　　③对产量变更的适应性较小；

　　　　　④它是平焰式窑炉，容易产生气体分层，造成上下温差。

3.请简述隧道窑内位压头对气体流动产生的影响以及气体流速的分布。

　使气体由下向上流动，温度升高，位压头增大，上流趋势增大。

　⑴预热带：

上部-主流和循环气流方向相同；

　　　　　　下部-主流和循环气流方向相反。

　预热带垂直断面：

总的流速是上部大而下部小

　⑵冷却带：

上部-主流和循环气流方向相反

　　　　　　下部-主流和循环气流方向相同

　冷却带垂直断面：

总的流速是上部小下部大

4.请简述硅酸盐工业余热回收的目的及回收余热的方式。

　目的：

（1）生料粉或生坯的预热；

（2）煤气、燃油及助燃空气的预热；

　　　　（3） 余热发电；

　　　　（4） 其他供热。

　方式：

①有的余热是在窑炉内直接加以利用的，如回转窑及隧道窑的预热带；

　　　　②有的采用通用的换热设备，如换热器、蓄热器、热管等回收热量；

　　　　③有的则采用专用的预热器，冷却机等设备加以回收。

5.请简述隧道窑的分带以及各个带所起到的作用。

　分为预热带、烧成带、冷却带。

　⑴预热带：

车上坯体与来自烧成带燃料燃烧产生的烟气接触，逐渐被加热，完成坯体的预热过程。

　⑵烧成带：

坯体借助燃料燃烧所释放出的热量，达到所要求的最高烧成温度，完成坯体的烧成过程。

　⑶冷却带：

 高温烧成的制品进入冷却带，与从窑尾鼓入额的大量冷空气进行热交换 ，完成坯体的冷却过程。

四、计算题

1.如图所示的窑炉，内部充满热烟气，温度为1000℃，烟气标态密度ρf,0为1.30kg/m3，窑外空气温度20℃，空气标态密度ρa,0为1.293kg/m3，窑底内外压强相等，均为1atm（101325Pa）。

求距离窑底0.7m处窑内、外气体压强各多大？

其相对压强多大？

2.某硅酸盐工业窑炉内，烟气的温度为1000℃，其标态密度为1.30kg/m3，在截面为0.5×0.6m2的烟道中以3.8m/s的流速通过，烟道内负压为402Pa，试判断烟道中烟气的流态（设当地大气压为99991Pa）。

无机热工

一、名词解释

1.理想流体

　流体无粘性、完全不可压缩，运动时无抵抗剪切变形的能力。

2.紊流

　流体质点作不规则的杂乱运动，并相互碰撞，产生大大小小的旋涡，且出现脉动。

3.燃点

　用火源接近油表面时，蓝光闪现后能持续燃烧（不少于5秒），此时的油温称为燃点。

4.露点温度

　一定压力下，将不饱和空气等湿降温至饱和，出现第一滴露珠时的温度称为该空气的露点温度，以td表示。

5.强制对流

　若流体的运动是由于受到外力的作用（如风机、水泵或其它外界压力等）所引起。

6.气幕

　气幕是指在隧道窑横截面上，自窑顶及两侧窑墙上喷射多股气流进入窑内，形成一片气体帘幕。

7.灰分

　灰分是指燃料中不能燃烧的矿物杂质。

8.有害传热（考有益传热）

　烟气将热量以对流辐射方式传给窑体，窑体以稳定导热方式传导给窑外壁，外壁再以对流辐射方式传热给周边环境。

9.匣钵

　在烧制陶瓷器过程中，为阻止气体及有害物质对坯体、釉面的破坏及污损，将陶器和坯体放置在耐火材料制成的容器中焙烧，这种容器即称匣钵。

10.着火温度

　由缓慢的氧化反应转变为剧烈的氧化反应的瞬间，转变时的最低温度。

二、填空题

1.压头损失可分为摩擦损失和局部损失两类。

2.在超音速拉伐尔喷管中，在拉伐尔喷管的扩张部分达到音速。

3.物料中的水分结合方式为结合水，非结合水。

4.玻璃的生产包含原料的制备，玻璃液熔制，玻璃产品的成型，玻璃制品的退火四个过程。

5.隧道窑的三带为预热带，烧成带，冷却带。

6.燃料可分为固体燃料、液体燃料、气体燃料。

7.灰分有　　　　、　　　　、　　　　、　　　　、　　　　。

三、简答题

1.影响玻璃液流动的因素有？

（考玻璃液的分隔装置优点？

）

　①窑的温度制度和散热情况。

　②玻璃液ρ和μ以及随温度变化的情况。

　③玻璃液的透热性与导热性。

　　无色玻璃液面温降3~10℃/cm，池底0.5℃/cm。

　　绿色玻璃液面8~15℃/cm，池底3~4℃/cm。

　④窑池结构与尺寸。

如窑深、窑坎。

　⑤加料与出料。

2.影响水泥生产过程中炉内CaCO3分解速度的因素为？

（考水泥回转窑的缺点）

　⑴分解温度：

温度越高，分解越快。

　⑵浓度：

炉内CO2的浓度，浓度越低，分解越快。

　⑶粉料的物理化学性质：

结构致密，结晶粗大的石灰石分解速度较慢。

　⑷颗粒直径越大，接触表面积越小，分解所需的时间越长。

　⑸生料的分散悬浮程度：

悬浮分散性差，相当于加大了颗粒尺寸，改变了分解过程性质，从而降低了分解度。

3.超临界干燥的优点有？

　①可以在温和的温度条件下进行，故特别适用于热敏性物料的干燥。

　②能够有效地溶解而抽提大分子量、高沸点的难挥发性物质。

　③通过改变操作条件可以容易地把有机溶剂从固体物料中脱去。

4.火焰池窑中的舌头起什么作用？

　①起改变空气、煤气为小平运动方向的调向作用；

　②分隔空气、煤气，并调节它们的混合状态；

　③控制火焰长度和火焰刚度。

5.匣钵装烧的缺点是什么？

　⑴使气流的对流换热系数减小，匣内对流为缓慢的自然对流；

　⑵在气体对制品的辐射传热中起遮热罩的作用，削弱了有益传热。

故应尽可能取消匣钵，采用无匣裸烧，以达到快烧和降低能耗的目的。

6.强化炉中物料辐射传热的措施有？

　①适当提高烟气温度。

　②增大烟气与物料接触的表面积，提高物料的黑度；采用反射隔热罩，减少辐射热损失。

　③提高烟气的黑度。

四、计算题

1.总压为101.3kPa，温度为20℃的湿空气的水蒸气分压为2.33kPa。

试求：

1）该湿空气的湿含量X及相对湿度

2）若此时将湿空气加热至60℃，其湿含量及相对湿度又为多少？

3）这题对实际干燥有什么指导意义。

注：

20℃和60℃时水的饱和蒸汽压分别为2.33kPa和19.92kPa。

解：

（1）20℃时

　又20℃时水的饱和蒸汽压为2.33kPa

说明该湿空气已达饱和，不能作为干燥介质。

（2）60℃时，提高温度后，湿空气中的水气分压不变，

　故湿度不变，仍为0.0146kg水汽/kg干空气。

　又60℃时水的饱和蒸汽压为19.92kPa，此时相对湿度：

说明该湿空气相对湿度减小，又可做干燥介质。

（3）湿空气的温度升高后，其中的水汽分压不变，但水的饱和蒸汽压随温度的升高而增加，　　因此，值减小，载湿能力增强，即升温对干燥有利。

2.在一连续干燥器中，每小时处理湿物料2000kg，要求将含水量由10%减至2%（均为湿基）。

以空气为干燥介质，进入预热器时新鲜湿空气的温度与湿含量分别为15℃和0.01kg/kg干气（压力101.3kPa），离开干燥器时废气的湿含量为0.08kg/kg干气。

假设干燥过程中无物料损失，试求：

（1）水分蒸发量；

（2）新鲜湿空气消耗量（以质量表示）；

（3）干燥产品量。

解：

（1）物料的干基含水量：

　　绝干物料量

　　水分蒸发量

（2）绝干空气用量：

　　新鲜湿空气用量：

（3）干燥产品量

3.已知发生炉煤气组成（体积分数%）如下表：

COd

H2d

CH4d

C2H4d

CO2d

O2d

N2d

H2Od

29.0

15.0

3.0

0.6

7.5

0.2

42.0

2.7

若1m3发生炉煤气在空气中燃烧，求：

（1）理论空气需求量（请写出推导过程）

（2）理论烟气生成量

（3）空气消耗系数为1.2时的烟气量及烟气各成分的体积比。

解：

空气组成为O2＝21％，H2＝79％，忽略CO2等少量气体。

（1）CO+1/2O2→CO2H2+1/2O2→H2O

CH4+2O2→H2O+CO2C2H4+3O2→2CO2+2H2O

由上述方程式可得该炉煤气完全燃烧的理论空气需求量为

Va0=1/0.21×[1/2CO+1/2H2+2CH4+3C2H4－O2]

=4.76×[0.5×0.29+0.5×0.15+2×0.03+3×0.006－0.002]

=1.41m3/m3

（2）该炉煤气完全燃烧的理论烟气生成量：

　V0=（CO+H2+3CH4+4C2H4+CO2+H2O+N2）+0.79Va0

=（0.29+0.15+3×0.03+4×0.006+0.075+0.027+0.42）+0.79×1.41

=2.19m3/m3

（3）空气消耗系数为1.2时实际空气需求量

　Va=αVa0=1.2×1.41=1.69m3/m3

空气消耗系数为1.2时实际烟气生成量：

　V=Vo+（α-1）Vao=2.19+（1.2-1）×1.41=2.47m3/m3

烟气组成：

CO2%=（CO+CH4+2C2H4+CO2）/V×100%

=（0.29+0.03+2×0.006+0.075）/2.47×100%=16.48%

H2O%=（H2+2CH4+2C2H4+H2O）/V×100%

=（0.15+2×0.03+2×0.006+0.027）/2.47×100%=10.08%

N2%=（N2+0.79Va）/V×100%

　　=（0.42+0.79×1.69）/2.47×100%=71.06%

O2%=0.21（α-1）Va0/V×100%=0.21×（1.2-1）×1.41/2.47×100%=2.40%

4.一硅酸盐工业窑炉的供风系统，已知：

吸风管内径为300mm，排风管内径为400mm，吸风管处气体静压强为负10500Pa，排风管气体静压强为150Pa，设1-1和2-2截面的压头损失为50Pa。

使温度10℃，风量为9200m3/h的空气通过整个系统，试确定需要外界输入多少机械能。

（截面中心的垂直距离）

解：

列出1-1和2-2截面的伯努力方程

由于1-1和2-2截面中心的垂直距离很小，可以认为两处几何压头相等

不考虑压力对气体密度的影响：

吸风管内风速：

输入机械能