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化工原理思考题DOC

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:

①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;②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等;③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8×10-3m2,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?

题5附图题6附图

答5.1)图略,受力箭头垂直于壁面、上小下大。

2)内部压强p=ρgh=1000×9.81×0.5=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Δp=H(ρ冷-ρ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10.R=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

(2)pB=pA+ρgH

(3)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14.△P=32μuL/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,λ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uπde2/4计算流量?

答16.定义为4A/Π。

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,(h1-h2)如何变化?

(2)A阀不动(半开着),B阀由全开逐渐关小,则h1,h2,(h1-h2)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19.qV、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He~qV,η~qV,Pa~qV。

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=3m3/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。

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ρ无关,而风机的全风压PT与ρ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/m2,按ΔP=ρgh可知h与ρ无关时,ΔP与ρ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?

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。

问题3.搅拌器应具备哪两种功能?

答3.①产生强大的总体流动,②产生强烈的湍动或强剪切力场。

问题4.旋浆式、涡轮式、大叶片低转速搅拌器,各有什么特长和缺陷?

答4.旋桨式适用于宏观调匀,而不适用于固体颗粒悬浮液;涡轮式适用于小尺度均匀,而不适用于固体颗粒悬浮液;大叶片低转速搅拌器适用于高粘度液体或固体颗粒悬浮液,而不适合于低粘度液体混合。

问题5.要提高液流的湍动程度可采取哪些措施?

答5.①提高转速。

②阻止液体圆周运动,加挡板,破坏对称性。

③装导流筒,消除短路、消除死区。

问题6.大小不一的搅拌器能否使用同一根功率曲线?

为什么?

答6.只要几何相似就可以使用同一根功率曲线,因为无因次化之后,使用了这一条件。

问题7.选择搅拌器放大准则时的基本要求是什么?

答7.混合效果与小试相符。

第四章流体通过颗粒层的流动

问题1.颗粒群的平均直径以何为基准?

为什么?

答1.颗粒群的平均直径以比表面积相等为基准。

因为颗粒层内流体为爬流流动,流动阻力主要与颗粒表面积的大小有关。

问题2.数学模型法的主要步骤有哪些?

答2.数学模型法的主要步骤有①简化物理模型②建立数学模型③模型检验,实验定模型参数。

问题3.过滤速率与哪些因素有关?

答3.过滤速率u=dq/dτ=ΔP/rφμ(q+qe)中,u与ΔP、r、φ、μ、q、qe均有关。

问题4.过滤常数有哪两个?

各与哪些因素有关?

什么条件下才为常数?

答4.K、qe为过滤常数。

K与压差、悬浮液浓度、滤饼比阻、滤液粘度有关;qe与过滤介质阻力有关。

恒压下才为常数。

问题5.τopt对什么而言?

答5.τopt对生产能力(Q=V/Στ)最大而言。

Q在V~τ图上体现为斜率,切线处可获最大斜率,即为τopt。

问题6.回转真空过滤机的生产能力计算时,过滤面积为什么用A而不用Aφ?

该机的滤饼厚度是否与生产能力成正比?

答6.考察方法是跟踪法,所以过滤面积为A,而φ体现在过滤时间里。

不,滤饼厚度δ与

成正比,例如,转速愈快,生产能力愈大,而滤饼愈薄。

问题7.强化过滤速率的措施有哪些?

答7.强化过滤速率的措施有①改变滤饼结构;②改变颗粒聚集状态;③动态过滤。

第五章颗粒的沉降和流态化

问题1.曳力系数是如何定义的?

它与哪些因素有关?

答1.ζ=FD/(Apρu2/2)。

它与Rep(=dpuρ/μ)、ψ有关。

问题2.斯托克斯定律区的沉降速度与各物理量的关系如何?

应用的前提是什么?

颗粒的加速段在什么条件下可忽略不计?

答2.ut=d2(ρp-ρ)g/(18μ)。

前提Re<2。

当颗粒dp很小,ut很小时。

问题3.重力降尘室的气体处理量与哪些因素有关?

降尘室的高度是否影响气体处理量?

答3.沉降室底面积和沉降速度。

不影响。

高度小会使停留时间短,但沉降距离也短了。

问题4.评价旋风分离器性能的主要指标有哪两个?

答4.分离效率、压降。

问题5.为什么旋风分离器处于低气体负荷下操作是不适宜的?

锥底为何须有良好的密封?

答5.低负荷时,没有足够的离心力。

锥底往往负压,若不密封会漏入气体且将颗粒带起。

问题6.广义流态化和狭义流态化的各自含义是什么?

答6.狭义流态化指操作气速u小于ut的流化床,广义流化床则包括流化床、载流床和气力输送。

问题7.提高流化质量的常用措施有哪几种?

何谓内生不稳定性?

答7.增加分布板阻力,加内部构件,用小直径宽分布颗粒,细颗粒高气速操作。

空穴的恶性循环。

问题8.气力输送有哪些主要优点?

答8.①系统可密闭;②输送管线设置比铺设道路更方便;③设备紧凑,易连续化、自动化; ④同时可进行其他单元操作。

第六章传热

问题1.传热过程有哪三种基本方式?

答1.直接接触式、间壁式、蓄热式。

问题2.传热按机理分为哪几种?

答2.传导、对流、热辐射。

问题3.物体的导热系数与哪些主要因素有关?

答3.与物态、温度有关。

问题4.流动对传热的贡献主要表现在哪儿?

答4.流动流体的载热。

问题5.自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热?

答5.加热面在下,制冷面在上。

问题6.液体沸腾的必要条件有哪两个?

答6.过热度、汽化核心。

问题7.工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作?

为什么?

答7.核状沸腾状态。

以免设备烧毁。

问题8.沸腾给热的强化可以从哪两个方面着手?

答8.改善加热表面,提供更多的汽化核心;沸腾液体加添加剂,降低表面张力。

问题9.蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体?

答9.避免其积累,提高α。

问题10.为什么低温时热辐射往往可以忽略,而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式?

答10.因Q与温度四次方成正比,它对温度很敏感。

问题11.影响辐射传热的主要因素有哪些?

答11.温度、黑度、角系数(几何位置)、面积大小、中间介质。

问题12.为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数?

答12.①相变热远大于显热;②沸腾时汽泡搅动;蒸汽冷凝时液膜很薄。

问题13.有两把外形相同的茶壶,一把为陶瓷的,一把为银制的。

将刚烧开的水同时充满两壶。

实测发现,陶壶内的水温下降比银壶中的快,这是为什么?

答13.陶瓷壶的黑度大,辐射散热快;银壶的黑度小,辐射散热慢。

问题14.若串联传热过程中存在某个控制步骤,其含义是什么?

答14.该步骤阻力远大于其他各步骤的阻力之和,传热速率由该步骤所决定。

问题15.传热基本方程中,推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些?

答15.K、qm1Cp1、qm2Cp2沿程不变;管、壳程均为单程。

问题16.一列管换热器,油走管程并达到充分湍流。

用133℃的饱和蒸汽可将油从40℃加热至80℃。

若现欲增加50%的油处理量,有人建议采用并联或串联同样一台换热器的方法,以保持油的出口温度不低于80℃,这个方案是否可行?

答16.可行。

问题17.为什么一般情况下,逆流总是优于并流?

并流适用于哪些情况?

答17.逆流推动力Δtm大,载热体用量少。

热敏物料加热,控制壁温以免过高。

问题18.解决非定态换热器问题的基本方程是哪几个?

答18.传热基本方程,热量衡算式,带有温变速率的热量衡算式。

问题19.在换热器设计计算时,为什么要限制Ψ大于0.8?

答19.当Ψ≤0.8时,温差推动力损失太大,Δtm小,所需A变大,设备费用增加。

第七章蒸发

问题1.蒸发操作不同于一般换热过程的主要点有哪些?

答1.溶质常析出在加热面上形成垢层;热敏性物质停留时间不得过长;与其它单元操作相比节能更重要。

问题2.提高蒸发器内液体循环速度的意义在哪?

降低单程汽化率的目的是什么?

答2.不仅提高α,更重要在于降低单程汽化率。

减缓结垢现象。

问题3.为什么要尽可能扩大管内沸腾时的气液环状流动的区域?

答3.因该区域的给热系数α最大。

问题4.提高蒸发器生产强度的途径有哪些?

答4.u↑,降低单程汽化率,K↑;提高真空度,t↓,增加传热推动力。

问题5.试分析比较单效蒸发器的间歇蒸发和连续蒸发的生产能力的大小。

设原料液浓度、温度、完成液浓度、加热蒸汽压强以及冷凝器操作压强均相等?

答5.单效间歇蒸发起先Δ小,生产能力大。

问题6.多效蒸发的效数受哪些限制?

答6.经济上限制:

W/D的上升达不到与效数成正比,W/A的下降比与效数成反比还快;技术上限制:

ΣΔ必须小于T-t0,而T-t0是有限的。

问题7.试比较单效与多效蒸发之优缺点?

答7.单效蒸发生产强度高,设备费用低,经济性低。

多效蒸发经济性高。

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