四川理工 《化工原理》复习提要上.docx
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四川理工《化工原理》复习提要上
《化工原理》复习提要(上)
1.各章要点
1.1流体流动
1.1.1基本概念
连续介质模型;组成的表示(质量分率、摩尔分率、体积分率);流体的密度及影响因素;流体静压强的特征、单位、表示方式及等压面;流量、流速的各种表达方式及计算;净功、有效功率、轴功率;牛顿粘性定律、粘度μ及其影响因素;流体的流动类型、雷诺数、层流与湍流的本质区别;边界层厚度、边界层的形成和发展、边界层分离;局部阻力与直管阻力、当量直径与当量长度、相对粗糙度、圆形直管内的速度分布、摩擦系数、因次一致性原则、π定理与因次分析法、局部阻力系数;简单管路、并联管路、分支(汇合)管路。
1.1.2仪器设备
各种液柱式压差计、测速管、孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计等的结构、测试原理、安装要求。
1.1.3基本公式
流体静力学基本方程:
柏努利方程:
连续性方程:
阻力计算方程:
1.2流体输送机械
1.2.1基本概念
流体输送设备的类型;离心泵的主要部件及其作用;工作原理;类型;气缚现象产生的原因及消除措施;离心泵的理论流量与理论扬程、离心泵的基本方程式及影响扬程、流量的主要因素;离心泵的主要性能参数——流量、扬程、轴功率、效率(容积效率、机械效率、水力效率);特性曲线的测定、换算和应用及设计点;离心泵的设计点;离心泵的工作点及其调节方法;气蚀现象(避免措施)、临界气蚀余量、必需气蚀余量、最大吸上真空高度、允许吸上真空高度等概念及测定;泵的安装高度及其计算;离心泵的主要类型及型号表示、选择原则;正位移式输送设备的特点及操作要点。
1.12.2仪器设备
离心泵、往复泵的的结构、操作与调节。
基本公式
比例定律
切割定律
管路特性曲线方程
离心泵特性曲线方程
允许吸上真空高度的换算
离心泵的安装高度
往复泵的流量
单动往复泵
双动往复泵
1.3非均相物系的分离和固体流态化
1.3.1基本概念:
颗粒特性(体积、表面积、比表面积、形状系数)、颗粒群的性质(筛分分析、分布函数、密度函数、平均直径、密度)、床层特性(空隙率、比表面积、各向同性)、沉降操作(重力沉降、离心沉降;自由沉降、干扰沉降;沉降速度及影响因素);尘室的特点及生产能力;离心沉降的原理、离心沉降的沉降速度的特点;离心分离因素;旋风分离器的临界直径及影响因素降、分离效率、压降;滤饼、料浆、滤液;饼层过滤与深层过滤;可压缩滤饼、不可压缩滤饼、助滤剂;过滤基本方程、比阻、过滤速度与过滤速率、恒压过滤、恒速过滤、先恒速后恒压过滤;滤饼洗涤、洗涤速率;板框压滤机、叶滤机、转筒真空过滤机的特点;生产能力及影响因素。
1.3.2仪器设备
降尘室、旋风分离器、板框压滤机、叶滤机、转筒真空过滤机等的结构、特点。
1.3.3基本公式
重力沉降速度
降尘室的生产能力
过滤基本方程
过滤过程的物料衡算
恒压过滤方程
先恒速后恒压的过滤方程
洗涤时间
生产能力
转筒真空过滤机的生产能力
1.4传热
1.4.1基本概念:
热传导、热对流、热辐射;对流传热、辐射传热;传热速率、热通量;稳态传热、非稳态传热;冷热流体的接触方式;载热体、加热剂、冷却剂;温度场、温度梯度、等温面及其特点;傅立叶定律、导热系数及影响因素,接触热阻;传热推动力、热阻;牛顿冷却定律、热边界层、对流传热系数及影响因素、进口段、保温层的临界直径;热负荷;总传热系数、污垢热阻;平均温度差、逆流、并流、错流、折流、管程数、壳程数、温度差校正系数;传热效率、传热单元长度、传热单元数、最小值流体;自然对流、强制对流、努塞尔准数(Nu)、普兰特准数(Pr)、格拉斯霍夫准数(Gr);滴装冷凝、膜装冷凝;大容积沸腾、表面汽化、泡核沸腾、膜状沸腾、沸腾曲线;黑体、镜体、白体、灰体、吸收率、反射率、透过率;辐射能力、辐射系数、单色辐射能力;黑度;克希霍夫定律;总辐射系数、角系数;各种换热器的结构及特点。
1.4.2仪器设备:
套管换热器、列管换热器的结构、特点。
1.4.3基本公式:
热传导:
对流传热系数
热量衡算
总传热系数
传热速率方程
平均温度差
辐射能力
辐射传热速率
2.基本练习
2.1基本概念填空
1.1at=_______kgf/cm2=_______m.H2O=________mm.Hg=_______N/m2。
2.实际流体在内径为D的等径直管的进口稳定段后流动,其边界层厚度为;若Re=500,则最大流速等于平均流速的倍,摩擦系数λ=。
若保持流量不变,采用内径为为D/2的管道输送该流体,则压降等于原来压降的倍。
3.流体粘度的因次表达式是。
理想流体的粘度等于,通常流体的粘度随流体的温度而变化,气体的粘度随温度的升高而,液体的粘度随温度的升高而。
4.当地大气压为760mmHg,则0.25MPa(表)=Kg(f)/cm2(绝)。
5.水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力及液位恒定的反应器,当管道上的阀门开度减小使时,水的流量将,摩擦系数将,管路总机械能损失将。
6.稳态流动时,流速只与有关,而非稳态时的流速却与和有关。
7.流体粘度的因次式是。
通常流体的粘度随流体的温度而变化,气体的粘度随温度的升高而,液体的粘度随温度的升高而。
8.当地大气压为760mmHg,则70Kpa(绝)=mmHg(真空度)。
9.当流体在圆形直管内作滞流时,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的关系式为。
10.气体的粘度随温度的升高而,液体的粘度随温度的升高而。
11.孔板流量计和转子流量计最主要的区别在于:
前者是恒,变;后者是恒,变。
12.边长为0.5m的正方形通风管道的当量直径为。
13.在压强恒定的条件下,空气的粘度随温度的降低而。
14.当Re为已知时,流体在圆形直管中呈层流时的摩擦系数λ=。
在粗糙管中呈湍流时,摩擦系数λ与、有关。
15.当流体在圆形直管内的Re=1500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=。
16.液体的粘度随温度的升高而。
17.当地大气压为760mmHg。
测得某容器内的绝对压强为90kPa,则容器内的压强为mmHg(真空度)=at(表压)。
18.密度为ρkg/m3、粘度为μPa.s的流体在内径为di的圆形直管内以流速u流动,则Re=。
当Re<,流体呈现为层流(滞流),λ=,管内速度分布是型曲线,此时管中心处的流速等于平均流速的倍。
19.理想流体的粘度为,液体粘度随温度的升高而。
20.层流和湍流的本质区别是。
21.因次分析法的基础是,粘度的因次表达式为。
22.减小流体在管路中流动阻力∑hf的措施有、
、。
23..当地大气压强为1at,某系统的表压强为0.5at,该系统的绝对压强为at
=mH2O。
24.流体的粘度与温度有关。
其中,液体的粘度随温度的升高而。
25.当地大气压为760mmHg。
测得某容器内的绝对压强为90kPa,则容器内的压强为
mH2O(真空度)=at(表压)。
26.对0.2×0.4m的矩形通风管道,其润湿周边长为,当量直径为。
27.功率的因次是。
因次分析的基础是。
28.已知某油品在管的进口稳定段后的半径为R的圆形管道内流动,其Re=700,平均流速为0.25m/s,流过100m直管的流体阻力为7J/kg,则管道中流速最大,最大流速为m/s,摩擦系数λ=。
若将流量增大一倍而其它条件不变,流过100m的流体阻力hf=。
29.水由液位的敞口高位槽通过一管道流进一液位及压力恒定的反应器。
当管道上的阀门开度减小时,管路中水的流量将,摩擦系数将,管路的总能量损失将。
30.理想流体是指的流体。
实际流体在可分为牛顿型流体和非牛顿型流体,其中牛顿型流体是指。
31.当地大气压为10mH2O,则49kPa(真空度)=mmHg(绝)=at(表)。
32.实际流体在内径为D的等径直管的进口稳定段后流动,其边界层厚度为;若Re=500,则最大流速等于平均流速的倍。
33.测量流体流量时,随着流体的流量增加,孔板流量计中孔板两侧的压差将;若改用转子流量计,当流量增加时转子上下两端的压差将。
34.密度为ρkg/m3、粘度为μPa.s的流体在内径为di的圆形直观内流动,则Re=。
当Re<,流体呈现为层流(滞流),λ=,管的速度分布是型曲线,此时管中心处的流速等于平均流速的倍。
35.理想流体的粘度为,液体的粘度随温度的升高而。
36.流体粘度是流体分子的宏观表现,粘度的因次表达式为,其中液体的粘度随温度的升高而。
37.以Pa为单位的柏努利方程表达式为:
。
38.流体的流动类型分为、。
若流体在直管内流动的摩擦系数只与Re有关的,则流体处于,而且摩擦系数的表达式为λ=。
39.当地大气压强为1at,某系统的表压强为0.5at,该系统的绝对压强为
at=mH2O。
40.套管有Φ57×2.5mm和Φ25×2.5mm的钢管组成,则环隙的流通截面积等于、润湿周边等于、当量直径等于。
41.产品样本上离心泵的特性曲线是在一定的下,输送时的性能曲线。
42.当地大气压强为1at,一设备上压力表的读数为0.1MPa,其绝对压强为Kg(f)/cm2。
43.当地大气压强为1at,一设备上真空表的读数为450mmHg,其绝对压强为Pa。
44.已知密度为800Kg/m3的油在内径为20mm、长度为L的圆形直管中稳态流动,其平均流速为0.25m/s,其Re=800、ΔPf=800Pa,则油的粘度μ=Pa.s,管道中心的流速=
m/s。
当油的流量增加一倍,则hf=J/Kg。
45.处在等温液体中同一水平高度的各个点压强相等的条件必须是:
、
、。
46.非稳态流动系统中,流体的流速与、有关。
47.实际流体在管内流动时产生流动阻力的主要原因是。
48.以N为单位的柏努利方程表达式为。
49.压强的因次表达式为。
因次分析的理论基础是,因次分析的目的是。
50.已知1kg流体流过离心泵所获得的总机械能为245.25J/Kg,则泵的扬程为m。
51.圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为11.8kg/(s.m2),其体积流量为___________.平均流速为__________.(水的密度取:
1000kg/m3)
52.当20℃的甘油(ρ=1261kg/m3、μ=1499厘泊)在内径为100mm的管内流动时,若流速为2.5m/s时,其雷诺准数Re为__________,其摩擦阻力系数λ为______.。
53.某长方形截面的通风管道,其截面尺寸为40×30mm,其当量直径de为_____。
54.管出口的局部阻力系数等于________,管入口的局部阻力系数等于______。
55.化工生产中,物料衡算的理论依据是________,热量衡算的理论基础是________。
56.当地大气压为745mmHg,测得一容器内的绝对压强为350mmHg,则真空度为__________。
测得另一容器内的表压强为360mmHg,则其绝对压强为_______。
57.液柱压力计量是基于______________原理的测压装置,用U形管压差计测压时,当一端与大气相通时,读数R表示的是_________或___________。
58.米糠油在管中作完全湍流流动,若流量不变,管径不变,管长增加一倍,则摩擦阻力损失为原来的______倍。
59.流体在管内作湍流流动时(不是阻力平方区),其摩擦系数λ随___________和______________而变。
60.流体的位能是指在______作用下,流体距_______一定高度所具有的能量。
61.流体在管道内作稳定流动时,任一截面处的流速、压强等只随_____________变化。
62.98.1kPa、67℃的空气的密度为__________kg/m3。
(气体常数R=8.314J/mol.K,空气的平均分子量取为29g/mol)
63.静止液体中两处压力相等的条件是_______________________________。
64.当20℃的甘油(ρ=1261kg/m3,μ=1499cP),在内径为100mm的管内流动时,若流速为1.0m/s,其雷诺数Re为______,流体的流动型态为_____,摩擦系数λ=。
65.某环形截面的流道,由φ108×4mm和φ76×3mm的钢管构成,当量直径de为______________。
66.流体的粘度是组成流体的分子、原子等微观微粒间的宏观表现。
一般液体的粘度随温度的升高而。
今有黏度为4×10-2Pa.s、密度为800kg/m3的油以0.4m/s的平均流速在内径为150mm长度为100m的直管段内流动,则雷诺准数Re=,其流动类型为,其管内的最大流速为,其摩擦系数=,体积流量为,质量流速=,流体阻力ΔPf=。
67.离心泵的工作点是曲线与曲线的交点。
68.离心泵的主要部件有、和密封装置。
调节离心泵流量的方法有、和泵的组合操作等三种。
69.离心泵的轴功率N、有效功率Ne与效率η的关系是,泵的效率包含、、等三种效率。
70.泵铭牌上的轴功率和允许吸真空高度是指时的数值。
71.产品样本上离心泵的特性曲线是在一定的下,输送时的性能曲线。
72.离心泵的安装高度超过允许安装高度时,离心泵会发生现象。
73.65Y-60B型号的离心泵B表示,65表示。
74.离心泵的主要部件有、和。
其中
是将原动机的能量传递给液体的部件。
75.对IS85-65-125型离心泵,125表示,65表示。
76.对65Y-60A型离心泵,Y表示,60表示。
77.管路特性曲线和离心泵特性曲线的交点称为,若需要改变这一交点的位置,常采用的方法以改变管路特性曲线,或采用的方法以改变泵的特性曲线。
78.推导离心泵的基本方程的两个基本假设分别是、
。
79.调节离心泵流量可采用的方法有、、。
80.离心泵的轴功率N、有效功率Ne与效率η之间的关系是Ne=,离心泵的效率包括效率、效率和效率。
81.离心泵的主要性能参数有、、、和允许吸上真空高度(或允许气蚀余量)。
82.用离心泵将一个低位敞口水池中的水送至敞口高位槽中,若改输送密度为1200Kg/m3、其他物性与水相同,则流量将,扬程将,轴功率将。
(减小,不变,增大,不确定)
83.离心泵的安装高度超过允许安装高度时,离心泵会发生_______现象。
84.离心泵的扬程含义是______________________________
__________。
85.离心泵起动时,如果泵内没有充满液体而存在气体时,或吸入管路泄漏,使离心泵启动后不能输送液体。
这种现象称为__________现象。
86.输水的水泵系统,经管路计算需泵提供的压头为He=19m水柱,输水量为0.0079m3/s,则泵的有效功率为________。
87.离心泵的允许吸上真空高度和允许气蚀余量描述了离心泵的性能,随离心泵工作条件下的流量增大,离心泵的允许吸上真空高度将、允许气蚀余量将。
88.半径为R、高为H的圆柱体颗粒,其比表面积a=,形状系数(球形度)φ=。
89.对于旋风分离器,其尺寸增大,分离效率将;若颗粒直径增大,则分离效率将;若流体粘度增大,则分离效率将。
90.降尘室的生产能力只与、有关,而与降尘室的无关。
91.球形颗粒在空气进行自由沉降。
若沉降在stokes区内,当空气的温度从20℃升高到80℃,则沉降速度将。
92.恒压过滤时升高料浆温度,则过滤速率将,若升高料浆中固相浓度,则过滤速率将。
93.在Stokes区域沉降时,沉降速度与颗粒直径的次方成正比,与流体的成反比。
94.边长为a的正方体的球形度φ=.
95.一球形颗粒在空气进行自由沉降,若沉降在stokes区内,当空气的温度从100℃下降到30℃,则沉降速度将。
96.颗粒的球形度(形状系数)=与之比。
在体积相等的不同形状的颗粒中,表面积最小的是颗粒。
97.颗粒沉降过程可分为阶段和阶段,沉降速度是指
时相对于的速度。
98.将重力沉降速度和离心沉降速度相比,离心沉降速度的、都在变化,若都在Stokes进行,离心沉降速度与重力沉降速度之比被称为。
99.有一边长为d的立方体颗粒,其比表面积为,其形状系数(球形度)为。
100.评价旋风分离器性能的三个参数是、、。
101.已知一旋风分离器的平均旋转半径为0.5m,气体的切向进口速度为20m/s,该旋风分离器的离心分离因数为。
102.悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下,沿重力方向作自由沿降时,会受到_____________三个力的作用。
当此三个力的______________时,微粒即作匀速沉降运动。
此时微粒相对于流体的运动速度,称为____________。
103.含尘气体中尘粒直径压75um以上的,一般应选用__________除尘;若尘粒直径在5μm以上,可选用_________或____________;尘粒直径在1μm以下,可选用__________。
104.在液一固分离过程,为了增大沉降速度Ut,必须使液体的温度_______。
105.边长为b的正方体颗粒的比表面积为,其球形度为。
体积相同的颗粒中,颗粒的比表面积最小。
106.影响旋风分离器的临界直径的因素有、、、、
。
107.采用转筒真空过滤机处理某颗粒的悬浮液.若悬浮液中颗粒浓度升高,则转筒真空过滤机的生产能力将;若降低悬浮液的温度,则转筒真空过滤机的生产能力将;若降低转筒真空过滤机的真空度,则转筒真空过滤机的生产能力将。
107.在定性温度下,粘度为μ,密度为ρ,导热系数为λ,比热为Cp的流体以流速u流过内径为D的圆形直管时的对流传热系数为α,则Nu=,Re=,Pr=。
108.蒸汽冷凝分为和膜状冷凝两种。
在膜状冷凝中,若增大饱和蒸汽与冷凝壁面的温差Δt,则蒸汽冷凝的传热系数α将,传热速率Q将。
109.灰体的辐射能力与成正比,还与成正比。
110.在列管式换热器中,烟道气与水换热,烟道气由170˚C降至70˚C,水由20˚C升至35˚C,此换热器的传热效率ε=。
111.厚度不同的三种材料构成三层平壁,各层接触良好,已知b1>b2>b3;导热系数λ1<λ2<λ3。
在稳态热传导过程中,各层热阻的关系为:
R1R2R3,各层的传热速率关系为:
Q1Q2Q3。
(<或>或=)
112、两流体通过间壁换热,冷流体从20ºC被加热到50ºC,热流体从100ºC被冷却到50ºC,则逆流时的Δtm=ºC,并流时的Δtm=ºC。
113.在传热实验中,用饱和水蒸汽加热空气,总传热系数K接近于侧的对流传热系数,而壁温接近于侧的流体温度。
114.蒸汽冷凝时的对流传热系数α较大的原因是。
115.冷凝现象有冷凝和冷凝,工业冷凝器的设计都按冷凝设计;沸腾现象有沸腾和沸腾,工业上的沸腾装置一般是按沸腾设计的。
116.蒸汽冷凝放热时,要经常注意排放,这是因为。
117.在SI单位制中,对流传热系数α的单位是。
118.两流体通过间壁换热,冷流体从20ºC被加热到50ºC,热流体从100ºC被冷却到65ºC,则最小平均温差推动力Δtmmin=ºC。
119.对流传热是指和间的传热过程。
120.某物体(近似为灰体)的黑度为0.7,物体的温度为300℃,其辐射能力为,其吸收率为。
121.密度为ρ、导热系数为λ、粘度为μ、比热为Cp的流体的Pr=,若该流体Pr<1,则该流体是。
122.在SI单位制中,对流传热系数λ的单位是。
123.列管式换热器可分为三种类型,即、、。
124.两流体通过间壁换热,冷流体从20℃升高到50℃,热流体从120℃降低到70℃,则最大平均温差推动力Δtmmax=,则传热效率ε=。
125.设置隔热挡板是辐射散热的有效方法。
隔热挡板的黑度越小,辐射散热量。
126.某物体(近似为灰体)的黑度为0.9,物体的温度为423℃,其辐射能力为,其吸收率为。
127.物体的辐射能力与热力学温度的成正比。
128.计算蒸汽冷凝的对流传热系数α,关联式中的Δt表示。
当Δt增大时,α将,传热速率Q将。
129.在列管换热器中,当冷、热流体的进、出口温度一定,平均温差推动力最小的冷、热流体流动方式是。
130.温度为223℃、黑度为0.6的物体的辐射能力E=,该物体的吸收率等于。
131.在传热设备中,实现冷热流体接触的基本方式是、、。
132.影响辐射传热的因素有、、、。
133.在传热实验中,用饱和水蒸汽加热空气,总热阻接近于侧的对流传热热阻,而壁温接近于侧的流体温度。
134.传热的三种基本方式是、、。
135.大容积液体沸腾根据温度差的大小可分为、、三个阶段,实际操作中应控制在。
136.在一换热器中,热流体从200℃冷却到140℃,冷流体从20℃被加热到35℃,则最大平均温度差Δtm=,最小平均温度差Δtm=,则传热效率ε=。
137.定性温度为tm的空气在列管换热器的管程呈湍流流动,列管的内径为d,空气的物性参数:
粘度为μ、导热系数为λ、密度为ρ比热为Cp,空气的流速为U,则空气的Pr=,在SI单位制中导热系数λ的单位是。
当空气流量增大一倍,则空气的对流传热系数为原来的倍。
138.克希霍夫定律指出:
任何灰体的和之比均相等,且等于同温度下黑体的。
139.某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃,而环境温度为20℃,采用某隔热材料,其厚度为120mm,λ=0.25w/m.K,此时单位面积的热损失为_______。
(注:
大型容器可视为平壁)
140.某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为20℃和30℃,此时传热平均温度差△tm=_________.。
141.实现传热过程的设备主要有如下三种类型___________、_____________、__________________。
142.强化传热的方法之一是提高K值,而要提高K值,则应提高对流传热系数_______________________。
143.平壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数α1.、α2以及间壁导热系数λ的关系为________________。
当平壁厚4mm、导热系数为45(w./m.K)时,两侧给热系数分别为8000(w/m2.K)和800(w/m2.K)时,总传热系数K=_____________________.。
144.间壁传热的总传热速率方程为_______。
某换热过程中,要求q=30kw,K=555(w/m2.K),△tm=25K,则传热面积为______.
145.某逆流操作的间壁式换热器中,热流体的进.出口温度为80℃和50℃,冷流体的进出.口温度为20℃和40℃,此时传热平均温度差△tm=_______.。
146.对流体传热中普兰德准数式为__