化工原理复习题
一、流体流动
1、何谓绝对压力、表压和真空度？表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压力、大气压力有什么关系？
答：绝对压力是指以绝对真空为基准测得的压力；表压指以外界大气压为基准测得的压力；通常把表压的负值改为正值，成为真空度。
2、何谓牛顿黏性定律？流体黏性的本质是什么？ 答：（1）两流体层质检单位面积上的内摩擦力τ与垂直于流动方向的速度梯度成正比。 即
（2）本质：流体在外力作用下流动或有流动趋势时，流体内分子间的的内聚力要阻止液体分子的相对运动，由此产生一种内摩擦力，这种现象称为流体的粘性。
3、何为流体的层流流动与湍流流动？如何判断流体流动是层流还是湍流？
答:（1）充满整个管的流体就如一层一层的同心圆在平行地流动。这种流动状态称为层流。 流体质点除了沿着管路向前流动外，各质点的运动速度大小和方向都随时发生变化，质点间相互碰撞，相互混合。这种流动状态称为湍流。 （2）在流体力学中,判别流体流动是层流还是湍流的主要方法是计算雷诺数Re,当Re≤2000时，流动类型为层流；当Re≥4000时，流动类型为湍流，而在2000 4、摩擦系数λ与雷诺值Re及相对粗糙度ε/d的关联图分为四个区域。每个区域中，λ与 2哪些因素有关？哪个区域的流体摩擦损失hf与流速u的一次方成正比？哪个区域的hf与u成正比？光滑管流动时的摩擦损失hf与u的几次方成正比？ 答：（1）层流区：摩擦系数λ与Re为直线关系，与相对粗糙度ε/d无关 过渡区：按湍流计算λ 湍流区：λ与Re及ε/d均有关 完全湍流区：λ与ε/d有关，与Re无关 （2）层流区 （3）阻力平方区 （4）1.75次方 5、何谓局部摩擦阻力损失？如何计算？与流速u的几次方成正比？ 答：由阀门和管件所产生的流体摩擦阻力损失称为局部摩擦阻力损失。 与流速u的2次方成正比。 二、流体输送机械 1、离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体？启动后，液体在泵内是怎样提高压力的？ 泵入口的压力处于什么状体？ 答：离心泵在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气的密度很小，所产生的离心 力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能 输送液体（气缚）；启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口位置处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。泵入口处于一定的真空状态（或负压） 2、离心泵的主要特性参数有哪些？其定义与单位是什么？ ① 流量qv: 单位时间内泵所输送到液体体积，m3/s, m3/min, m3/h.。 ② 扬程H：单位重量液体流经泵所获得的能量，J/N，m ③ 功率与效率： 轴功率P：泵轴所需的功率。或电动机传给泵轴的功率。 有效功率Pe： 效率： 4、离心泵的特性曲线有几条？其曲线的形状是什么样子？离心泵启动时，为什么要关闭出 口阀门？ 答：1、离心泵的H、P、与qv 之间的关系曲线称为特性曲线。共三条； 2、离心泵的压头H 一般随流量加大而下降 离心泵的轴功率P 在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。 与qv 先增大，后减小。额定流量下泵的效率最高。该最高效率点称为泵的设计点，对应 的值称为最佳工况参数。 3、关闭出口阀，使电动机的启动电流减至最小，以保护电动机。 5、什么是液体输送机械的扬程？离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的？液体的流量、 泵的转速、液体的粘度对扬程有何影响？ 答：1、单位重量液体流经泵所获得的能量 2、在泵的进、出口管路处分别安装真空表和压力表，在这两处管路截面1、2 间列伯努利方程得： 3、离心泵的流量、压头均与液体密度无关，效率也不随液体密度而改变，因而当被输送液体密度发生变化时，H-Q 与η-Q 曲线基本不变，但泵的轴功率与液体密度成正比。当被输送液体的粘度大于常温水的粘度时，泵内液体的能量损失增大，导致泵的流量、扬程减小，效率下降，但轴功率增加，泵的特性曲线均发生变化。 6、 在测定离心泵的扬程与流量的关系时，当离心泵出口管路上的阀门开度增大后，泵出口 压力及进口处的液体压力将如何变化？ 答：泵出口压力变小，进口处真空度增加 10、何谓离心泵的气蚀现象？如何防止发生气蚀？ 答：1、当叶片入口附近的最低压力等于或小于输送温度下液体的饱和蒸汽压时，液体将 在此处汽化或者是溶解在液体中的气体析出并形成气泡。含气泡的液体进入叶轮高压区后， 气泡在高压作用下急剧地缩小而破灭，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极高的速度 冲向原气泡所占据的空间，造成冲击和振动。金属表面受到压力大，频率高的冲击而剥蚀以 及气泡内夹带的少量氧气等活泼气体对金属表面的电化学腐蚀等，使叶轮表面呈现海绵状、 鱼鳞状破坏。这种现象称为汽蚀。 2、为了避免气蚀的发生，泵的安装高度不能太高，可用泵规格表中给出的气蚀余量对泵 的安装高度加以限制。 11、影响离心泵最大允许安装高度的因素有哪些？ 答：最大允许安装高度；环境大气压，工作温度下的液体饱和蒸气压，允许气蚀余量，吸入 管路的压头损失。 补、什么叫气缚？ 答：离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心泵也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体的现象叫气缚。 三、沉降与过滤 1.恒压过滤的过滤常数K与哪些因素有关？ 答： 2.深层过滤、滤饼过滤的概念？ 答：深层过滤：颗粒尺寸比介质的孔道直径小得多，但孔道弯曲细长，颗粒进入之后很容易被截住，更由于流体流过时所引起的挤压和冲撞作用，颗粒紧附在孔道的壁面上，这种过滤是在介质内部进行的，介质表面无滤饼形成。 过滤开始时，部分小颗粒可以进入甚至穿过介质的小孔，但很快即由颗粒的架桥作用使介质的孔径缩小形成有效的阻挡。被截留在介质表面的颗粒形成称为滤饼的滤渣层，透过滤饼层的则是净化了的滤液。随滤饼的形成真正起过滤介质作用的是滤饼本身，因此称为滤饼过滤。 四、传热 4-1 根据传热机理的不同，有哪三种基本传热方式？他们的传热机理有何不同？ 答：根据传热机理的不同，热的传递有三种基本方式：热传导、对流传热和辐射传热。 热传导（简称导热）：热量不依靠宏观混合运动而从物体中的高温区向低温区移动的过程。 在固体、液体和气体中都可以发生。 对流传热：由流体内部各部分质点发生宏观运动而引起的热量传递过程，只能发生在有 流体流动的场合。 热辐射：因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。可以在完全真空的地方传递而无需 任何介质。 4-2 傅立叶定律中的负号表示什么意思？ 答：热量传递的方向沿着温度梯度下降的方向。 4-3 固体、液体、气体三者的热导率比较，哪个大，哪个小？ 答：一般固体>液体>气体 4-4 纯金属与其合计比较，热导率哪个大？ 答：纯金属大于合金 4-9 对流传热速率方程 中的对流传热系数α与哪些因素有关 答：流动状态（气、液、蒸汽）、流体的性质（热导率、热容、粘度、密度）、壁面形状 等 【流体有无相变化、流体流动的原因、流动状态、流动物性和壁面情况（换热器结构）等都影 响对流传热系数。】 4-11 水的对流传热系数一般比空气大，为什么？ 答：按照强制对流公式 4-12 为什么滴状冷凝的对流传热系数比膜状冷凝的大？由于壁面不容易形成滴状冷凝，蒸汽 冷凝多为膜状冷凝。影响膜状冷凝的因素有哪些？ 答：在滴状冷凝过程中，壁面的大部分面积直接暴露在蒸汽中，在这些部位没有液膜阻碍着 热流，故滴状冷凝的传热系数可比膜状冷凝高十倍左右。 影响膜状冷凝的因素有： （1）冷凝液膜两侧的温度差当液膜呈滞流流动时，若温度差加大，则蒸汽冷凝速率增加， 因而液膜层厚度增加，使冷凝传热系数降低。 （2）流体物性由膜状冷凝传热系数计算式可知，液膜的密度、粘度及导热系数，蒸汽的 冷凝潜热，都影响冷凝传热系数。 （3）蒸汽的流速和流向蒸汽以一定的速度运动时，和液膜间产生一定的摩擦力，若蒸汽 和液膜同向流动，则摩擦力将是液膜加速，厚度减薄，使传热系数增大；若逆向流动，则相 反。但这种力若超过液膜重力，液膜会被蒸汽吹离壁面，此时随蒸汽流速的增加，对流传热 系数急剧增大。 （4）蒸汽中不凝气体含量的影响若蒸汽中含有空气或其它不凝性气体，则壁面可能为气 体（导热系数很小）层所遮盖，增加了一层附加热阻，使对流传热系数急剧下降。因此在冷 凝器的设计和操作中，都必须考虑排除不凝气。含有大量不凝气的蒸汽冷凝设备称为冷却冷 凝器，其计算方法需参考有关资料。 （5）冷凝壁面的影响若沿冷凝液流动方向积存的液体增多，则液膜增厚，使传热系数下 降，故在设计和安装冷凝器时，应正确安放冷凝壁面。例如，对于管束，冷凝液面从上面各 排流到下面各排，使液膜逐渐增厚，因此下面管子的传热系数比上排的要低。为了减薄下面 管排上液膜的厚度，一般需减少垂直列上的管子数目，或把管子的排列旋转一定的角度，使 冷凝液沿下一根管子的切向流过， 4-13 液体沸腾的两个基本条件是什么？ 答：一是液体的温度要达到沸点，二是需要从外部吸热。 4-15 同一液体，为什么沸腾时的对流传热系数比无相变化时的对流传热系数大？ 答：因为相变热比液体的热容大很多，所以沸腾时的对流传热系数比无相变化时的对流传热系数大。 4-16 换热器中冷热流体在变温条件下操作时，为什么多采用逆流操作？在什么情况下可以采 用并流操作？ 答：逆流时的平均温度差最大，并流时的平均温度差最小，其它流向的平均温度差介于逆流 和并流两者之间，因此就传热推动力而言，逆流优于并流和其它流动型式。当换热器的传热 量Q 即总传热系数K 一定时，采用逆流操作，所需的换热器传热面积较小。 在某些生产工艺要求下，若对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不得超过某一温度，或热流体被冷却时不得低于某一温度，则宜采用并流操作。 4-18 换热器的总传热系数的大小，受哪些因素影响？怎样才能有效地提高总传热系数？ 答：取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等； K 值总是接近于α小的流体的对流传热系数值，关键在于提高α小一侧的对流传热系数； 减慢污垢形成速率或及时清除污垢。 4-19 在换热器中，用饱和蒸汽在换热管外冷凝发热，加热管内流动的空气。总传热系数接近 哪种流体的对流传热系数？壁温接近哪种流体的温度？忽略污垢和管壁热阻。要想增大总传 热系数，应增大哪个流体的对流传热系数？ 答：总传热系数接近空气一侧的对流传热系数；壁温接近饱和蒸汽的温度；要想增大总传热系数，应增大空气的对流传热系数。 4-28 下列流体在列管换热器中宜走管程还是壳程？ 答：（1）腐蚀性流体宜走管程，避免同时腐蚀管程和壳程 （2）高压流体宜走管程，避免制造较厚的壳体 （3）饱和水蒸气冷凝放热宜走壳程，以利于排出冷凝液 (4) 温度不太高，需要冷却的流体宜走壳程，有利于散热 （5）需要提高流速的无相变流体宜走管程 4-29 换热器的强化传热中，最有效的途径是增大总传热系数K，如何增大K 值？ 答：根据公式可以采取如下措施： 过对流换热系数，尤其是提高较小一层的对流换热系数 降低污垢热阻，及时清洗换热器， 降低热传导热阻，选择导热率大的材料，降低换热壁的厚度。
