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华东理工化工原理思考题

华东理工大学化工原理思考题

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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

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