化工原理思考题答案.docx

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化工原理思考题答案

化工原理思考题答案

第一章流体流动与输送机械

1、压力与剪应力的方向及作用面有何不同

答：

压力垂直作用于流体表面，方向指向流体的作用面，剪应力平行作用于流体表面，方向与法向速度梯度成正比。

2、试说明粘度的单位、物理意义及影响因素

答:

单位是N·S/m2即Pa·s，也用cp，1cp=1mPa·s，物理意义为：

分子间的引力和分子的运动和碰撞，与流体的种类、温度及压力有关

3、采用U型压差计测某阀门前后的压力差,压差计的读数与U型压差计放置的位置有关吗？

答：

无关，对于均匀管路，无论如何放置，在流量及管路其他条件一定时，流体流动阻力均相同，因此U型压差计的读数相同，但两截面的压力差却不相同。

4、流体流动有几种类型？

判断依据是什么？

答：

流型有两种，层流和湍流，依据是：

Re≤2000时，流动为层流；Re≥4000时，为湍流，2000≤Re≤4000时，可能为层流，也可能为湍流

5、雷诺数的物理意义是什么？

答：

雷诺数表示流体流动中惯性力与黏性力的对比关系，反映流体流动的湍动状态

6、层流与湍流的本质区别是什么？

答：

层流与湍流的本质区别是层流没有径向脉动，湍流有径向脉动

7、流体在圆管内湍流流动时，在径向上从管壁到管中心可分为哪几个区域？

答：

层流内层、过渡层和湍流气体三个区域。

8、流体在圆形直管中流动，若管径一定而流量增大一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？

完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？

答：

层流时Wf∝u，流量增大一倍能量损失是原来的2倍，完全湍流时Wf∝u2，流量增大一倍能量损失是原来的4倍。

9、圆形直管中，流量一定，设计时若将管径增加一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？

完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？

答：

10、如图所示，水槽液面恒定，管路中ab及cd两段的管径、长度及粗糙度均相同，试比较一下各量大小

11、用孔板流量计测量流体流量时，随流量的增加，孔板前后的压差值将如何变化？

若改用转子流量计，转子上下压差值又将如何变化？

答：

孔板前后压力差Δp=p1-p2，流量越大，压差越大，转子流量计属于截面式流量计，恒压差，压差不变。

12、区分留心泵的气缚与气蚀现象、扬程与升扬高度、工作点与设计点等概念

答：

气缚：

离心泵启动前未充液，泵壳内存有空气，由于空气密度远小于液体的密度，产生离心力很小，因而叶轮叶心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，此时启动离心泵也不能输送液体。

气蚀：

贮槽液面一定，离心泵安装位置离液面越高，贮槽液面与泵入口处的压差越大，当安装高度达到一定值时，泵内最低压力降至输送温度下液体的饱和蒸汽压，液体在该处形成气泡，进入叶轮真空高压区后气泡破裂，形成局部真空，周围液体以高速涌向气泡中心产生压力极大的冲击。

运转一定时间后，叶轮表面出现斑痕及裂缝，使叶轮损伤。

扬程：

单位重量的液体经离心泵后所获得的有效能量

升扬高度：

指离心泵将流体从低位送至高位时两液面的高度差。

工作点：

管路特性曲线与泵特性曲线的交点

设计点：

离心泵在一定转速下的最高效率点

13、离心泵调节流量有哪些方法？

各种方法的实质及优缺点是什么？

答:

1.改变管路特性曲线，最简单的方法是在离心泵压出管线上安装调节阀，通过出口阀门调节流量，实质是改变工作点。

优点：

操作简便、灵活，流量可连续变化，应用较广。

缺点:

当阀门关小时，不仅增加了管路的阻力，使增大的压头用于消耗阀门的附加阻力上，且使泵在低效率下工作，经济上不合理。

2.改变泵特性曲线，通常通过改变泵的转速来实现流量调节，实质是改变工作点。

优点：

不额外增加阻力且在一定范围内可保证泵在高效率下工作，能量利用率高，经济性好。

缺点：

需配备可调速的原动机或增加调速器，通常在调节幅度大、时间又长的季节性调节中使用。

14、比较正位移泵与离心泵在开车步骤、流量调节方法及泵的特性等方面的差异

答：

正位移泵即容积式泵

泵型

开车步骤

流量调节

泵特性

正位移泵

启动前不需灌泵

1、旁路调节，通过改变旁路阀的开度调节流量2、改变活塞冲程或往复次数调节流量

泵的特性曲线为Q为常数的一条直线

离心泵

启动前需灌泵

1.改变管路特性曲线，通过出口阀门调节流量2.改变泵特性曲线改变泵的转速来实现流量调节

H-Q、N-Q、η-Q三条特性曲线

15、离心通风机的特性参数有哪些？

若输送空气的温度增加，其性能如何变化

答：

a、流量b、风压c、轴功率与效率。

空气温度增加，流体密度减小，风压减小；流量、轴功率效率均与风机相关，风机型号不变，参数不变。

第三章传热

1、简述热传导、对流传热，辐射传热的基本原理

答：

热传导：

热传导起因于物体内部分子、原子和电子的微观运动的一种传热方式。

温度不同时，这些微观粒子热运动激烈程度不同。

因此，在不同物体之间或同一物体内部存在温差时，就会通过这些微观粒子的振动、位移和相互碰撞而发生能量的传递，称之为热传导。

对流传导：

流体通过固体壁面时与该表面发生的传热过程称为对流传热，对流传热是依靠流体微团的宏观运动而进行的热量传递。

实际上是对流传热和热传导两种基本传热方式共同作用的传热过程。

辐射传热：

任何物体在发出辐射能的同时，也不断吸收周围物体发来的辐射能。

一物体辐射出的能量与吸收的能量不等时，该物体就与外界产生热量传递，这种传热方式称为辐射传热。

2、热传导、对流传热，辐射传热在传热速率影响因素方面各有什么特点？

答：

热传导：

热导率与物质的结构、组成、温度、压强等许多因素有关

3、气体、液体和固体（包括金属和非金属）在热导率数值上有什么差异？

认识这些差异在工程上有什么意义？

答：

固体：

金属的热导率与材料的纯度有关，合金材料热导率小于纯金属，各种固体材料的热导率均与温度有关，对绝大数均质固体而言，热导率与温度近似成线性关系。

在工程计算中常遇到固体壁面两侧温度不同的情况，此时可按平均温度确定温度场中材料的热导率。

液体：

金属液体的热导率较大，非金属液体的热导率较小，但比固体绝热材料大，除水和甘油外，大多数液体随温度升高热导率减小。

纯液体的热导率比其溶液的大。

气体：

气体的热导率随温度升高而增大。

当压力很大或很小时，热导率随压力增大而增大，反之则反。

气体的热导率很小，不利于导热但有利于保温。

4、什么是传导过程中推动力和阻力的加和性？

答：

在多层壁的定态热传导中，每层壁都有推动力和阻力，通过各层的导热速率相等，既等于某层的推动力和阻力之比，也等于各层推动力之和和阻力之和的比值。

（公式自己写）

5、在定态的多步串联传热过程中，各步的温度降时如何分配的？

答：

6、对流传热的主要影响因素有哪些？

答：

1、引起流动的原因：

α强制＞α自然

2、流动状况：

α湍流＞α层流

3、流体的性质：

μ增大α增大；比热容增大，α增大；ρ增大，α增大；α气体＜α液体

4、传热面的情况：

α波纹状、翅面＞α平滑面；A增大，湍流程度减小

5、是否相变：

α相变＞α无相变

7、在对流传热过程中，流体流动时如何影响传热过程的？

答：

8、在对流传热系数的关联式中有哪些无量纲数？

它们的物理意义各是什么？

答：

Nu努塞尔数，待定数群

Re雷诺数，代表流体的流动形态与湍流程度对对流传热的影响

Pr普朗特数，代表流体的物理性质对对流传热的影响

Gr格拉晓夫数，代表自然对流对对流传热的影响

9、在各种对流传热过程中，流体的物理性质是如何影响传热系数的？

答：

无相变时：

流体在圆形管内作强制湍流，α=，流体被加热时，k=0.4，流体被冷却时，k=0.3；流体在圆形管内作强制层流α=

（还有好多自己写）

10、用饱和水蒸气作为加热介质时，其中混有的不凝气是如何影响传热效果的？

答：

蒸汽冷凝与壁面时，如果蒸汽中含有微量的不凝气，如空气等，则它会在液膜表面浓集形成气膜，这相当于额外附加了一层热阻，而且由于气体的热导率小，该阻值往往很大，其外在表现是蒸汽冷凝的对流系数大大减小。

11、液体沸腾的两个必要条件是什么？

为什么其对流传热系数往往很高？

答：

一是液体过热，二是有汽化核心。

在沸腾过程中，小气泡首先在汽化核心处生成并长大，在浮力作用下脱离壁面，气泡让出的空间被周围的液体取代，如此冲刷壁面，引起贴壁液体层的剧烈扰动，从而使液体沸腾时的对流传热系数比无相变时大很多。

12、大容积沸腾按壁面与流体温差的不同可分为哪几个阶段？

试分析各阶段的传热系数与温差的关系及内在原因

答：

可分为自然对流、核状沸腾、不稳定膜状沸腾、稳定膜状沸腾四个阶段。

自然对流：

汽化仅发生在液体表面，对流传热系数很小，随温差升高而缓慢增加。

核状沸腾：

加热面上有气泡产生，气泡数目越来越多，长大速率越来越快，所以气泡脱离壁面时对液体扰动增强，传热系数随温差升高而急剧上升。

不稳定膜状沸腾：

随温差增大，加热面上的汽化核心数大大增加，以至于气泡的产生速率大于其脱离壁面的速率，气泡因此在加热面附近相连形成气膜，将加热面和流体隔开，由于气体的热导率很小，使传热系数急剧下降。

稳定膜状沸腾：

由于加热面壁温足够高，热辐射的影响开始表现，对流传热系数又开始随温差增大而增大。

13、自然对流中的加热面与冷却面应如何放置才有利于充分传热？

答：

自然对流是由于流体内各部分密度不同而引起的流动（如散热器旁热空气的向上流动。

自然对流的关键是使流体循环畅通，因此加热面应放置在被加热面的下层，冷却面应放置在冷却面的上层。

14、什么是传热速率？

什么是热负荷？

二者之间有何联系？

答：

传热速率是指设备在一定条件下的换热能力，热负荷是对设备换热能力的要求。

传热速率≥热负荷。

15、在两流体通过间壁的换热过程中，一般来说总热阻包括哪些项？

什么是控制热阻？

答：

总热阻包括管外流体的对流传热热阻、管壁热阻、管内流体的对流传热热阻、管内表面的污垢热阻、管外表面的污垢热阻五项。

如果某项的值远大于其他项，总热阻值就接近该项，该项就是控制热阻。

16、流体的热导率、对流传热系数和总传热系数之间有何联系？

答：

17、间壁两侧的对流传热系数是如何影响总传热系数的？

认识到这一点有什么工程意义？

答：

换热器的总传热系数接近于较小的对流传热系数，强化传热时提高较小的对流传热系数较有效。

18、在间壁式换热器中采用逆流和对流各有什么优点？

有时为什么又要采用折流或错流？

答：

1、就提高推动力而言，逆流优于其他流型。

传热系数一定时，采用逆流可以用较小的传热面积完成相同的换热任务，同时节约加热剂或冷却剂的用量，多回收热量。

2、当工艺上要求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，宜采用并流。

3、采用折流的目的是为了提高对流传热系数，以此达到提高传热速率。

19、传热过程设计型计算和操作型计算的内容分别是什么？

解决这些问题需要那两个方程的联立求解？

答：

设计型计算的基本要求是确定换热任务的传热面积，在此基础上选择换热器的型号或判断某台换热器是否合用。

操作性计算的主要任务是在换热设备已存在时预测换热设备的操作结果，如计算两流体的出口温度。

解决此类问题需联立热量平衡方程和总传热速率方程。

24、为提高列管式换热器的总传热系数，在其结构方面可采取什么改进措施？

答：

1、管程数增多有利于提高列管式换热器的总传热系数，但机械能损失过大，传热温差也减小，因此不宜过多。

2、壳程内安装一定数目的与管束垂直的折流挡板。

25、强化传热过程可以哪几方面入手？

每一方面又包括哪些具体措施？

答：

1、增大传热面积2、提高总传热系数：

可定时清理污垢，提高流速或湍流程度3、提高温差：

采用温位更高的加热剂或温位更低的冷却剂，提高加热剂或冷却剂的流量。

第五章气体吸收

1、吸收分离气体混合物的依据是什么？

答：

依据是气体混合物在溶剂中溶解度的差异来分离。

2、吸收剂进入吸收塔前经换热器冷却与直接进入吸收塔两种情况，吸收效果有什么区别？

答：

冷却后气体溶解度