最新《过程流体机械第二版》思考题答案 完整版.docx

1、最新过程流体机械第二版思考题答案 完整版过程流体机械第二版思考题答案 完整版过程流体机械思考题参考解答2 容积式压缩机思考题2.1 往复压缩机的理论循环与实际循环的差异是什么？过程理论循环（假设条件）实际循环（工作过程）理论参数工作腔内无(剩)余(间)隙有余隙（阀窝、盖端、环端3部分）V0、V工作过程进气、压缩、排气三个过程进气、压缩、排气、膨胀四个过程进排气过程无压力损失，压力稳定有压力损失，压力脉动p进气过程与外界无热交换与外界（气缸壁）有热交换T工作过程无气体泄漏损失有气体泄漏损失l工作过程压缩过程指数恒定压缩和膨胀过程指数变化m、n工作介质理想气体（状态方程（2-6）式）实际气体（状态

2、方程（2-7）式）Z思考题2.2 写出容积系数V 的表达式，并解释各字母的意义。容积系数V（最重要系数）V 1（1）1 （2-12）式中： 相对余隙容积， V0（余隙容积）/ Vs（行程容积）； 0.070.12（低压），0.090.14（中压），0.110.16（高压），0.2(超高压)。 名义压力比（进排气管口可测点参数）， pd / ps p2 / p1 ，一般单级 34；n 膨胀过程指数，一般n m（压缩过程指数）。思考题2.3 比较飞溅润滑与压力润滑的优缺点。飞溅润滑（曲轴或油环甩油飞溅至缸壁和润滑表面），结构简单，耗油量不稳定，供油量难控制，用于小型单作用压缩机；压力润滑（注油器注

3、油润滑气缸，油泵强制输送润滑运动部件），结构复杂（增加油泵、动力、冷却、过滤、控制和显示报警等整套供油系统油站），可控制气缸注油量和注油点以及运动部件压力润滑油压力和润滑油量，适用大中型固定式动力或工艺压缩机，注意润滑油压和润滑油量的设定和设计计算。思考题2.4 多级压缩的好处是什么？多级压缩优点：.节省功耗（有冷却压缩机的多级压缩过程接近等温过程）；.降低排气温度（单级压力比小）；.增加容积流量（排气量，吸气量）（单级压力比降低，一级容积系数V 提高）；.降低活塞力（单级活塞面积减少，活塞表面压力降低）。缺点：需要冷却设备（否则无法省功）、结构复杂（增加气缸和传动部件以及级间连接管道等）。思

4、考题2.5 分析活塞环的密封原理。活塞环原理：阻塞和节流作用，密封面为活塞环外环面和侧端面（内环面受压预紧）；关键技术：材料（耐磨、强度）、环数量（密封要求）、形状（尺寸、切口）、加工质量等。思考题2.6 动力空气用压缩机常采用切断进气的调节方法，以两级压缩机为例，分析一级切断进气，对机器排气温度，压力比等的影响。两级压缩机分析：1级切断进气节流（实际1）停止进气排气2级节流（实际2）（短暂）排气温度T2（逐渐）停止进气排气（级间存气）；活塞力（），阻力矩变化。思考题2.7 分析压缩机在高海拔地区运行气量的变化规律并解释其原因。高海拔地区当地大气压力即吸气压力ps，若排气压力pd不变，则名义压

5、力比，根据（2-12）式和（2-11）式，容积系数V，实际吸气量Vs0，容积流量qV。思考题2.8 一台压缩机的设计转速为200 r/min，如果将转速提高到400 r/min，试分析气阀工作情况。定性分析，定量分析难。如压缩机结构参数（行程s、缸径D1、阀片尺寸等）不变，则容积流量qV（理论增加一倍），使气阀流速和阻力损失（激增），进排气频率，阀片启闭速度，阀片撞击阀座程度（加剧），阀片寿命（缩短），故障概率（增加）。解决问题需改变结构（缩短行程、减小缸径，增加气阀通道面积等）。思考题2.9 画出螺杆压缩机过压缩和压缩不足的指示图，并分析其对压缩机性能的影响。压力比：内压力比（工作腔压缩终压

6、/进气压力）、外压力比（排气管压/进气压力）；（图2-42）内外压力比不相等时指示图。过压缩：内压力比外压力比；欠压缩（压缩不足）：内压力比外压力比；过压缩和欠压缩均增加功耗，等压力比减少功耗。3 离心压缩机思考题3.1 何谓离心压缩机的级？它由哪些部分组成？各部件有何作用？级典型结构（图3-2）：叶轮、扩压器、弯道、回流器，首级（增加吸气管）、中间级、末级（无弯道、回流器，增加蜗壳）；叶轮：唯一做功元件。闭式、半开式、双吸式（双面进气）；后弯（后向）型、径向型、前弯（前向）型；扩压器：能量转换元件（动能压能，气流减速增压），无叶（片）型、叶片（有叶）型。思考题3.2 离心压缩机与活塞压缩机相

7、比，它有何特点？离心压缩机特点（与往复式压缩机对比）压缩机流量输出压力转速结构体积重量易损件运转单级压比级数热效率价格制造要求适用主要问题离心式大稳定高紧凑较小少可靠低多较低高高大流量中低压不适用小流量往复式中小脉动低复杂大多故障多高少高低较低中高压中小流量故障维修压力脉动优缺点离心式优、往复式差离心式差、往复式优选用条件思考题3.3 何谓连续方 程？试写出叶轮出口的连续方程表达式，并说明式中b2/D2和2r的数值应在何范围之内？连续方程：质量守恒（流经任意截面流量）qmi qViin qVin2 qV22 c2r f2 const （3-1）式中：qm为质量流量，kg/s；qV为容积流量，m

8、3/s；为气流密度；f为截面面积；c为法向流速；qm2 qV222 2r u2 22r （3-2）式中：D2为叶轮外径；b2 为叶轮出口轴向宽度；b2 / D2为叶轮出口相对宽度（0.0250.065）；2r 为流量系数（径向叶轮0.240.40，后弯叶轮0.180.32，2A 30强后弯叶轮0.100.20）；2 为叶轮出口通流系数。思考题3.4 何谓欧拉方程？试写出它的理论表达式与实用表达式，并说明该方程的物理意义。欧拉方程：（叶轮机械基本方程）理论和实用表达式LthHthc2u u2c1u u1 （3-4、5）式中：Lth为叶轮输出欧拉功；Hth为理论能量头（接受能量/单位重流体），kJ

9、/kg；物理意义：3部分能量，（离心力做功转静压能）+（动能增量）+（w减速转静压能）。思考题3.5 何谓能量方程？试写出级的能量方程表达式，并说明能量方程的物理意义。能量方程：（热焓方程）Hthcp（T2T1）h2h1（T2T1） （3-12）式中：cp 为定压比热，h为焓值，k为绝热指数，R为气体常数；物理意义：焓值+（动能增量）。思考题3.6 何谓伯努利方程？试写出叶轮的伯努利方程表达式，并说明该式的物理意义。伯努利方程：（压能损失方程）叶轮功（叶片功）（含流动损失）HthHhyd 0-0 （3-14）总功（全部损失）HtotHloss 0-0HhydHlHdf （3-15）物理意义：（

10、三部分）压能、动能、损失，忽略热交换和位能。思考题3.7 试说明级内有哪些流动损失？流量大于或小于设计流量时冲角有何变化？由此会产生什么损失？若冲角的绝对值相等，谁的损失更大？为什么？级内流动损失（1）摩阻损失Hf （平均气速）；（2）分离损失：边界层（c0）分离（回流），控制通道扩张角（锥度、扩压度，图3-8）；（3）冲击损失（叶轮、扩压器）：（叶轮为例，扩压器类似分析）；叶轮进气角1叶片进口角1A，冲击分离损失（相当于扩张角）；流量/设计流量(进气冲角)i1A1冲击面分离区(漩涡区)损失(相同冲角)原因（小qV）正冲角i0工作面（前面）非工作面（背面）较大分离区易扩散（设计qV）零冲角i0

11、无无无损失（大qV）负冲角i0非工作面（背面）工作面（前面）较小分离区较稳定（4）二次流损失：垂直环流；（5）尾迹损失：叶尖绕流；思考题3.8 多级压缩机为何要采用分段与中间冷却？分段与中间冷却：分段（冷却、抽气）、中间冷却（耗功等温过程）、工艺（排温，防腐蚀、分解、化合）。思考题3.9 试分析说明级数与圆周速度和气体分子量的关系。级数与叶轮圆周速度u2和气体分子量的关系u2，单级Lth级数，但叶轮材料强度、气流马赫数Mw1和Mc2、叶轮相对宽度b2 / D2（范围0.0250.065）限制u2（320300 m/s）。表3-1介质气体分子量J/(kgK)气体常数R(同压比下所需)多变压缩功H

12、pol kJ/kg级数圆周速度u2m/s机器（特征）M2材料强度重F-11136.316.971 186限制u2影响小轻H22 1319.4532280影响小限制u2思考题3.10 示意画出级的总能量头与有效能量头和能量损失的分配关系。（图3-14）HtotHthHlHdfHpol()/2HhydHlHdf说明：HtotHthHpolHhydHdfHl()/2思考题3.11 何谓级的多变效率？比较效率的高低应注意哪几点？比较效率注意：(教材)通流进出口（单级0-0、整机多级in-out）；(教材)热力过程（多变、等熵、绝热）；(教材)设计工况点（最佳效率）；常用（多变效率）pol ；（多级）整

13、机效率（各级平均内效率），含分段中间冷却等作用；判别：同效率对比（优），知某算总功Htot或Ni 对比（Htot或Ni优）。思考题3.12 若已知级的多变压缩功和总耗功，尚须具备什么条件可求出级的能量损失和级内的流动损失？由(3-32)(3-15)式（级能量损失）HhydHlHdfHtot()/2Hpol（1Hpol/Htot）Htot（1pol）Htot由(3-14)式（级内流动损失）HhydHth()/2Hpol（1Hpol/Hth）Hth（1hyd）Hth1(1ldf)polHtot/(1ldf)式中：流动效率hydHpol/Hth（1ldf）pol，c0c0、Hl为漏气耗功、Hdf为轮

14、阻耗功。另有：多变能头系数polhyd 2u（1ldf）2u pol （3-36）求级能量损失和级内流动损失须知pol、（ldf）、以及（准确）()/2；多变效率pol反映级能量损失大小，流动效率hyd反映级内流动损失大小。思考题3.13 何谓离心压缩机的内功率、轴功率？试写出其表达式，如何据此选取原动机的输出功率？多级功率（3-37式）总内功率Ni机械损失Nm机械效率m（9698）（3-39式）轴功率Nz功率增量30（3-40式）原动机功率Ne。思考题3.14 如何计算确定实际气体的压缩性系数Z？实际气体压缩性系数Z计算：范德瓦尔对比态方程（对应态原理），（3-41）式，压缩性系数Zf（对比

15、参数pc、Tc）。思考题3.15 简述混合气体的几种混合法则及其作用。实际混合气体法则：凯法则（局限性）、徐忠法则（精确度）、极性物质混合法则。思考题3.16 示意画出离心压缩机的性能曲线，并标注出最佳工况点和稳定工况范围。性能曲线性能参数关系，列表、曲线和方程3种表示方法，有级（机）性能曲线，图3-15、图3-16。特点：曲线（主要3条）：压比qVin流量或压力pqVin、多变效率polqVin、功率NqVin；形状：qVin为形、polqVin为形、NqVin为形（有max点）；最佳工况点：max设计工况；极限（危险）工况：最小qVin（喘振）最大qVin（堵塞）；稳定工作范围：极限工况之

16、间；来源：试验测试；要求：max，稳定工作范围（宽）；多级（机）特性：（与单级对比）(qVin)max、(qVin)min，稳定工作范围（窄），曲线斜度（更陡峭）。思考题3.17 简述旋转脱离与喘振现象，说明两者之间有什么关系？说明喘振的危害，为防喘振可采取哪些措施？喘振工况现象：流量个别叶道产生漩涡（边界层分离）“旋转脱离”（叶道漩涡区逆向转动）流量大部叶道堵塞（旋转脱离漩涡团）出口压力p管网气流倒流出口压力p管网正流供气流量反复倒流正流喘振工况；危害：强烈振动、噪声、性能（p、）下降、轴承和密封损坏、转子定子碰撞机器严重破坏；特点：旋转脱离频率、振幅、影响叶片，管网影响较小；喘振频率、振幅

17、、机组管网影响极大；防喘振措施：出口降压（放空、旁路回流），调节（变速、预旋(导叶)、气量、停机），监测（qVin、p）；思考题3.18 试简要比较各种调节方法的优缺点。调节方法原理变特性措施优点问题经济性应用出口节流调节节流管特性斜率管阀门简单方便流动损失差常备不常用进口节流调节节流机阀门简便省功qVmin节流损失好常用可调进口导叶进气预旋c1u(Hth)机可调导叶经济性好机构复杂很好轴流机常用可调扩压器叶片调进口角3A机可调导叶改善喘振qVmin机构太复杂较好不常用变速调节平移机特性机变速驱动连续调节经济性最好需变速驱动机最佳常用思考题3.19 离心压缩机的流动相似应具备哪些条件？相似理论

18、有何用处？相似条件：几何（尺寸）相似、运动（进口速度）相似、动力相似（重力、粘滞力、压力、弹性力、惯性力等相似、准数Re、Eu、M相等）、热力相似（热力过程相似，k、m、pol相等）；离心压缩机流动相似条件：几何相似、叶轮进口速度相似、特征马赫数M2uM2u、等熵指数kk；应用：新型设计、模化试验（同机性能换算）、相似换算（不同机性能换算）、产品系列化（通用标准化）；性能换算：完全相似换算（比例参数转速n、流量qV、功率N和相等参数压比、效率、系数，3-5459式）；近似相似换算（特征MM，或kk）。思考题3.20 离心压缩机有哪些附属系统？它们分别起什么作用？它们由哪些部分组成？管网系统：输

19、送，含管道、阀门、过滤器、消声器等；增（减）速设备：传动，齿轮变速箱；油路系统：润滑，管道和油站（油泵、油箱、过滤、冷却、仪表等）；水路系统：冷却，含冷却器、管道、阀门、水箱等；检测系统：调节控制，信号检测（传感器、仪表）、传输（电缆）、处理（计算机）、记录（显示）等。思考题3.21 何谓转子的临界转速？采用什么方法汁算它？工作转速如何校核？临界转速：（转子弯曲振动）固有频率转速，1阶nc1、2阶nc2、n阶ncn等，主要考虑前3阶；计算方法：传递矩阵法(初参数法，精确解)、能量（瑞利）法(近似计算)、特征值法(求固频)、影响系数法(求强迫振幅)；校核条件：（3-60）刚性转子n0.75nc1

20、；（3-61）柔性转子1.3nc1n0.7nc2。思考题3.22 转子的轴向推力是如何产生的？采用什么措施平衡轴向推力？为防止转子轴向窜动，对轴向推力及轴承有什么要求？轴向力：叶轮两侧压差、流体轴向动量差，方向指向叶轮入口；轴向力平衡措施：叶轮对排（对称平衡）、双吸（双面进气）叶轮、叶轮背叶片（背压）、平衡盘（末级叶轮后，盘前高压，盘后引入口低压，反向平衡力）；防轴向串动要求：止推轴承、保留（30008000 N）轴向力、（设置轴向）位移限制器、监测（轴向）位移。思考题3.23 何谓滑动轴承的动态特性？何谓油膜振荡？哪几种滑动轴承具有抑振特性？滑动轴承特性：静态特性，轴颈中心稳定（偏心距e和偏

21、位角不变），（油压、油量、承载、阻力、温升）；动态特性，轴颈中心涡动（e和变化，径向速度和涡动角速度）；半速涡动：涡动角速度涡1/2（转子角速度），同方向持续，振幅较小；.收敛（阻尼力推动力）；.稳定（等功，轴心椭圆轨迹）；.发散（阻尼力推动力）；油膜振荡：（涡动角速度）涡nc1（1阶临界转速），频率保持，振幅极大；（油膜振荡）防止方法：转子（转子刚度、nc1、n工作，n工作2nc1），轴承（抑振轴承）；抑振轴承：原理（双多油楔、自调整、动压收敛）（图3-41）椭圆轴承、多油叶（不对称三油叶Three Lobe）轴承、多油楔（四油楔）轴承、可倾瓦Tilting Pad（活支五瓦块）轴承、垫块式

22、止推轴承等。思考题3.24 有哪几种轴端密封？试简述它们的密封原理和特点。机械密封：动静环，径向间隙（轴面）密封轴向间隙（端面）密封，效果、寿命好，成本高，替代填料；液膜（浮环）密封：浮动径向间隙密封（液体润滑）双端面密封，封液（气压）强制向内外输送（回收）；干气（气膜）密封：动静环动环开槽(旋转)气体动压端面间隙气封（润滑），启动、装配、振动问题；离心压缩机：状态监测干气密封工业实用保证（解决重大技术问题）。思考题3.25 试简述选型的基本原则，为何要确定经常运行的工况点？技术指标：参数qV、N，工作点（余量）、变工况（调节）、安全（振动、装配）；经济指标：价格、生产（周期）、寿命、备件、维

23、护（技术）等；其他：管网（系统）、原动机、仪表（监测）、控制（调节）、安装、场地等。确定经常运行工况点：节能（高效点）、安全（防喘振、堵塞）、变工况（余量qV15、p26，性能换算）。qV in计算（1.011.05）qVin （3-72）计算pin（1.021.06）p/pin （3-74）思考题3.26 有哪几种选型分类？为何按流量选型？为何按结构分类？选型分类：流量、压力、介质特点、结构型式；流量选型原因：不同流量要求不同结构形式（回转、活塞、离心、轴流）、叶轮型式（普通、三元）；结构分类原因：不同结构型式（级、气缸、叶轮）适应不同流量、压力、性能要求；思考题3.27 试简要分析比较轴流

24、式与离心式压缩机的性能特点？轴流式与离心式压缩机性能比较：压缩机结构原理性能应用轴流式轴流叶轮、扭曲叶片(关键部件)级间导流器(机进口导流器出口扩压器)级c，大流量、低压多级串联离心式离心叶轮、柱面叶片扩压器、弯道、回流器级c，大中流量中低压(变工况差)思考题3.28 试简述三种选型的方法。产品选型：商品机型。由已知条件要求直接查找产品目录选型，简单（单级）选型；厂商选型：设计机型(技术装备储备)。由已知条件要求，方案计算、初选型式，与制造厂商议选型(大企业常用)；软件选型：优化机型。由已知条件要求，软件优化选型与性能预测，委托厂商设计制造；选型软件（美国、中科院、西交大）。价格、成本、厂商协

25、作等问题。4 泵思考题4.1 离心泵有哪些性能参数？其中扬程是如何定义的？它的单位是什么？性能参数体积流量(m3/s，m3/h)质量流量(kg/s，kg/h)能量（压力）(m，J/kg)功率(kW)效率()转速(r/min)汽蚀余量(m)qVqm扬程HmNm/N有效Ne轴N，V，hyd，mnNPSHr扬程H H（ZoutZin） m （4-4）说明：压能动能位能，泵内主要压能（动能和位能0），单位Nm/Nm（单位重量液体能量增值）。思考题4.2 试写出表达离心泵理论扬程的欧拉方程式和实际应用的半经验公式。基本方程基本方程离心泵欧拉方程Ht(u2 c2uu1 c1u)/gm (4-11、12)欧

26、拉方程实用半经验Stodola公式(有限叶片影响)(滑移系数)Ht Ht（1ctg2Asin2A）m (4-13、14)思考题4.3 简述汽蚀现象，并说明汽蚀的危害。汽蚀Cavitation：空化、空蚀，（来源）空洞、空泡、气泡；水力机械特有的，在一定条件下因流体与气体相互转化引起的破坏现象。汽蚀发生机理：pK局部pKpV液体汽化气泡逸出体积叶轮做功p气泡凝结溃灭体积空穴形成，液体合围撞击、冲击流道（高压数百at、高温300、高频3000 Hz）剥蚀表面、扩展裂纹、电化学腐蚀；（液体汽化、凝结、冲击、破坏）。严重后果：部件损坏（过流表面剥蚀、麻点、蜂窝、裂纹、穿孔）；性能下降（流量qV扬程H效

27、率）；噪声振动（气泡溃灭、液体撞击）；机器失效（抽空断流，气泡堵塞流道）；机器破坏（叶轮损坏、共振破坏）。易汽蚀泵：高温泵(锅炉给水泵)、轻油泵(夏季高温储运鹤管)，pV。思考题4.4 何谓有效汽蚀余量？何谓泵必需的汽蚀余量？并写出它们的表达式。有效汽蚀余量NPSHa（泵装置）：液流自吸液罐（池）经吸入管路到泵入口，高出汽化压力pV所富余的能量头（4-15、4-17式等）；NPSHaHSHA-SHg m泵必需汽蚀余量NPSHr（泵本身）：液流自泵入口到泵叶轮内压力最低pK处所消耗的能量头（静压能量头降低值）；NPSHr12 m （4-18）式中：11.051.3（流速及流动损失），20.20.4（流体绕流叶片压降）。思考题4.5 试写出泵汽蚀基本方程式。如何根据该方程式判断泵是否发生汽蚀及严重汽蚀？汽蚀基本方程式（发生汽蚀判别式）NPSHaNPSHr，即12 （4-19）汽蚀条件：泵开始发生，严重汽蚀。思考题4.6 提高离心泵抗汽蚀性能应采取哪些措施？试举例说明之。根据汽蚀安全条件（4-17）、（4-18）式NPSHaHA-SHg12NPSHr抗汽蚀措施：三