陈敏恒化工原理课后思考题答案.docx

1、陈敏恒化工原理课后思考题答案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

2、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： 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；作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；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 8X 10-3mi，水和容器总重102（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？答5. 1）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下大。2 ）内部压强 p=p gh=

3、1000X 9.81 x 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R、Ra,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 R与R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 R减小。Ri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 p=H（ p冷-p热

4、）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&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

5、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)P b PA答11.选(1) PbPa；因为管道出口通大气，出口压力等于 PA,而B处的位置比出口处高，所以，压力较低。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=32卩uL/d 2。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

6、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，入与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u n de2/4计算流量？答16.定义为4A/ n。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, (h h2)如何变化？(2)

7、A阀不动(半开着)，B阀由全开逐渐关小，则 hb h2, (h1 h2)如何变化？5JTtJ1 T 7J *Ssi=A B 题18附图题19附图答18. (1)h i下降，h2下降，(h i-h 2)下降；(2)h i上升，h2上升，(h i-h 2)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V, V2, V 3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

8、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

9、线的主要因素有哪些 ？答5.离心泵的特性曲线指 Heqv, nqv, 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

10、，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&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=3n3/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

11、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p无关，而风机的全风压Pt与p有关？答13.通风机给每立方米气体加入的能量为全

12、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 P=p gh可知h与p无关时， P与p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？风机锅炉废气 -T祝炉瓯帆废吒乩凤机隹前 X凤机在后题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

13、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.产生强大的总体流动，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.提高转速。阻止液体圆周运动，加挡板，破坏对称性。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

14、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简化物理模型建立数学模型模型检验，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/d t = P/r $卩(q+qe)中，u与厶P、r、$、卩、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

15、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. t opt对什么而言?答5- t opt对生产能力(Q=V/工t )最大而言。Q在Vt图上体现为斜率，切线处可获最大 斜率，即为t opt。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A $ ?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 $体现在过滤时间里。不，滤饼厚度3与q = Ky； -qe成正比，例如，转速愈快，生产能力愈大，而 n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

16、的措施有改变滤饼结构；改变颗粒聚集状态；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 Z =FM(A p p u2/2 )。它与 Rep(=dpu p / 2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？2答 2. u t=d ( p p- p )g/(18 )。前提Re2当颗粒dp很小，ut很小时。问题3.重力降尘室的气体处理量与哪些因素有关 ？降尘室的高度是否影响气体处理量 ？答3沉降室底面积和沉降速度。不影响。高度小会使停留时间短，但沉降距离也短了。问题4.评价旋风分离器性

17、能的主要指标有哪两个 ？答4分离效率、压降。问题5.为什么旋风分离器处于低气体负荷下操作是不适宜的 ？锥底为何须有良好的密封 ？答5低负荷时，没有足够的离心力。锥底往往负压，若不密封会漏入气体且将颗粒带起。问题6.广义流态化和狭义流态化的各自含义是什么 ？答6.狭义流态化指操作气速 u小于ut的流化床，广义流化床则包括流化床、 载流床和气力输送。问题7.提高流化质量的常用措施有哪几种 ？何谓内生不稳定性？答7增加分布板阻力，加内部构件，用小直径宽分布颗粒，细颗粒高气速操作。空穴的恶性循环。问题8.气力输送有哪些主要优点 ？答8系统可密闭； 输送管线设置比铺设道路更方便； 设备紧凑，易连续化、自

18、动化； 同时可进行其他单元操作。第六章传热问题1传热过程有哪三种基本方式 ？答1.直接接触式、间壁式、蓄热式。问题2传热按机理分为哪几种 ？答2.传导、对流、热辐射。问题3.物体的导热系数与哪些主要因素有关 ？答3.与物态、温度有关。问题4.流动对传热的贡献主要表现在哪儿 ？答4.流动流体的载热。问题5.自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热 ？答5加热面在下，制冷面在上。问题6.液体沸腾的必要条件有哪两个 ？答6.过热度、汽化核心。问题7.工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作 ？为什么？答7.核状沸腾状态。以免设备烧毁。问题8.沸腾给热的强化可以从哪两个方面着手 ？答8.改善

19、加热表面，提供更多的汽化核心；沸腾液体加添加剂，降低表面张力。问题9.蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体 ?答9避免其积累，提高 a。问题10.为什么低温时热辐射往往可以忽略 ，而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式 答10.因Q与温度四次方成正比，它对温度很敏感。问题11.影响辐射传热的主要因素有哪些 ？答11.温度、黑度、角系数（几何位置） 、面积大小、中间介质。问题12.为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数？答12.相变热远大于显热；沸腾时汽泡搅动；蒸汽冷凝时液膜很薄。问题13.有两把外形相同的茶壶， 一把为陶瓷的，一把为银制的。将刚烧开的水同时充满两 壶。实测发现，

20、陶壶内的水温下降比银壶中的快，这是为什么？答13.陶瓷壶的黑度大，辐射散热快；银壶的黑度小，辐射散热慢。问题14.若串联传热过程中存在某个控制步骤 ，其含义是什么？答14.该步骤阻力远大于其他各步骤的阻力之和，传热速率由该步骤所决定。问题15.传热基本方程中，推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些 ？答15. K、qmCp、qrmCpa沿程不变；管、壳程均为单程。问题16. 一列管换热器，油走管程并达到充分湍流。 用133C的饱和蒸汽可将油从 40C加热至80 C。若现欲增加 50%的油处理量，有人建议采用并联或串联同样一台换热器的方法，以保持油的出口温度不低于 80C,这个方案是否可行？答1

21、6.可行。问题17.为什么一般情况下，逆流总是优于并流？并流适用于哪些情况？答17.逆流推动力 tm大，载热体用量少。热敏物料加热，控制壁温以免过高。问题18.解决非定态换热器问题的基本方程是哪几个 ？答18传热基本方程，热量衡算式，带有温变速率的热量衡算式。问题19.在换热器设计计算时，为什么要限制 屮大于0.8 ?答19.当YW 0.8时，温差推动力损失太大， tm小，所需A变大，设备费用增加。第七章蒸发问题1.蒸发操作不同于一般换热过程的主要点有哪些 ？答1溶质常析出在加热面上形成垢层；热敏性物质停留时间不得过长；与其它单元操作相 比节能更重要。问题2.提高蒸发器内液体循环速度的意义在哪

22、 ？降低单程汽化率的目的是什么 ？答2.不仅提高a，更重要在于降低单程汽化率。减缓结垢现象。问题3.为什么要尽可能扩大管内沸腾时的气液环状流动的区域 ？答3.因该区域的给热系数 a最大。问题4.提高蒸发器生产强度的途径有哪些 ？答4. u f,降低单程汽化率， Kf;提高真空度，t 增加传热推动力。问题5.试分析比较单效蒸发器的间歇蒸发和连续蒸发的生产能力的大小。设原料液浓度、 温度、完成液浓度、加热蒸汽压强以及冷凝器操作压强均相等？答5.单效间歇蒸发起先小，生产能力大。问题6.多效蒸发的效数受哪些限制 ？答6.经济上限制：W/D的上升达不到与效数成正比， W/A的下降比与效数成反比还快；技术

23、上限制：工必须小于T-t 0，而T-t 0是有限的。问题7.试比较单效与多效蒸发之优缺点 ？答7.单效蒸发生产强度高，设备费用低，经济性低。多效蒸发经济性高。第八章气体吸收问题1.吸收的目的和基本依据是什么 ？吸收的主要操作费用花费在哪 ？答1吸收的目的是分离气体混合物。基本依据是气体混合物中各组份在溶剂中的溶解度不同。操作费用主要花费在溶剂再生，溶剂损失。问题2.选择吸收溶剂的主要依据是什么 ？什么是溶剂的选择性？答2溶解度大，选择性高，再生方便，蒸汽压低损失小。溶剂对溶质溶解度大，对其他组份溶解度小。问题3. E, m, H三者各自与温度、总压有何关系 ？答3. m=E/P=HP , m

24、E、H均随温度上升而增大， E、H基本上与总压无关， m反比于总压。问题4.工业吸收过程气液接触的方式有哪两种 ？答4.级式接触和微分接触。问题5.扩散流JA，净物流N,主体流动Nm，传递速率Na相互之间有什么联系和区别 ? 答 5. N=N+Ja+Jb, N a=Ja+NCA/Cm。Ja、Jb浓度梯度引起；Nm微压力差引起；Na溶质传递，考察所需。 问题6.漂流因子有什么含义？等分子反向扩散时有无漂流因子 ？为什么？答6. P/PBm表示了主体流动对传质的贡献。无漂流因子。因为没有主体流动。 问题7.气体分子扩散系数与温度、压力有何关系 ？液体分子扩散系数与温度、粘度有何关系？1 81答 7

25、. D气x/P , D液x T/ 卩。问题8修伍德数、施密特数的物理含义是什么 ？答8. Sh=kd/D表征对流传质速率与扩散传质速率之比。Sc=y / p D表征动量扩散系数与分子扩散系数之比。 问题9传质理论中，有效膜理论与表面更新理论有何主要区别 ？答9表面更新理论考虑到微元传质的非定态性，从 kx D推进到kx D0.5。问题10.传质过程中，什么时侯气相阻力控制 ？什么时侯液相阻力控制 ？答10. mkykx时，液相阻力控制。问题11.低浓度气体吸收有哪些特点 ？数学描述中为什么没有总物料的衡算式 ？答11.G L为常量，等温过程，传质系数沿塔高不变。问题12.吸收塔高度计算中，将

26、Nog与Hog分开，有什么优点？ 答12.分离任务难易与设备效能高低相对分开，便于分析。问题13.建立操作线方程的依据是什么 ？ 答13.塔段的物料衡算。问题14.什么是返混？ 答14.返混是少量流体自身由下游返回至上游的现象。问题15.何谓最小液气比？操作型计算中有无此类问题 ？ 答15.完成指定分离任务所需塔高为无穷大时的液气比。无。问题16. X2max与(L/G) min是如何受到技术上的限制的 ？技术上的限制主要是指哪两个制约条件？答 16.通常，X2max=y2/m, (L/G)min=(y 1-y 2)/(x 1e-x 2)。相平衡和物料衡算。问题17.有哪几种Nog的计算方法？

27、用对数平均推动力法和吸收因数法求 Ng的条件各是什么？ 答17.对数平均推动力法，吸收因数法，数值积分法。相平衡分别为直线和过原点直线。问题18. Hog的物理含义是什么？常用吸收设备的 Hog约为多少？ 答18.气体流经这一单元高度塔段的浓度变化等于该单元内的平均推动力。0.15 1.5 m 。问题19.吸收剂的进塔条件有哪三个要素 ？操作中调节这三要素，分别对吸收结果有何影响？答 19. t、X2、L。t J, X2 J, L f均有利于吸收。问题20.吸收过程的数学描述与传热过程的数学描述有什么联系与区别 ？答20.传热过程数学描述可视作 m=1时的吸收过程的情况。问题21.高浓度气体吸

28、收的主要特点有哪些 ？答21.G L沿程变化，非等温，传质分系数与浓度有关。问题22.化学吸收与物理吸收的本质区别是什么 ？化学吸收有何特点？答22.溶质是否与液相组分发生化学反应。高的选择性，较高的吸收速率，降低平衡浓度 ye。问题23.化学吸收过程中，何时成为容积过程 ？何时成为表面过程？答23.快反应使吸收成表面过程；慢反应使吸收成容积过程。第九章精馏问题1.蒸馏的目的是什么？蒸馏操作的基本依据是什么 ？ 答1.分离液体混合物。液体中各组分挥发度的不同。问题2.蒸馏的主要操作费用花费在何处 ？答2.加热和冷却的费用。问题3.双组份汽液两相平衡共存时自由度为多少 ？答3自由度为F=2（P

29、定，tx或y ;t 定，Px或y） ; P 一定后，F=1。问题4何谓泡点、露点？对于一定的组成和压力，两者大小关系如何？答4.泡点指液相混合物加热至出现第一个汽泡时的温度。露点指气相混合物冷却至出现第 一个液滴时的温度。对于一定的组成和压力，露点大于或等于泡点。问题5.非理想物系何时出现最低恒沸点 ，何时出现最高恒沸点？答5强正偏差出现最低恒沸点；强负偏差出现最高恒沸点。问题6.常用的活度系数关联式有哪几个？答6范拉方程、马古斯方程。问题7.总压对相对挥发度有何影响 ？答 7. Pf、a J。问题8.为什么a =1时不能用普通精馏的方法分离混合物 ？答8因为此时y=x，没有实现相对分离。问题

30、9.平衡蒸馏与简单蒸馏有何不同 ？答9平衡蒸馏是连续操作且一级平衡；简单蒸馏是间歇操作且瞬时一级平衡。问题10.为什么说回流液的逐板下降和蒸汽逐板上升是实现精馏的必要条件 ？答10.唯其如此，才能实现汽液两相充分接触、传质，实现高纯度分离，否则，仅为一级 平衡。问题11.什么是理论板？默弗里板效率有什么含义 ？ 答11.离开该板的汽液两相达到相平衡的理想化塔板。经过一块塔板之后的实际增浓与理想增浓之比。问题12恒摩尔流假设指什么？其成立的主要条件是什么 ？ 答12.在没有加料、出料的情况下，塔段内的汽相或液相摩尔流量各自不变。组分摩尔汽化热相近，热损失不计，显热差不计。问题13. q值的含义是什么？根据q的取值范围，有哪几种加料热状态？ 答13.摩尔加料加热至饱和汽体所需热量与摩尔汽化潜热之比。它表明加料热状态。五种：过热蒸汽，饱和蒸汽，汽液混和物，饱和液体，冷液。 问题14.建立操作线的依据是什么 ？操作线为直线的条件是什么 ？ 答14.塔段物料衡算。液汽比为常数（恒摩尔流）。问题15.用芬斯克方程所求出的 N是什么条件下