《化原》总复习.docx

1、化原总复习化原总复习化工原理 流体流动基本概念与基本原理 1何谓绝对压力、表压和真空度？它们之间有何关系？ 练习:某设备的表压强为50KPa，则它的绝对压强为_，另一设备的真空度为50KPa，则它的绝对压强为_。 练习:某台离心泵进、出口压力表读数分别为220mmHg(真空度)及/cm(表压)。若当地大气压力为760mmHg，试求它们的绝对压力各为若干？ 解析： 1）压强的表示方法：表压 = 绝对压强 - 大气压 ；真空度 =大气压 - 绝对压强 22）压强单位的换算：1atm=760mmHg=/cm= 4泵进口绝对压力P1=760-220=540mmHg=10Pa 25泵出口绝对压力P2=+

2、=/cm=10Pa 2流体静力学基本方程式有几种表达形式？分别说明什么问题？静力学方程式的应用条件？简述静力学方程式的应用其分析问题时如何确定等压面？ 2p1?gz1?p2?gz2 J/kg总势能守恒 p2?p1?g(z1?z2) Pa 等压面 p2?p0?ghPa 巴斯噶原理 适用条件：重力场中静止的，连续的同一种不可压缩流体。 确定等压面：静止的联通着的同一种连续流体，处于同一水平面上各点压强相等。 应用：正确确定等压面 水平管路上两点间压强差与U型管压差计读数R的关系：p1?p2?(?A?)gR 练习：如图所示，容器中盛有800kg/m的油品，U形管中指示液为水(1000kg/m)，a1

3、、a2、a3在同一水平面上，b1、b2、b3及b4也在同一高度上，h1=100mm，h2=200mm，则各点的表压pa1=_，pa2=_，pb2=_，pb3=_，h3=_。 33解析：静力学基本方程式 pa1= pa =0pa3= pa =0pb2= pb1=gpa2 = pb2pb3= pa2+油g pb3+油g h3=g 3.写出连续性方程式，说明其物理意义及应用。 ?A?常数,qm?u1A1?1?u2A2?2?uA?常数?A?常数,qV?u1A1?u2A2?uA?常数 ?A?常数,圆形管中流动2u1/u2?A2/A1?d2/d12 第 1 页 共 16 页 化工原理 体积流量、质量流量、

4、流速及质量流速的相互关系？P20例题 qmqV=Au uqV/A = qm/A=u 4分别写出理想流体和实际流体的柏努利方程式，说明各项单位及物理意义。应用柏努利方程式时，应注意哪些问题？如何选取基准面和截面？应用柏努利方程式可以解决哪些问题？简化式 适用条件 ：在衡算范围内是不可压缩、连续稳态流体，同时要注意是实际流体还是理想流体，有无外功加入的情况又不同。 衡算基准：J/kg 2u12p1u2pgZ1?We?gZ2?2?hf2?2?1kg 1N 1m3 m Pa 2u12p1u2pZ1?He?Z2?2?Hf2g?g2g?g2u12u2?gZ1?p1?We?gZ2?p2?hf22?u2?We

5、?gh?p?hf2?pa?P1而?pf?hf 2u12P2u2gZ1?gZ2?2?2位能、静压能和动能注：可多次列伯努利方程 练习：用离心泵把20的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。各部分相对位置如本3题附图所示。管路的直径均为76在操作条件下，泵入口处真空表的读数为10Pa；22水流经吸入管与排出管的能量损失可分别按hf,1=2u与hf,2=10u计算，于管径3不变，故式中u为吸入或排出管的流速m/s。排水管与喷头连接处的压强为10Pa。试求泵的有效功率。答:Ne= 第 2 页 共 16 页 化工原理 5.流体流动类型与雷诺准数： 1）雷诺准数Re及流型 Re=du/=du/， 2为

6、动力粘度，单位为PaS；=/为运动粘度，单位m/s。 层流：Re2000，湍流：Re4000；20002）何谓牛顿型流体和非牛顿型流体？写出牛顿粘性定律。说明式中各项的意义和单位。 牛顿粘性定律 牛顿粘性定律的表达式为，该式应用条件为牛顿型_流体作滞流流动。 3）流型的比较： 质点运动方式：滞流：沿轴向作直线运动，不存在横向混合和质点碰撞 湍流：不规则杂乱运动，质点碰撞和剧烈混合。脉动是湍流的基本特点 速度分布，层流：抛物线型，平均速度为最大速度的倍； 湍流：碰撞和混和使速度平均化。 阻力，层流：粘度内摩擦力，湍流：粘度内摩擦力+湍流切应力。 练习:滞流和湍流的本质区别是() A湍流流速大于滞

7、流流速 B滞流时Re数小于湍流时Re数 C流道截面大时为湍流，截面小的为滞流 D滞流无径向脉动，而湍流有径向脉动 6. 总摩擦阻力损失 = 直管阻力 + 局部阻力 ?hf?(?l?ledu2?)2直管阻力是流体流经一定直径的直管时，所产生的阻力。 局部阻力是流体流经管件、阀门及进出口时，受到局部障碍所产生的阻力。 阻力的表达方式：机械能损失、压头损失、压强降 练习：流体在管路两截面间的压强差P与压强降Pf 相等的条件是 。 答：只有当流体在一段无外功的水平等径管内流动时，两者在数值上才相等。 lu2?pf1）直管阻力损失hfhf? 范宁公式(层流、湍流均适用). ?d2?层流：?f(Re)即?

8、64Re或hf?32?lu 哈根泊稷叶公式。 2?d湍流区：?f(Re,?)；高度湍流区：?f()，具体的定dd?性关系参见摩擦因数图，并定量分析hf与u之间的关系。 推广到非圆型管d?de?4rH?4?流通截面积 润湿周边长f注：不能用de来计算截面积、流速等物理量。 u22）局部阻力损失hf 阻力系数法，h?2f?e?c? leu2当量长度法，h? d2注意：截面取管出口内外侧，对动能项及出口阻力损失项的计算有所不同。 第 3 页 共 16 页 化工原理 ?(l?le)u2?)当管径不变时，?hf?(?d2全面考虑：不丢、不能多 流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能减小。流体

9、在等径管中作稳定流动流体于流动而有摩擦阻力损失，流体的流速沿管长不变。流体流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机械能中的静压能项。完全湍流时，粗糙管的摩擦系数数值只取决于相对粗糙度。 水敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小时，水流量将减小，摩擦系数增大，管道总阻力不变。 练习： 如果管内流体流量增大一倍后，仍处于层流状态，则阻力损失增大到原来的 _倍；流体在圆形直管中作层流流动，如果流量等不变，只是将管径增大一倍，则阻力损失为原来的_。 当Re 为已知时，流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数= _ ，在管内呈湍流时，摩擦系数与_、 _有关。 -3-1当20的甘油(

10、=，=1499厘泊)在内径为100mm 的管内流动时,若流速为时,其雷诺准数Re为_其摩擦阻力系数为_. 流体在钢管内作湍流流动时，摩擦系数与_和_有关；若其作完全湍流，则仅与_有关。 7. 并联管路：1、V?V1?V2?V3 2、?hf?hf1?hf2?hf3 各支路阻力损失相等。 即并联管路的特点是：并联管段的压强降相等；主管流量等于并联的各管段流量之和；并联各管段中管子长、直径小的管段通过的流量小。 分支管路：1、V?V1?V2?V3 2、分支点处至各支管终了时的总机械能和能量损失之和相等。 8. 柏式在流量测量中的运用 1、毕托管用来测量管道中流体的点速度。 2、孔板流量计为定截面变压

11、差流量计，用来测量管道中流体的流量。随着Re增大其孔流系数C0先减小，后保持为定值。 3、转子流量计为定压差变截面流量计。注意：转子流量计的校正。 练习：测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧压差值将增加，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值将不变。P61-64 作业1-10 1- 17 1-19、20 1-32 离心泵基本概念与基本原理1. 简述离心泵的工作原理及主要部件。离心泵的叶轮有哪几种类型？离心泵的蜗形外壳有何作用？ 原理：借助高速旋转的叶轮不断吸入、排出液体。闭式、半闭式和开式叶轮 离心泵的主要部件有和 。 离心泵的泵壳制成蜗壳状，其作用是 ？ 2离心泵在启动前为什么要在泵内

12、充满液体？ 一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处的压力表也逐渐降低为零，此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是() A B A. 忘了灌水 B. 吸入管路堵塞 C. 压出管路堵塞 D. 吸入管路漏气 注意：离心泵无自吸能力，因此在启动前必须先灌泵，且吸入管路必须有底阀，否则将发生“气缚”现象。 某离心泵运行一年后如发现有气缚现象，则应检查进口管路是否有泄漏现象。 3离心泵的性能参数及特性曲线第 4 页 共 16 页 化工原理 1）压头H，又称扬程H?Z?2）有效功率 Ne?We?s?HgQ?p?Hf ?g轴功率N?HQ?102?(kw) 3）离心泵的特性曲线通常

13、包括H?Q,N?Q,?Q曲线，这些曲线表示在一定转速下输送某种特定的液体时泵的性能。N?Q线上可看出：Q?0时，N?Nmin，所以启动泵和停泵都应关闭泵的出口阀。 离心泵特性曲线测定实验，泵启动后出水管不出水，而泵进口处真空表指示真空度很高，可能出现的故障原因是吸入管路堵塞。 若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头减小，流量减小，效率减小，轴功率增大。 练习： 离心泵的主要特性曲线包括、和 三条曲线。离心泵特性曲线是在一定下，用常温 为介质，通过实验测定得到的。 离心泵的效率和流量qV的关系为B A. qV增大，增大B. qV增大，先增大后减小 C. qV增大，减小D. qV增大，先减小后增大

14、 离心泵的轴功率P和流量qV的关系为A A. qV增大，P增大 B. qV增大，P先增大后减小 C. qV增大，P减小 D. qV增大，P先减小后增大 离心泵铭牌上标出的流量和压头数值是。 A高效区 A.最高效率点对应值 B.操作点对应值 C.最大流量下对应值 D.计算数据 4.离心泵的工作点及离心泵流量调节 1）泵在管路中的工作点为离心泵特性曲线与管路特性曲线的交点。2管路特性曲线为：He?K?BQe。 2）离心泵流量调节方法有哪几种？各有何优缺点。 工作点的调节：既可改变H?Q来实现，又可通过改变He?Qe来实现。具体措施有改变阀门的开度，改变泵的转速，叶轮的直径及泵的串、并联操作。 离心

15、泵的流量调节阀安装在离心泵的出口管路上，开大该阀门后，真空表读数增大，压力表读数减小，泵的扬程将减小，轴功率将增大。 两台同样的离心泵并联压头不变而流量加倍，串联则流量不变压头加倍。 练习： 离心泵安装在一定管路上，其工作点是指。 离心泵通常采用 调节流量 5.离心泵的安装高度Hg 1)气缚现象和汽蚀现象有何区别？各自产生原因？ 离心泵启动前需要先向泵内充满被输送的液体，否则将可能发生现象。而当离心泵的安装高度超过允许安装高度时，将可能发生现象。 第 5 页 共 16 页 化工原理 若离心泵入口真空表读数为700mmHg，当地大气压为，则输送上42水时泵内发生汽蚀现象。 气蚀现象产生原因：泵吸

16、入口附近压力等于或低于pv。 气蚀现象的标志：泵扬程较正常值下降3%为标志。 气蚀现象的危害： 泵体产生振动与噪音;泵性能(qv、H、)下降;泵壳及叶轮冲蚀 2)如何确定离心泵安装高度？ 离心泵允许汽蚀余量定义式为。 用油泵从密闭容器里送出30的丁烷。容器内丁烷液面上的绝对压力为345KPa。液面降3到最低时，在泵入口中心线以下。丁烷在30时的密度为580kg/m，饱和蒸汽压为305KPa。泵入口管路的压头为 H2O。所选用的泵汽蚀余量为3m。试问这个泵能否正常工作？ p0pv(?)?105 Hg?h?Hf?3?g?g580? 于实际安装高度大于允许安装高度，不能保证整个输送过程中不产生汽蚀现

17、象。 为避免气蚀现象的发生，离心泵的安装高度Hg，注意气蚀现象产生的原因。 Hg?pa?pv?h?Hf0?1?h 允许气蚀余量，m ?gpa液面上方压强，Pa；pv操作温度下的液体饱和蒸汽压，Pa。 离心泵的安装高度超过允许安装高度时会发生现象。 沉降与过滤 1.理论上降尘室的生产能力与有关？ (A)降尘室内，固粒可被分离的条件是_。 (B)理论上降尘室的生产能力与_和_有关，而与_无关。 (C) 含尘气体通过长4m、宽3m、高2m的降尘室，颗粒的沉降速度为/s，则降尘室的最3大生产能力为_m/s。 2.什么叫滤浆、滤饼、滤液、过滤介质和助滤剂？ 答：过滤操作所处理的悬浮液称为滤浆，所用的多孔

18、物质称为过滤介质，通过介质孔道的液体称为滤液，被截留的物质称为滤饼或滤渣。 助滤剂：一种坚硬的粉状或纤维状的固体，能形成疏松结构。其目的是防止过滤介质孔道堵塞，或降低可压缩滤饼的过滤阻力。 3. 两种过滤方式 过滤操作有两种方式过滤和过滤。 饼层过滤是指_；深床过滤是指_。在饼层过滤中真正发挥拦截颗粒作用的主要是，而不是。 4. 过滤基本方程式 过滤推动力过滤速率? 过滤阻力(A) 以下说法中正确的是 A）B） C）D） (B) 在板框压滤机中，若过滤压力差增加一倍，则过滤速率变为原来的倍，生产能力为倍。A） B）2 C）1 D）4 5. 简述恒压过滤的特点。 (A)恒压过滤时，过滤速度随时间

19、增加而，操作压差将随时间增加而 。 ( A、增加 B、减少 C、不变 ) (B)恒压过滤某种悬浮液，已知10min单位过滤面积上得滤3322液。若1h得滤液2m,则所需过滤面积为_m。( m) 2-5(D) 用板框压滤机恒压过滤某种悬浮液，其过滤方程式为q+=510，式中q的单位32为m/m，的单位为s，则过滤常数值及其单位为：K_，qe_，e_。若该过滤机236356352mm的10个框组成，则其过滤面积A_m，介质的虚拟滤液体积Ve_m。 传 热基本概念和基本理论 1据传热机理分传热的基本方式有、 、 。 Q：是指单位时间通过传热面的热量； 2 q：是指每单位面积的传热速率。 2. 何谓稳

20、态热传导？稳定传热的概念，在多层平壁导热中如何体现？ 答:传热速率任何时刻均为常数,且系统中各点的温度仅随位置变,与时间无关。 Q1= Q2= Q3= Q4= Q 3. 说明傅立叶定律的意义，写出其表达式。 答: 单位时间内传导的热量Q与温度梯度dt/dx及垂直于热量方向的导热面积A成正比。即：Q=-Adt/dx 导热系数，表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一，单位为W/。纯金属的导热系数一般随温度升高而降低，气体的导热系数随温度升高而增大。 式中负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反。 1）平壁的稳态热传导？ t?tn?1单层平壁：Q?t1?t2?t 多层平壁：Q?1?nb?ARb

21、i?i?1?iA?t ?Rni?1公式表明导热速率与导热推动力成正比，与导热热阻成反比。 多层壁稳定导热中，各层但导热速率。若某层的热阻最大，则该层两侧的温差_，若等厚平壁构成的导热壁面中所用材料的导热系数愈。 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b1b2b3，导热系数123，在稳定传热过程中，各层的热阻，各层导热速率。 2） 圆筒壁的稳态热传导？ 单层圆筒壁：Q?2?l?(t1?t2)t1?t2?t 或 Q? ?rbRln2?Smr1S2?S1 S2lnS1当S2/S1?2时，用对数平均值，即：Sm?当S2/S1?2时，用算术平均值，即：Sm=/2 第 7 页 共 16 页 化

22、工原理 多层圆筒壁：Q?t1?tn?12?l(t1?tn?1)或 Q?nbi1ri?1ln?S?irii?1imi一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应降低，主要原因是因水的导热系数大于保温材料的导热系数，受潮后，使保温层材料导热系数增大，保温效果降低。 在包有两层相同厚度保温材料的圆形管道上，应该将导热系数小的材料包在内层，其原因是为了减少热损失，降低壁面温度。 练习：1005mm的管道外包扎两层保温材料，管道外侧温度为180,保温材料外侧30。两保温层厚度相同30mm。两保温层导热系数分别为 W/(m )和 W/(m )，则据中心70mm处1米管道的导热速率=？导热通量

23、=？此点温度=？ 4. 对流传热基本方程牛顿冷却定律Q?A?t 对流传热系数，单位为：W/，在换热器中与传热面积和温度差相对应。 与对流传热有关的无因次数群 无相变对流传热 Nu=f自然对流传热Nu=f 强制对流传热Nu=f对气体或低粘度的液体 Nu=？ 流体在圆形直管内作强制湍流时，其对流传热系数与雷诺数Re的n次方成正比，其中n的值为5.间壁两侧流体的热交换计算 无相变 : Q=qmhcph(T1-T2)= qmccpc(t2-t1) or 有相变 :Q= qm hr= qmccpc(t2-t1) 联立 间壁两侧流体热交换的总传热速率方程 Q=KAtm 对于间壁换热器qm1Cp1(T1-T

24、2)= qm2Cp2(t1-t2)=KAtm等式成立的条件是稳定传热、无热损失、无相变化。 练习：单程列管换热器中用热蒸汽加热某种低粘度液体,热蒸汽走壳程,蒸汽温度T=110,液体走管程,流量为/h，液体从20被加热至90，液体流量增至 m3/h，入口温度不变。 问：Q2=?t2=? 练习：用于产品蒸汽冷凝，单程式列管换热器中，32根换热管， 25，长2米，气化潜热r=1800kJ/kg, 蒸汽生产任务为3吨/h，蒸汽温度T=115,冷却水从30被加热至50，现生产任务增至4吨/h，增加冷水进口温度，增加tm，不改变冷水用量，无热损失，物性不变。 问：冷水进口温度t1=? 并流或逆流时平均温度

25、差:?tm?t1?t2 ln(?t1/?t2)当t1/t2基于管外表面积Ao的总传热系数Ko热阻？ 11bdodd?Ro?Rio?o(简化) P198 作业4-4 4-19 4-20 Ko?o?wdmdi?idi6换热器是如何分类的，工业上常用的换热器有哪些类型，各有何特点？ 写出三种常用的间壁式换热器的名称、 、。根据热补偿不同，列管换热器可分为 、等。 第 8 页 共 16 页 化工原理 在列管换热器中饱和蒸气加热空气，有：甲）传热管的壁稳接近加热蒸气温度； 乙）换热器总传热系数K将接近空气侧的对流传热系数。则： A甲乙均合理； B甲乙均无理； C甲合理，乙无理； D甲无理，乙合理。 间壁

26、式换热器有夹套式、蛇管式、套管式、列管式、板式、螺旋板式、板翅式等。提高间壁式换热器传热系数的主要途径是提高流体流速、增强人工扰动；防止结垢，及时清除污垢。消除列管换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加膨胀节，采用浮头式结构或采用U型管式结构。翅片式换热器安装翅片的目的是增加传热面积；增强流体的湍动程度以提高。为提高冷凝器的冷凝效果，操作时要及时排除不凝气和冷凝水。 间壁换热器管壁温度tw接近大的一侧的流体温度；总传热系数K的数值接近热阻大的一侧的值。如在传热实验中用饱和水蒸气加热空气，总传热系数接近于空气侧的对流传热膜系数，而壁温接近于水蒸气侧的温度。 练习： 一套管换热器，环隙为12

27、0蒸汽冷凝，管内空气从20被加热到50，则管壁温度应接近于。 A：35 B：120 C： D：50 (B)若利用冷水冷却热空气，此时欲提高K值，关键在于提高_一侧的对流传热系数。 列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是增大壳程流体的湍动程度，强化对流传热，提高值，支撑管子。 在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管外；易结垢的流体走管内；高压流体走管内；有腐蚀性的流体走管内；粘度大或流量小的流体走管外。 吸 收基本概念和基本原理 1. 吸收分离操作的相平衡关系 1)亨利定律 液相组成求与之平衡的气相平衡组成: p*?Exc*?pHy*?mxY*?mX cyYp气相组成求与之平衡的液

28、相平衡组成: p*?x*?X*?x*?H mmE 2)相接处气相与液相传质过程的方向? 例：在总压为，温度为30的条件下，含有15%SO2的 混合空气与含有%SO2的水溶液接触，试判断SO2的传递方向。已知操作条件下相平衡常数m=。 y15%*y*?mx?%?%?%y=15% x=% x? 练习：吸收操作的原理是_。 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当总压增大时，亨利系数将_ _，相平衡常数将_ _，溶解度系数将_。 2.传质理论传质速率=传质推动力/传质阻力 膜传质速率方程 总传质速率方程 N=kG(ppi)=kL(cic)=ky(y-yi)=kx(xix) N=KG(pp*)=KL(

29、c*c)=KY(Y-Y*)=KX(X*X) 注意传质系数与推动力相对应，即传质系数与推动力的范围一致，传质系数的单位与推动力的第 9 页 共 16 页 化工原理 单位一致。 气膜控制与液膜控制的概念 对于易溶气体，H很大，传质阻力绝大部分存在于气膜之中，液膜阻力可以忽略，此时KGkG，这种情况称为“控制”；反之，对于难溶气体，H很小，传质阻力绝大部分存在于液膜之中，气膜阻力可以忽略，此时KLkL，这种情况称为“控制”。 练习：p191 p205膜传质速率方程 总传质速率方程推动力 (A)在吸收操作中，以液相浓度差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为_ _。 (B)推动力c*-c 与吸收系数_相对应。 3.如何得吸收塔操作线 ？ 设计型 L 、 Z 1） 物料衡算操作线方程 操作型? 、X1 LL?GA?G(Y1?Y2)?L(X1?X2)Y?X?Y1?X1? GG?吸收操作时塔内任一截面上溶质在气相中的实际分压总是高于与其接触的液相平衡分压，所以吸收操作线总是位于平衡线的上方。 某气体用水吸收时，在一定浓度范围内，其气液平衡线和操