化工原理思考題答案

1、化工原理思考題答案第一章流體流動(dòng)與輸送機(jī)械1、壓力與剪應(yīng)力的方向及作用面有何不同 答：壓力垂直作用于流體表面， 方向指向流體的作用面， 剪應(yīng)力平行作用于流體表面， 方向 與法向速度梯度成正比。2、試說明粘度的單位、物理意義及影響因素答:單位是 NS/m2 即 Pas，也用 cp， 1cp=1mPa s，物理意義為：分子間的引力和分子的 運(yùn)動(dòng)和碰撞，與流體的種類、溫度及壓力有關(guān)3、采用 U 型壓差計(jì)測(cè)某閥門前后的壓力差 ,壓差計(jì)的讀數(shù)與 U 型壓差計(jì)放置的位置有關(guān)嗎？ 答：無關(guān)，對(duì)于均勻管路，無論如何放置，在流量及管路其他條件一定時(shí)，流體流動(dòng)阻力均 相同，因此 U 型壓差計(jì)的讀數(shù)相同，但兩截面的

2、壓力差卻不相同。4、流體流動(dòng)有幾種類型？判斷依據(jù)是什么？答：流型有兩種， 層流和湍流， 依據(jù)是： Re 2000時(shí)，流動(dòng)為層流； Re4000 時(shí)，為湍流， 2000Re 4000 時(shí)，可能為層流，也可能為湍流5、雷諾數(shù)的物理意義是什么？ 答：雷諾數(shù)表示流體流動(dòng)中慣性力與黏性力的對(duì)比關(guān)系，反映流體流動(dòng)的湍動(dòng)狀態(tài)6、層流與湍流的本質(zhì)區(qū)別是什么？ 答：層流與湍流的本質(zhì)區(qū)別是層流沒有徑向脈動(dòng)，湍流有徑向脈動(dòng)7、流體在圓管內(nèi)湍流流動(dòng)時(shí)，在徑向上從管壁到管中心可分為哪幾個(gè)區(qū)域？ 答：層流內(nèi)層、過渡層和湍流氣體三個(gè)區(qū)域。8、流體在圓形直管中流動(dòng)，若管徑一定而流量增大一倍，則層流時(shí)能量損失時(shí)原來的多少 倍？

3、完全湍流時(shí)流體損失又是原來的多少倍？答：層流時(shí) Wfu，流量增大一倍能量損失是原來的 2倍，完全湍流時(shí) Wfu2 ，流量增大 一倍能量損失是原來的 4 倍。9、圓形直管中， 流量一定， 設(shè)計(jì)時(shí)若將管徑增加一倍， 則層流時(shí)能量損失時(shí)原來的多少倍？ 完全湍流時(shí)流體損失又是原來的多少倍？ 答：10、如圖所示，水槽液面恒定，管路中ab及 cd 兩段的管徑、長度及粗糙度均相同，試比較一下各量大小11、用孔板流量計(jì)測(cè)量流體流量時(shí)， 隨流量的增加， 孔板前后的壓差值將如何變化？若改用 轉(zhuǎn)子流量計(jì)，轉(zhuǎn)子上下壓差值又將如何變化？答：孔板前后壓力差 p=p1-p2，流量越大，壓差越大，轉(zhuǎn)子流量計(jì)屬于截面式流量計(jì)，

4、恒 壓差，壓差不變。12、區(qū)分留心泵的氣縛與氣蝕現(xiàn)象、揚(yáng)程與升揚(yáng)高度、工作點(diǎn)與設(shè)計(jì)點(diǎn)等概念 答：氣縛：離心泵啟動(dòng)前未充液，泵殼內(nèi)存有空氣，由于空氣密度遠(yuǎn)小于液體的密度，產(chǎn)生 離心力很小， 因而葉輪葉心處所形成的低壓不足以將貯槽內(nèi)的液體吸入泵內(nèi)， 此時(shí)啟動(dòng)離心 泵也不能輸送液體。氣蝕： 貯槽液面一定，離心泵安裝位置離液面越高，貯槽液面與泵入口處的壓差越大， 當(dāng)安裝高度達(dá)到一定值時(shí)， 泵內(nèi)最低壓力降至輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓， 液體在該處形成氣 泡，進(jìn)入葉輪真空高壓區(qū)后氣泡破裂， 形成局部真空， 周圍液體以高速涌向氣泡中心產(chǎn)生壓 力極大的沖擊。運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后，葉輪表面出現(xiàn)斑痕及裂縫，使葉輪損傷。

5、 揚(yáng)程：?jiǎn)挝恢亓康囊后w經(jīng)離心泵后所獲得的有效能量 升揚(yáng)高度：指離心泵將流體從低位送至高位時(shí)兩液面的高度差。工作點(diǎn)：管路特性曲線與泵特性曲線的交點(diǎn) 設(shè)計(jì)點(diǎn)：離心泵在一定轉(zhuǎn)速下的最高效率點(diǎn)13、離心泵調(diào)節(jié)流量有哪些方法？各種方法的實(shí)質(zhì)及優(yōu)缺點(diǎn)是什么？ 答:1. 改變管路特性曲線， 最簡(jiǎn)單的方法是在離心泵壓出管線上安裝調(diào)節(jié)閥，通過出口閥門調(diào)節(jié)流量，實(shí)質(zhì)是改變工作點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便、靈活，流量可連續(xù)變化，應(yīng)用較廣。 缺點(diǎn) : 當(dāng)閥門關(guān)小時(shí)， 不僅增加了管路的阻力， 使增大的壓頭用于消耗閥門的附加阻力上， 且使泵 在低效率下工作，經(jīng)濟(jì)上不合理。2.改變泵特性曲線，通常通過改變泵的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，實(shí)質(zhì)

6、是改變工作點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：不 額外增加阻力且在一定范圍內(nèi)可保證泵在高效率下工作，能量利用率高，經(jīng)濟(jì)性好。缺點(diǎn)： 需配備可調(diào)速的原動(dòng)機(jī)或增加調(diào)速器，通常在調(diào)節(jié)幅度大、時(shí)間又長的季節(jié)性調(diào)節(jié)中使用。14、比較正位移泵與離心泵在開車步驟、流量調(diào)節(jié)方法及泵的特性等方面的差異答：正位移泵即容積式泵泵型開車步驟流量調(diào)節(jié)泵特性泵的特性曲線為 Q 為正位移泵啟動(dòng)前不需灌泵1、旁路調(diào)節(jié)， 通過改變旁路閥的開度 調(diào)節(jié)流量 2、改變活塞沖程或往復(fù)次 數(shù)調(diào)節(jié)流量常數(shù)的一條直線離心泵啟動(dòng)前需灌泵1.改變管路特性曲線，通過出口閥門 調(diào)節(jié)流量 2.改變泵特性曲線改變泵的 轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)H-Q、N-Q、-Q 三條 特性曲線15、

7、離心通風(fēng)機(jī)的特性參數(shù)有哪些？若輸送空氣的溫度增加，其性能如何變化答： a、流量 b、風(fēng)壓 c、軸功率與效率?？諝鉁囟仍黾?，流體密度減小，風(fēng)壓減??；流量、 軸功率效率均與風(fēng)機(jī)相關(guān)，風(fēng)機(jī)型號(hào)不變，參數(shù)不變。第三章 傳熱1、簡(jiǎn)述熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱，輻射傳熱的基本原理 答：熱傳導(dǎo)：熱傳導(dǎo)起因于物體內(nèi)部分子、原子和電子的微觀運(yùn)動(dòng)的一種傳熱方式。溫度不 同時(shí)， 這些微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)激烈程度不同。 因此， 在不同物體之間或同一物體內(nèi)部存在溫差 時(shí)，就會(huì)通過這些微觀粒子的振動(dòng)、位移和相互碰撞而發(fā)生能量的傳遞，稱之為熱傳導(dǎo)。 對(duì)流傳導(dǎo)： 流體通過固體壁面時(shí)與該表面發(fā)生的傳熱過程稱為對(duì)流傳熱， 對(duì)流傳熱是依靠流 體微

8、團(tuán)的宏觀運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的熱量傳遞。 實(shí)際上是對(duì)流傳熱和熱傳導(dǎo)兩種基本傳熱方式共同作 用的傳熱過程。輻射傳熱： 任何物體在發(fā)出輻射能的同時(shí)， 也不斷吸收周圍物體發(fā)來的輻射能。 一物體輻射 出的能量與吸收的能量不等時(shí)， 該物體就與外界產(chǎn)生熱量傳遞， 這種傳熱方式稱為輻射傳熱。2、熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱，輻射傳熱在傳熱速率影響因素方面各有什么特點(diǎn)？ 答：熱傳導(dǎo)：熱導(dǎo)率與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成、溫度、壓強(qiáng)等許多因素有關(guān)3、氣體、液體和固體（包括金屬和非金屬）在熱導(dǎo)率數(shù)值上有什么差異？認(rèn)識(shí)這些差異在 工程上有什么意義？答：固體： 金屬的熱導(dǎo)率與材料的純度有關(guān)， 合金材料熱導(dǎo)率小于純金屬， 各種固體材料的 熱導(dǎo)率均與溫度

9、有關(guān)， 對(duì)絕大數(shù)均質(zhì)固體而言， 熱導(dǎo)率與溫度近似成線性關(guān)系。 在工程計(jì)算 中常遇到固體壁面兩側(cè)溫度不同的情況，此時(shí)可按平均溫度確定溫度場(chǎng)中材料的熱導(dǎo)率。 液體： 金屬液體的熱導(dǎo)率較大， 非金屬液體的熱導(dǎo)率較小，但比固體絕熱材料大， 除水和甘 油外，大多數(shù)液體隨溫度升高熱導(dǎo)率減小。純液體的熱導(dǎo)率比其溶液的大。氣體：氣體的熱導(dǎo)率隨溫度升高而增大。當(dāng)壓力很大或很小時(shí)，熱導(dǎo)率隨壓力增大而增大， 反之則反。氣體的熱導(dǎo)率很小，不利于導(dǎo)熱但有利于保溫。4、什么是傳導(dǎo)過程中推動(dòng)力和阻力的加和性？ 答：在多層壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)中， 每層壁都有推動(dòng)力和阻力，通過各層的導(dǎo)熱速率相等， 既等 于某層的推動(dòng)力和阻力之比，也

10、等于各層推動(dòng)力之和和阻力之和的比值。 (公式自己寫)5、在定態(tài)的多步串聯(lián)傳熱過程中，各步的溫度降時(shí)如何分配的？答：6、對(duì)流傳熱的主要影響因素有哪些？答： 1、引起流動(dòng)的原因： 強(qiáng)制 自然2、流動(dòng)狀況： 湍流 層流3、流體的性質(zhì)：增大增大；比熱容增大，增大；增大，增大；氣體 平滑面；A 增大，湍流程度減小 5、是否相變： 相變 無相變7、在對(duì)流傳熱過程中，流體流動(dòng)時(shí)如何影響傳熱過程的？答：8、在對(duì)流傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式中有哪些無量綱數(shù)？它們的物理意義各是什么？答：Nu 努塞爾數(shù)，待定數(shù)群Re 雷諾數(shù)，代表流體的流動(dòng)形態(tài)與湍流程度對(duì)對(duì)流傳熱的影響Pr 普朗特?cái)?shù)，代表流體的物理性質(zhì)對(duì)對(duì)流傳熱的影響Gr

11、格拉曉夫數(shù)，代表自然對(duì)流對(duì)對(duì)流傳熱的影響9、在各種對(duì)流傳熱過程中，流體的物理性質(zhì)是如何影響傳熱系數(shù)的？ 答：無相變時(shí)： Cp k流體在圓形管內(nèi)作強(qiáng)制湍流，=0.023 d Re0.8 ( Cp) ，流體被加熱時(shí)， k=0.4，流體被冷卻 d 0.14時(shí)， k=0.3；流體在圓形管內(nèi)作強(qiáng)制層流 =1.86 (RePr d)1/3 ( )d l w還有好多自己寫) 10、用飽和水蒸氣作為加熱介質(zhì)時(shí)，其中混有的不凝氣是如何影響傳熱效果的？ 答：蒸汽冷凝與壁面時(shí)， 如果蒸汽中含有微量的不凝氣， 如空氣等，則它會(huì)在液膜表面濃集 形成氣膜， 這相當(dāng)于額外附加了一層熱阻，而且由于氣體的熱導(dǎo)率小， 該阻值往往

12、很大，其 外在表現(xiàn)是蒸汽冷凝的對(duì)流系數(shù)大大減小。11、液體沸騰的兩個(gè)必要條件是什么？為什么其對(duì)流傳熱系數(shù)往往很高？ 答：一是液體過熱， 二是有汽化核心。 在沸騰過程中， 小氣泡首先在汽化核心處生成并長大， 在浮力作用下脫離壁面， 氣泡讓出的空間被周圍的液體取代， 如此沖刷壁面， 引起貼壁液體 層的劇烈擾動(dòng)，從而使液體沸騰時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)比無相變時(shí)大很多。12、大容積沸騰按壁面與流體溫差的不同可分為哪幾個(gè)階段？試分析各階段的傳熱系數(shù)與溫 差的關(guān)系及內(nèi)在原因 答：可分為自然對(duì)流、核狀沸騰、不穩(wěn)定膜狀沸騰、穩(wěn)定膜狀沸騰四個(gè)階段。 自然對(duì)流：汽化僅發(fā)生在液體表面，對(duì)流傳熱系數(shù)很小，隨溫差升高而緩慢增加

13、。核狀沸騰： 加熱面上有氣泡產(chǎn)生，氣泡數(shù)目越來越多，長大速率越來越快， 所以氣泡脫離壁 面時(shí)對(duì)液體擾動(dòng)增強(qiáng)，傳熱系數(shù)隨溫差升高而急劇上升。不穩(wěn)定膜狀沸騰： 隨溫差增大， 加熱面上的汽化核心數(shù)大大增加， 以至于氣泡的產(chǎn)生速率大 于其脫離壁面的速率， 氣泡因此在加熱面附近相連形成氣膜， 將加熱面和流體隔開， 由于氣 體的熱導(dǎo)率很小，使傳熱系數(shù)急劇下降。穩(wěn)定膜狀沸騰： 由于加熱面壁溫足夠高， 熱輻射的影響開始表現(xiàn)， 對(duì)流傳熱系數(shù)又開始隨溫 差增大而增大。13、自然對(duì)流中的加熱面與冷卻面應(yīng)如何放置才有利于充分傳熱？ 答：自然對(duì)流是由于流體內(nèi)各部分密度不同而引起的流動(dòng)（如散熱器旁熱空氣的向上流動(dòng)。自然對(duì)

14、流的關(guān)鍵是使流體循環(huán)暢通， 因此加熱面應(yīng)放置在被加熱面的下層， 冷卻面應(yīng)放置在 冷卻面的上層。14、什么是傳熱速率？什么是熱負(fù)荷？二者之間有何聯(lián)系？答： 傳熱速率是指設(shè)備在一定條件下的換熱能力，熱負(fù)荷是對(duì)設(shè)備換熱能力的要求。 傳熱速率熱負(fù)荷。15、在兩流體通過間壁的換熱過程中，一般來說總熱阻包括哪些項(xiàng)？什么是控制熱阻？ 答：總熱阻包括管外流體的對(duì)流傳熱熱阻、管壁熱阻、管內(nèi)流體的對(duì)流傳熱熱阻、 管內(nèi)表面 的污垢熱阻、 管外表面的污垢熱阻五項(xiàng)。 如果某項(xiàng)的值遠(yuǎn)大于其他項(xiàng)， 總熱阻值就接近該項(xiàng)，答： 1 + Rs1 +該項(xiàng)就是控制熱阻。16、流體的熱導(dǎo)率、對(duì)流傳熱系數(shù)和總傳熱系數(shù)之間有何聯(lián)系？bd

15、d 1d1dm + Rs2d2+ 2d217、間壁兩側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)是如何影響總傳熱系數(shù)的？認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)有什么工程意義？ 答：換熱器的總傳熱系數(shù)接近于較小的對(duì)流傳熱系數(shù)， 強(qiáng)化傳熱時(shí)提高較小的對(duì)流傳熱系數(shù) 較有效。18、在間壁式換熱器中采用逆流和對(duì)流各有什么優(yōu)點(diǎn)？有時(shí)為什么又要采用折流或錯(cuò)流？ 答： 1、就提高推動(dòng)力而言，逆流優(yōu)于其他流型。傳熱系數(shù)一定時(shí)，采用逆流可以用較小的 傳熱面積完成相同的換熱任務(wù)，同時(shí)節(jié)約加熱劑或冷卻劑的用量，多回收熱量。2、當(dāng)工藝上要求流體被加熱時(shí)不得超過某一溫度或熱流體被冷卻時(shí)不得低于某一溫度，宜采用并流。3、采用折流的目的是為了提高對(duì)流傳熱系數(shù)，以此達(dá)到提高傳熱速

16、率。19、傳熱過程設(shè)計(jì)型計(jì)算和操作型計(jì)算的內(nèi)容分別是什么？解決這些問題需要那兩個(gè)方程的 聯(lián)立求解？答：設(shè)計(jì)型計(jì)算的基本要求是確定換熱任務(wù)的傳熱面積， 在此基礎(chǔ)上選擇換熱器的型號(hào)或判 斷某臺(tái)換熱器是否合用。 操作性計(jì)算的主要任務(wù)是在換熱設(shè)備已存在時(shí)預(yù)測(cè)換熱設(shè)備的操作 結(jié)果，如計(jì)算兩流體的出口溫度。解決此類問題需聯(lián)立熱量平衡方程和總傳熱速率方程。24、為提高列管式換熱器的總傳熱系數(shù)，在其結(jié)構(gòu)方面可采取什么改進(jìn)措施？答： 1、管程數(shù)增多有利于提高列管式換熱器的總傳熱系數(shù)，但機(jī)械能損失過大，傳熱溫差 也減小，因此不宜過多。 2、殼程內(nèi)安裝一定數(shù)目的與管束垂直的折流擋板。 25、強(qiáng)化傳熱過程可以哪幾方面

17、入手？每一方面又包括哪些具體措施？答： 1、增大傳熱面積 2、提高總傳熱系數(shù)：可定時(shí)清理污垢，提高流速或湍流程度3、提高溫差：采用溫位更高的加熱劑或溫位更低的冷卻劑，提高加熱劑或冷卻劑的流量。第五章 氣體吸收1、吸收分離氣體混合物的依據(jù)是什么？ 答：依據(jù)是氣體混合物在溶劑中溶解度的差異來分離。2、吸收劑進(jìn)入吸收塔前經(jīng)換熱器冷卻與直接進(jìn)入吸收塔兩種情況，吸收效果有什么區(qū)別？ 答：冷卻后氣體溶解度增大，更有利于吸收。5、比較溫度、壓力對(duì)亨利系數(shù) E、溶解度常熟 H及相平衡常數(shù) m 的影響答：溫度上升，亨利系數(shù)增大，溶解度常熟減小，相平衡常數(shù)增大；壓力增大，亨利系數(shù)不 變，溶解度常熟不變，相平衡常數(shù)

18、變小6、兩流體間壁式的對(duì)流傳熱速率與兩流體相際對(duì)流傳質(zhì)速率有何區(qū)別？有何相似之處？答：7、雙膜理論的要點(diǎn)是什么？該理論的適用條件是什么？答： 1、溶質(zhì) A 以分子擴(kuò)散形式連續(xù)通過氣膜和液膜，有氣相主體傳遞到液相主體2、相界面處氣液兩相達(dá)到平衡，界面處無擴(kuò)散阻力，3、溶質(zhì) A 濃度均勻以渦流擴(kuò)散的形式傳質(zhì)。適用條件：流速不太高的流體，兩相間有穩(wěn)定的界面。8、什么是氣膜控制？氣膜控制的特點(diǎn)是什么？用水吸收混合氣體中的CO2 是屬于什么控制過程？提高其吸收速率的有效措施是什么？答：傳質(zhì)阻力主要集中在氣相， 吸收過程由氣相阻力控制叫氣膜控制， 用水吸收混合氣體中 的 CO2 是屬于液膜控制過程， 提高

19、其吸收速率的有效措施時(shí)增大液體流速或增加液體湍流程 度。9、什么是最小液氣比？它與哪些因素有關(guān)？答：操作線和平衡線相交， 此時(shí)推動(dòng)力為 0，若欲達(dá)到一定吸收程度， 則吸收塔高應(yīng)無窮大， 此時(shí)液氣比最小，它與溫度、壓力(平衡線的形狀)有關(guān)。12、逆流吸收與并流吸收有何區(qū)別？ 答：逆流吸收：氣體由塔底通入，塔頂排出，液體從上而下，吸收推動(dòng)力較大，傳質(zhì)速率較 高，壓力損失較大。并流吸收：氣液同向第六章 蒸餾1、壓力對(duì)相平衡關(guān)系有何影響？精餾塔的操作壓力增大，其他條件不變，塔頂溫度、塔底 溫度和濃度如何變化？答：相平衡方程： y = 1+ (x-1 )x,總壓 p 增加，泡點(diǎn)線和露點(diǎn)線上移，同時(shí)向?qū)?/p>

20、線靠近，分 離變得困難，反之總壓減小，分離變得容易。壓力增大，塔頂溫度升高，塔底溫度也升高， 塔頂濃度變大，塔底濃度減小。2、精餾過程的原理是什么？為什么精餾塔必須有回流？為什么回流液必須用最高濃度的液 體作回流？用原料液做回流行否？答：精餾： 在一定壓力下， 各組分揮發(fā)度不同， 兩種混合均勻的液相混合物其在蒸發(fā)時(shí)蒸汽 得組分和蒸汽冷凝的組分是不同的， 多次而且同時(shí)運(yùn)用部分氣化和部分冷凝的方法， 使混合n 塊塔板，液相減濃程度為義。利用芬斯克公式計(jì)算最小塔板數(shù)Nmin+1=x D 1-x wlg( 1-x D)( xw )lg m(勞資只想說不考，最討厭輸公式液得到較完全分離， 在塔頂?shù)玫捷^純輕組分， 在塔釜得到較純重組分的。 為了將雙組分充分 分離， 必須引入回流液， 形成兩相系統(tǒng)。 回流必須用最高濃度的回流， 有利于提高塔頂產(chǎn)品 的純度。4、進(jìn)料狀況參數(shù) q 的物理意義是什么， 對(duì)氣液混合物進(jìn)料 q 值表示的是進(jìn)料中的液體分率， 對(duì)過冷液體和過熱蒸汽進(jìn)料， q 值是否也表示進(jìn)料中的液體分率？寫出 5 中進(jìn)料狀況下的 q 值范圍答： q 表示精餾段和提餾段操作線的交點(diǎn)，過冷