化工原理(上冊)課件

化工原理（上冊）復(fù)習(xí)總結(jié)一、問答題1、為什么不能用當(dāng)量直徑的方法來計算非圓形管子或設(shè)備的截面積？答：當(dāng)量直徑的計算方法，完全是經(jīng)驗性的，而且有很大的局限性。例如：滯流時應(yīng)用當(dāng)量直徑計算阻力的誤差就比較大，用于矩形時，其截面積的長寬之比不能超過3∶1。而且最初只是用它來計算非圓形截面管子或設(shè)備的直徑，不能隨意推廣用其計算非圓形截面管子或設(shè)備的截面積。例如：一外管內(nèi)徑為d1、內(nèi)管外徑為d2的套管環(huán)隙，其當(dāng)量直徑de=d1-d2。若用(d1-d2)做直徑來計算該環(huán)隙截面積，則為，而實際上該環(huán)隙的截面積應(yīng)為。二者顯然不等。所以在范寧公式、泊謖葉方程以及Re數(shù)中的流速都是指流體的真實流速，而不能用當(dāng)量直徑de來計算，只是式中直徑的可用當(dāng)量直徑de代之。2.離心泵的特性曲線H－Q與管路的特性曲線He－Qe有何不同？二者的交點意味著什么？答：將離心泵的基本性能參數(shù)之間的關(guān)系描繪成圖線稱為離心泵的特性曲線。這里討論的是其中的一條H－Q曲線。它表明轉(zhuǎn)速一定時，離心泵的流量和該流量下泵的能提供的壓頭即做功本領(lǐng)之間的對應(yīng)關(guān)系。該曲線由生產(chǎn)廠家測定并提供，是泵本身固有的特性，它只與泵自身的結(jié)構(gòu)（如葉片彎曲情況、葉輪直徑等）、轉(zhuǎn)速有關(guān)，而與其所在的管路及其他外界條件無關(guān)。所以離心泵的特性曲線圖只須注明型號、轉(zhuǎn)速即可。二者的交點M稱為泵在該管路上的工作點。意味著它所對應(yīng)的流量和壓頭，既能滿足管路系統(tǒng)的要求，又能為離心泵所提供，即，。換言之，M點反映了某離心泵與某一特定管路相連接時的運轉(zhuǎn)情況。離心泵只能在這一點工作。3.Re的物理意義Re反映了流體流動中慣性力與粘性力的對比關(guān)系，標(biāo)志著流體流動的湍動程度。4.應(yīng)用柏努利方程式解題要點１）作圖與確定衡算范圍

根據(jù)題意畫出流動系統(tǒng)的示意圖，并指明流體的流動方向。定出上、下游截面，以明確流動系統(tǒng)的衡算范圍；２）正確選取截面；保證未知量在截面或截面之間３）選取基準(zhǔn)水平面；確定兩截面上的壓強(qiáng),并要求壓強(qiáng)的表示方法一致;４）按照單位一致的原則,確定有關(guān)物理量的單位。5.冷熱流體通過間壁的傳熱過程6.非均相分離的目的①收集分散物質(zhì)；②凈化分散介質(zhì)；③環(huán)境保護(hù)與安全生產(chǎn)。7、工業(yè)上常使用飽和蒸汽做為加熱介質(zhì)而不用過熱蒸汽，為什么？答：使用飽和蒸汽做為加熱介質(zhì)的方法在工業(yè)上已得到廣泛的應(yīng)用。這是因為飽和蒸汽與低于其溫度的壁面接觸后，冷凝為液體，釋放出大量的潛在熱量。雖然蒸汽凝結(jié)后生成的凝液覆蓋著壁面，使后續(xù)蒸汽放出的潛熱只能通過先前形成的液膜傳到壁面，但因氣相不存在熱阻，冷凝傳熱的全部熱阻只集中在液膜，由于冷凝給熱系數(shù)很大，加上其溫度恒定的特點，所以在工業(yè)上得到日益廣泛的應(yīng)用。如要加熱介質(zhì)是過熱蒸汽，特別是壁溫高于蒸汽相應(yīng)的飽和溫度時，壁面上就不會發(fā)生冷凝現(xiàn)象，蒸汽和壁面之間發(fā)生的只是通常的對流傳熱。此時，熱阻將集中在靠近壁面的滯流內(nèi)層中，而蒸氣的導(dǎo)熱系數(shù)又很小，故過熱蒸汽的對流傳熱系數(shù)遠(yuǎn)小于蒸汽的冷凝給熱系數(shù)，這就大大限制了過熱蒸汽的工業(yè)應(yīng)用。二、填空題1.邊界層的形成是液體具有

的結(jié)果。答案：粘性分析：由于流體具有粘性，使壁面粘附一層停滯不動的流體層；同樣還是因為流體具有粘性，使得靜止層流體與其相鄰的流體層間產(chǎn)生內(nèi)磨擦力，導(dǎo)致相鄰流體層速度減慢。這種減速作用由壁面附近的流體層依次向流體內(nèi)部傳遞，而流速受到壁面影響的這一區(qū)域就的我們通常所說的邊界層。如果流體沒有粘性，就不會潤濕壁面，也沒有內(nèi)磨擦力的存在，亦無邊界了。2.兩個系統(tǒng)的流體力學(xué)相似時，雷諾數(shù)必相等。所以雷諾數(shù)又稱作

。答案：相似準(zhǔn)數(shù)3.用離心泵在兩個敞口容器間輸液。若維持兩容器的液面高度不變，當(dāng)關(guān)小輸送管道的閥門后，管道的總阻力將____。

答案：不變分析：在兩個液面間列柏努力方程式，因位能、靜壓能和動能均不變化，所以管道總損失不變；閥門開度減小后，導(dǎo)致局部阻力增大，水量減小，直管阻力減小，總阻力不變化。4.經(jīng)內(nèi)徑為158mm的鋼管輸送運動粘度為90mm2/s的燃料油。若保持油品作滯流流動，最大流速不能超過

。答案：1.14m/s分析：令臨界雷諾數(shù)等于2000，即可求得大速度。解之5.如果管內(nèi)流體流量增大1倍以后，仍處于滯流狀態(tài)，則流動阻力增大到原來的

倍。

答案：2分析：由泊謖葉方程知，在滯時流動阻力與流速的一次冪成正比。需注意的是變化前后的流動型態(tài)。本例中如果流量增大1倍后，流體不再作滯流流動，則流動阻力不止增大到原來的2倍。6.在滯流區(qū)，若總流量不變，規(guī)格相同的兩根管子串聯(lián)時的壓降為并聯(lián)時的

倍。答案：4分析：由泊謖葉方程知：=7.某精餾塔頂操作壓強(qiáng)須維持在5.3kPa，若當(dāng)?shù)貧鈮河嫷淖x數(shù)為100.6kPa(775mmHg)，塔頂真空表讀數(shù)應(yīng)為_____kPa(mmHg)。答案：95.3(715)

三、判斷題1.流體靜力學(xué)基本方程式只適用于己于重力場，其他(如離心場)不適用。()

答案：對分析：流體靜力學(xué)基本方程式推導(dǎo)的前提是重力場，研究的是流體在重力和壓力作用下的平衡規(guī)律。由于流體處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，所以流體所受的力只有重力（注意：無離心力等）。在使用該方程式時當(dāng)然離不開推導(dǎo)過程中重力場這一先決條件。2.在定態(tài)流動中，各截面上流體的流速、壓強(qiáng)、密度等有關(guān)物理量不隨時間和位置而變。（）

答案：×分析：這是對定態(tài)流動的誤解。定態(tài)流動要求就某一位置講，與流動有關(guān)的物理量不隨時間改變，但各物理量可因位置不同而異3.流體流動的類型有：滯流、湍流和過渡流。（）

答案：×分析：從本質(zhì)上講，流體流動只有滯流、湍流兩種類種。過渡流并非第3種流型，只是這時流體處于不穩(wěn)定的過渡狀態(tài)，可能是滯流、也可能是湍流，或者二者交替出現(xiàn)，要視流體進(jìn)口段的情況、管壁粗糙度以及周圍有無振動等外界條件決定。4.連續(xù)性方程所反應(yīng)的管路各截面上流速的變化規(guī)律與管路上是否裝有管件、閥門或輸送設(shè)備等無關(guān)。（）

答案：√5.離心泵的軸功率一般隨流量增大而增大，當(dāng)流量為零時，軸功率亦為零。（）

答案：×分析：當(dāng)流量為零時，從N—Q曲線上可以看到，此時功率最小。所以離心泵在啟動前要關(guān)閉出口閥門，以防止電動機(jī)過載。但流量為零時功率卻不為零。那么既然無流量，功率消耗到哪里去了呢？結(jié)論是：主要消耗在葉片對液體的撹動上。6.往復(fù)泵也可以用安裝出口閥門的方法來調(diào)節(jié)流量。（）答案：×分析：往復(fù)泵屬正位移泵，其流量與管路特性曲線無關(guān)。安裝調(diào)節(jié)閥非但不能改變流量，而且當(dāng)閥門關(guān)閉時會導(dǎo)致缸內(nèi)壓強(qiáng)急劇上升，造成泵體、管路和電機(jī)的損壞。所以往復(fù)泵一般采取回路調(diào)節(jié)的方法。第三章一、填空題1、若降塵室的高度增加，則沉降時間

，氣流速度

，生產(chǎn)能力

。

答案：增加；下降；不變分析：因沉降距離增加，故沉降時間將增加。降塵室高度的增加使氣體在降塵室內(nèi)的流道截面增大，故氣流速度下降。生產(chǎn)能力的計算公式為：

可見，降塵室的生產(chǎn)能力只決定于沉降面積和沉降速度而與降塵室的高度無關(guān)。2.選擇旋風(fēng)分離器型式及決定其主要尺寸的根據(jù)是

；

；

。答案：氣體處理量，分離效率，允許壓降3.通常，

非均相物系的離心沉降是在旋風(fēng)分離器中進(jìn)行，

懸浮物系一般可在旋液分離器或沉降離心機(jī)中進(jìn)行。答案：氣固；液固4.沉降操作是指在某種

中利用分散相和連續(xù)相之間的

差異，使之發(fā)生相對運動而實現(xiàn)分離的操作過程。沉降過程有

沉降和

沉降兩種方式。答案：力場；密度；重力；離心5.在餅層過濾中，真正發(fā)揮攔截顆粒作用的主要是

而不是

。答案：濾餅層；過濾介質(zhì)6.一降塵室長8m，寬4m，高1.5m，中間裝有14塊隔板，隔板間距為0.1m?，F(xiàn)顆粒最小直徑為12m，其沉降速度為0.02m/s，欲將最小直徑的顆粒全部沉降下來，則含塵氣體的最大流速不能超過

m/s。答案：1.6分析：由降塵室的分離條件

可知m/s

7.用板框式過濾機(jī)進(jìn)行恒壓過濾操作，隨著過濾時間的增加，濾液量

，生產(chǎn)能力

。答案：增加；不變分析：由恒壓過濾方程

可知濾液量隨過濾時間的增大而增加。而間歇過濾機(jī)的生產(chǎn)能力可知生產(chǎn)能力只與操作周期有關(guān)。8.含塵氣體在降塵室內(nèi)按斯托克斯定律進(jìn)行沉降。理論上能完全除去的粒子，現(xiàn)氣體處理量增大1倍，則該降塵室理論上能完全除去的最小粒徑為

。答案：分析：降塵室最大處理量與能被完全除去最小顆粒的沉降速度有以下關(guān)系

故9.下述說法中正確的是

。A．過濾速率與過濾面積成正比B．過濾速率與過濾面積的平方成正比；C．過濾速率與濾布阻力成反比；D．過濾速率與操作壓差的平方成正比；答案：B分析：可由過濾基本方程直接求得10.下面哪個是過濾推動力

。A．液體經(jīng)過濾機(jī)的壓強(qiáng)降 B．濾餅兩側(cè)的壓差；C．介質(zhì)兩側(cè)的壓差；D．介質(zhì)兩側(cè)壓差加上濾餅兩側(cè)壓差

答案：D分析：由過濾基本方程的推導(dǎo)可知過濾推動力是指濾餅兩側(cè)壓差加上介質(zhì)兩側(cè)壓差；過濾阻力為濾餅阻力加上介質(zhì)阻力。11.在降塵室中，塵粒的沉降速度下列因素?zé)o關(guān)

。A．顆粒的幾何尺寸B．顆粒與流體的密度C．流體的水平流速；D．顆粒的形狀

答案：C分析：由表面光滑球形顆粒自由沉降速度公式可知答案應(yīng)為Ｃ12.轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)的洗滌速率與最終過濾速率之比為

。A．1/4；B.1/2;C.1;D.2答案：C分析：屬置換洗滌法。

第四章1.“為了節(jié)省冷卻介質(zhì)的用量，在設(shè)計換熱器的過程中，應(yīng)盡量提高冷卻介質(zhì)的出口溫度?！边@種說法是否正確？答：不正確。冷卻介質(zhì)的出口溫度越高，其用量越小，回收熱能的品位也越高，動力消耗也隨之減小。但出口溫度升高的結(jié)果，導(dǎo)致傳熱推動力即對數(shù)平均溫差降低，所需傳熱面積增大，設(shè)備費用增大。因此必須從綜合角度考慮，全面加以權(quán)衡，確定一個適宜的出口溫度。對于常用的冷卻介質(zhì)工業(yè)水，出口溫度不宜過高。還因為工業(yè)水中含有許多鹽類。如CaCO3、MgCO3、CaS04、MgSO4等。若出口溫度過高，上述鹽類就會因溶解度減小而析出，附在器壁表面上形成熱阻很大的垢層，使傳熱過程惡化。盡管可以采取在冷卻水中添加阻垢劑等化學(xué)方法，但至少從目前看，效果很有限。所以無節(jié)制了提高冷卻介質(zhì)出口溫度的方法是行不通的。設(shè)計時常取冷卻水進(jìn)、出口的溫度差為5-10℃3、采用錯流和折流可以提高換熱器的傳熱效率。()答案：分析：錯流和折流的△tm比純逆流的小，而換熱器的傳熱速率是正比于△tm的。所以采用錯流和折流并非為了提高傳熱速力，而是為了使換熱器的結(jié)構(gòu)緊湊、合理。4、對流傳熱系數(shù)是物質(zhì)的一種物理性質(zhì)。（）答案：×分析：對流傳熱系數(shù)不僅與物質(zhì)的物性（如cp、λ、ρ、μ等）有關(guān)，而且與流動狀態(tài)（例如u）有關(guān)。所以α并非物質(zhì)的物理屬性

例1用降塵室凈化煙氣，已知煙氣流量為3600m3/h，密度為0.6kg/m3，粘度為0.03mPa.s，塵粒密度為4300kg/m3。要求除去6以上的塵粒。試求：所需的沉降面積；若降塵室底面積為15，則需多少層。

解：（1）設(shè)沉降區(qū)為層流

驗算所需總沉降面積可由生產(chǎn)能力計算公式得

(2)所需層數(shù)例2某板框過濾機(jī)在恒壓下操作，過濾階段的時間為2h，已知第1h過濾得8m3濾液，濾餅不可壓縮，濾布阻力可忽略，試求：（1）第2h可得多少過濾液；（2）過濾2h后用清水2m3（粘度與濾液相近），在同樣壓力下對濾餅進(jìn)行橫穿洗滌，求洗滌時間；（3）若濾液量不變，僅將過濾壓差提高1倍，問過濾時間為多少？（4）若過濾時間不變，僅將過濾壓強(qiáng)提高1倍，問濾液量為多少？解：（1）將代入上式，得所以(2)由過濾基本方程由題知

代入得所以故（3）由題意

因為

所以

由題

所以

（4）

所以

例3用泵將貯槽中的石油以40000L/h的流率，經(jīng)Φ108╳4mm的管子輸送到高位槽，如附圖所示。兩槽的液面差為20M，管子總長（各種閥件的當(dāng)量長度均計算在內(nèi)）為450M。試分別計算泵輸送15℃和50℃的石油所需的有效功率。設(shè)兩槽液面恒定不變。15℃和50℃的石油相對密度分別是0.96和0.89,粘度分別為3.43Pa.s和0.187Pa.s。22`

20M

11`解:油在管內(nèi)的流速為:15℃和50℃時石油的Re數(shù)因此,兩種情況均為滯流.而因摩擦阻力而引起的壓強(qiáng)降如下:15℃時在題條件下,因所以50℃時,在貯槽液面1-1`及高位槽液面2-2`間列柏努力方程式，并取1-1`面為基準(zhǔn)面，得：所以

（1）（1）式中Z1=0，Z2=20M，P1=P2=0（表壓），u1≈0，u2≈0又15℃時

所以15℃時，W1=20×9.81+7290=7490J/Kg;50℃時,

所以50℃時，W2=20×9.81+429=625J/Kg;兩種溫度下石油的質(zhì)量流率為:15℃時，50℃時,因此泵所需的有效功率為：15℃時，

50℃時輸送冷油時泵的附加有效功率為：80.1-6.2=73.9Kw

例4在一套管換熱器中用水逆流冷卻某種溶液,溶液量為1.4kg/s,比熱為2kJ/(kg.K),走內(nèi)管(規(guī)格為φ25×2.5mm),從150℃冷卻到100℃。冷卻水走套管環(huán)隙,從25℃升溫至60℃,水的比熱為4.18kJ/(kg.K)。1.已知溶液一側(cè)的對流傳熱系數(shù)為1160w/(m2.K),冷卻水一側(cè)的對流傳熱系數(shù)為930w/(m2.K)，忽略管壁和污垢的熱阻及熱損失,求以傳熱外表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)K和冷卻水的用量(kg/h)。2.計算內(nèi)管的外表面積和管長。

解：溶液放熱

Q=WhCp△T=1.4×2×103×(150-100)=1.4×105w

1/Ko=do/(diαi)+1/αo