化工原理思考题答案解析.docx
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1、化工原理思考题答案第一章流体流动与输送机械1、压力与剪应力的方向及作用面有何不同(P7、P9)答:压力垂直作用于流体表面,方向指向流体的作用面,剪应力平行作用于流体表面,方向与法向速度梯度成正比。2、试说明黏度的单位、物理意义及影响因素(P9)答:单位是Nsf即Pas,也用CP(厘泊),1CP=ImPas,物理意义:黏度为流体流动时在与流动方向相垂直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力(分子间的引力和分子的运动和碰撞)。影响因素:流体的种类、温度和压力。3、采用U型压差计测某阀门前后的压力差,压差计的读数与U型压差计放置的位置有关吗?(P12T3例1-3)答:无关,对于均匀管路,无论如何放置,
2、在流量及管路其他条件一定时,流体流动阻力均相同,因此U型压差计的读数相同,但两截面的压力差却不相同。4、流体流动有几种类型?判断依据是什么?(P25)答:流型有两种,层流和湍流,依据是:Re(Pc-Pd)Wf1a4,Wf.c-d11、用孔板流量计测量流体流量时,随流量的增加,孔板前后的压差值将如何变化?(P48)若改用转子流量计,转子上下压差值又将如何变化?(P52)答:孔板前后压力差AP=Pl-P2,流量越大,压差越大,转子流量计属于截面式流量计,恒压差变大,压差不变。12、区分离心泵的气缚(P55)与气蚀现象(P64)、扬程(P56)与升扬高度(P57)、工作点(P60)与设计点(P57)
3、等概念答:气缚:离心泵启动前未充液,泵壳内存有空气,由于空气密度远小于液体的密度,产生离心力很小,因而叶轮叶心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内,此时启动离心泵也不能输送液体。气蚀:贮槽液面一定,离心泵安装位置离液面越高,贮槽液面与泵入口处的压差越大,当安装高度达到一定值时,泵内最低压力降至输送温度下液体的饱和蒸汽压,液体在该处形成气泡,进入叶轮真空高压区后气泡破裂,形成局部真空,周围液体以高速涌向气泡中心产生压力极大的冲击。运转一定时间后,叶轮表面出现斑痕及裂缝,使叶轮损伤。扬程:单位重量的液体经离心泵后所获得的有效能量。升扬高度:指离心泵将流体从低位送至高位时两液面的高度差。工作点
4、:管路特性曲线与泵特性曲线的交点。设计点:离心泵在一定转速下的最高效率点。13、离心泵调节流量有哪些方法?各种方法的实质及优缺点是什么?答:改变管路特性曲线,最简单的方法是在离心泵压出管线上安装调节阀,通过出口阀门调节流量,实质是改变工作点。优点:操作简便、灵活,流量可连续变化,应用较广。缺点:当阀门关小时,不仅增加了管路的阻力,使增大的压头用于消耗阀门的附加阻力上,且使泵在低效率下工作,经济上不合理。改变泵特性曲线,通常通过改变泵的转速来实现流量调节,实质是改变工作点。优点:不额外增加阻力且在一定范围内可保证泵在高效率下工作,能量利用率高,经济性好。缺点:需配备可调速的原动机或增加调速器,通
5、常在调节幅度大、时间又长的季节性调节中使用。14、比较正位移泵与离心泵在开车步骤、流量调节方法及泵的特性等方面的差异(P70)(下表再加上:正位移泵小流量,高压头,不均匀不稳定。)答:正位移泉即容仪式祭家型谑福玲猊特性正位移泉动就不需洪泉1.分路琳通过改变旁麻阀的开度调行流量2.改交活末冲程或mIi次泉的特性曲线为Q为常数的条宜战H动的常泄泉1.改变甘都找性曲找,通过Hl3西门仃流罐N改变家气性曲蛭改交家的转速来次现施时调0H-Q.N-Q.-Q一条特性曲线16什么是往复压缩机的余隙(P75)?它对压缩过程有何影响?在排气阶段,排气终了时,活塞与气缸盖之间留有很小的空隙,称为余隙。由于余隙的存在
6、,减少了气体的吸入量,使气缸的利用率降低。(详见P55)第二章非均相分离L流体通过非球形颗粒床层时,阻力比球形颗粒床层大还是小?为什么?流体受到的阻力比球形颗粒床层大,原因:当颗粒与流体在力场作用下相对运动时,流体作用于颗粒上的力称为曳力或阻力,他与颗粒的对流体的阻力大小相等方向相反。2通过量纲分析,阻力系数是关于雷诺系数的函数,当雷诺数一定时,球形度越小阻力系数越大,而非球形颗粒的球形度都小于1,所以流体在非球形颗粒床层受到的阻力大于球形颗粒床层。(P88-P92)2 .说明颗粒沉降时斯托克斯公式和牛顿公式的适用范围,并分别说明该条件下对沉降速度起主要影响的因素。(P92)斯托克斯公式适用于
7、层流区牛顿公式适用于湍流区在层流区,流体粘性引起的摩擦阻力占主要地位,在湍流区流体黏度对沉降速度已无影响,形体阻力占主要地位。3 .沉降分离所必须满足的基本条件是什么?对于一定的处理能力,影响分离速率的物性因素有哪些?温度变化对颗粒在气体中的沉降和液体中的沉降各有什么影响?若提高处理量,对分离效率又会有什么影响?基本条件:在某种力场作用下,颗粒与流体发生相对运动而实现分离。(这个解释比较抽象,可从密度差解释92页下方三个公式和97页式2-42中,都有(Ps-P)说明分离必须要满足存在密度差)温度对颗粒在气体和液体的影响主要考虑温度对黏度的影响即可提高处理量分离效率下降。4 .如何提高离心设备的
8、分离能力?97页,提高设备的分离能力,就要使离心分离因数KC变大。5 .说明旋风分离器的原理,并指出要分出细颗粒时应考虑的因素。旋风分离器是利用惯性离心力分离气固混合物的常用设备。含尘气体由上方进气管切线方向进入,受器壁的约束形成一个绕筒体中向下做螺旋运动的外旋流,颗粒在惯性离心力作用下被抛向器壁而与气流分离,并于器壁撞击后失去能量,沿壁落入锥底。净化后气体绕筒体中心由下而上形成内旋流,最后从顶部排气管排出。考虑的因素,见式2-27临界粒径公式,主要与三个量有关B、N、ui06 .过滤速率与哪些因素有关?与AP、rq、qe、c%(悬浮液浓度)、有关7 .过滤常数有哪两个?各与哪些因素有关?什么
9、条件下才为常数。Kqe为过滤常数K与压差、悬浮液浓度、滤饼比阻、滤液黏度有关qe与过滤介质阻力有关恒压下才为常数8 .(老师划掉)9 .当滤布阻力可以忽略时,若要恒压操作的间隙过滤机取得最大生产能力,在下列两种条件下,各须如何确定过滤时间t?(1)若已规定每一循环的辅助时间是tD,洗涤时间如。C3600/3600/(2=生产能力I+4+/。t:过滤时间Q:洗涤时间,:辅助时间当滤布阻力忽略时,滤饼阻力远大于过滤介质阻力,恒压过滤方程为Q3600/J花2=4t(式240)带入中得1+4+/。若要求最大生产能力,求Q的3600J/d。=/+,+小=0,令j九8极值即可,dtdt逊四乌*0即整理后得
10、:(+y(2)若已规定每一循环中的辅助时间为t1),洗涤水体积与滤液体积之比值为aoV1过滤时间:t=y必=aKA洗涤速率:(某“整(可看做式242的变形)洗涤时间:L=多一=若=8皿,U,、fdtwrmc3600/3600/3600夕/F=I诉%.心日Hn-r、则O=-T-=-=7,一、侗一,两次求导即可)Tt+8at+t/)(l+8a)ttj可由解得,当生产能力最大时t=工l+8a10.若分别采用下列各项措施,试分析转筒过滤机的生产能力将如何变化。己知滤布阻力可以忽略,滤饼不可压缩。(1)转筒尺寸按比例增大50%;(2)转筒浸没度增大50%;(3)操作真空度增大50%;(4)滤浆中固相体积
11、分数由10%增稠至15%,已知滤饼中固相体积分数为60%(5)升温,使滤液粘度减小50%。再分析上述措施的可行性。(6)转速增大50%答:由题意可得Q=60Aj6OWKn(1)转筒按比例增大50%新设备的过滤能力为N=(A5)2A=2.25A即生产能力为原来的2.25倍,需要换设备(2)转筒浸没度增加5O%0=$0=1.2250,生产能力增大22.5%,但是增加浸没度不利于洗涤。(3)操作真空度增加50%,K=2kP,K,变为原来的L5倍,生产能力增大22.5%,但是加大真空度受操作温度及原来真空度大小的制约。(4)滤浆中固相体积分数由10%增稠至15%,两种情况下的V分别是l-gf0.15-
12、= 0.33331-0.6-0.1=0.61-0.6-0.15K=为zr,vK=O.5555K0.6,=0.7453?即生产能力(以滤液体积计)下降25.47%(5)升温使粘度下降50%,由K=(O3333)K=(L5555K厂06可知K=2K,Q=2Q=1.414Q即生产能力提高41.4%。但温度提高,将使真空度难以保持。(6)转速增大,则n增大,由上式可知Q生产能力增大。转鼓真空过滤机的转速影响着滤饼的厚度,转速越大滤饼越薄,滤饼的厚度会影响到过滤的效果。一般转速为0.1到3rmin0工业生产中欲提高生产能力,往往是几个方法的组合。比较下列各组名词的含义自由沉降:颗粒在重力沉降过程中不受周
13、围颗粒和器壁的影响,称为自由沉降。P91干扰沉降:在沉降过程中,因颗粒之间相互影响而使颗粒不能正常沉降的过程称为干扰沉降P91重力沉降:分散相颗粒在重力作用下与周围连续相流体发生相对运动而实现分离的过程为重力沉降P90离心沉降:利用离心力的作用使固体颗粒沉降速度加快以达到分离的目的,这样的操作称为离心沉降。P96滤饼过滤:料浆置于过滤介质一侧,固体物质沉积于介质表面形成滤饼,过滤操作开始时,颗粒在孔道中发生架桥现象,逐步堆积形成滤饼,料浆穿过滤饼变为清净的滤液。(PlOl)深层过滤:固体颗粒不形成滤饼而是被截留在较厚的过滤介质的孔隙中由于颗粒尺寸小于介质孔隙,当进入长而曲折的通道后,在静电与表
14、面力的作用下附着在过滤介质中。(PlOl)沉降速度:静止流体中颗粒的沉降过程可以分为两个阶段,即加速段和等速段。等速段中颗粒相对于流体的运动速度U=U,U称为沉降速度。(P91)过滤速率:单位时间内获得的滤液体积。区别于过滤速度(P102)恒压过滤:恒压过滤时维持操作压强差不变,但过滤速率逐渐下降(P103)恒速过滤:恒速过滤则保持过滤速率不变,逐渐增大压强。(P103)沉降时间:在离心沉降中,颗粒到达器壁被分离所需要的时间(P98)停留时间:在离心沉降中,颗粒在器内停留的时间。(P98)颗粒真密度:若颗粒群的体积不包括颗粒之间的空隙,则为颗粒的真密度。颗粒堆密度:若颗粒群的体积包括颗粒之间的
15、空隙,则得到的密度为表观密度或堆积密度(P90)过滤面积:在过滤操作的过滤中,滤液的流通面积洗涤面积:在过滤操作的洗涤中,洗涤液的流通面积第三章传热1、简述热传导(PII8)、对流传热(P125),辐射传热的基本原理答:热传导:热传导起因于物体内部分子、原子和电子的微观运动的一种传热方式。温度不同时,这些微观粒子热运动激烈程度不同。因此,在不同物体之间或同一物体内部存在温差时,就会通过这些微观粒子的振动、位移和相互碰撞而发生能量的传递,称之为热传导。对流传热:流体通过固体壁面时与该表面发生的传热过程称为对流传热,对流传热是依靠流体微团的宏观运动而进行的热量传递。实际上是对流传热和热传导两种基本
16、传热方式共同作用的传热过程。辐射传热:任何物体在发出辐射能的同时,也不断吸收周围物体发来的辐射能。一物体辐射出的能量与吸收的能量不等时,该物体就与外界产生热量传递,这种传热方式称为辐射传热。2热传导、对流传热、辐射传热在传热速率影响因素方面有什么特点?(Pll8、126)答:热传导:热导率与物质的结构、组成、温度、压强等许多因素有关.对流传热:对流传热系数与引起流体的原因、流体本身的性质、传热面的情况和流体的流动状况等方面。辐射传热:(不好意思我们不考!)3、气体、液体和固体(包括金属和非金属)在热导率数值上有什么差异?(PII8、119)认识这些差异在工程上有什么意义?答:固体:金属的热导率
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