化工原理上册.ppt

第一章流体流动 主要公式 层流 湍流 知识点联系图 连续性方程u1与u2间的关系 流体流动的内部结构 阻力损失产生的根源 速度分布 流动型态 阻力损失 1 流体在圆形直管内作定态流动 雷诺准数Re 1500 则其摩擦系数应为 B A 0 032 B 0 0427 C 0 0267 D 无法确定 2 在一水平变径管道上 细管截面A及粗管截面B与U管压差计相连 当流体流过时 U管压差计测量的是 C A A B两截面间的总能量损失 B A B两截面间的动能差 C A B两截面间的压强差 D A B两截面间的局部阻力 3 管路由直径为 57 3 5mm的细管 逐渐扩大到 108 4mm的粗管 若流体在细管内的流速为4m s 则在粗管内的流速为 B A 2m s B 1m s C 0 5m s D 0 25m s 4 湍流与滞流的本质区别是 C A 湍流的流速大于滞流的 B 湍流的Re值大于滞流的 C 滞流无径向脉动 湍流有径向脉动 D 湍流时边界层较薄 5 在阻力平方区内 摩擦系数 C A 为常数 与Re d均无关 B 随Re值加大而减小 C 与Re值无关 是 d的函数 D 是Re值和 d的函数 6 为提高U形压差计的灵敏度较高 在选择指示液时 应使指示液和被测流体的密度差 指 的值 偏小 7 层流底层越薄 流动阻力越大 8 已知一密闭管路 管的内径为d 管长为L 液体在管内作稳定连续层流流动 流量为qvm3 s 总的阻力损失为hf 现将管的内径换成d 2 其它均不改变 此时新管路内的流速为 m s 流体流动的总阻力损失为 m 9 当20 的甘油 1261kg m 3 1499cP 在内径为100mm的管内流动时 若流速为2 0m s 1时 其雷诺准数Re为 其摩擦阻力系数 为 168 2 0 38 Re du 64 Re 10 减少流体在管路中流动阻力 hf的措施有 尽量减少局部装置 在流体中加入极少量的添加剂 改善流道固体壁面对流动的不利影响 1 确定容器间的相对位置 阻力损失已知例 如本题附图所示 密度为850kg m3的料液从高位槽送入塔中 高位槽中的液面维持恒定 塔内表压强为9 81 103Pa 进料量为5m3 h 连接管直径为 38 2 5mm 料液在连接管内流动时的能量损失为30J kg 不包括出口的能量损失 试求高位槽内液面应为比塔内的进料口高出多少 分析 解 取高位槽液面为截面1 1 连接管出口内侧为截面2 2 并以截面2 2 的中心线为基准水平面 在两截面间列柏努利方程式 高位槽 管道出口两截面 u p已知 求 Z 柏努利方程 D d 例泵输送功率的计算 阻力损失已知某化工厂用泵将敞口碱液池中的碱液 密度为1100kg m3 输送至吸收塔顶 经喷嘴喷出 如附图所示 泵的入口管为 108 4mm的钢管 管中的流速为1 2m s 出口管为 76 3mm的钢管 贮液池中碱液的深度为1 5m 池底至塔顶喷嘴入口处的垂直距离为20m 碱液流经所有管路的能量损失为30 8J kg 不包括喷嘴 在喷嘴入口处的压力为29 4kPa 表压 设泵的效率为60 试求泵所需的功率 解 在1 1 截面和2 2 截面间列柏努利方程 z1 0 p1 0 表压 u1 0 z2 20 1 5 18 5m p2 29 4 103Pa 表压 1100kg m3 hf 30 8J kg kW 将2 104kg h的某种水溶液用泵从反应器输送到高位槽 在操作条件下的水溶液的平均密度为1073kg m3 粘度为0 63mPa s 反应器液面上方保持26 7kPa的真空度 高位槽液面上方为大气压 泵的进口管道为 108mm 4mm 长为5m 管路上装有90o标准弯头1个 全开闸阀1个 泵的出口管道为 76 4的钢管 长为45m 取管壁绝对粗糙度为0 3mm 管路上装有全开闸阀1个 孔板流量计1个 局部阻力系数为4 90o标准弯头4个 反应器内液面与管路出口的垂直距离为15m 今在库房里有一台备用的离心泵 其效率为66 轴功率为3 71kW 试计算该泵的轴功率能否满足要求 泵输送功率的计算 阻力损失待求 解 以反应器液面为1 1截面为位能基准面 在1 1截面与管路出口内侧截面2 2间列列出柏努利方程 z1 0 z2 15m u1 0 u2 u出 p1表 2 67 104Pa p2表 0 1073kg m3 入口管段 90o标准弯头1个 进口损失 0 027 闸阀 全开 1个 0 17 出口管段 闸阀 全开 1个 0 17标准弯头4个 0 75 4 3孔板流量计1个 4 0 03 库存的泵轴功率能满足要求 第2章流体输送机械 主要公式 管路特性方程 主要内容 一 泵的工作原理 基本结构 基本方程 1 工作原理 依靠惯性离心力而连续吸液和排液 无自吸能力措施 灌泵 吸入管单向阀 2 基本结构 着眼于提高液体的静压能 结构分析 叶轮 供能装置 分类 开式 闭式 半闭式 蜗壳 集液及转能装置后弯叶片蜗壳导向轮 目的是提高能量的利用效率轴封 填料及端面密封 二 泵的性能参数与影响因素 1 离心泵的性能参数与特性曲线 流量 扬程 效率 有效功率 轴功率 2 泵的特性曲线扬程与流量 效率与流量 轴功率与流量测定条件 一定转速下常温清水为工质在常压下测得 三 泵的操作与流量调节 1 操作 启动前应先灌泵 因泵无自吸力 防止出现气缚现象 启动时关闭出口阀 降低启动功率 停泵时先关闭出口阀 防止高压液体倒流对叶轮的冲击 2 工作点 泵的特性曲线与管路特性曲线的交点 3 流量调节 改变管路特性曲线 调节泵的出口阀 改变泵的特性曲线 措施 a 调泵的转速 需增加变速装置 b 更换泵的叶轮 季节性流量调节 c 泵的并联或串联 四 泵的安装 汽蚀与防止措施 五 泵的选型 根据工作介质和操作条件选类型 根据流量与扬程选型号 列出泵的性能参数 1 离心泵的扬程是指 A 实际的升扬高度 B 泵的吸上高度 C 泵对单位重量液体提供的有效能量 D 泵的允许安装高度 C 2 某同学进行离心泵特性曲线测定实验 启动泵后 出水管不出水 泵进口处真空计指示真空度很高 他对故障原因作出了正确判断 排除了故障 你认为以下可能的原因中 哪一个是真正的原因 C A 水温太高B 真空计坏了C 吸入管路堵塞D 排出管路堵塞 C H改变 Pa不变D H Pa均改变 C 在流量为零时最小D 在工作点处最小 C 由管路特性所决定的点D 泵的特性曲线与管路特性曲线的交点 6 用离心泵向锅炉供水 若锅炉中的压力突然升高 则泵提供的流量 扬程 减少 增大 管路布置 操作条件 无关 8 离心泵安装在一定管路上 其工作点是指 泵的特性曲线和管路特性曲线的交点 9 离心泵的压头 又称扬程 是指 它的单位是 泵对单位重量 1N 液体所提供的有效能量 m 10 离心泵特性曲线包括 和 三条曲线 它们是在一定下 用常温为介质 通过实验测定的 H qvPa qv qv转速清水 用一离心泵将水由贮水池送至高位槽 已知高位槽液面比贮水池液面高出8m 管路总长 包括局部阻力的当量长度在内 为300m 管内径为75mm 摩擦系数为0 03 该泵的特性曲线为 试求 1 管路特性曲线 2 泵工作时的流量和扬程 解 1 管路特性曲线 2 泵工作时的流量和扬程 用20 清水测定某台离心泵性能时 在转速为2900r min下 得到的试验数据为 流量12 5L s 泵出口处压强表读数为255kPa 泵入口处真空表读数为26 66kPa 两测压点的垂直距离为0 5m 功率表测得电机所耗功率为6 2Kw 泵由电机直接带动 传动效率可视为1 电机效率为0 93 泵的吸入管路与排出管路的管径相同 求 1 该泵的效率 2 列出泵在该效率下的性能 1 求 解 求泵的压头H 以真空表和压强表所在的截面为1 1 和2 2 列出以1N为衡算基准的柏努力方程式 求泵的效率 沉降 主要公式 层流区 颗粒分离出来的条件 1 重力场中 微小颗粒的沉降速度与 D 无关 粒子的几何形状B 粒子的尺寸大小C 流体与粒子的密度D 流体的速度 颗粒间不发生碰撞或接触等相互影响的情况下的沉降过程 3 欲提高降尘室的生产能力 主要的措施是 A 提高降尘室的高度B 延长沉降时间C 增大沉降面积 4 要使微粒从气流中除去 必须使微粒在降尘室内的停留时间微粒的沉降时间 A B C D 5 以下说法正确的是 A 降尘室的生产能力与设备底面积及含尘气流速度成正比B 降尘室的生产能力与设备底面积及颗粒沉降速度成正比C 降尘室的生产能力与设备的高度有关 6 球形粒子在介质中自由沉降时 匀速沉降的条件是 滞流沉降时 其阻力系数 粒子所受合力的代数和为零 24 Rep 7 在规定的沉降速度条件下 降尘室的生产能力只取决于 而与其 无关 降尘室底面积 高度 8 除去气流中尘粒的设备类型有 等 降尘室 旋风分离器 9 含尘气体通过长4m 宽3m 高1m的降尘室 已知颗粒的沉降速度为0 25m s 则降尘室的生产能力为 3m3 s 10 在重力场中 影响固体颗粒在静止流体中的沉降速度的因素有 任举两种 颗粒几何形状 颗粒几何尺寸 颗粒与流体密度 例采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒 降尘室底面积为10 高1 6m 操作条件下气体密度为0 5kg m3 粘度为2 10 5Pa s 颗粒密度为3000kg m3 气体体积流量为5m3 s 试求 1 可完全回收的最小颗粒直径 2 如将降尘室改为多层以完全回收20 m的颗粒 求多层降尘室的层数及板间距 1 可完全回收的最小颗粒直径 假设颗粒处于Stokes区 验证Rep 2 2 完全回收20 m的颗粒 求多层降尘室的层数及板间距 例 拟采用降尘室除去常压炉气中的球形尘粒 降尘室的宽和长分别为2m和6m 气体处理量为1标m3 s 炉气温度为427 相应的密度 0 5kg m3 粘度 3 4 10 5Pa s 固体密度 S 400kg m3操作条件下 规定气体速度不大于0 5m s 试求 1 降尘室的总高度H m 2 理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸 3 粒径为40 m的颗粒的回收百分率 4 欲使粒径为10 m的颗粒完全分离下来 需在降尘室内设置几层水平隔板 解 1 降尘室的总高度H 2 理论上能完全出去的最小颗粒尺寸 用试差法由ut求dmin 假设沉降在斯托克斯区 核算沉降流型 原假设正确3 粒径为40 m的颗粒的回收百分率粒径为40 m的颗粒定在滞流区 其沉降速度 气体通过降沉室的时间为 直径为40 m的颗粒在12s内的沉降高度为 假设颗粒在降尘室入口处的炉气中是均匀分布的 则颗粒在降尘室内的沉降高度与降尘室高度之比约等于该尺寸颗粒被分离下来的百分率 直径为40 m的颗粒被回收的百分率为 4 水平隔板层数由规定需要完全除去的最小粒径求沉降速度 再由生产能力和底面积求得多层降尘室的水平隔板层数 粒径为10 m的颗粒的沉降必在滞流区 取33层 板间距为 过滤 主要公式 1 对滤饼过滤 真正有效的过滤介质是 非洗涤板 1 滤框 2 洗涤板 3 滤框 2 非洗涤板 1 不断增厚的滤饼 3 某板框压滤机的框的尺寸为 长 宽 厚 850mm 850mm 25mm 若该机有10块框 其过滤面积约为 m2 14 45 4 过滤操作有 和 两种典型方式 恒压过滤恒速过滤 5 过滤常数K是由 及 决定的常数 介质常数qe是反映 的常数 特定物料过滤压强差过滤介质阻力大小 6 推导过滤基本方程式的一个最基本依据是 滤液通过滤饼时呈湍流流动 假定滤渣大小均一 滤液通过滤饼时呈层流流动 假设过滤介质的阻力可忽略不计 7 板框压滤机中横穿洗涤法的洗涤速率与最终过滤速率的关系为 p 在过滤最终与洗涤相同 D 8 在恒压过滤操作中 忽略过滤介质的阻力 且过滤面积恒定 则所得的滤液量与过滤时间的 次方成正比 而对一定的滤液量则需要的过滤时间与过滤面积的 次方成反比 A 1 2 2 B 2 1 2 C 1 1 2 D 1 2 1A 在恒定压差下用尺寸为635 635 25mm的一个滤框 过滤面积为0 806m2 对某悬浮液进行过滤 已测出过滤常数K 4 10 6m2 s 滤饼体积与滤液体积之比为0 1 设介质阻力可略 求1 当滤框充满滤饼时可得多少滤液 2 所需过滤时间 用板框压滤机在9 81 104pa恒压差下过滤某种水悬浮液 要求每小时处理料浆8m3 已测的1m3滤液可得滤饼0 1m3 过滤方程式为 单位为s 求 过滤面积A 恒压过滤常数K qe A 5 782m2 K 5 10 4m3 s 2Ve 1m3 Ve 0 5m3 传热 主要公式 1 定态传热过程中 通过多层圆筒壁各层的热量相等 通过各层的热通量 热流密度 2 在包有两层相同厚度的保温材料的圆形管道上 应该将 材料包在内层 其原因是 绝热性能好的热阻增大 传热速率减小 不相等 3 无相变时流体在圆形直管中作强制湍流传热 在 0 023 diRe0 8Prn公式中 n是为校正 的影响 当流体被加热时 n取 被冷却时n取 热流方向0 40 3 4 蒸汽冷凝现象有 冷凝和 冷凝 工业上冷凝器都是按 冷凝来设计 大容积液体沸腾现象有 和 工业上的沸腾装置一般是按 沸腾来设计 膜状滴状膜状核状沸腾膜状沸腾核状沸腾 5 在列管式换热器中 用饱和蒸汽加热空气 此时传热管的壁温接近 的温度 总传热系数K接近 的对流给热系数 蒸汽空气 6 强制对流 无相变 流体的对流给热系数关联式来自 D 理论方法B 因次分析法C 数学模型法D 因次分析和实验相结合的方法 7 对流给热速率 系数 推动力 其中推动力是 B A两流体的温度差B流体与壁面 或反之 间的温度差C同一流体的温度差D流体的速度差 8 在蒸汽 空气间壁换热过程中 为强化传热 在工程上可采用 不能采用 A 提高蒸汽流速B 提高空气流速C 提高蒸汽压强 9 冷热水通过间壁换热器换热 热水进口温度为90 出口温度为50 冷水进口温度为15 出口温度为53 冷热水的流量相同 且假定冷热水的物性相同 则热损失占传热量的 40 38 40 5 10 某套管式换热器的管子规格为 25 2 5 管长为3m 则基于外表面积的传热面积为 m2 A 0 0252 3 B 0 025 3 C 0 020 3 某列管式冷凝器的列管规格为 25mm 2 5mm 有机蒸汽在管外冷凝 管内通冷却水 冷却水的流量为2 5kg s 在新使用时 冷却水的进 出口温度分别为20 和30 使用一段时间后 由于生成垢层 在冷却水进口温度和流量不变的情况下 冷却水的出口温度降为26 已知基于外表面的传热面积为16 5m2 有机蒸汽的冷凝温度为80 求水垢层的热阻 新 旧 新使用 80 80 30 20 一段时间后 80 80 26 20 新使用 80 80 30 20 一段时间后 80 80 26 20 50 60 54 60 有一套管换热器 内管为 54mm 2mm 外管为 116mm 4mm的钢管 现用120 的饱和水蒸汽加热苯 将苯由50 加热至80 苯在内管中以4000kg h的流量流动 试求 1 加热蒸汽消耗量 2 所需套管的有效长度 3 由于某种原因 加热蒸汽的温度降为110 苯的出口温度将变为多少 假设 苯不变 已知 在50 80 范围内 苯的物性为 p 1 86kJ kg 钢的导热系数为45W m 苯侧的对流传热系数 苯 980W m2 120 时水蒸汽冷凝潜热 2205kJ kg 蒸汽侧对流传热系数 汽 10000W m2 壁两侧垢层热阻及换热器热损失均可忽略 加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出 蒸汽 120 120 80 50 苯 qmc 4000kg h qmhkg h 1 加热蒸汽消耗量 2 所需套管的有效长度 3 加热蒸汽的温度降为110 时 苯的出口温度 蒸汽 T T t2 t1 苯 qmc 新使用 一段时间后 吸收 主要公式 A 1 1 吸收操作的依据是 以达到分离气体混合物的目的 各组分在同一种溶剂中溶解度的差异 2 在常压下 20 时 氨在空气中的分压为15 2kPa 与之平衡的氨水浓度为15kgNH3 100kgH2O 此时m 3 双膜理论是将整个相际传质过程简化为 经由气 液两停滞膜层的分子扩散过程 4 当吸收质在液相中的溶解度甚大时 吸收过程主要受 控制 此时 总传质系数Ky近似等于 提高吸收速率 则应该设法减小 或增大 举例 气膜ky气膜阻力气相的湍动程度用水吸收氨 5 某吸收塔中 物系的平衡线方程为y 2 0 x 操作线方程为y 3 5x 0 001 当y1 0 06 y2 0 0020时 x1 x2 L G 气相传质单元数NOG 0 016850 0002863 56 79 6 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 A A xe x B x xe C xi x Dx xi 7 根据双膜理论 当被吸收组分在液体中溶解度很小时 以液相浓度表示的总传质系数 B A大于液相传质分系数B 近似等于液相传质分系数C 小于气相传质分系数D 近似等于气相传质分系数