化工原理(上册)课件

化工原理（上册）复习总结一、问答题1、为什么不能用当量直径的方法来计算非圆形管子或设备的截面积？答：当量直径的计算方法，完全是经验性的，而且有很大的局限性。例如：滞流时应用当量直径计算阻力的误差就比较大，用于矩形时，其截面积的长宽之比不能超过3∶1。而且最初只是用它来计算非圆形截面管子或设备的直径，不能随意推广用其计算非圆形截面管子或设备的截面积。例如：一外管内径为d1、内管外径为d2的套管环隙，其当量直径de=d1-d2。若用(d1-d2)做直径来计算该环隙截面积，则为，而实际上该环隙的截面积应为。二者显然不等。所以在范宁公式、泊谡叶方程以及Re数中的流速都是指流体的真实流速，而不能用当量直径de来计算，只是式中直径的可用当量直径de代之。2.离心泵的特性曲线H－Q与管路的特性曲线He－Qe有何不同？二者的交点意味着什么？答：将离心泵的基本性能参数之间的关系描绘成图线称为离心泵的特性曲线。这里讨论的是其中的一条H－Q曲线。它表明转速一定时，离心泵的流量和该流量下泵的能提供的压头即做功本领之间的对应关系。该曲线由生产厂家测定并提供，是泵本身固有的特性，它只与泵自身的结构（如叶片弯曲情况、叶轮直径等）、转速有关，而与其所在的管路及其他外界条件无关。所以离心泵的特性曲线图只须注明型号、转速即可。二者的交点M称为泵在该管路上的工作点。意味着它所对应的流量和压头，既能满足管路系统的要求，又能为离心泵所提供，即，。换言之，M点反映了某离心泵与某一特定管路相连接时的运转情况。离心泵只能在这一点工作。3.Re的物理意义Re反映了流体流动中惯性力与粘性力的对比关系，标志着流体流动的湍动程度。4.应用柏努利方程式解题要点１）作图与确定衡算范围

根据题意画出流动系统的示意图，并指明流体的流动方向。定出上、下游截面，以明确流动系统的衡算范围；２）正确选取截面；保证未知量在截面或截面之间３）选取基准水平面；确定两截面上的压强,并要求压强的表示方法一致;４）按照单位一致的原则,确定有关物理量的单位。5.冷热流体通过间壁的传热过程6.非均相分离的目的①收集分散物质；②净化分散介质；③环境保护与安全生产。7、工业上常使用饱和蒸汽做为加热介质而不用过热蒸汽，为什么？答：使用饱和蒸汽做为加热介质的方法在工业上已得到广泛的应用。这是因为饱和蒸汽与低于其温度的壁面接触后，冷凝为液体，释放出大量的潜在热量。虽然蒸汽凝结后生成的凝液覆盖着壁面，使后续蒸汽放出的潜热只能通过先前形成的液膜传到壁面，但因气相不存在热阻，冷凝传热的全部热阻只集中在液膜，由于冷凝给热系数很大，加上其温度恒定的特点，所以在工业上得到日益广泛的应用。如要加热介质是过热蒸汽，特别是壁温高于蒸汽相应的饱和温度时，壁面上就不会发生冷凝现象，蒸汽和壁面之间发生的只是通常的对流传热。此时，热阻将集中在靠近壁面的滞流内层中，而蒸气的导热系数又很小，故过热蒸汽的对流传热系数远小于蒸汽的冷凝给热系数，这就大大限制了过热蒸汽的工业应用。二、填空题1.边界层的形成是液体具有

的结果。答案：粘性分析：由于流体具有粘性，使壁面粘附一层停滞不动的流体层；同样还是因为流体具有粘性，使得静止层流体与其相邻的流体层间产生内磨擦力，导致相邻流体层速度减慢。这种减速作用由壁面附近的流体层依次向流体内部传递，而流速受到壁面影响的这一区域就的我们通常所说的边界层。如果流体没有粘性，就不会润湿壁面，也没有内磨擦力的存在，亦无边界了。2.两个系统的流体力学相似时，雷诺数必相等。所以雷诺数又称作

。答案：相似准数3.用离心泵在两个敞口容器间输液。若维持两容器的液面高度不变，当关小输送管道的阀门后，管道的总阻力将____。

答案：不变分析：在两个液面间列柏努力方程式，因位能、静压能和动能均不变化，所以管道总损失不变；阀门开度减小后，导致局部阻力增大，水量减小，直管阻力减小，总阻力不变化。4.经内径为158mm的钢管输送运动粘度为90mm2/s的燃料油。若保持油品作滞流流动，最大流速不能超过

。答案：1.14m/s分析：令临界雷诺数等于2000，即可求得大速度。解之5.如果管内流体流量增大1倍以后，仍处于滞流状态，则流动阻力增大到原来的

倍。

答案：2分析：由泊谡叶方程知，在滞时流动阻力与流速的一次幂成正比。需注意的是变化前后的流动型态。本例中如果流量增大1倍后，流体不再作滞流流动，则流动阻力不止增大到原来的2倍。6.在滞流区，若总流量不变，规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的

倍。答案：4分析：由泊谡叶方程知：=7.某精馏塔顶操作压强须维持在5.3kPa，若当地气压计的读数为100.6kPa(775mmHg)，塔顶真空表读数应为_____kPa(mmHg)。答案：95.3(715)

三、判断题1.流体静力学基本方程式只适用于己于重力场，其他(如离心场)不适用。()

答案：对分析：流体静力学基本方程式推导的前提是重力场，研究的是流体在重力和压力作用下的平衡规律。由于流体处于相对静止状态，所以流体所受的力只有重力（注意：无离心力等）。在使用该方程式时当然离不开推导过程中重力场这一先决条件。2.在定态流动中，各截面上流体的流速、压强、密度等有关物理量不随时间和位置而变。（）

答案：×分析：这是对定态流动的误解。定态流动要求就某一位置讲，与流动有关的物理量不随时间改变，但各物理量可因位置不同而异3.流体流动的类型有：滞流、湍流和过渡流。（）

答案：×分析：从本质上讲，流体流动只有滞流、湍流两种类种。过渡流并非第3种流型，只是这时流体处于不稳定的过渡状态，可能是滞流、也可能是湍流，或者二者交替出现，要视流体进口段的情况、管壁粗糙度以及周围有无振动等外界条件决定。4.连续性方程所反应的管路各截面上流速的变化规律与管路上是否装有管件、阀门或输送设备等无关。（）

答案：√5.离心泵的轴功率一般随流量增大而增大，当流量为零时，轴功率亦为零。（）

答案：×分析：当流量为零时，从N—Q曲线上可以看到，此时功率最小。所以离心泵在启动前要关闭出口阀门，以防止电动机过载。但流量为零时功率却不为零。那么既然无流量，功率消耗到哪里去了呢？结论是：主要消耗在叶片对液体的撹动上。6.往复泵也可以用安装出口阀门的方法来调节流量。（）答案：×分析：往复泵属正位移泵，其流量与管路特性曲线无关。安装调节阀非但不能改变流量，而且当阀门关闭时会导致缸内压强急剧上升，造成泵体、管路和电机的损坏。所以往复泵一般采取回路调节的方法。第三章一、填空题1、若降尘室的高度增加，则沉降时间

，气流速度

，生产能力

。

答案：增加；下降；不变分析：因沉降距离增加，故沉降时间将增加。降尘室高度的增加使气体在降尘室内的流道截面增大，故气流速度下降。生产能力的计算公式为：

可见，降尘室的生产能力只决定于沉降面积和沉降速度而与降尘室的高度无关。2.选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据是

；

；

。答案：气体处理量，分离效率，允许压降3.通常，

非均相物系的离心沉降是在旋风分离器中进行，

悬浮物系一般可在旋液分离器或沉降离心机中进行。答案：气固；液固4.沉降操作是指在某种

中利用分散相和连续相之间的

差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。沉降过程有

沉降和

沉降两种方式。答案：力场；密度；重力；离心5.在饼层过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是

而不是

。答案：滤饼层；过滤介质6.一降尘室长8m，宽4m，高1.5m，中间装有14块隔板，隔板间距为0.1m。现颗粒最小直径为12m，其沉降速度为0.02m/s，欲将最小直径的颗粒全部沉降下来，则含尘气体的最大流速不能超过

m/s。答案：1.6分析：由降尘室的分离条件

可知m/s

7.用板框式过滤机进行恒压过滤操作，随着过滤时间的增加，滤液量

，生产能力

。答案：增加；不变分析：由恒压过滤方程

可知滤液量随过滤时间的增大而增加。而间歇过滤机的生产能力可知生产能力只与操作周期有关。8.含尘气体在降尘室内按斯托克斯定律进行沉降。理论上能完全除去的粒子，现气体处理量增大1倍，则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为

。答案：分析：降尘室最大处理量与能被完全除去最小颗粒的沉降速度有以下关系

故9.下述说法中正确的是

。A．过滤速率与过滤面积成正比B．过滤速率与过滤面积的平方成正比；C．过滤速率与滤布阻力成反比；D．过滤速率与操作压差的平方成正比；答案：B分析：可由过滤基本方程直接求得10.下面哪个是过滤推动力

。A．液体经过滤机的压强降 B．滤饼两侧的压差；C．介质两侧的压差；D．介质两侧压差加上滤饼两侧压差

答案：D分析：由过滤基本方程的推导可知过滤推动力是指滤饼两侧压差加上介质两侧压差；过滤阻力为滤饼阻力加上介质阻力。11.在降尘室中，尘粒的沉降速度下列因素无关

。A．颗粒的几何尺寸B．颗粒与流体的密度C．流体的水平流速；D．颗粒的形状

答案：C分析：由表面光滑球形颗粒自由沉降速度公式可知答案应为Ｃ12.转筒真空过滤机的洗涤速率与最终过滤速率之比为

。A．1/4；B.1/2;C.1;D.2答案：C分析：属置换洗涤法。

第四章1.“为了节省冷却介质的用量，在设计换热器的过程中，应尽量提高冷却介质的出口温度。”这种说法是否正确？答：不正确。冷却介质的出口温度越高，其用量越小，回收热能的品位也越高，动力消耗也随之减小。但出口温度升高的结果，导致传热推动力即对数平均温差降低，所需传热面积增大，设备费用增大。因此必须从综合角度考虑，全面加以权衡，确定一个适宜的出口温度。对于常用的冷却介质工业水，出口温度不宜过高。还因为工业水中含有许多盐类。如CaCO3、MgCO3、CaS04、MgSO4等。若出口温度过高，上述盐类就会因溶解度减小而析出，附在器壁表面上形成热阻很大的垢层，使传热过程恶化。尽管可以采取在冷却水中添加阻垢剂等化学方法，但至少从目前看，效果很有限。所以无节制了提高冷却介质出口温度的方法是行不通的。设计时常取冷却水进、出口的温度差为5-10℃3、采用错流和折流可以提高换热器的传热效率。()答案：分析：错流和折流的△tm比纯逆流的小，而换热器的传热速率是正比于△tm的。所以采用错流和折流并非为了提高传热速力，而是为了使换热器的结构紧凑、合理。4、对流传热系数是物质的一种物理性质。（）答案：×分析：对流传热系数不仅与物质的物性（如cp、λ、ρ、μ等）有关，而且与流动状态（例如u）有关。所以α并非物质的物理属性

例1用降尘室净化烟气，已知烟气流量为3600m3/h，密度为0.6kg/m3，粘度为0.03mPa.s，尘粒密度为4300kg/m3。要求除去6以上的尘粒。试求：所需的沉降面积；若降尘室底面积为15，则需多少层。

解：（1）设沉降区为层流

验算所需总沉降面积可由生产能力计算公式得

(2)所需层数例2某板框过滤机在恒压下操作，过滤阶段的时间为2h，已知第1h过滤得8m3滤液，滤饼不可压缩，滤布阻力可忽略，试求：（1）第2h可得多少过滤液；（2）过滤2h后用清水2m3（粘度与滤液相近），在同样压力下对滤饼进行横穿洗涤，求洗涤时间；（3）若滤液量不变，仅将过滤压差提高1倍，问过滤时间为多少？（4）若过滤时间不变，仅将过滤压强提高1倍，问滤液量为多少？解：（1）将代入上式，得所以(2)由过滤基本方程由题知

代入得所以故（3）由题意

因为

所以

由题

所以

（4）

所以

例3用泵将贮槽中的石油以40000L/h的流率，经Φ108╳4mm的管子输送到高位槽，如附图所示。两槽的液面差为20M，管子总长（各种阀件的当量长度均计算在内）为450M。试分别计算泵输送15℃和50℃的石油所需的有效功率。设两槽液面恒定不变。15℃和50℃的石油相对密度分别是0.96和0.89,粘度分别为3.43Pa.s和0.187Pa.s。22`

20M

11`解:油在管内的流速为:15℃和50℃时石油的Re数因此,两种情况均为滞流.而因摩擦阻力而引起的压强降如下:15℃时在题条件下,因所以50℃时,在贮槽液面1-1`及高位槽液面2-2`间列柏努力方程式，并取1-1`面为基准面，得：所以

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

所以15℃时，W1=20×9.81+7290=7490J/Kg;50℃时,

所以50℃时，W2=20×9.81+429=625J/Kg;两种温度下石油的质量流率为:15℃时，50℃时,因此泵所需的有效功率为：15℃时，

50℃时输送冷油时泵的附加有效功率为：80.1-6.2=73.9Kw

例4在一套管换热器中用水逆流冷却某种溶液,溶液量为1.4kg/s,比热为2kJ/(kg.K),走内管(规格为φ25×2.5mm),从150℃冷却到100℃。冷却水走套管环隙,从25℃升温至60℃,水的比热为4.18kJ/(kg.K)。1.已知溶液一侧的对流传热系数为1160w/(m2.K),冷却水一侧的对流传热系数为930w/(m2.K)，忽略管壁和污垢的热阻及热损失,求以传热外表面积为基准的总传热系数K和冷却水的用量(kg/h)。2.计算内管的外表面积和管长。

解：溶液放热

Q=WhCp△T=1.4×2×103×(150-100)=1.4×105w

1/Ko=do/(diαi)+1/αo