化工原理复习题要点

名词解释1.单元操作：在各种化工生产过程中，除化学反应外的其余物理操作。如流体的流动与输送，沉降，过滤，传热，蒸发，结晶等。真空度：当被测流体的绝对压强小于外界大气压强时，真空表的数值。它表示所测压力的实际值比大气压力低多少，即真空度＝大气压强－绝对压强=－表压强3.牛顿流体：符合牛顿黏性定律的液体称之为牛顿流体。所有气体和大多数低相对分子质量液体均属于牛顿流体，如水、空气等4.层流流动：是流体两种基本流动形态之一，当管内流动的Re<2000时，流体质点在管内呈平行直线流动，无不规则运动和相互碰撞及混杂。5.理想流体：粘度为零的流体。实际自然中并不存在，引入理想流体的概念，对研究实际流体起重要作用。6.泵的特性曲线：泵在一定的转速下，压头、功率、效率与流量之间的关系曲线。7.流体边界层：当流体流经固体壁面时，由于流体具有黏度，在垂直于流体流动的方向上流速逐渐减弱，受壁面影响而存在速度梯度的流体层。8.泵的工作点：泵的特性曲线和管路特性曲线的交点。9.泵的安装高度：泵的吸入口轴线与贮液槽液面间的垂直距离（Zs,m）。泵的安装高度直接影响到泵的吸液性能。，Hfs变化不大，Pa一定，Ps越小，安装高度越大。10.泵的压头：也称泵的扬程，是泵给予单位重量(1N)液体的有效能量，其单位为m。,（m）11.边界层分离：当流体沿曲面流动或流动中遇障碍物时，不论是层流或湍流，会发生边界层脱离壁面的现象。12.完全湍流区：λ-Re曲线趋于水平线，及摩擦系数λ只与ε/d有关，而与Re准数无关的一个区域，与hf成正比，所以又称阻力平方区。13.风压HT：单位体积（1m3）的气体流过通风机所获得的机械能，其单位为Pa(J/m3或N/m2)，习惯上还用mmH2O表示。14.沿程阻力：是流体流经一定管径的直管时，由于流体内摩擦而产生的阻力，这种阻力的大小与路程长度成正比，或称为直管阻力。15.局部阻力：主要是由于流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力。16.当量直径：非圆形管的直径用4倍的水力半径来代替，称当量直径，以de表示，即de=4rH=4×流通截面积/润湿周边长。17.汽蚀现象：当吸上真空度达最大值（泵的入口压强等于或小于输送温度下的饱和蒸汽压）时，液体就要沸腾汽化，产生大量汽泡，汽泡随液流进入叶轮的高压区而被压缩，迅速凝成液体，体积急剧变小，周围液体就以极高速度冲向原汽泡所占空间，产生极大的冲击频率和压强，引起震动和噪音，材料表面由点蚀形成裂纹，致使叶片受到严重损伤。18.滤饼：在过滤操作中，被截留在过滤介质上方的由固体颗粒堆积而成的床层称为滤饼。19.助滤剂：为了减少可压缩滤饼的流动阻力，有时将某种质地坚硬而能形成疏松饼层的另一种固体颗粒混入悬浮液或预涂于过滤介质上，以形成疏松饼层，使滤液得以畅流。这种预混或预涂的粒状物质称助滤剂。20.床层空隙率：单位体积床层中的空隙体积，表示床层的疏密程度。过滤速度：单位时间通过单位过滤面积的滤液体积（过滤速率：单位时间的滤液体积）。22.自由沉降：粒子浓度较低时，颗粒间无相互干扰且不受器壁影响的沉降。23.过滤常数：由物料特性及过滤压强差所决定的常数。K=2k∆p1-S,单位m2/s。24.过滤介质：过滤介质是滤饼的支承物，它应具有足够的力学强度和尽可能小的流动阻力，同时，还应具有相应的耐腐蚀性和耐热性。25.过滤介质当量滤饼厚度：（Ve：过滤介质的当量滤液体积，v：滤饼体积与相应的滤液体积之比）26.临界粒径：是理论上的能被完全分离下来的最小颗粒直径，是判断旋风分离器分离效果的重要依据之一。27.分离因数：离心力与重力之比，以Kc表示。作为衡量离心机（R为转鼓半径）分离能力的尺度。28.对流传热系数：其物理意义为单位时间内，壁面与流体的温差为10C(K)时，单位面积的传热量。是表明对流传热强度的一项特性值。29.导热系数：数值等于单位温度梯度单位面积上所传导的热量，是表示物质导热能力的物性参数，单位为W/（m.0c）；其随物质的组成结构、密度、湿度、压强和温度而变化；由傅里叶定律：。30.黑体：能完全吸收辐射能，即吸收率A=1的物体，称为黑体或绝对黑体。31.白体：能全部反射辐射能，即反射率R=1的物体，称为镜体或绝对白体。32.透热体：能透过全部辐射能，即透过率D=1的物体。一般单原子气体和对称的双原子气体是为透热体。33.灰体：凡能以相同的吸收率且部分地吸收所有波长范围的辐射能的物体。灰体的吸收率不随辐射线的波长而变，是不透热体。灰体是理想物体，大多数的工程材料都可视为灰体。34.总传热系数：单位为W/（m2.0C）物理意义为间壁两侧流体温度为10C(K)时，单位时间内通过单位间壁面积所传递的热量。35.热阻：总热阻等于两侧流体的对流传热热阻、污垢热阻及管壁热传导热阻之和。36.黑度：任一物体的辐射能力E与黑体全部辐射能力Eb之比（E/Eb），用ε表示。37.牛顿冷却定律：即对流传热速率方程，表示为：dQ=α（tw-t）dS。38.斯蒂芬-波尔茨曼定律：表明黑体的辐射能力仅与热力学温度的四次方成正比。其表达式为：（σ0为黑体的辐射常数，C0为黑体的辐射系数）。39.膜状冷凝：若冷凝液能够湿润壁面，则在壁面上形成一层完整的液膜，称膜状冷凝。40.克希霍夫定律：表明任何物体的辐射能力和吸收率的比值恒等于同温度下黑体的辐射能力，即仅和物体的绝热温度有关。其数学表达式为：。41.普朗克定律：表示黑体的单色辐射能力Ebλ随波长和温度变化的函数关系。根据量子理论推导出其数学表达式为：（T为黑体的热力学温度K，e自然对数的底数，C1、C2

为常数）。42.单效蒸发：将二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝热的操作称为单效蒸发。43.多效蒸发：将二次蒸汽引到另一台蒸发器作为加热蒸汽，以利用其冷凝热，这种串联的蒸发操作称为多效蒸发。44.生蒸汽：蒸发的加热蒸汽。45.蒸发器的生产强度：指单位传热面积上单位时间内蒸发的水量，用U表示，单位为Kg/（m2..h）即U=W/S。蒸发强度是评价蒸发器性能的重要指标。46.单位蒸汽消耗量：蒸发1Kg水分时加热蒸汽的消耗量；，单位为KJ/Kg；是衡量蒸发装置经济程度的指标。47.蒸发量：蒸发量W=F（1—X0/X1）单位Kg/h。其中F为原料液的流量Kg/h，X0为原料液的质量分数，X1为完成液的质量分数。填空1.泵的主要性能参数：（流量

）（

压头

）（

轴功率）（

效率

）（

转速

）。2.泵按其工作原理和结构特征可分为（

叶片式）（容积式

）（其他式）。3.按度量压力的基准（零点）的不同，压力有三种不同的名称，即（表压强）（绝对压强）（真空度）。4.计算局部阻力的方法有（阻力系数法）和（当量长度法）两种方法。5.管内液体流动时，在摩擦系数湍流区，摩擦系数λ与（管壁粗糙度）和（雷诺数）有关。6.流体在管内作湍流流动时，从管中心到管壁的流体层可以分为（主流层）（缓冲层）（层流内层）。7.离心泵的流量调节一般有三种方法：（改变阀门开度）（改变泵的转速）（改变叶轮直径）8.测量流量及流速的常用仪器有（测速管）（孔板流量计）（转子流量计）等几种。9.雷诺实验揭示流体流动有（层流）和（湍流）两种截然不同的流体类型。10.离心泵的特性曲线由（η-Q）（H-Q）（N-Q）曲线三条曲线组成。11.离心泵的压头是泵给予（单位重量液体）的有效能量，它的单位是（m或J/N）。12.离心泵安装在一定管路上，其工作点是(泵的特性曲线)和(管路特性曲线)的交点。13.离心泵的安装高度超过（允许安装高度）时，离心泵可能发生（汽蚀现象）。14.由流体在管内流动阻力的外因不同，可分为（沿程阻力）和（局部阻力）两种阻力。15.离心泵一般用（阀门）调节流量，容积式泵一般用（安装支路阀）调节流量。16.

牛顿冷却定律的数学表达式为(

Q=αs

Δt），对流传热系数的单位为（

w/c㎡

·℃）17.传热的基本方式有（

传导

）（对流

）（

热辐射

）三种。18.工业上过滤压力差可来源于（悬浮液本身的液柱压强差）（在悬浮液表面加压

）（利用离心力）（过滤介质下方抽真空）四个方面19.按过滤推动力的不同，过滤操作可分为（重力过滤分离）（离心过滤分离）（加压过滤分离）（真空过滤分离）20.典型过滤的操作程序分为（过滤）（滤饼洗涤）（滤饼干燥）（滤饼卸除）四个阶段21.在过滤操作中，除恒压过滤以外，还有（恒速过滤）和（先恒速后恒压过滤）22.常见的管式换热器有（蛇管式）（套管式）（管壳式换热器）等几种类型23.对流传热可用（牛顿冷却）定律来描述，其表达式为（Q=αsΔt），对流传热系数的单位为（w/c㎡·℃）24.一套管式换热器，在其他条件不变的情况下，增加一侧的流速，其传热速率一般应（增大），因为（对流传热系数增大）25.总传热速率方程为（K=Q/sΔt），平均温度差计算式为（）26.在辐射传热中，同一温度下物体的（吸收率）和（黑度）在数值上是相等的。27.板式换热器的金属板面冲压成凸凹波纹，其作用是（使流体匀速流过板面）（增加传热面积）（促使流体湍流，有利于传热）28.列出三种常见的过滤设备的名称（板框压滤机）（加压叶滤机）（转简真空过滤机）29.过滤介质按其形态可分为（织物介质）（堆积介质）（多孔固体介质）三种类30.在饼层过滤之初，过滤介质上可能发生（架桥）现象，通常只有在（滤饼）形成之后才能进行有效过滤。31.板框压滤机的基本过滤单元由（洗涤板）（过滤板）（滤框）32.恒压过滤方程式为（V2+2VVe=KA2

θ），K称为（过滤常数）33.压缩机理想工作循环的四个过程（吸气）（压缩）（排气）（瞬时降压）34.根据分离方式，离心机可以分为（过滤式）（沉降式）（分离式）三种基本类型35.低黏度流体在圆形直管内强制湍流时的对流传热系数关联式为（），普兰特准数为（）36.常见板式换热器有（夹套式）（板式）（螺旋板式）等几种类型37.沉降是利用（分散相）和（连续相）的密度差异，使（分散）相对于（连续相）运动而实现分离的操作，按其作用了分为（重力沉降）（离心沉降）38.重力沉降设备的理论生产力只与（沉降速度）和（沉降面积）有关39.间壁式换热器从构造上可分为（管式）和（板式）两大类40.蒸发装置的温差损失由（溶液蒸汽压下降）（加热管内液柱静压强）（管路流动阻力）三方面引起。41.蒸发器主要有（加热室）和（分离室）两部分组成。42.蒸发操作得以持续进行的条件为（热能的连续供应）和（二次蒸汽的不断排出）43.试列举四种常见蒸发器的名称（中央循环管式蒸发器）（悬框蒸发器）（外热式蒸发器)）（强制循环蒸发器)44.多效蒸发操作流程，按加料方法的不同有（并流加料）（逆流加料）（平流加料）三种不同的操作方式。45.蒸发器常见的类型有（非膜式）（膜式）（直接加热）等。46.升膜式蒸发器的液膜式是在蒸发器的底部由（二次蒸汽）带动上升，降膜式蒸发器的料液分布器的作用是（使溶液在壁上均匀布膜）和（二次蒸汽由加热管顶端直接窜出）47.蒸发器加热蒸汽的热量可能用于（加溶液加热至沸点）（将水分蒸发为蒸汽）（向周围散失的热量）。48.板框式压滤机的洗涤流程长度是过滤的约（2倍），洗涤速率是过滤终了时速率的（1/4）49.旋风分离器的圆筒直径越大，（临界粒径）也愈大，即分离效果愈差，若气体处理量很大，宜将多个小尺寸的旋风分离器（并联）使用，以维持较高的分离效率。50.随传热温差的增大，大容器内液体沸腾要经历（自然对流）（泡状沸腾）（膜状沸腾）（稳定膜状沸腾）四个阶段。51.有热补偿作用的列管式换热器有固定管板式（U形换热器）（浮头式换热器）等形式。52.应用对流传热系数关联式时，需要注意关联式的（定性温度）（特性尺寸）（应用范围）53.提高总传热系数的方法有（减小管壁厚度）（增加湍流程度）（清除污垢）等54.单层平壁热传导计算式为（），其传热热阻为（）简答题1.试写出柏努利方程并说明其表达的意义。理想流体在管路中作定态流动而又无外功加入时，在任意截面上单位质量流体所具有的总机械能相等，及，换言之，各种机械能之间可以相互转化，而其总量不变。2.试述离心泵的主要性能参数及离心泵的性能特点。流量Vs是指单位时间内排到管路系统的液体体积。压头H是指离心泵对单位重量(1N)液体所提供的有效能量。单位J/N或m效率η是反映泵中能量损失大小的参数。有效功率与轴功率之比。有效功率Pe是指单位时间内流体从泵的叶轮所获得的能量。轴功率P是指由电动机输入泵轴的功率。离心泵的性能特点：流量增大，压头缓慢减小：可在排出管路安装阀门调节流量。当流量为零时，功率最小；离心泵启动时，应关闭出口阀。有泵的最高效率点，是泵运转的最佳工况点，也是泵的设计工况点。泵在此点操作时，机械能损失最小。3.何谓泵的工作点，泵的工作点应在什么范围较合适。在同一图上画出泵的特性曲线和管路特性曲线，交点M为泵的工作点。使工作点恰好位于该泵最高效率点附近范围内，这是选泵的主要原则。在此点，H=He,q=qe泵的特性曲线是泵本身所固有的性能关系曲线，它与管路系统无关。但是，当泵与一定的管路系统相连接并运转时，实际的工作压头和流量不仅与泵本身的性能有关，还与管路特性有关。泵和管路相互制约，其工作性能参数不仅要符合泵的特性曲线，还要满足管路特性曲线。管路特性曲线是在管路条件(即系统进出口压强，升扬高度，管长，管径，管件型式、大小、个数，阀门开启度等)一定的情况下，管路系统中被输送液体的流量与流过这一流量所必需的外加能量的关系。在图示的两截面间列柏努利方程：若流体在管路中的流动进入阻力平方区，λ为常数，可得：管路特性方程(抛物线方程)：He=K+BQ2在同一图上画出泵的特性曲线和管路特性曲线，交点M为泵的工作点。使工作点恰好位于该泵最高效率点附近范围内，这是选泵的主要原则。离心泵和容积式泵的性能特点及操作要点有何不同。根据如图所示的离心泵的性能曲线，由压头—流量曲线可知，离心泵有随着流量增大，压头缓慢减少的性能特点。操作时可在排出管路安装阀门来调节流量，如此调节流量，离心泵压头变化不大。由轴功率—流量曲线可知，当流量为零时，离心泵的轴功率最小，因此离心泵启动时，应关闭出口阀门，以避免电机启动时过载。容积式泵的理论流量为常熟，压头—流量特性曲线为铅垂线，即容积式泵的流量与压头没有直接关联，泵所发出的压头大小取决于泵外系统的需要。因为容积式泵流量的恒定不变，如果采取出口阀门来调节流量，则在阀门关小的同时，压头随之升高至泵的强度和原东极功率所不能允许的程度，以致最后引起破坏。所以，容积式泵一般采用安装支路阀来调节流量，而且启动时也不能关闭出楼阀门。5.论述流体边界层的形成、发展及分离。边界层的形成：速度为u的均匀流平行流经固体壁面时，与壁面接触的流体，因分子附着力而静止不动，壁面附近的流体层，由于流体粘性而减速，此减速效应将沿垂直于壁面的流体内部方向逐渐减弱。在离壁面一定距离δ处，流速已接近于均匀流的速度us，在此层内存在速度梯度。边界层的发展：随着流体地向前运动，摩擦力的持续作用使得更多的流体层速度减慢，边界层的厚度随自平板前缘的距离的增加而逐渐变厚。边界层的分离：当流体沿曲面流动或流动中遇障碍物时，不论是层流或湍流，会发生边界层脱离壁面。1.试画图说明悬浮液过滤操作的基本原理及有关操作的名称术语。过滤是以某种多孔物质为过滤介质，在外力作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、液分离的操作。过滤操作采用的多孔物质称为过滤介质，所处理的悬浮液称为滤浆或料浆，通过多孔通道的液体成为滤液，被截留的固体物质称为滤饼或滤渣。实现过滤操作的外力可以是重力、压强差或惯性离心力。2.试以常用过滤设备为例，解释说明典型过滤操作的4个阶段。典型的过滤操作分为四个阶段：过滤滤饼洗涤滤饼干燥滤饼卸除过滤操作时，悬浮液在压差推动下经滤浆通道由滤框角端的暗孔流入框内，滤液穿过滤框两侧滤布，再经邻板板面流到滤液出口排出，固体则被截留于框内。滤饼充满滤框后，停止过滤。将洗水压入待洗涤滤饼，洗水经洗涤板角端的暗孔进入板面与滤布之间。此时，洗涤板下部的滤液出口是关闭的，洗水便在压差推动下穿过整个厚度的滤饼及滤框两侧的两层滤布，最后由过滤板下部的滤液出口排出。EQ\o\ac(○,4)洗涤结束后，旋开压紧装置并将板框拉开，卸出滤饼，清洗滤布，清洗完成后从新组装过滤机，进入下一个操作循环。3.试述过滤介质的作用和其性能的基本要求和常见类型。过滤介质起着支撑滤饼的作用，对其基本要求是具有足够的机构强度和尽可能小的流动阻力，同时，还应具有相应的化学稳定性、耐腐蚀性和耐热性。常见类型：（1）织物介质：又称滤布。指由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物，以及由玻璃丝、金属丝等织成的网。这类介质能截留颗粒的最小直径为5~65微米。在工业上应用最为广泛。（2）堆积介质：由各种固体颗粒（砂、木炭、石棉、硅藻土）或非编制纤维等堆积而成，多用于深床过滤中。（3）多孔固体介质：具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多孔塑料记多孔金属制成的板或管。能截留1~3微米的细微颗粒。（4）多孔膜：用于膜过滤的各种有机高分子膜和无机材料膜。广泛使用的是粗醋酸纤维素和芳香聚酰胺系两大类有机高分子膜。4.何为旋风分离器的临界粒径，为什么要用小尺寸的旋风分离器。理论上能被完全分离的最小颗粒直径，它是判断旋风分离器的效果的重要依据之一。临界粒径临界dc越小，说明旋风分离器性能越好。由于旋风分离器的其他尺寸均与D成一定比例，临界直径随分离器的尺寸增大而加大，因此大尺寸的旋风分离器的分离效果较小尺寸的差。所以当气体的处理量很大时，常将若干个小尺寸的旋风分离器并联使用。1.简述影响对流传热系数的因素及求取对流传热系数的方法。影响对流传热系数的因素有：流体种类、相变化情况、流体的特性、流体的温度、流体的流动状态、流体流动原因、传热面的形状，位置及大小。工程上常用因次分析法，将众多的影响因物理方程中各项的因次相等数组合成若干无因次数群（准数），然后再用实验确定这些准数间的关系，即得到不同情况下求算a的关联式。因次分析的基础：（1）因次一致性-物理方程中各项的因次相等（2）任何函数可用-幂函数近似表示。2.在套管换热器内两流体均变温，试比较逆流传热和顺流传热的差异。变温传热时，若流体的相互流向不同，则对温度差的影响也不相同。在换热器中，两流体若沿不相同的方向流动，称为逆流。若沿相同方向流动，则称为顺流。逆流操作的优点：①加热时，若冷流体的初温、终温、处理量以及热流体的初温一定，由于逆流时热流体的终温有可能小于冷流体的终温，故其热流体消耗量有可能小于并流。②相同传热量，若热、冷流体消耗量相同，由于逆流的对数平均温差大于并流，故所需的传热面积必小于顺流。3.试述影响换热器传热能力的因素及提高传热量的方法途径。影响因素：1.结构不合理，冷或热流体不能与换热面充分接触，热换热面本身局部温差大，即换热面没能充分利用。2.换热面材质选用不当，传热系数小，热阻大。3.运行维护不好，换热面结垢影响传热。4.换热面两侧的流体或其中一侧流速低，引起壁面流体滞留层过厚，影响热交换。5.冷源温度不够低，热源温度不够高，冷热温差小，与设计要求不符，换热率低。提高传热量1.增大传热面积S，采用翅片或螺旋翅片管。的方法途径：2.增大传热温差∆tm受工艺条件限制，采用逆流。3.提高热传热系数K（减小热阻），减小管壁厚，增大λ；增大湍流程度，增大α值；清除污垢。4.试述逆流高位冷凝器的原理，为何必须有一定高度的气压管。5.试分别解释三个以上传热系数。总传热系数：它表示单位传热面积，冷热流体单位传热温度差下的传热效率。它反映了传热过程的强度。对流传热系数：其定义式其物理意义为单位时间内壁面与流体的温差为1°C时，单位面积的传热量。是表明对流传热强度的一项特性值，它不是流体的物性，但与流体的物性及其它众多因素有关。辐射传热系数：1.画出三效逆流式蒸发的操作流程示意图并说明其操作特点。操作特点：（1）原料