陈敏恒化工原理课后思考题答案

第一章流体流动问题1.什么是连续性假定?质点的含义是什么?有什么条件?答1．假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。问题2.描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?答2．前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。问题3.粘性的物理本质是什么?为什么温度上升,气体粘度上升,而液体粘度下降?答3．分子间的引力和分子的热运动。通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主；温度上升，热运动加剧，粘度上升。液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。问题4.静压强有什么特性?答4．静压强的特性：①静止流体中任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；③压强各向传递。问题5.图示一玻璃容器内装有水，容器底面积为8×10-3m2，水和容器总重10N。(1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向)；(2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少？哪一侧的压力大？为什么？题5附图题6附图答5．1）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下大。2）内部压强p=ρgh=1000×9.81×0.5=4.91kPa；外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa内部压强4.91kPa。因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。问题6.图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一U形压差计，读数分别为R1、R2，两压差计间用一橡皮管相连接，现将容器A连同U形压差计一起向下移动一段距离，试问读数R1与R2有何变化？(说明理由)答6．容器A的液体势能下降，使它与容器B的液体势能差减小，从而R2减小。R1不变，因为该U形管两边同时降低，势能差不变。问题7.为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好?答7．由静力学方程可以导出Δp=H(ρ冷-ρ热)g，所以H增加，压差增加，拔风量大。问题8.什么叫均匀分布?什么叫均匀流段?答8．前者指速度分布大小均匀；后者指速度方向平行、无迁移加速度。问题9.伯努利方程的应用条件有哪些?答9．重力场下、不可压缩、理想流体作定态流动，流体微元与其它微元或环境没有能量交换时，同一流线上的流体间能量的关系。问题10.如图所示，水从小管流至大管，当流量V、管径D、d及指示剂均相同时，试问水平放置时压差计读数R与垂直放置时读数R’的大小关系如何？为什么？.(可忽略粘性阻力损失)答10．R=R’，因为U形管指示的是总势能差，与水平放还是垂直放没有关系。题10附图题11附图问题11.理想液体从高位槽经过等直径管流出。考虑A点压强与B点压强的关系，在下列三个关系中选择出正确的：(1)pBpA(2)pB=pA+ρgH(3)pBpA答11．选（1）pBpA；因为管道出口通大气，出口压力等于pA，而B处的位置比出口处高，所以，压力较低。问题12.层流与湍流的本质区别是什么?答12．是否存在流体速度u、压强p的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。问题13.雷诺数的物理意义是什么?答13．惯性力与粘性力之比。问题14.何谓泊谡叶方程?其应用条件有哪些?答14．△P=32μuL/d2。不可压缩流体在直圆管中作定态层流流动时的阻力损失计算。问题15.何谓水力光滑管?何谓完全湍流粗糙管?答15．当壁面凸出物低于层流内层厚度，体现不出粗糙度过对阻力损失的影响时，称为水力光滑管。在Re很大，λ与Re无关的区域，称为完全湍流粗糙管。问题16.非圆形管的水力当量直径是如何定义的?能否按uπde2/4计算流量?答16．定义为4A/Π。不能按该式计算流量。问题17.在满流的条件下，水在垂直直管中向下流动，对同一瞬时沿管长不同位子的速度而言，是否会因重力加速度而使下部的速度大于上部的速度?答17．因为质量守恒，直管内不同轴向位子的速度是一样的，不会因为重力而加快，重力只体现在压强的变化上。问题18.如附图所示管路，试问：(1)B阀不动(半开着)，A阀由全开逐渐关小，则h1，h2，(h1－h2)如何变化？(2)A阀不动(半开着)，B阀由全开逐渐关小，则h1，h2，(h1－h2)如何变化？题18附图题19附图答18．(1)h1下降，h2下降，(h1-h2)下降；(2)h1上升，h2上升，(h1-h2)下降。问题19.图示的管路系统中，原1,2,3阀全部全开，现关小1阀开度，则总流量V和各支管流量V1,V2,V3将如何变化？答19．qV、qV1下降，qV2、qV3上升。问题20.是否在任何管路中,流量增大阻力损失就增大;流量减小阻力损失就减小?为什么?答20．不一定，具体要看管路状况是否变化。第二章流体输送机械问题1.什么是液体输送机械的压头或扬程?答1．流体输送机械向单位重量流体所提供的能量(J/N)。问题2.离心泵的压头受哪些因素影响?答2．离心泵的压头与流量，转速，叶片形状及直径大小有关。问题3.后弯叶片有什么优点?有什么缺点?答3．后弯叶片的叶轮使流体势能提高大于动能提高，动能在蜗壳中转换成势能时损失小，泵的效率高。这是它的优点。它的缺点是产生同样理论压头所需泵体体积比前弯叶片的大。问题4.何谓气缚现象?产生此现象的原因是什么?如何防止气缚?答4．因泵内流体密度小而产生的压差小，无法吸上液体的现象。原因是离心泵产生的压差与密度成正比，密度小，压差小，吸不上液体。灌泵、排气。问题5.影响离心泵特性曲线的主要因素有哪些?答5．离心泵的特性曲线指Hｅ～qV，η～qV，Pａ～qV。影响这些曲线的主要因素有液体密度，粘度，转速，叶轮形状及直径大小。问题6.离心泵的工作点是由如何确定的?有哪些调节流量的方法?答6．离心泵的工作点是由管路特性方程和泵的特性方程共同决定的。调节出口阀，改变泵的转速。问题7.一离心泵将江水送至敞口高位槽,若管路条件不变,随着江面的上升,泵的压头He,管路总阻力损失Hf,泵入口处真空表读数、泵出口处压力表读数将分别作何变化？答7．随着江面的上升，管路特性曲线下移，工作点右移，流量变大，泵的压头下降，阻力损失增加；随着江面的上升，管路压力均上升，所以真空表读数减小，压力表读数增加。问题8.某输水管路,用一台IS50-32-200的离心泵将低位敞口槽的水送往高出3m的敞口槽,阀门开足后,流量仅为3m3/h左右。现拟采用增加一台同型号的泵使输水量有较大提高,应采用并联还是串联?为什么?答8．从型谱图上看，管路特性曲线应该通过H=3m、qV=0点和H=13m、qV=3m3/h点，显然，管路特性曲线很陡，属于高阻管路，应当采用串联方式。问题9.何谓泵的汽蚀?如何避免汽蚀?答9．泵的汽蚀是指液体在泵的最低压强处(叶轮入口)汽化形成气泡，又在叶轮中因压强升高而溃灭，造成液体对泵设备的冲击，引起振动和腐蚀的现象。规定泵的实际汽蚀余量必须大于允许汽蚀余量；通过计算，确定泵的实际安装高度低于允许安装高度。问题10.什么是正位移特性?答10．流量由泵决定，与管路特性无关。问题11．往复泵有无汽蚀现象？答11．往复泵同样有汽蚀问题。这是由液体汽化压强所决定的。问题12.为什么离心泵启动前应关闭出口阀,而旋涡泵启动前应打开出口阀？答12．这与功率曲线的走向有关，离心泵在零流量时功率负荷最小，所以在启动时关闭出口阀，使电机负荷最小；而旋涡泵在大流量时功率负荷最小，所以在启动时要开启出口阀，使电机负荷最小。问题13.通风机的全风压、动风压各有什么含义?为什么离心泵的H与ρ无关,而风机的全风压PT与ρ有关?答13．通风机给每立方米气体加入的能量为全压，其中动能部分为动风压。因单位不同，压头为m，全风压为N/m2，按ΔP=ρｇｈ可知ｈ与ρ无关时，ΔP与ρ成正比。问题14.某离心通风机用于锅炉通风。如图a、b所示,通风机放在炉子前与放在炉子后比较,在实际通风的质量流量、电机所需功率上有何不同?为什么?题14附图答14．风机在前时，气体密度大，质量流量大，电机功率负荷也大；风机在后时，气体密度小，质量流量小，电机功率负荷也小。第三章液体搅拌问题1.搅拌的目的是什么?答1．混合(均相)，分散(液液，气液，液固)，强化传热。问题2.为什么要提出混合尺度的概念?答2．因调匀度与取样尺度有关，引入混合尺度反映更全面。问题3.搅拌器应具备哪两种功能?答3．①产生强大的总体流动，②产生强烈的湍动或强剪切力场。问题4.旋浆式、涡轮式、大叶片低转速搅拌器,各有什么特长和缺陷?答4．旋桨式适用于宏观调匀，而不适用于固体颗粒悬浮液；涡轮式适用于小尺度均匀，而不适用于固体颗粒悬浮液；大叶片低转速搅拌器适用于高粘度液体或固体颗粒悬浮液，而不适合于低粘度液体混合。问题5.要提高液流的湍动程度可采取哪些措施?答5．①提高转速。②阻止液体圆周运动，加挡板，破坏对称性。③装导流筒，消除短路、消除死区。问题6.大小不一的搅拌器能否使用同一根功率曲线?为什么？答6．只要几何相似就可以使用同一根功率曲线，因为无因次化之后，使用了这一条件。问题7.选择搅拌器放大准则时的基本要求是什么?答7．混合效果与小试相符。第四章流体通过颗粒层的流动问题1.颗粒群的平均直径以何为基准?为什么?答1．颗粒群的平均直径以比表面积相等为基准。因为颗粒层内流体为爬流流动，流动阻力主要与颗粒表面积的大小有关。问题2.数学模型法的主要步骤有哪些?答2．数学模型法的主要步骤有①简化物理模型②建立数学模型③模型检验，实验定模型参数。问题3.过滤速率与哪些因素有关?答3．过滤速率u=dq/dτ=ΔP/rφμ(q+qe)中，u与ΔP、r、φ、μ、q、qe均有关。问题4.过滤常数有哪两个?各与哪些因素有关?什么条件下才为常数?答4．K、qe为过滤常数。K与压差、悬浮液浓度、滤饼比阻、滤液粘度有关；qe与过滤介质阻力有关。恒压下才为常数。问题5.τopt对什么而言?答5．τopt对生产能力(Q=V/Στ)最大而言。Q在V～τ图上体现为斜率，切线处可获最大斜率，即为τopt。问题6.回转真空过滤机的生产能力计算时,过滤面积为什么用Ａ而不用Ａφ？该机的滤饼厚度是否与生产能力成正比？答6．考察方法是跟踪法，所以过滤面积为Ａ，而φ体现在过滤时间里。不，滤饼厚度δ与eeqqnKq2成正比，例如，转速愈快，生产能力愈大，而滤饼愈薄。问题7．强化过滤速率的措施有哪些？答7．强化过滤速率的措施有①改变滤饼结构；②改变颗粒聚集状态；③动态过滤。第五章颗粒的沉降和流态化问题1.曳力系数是如何定义的?它与哪些因素有关?答1．ζ=FD/(Apρu2/2)。它与Rep(=dpuρ/μ)、ψ有关。问题2.斯托克斯定律区的沉降速度与各物理量的关系如何?应用的前提是什么?颗粒的加速段在什么条件下可忽略不计？答2．ut=d2(ρp-ρ)g/(18μ)。前提Re2。当颗粒dp很小，ut很小时。问题3.重力降尘室的气体处理量与哪些因素有关?降尘室的高度是否影响气体处理量?答3．沉降室底面积和沉降速度。不影响。高度小会使停留时间短，但沉降距离也短了。问题4.评价旋风分离器性能的主要指标有哪两个?答4．分离效率、压降。问题5.为什么旋风分离器处于低气体负荷下操作是不适宜的?锥底为何须有良好的密封?答5．低负荷时，没有足够的离心力。锥底往往负压，若不密封会漏入气体且将颗粒带起。问题6.广义流态化和狭义流态化的各自含义是什么?答6．狭义流态化指操作气速u小于ut的流化床，广义流化床则包括流化床、载流床和气力输送。问题7.提高流化质量的常用措施有哪几种?何谓内生不稳定性?答7．增加分布板阻力，加内部构件，用小直径宽分布颗粒，细颗粒高气速操作。空穴的恶性循环。问题8.气力输送有哪些主要优点?答8．①系统可密闭；②输送管线设置比铺设道路更方便；③设备紧凑，易连续化、自动化；④同时可进行其他单元操作。第六章传热问题1.传热过程有哪三种基本方式?答1．直接接触式、间壁式、蓄热式。问题2.