蔡克霞_过程流体机械复习思考题答案汇总

第一章绪论第二章容积式压缩机

思考题：

1．什么是原动机、工作机、压缩机、泵？并举例说明．

原动机是将流体的能量转变为机械能，用来输入轴功率，如汽轮机、燃气轮机、水轮机等。

工作机是将机械能转变为流体的能量，用来改变流体的状态（提高流体的压力、使流体分离等）与传送流体，如压缩机、泵、分离机等。

将机械能转变为气体的能量，用来给气体增压与输送气体的机械称为压缩机。

将机械能转变为液体的能量，用来给液体增压与输送液体的机械称为泵。

2．按排气压力压缩机又分为哪几类？

按照气体压力升高的程度，又区分为压缩机，鼓风机和通风机等。

3．流体机械按结构分为哪几类？并举例说明．

流体机械按结构可分为两大类，一类是往复式结构的流体机械，另一类是旋转式结构的流体机械。

往复式结构的流体机械主要有往复式压缩机、往复式泵等。这种结构的流体机械具有输送流体的流量较小，而单级压升较高的特点。

旋转式结构的流体机械，这种结构的流体机械具有输送流体的流量大而单级压升不太高的特点。

4．容积式压缩机的工作原理是什么？

容积是压缩机是指依靠改变工作腔来提高气体压力的压缩机。

5．容积式压缩机按其结构可分为哪几类？

按照结构的不同分为往复活赛和回转活塞之分，前者简称“往复式”，后者简称“回旋式”。

6．容积式压缩机的特点是什么？

1、运动机构的尺寸确定后，工作腔的溶剂变化规律也就确定了，因此机器转速的改变对工作腔容积变化规律不发生直接的影响，故机器压力与流量关系不大，工作的稳定性较好；

2、气体的吸入和排出是靠工作腔容积变化，与气体性质关系不大，故机器适应性强并容易达到较高的压力；

3、机器的热效率较高；

4、容积式机器结构较复杂，尤其是往复式压缩机易于损坏的零件多。此外，气体吸入和排出是间歇的，容易引起气柱及管道的振动。

7．简述往复压缩机的工作过程．

被压缩气体进入工作腔内完成一次气体压缩成为一级。每个级由进气、压缩、排气等过程组成，完成一次前述过程称为一个循环。

8．往复压缩机的理论压缩循环与实际压缩循环的区别是什么？（或往复压缩机的理论压缩循环与实际压缩循环的特点是什么？）

1、气体通过进、排气阀时无压力损失，且进、排气压力没有波动，保持恒定；

2、工作腔内无余隙容积，缸内的气体被全部排出；

3、工作腔作为一个孤立体与外界无热交换；

4、气体压缩过程指数为定值；

5、气体无泄漏。

9．画图示意往复压缩机的理论压缩循环指示功的大小，并写出计算式．

10．实际压缩循环的排气量与哪些因素有关？如何提高压缩机的排气量？行程容积如何计算？

11．什么是容积系数？其含义是什么？提高它的方法有哪些？以图说明．

容积系数是气缸容积利用程度，对吸气量的影响。

12．简述采用多级压缩的理由．

1、可以节省压缩气体的指示功；

2、可以降低排气温度；

3、提高容积系数；

4、降低活塞力。

13．采用多级压缩可以省功的原因是什么？

采用多级压缩可以省功的主要原因是进行中间冷却。

14．省功的原则是什么？并写出表达式．

15．什么叫中间冷却器的回冷完善？

通过中间冷却后，气体温度达到原始温度，就是回冷完善。

16．若不按等压比分配原则分配压比，但仍需要按照什么原则？写出表达式．

在实际压力比分配中，有时为了平衡活塞力，也不得不破坏等压比分配原则，使各级压力比的分配服从其所造成的活塞力的限制。另外第一级压力比取小些，以保证第一级有较高的容积系数，从而使气缸尺寸不至于过大，通常第一级压力比

17．什么叫凝析？

18．简述气阀的工作过程．

当余隙容积膨胀终了时，若气工作腔与阀腔之间的压力差△p在阀片上的作用力大于弹簧力及阀片和一部分弹簧质量，阀片开启，气体进人气缸，阀片在气流推力的作用下，继续上升，直至撞到升程限制器。阀片撞击升程限制器时，会产生反弹力，如果反弹力与弹簧力之和大于气流推力，则阀片会出现反弹现象。在正常情况下，反弹现象是比较轻微的，阀片在气流推力的作用下会再次贴到升程限制器上，此时气流推力大于弹簧力，使阀片就停留在升程限制器上，直到活塞接近止点位置时，活塞速度降低，气流推力减小，当气流推力不足以克服弹簧力时，阀片开始离开升程限制器，向阀座方向运动。最理想的情况是当活塞到达止点位置时，阀片也恰好落在阀座上，此时阀片完成一次工作。

19．活塞环密封、填料密封和迷宫密封的密封原理是什么？

活塞环通常不是一道，而是需要两道或更多道同时使用，使气体每经讨一道活塞环便产生一次节流作用，进一步达到减少泄漏的目的。

填料密封原理与活塞环相似，也即利用阻塞和节流两种作用。它由两块平面填料构成一组密封元件，最典型的是朝向气泣的一侧由三瓣组成，背离气缸的一块由六瓣组成，每一块外缘绕有螺旋弹簧，起预紧作用。三瓣的填料从轴向挡住六瓣的径向切口，阻止气体的轴向泄漏。六瓣填料径向切口由其中三个月牙形瓣所盖住.以阻止气体的径向泄漏。所以真正起密封作用的是六瓣填料。

迷宫密封其工作原理是尽量减小通流截面积和多次的节流减压，使在压差作用下的漏气量尽量减小。

20．压缩机辅助设备包括哪些部分？

润滑设备、冷却系统、管路系统。

21．压缩机润滑方式按照润滑由到达工作表面的方式可以分为哪几种？

飞溅润滑、压力润滑、喷雾润滑。

22．什么叫容积式压缩机的容积流量、供气量？

压缩机的容积流量，通常是指单位时间内压缩机最后一级排出的气体。

化工工艺中使用的压缩机，由于工艺计算的需要，须将溶剂流量折算到标准状态时的干气容积值，此值称为供气量或称标准容积流量。

23．什么叫容积式压缩机的机械效率、等温指示效率、等温轴效率？

压缩机的机械效率ηm是指示功率与轴功率之比。

压缩机等温效率有等温指示效率和等温轴效率之分。等温指示效率ηi-is是压缩机理论等温循环指示功与实际循环指示功之比。等温轴效率ηis是按照第一级进气口温度，等温压缩到排气压力时的理论等温循环指示功率与实际循环的轴功率之比。

24．往复压缩机所受作用力有哪几种？产生的原因分别是什么？

压缩机正常运转时，产生的作用力主要有三类：1、惯性力：往复质量与不平衡旋转质量造成的惯性力；2、气体力：气体压力所造成的作用力；3、摩擦力：接触表面相对运动时产生的摩擦力。

25．为什么要进行惯性力平衡？

为了使机器达到平稳运行，应尽可能在机器内部把惯性力平衡掉。

26．往复压缩机上的惯性力有哪几种？分别使用什么方法进行惯性力的平衡？

通常有两类:一类在曲柄销相反方向设置平衡重;另一类使惯性力相互抵消。

1、不平衡旋转质量所造成的离心力平衡比较方便，在曲柄的相反方向装上一个适当的平衡重，使两者所造成的离心力相互抵消即可。

2、单列压缩机往复质量惯性力用平衡重不能平衡。

27．单列压缩机中的一、二阶往复惯性力能否平衡？为什么？

单列压缩机往复质量惯性力用平衡重不能平衡，若在曲柄相反方向半径等于r处，加装一个质量等于ms的平衡重.则所加质量的离心力m s rw2的水平分量为毯m s rw2cosθ，其数值和一阶往复惯性力相同且方向相反，故可以平衡掉原来的一阶往复惯性力。但遗留下垂直分量m s rw2sinθ，并且当θ=90°及θ=270°时达最大值。所以加装平衡重的结果只是把原来气缸轴线方向的一阶往复质量惯性力转移到了与气缸轴线垂直的方向。所以，单列压缩机中一阶往复惯性力无法简单地平衡;二阶往复惯性力的平衡则更困难。

28．试对对称式压缩机进行惯性力、惯性力矩的分析．

29．压缩机正常工作时，驱动力矩、阻力矩应满足怎样的关系？

30．压缩机驱动力矩、阻力矩不能平衡时，会导致什么后果？应采取什么措施？

机器的旋转不均匀度过大，会在运动部件上产生附加的动载荷，使联轴器负荷加重而寿命降低，还会使电动机乃至工厂的电流产生波动。

为了使机器的旋转不均匀度适当，必须在机器设计时采取相应的措施，除了合理配置多列压缩机各列的排列外，通常还利用增大机器转动惯量的方法予以解决。

31．采用飞轮的原因是什么？（或飞轮的功能是什么？）

飞轮是专门设置的，其转动惯量最大。增大机器的转动惯量。

32．采用平衡重的作用是什么？

平衡旋转惯性力。

33．容积式压缩机调节汽量的途径（方法、措施）有哪些？依据是什么？

1、旋转调节；

2、管路调节；

3、亚开进气阀调节。

Qv=VsλpλVλTλln

34．压缩机按排气压力分为低、中、高、超高压压缩机，其压力范围如何划分？

低压压缩机：<1MPa高压压缩机：10~100MPa

中压压缩机：1~10MPa超高压压缩机：>100MPa

35．压缩机按容积流量分为微型、小型、中型、大型压缩机，其容积流量范围如何划分？

微型压缩机：<1 m3/min中型压缩机：10~100 m3/min

小型压缩机：1~10 m3/min大型压缩机：>100m3/min

36．压缩机按容积的利用方式可以分为哪几类？

压缩机按容积的利用方式可以分为：单作用、双作用和级善式。

计算题：

1．掌握各级名义压比、实际压比的计算．

2．掌握压缩功（等熵压缩功、等温压缩功、多变压缩功）的计算．

3．掌握排气量的计算．掌握行程容积的计算、膨胀指数的计算、容积系数的计算．

第三章离心式压缩机

思考题：

1．规定离心压缩机的出口压力在多少以上？为什么这样规定？

离心压缩机出口的气体压力在200kPa以上，以区别出口压力低的离心通风机和鼓风机。

2．离心压缩机的中间级、首级、末级分别包括哪些过流部件？它们的功能分别是设什么？

级分三种型式即首级、中间级和末级。中间级由叶轮、扩压器、弯道、回流器组成。首级由吸气管和中间级组成。末级由叶轮、扩压器、排气蜗室组成。其中除叶轮随轴旋转外，扩压器、弯道、回流器及排气蜗室等均属固定部件。

3．叶轮的作用是什么？

叶轮是外界(原动机)传递给气体能量的部件，也是使气体增压的主要部件，因而叶轮是整个压缩机最重要的部件。

4．叶轮按叶片的弯曲形式和叶片出口角可以分为哪几种叶片？画图示意．叶轮按叶片的弯曲形式和叶片出口角可以分为：后弯型叶轮、径向型叶轮、前弯型叶轮。

5．示意画出叶轮的进口、出口速度三角形？

6．示意画出叶轮无预旋时，其进口、出口速度三角形？

7．比较前弯、径向、后弯叶片（从结构、速度、理论能量头、效率、稳定工况范围、适用场合六方面）．

叶轮结构型式通常还按叶片弯曲形式和叶片出口角来区分。后弯型叶轮，叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相反，通常多采用这种叶轮，它的级效率高，稳定工作范围宽。径向型叶轮，叶片为径向直叶片也属于这种类型。前弯型叶轮，叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相同，由于

气流在这种叶道中流程短转弯大，其级效率较低，稳定工作范围较窄，故它仅用于一部分通风机中。

8．比较离心压缩机、往复压缩机的特点（从排气量、排气压力、结构、通用性、气体受污染程度方面）．

如果将离心压缩机和往复活塞压缩机相比较，则可显示出离心压缩机具有以下特点。

1、流量大。由于活塞压缩机仅能间断地进气、排气，气缸容积小，活塞往复运动的速度不能太快，因而排气量受到很大限制。

2、转速高。活塞压缩机的活塞、连杆和曲轴等运动部件，必须实现旋转与往复运动的变换，惯性力较大，活塞和进、排气阀时动时停，有的运动件与静止件直接接触产生摩擦，因而提高转速受到很多限制;而离心压缩机转子〔轴和由轴带动一起旋转的所有零部件(如叶轮、推力盘、平衡盘等)的总称为转子〕只作旋转运动，几乎无不平衡质量，转动惯量较小，运动件与静止件保持一定的间隙，因而转速可以提高。

3、结构紧凑。机组重量与占地面积比用同一流量的活塞压缩机小得多。

4、运转可靠，维修费用低。活塞压缩机由于活塞环，进、排气阀易磨损等原因，常需停机检修;而离心压缩机运转平稳，一般可连续1一3年不需停机检修，亦可不用备机，故运转可靠，维修简单，操作费用低。

5、气体受污染。

9．欧拉功包括哪几部分？哪几部分最有用？

第1、3项有用。

10．写出欧拉方程的两种表达式．写出无预旋的情况下，理论情况下（无限多叶片）的欧拉方程和实际情况下（有限多叶片）的欧拉方程．

11．绘制速度三角形．

12．有限多叶片的叶轮与无限多叶片的叶轮的出口速度出现不同，即出现速度滑移，产生此种速度滑移的原因是什么？工作面测、非工作面侧的速度、压力如何变化？

13．离心压缩机的三大能量损失是什么？

流动损失、漏气损失、轮阻损失。

14．离心压缩机级内的流动损失有哪几种？分别简述发生的部位、原因、防治措施．摩阻损失；

分离损失：边界层分离损失；

冲击损失：发生部位：叶道进口，扩压气的叶道进口；

二次流损失：轴向涡旋；

尾迹损失：突变液面，尾部的边界层交汇出现涡旋；

波阻损失：出现压缩波，能量损失。

15．为了省功，采取降低气体温度，对离心压缩机应采取什么装置？

为了降低气体的温度，节省功率，在离心压缩机中，往往采用分段中间冷却的结构，而不采用气缸套冷却。

16．为减少叶轮级数而又提高每级的欧拉功，可对叶轮采取什么措施？原因是什么？

17．提高叶轮的圆周速度，应受到哪些因素的限制？

叶轮材料强度的限制、气流马赫数的限制、叶轮相对宽度的限制。

18．写出计算多变压缩功的计算公式．若压缩重气体和轻气体，压缩哪种气体更省功？（或更易压缩）

重气体更省功。

19．离心压缩机的总耗功（总能量头）包括哪几部分？写出表达式。

20．绘制总能量头分配示意图．

21．写出多变效率的表达式．

22．离心压缩机的性能曲线由哪几条曲线表达？什么样的曲线，代表压缩机的性能优良？

压力比与流量的性能曲线、效率与流量的性能曲线、功率与流量的性能曲线。

23．压缩因子的含义是什么？（Ｚ＝1，ｚ＜1，Ｚ＞1）

24．离心压缩机中的喘振如何发生的？旋转失速是如何发生的？

25．发生喘振的内在因素、外在条件是什么？

发生喘振的内在因素是叶道中几乎充满了气流的脱离，而外在条件与管网的容积和管网的特性曲线有关。

26．喘振的危害是什么？防止喘振的措施有哪些？

喘振造成的后果是很严重的，它不仅使压缩机的性能恶化，压力和效率显著降低，机器出现异常的噪声、吼叫和爆音，而且使机器出现强烈的振动.致使压缩机的轴承、密封遭到损坏，甚至发生转子和固定部件的碰撞，造成机器的严重破坏。

27．导致喘振的因素有哪些？原因是什么？绘图示意．

28．离心压缩机的调节方法有哪些？画图说明．（保持流量不变、保持系统压力不变两种情况下）．

1、压缩机出口节流调节；

2、压缩机进口节流调节；

3、采用可转动的进口导叶调节(又称进气预旋调节)；

4、采用可转动的扩压器叶片调节；

5、改变压缩机转速的调节。

29．比较进口节流、进气预旋、改变转速三种调节方法的经济性．

30．为保证离心压缩机、离心机正常工作，对工作转速有何要求？

31．为防止油膜振荡，对工作转速有何要求？

32．什么叫柔性轴、刚性轴（或校核工作转速的条件是什么）？

33．叶轮转子所受的轴向力由哪几部分组成？最后的总轴向力的方向是怎样的？

流体作用在叶轮上的轴向力由两部分组成，一部分是叶轮两侧的流体压力不相等（轮盖侧压力低，轮盘侧压力高）；一部分是流经叶轮的流体轴向分动量的变化。

方向由高压侧指向低压侧。

34．平衡轴向力的措施有哪些？

1、叶轮对排；

2、叶轮背面加筋；

3、采用平衡盘（亦称平衡活塞）；

4、双吸轮。

35．平衡盘有什么作用？

使转子上的轴向力大部分被平衡掉。

36．什么叫油膜振荡？

当转子转速升高到二倍于第一阶临界转速时，此时半速涡动的角速度恰好等于第一阶临界转速，则转子-轴承等发生共振性振荡，人们将它称为油膜振荡。

37．离心压缩机按照流体流动的方向分为哪几类？

38．比较离心压缩机、轴流压缩机的性能特点．并简要说明理由．

1、轴流压缩机适用于更大的流量；

2、轴流式的级压力比低；

3、周流压缩机的效率高；

4、轴流压缩机的变工况特性较差。

39．轴端密封分为哪几种？

机械密封、液膜密封、干气密封。

计算题：

1．掌握压缩功、压比的计算．

2．掌握多变效率的计算．

3．掌握理论能量头（欧拉功）的计算（无限多叶片（有预旋、无预旋下）、有限多叶片（有预旋、无预旋下））．

4．掌握圆周速度的计算．绘制速度三角形．

作业习题：

1．已知丙烯C3H6的R=197.57J/kg·K,,首级进口压力0.12Mpa,温度

-41.7℃．若选取ｕ＝235.6m/s,,

试求首级的压力比,级出口压力

解:有限多叶片叶轮的理论能量头为：

总耗功为：

又因为多变效率为，则

由气体的多变压缩功公式得：

级的出口压力为

2.已知某压缩机的第四级进口容积流量qVin=1.543m3/s.该级

试计算该级叶轮出口相对宽度该值是否符合要求? 解;

那么

所以,该值符合要求.

第四章泵

思考题：

1．泵如何分类？

2．离心泵的主要过流元件有哪些？功能是什么？

离心泵的主要部件有叶轮、转轴、吸人室、蜗壳、轴封箱和密封环等。

吸入室：吸人室位于叶轮进口前，它把液体从吸入管吸入叶轮。要求液体流过吸人室的流动损失较小，液体流人叶轮时速度分布均匀。

叶轮：旋转叶轮吸入液体转换能量，使液体获得压力能和动能。要求叶轮在流动损失最小的情况下使液体获得较多的能量。

蜗壳：蜗壳亦称压出室，位于叶轮之后，它把从叶轮流出的液体收集起来以便送人排出管。由于流出叶轮的液体速度往往较大，为减少后面的管路损失，要求液体在蜗壳中减速增压，同时尽量减少流动损失。

3．离心泵的流量、扬程、功率（输入功率）、轴功率的定义是什么？

流量：泵在单位时间内输送出去的液体量。

扬程：这里将欧拉方程表示为旋转叶轮传递给单位重量液体的能量，亦称理论扬程。

功率：泵的功率通常指输入功率，即原动机传到泵轴上的轴功率。

4．灌泵的原因是什么？

若不灌泵，因泵内空气密度远小于液体，在一般离心泵的运行条件下，气体通过离心泵所得到的压升很小。也就是叶轮入口处真空度很低，不足以吸进液池的液体

5．离心泵的欧拉方程是什么？

6．汽蚀的原因是什么？（或汽蚀的机理、现象是什么？）

液体汽化、凝结、冲击，形成高压、高压、高频冲击载荷，造成金属材料的机械剥裂与电化学腐蚀破坏的综合现象称为汽蚀。

7．汽蚀的危害是什么？

1、汽蚀使过流部件被剥蚀破坏；

2、汽蚀使泵的性能下降；

3、汽蚀使泵产生噪音和振动；

4、汽蚀也是水力机械向高流速发展的巨大障碍。

8．判断汽蚀的判据是什么？

NPSHa > NPSHr泵不发生汽蚀

NPSHa = NPSHr泵开始发生汽蚀

NPSHa < NPSHr泵严重汽蚀