化工原理思考题答案

化工原理思考题答案 第一章流体流动与输送机械 1、压力与剪应力的方向及作用面有何不同

答：压力垂直作用于流体表面，方向指向流体的作用面，剪应力平行作用于流体表面，方向与法向速度梯度成正比。 2、试说明粘度的单位、物理意义及影响因素 答:单位是N·S/m2即Pa·s，也用cp，1cp=1mPa·s，物理意义为：分子间的引力和分子的运动和碰撞，与流体的种类、温度及压力有关 3、采用U型压差计测某阀门前后的压力差,压差计的读数与U型压差计放置的位置有关吗？ 答：无关，对于均匀管路，无论如何放置，在流量及管路其他条件一定时，流体流动阻力均相同，因此U型压差计的读数相同，但两截面的压力差却不相同。 4、流体流动有几种类型？判断依据是什么？ 答：流型有两种，层流和湍流，依据是：Re≤2000时，流动为层流；Re≥4000时，为湍流， 2000≤Re≤4000时，可能为层流，也可能为湍流 5、雷诺数的物理意义是什么？ 答：雷诺数表示流体流动中惯性力与黏性力的对比关系，反映流体流动的湍动状态 6、层流与湍流的本质区别是什么？ 答：层流与湍流的本质区别是层流没有径向脉动，湍流有径向脉动 7、流体在圆管内湍流流动时，在径向上从管壁到管中心可分为哪几个区域？ 答：层流内层、过渡层和湍流气体三个区域。 8、流体在圆形直管中流动，若管径一定而流量增大一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？ 答：层流时Wf∝u，流量增大一倍能量损失是原来的2倍，完全湍流时Wf∝u2 ，流量增大一倍能量损失是原来的4倍。 9、圆形直管中，流量一定，设计时若将管径增加一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？ 答： 10、如图所示，水槽液面恒定，管路中ab及cd两段的管径、长度及粗糙度均相同，试比较一下各量大小

11、用孔板流量计测量流体流量时，随流量的增加，孔板前后的压差值将如何变化？若改用转子流量计，转子上下压差值又将如何变化？ 答：孔板前后压力差Δp=p1-p2，流量越大，压差越大，转子流量计属于截面式流量计，恒压差，压差不变。 12、区分留心泵的气缚与气蚀现象、扬程与升扬高度、工作点与设计点等概念 答：气缚：离心泵启动前未充液，泵壳内存有空气，由于空气密度远小于液体的密度，产生离心力很小，因而叶轮叶心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，此时启动离心泵也不能输送液体。 气蚀：贮槽液面一定，离心泵安装位置离液面越高，贮槽液面与泵入口处的压差越大，当安装高度达到一定值时，泵内最低压力降至输送温度下液体的饱和蒸汽压，液体在该处形成气泡，进入叶轮真空高压区后气泡破裂，形成局部真空，周围液体以高速涌向气泡中心产生压力极大的冲击。运转一定时间后，叶轮表面出现斑痕及裂缝，使叶轮损伤。 扬程：单位重量的液体经离心泵后所获得的有效能量 升扬高度：指离心泵将流体从低位送至高位时两液面的高度差。 工作点：管路特性曲线与泵特性曲线的交点 设计点：离心泵在一定转速下的最高效率点 13、离心泵调节流量有哪些方法？各种方法的实质及优缺点是什么？ 答:1.改变管路特性曲线，最简单的方法是在离心泵压出管线上安装调节阀，通过出口阀门调节流量，实质是改变工作点。优点：操作简便、灵活，流量可连续变化，应用较广。 缺点:当阀门关小时，不仅增加了管路的阻力，使增大的压头用于消耗阀门的附加阻力上，且使泵在低效率下工作，经济上不合理。 2.改变泵特性曲线，通常通过改变泵的转速来实现流量调节，实质是改变工作点。优点：不额外增加阻力且在一定范围内可保证泵在高效率下工作，能量利用率高，经济性好。缺点：需配备可调速的原动机或增加调速器，通常在调节幅度大、时间又长的季节性调节中使用。 14、比较正位移泵与离心泵在开车步骤、流量调节方法及泵的特性等方面的差异 答：正位移泵即容积式泵 泵型 开车步骤 流量调节 泵特性

正位移泵 启动前不需灌泵 1、旁路调节，通过改变旁路阀的开度调节流量2、改变活塞冲程或往复次数调节流量

泵的特性曲线为Q为

常数的一条直线

离心泵 启动前需灌泵 1.改变管路特性曲线，通过出口阀门调节流量2.改变泵特性曲线改变泵的转速来实现流量调节

H-Q、N-Q、η-Q三条

特性曲线

15、离心通风机的特性参数有哪些？若输送空气的温度增加，其性能如何变化 答：a、流量b、风压c、轴功率与效率。空气温度增加，流体密度减小，风压减小；流量、轴功率效率均与风机相关，风机型号不变，参数不变。 第三章 传热 1、简述热传导、对流传热，辐射传热的基本原理 答：热传导：热传导起因于物体内部分子、原子和电子的微观运动的一种传热方式。温度不同时，这些微观粒子热运动激烈程度不同。因此，在不同物体之间或同一物体内部存在温差时，就会通过这些微观粒子的振动、位移和相互碰撞而发生能量的传递，称之为热传导。 对流传导：流体通过固体壁面时与该表面发生的传热过程称为对流传热，对流传热是依靠流体微团的宏观运动而进行的热量传递。实际上是对流传热和热传导两种基本传热方式共同作用的传热过程。 辐射传热：任何物体在发出辐射能的同时，也不断吸收周围物体发来的辐射能。一物体辐射出的能量与吸收的能量不等时，该物体就与外界产生热量传递，这种传热方式称为辐射传热。 2、热传导、对流传热，辐射传热在传热速率影响因素方面各有什么特点？ 答：热传导：热导率与物质的结构、组成、温度、压强等许多因素有关 3、气体、液体和固体（包括金属和非金属）在热导率数值上有什么差异？认识这些差异在工程上有什么意义？ 答：固体：金属的热导率与材料的纯度有关，合金材料热导率小于纯金属，各种固体材料的热导率均与温度有关，对绝大数均质固体而言，热导率与温度近似成线性关系。在工程计算中常遇到固体壁面两侧温度不同的情况，此时可按平均温度确定温度场中材料的热导率。 液体：金属液体的热导率较大，非金属液体的热导率较小，但比固体绝热材料大，除水和甘油外，大多数液体随温度升高热导率减小。纯液体的热导率比其溶液的大。 气体：气体的热导率随温度升高而增大。当压力很大或很小时，热导率随压力增大而增大，反之则反。气体的热导率很小，不利于导热但有利于保温。 4、什么是传导过程中推动力和阻力的加和性？ 答：在多层壁的定态热传导中，每层壁都有推动力和阻力，通过各层的导热速率相等，既等于某层的推动力和阻力之比，也等于各层推动力之和和阻力之和的比值。（公式自己写） 5、在定态的多步串联传热过程中，各步的温度降时如何分配的？ 答：

6、对流传热的主要影响因素有哪些？ 答：1、引起流动的原因：α强制＞α自然 2、流动状况：α湍流＞α层流

3、流体的性质：μ增大α增大；比热容增大，α增大；ρ增大，α增大；α气体＜α液体

4、传热面的情况：α波纹状、翅面＞α平滑面；A增大，湍流程度减小 5、是否相变：α相变＞α无相变 7、在对流传热过程中，流体流动时如何影响传热过程的？ 答： 8、在对流传热系数的关联式中有哪些无量纲数？它们的物理意义各是什么？ 答：Nu努塞尔数，待定数群 Re雷诺数，代表流体的流动形态与湍流程度对对流传热的影响 Pr普朗特数，代表流体的物理性质对对流传热的影响 Gr格拉晓夫数，代表自然对流对对流传热的影响 9、在各种对流传热过程中，流体的物理性质是如何影响传热系数的？ 答：无相变时：

流体在圆形管内作强制湍流，α=，流体被加热时，k=0.4，流体被冷却时，k=0.3；流体在圆形管内作强制层流α= （还有好多自己写） 10、用饱和水蒸气作为加热介质时，其中混有的不凝气是如何影响传热效果的？ 答：蒸汽冷凝与壁面时，如果蒸汽中含有微量的不凝气，如空气等，则它会在液膜表面浓集形成气膜，这相当于额外附加了一层热阻，而且由于气体的热导率小，该阻值往往很大，其外在表现是蒸汽冷凝的对流系数大大减小。 11、液体沸腾的两个必要条件是什么？为什么其对流传热系数往往很高？ 答：一是液体过热，二是有汽化核心。在沸腾过程中，小气泡首先在汽化核心处生成并长大，在浮力作用下脱离壁面，气泡让出的空间被周围的液体取代，如此冲刷壁面，引起贴壁液体层的剧烈扰动，从而使液体沸腾时的对流传热系数比无相变时大很多。 12、大容积沸腾按壁面与流体温差的不同可分为哪几个阶段？试分析各阶段的传热系数与温差的关系及内在原因 答：可分为自然对流、核状沸腾、不稳定膜状沸腾、稳定膜状沸腾四个阶段。 自然对流：汽化仅发生在液体表面，对流传热系数很小，随温差升高而缓慢增加。 核状沸腾：加热面上有气泡产生，气泡数目越来越多，长大速率越来越快，所以气泡脱离壁面时对液体扰动增强，传热系数随温差升高而急剧上升。 不稳定膜状沸腾：随温差增大，加热面上的汽化核心数大大增加，以至于气泡的产生速率大于其脱离壁面的速率，气泡因此在加热面附近相连形成气膜，将加热面和流体隔开，由于气体的热导率很小，使传热系数急剧下降。 稳定膜状沸腾：由于加热面壁温足够高，热辐射的影响开始表现，对流传热系数又开始随温差增大而增大。 13、自然对流中的加热面与冷却面应如何放置才有利于充分传热？ 答：自然对流是由于流体内各部分密度不同而引起的流动(如散热器旁热空气的向上流动。自然对流的关键是使流体循环畅通，因此加热面应放置在被加热面的下层，冷却面应放置在冷却面的上层。 14、什么是传热速率？什么是热负荷？二者之间有何联系？ 答：传热速率是指设备在一定条件下的换热能力，热负荷是对设备换热能力的要求。传热速率≥热负荷。 15、在两流体通过间壁的换热过程中，一般来说总热阻包括哪些项？什么是控制热阻？ 答：总热阻包括管外流体的对流传热热阻、管壁热阻、管内流体的对流传热热阻、管内表面的污垢热阻、管外表面的污垢热阻五项。如果某项的值远大于其他项，总热阻值就接近该项，