食品《食品工程原理》复习思考题

《食品工程原理》（上）复习思考题

1、从微观角度解释流体粘性产生的原因；

答：流体流过固体壁面时，由于流体对壁面有附着力的作用，因此在壁面形成一层静止流体层。同时，由于分子间的引力作用，使得壁面上的静止流体层对相邻流体层有约束作用，使该层流体流速减慢，离开面越远其作用越弱，这种流速的差异造成了流体内部各层之间的相对运动。由于流体层与层之间相对运动，使得流体内部相邻两层之间必然存在相互作用的内摩擦力或粘滞力（这是由于流体层间具有不同动量或流速的流体分子的相互渗混、碰撞，导致动量的重新分配），结果使得流得快的流体层对相邻流得慢的流体层产生一种牵引作用，而流得慢的流体层对流得快的流体层产生一种阻碍作用。而流体内部的分子间引力也会对流体层间的相对运动产生阻碍作用。所以，我们称流体运动时产生内磨擦力的性质为流体的粘性。流体的粘性是流体内在的、抗拒向前运动的特性。流体粘性产生的根源：分子运动和分子引力。

2、为什么温度对液体和气体的粘度的影响结果不同？

答：由于液体的分子间距比气体大的多，所以两者粘性的主要来源不同。对于液体其粘性的主要来源为分子间引力，而气体粘性的主要来源则是分子运动。所以温度变化对两者粘度的影响不同，温度升高，液体的粘性减小而气体的粘性则增大。

3、流体的流动型态有哪几种？如何判断？

答：流体的流动型态有层流和湍流两种型态，可用雷诺数Re判断。对于园形管道，当Re<2000时，流体呈层流；当Re>4000时，流体呈湍流。

4、不同的流动形态，管内流速分布的特点如何？

答：管内流体作层流流动时，其流速分布呈严格的抛物线，管中心流速最大，其截面上的平均流速为管中心最大流速的1/2；管内流体作湍流流动时，其截面上的流速分布不再呈严格的抛物线，管中心流体流速彼此扯平，出现一平坦的区域；

5、什么是管壁粗糙度？它对流体流动的摩擦系数影响如何？

答：管壁粗糙度可用绝对粗糙度和相对粗糙度表示。

绝对粗糙度是指壁面凸部分的平均高度，用ε表示；

相对粗糙度是指绝对粗糙度与管径之比，即ε/d；

层流时，壁面上凹凸不平的部位被各层流流体层所复盖，流体与壁面凹凸不平的部位无剧烈碰撞，所以λ与ε无关；

湍流时，ε对λ的影响有两种情况：

当Ｒe较小时，层流内层厚度δ较大时，即δ>ε时，情况与层流时一样，λ与ε无关；

当Ｒe较大时，层流内层厚度δ较小时，当δ<ε时，壁面凸出的部位将突入湍流主体，与流体质点发生剧烈碰撞，产生漩涡，阻力增大。在相同的ε情况下，Ｒe愈大，层流内层厚度愈薄，壁面凸出的部位突入湍流主体愈多，阻力损失愈大，λ将愈大；在同一Ｒe下，ε愈大，同样阻力损失愈大，λ将愈大；且当ε相同时，小直径管比大直径管所受的影响更大；

6、减低流体流动阻力的途径有哪些？

答：减低流体流动阻力的途径有：在不影响管路布局的前提下尽量减短管长、对管件和阀门的设置应慎重、适当放大管径。

7、离心泵的工作原理及其主要部件的作用；

答：离心泵启动前需将所送液体灌满吸入管路、叶轮和泵壳，这种操作称为灌泵。电机启动后，泵轴带动

叶轮高速旋转，转速一般为1000～3000转/分，在离心力作用下，液体由叶轮中心被甩向边缘并获得机械能，以15～25m/s的线速度离开叶轮进入蜗牛型泵壳，在壳内由于流道不断扩大，液体流速渐减而压强渐增，最终以较高的压强沿泵壳的切向流至排出管，从而可压送至目的地。而液体在被甩向叶轮边缘时，叶轮中心形成真空，叶轮中心与下方液面间就存在一压强差，泵下方的液体将在这一压差的作用下被吸入叶轮中央，只要叶轮不断转动，泵下方的液体将会连续不断地被吸入和排出，泵即可完成一定的输送任务。叶轮、泵壳和轴封装置是离心泵三个主要功能部件：

叶轮：叶轮是将原动机的能量传给液体的部件。

泵壳：离心泵的外壳是蜗牛形的，它可使由叶轮甩出的高速液体的大部分动能随流道扩大转换为压强能，因此蜗壳不仅作为汇集和导出液体的通道，同时又是一个能量转换装置。

轴封装置：泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。其作用是防止高压液体沿轴外漏，又要防止外界空气反向漏入泵的低压区内。

8、导热系数的影响因素有哪些？

答：物质种类和组成对导热系数、物质的内部结构和存在状态、温度、压力。

9、对流传热系数的影响因素有哪些？

答：（1）流体的流动形态：层流、湍流；（2）流体的物性；（3）流体流动的起因；（4）传热面的形状、位置和尺寸；（5）流体的相态变化。。

10、如何改变离心泵的特性曲线？

答：可通过改变离心泵的转速和叶轮直径来改变离心泵的特性曲线。

11、如何改变管路的特性曲线？

答：可通过改变离心泵出口阀门的开启度来改变管路的特性曲线。

12、如何改变离心泵的工作点？

答：可通过改变管路的特性曲线和离心泵的特性曲线来改变离心泵的工作点。

13、往高位或高压区输送液体的离心泵，为什么在其出口处应设置止逆阀？

答：往高位或高压区输送液体的离心泵，在其出口处设置止逆阀的作用是防止突然停泵时大量液体从高压区倒冲回泵造成水锤而破坏泵体。

14、流体静力学方程有哪些方面的应用？

答：（1）表压强或压强差的测定：（2）液位的测定：液封高度的计算、安全液封、切断水封、溢流水封：15、什么叫气缚？如何避免？

答：在泵启动前，如果吸入管路、叶轮和泵壳内没有完全充满被送液体而存在部分空气时，由于空气的密度远小于液体，叶轮旋转时对气体产生的离心力很小，气体又会产生体积变化，叶轮中心产生的真空度很小，泵下方液面与叶轮中心间的压强差也很小，不足以将液体吸入泵内，也不足以驱动前方的液体在泵壳中流动，于是，液体就不能正常地被吸入和排出，这种现象称为气缚。因此，在离心泵启动前必须进行灌泵。

16、什么叫气蚀？如何避免？

答：当泵入口处的压强降至等于液体在操作温度下的饱和蒸汽压时，液体就要开始汽化，产生大量汽泡。当汽泡进入泵的高压区时，汽泡将会急剧收缩、凝结，周围的液体将以极高的速度冲向原汽泡所占的空间，产生高强度的冲击力，冲击叶轮和泵壳，泵将发出噪音，并引起泵的震动。若长期处于这种情况，叶轮和泵壳都将因长时间受冲击力及液体中微量溶解的氧对金属的腐蚀作用而导致损坏，严重时叶轮将被冲击成蜂窝状或海绵状。这种现象称为汽蚀现象，此时，由于产生大量汽泡还会导致泵内液体流量、扬程、效率