化工原理实验思考题参考答案2017

实验一：流体流动形态的观察与测定
1、影响流体流动型态的因素有哪些？
主要有流体的物理性质如密度、粘度、流速和流体的温度，管子的直径、形状和粗糙度等。

2、如果管子不是透明的，不能直接观察来判断管中的流体流动型态，你认为可以用什么办法来判断？ 可通过测试流体的流量求出其平均流速，然后求出Re ，根据Re 的大小范围来判断。

3、有人说可以只用流速来判断管中流体流动型态，流速低于某一具体数值时是层流，否则是湍流，你认为这种看法对否？在什么条件下可以由流速的数值来判断流动型态？
这种看法不确切，因为只有管子的尺寸和流体的基本形状确定不变的情况下，此时Re 的大小只与流速有关，可以直接采用流速来判断。

实验二 柏努利方程实验
1、 关闭阀A ，各测压管旋转时，液位高度有无变化？这一现象说明什么？ 这一高度的物理意义又是什么？ 关闭阀A ，各测压管旋转时，液位高度无变化；液位高度代表各测压点的总能量，即位压头、静压头之和，这一现象说明，流速为0，各点总能量不变，守恒.
2、 点4的静压头为什么比点3大？
点3的位置较点4高一些，即H 3位>H 4位, 两点的总压头相等, H 3静<H 4静
3、在测压孔正对水流方向时，各测压管的液位高度的物理意义是什么？
流体流动时的总压头=静压头＋动压头＋位压头
4、为什么对同一点H >H '？为什么距离水槽越远，（H －H '）的差值越大？这一差值的物理意义是什么？
H 代表阀门关闭时（u=0）时的液位高度，即为该测压点的总压头，为高位槽的高度H 0（基准面的总压头），H’为阀门打开时（u>0）时测压孔正对水流方向的液位高度，H‘=静压头＋动压头＋位压头，由于流体的流动产生一定的阻力损失H f ，造成总压头的降低，因此H >H’。

H-H ’=H f ，即为损失压头，阻力损失与管子的长度成正比，因此距离水槽越远，（H －H '）的差值越大。

5、测压孔正对水流方向，开大阀A 流速增大，动压头增大，为什么测压管的液位反而下降？
测压孔正对水流方向，H”=静压头＋动压头＋位压头=H 0-H f ，开大阀A 流速增大，动压头增加，由于H f 与流速的平方成正比，流速增加，H f 增加，即部分静压头转化为阻力损失，H 0（基准面的总压头）不变时，测压点总压头减少，测压管的液位反而下降.
6、将测压孔由正对水流方向转至与水流方向垂直，为什么各测压管液位下降？ 下降的液位代表什么压头？1、3两点及2、3两点下降的液位是否相等？这一现象说明什么？
测压孔正对水流方向，H”=静压头＋动压头＋位压头；将测压孔与水流方向垂直，H”’=静压头＋位压头, 测压管液位下降。

H”-H ’’’=H 动，下降的液位代表该测压点的动压头。

1、3两点下降的液位高度相等，
2、3两点下降的液位不相等，因为管1和3的直径相等，H 动相等；而管2,3的直径不相等，H 动不相等。

说明采用上述方法可以测试管内某点的动压头，从而测试其点速度。

7、在不改变阀A 开度的情况下，（1
H '''－3H '''）表示什么？（2H '''－3H '''）表示什么？ H '''为测压孔与水流方向垂直，液位高度，H '''=静压头＋位压头=动动H --H H ''f 0=-H H ；H 1动=H 3动，因
此，1
H '''－3H '''=H f1-3,代表从1点到3点的阻力损失。

（2
H '''－3H '''）=（H 0-H 0-2-H 2动）-（H 0-H 0-3-H 3动）=H f2-3+（H 3动-H 2动）
三．离心泵特性曲线
1.离心泵在启动之前为什么要引水灌泵？
离心泵在启动过程中若泵壳内混有空气，则泵壳内的流体在随电机作离心运动产生的负压不足以使液体吸入泵壳内，称为离心泵的“气缚现象”，因此，启动前需要灌水排气。

2.为什么离心泵启动之前要关闭出口阀门？
当流体流量最小时，离心泵的轴功率最小，启动电流小，保护电机。

3.为什么调节离心泵的出口阀可调节流量，若在进口管上设置阀门调节流量是否合理？
离心泵工作时的流量和扬程由工作点决定的，离心泵的工作点是离心泵的特性曲线和管路特性曲线的交点；在离心泵转速一定时，调节泵的出口阀就相当于调节流体管路的局部阻力，从而改变管路的特性曲线和工作，因此可调节流量。

它的优缺点：优点为调节流量快捷简便，且流量可连续变化，适合于化工连续生产的特点；缺点：当阀门关小时，因流动阻力加大，需要额外多消耗一部分能量，不经济。

此外，也可以采用改变离心泵转速的方法，改变泵特性曲线，从而改变工作点进行流量的调节。

在进口管设阀门调节流量不合理，若进口阀没有完全打开，产生较大的局部阻力，可能会导致泵壳内吸入的液体在吸入口处因压强减小而汽化，给泵壳内壁带来巨大的水力冲击，损坏泵壳，产生“气蚀”现象。

4.为什么离心泵在进口管下安装底阀，从节能来看，底阀的安装是否有利？
离心泵的底阀是单向阀，可防止启动前灌入的液体从泵内流出，安装底阀后，管路的流动阻力将增大，底阀的安装对节能是不利的，可将离心泵安装在液面以下。

5.什么情况下会发生“气蚀”现象？
离心泵安装高度不合理、进口阀没有全开时，或者吸入管路局部阻力过大时，将导致泵进口压力过低，当进口压力降至被输送液体在该温度下对应的饱和蒸汽压时，将发生汽化，给泵壳内壁带来巨大的水力冲击，产生“气蚀”现象。

6.随着流量的变化，泵的真空表和压力表的数据有什么变化规律？
分别在储槽和压力表、真空表处列伯努利方程，随着流量增大，阻力增加，出口和进口处的绝对压力都减少的，压力表读数降低，真空表读数变大。

7.引水灌泵后，启动离心泵，如发现流量较小应如何处理？
全开进口阀和出口阀，观察流量是否会变大，如果仍没变化，说明引水灌泵时没有灌满泵，存在“气缚”现象，应关闭离心泵重新进行引水灌泵。

8.在本实验中，打开电机后，不出水，可能的原因？
①未开出口阀
②未开进口阀
③开电机前没有引水灌泵
四．管道阻力的测定
1.流体直管内的雷诺数与在局部管件的雷诺数是否相同？
相同，根据雷诺数计算公式Re
duρ
μ
=，在相同流体相同温度的情况下，流体的粘度μ和密度
ρ相同，又由于在弯管和直管中管径d及流量Q相同，所以流速u一样，Re相同。

2、流体在光滑直管内的阻力损失与在粗糙直管内的阻力损失是否相同？
不一定，流体的阻力损失计算公式为
22u d l h f λ=，其中阻力系数)(Re,~d f ελ，阻力系数是否与相对粗糙度有关，还依赖于Re 的大小。

在层流区Re 小于2000，阻力损失只与Re 有关，
在过渡区阻力损失与Re 和相对粗糙度有关，而在完全湍流区，阻力损失便取决于直管的相对粗糙度d ε。

1、如何判断实验过程已经稳定，影响实验的主要因素是什么？
水蒸汽的压力、冷空气进出口温度差，体积流量等参数在一段时间内基本不变，说明实验过程已稳定。

影响实验的因素有：①不凝性气体没有排尽：②冷凝水没有及时排出：③蒸汽压强波动过大
2、影响α的主要参数是什么？空气温度不同是否有不同的关联式？
影响α的主要参数有流体流动形态与流速，流体本身的物理性质如导热系数、比热容、密度、膨胀系数等，.传热过程有无相变化，传热温度，设备结构（壁面的形状、排列方式和尺寸等。

一般采用⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=λμμρλαp c du f d ,进行关联 对于关联式Re Pr m n Nu A =，空气的温度只会影响Re ，Pr 的具体数值,进而影响α，不会影响A ，m ,对关联式没有影响。

关联式的影响因素主要是换热器的结构，流体流型，有无相变等。

3、强化传热过程有哪些途径？
①增大传热面积
②增大冷空气和水蒸气的温差
③增大总传热系数K ，如将光滑管改为螺纹管
4、在蒸汽冷凝时，若存在不凝性气体，你认为将会有什么变化？应该采取什么措施？
由于空气的传热膜系数远远小于饱和水蒸汽的传热膜系数，因此不凝性气体（主要是空气）的存在相当于增加了一项热阻，会大幅度降低了传热速率。

因此在实验前必须打开排气阀排出冷凝管中的不凝性气体。

5、影响传热系数K 的因素有那些？
①传热过程两侧流体的种类
②冷空气的流速
③传热过程有无相变
④传热管壁的壁厚
⑤传热管壁的导热系数
⑥传热管壁的面积大小、形状等
6、实验过程中，冷凝水如不及时排走会产生什么影响？
冷凝水若不及时排走，可能会附着在管的外壁上，减少了传热面积，增加了一项热阻，导致传热效果变差。