化工原理復(fù)習(xí)題庫

1、第一章 流體流動1流體靜力學(xué)基本方程式1 1流體的密度與靜壓強(qiáng)1 11流體的密度 單位體積的流體所具有的流體質(zhì)量稱為密度，以表示，單位為kg/m3。氣體的密度隨溫度和壓強(qiáng)而變，可視為可壓縮流體。當(dāng)可當(dāng)作理想氣體處理時(shí)，用下式估算： 或 1 12流體的靜壓強(qiáng)垂直作用于流體單位面積上的表面力稱為流體的靜壓強(qiáng)，簡稱壓強(qiáng)，俗稱壓力，以p表示，單位為Pa。 壓強(qiáng)可有不同的表示方法：（1）根據(jù)壓強(qiáng)基準(zhǔn)選擇的不同，可用絕壓、表壓、真空度（負(fù)表壓）表示。表壓和真空度分別用壓強(qiáng)表和真空表度量。表壓強(qiáng)=絕對壓強(qiáng)-大氣壓強(qiáng)；真空度=大氣壓強(qiáng)-絕對壓強(qiáng) （2）工程上常采用液柱高度h表示壓強(qiáng)，其關(guān)系式為 p=gh12流

2、體靜力學(xué)基本方程式1 21基本方程的表達(dá)式對于不可壓縮流體，有： 或 1 22流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用條件及意義流體靜力學(xué)基本方程式只適用于靜止的連通著的同一連續(xù)的流體。該類式子說明在重力場作用下，靜止液體內(nèi)部的壓強(qiáng)變化規(guī)律。平衡方程的物理意義為：（1）總勢能守恒 流體靜力學(xué)基本方程式表明，在同一靜止流體中不同高度的流體微元，其靜壓能和位能各不相同，但其兩項(xiàng)和（稱為總勢能）卻保持定值。（2）等壓面的概念 當(dāng)液面上方壓強(qiáng)p0一定時(shí)，p的大小是液體密度和深度h的函數(shù)。在靜止的連續(xù)的同一液體內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的壓強(qiáng)都相等。（3）傳遞定律 當(dāng)p0變化時(shí)，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓強(qiáng)p也發(fā)生同樣大小的變化。

3、（4）液柱高度表示壓強(qiáng)或壓強(qiáng)差 改寫流體靜力學(xué)基本方程式可得： 上式說明壓強(qiáng)差（或壓強(qiáng)）可用一定高度的液體柱表示，但一定注明是何種液體。1 3流體靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用以流體靜力學(xué)基本方程式為依據(jù)可設(shè)計(jì)出各種液柱壓差計(jì)、液位計(jì)，可進(jìn)行液封高度計(jì)算，根據(jù)的大小判斷流向。但需特別注意，U形管壓差計(jì)讀數(shù)反映的是兩測量點(diǎn)位能和靜壓能兩項(xiàng)和的差值。應(yīng)用靜力學(xué)基本方程式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，關(guān)鍵一環(huán)是等壓面的準(zhǔn)確選取。2流體流動的基本原理 21定態(tài)流動系統(tǒng)的連續(xù)性方程式應(yīng)用連續(xù)性方程時(shí)，應(yīng)注意如下兩點(diǎn)：（1）在衡算范圍內(nèi)，流體充滿管道，并連續(xù)不斷地從上游截面流入，從下游截面流出。（2）連續(xù)性方程式反映了定態(tài)流動系統(tǒng)

4、中，流量一定時(shí)，管路各截面上流速的變化規(guī)律。此規(guī)律與管路的安排和管路上是否裝有管件、閥門及輸送機(jī)械無關(guān)。這里的流速指單位管道橫截面上的體積流量，即 對于不可壓縮流體，流速和管徑的關(guān)系為 當(dāng)流量一定且選定適宜流速時(shí)，利用連續(xù)性方程可求算輸送管路的管徑，即用上式計(jì)算出管徑后，要根據(jù)管子系列規(guī)格選用標(biāo)準(zhǔn)管徑。22機(jī)械能衡算方程式柏努利方程式221具有外功加入、不可壓縮粘性流體定態(tài)流動的柏努利方程為 式中的為輸送機(jī)械對1kg流體所作的有效功，或1kg流體從輸送機(jī)械獲得的有效能量。式中各項(xiàng)單位均為J/kg。當(dāng)流體不流動時(shí)，u=0，也不需要加入外功，于是有：可見流體靜力學(xué)基本方程式為柏努利方程式的一個(gè)特例

5、。222理想流體的柏努利方程式 此式表明，理想流體作定態(tài)流動時(shí)，任一截面上1kg流體所具有的位能、靜壓能與動能之和為定值，但各種形式的機(jī)械能可以互相轉(zhuǎn)換。223柏努利方程式的討論 （1）柏努利方程式的適用條件 由推導(dǎo)過程可知，柏努利方程式適用于不可壓縮流體定態(tài)連續(xù)流動。（2）理想流體的機(jī)械能守恒和轉(zhuǎn)化 1kg理想流體流動時(shí)的總機(jī)械能是守恒的，但不同形式的機(jī)械能可互相轉(zhuǎn)化。（3）注意區(qū)別式中各項(xiàng)能量所表示的意義 式中的gZ、u2/2、p/指某截面上1kg流體所具有的能量；為兩截面間沿程的能量消耗，它不能再轉(zhuǎn)化為其他機(jī)械能；是1kg流體在兩截面間獲得的能量，是輸送機(jī)械重要參數(shù)之一。由可選擇輸送機(jī)械

6、并計(jì)算其有效功率，即 若已知輸送機(jī)械的效率，則可計(jì)算軸功率，即：（4）柏努利方程式的基準(zhǔn) 1N流體（工程制柏努利方程式）：式中各項(xiàng)單位均為J/N或m。He為輸送機(jī)械的有效壓頭，Hf為壓頭損失，Z、u2/2g、p/g分別稱為位壓頭、動壓頭和靜壓頭。1m3流體：式中各項(xiàng)單位均為J/m3或Pa。HT稱為風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓，是選擇風(fēng)機(jī)的重要參數(shù)之一。（5）柏努利方程式的推廣可壓縮流體的流動：若索取系統(tǒng)中兩截面間氣體壓強(qiáng)變化小于原來絕對壓強(qiáng)的20%時(shí)，則用兩截面間流體的平均密度代替。非定態(tài)流動：對于非定態(tài)流動的任一瞬間，柏努利方程式仍成立。3流體在管內(nèi)的流動規(guī)律及流動阻力31兩種流型311雷諾實(shí)驗(yàn)和雷諾準(zhǔn)數(shù)雷

7、諾于1883年設(shè)計(jì)了雷諾實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)三種因素影響流型，即流體的性質(zhì)（主要為、）、設(shè)備情況（主要為d）及操作參數(shù)（主要為u）。對一定的流體和設(shè)備，可調(diào)參數(shù)為u。雷諾綜合如上因素整理出一個(gè)無因次數(shù)群雷諾準(zhǔn)數(shù)：是一個(gè)無因次數(shù)群，可作為流動類型的判據(jù)，當(dāng)2000時(shí)為滯流，當(dāng)4000時(shí)為湍流。312牛頓粘性定律及流體的粘性當(dāng)流體在管內(nèi)滯流流動時(shí)，內(nèi)摩擦應(yīng)力可用牛頓粘性定律表示，即：。遵循牛頓粘性定律得流體為牛頓型流體，所有的氣體和大多數(shù)液體屬于這一類型。不服從牛頓粘性定律的流體則為非牛頓型流體。由上式可得流體動力粘度（簡稱粘度）的表達(dá)式： 使流體產(chǎn)生單位速度梯度的剪應(yīng)力即為流體的粘度，它是流體的物理

8、性質(zhì)之一。單位換算：313滯流與湍流的比較流型滯（層）流湍（紊）流判據(jù)20002000質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動情況沿軸向作直線運(yùn)動，不存在橫向混合和質(zhì)點(diǎn)碰撞不規(guī)則雜亂運(yùn)動，質(zhì)點(diǎn)碰撞和劇烈混合。脈動是湍流的基本特點(diǎn)管內(nèi)速度分布拋物線方程壁面處，管中心碰撞和混合使速度平局化壁面處，管中心邊界層滯流層厚度等于管子的半徑層流底層緩沖層湍流主體直管阻力粘性內(nèi)摩擦力，即牛頓粘性定律粘性應(yīng)力+湍流應(yīng)力，即 （e為渦流粘度，不是物性，與流動狀況有關(guān)）應(yīng)注意搞清如下概念：流體在圓形管進(jìn)口段內(nèi)的流動完成了邊界層的形成和發(fā)展的過程。邊界層在管中心匯合時(shí)，邊界層厚度等于半徑，以后進(jìn)入完全發(fā)展了的流動。當(dāng)邊界層在管中心匯合時(shí)，若邊界

9、層內(nèi)為滯流，即整個(gè)邊界層均為滯流層；若邊界層為湍流，則管內(nèi)流動為湍流。湍流時(shí)邊界內(nèi)存在滯流內(nèi)層、緩沖層及湍流主體。愈大，湍動愈劇烈，滯流內(nèi)層愈薄，流動阻力也愈大。邊界層的分離，加大了流體流動的能量損失，除粘性阻力外，還增加了形體阻力，二者總稱為局部阻力。測量管內(nèi)流動參數(shù)（流速、壓強(qiáng)等）的儀表應(yīng)安裝在進(jìn)口段以后的流動完全發(fā)展了的平直管段上。32流體在管內(nèi)的流動阻力流體在管內(nèi)的流動阻力由直管阻力和局部足聯(lián)兩部分構(gòu)成，即 阻力產(chǎn)生的根源是流體具有粘性，流動時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦；固體表面促使流體流動時(shí)其內(nèi)部發(fā)生相對運(yùn)動，提供了流動阻力產(chǎn)生的條件。流動阻力大小與流體性質(zhì)（、）、壁面情況（或d）及流動狀況（u或）

10、有關(guān)。流動阻力消耗了機(jī)械能，表現(xiàn)為靜壓能的降低，稱為壓強(qiáng)降，用表示。注意區(qū)別壓強(qiáng)降與兩個(gè)截面的壓強(qiáng)差的概念。（1） 直管阻力直管阻力的通式（范寧公式）：層流時(shí)的摩擦系數(shù)（解析法）層流時(shí)的摩擦系數(shù)僅是的函數(shù)而與相對粗糙度d無關(guān)， 湍流時(shí)的摩擦系數(shù)對于水力光滑管：(柏拉修斯公式)考萊布魯克公式：，此式適用于湍流區(qū)的光滑管與粗糙管直至完全湍流區(qū)。對于粗糙管，為使工程計(jì)算方便，在雙對數(shù)坐標(biāo)中，以d為參數(shù)，標(biāo)繪與的關(guān)系，得到教材上所示的關(guān)系圖。圓形管內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的推廣非圓形管的當(dāng)量直徑流體在非圓形管內(nèi)作定態(tài)流動時(shí)，其阻力損失仍可用計(jì)算，但應(yīng)將式中及中的圓管直徑d以當(dāng)量直徑來代替。，流通截面積A/潤濕周邊。

11、（2） 局部阻力為克服局部阻力所引起的能量損失有兩種計(jì)算方法，即局部阻力系數(shù)法和當(dāng)量長度法，其計(jì)算公式為： 及 。常用管件、閥門、突然擴(kuò)大或縮小的局部阻力系數(shù)值和當(dāng)量長度值可查有關(guān)教材。在工程計(jì)算中，一般取入口的局部阻力系數(shù)為0.5，而出口的局部阻力系數(shù)為1.0。計(jì)算局部阻力時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn)：若流動系統(tǒng)的下游截面取在管道出口，則柏努利方程式中的動能項(xiàng)和出口阻力系數(shù)值即為1.0。用公式或計(jì)算突然擴(kuò)大或縮小的局部阻力時(shí)，式中的u均應(yīng)取細(xì)管中的流速值。（3） 管路系統(tǒng)的總能量損失 4柏努利方程的工程應(yīng)用應(yīng)用柏努利方程解題步驟： 根據(jù)題意繪出流程示意圖，標(biāo)明流體流動方向。 確定衡算范圍，選取上、下游截面，

12、選取截面的原則是：兩截面均與流體流動方向相垂直；其次，兩截面之間流體必須是連續(xù)的；第三，待求的物理量應(yīng)該在某截面上或兩截面間出現(xiàn)；第四，截面上的已知條件最充分，且兩截面上的u、p、Z兩截面間的都應(yīng)相對應(yīng)一致。 選取基準(zhǔn)水平面，基準(zhǔn)面必須與地面平行；為簡化計(jì)算，常使所選的基準(zhǔn)面通過某一衡算截面。 各物理量必須采用一致的單位制，同時(shí)，兩截面上壓強(qiáng)的表示方法要一致。41管路計(jì)算簡單管路計(jì)算簡單管路是由等徑或異徑管段串聯(lián)而成的管路。流通經(jīng)過各管段的流量相等，總阻力損失等于各管段損失之和。42流量的測量根據(jù)流體流動時(shí)各種機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換關(guān)系而設(shè)計(jì)的流量計(jì)或流速計(jì)有如下兩種類型。（1）變壓差（定截面）流量計(jì)

13、 （2）變截面（恒壓差）流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀取流量方便，直觀性好，能量損失小，測量范圍寬，可用于腐蝕性流體的測量，但不能用于高溫高壓的場合，且安裝的垂直度要求較高。轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量公式為： 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的刻度與被測流體的密度有關(guān)。當(dāng)被測流體的密度不同于標(biāo)定介質(zhì)密度時(shí)，需對原刻度加以校正。 典型例題 靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用【例1-1】本題附圖所示的開口容器內(nèi)盛有油和水。油層高度h1=0.7m、密度1=800kg/m3，水層高度h2=0.6m、密度2=1000kg/m3。（1）判斷下列兩關(guān)系是否成立，即 pA=pA pB=pB（2）計(jì)算水在玻璃管內(nèi)的高度h。解：（1）判斷題給兩關(guān)系式是否成立

14、pA=pA的關(guān)系成立。因A與A兩點(diǎn)在靜止的連通著的同一流體內(nèi)，并在同一水平面上。所以截面A-A稱為等壓面。pB=pB的關(guān)系不能成立。因B及B兩點(diǎn)雖在靜止流體的同一水平面上，但不是連通著的同一種流體，即截面B-B不是等壓面。（2）計(jì)算玻璃管內(nèi)水的高度h 由上面討論知，pA=pA，而pA=pA都可以用流體靜力學(xué)基本方程式計(jì)算，即 pA=pa+1gh1+2gh2 pA=pa+2gh于是 pa+1gh1+2gh2=pa+2gh簡化上式并將已知值代入，得 8000.7+10000.6=1000h解得 h=1.16m 連續(xù)性方程和柏努利方程的應(yīng)用【例1-2】某車間的輸水系統(tǒng)如右圖中（1）所示，已知出口處管

15、徑為442mm，圖中所示管段部分的壓頭損失為3.2u2/2g，其它尺寸見圖。（1）求水的體積流量vh；（2）欲使水的體積流量增加20%，應(yīng)將高位槽水面升高多少米？（假設(shè)管路總阻力仍不變）解：（1）求vh取高位槽水面為1-1截面，水管出口為2-2截面，以地面為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列1N流體為基準(zhǔn)的柏努利方程： 各量確定如下：z1=8m，z2=3m，u10，u2可求出（待求量）P1=P2=0（表壓），He=0， 將以上各值代入柏式： 可得：u22=23.36，u=4.83m/s而m3/h （2）當(dāng)總阻力不變時(shí)，要是水量增加20%，（管徑也不變），實(shí)際上是增大水的流速，即u2=1.2u2=1.24

16、.83=5.8m/s。設(shè)a-a截面與1-1截面的高差為h。圖中（2）所示在a-a與2-2截面間列出柏式： 代入各值可得：解出h=2.20m 柏努利方程的綜合練習(xí)水從貯槽A經(jīng)圖示的裝置流向某設(shè)備。貯槽內(nèi)水位恒定，管路直徑為893.5 mm，管路上裝一閘閥C，閘閥前距管路入口端26m處安一個(gè)U形管壓差計(jì)，指示液為汞，測壓點(diǎn)與管路出口之間距離25m。試計(jì)算：（1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)測得h=1.6 m，R=0.7 m；當(dāng)閘閥部分開啟時(shí)，h=1.5 m，R=0.5 m。管路摩擦系數(shù)，則每小時(shí)從管中流出的水量及此時(shí)閘閥的當(dāng)量長度為若干？（2）當(dāng)閘閥全開時(shí)（），測壓點(diǎn)B處的表壓強(qiáng)為若干？ 解：該題為靜力學(xué)基本方程

17、、柏努利方程、連續(xù)性方程、管路阻力方程的聯(lián)合應(yīng)用的綜合練習(xí)題。（1）水的流量及閘閥的當(dāng)量長度 首先根據(jù)閘閥全關(guān)時(shí)的h、R值，用靜力學(xué)方程求H。在11與BB兩截面之間列柏努利方程式求流速，然后再用連續(xù)性方程求流量、用阻力方程求。 閘閥全關(guān)時(shí)，對U形管等壓面44列靜力學(xué)方程得； 當(dāng)閘閥部分開啟時(shí)，以管中心線為基準(zhǔn)面，在11與BB兩截面之間列柏努利方程得式中：H=7.92m,=26m，=0.023，d=0.082m將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式解得u=2.417m/s在BB與22截面之間列柏努利方程得解得 =38.4m(2)閥門全開時(shí)得PB 以管中心線為基準(zhǔn)面，在11與22兩截面之間列柏努利方程求得管內(nèi)速度，再

18、在BB與22截面之間列柏努利方程求PB。 在11與22之間列柏努利方程得解得：u=3.164m/s在BB與22之間列柏努利方程得第二章 流體輸送機(jī)械 離心泵 離心泵不僅因其結(jié)構(gòu)簡單、流量均勻、易于控制及調(diào)節(jié)、可耐腐蝕材料制造等優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用廣泛。而且還在于將其作為流體力學(xué)的一個(gè)實(shí)例，具有典型性。1.離心泵的工作原理和基本結(jié)構(gòu)（1）工作原理 依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，液體在貫性離心力作用下自葉輪中心被拋向外周并獲得能量，最終體現(xiàn)為液體靜壓能的增加。 圍繞工作原理，應(yīng)搞清如下概念和術(shù)語：無自吸力，啟動前要“灌泵”，吸入管路安裝單向底閥，以避免氣縛現(xiàn)象發(fā)生。（2）基本結(jié)構(gòu) 離心泵的基本結(jié)構(gòu)分為兩部分：供能

19、裝置葉輪，按機(jī)械結(jié)構(gòu)分為閉式、半閉式與開式；按吸葉方式分為單吸式（注意軸向推力及平衡孔）、雙吸式兩種；按葉片形狀分后彎、經(jīng)向及前彎。集液及轉(zhuǎn)能裝置蝸殼及導(dǎo)向輪。蝸牛形泵殼、后彎葉片及導(dǎo)向輪均可使動能有效地轉(zhuǎn)化為靜壓能，提高泵的效率。另外，泵的軸封裝置有填料函、機(jī)械（端面）密封兩種。2離心泵的基本方程式A 離心泵的工作原理表達(dá)式 下標(biāo)1、2表示葉片的入扣和出口。該式說明離心泵的理論壓頭由兩部分組成，其右邊前兩項(xiàng)代表液體流經(jīng)葉輪后所增加的靜壓能，以表示；最后一項(xiàng)說明液體流經(jīng)葉輪后所增加的動能，以表示，其中有一部分轉(zhuǎn)化為靜壓能，即 ，則 B 分析影響因素的表達(dá)式 泵的理論流量表達(dá)式為：式中為液體葉輪

20、出口處絕對速度的徑向分量，m/s。公式表明了離心泵的理論壓頭與理論流量、葉輪的轉(zhuǎn)速和直徑、葉片幾何形狀之間的關(guān)系，用于分析各項(xiàng)因素對的影響。 3離心泵的性能參數(shù)與特性曲線（1）離心泵的性能參數(shù) 離心泵的主要性能參數(shù)包括如下四項(xiàng)，即流量Q：離心泵在單位時(shí)間內(nèi)排送到管路系統(tǒng)的液體體積，單位為m3/s或m3/h。Q與泵的結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速等有關(guān)，還受管路特性的影響。壓頭H：離心泵的壓頭又稱揚(yáng)程，它是指離心泵對單位重量（1N）液體所提供的有效能量，單位為m。H與泵的結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速及流量有關(guān)。效率：效率用來反映離心泵中容積損失、機(jī)械損失和水力損失三項(xiàng)能量損失的總影響，稱為總效率。一般小型泵為50%70%

21、，大型泵的效率可達(dá)90%。有效功率和軸功率（2）離心泵的特性曲線 表示離心泵的壓頭H、功率N、效率與流量Q之間的關(guān)系曲線稱離心泵的特性曲線或工作性能曲線。特性曲線是在固定轉(zhuǎn)速下用20的清水于常壓下由實(shí)驗(yàn)測定。對離心泵的特性曲線，應(yīng)掌握如下要點(diǎn)：每種型號的離心泵在特定轉(zhuǎn)速下有其獨(dú)有的特性曲線。在固定轉(zhuǎn)速下，離心泵的流量和壓頭不隨被輸送流體的密度而變，泵的效率也不隨密度而變，但泵的軸功率與液體的密度成正比。當(dāng)Q=0時(shí)，軸功率最低，啟動泵和停泵應(yīng)關(guān)出口閥。停泵關(guān)閉出口閥還防止設(shè)備內(nèi)液體倒流、防止損壞泵的葉輪的作用。若被輸送液體粘度比清水的大得多時(shí)（運(yùn)動粘度），泵的流量、壓頭都減小，效率下降，軸功率增

22、大。，即泵原來的特性曲線不再適用，需要進(jìn)行換算。當(dāng)離心泵的轉(zhuǎn)速或葉輪直徑發(fā)生變化時(shí)，其特性曲線需要進(jìn)行換算。在忽略效率變化的前提下，采用如下兩個(gè)定律進(jìn)行換算：比例定律：； 切割定律：；離心泵銘牌上所標(biāo)的流量和壓頭，是泵在最高效率點(diǎn)所對應(yīng)的性能參數(shù)（Qs、Hs、Ns），稱為設(shè)計(jì)點(diǎn)。泵應(yīng)在高效區(qū)（即92%的范圍內(nèi)）工作。4離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)（1）管路特性方程式及特性曲線 在特定管路系統(tǒng)中，于一定條件下工作時(shí)，若輸送管路的直徑均一，忽略摩擦系數(shù)隨Re的變化，則上式可寫作：。此式即管路特性方程式，它表明管路中液體的流量Qe與壓頭He之間的關(guān)系。表示He與Qe的關(guān)系曲線稱為管路特性曲線。（2）離心

23、泵的工作點(diǎn) 聯(lián)立求解管路特性方程式和離心泵的特性方程式所得的流量和壓頭即為泵的工作點(diǎn)。若將離心泵的特性曲線HQ與其所在管路特性曲線HeQe繪于同一座標(biāo)上，兩交點(diǎn)M稱為泵在該管路上的工作點(diǎn)。(3)離心泵的流量調(diào)節(jié) 離心泵的流量調(diào)節(jié)即改變泵的工作點(diǎn)，可通過改變管路特性或泵的特性來實(shí)現(xiàn)。5離心泵的安裝高度離心泵的安裝高度受液面的壓強(qiáng)、流體的性質(zhì)及流量、操作溫度及泵的本身性能所影響。安裝合理的泵，在一年四季操作中都不應(yīng)該發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。（1）離心泵的安裝高度的限制 在附圖1所示的貯槽液面（為00截面）與離心泵吸入口截面（為11截面）之間列柏努利方程式，得 離心泵的安裝高度受吸入口附近最低允許壓強(qiáng)的限制，

24、其極限值為操作條件下液體的飽和蒸汽壓。泵的吸入口附近壓強(qiáng)等于或低于，將發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。泵的揚(yáng)程較正常值下降3%以上即標(biāo)志著氣蝕現(xiàn)象產(chǎn)生。氣蝕的危害是：泵體產(chǎn)生振動和噪音。泵的性能（Q、H、）下降。泵殼及葉輪沖蝕（點(diǎn)蝕到裂縫）。注意區(qū)別氣縛與氣蝕現(xiàn)象。（2）離心泵的允許安裝高度離心泵的抗氣蝕性能：允許氣蝕余量；為防止氣蝕現(xiàn)象發(fā)生，在泵吸入口處液體的靜壓頭與動壓頭之和必須大于液體在操作溫度下的飽和蒸汽壓頭某一最小值，此最小值即為離心泵的允許氣蝕余量，即。在IS系列泵的手冊中列出必須允許氣蝕余量的數(shù)據(jù)。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，實(shí)際氣蝕余量NSPH為+0.5m。其值隨流量增大而加大。離心泵的允許安裝高度：將式與式代

25、入公式便可得到泵的允許安裝高度計(jì)算式： 或離心泵的安裝高度應(yīng)以當(dāng)?shù)夭僮鞯淖罡邷囟群妥畲罅髁繛橐罁?jù)。工程上為了安全起見，離心泵的實(shí)際安裝高度比允許安裝高度還要低0.51.0m。若泵的允許安裝高度較小時(shí)，可采用措施減小，或把泵安裝在液面下，利用位差使液體自動灌入泵殼內(nèi)。典型例題例1：離心泵吸入管徑d=100mm，吸水管長度L=20m，流量Q=54m/h，水泵允許吸上真空度為6m水柱，不帶閥的濾水網(wǎng)阻力系數(shù)=6，90曲彎頭阻力系數(shù)=0.3，摩擦阻力系數(shù)=0.03。試求：（1）.離心泵的幾何安裝高度（安全系數(shù)取1m，水溫20）；（2）.若要求泵的升揚(yáng)高度為10m，應(yīng)選多大功率的泵？（設(shè)=70%，泵出口

26、阻力可忽略）。解：（1）在水槽截面與吸入口截面列柏氏方程得：已知：=0，=，=0，代入方程解得：，考慮按完全安全系數(shù)，則離心泵的幾何安裝高度應(yīng)為2.52m。（2）在水槽截面與泵出管口截面列柏氏方程得：因（通大氣），故泵所需功率為： 例2：用離心泵將20的清水送到某設(shè)備中，泵的前后分別裝有真空表和壓強(qiáng)表。已知泵吸入管路的壓頭損失為2.4m，動壓頭為0.2m，水面與泵吸入口中心線之間的垂直距離為2.2m，操作條件下泵的允許氣蝕余量為3.7m。試求：真空表的讀數(shù)為若干KPa？當(dāng)水溫由20 升到60 （此時(shí)飽和蒸汽壓為19.42KPa）時(shí)，發(fā)現(xiàn)真空計(jì)與壓強(qiáng)表的讀數(shù)跳動，流量驟然下降，試問出現(xiàn)了什么故障

27、并提出排除措施。當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8.1KPa。 解：（1）真空表地讀數(shù)在水面00與泵入口11之間列柏努利方程得：整理上式得：由題給數(shù)據(jù)知：Z1=2.2m 此即為真空表得讀數(shù)。2）判斷故障及排除措施當(dāng)水溫由20升到60 時(shí)由于水的飽和蒸汽壓增大，泵吸入口壓強(qiáng)若低于操作溫度下水的飽和蒸汽壓強(qiáng)，則可能出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象，下面通過核算安裝高度來驗(yàn)證：20 清水時(shí)，泵的允許安裝高度為：Hg實(shí)際安裝高度，故可安全運(yùn)行。當(dāng)輸送60水時(shí)，水的密度為983.2kg/m3,飽和蒸汽壓19.92KPa則:泵的實(shí)際安裝高度比允許安裝高度再降0.51.0m，顯然安裝高度為2.2m時(shí)，輸送60 水可能出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象。防止氣蝕現(xiàn)象發(fā)

28、生的措施如下：降低泵的實(shí)際安裝高度。適當(dāng)加大吸入管徑或采用其它措施減小吸入管路的壓頭損失注：當(dāng)其它條件相同時(shí)，水溫升高，流量加大，泵的允許安裝高度下降，故確定允許安裝高度時(shí)，應(yīng)以一年四季中的最高水溫和最大流量為依據(jù)。第三章非均相物系的分離1顆粒及顆粒床層的特性 （1）球形顆粒 不言而喻，球形顆粒的形狀為球形，其尺寸由直徑d來確定，其他有關(guān)參數(shù)均可表示為直徑d的函數(shù)，諸如：體積；表面積；比表面積等。 （2）非球形顆粒非球形顆粒必須有兩個(gè)參數(shù)才能確定其特性即球形度和當(dāng)量直徑。球形度 顆粒的球形度又稱形狀系數(shù)定義為與該顆粒體積相等的球體的表面積除以顆粒的表面積，即。對非球形顆粒，總有0）和等速運(yùn)動（

29、=0）兩個(gè)階段。等速運(yùn)動階段顆粒相對于流體的運(yùn)動速度稱為沉降速度或終端速度，用表示。沉降速度的通式 當(dāng)=0時(shí)，由力平衡式可得：阻力系數(shù) 值是沉降雷諾準(zhǔn)數(shù)與球形度或形狀系數(shù)的函數(shù)，即對于球形顆粒，三個(gè)沉降區(qū)域的與的關(guān)系式為：滯流區(qū)或斯托克斯定律區(qū)（1）：過渡區(qū)或艾倫定律區(qū)（1）：湍流區(qū)或牛頓定律區(qū)（）：顆粒在三個(gè)沉降區(qū)域相應(yīng)沉降速度表達(dá)式為：滯流區(qū) （斯托克斯公式）過渡區(qū) （艾倫公式）湍流區(qū) （牛頓公式）影響沉降速度的因素a由各區(qū)沉降速度的表達(dá)式可看出，沉降速度由顆粒特性（d、）及流體特性（、）綜合因素決定，但各區(qū)粘度的影響相差懸殊：在滯流沉降區(qū)，流體的粘性引起的表面摩擦力占主要地位；在湍流區(qū)，

30、流體的粘性對沉降速度已無影響，形體阻力占主要地位；在過渡區(qū)表面摩擦力和形體阻力二者都不可忽略。b隨值減小，阻力系數(shù)值加大，在相同條件下，沉降速度變小。c當(dāng)懸浮物系中分散相濃度較高時(shí)將發(fā)生干擾沉降，某些情況下對容器壁的影響要予以校正。（2）重力沉降設(shè)備 利用重力沉降是分散物質(zhì)從分散介質(zhì)中分離出來的設(shè)備稱為重力沉降設(shè)備。從氣流中分離出塵粒的設(shè)備稱為降塵室；用來提高懸浮液濃度并同時(shí)得到澄清液的設(shè)備稱為沉降槽，也稱增稠器或澄清器。重點(diǎn)掌握降塵室的有關(guān)內(nèi)容。 降塵室的設(shè)計(jì)或操作原則 從理論上講，氣體在降塵室內(nèi)停留時(shí)間至少必須等于或略大于顆粒從降塵室的最高點(diǎn)降落至室底所需要的時(shí)間，即：。同時(shí)，氣體在室內(nèi)的

31、流動雷諾準(zhǔn)數(shù)應(yīng)處于滯流區(qū)，以免干擾顆粒的沉降或使已經(jīng)沉降的顆粒重新?lián)P起。 降塵室的生產(chǎn)能力 氣體在降塵室內(nèi)的水平通過速度為：有則從理論上講，降塵室的生產(chǎn)能力只與其底面積及顆粒的沉降速度有關(guān)，而與高度H無關(guān)。 多層降塵室 在保證除塵效果的前提下，為提高降塵室的生產(chǎn)能力，可在室內(nèi)均勻設(shè)置若干層水平隔板，構(gòu)成多層降塵室。隔板間距一般為40100mm。若降塵室內(nèi)共設(shè)n層水平隔板，則多層降塵室的生產(chǎn)能力為：。 分級器 欲使懸浮液中不同粒度的顆粒進(jìn)行初步分離，或者使兩種不同密度的顆粒進(jìn)行分類，可藉分級器來完成。32離心沉降依靠慣性離心力場的作用而實(shí)現(xiàn)沉降過程稱為離心沉降。一般含塵氣體的離心沉降在旋風(fēng)分離器

32、中進(jìn)行；液固懸浮物系在旋液分離器或沉降離心機(jī)中進(jìn)行離心沉降。 （1）離心沉降速度把重力沉降諸式中的重力加速度改為離心加速度便可用來計(jì)算相應(yīng)的離心沉降速度。離心沉降速度的通式 離心沉降速度 在斯托克斯定律區(qū)的離心沉降速度為：離心分離因數(shù) 同一顆粒在同一介質(zhì)中，所在位置上的離心力場強(qiáng)度與重力場強(qiáng)度的比值稱為離心分離因數(shù)，用表示：。是離心分離設(shè)備的重要指標(biāo)。旋風(fēng)分離器與旋液分離器的值一般在52500之間，某些高速離心機(jī)的值可達(dá)數(shù)十萬。（2）旋風(fēng)分離器的操作原理含塵氣體在器內(nèi)作螺旋運(yùn)動時(shí)，由于存在密度差，顆粒在慣性離心力作用下被拋向器壁面與氣流分離。外旋流上部為主要除塵區(qū)，凈化氣沿內(nèi)旋流從排氣管排出。

33、內(nèi)外旋流氣體的旋轉(zhuǎn)方向相同。旋風(fēng)分離器一般分離力粒徑5-200m顆粒，大于200m顆粒因?qū)ζ鞅谟心p，采用重力沉降。（3）旋風(fēng)分離器的性能參數(shù)除離心分離因數(shù)外，評價(jià)旋風(fēng)分離器的主要性能指標(biāo)是分離效率和壓強(qiáng)降。旋風(fēng)分離器的分離效率 包括理論上能夠完全被除去的最小顆粒尺寸（稱為臨界粒徑，用表示）及塵粒從氣流中分離出來的質(zhì)量分率。a臨界粒徑：可用下式估算：顯然，愈小，分離效率愈高。采用若干個(gè)小旋風(fēng)分離器并聯(lián)操作（稱旋風(fēng)分離器組）、降低氣體溫度（減小粘度）、適當(dāng)提高入口氣速，均有利于提高分離效率。b分離總效率：指進(jìn)入旋風(fēng)分離器的全部顆粒被分離出來的質(zhì)量百分率， 旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降 壓強(qiáng)降可表示為進(jìn)口氣

34、體動能的倍數(shù)，即：。式中為阻力系數(shù)。同一結(jié)構(gòu)形式及相同尺寸比例的旋風(fēng)分離器，不論其尺寸大小，值為常數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器，可取=8。4.過濾過濾是分離懸浮液最常用最有效的單元操作之一。其突出優(yōu)點(diǎn)是使懸浮液分離更迅速更徹底（于沉降相比），耗能較低（與干燥、蒸發(fā)相比）。（1）過濾操作的基本概念過濾是以多孔物質(zhì)為介質(zhì)，在外力作用下，使懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道，固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固液分離的操作。被處理的懸浮液稱為濾漿或料漿，穿過多孔介質(zhì)的液體稱為濾液，被截留的介固體物質(zhì)稱為濾餅或?yàn)V渣。過濾介質(zhì)過濾操作所采用的多孔物質(zhì)稱為過濾介質(zhì)。應(yīng)了解對過濾介質(zhì)性能的要求及工業(yè)上常用過濾介質(zhì)的種類。餅層

35、過濾與深層過濾餅層過濾是指固體物質(zhì)沉降于過濾介質(zhì)表面而形成濾餅層的操作。深層過濾是指固體顆粒并不形成濾餅，而是沉積于較厚的粒狀過濾介質(zhì)床層內(nèi)部的過濾操作。要了解兩種過濾方式的操作特點(diǎn)及適用場合。對餅層過濾，當(dāng)顆粒在孔道中形成“架橋”現(xiàn)象之后，真正發(fā)揮截留顆粒作用的是濾餅層而不是過濾介質(zhì)。另外，隨著膜分離技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，作為精密分離技術(shù)的膜過濾（包括微孔過濾和超濾）近年來發(fā)展非常迅速。濾餅的壓縮性及助濾劑當(dāng)過濾壓強(qiáng)差發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)構(gòu)成濾餅的顆粒形狀及顆粒間空隙是否發(fā)生明顯變化，即單位厚度床層的流動阻力是否發(fā)生明顯變化，將濾餅分為可壓縮濾餅及不可壓縮濾餅。當(dāng)以獲得清凈濾液為目的產(chǎn)品時(shí)，可采用

36、助濾劑（預(yù)涂或預(yù)混）以降低可壓縮濾餅的阻力，提高過濾速率。（2）過濾基本方程式 及 過濾基本方程式的應(yīng)用a提高過濾速率的措施：從式可看出，在現(xiàn)有設(shè)備上進(jìn)行過濾操作，在條件允許時(shí)，提高過濾壓強(qiáng)差、選用阻力低的過濾介質(zhì)、及時(shí)清洗濾布、適當(dāng)提高過濾操作溫度（降低粘度）、可壓縮濾餅采用助濾劑（降低比阻）對提高過濾速率均是有利的。b分析洗滌速率和最終過濾速率之間的關(guān)系。c指導(dǎo)過濾機(jī)的設(shè)計(jì)（如板框厚度），使過濾機(jī)獲得最大生產(chǎn)能力。d針對具體的過濾操作方式，對基本方程式積分，可得到不同操作條件下的計(jì)算式。（3）恒壓過濾方程式 或 式中：，；。當(dāng)過濾介質(zhì)阻力可忽略時(shí)，則 或 。（4）先恒速后恒壓過濾方程式過濾

37、起始，用恒定速率過濾時(shí)間，得到濾液體積，以后轉(zhuǎn)入恒壓過濾，則恒壓階段的過濾方程如下：。（5）過濾設(shè)備過濾設(shè)備按照操作方式可分為間歇過濾機(jī)和連續(xù)過濾機(jī)；按照操作壓強(qiáng)差可分為壓濾、吸濾及離心過濾機(jī)。工業(yè)上廣泛采用板框過濾機(jī)及葉濾機(jī)為間歇壓濾型過濾機(jī)；轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)則為連續(xù)吸濾型過濾機(jī)。要了解上述過濾機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、操作特點(diǎn)及適用場合。試題一一：填空題（18分）1、 某設(shè)備上，真空度的讀數(shù)為80mmHg，其絕壓=_,_Pa. 該地區(qū)的大氣壓為720mmHg。2、 常溫下水的密度為1000，粘度為1cp，在的管內(nèi)以 速度流動，其流動類型為 _。3、 流體在管內(nèi)作湍流流動時(shí)，從中心到壁可以_._._.4、

38、 氣體的粘度隨溫度的升高而_，水的粘度隨溫度的升高_(dá)。5、 水在管路中流動時(shí)，常用流速范圍為_,低壓氣體在管路中流動時(shí)，常用流速范圍為_。6、 離心泵與往復(fù)泵的啟動與調(diào)節(jié)的不同之處是：離心泵_. _.往復(fù)泵_._.7、在非均相物糸中，處于_狀態(tài)的物質(zhì)，稱為分散物質(zhì)，處于 _狀態(tài)的物質(zhì)，稱為分散介質(zhì)。8、 間竭過濾操作包括_._._._._。9、 傳熱的基本方式為_._._。10、工業(yè)上的換熱方法有_._._._。11、稱為_，其物理意義為_. _，提高管內(nèi)值的有效方法_. 提高管外值的有效方法_。二：問答題（36分）1、 一定量的流體在圓形直管內(nèi)作層流流動，若將其管徑增加一倍，問能量損 失變?yōu)?/p>

39、原來的多少倍？2、 何謂氣縛現(xiàn)象？如何防止？ 3、何謂沉降？沉降可分為哪幾類？何謂重力沉降速度？4、在列管式換熱器中，用飽和蒸汽加熱空氣，問：（1） 傳熱管的壁溫接近于哪一種流體的溫度？（2） 傳熱糸數(shù)K接近于哪一種流體的對流傳熱膜糸數(shù)？（3） 那一種流體走管程？那一種流體走管外？為什么？ 5、換熱器的設(shè)計(jì)中為何常常采用逆流操作？ 6、單效減壓蒸發(fā)操作有何優(yōu)點(diǎn)？ 試題一答案：一、 填充題 1、8.7m,.2、。湍流。3、 層流、過渡流和湍流。4、 增加、降低。5、 3-8、8-15。6、 啟動前應(yīng)灌滿液體，關(guān)出口閥門、用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量；往復(fù)泵啟動前不需灌液，開旁路閥、用旁路閥來調(diào)節(jié)流量的。7、

40、 分散、連續(xù)。8、 過濾、洗滌、卸渣、清洗濾布、重整。9、 熱傳導(dǎo)、對流傳熱、熱輻射。10、間壁式、混合式、蓄熱式、熱管。11、稱為對流傳熱膜糸數(shù)。當(dāng)流體與壁面溫度差為1K時(shí)，通過單位面積單位時(shí)間內(nèi)所傳遞熱量的多少。增加流程、加拆流擋板。 二：問答題 1、。， 。 2、離心泵只能空轉(zhuǎn)而不能輸送液體的現(xiàn)象。離心泵啟動前應(yīng)灌滿液體。 3、沉降是指依靠外力的作用，利用分散物質(zhì)與分散介質(zhì)的密度差異，使之發(fā)生相對運(yùn)動而分離的過程。沉降可分為重力沉降和離心沉降。顆粒以加速運(yùn)動的末速度這一不變的速度作勻速沉降運(yùn)動，這一速度稱為重力沉降速度。1、 傳熱管的壁溫接近于蒸汽的溫度；傳熱糸數(shù)K接近于空氣的對流傳熱膜

41、糸數(shù)；空氣走管內(nèi)，飽和蒸汽走管外。（蒸汽散熱快）。2、 因?yàn)槟媪鞑僮鳎和苿恿Υ?，所需的傳熱面積??；減少載熱體的用量。3、 可以降低溶液的沸點(diǎn)，可以利用低壓蒸汽或廢氣作為加熱劑，可以濃縮不耐高溫的溶液，可以減少蒸發(fā)器的熱損失。試題二 一：填充題（20分）1、牛頓粘性定律_，粘度在SI制中的單位是_。2、常用測定流量的流_._._。3、在流動糸統(tǒng)中，若截面上流體的流速、壓強(qiáng)、密度等僅隨_而變，不隨_而變，稱為穩(wěn)定流動。若以上各量既隨_而變，又隨_而變，稱為不穩(wěn)定流動。4、 等邊三角形的邊長為a，其當(dāng)量直徑為_。5、 流體在圓形直管內(nèi)滯流流動時(shí)，其速度分布是_ 型曲線，其管中心的最大流速為平均流速的

42、_ ，縻擦糸數(shù)與的關(guān)系為_。6、 泵是指_，按其工作原理來分可分為 _._._._。7、 氣體按壓縮比來分，可分為_._._._。8、 降沉室內(nèi)顆粒得以沉降的條件_。9、 過濾操作實(shí)際上是濾液通過_和_ 的流動過程， 過濾速率是指_。 10、傳熱一般采用逆流操作，但為_._時(shí)采用并流操作。11、用二種厚度相同的材料保溫時(shí)，往往把_ 的材料包在內(nèi) 層，以達(dá)到好的保溫效果。12、蒸發(fā)是利用溶液中溶質(zhì)的_，用加熱的方法使部分溶劑汽化并除去 _溶液的濃度或析出溶質(zhì)。13、金屬的導(dǎo)熱糸數(shù)大都隨其純度的增加而_，隨其溫度的升高_(dá)。14、對流傳熱的熱阻主要集中在_,因_ 強(qiáng)化對流傳熱的重要途徑。15、 工程

43、上流體流經(jīng)換熱器的壓降通常限定在_Kpa。二：問答題（30分）1、流體的流動形態(tài)有哪幾種？如何判斷？2、何謂層流內(nèi)層？其厚度受哪些因素影響？3、采用多級壓縮的優(yōu)點(diǎn)有哪些？4、列管式換熱器為何要進(jìn)行熱補(bǔ)償？5、單層圓筒壁的內(nèi)、外半徑分別為和，壁表面溫度分別為和，若，試寫出圓筒任意半徑r處的溫度表達(dá)式？試題二的答案一：填充題1、。2、孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)。4、。5、拋物線、0.5、。 6、為液體提供能量的輸送機(jī)械，離心式、往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式和流體作用式。7、通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)。 8、顆粒的停留時(shí)間大于沉降時(shí)間。9、介質(zhì)和濾渣層的流動，單位時(shí)間內(nèi)所獲到的濾液量。10、控制溫度、降低粘

44、度、減少阻力。11、導(dǎo)熱糸數(shù)小的。12、不揮發(fā)性、提高。13、增加、增加。14、層流內(nèi)層、減薄層流內(nèi)層的厚度。15、10.13-101.3. 二：問答題1、流體的流動形態(tài)有兩種：層流和湍流；用雷諾準(zhǔn)數(shù)來判斷，當(dāng)，為層流，當(dāng)為湍流。1、 在湍流主體內(nèi)靠近管壁處始終存在著一層作層流流動 的流體薄層，此薄層稱為層流內(nèi)層。受管徑、流速、粘度和密度。2、 避免壓縮后氣體溫度過高，提高氣缸容積糸數(shù)，減小功率，使壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)更為合理。3、 列管式換熱器中，由于兩流體的溫度不同，使管束和殼體的溫度也不相同，因此它們的熱膨脹程度也有區(qū)別。若兩流體的溫度差較大（以上）時(shí)，由于熱應(yīng)力會引起設(shè)備的變形，甚至彎曲和破裂。因此我們要考慮熱補(bǔ)償。4、 = 試題三 一：填充題（18分）1、空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度為1.29，在0.25Mpa下（絕壓）時(shí)的密 度為_。2、產(chǎn)生流體阻力的原因有_._3、轉(zhuǎn)子流量計(jì)在安裝時(shí)應(yīng)_。5、 直管阻力的表示式為_，管中流出 =_流入管中=_。6、離心泵的安裝高度超過允許安裝高度時(shí)，離心泵會發(fā)生_現(xiàn)象。7、 往復(fù)式壓縮機(jī)的工作循環(huán)為_._ ._._四個(gè)階段。8、一熱流體將熱量通過壁面?zhèn)鹘o冷流體的過程是_._.9、固定管板式列管式換熱器