化工原理題目

1、第一章流體流動流量是指單位時間內(nèi)流過管道任一截面的流體的數(shù)量。常用的流量表示方法有 兩種;體積流量和質(zhì)量流。體積流量是指單位時間內(nèi)流過管道一截面的流體體積。 質(zhì)量流量是指單位時間內(nèi)流過管道任一截面的流體質(zhì)量。質(zhì)量流量與體積流量的 關(guān)系為w = p V 。流速是指單位時間內(nèi)流體在流動方向上流過的距離。工程上，為了計算方便常 采用平均流速和質(zhì)量流速來表示。平均流速：是指單位面積上的體積流量，其用 公式表示為： =?；質(zhì)量流量是指單位面積上的質(zhì)量流量。G = % ；質(zhì)量流 量與平均流速的關(guān)系為G = pu。按流速和壓強等參數(shù)是否隨時間變化，把流體流動分為穩(wěn)定流動和非穩(wěn)定流 動。其中系統(tǒng)的參數(shù)不隨時間

2、而變化，僅隨所在的空間位置而改變的流動過程稱 為穩(wěn)定流動；把系統(tǒng)的參數(shù)不但隨在空間位置變化，而且隨時間而變化的流動過 程稱為非穩(wěn)定流動。不可壓縮流體是指壓力改變時其密度隨壓力改變很小的流體，液體一般被看作 是不可壓縮流體；可壓縮流體是指壓力改變時其密度隨壓力改變有顯著化變的流 體。設(shè)流體在變截面的管道中穩(wěn)定流動，如果在管道兩截面之間的流體既無積聚也 無漏失，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，單位時間內(nèi)通過管道各截面的流體的質(zhì)量即質(zhì)量流 量應(yīng)當(dāng)相同。即w = w =常數(shù)或p u A =p u A =常數(shù)，上述公式稱為流體穩(wěn) TOC o 1-5 h z 121 1 12 2 2定流動的連續(xù)性方程。以單位質(zhì)量流體為

3、衡算基準(zhǔn)，實際流體的柏努利方程能量衡算式為：gz + u 2 + p + W = gz + u 2 + p + Z h，單位是 J kg ； 若以單位重量流體 12 1 p e 22 2 pf-為衡算基準(zhǔn)，將上式項除以g ， 得到其中的位壓頭是z、 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document z +! u 2 + P + E = z +上 u 2 + 4 + 二，單位是 m ； 1 2g 1pgg 2 g 2 2pgg動壓頭是性、靜壓頭是土2 gp gW是輸送機械對單位質(zhì)量流體所做的有效功，是選用流體辦輸送機械的重要依e據(jù)。單位時間內(nèi)輸送機械的有效功率。

4、以.N表示。N = Ww或N = H w g。理想流體是指無內(nèi)摩擦力即黏度等于零的流體，即S氣=0。流動類型判定-雷諾準(zhǔn)數(shù)，其Re =姓，大量的實驗表明，對于平直圓管中P的流體，當(dāng)Re 4000時，流動狀態(tài)為湍流，當(dāng) 2000 Re 4000時，流體流動狀態(tài)是不穩(wěn)定的，一般稱為過渡流。流體在管路中流動時的阻力可分為直管阻力和局部阻力兩種。直管阻力是流 體流經(jīng)一定長度的直管時，由于流體內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的陰力，又稱沿程阻力，以hf 表示。局部阻力主要是由于流體流經(jīng)管路中的管件、閥門以及管道截面的突然擴 大或縮小等局部變化所引起的阻力，又稱形體阻力，以hf表示。流體在管道內(nèi) 流動是時的總阻力E七=氣+h

5、f。流體在圓形管中做穩(wěn)定流動時，其直管阻力可用下式計算：h = X -竺（J：kg）或kp = ph =* -PU2（Pa），其中層流時人僅與雷諾數(shù)Re f d 2f d 2有關(guān)，其關(guān)系為：X =里；當(dāng)流體處于湍流和過渡流時摩擦系數(shù)X與雷諾數(shù)Re及Re管壁的相對粗糙度-有關(guān)。即X = f （Re,I），式中d是管道的內(nèi)徑，是管壁內(nèi) dd表面的上凸出物高度的平均值，稱為管壁的絕對粗糙度。局部阻力常采用以下兩種方法進行計算。（1）當(dāng)量長度法，即把局部阻力的計 算折合成具有一定長度的直管的阻力來計算，其計算公式是 h =xL竺jkg）；（1）阻力系數(shù)法，將局部阻力看做是動能的函數(shù)，即與動f d 2能

6、成正比，其計算式為：h；=匚m（Jkg），式中匚稱為局部阻力系數(shù)。第二章 流體輸送機械流體輸送機械就是對流體做功，以完成輸送任務(wù)的機械。通常，將輸送液體的 機械稱為泵，將輸送氣體的機械按工況不同稱為風(fēng)機、壓縮機和真空泵。對于一定的管路系統(tǒng)，為完成一定的輸送任務(wù)，管路系統(tǒng)所需要的能量（即由 流體輸送機械所提供的能量）可由柏努利方程式求得。若輸送的是氣體，則采用 以單位體積（1m3）為衡算基準(zhǔn)，其表達式為 .p = pg& + fF p + Ap + pE七， 令七=Wp，則% = pg Az + A|2 p + Ap + pE氣，單位是Pa ；通常將p gAz稱 為位風(fēng)壓，pAi2/2稱為動風(fēng)壓

7、，Ap稱為靜風(fēng)壓，pZ hf稱為風(fēng)壓損失；而Ht 稱為管路所需的全風(fēng)壓，即是需要通風(fēng)機對單位體積（1m3）氣體所提供的能量。氣縛現(xiàn)象是指當(dāng)離心泵啟動時，若泵內(nèi)未能充滿液體面存在大量空氣，則由于 空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力很小，在葉輪中心處 形成的低壓不足以形成吸入液體所需要的壓強差（真空度），這種雖啟動離心泵 但不能輸送液體的現(xiàn)象。離心泵主要由兩部分構(gòu)成：一是包括葉輪和泵軸的旋轉(zhuǎn)部件；另一是包括泵殼、 軸封裝置等靜止部件。其中最主要的部件是葉輪、泵殼和軸封裝置。其中葉輪是 使液體接受外加能量的部分，即液體的泵內(nèi)的所獲得的能量是由葉輪傳給的；泵 殼亦稱泵體，其主要作用是

8、將葉輪封閉在一定的空間，以使葉輪旨進并排出液體， 并將液體所獲得的大部分動能轉(zhuǎn)變成靜壓能。軸封的作用是防止高壓液體在泵內(nèi) 沿軸漏出，或者外界空氣沿軸進入泵內(nèi)。離心泵的主要性能參數(shù)有流量、楊程、功率和效率。單位時間內(nèi)泵對輸出流體 所做的功，稱為泵的有效功率，以Ne表示，其表達式：Ne = QHpg，上式中h 是指泵的揚程，Q是指泵的流量。氣蝕現(xiàn)象是指離心泵是靠液面與入口處的壓強差來吸入液體的，當(dāng)液面上的大 氣壓強P 一定時，泵入口處的絕對壓強P越小，則壓強差A(yù)p = p - p越大，即a1a 1吸上高度越高。但P不能無限小，當(dāng)p1 p （輸送溫度下的飽和蒸氣壓）時， 液體在泵的入口處開始汽化，產(chǎn)

9、生氣泡，含氣泡的液體進入高壓區(qū)后，氣泡就急 劇凝結(jié)或破裂。因氣泡的消失而產(chǎn)生了局部真空，周圍的液體便以極高的速度沖 向原氣泡中心，瞬時產(chǎn)生了極大的局部沖擊壓力，造成對葉輪和泵殼的沖擊，這 種力的反復(fù)作用，使材料表面疲勞，從開始點蝕到形成嚴(yán)重的蜂窩狀孔洞，使葉 輪受到損壞。這種現(xiàn)象稱為氣蝕。離心泵的安裝與使用一般應(yīng)注意的以下問題：（1）泵的安裝高度必須低于允許安裝高度；（2）泵啟動前必須向泵內(nèi)灌滿被輸送的液體（3）泵啟動前應(yīng)關(guān)閉出口閥門，使啟動功率最小；（4）停泵前一般應(yīng)先關(guān)閉出口閥門，以免排出管內(nèi)的液體倒流入泵內(nèi)，使葉輪 受損；（1）泵運轉(zhuǎn)中應(yīng)定時檢查、維修等。第三章非均相物系的分離在化工生產(chǎn)

10、中，經(jīng)常遇到混合物的分離過程。混合物可分為兩大類，即均相 混合物和非均相混合物，均相物系的分離可采用蒸發(fā)、精餾、吸收等方法。 而對于非均相混合物可用沉降、過濾和離心分離等機械方法將它們分離。在非均相物系中，處于分散狀態(tài)的物質(zhì)，如懸浮液中的微粒，乳濁液中的微 滴，泡沫液中的氣泡，統(tǒng)稱為分散物質(zhì)；包圍著分散物質(zhì)而處于連續(xù)狀態(tài)的 流體，如氣態(tài)非均相物系中的氣體、液態(tài)非均物系中的連續(xù)液體，則統(tǒng)稱為 分散介質(zhì)。利用分散物質(zhì)本身的重力，使其在分散介質(zhì)中沉降而獲分離的操作，稱為重 力沉降。實現(xiàn)重力沉降的先決條件是分散相和連續(xù)相之間存在密度差。重力 沉降適用于分離較大的固體顆粒。利用重力沉降從氣流中分離出塵粒

11、的設(shè)備稱為降塵室。其設(shè)計和操作必須遵 循的基本原則是氣體中降塵室的停留時間至少等于顆粒從降塵室的最高點降 至室底所要求的時間。而用來提高懸浮液濃度并同時得到澄清液的重力沉降 設(shè)備是沉降槽。過濾：是指在處力的作用下，使懸浮液中的液體通過多孔介質(zhì)的孔道，而將 其中的固體顆粒截留下來，從而達到固、液兩相分離的目的。過液操作所處 理的懸浮液稱為濾槳或料液，所用的多孔介質(zhì)稱為過濾介質(zhì)，通過介質(zhì)孔道 的清液稱為濾液，被過濾介質(zhì)截留的固體顆粒稱為濾渣或濾餅。工業(yè)上的過濾操作可分為餅層過濾和深層過濾兩類，在化工生產(chǎn)當(dāng)中的過濾 操作多屬于餅層過濾。根據(jù)過濾推動力的不同，可以分為重力過濾、加壓過 濾、真空過濾和離

12、心過濾。過濾阻力為過濾介質(zhì)阻力與濾餅阻力之和。在一 般情況下，過濾阻力主要決定于濾餅阻力。濾餅越厚，顆粒越細(xì)，則阻力越大。脈沖除塵器是使氣體在壓差的作用下，通過專用織物進行過濾，以使氣體凈 化的一種除塵設(shè)備。根據(jù)濾袋內(nèi)外工作壓差的不同分為“吹式”和“吸式” 兩種。吹式是袋內(nèi)含塵氣體為正壓，而袋外為常壓；吸式是袋外含塵氣體為，而袋內(nèi)為負(fù)壓，在濾袋內(nèi)外壓差的作用下，氣體穿過濾袋而固體顆粒被截留在袋內(nèi)（或袋外）。離心分離是利用慣性離心力的作用分離非均相物系的一種有效方法。離心分 離設(shè)備可分為兩類，一類是設(shè)備靜止不動，懸浮物系作旋轉(zhuǎn)運動的離心沉降設(shè)備，如旋風(fēng)分離器和旋液分離器；另一類是設(shè)備本身旋轉(zhuǎn)的離

13、心分離設(shè)備，稱為離心機。傳熱熱量的傳遞是由于物體內(nèi)部或物體之間的溫度不同引起的，熱量總是自動地從 高溫物體傳給低溫物體。根據(jù)傳熱機理的不同，傳熱有三種基本的方式：熱傳 導(dǎo)、熱對流和熱輻射。熱傳導(dǎo)是由于物體本身分子或電子的微觀運動使熱量從物體溫度較高的部位 傳遞到溫度較低的部位的過程稱為熱傳導(dǎo)。熱傳導(dǎo)是固體中熱量傳遞的主要方 式。熱對流是由于流體中質(zhì)點發(fā)生了相對位移和混合，而將熱能由一處傳遞到另一 處?；蛘哒f當(dāng)流體發(fā)生宏觀運動時，除分子熱運動外流體質(zhì)點（微團）也發(fā)生相 對的隨機運動，產(chǎn)生碰撞與混合，由此而引起的熱量傳遞過程稱為對流傳熱。對 流可分為自然對流和強制對流。任何物體，只要其溫度在絕對零

14、度以上，都會以一定波長范圍的電磁波的形式 向外界發(fā)射能量，同時又會吸收來自外界物體的輻射能。當(dāng)物體向外界輻射的能 量與其從外界吸收的輻射能不相等時，該物體就與外界發(fā)生了熱量的傳遞，這種 傳熱方式稱為熱輻射。工業(yè)中的換熱方式，按原理和設(shè)備類型可分為：間壁式換熱、直接式換熱和蓄 熱式換熱?；どa(chǎn)中普遍采用的是間壁式換熱器。在間壁式換熱器中的熱流體 和冷流體之間由固體間壁隔開，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體。傳熱速率（又稱熱流量）：指單位時間內(nèi)通過傳熱面的熱量，單位為W；熱通量（又稱熱流密度）：指單位時間內(nèi)通過單位傳熱面積所傳遞的熱量，即 單位傳熱面積的傳熱速率。單位時間內(nèi)通過換熱器傳遞的熱量與換熱面積成正比，且與冷熱流體之間的平 均溫度差成正比。即有：Q = KAAtm，它是傳熱的基本方程式。傳熱系數(shù)、傳熱 面積和傳熱平均溫度差是傳熱過程的三要素。穩(wěn)定傳熱是指在傳熱系統(tǒng)中，傳熱面各點的溫度僅隨位置不同而變，不隨時間 而變化。穩(wěn)定傳熱的特點是單位時間通過單位傳熱面積傳遞的熱量是一個常量。換熱器是實現(xiàn)將熱能從一種流體傳至另一種流體的設(shè)備，是許多工業(yè)部門的通 用高備。按用途可分