化工原理复习题.doc

流体输送与流体输送机械复习
1、 粘度的定义式是：, 其物理意义是_促使流体产生单位速度梯度的剪应力__, 在法定单位制中，其单位是__Pa·s__,在物理单位制中，其单位是_P或cP_
2、 流体静力学基本方程式主要应用于_压强或压差的测量_、__液位测量__、_液封高度计算_
3、 某粘性液体在一定管路系统中流动，在流量不变条件下将液体加热，则液体的粘度将_降低_, 雷诺准数Re将_增大__, 流动阻力将_减小_
4、 某设备的表压强为100kPa, 则它的绝对压强为__201.33__kPa, 另一设备的真空度为400mmHg, 则它的绝对压强为___48__kPa（当地大气压为101.33kPa）
5、 流体在圆形直管中作层流流动时，其速度分布是__抛物线__曲线。其管中心最大流速为平均流速的___2__倍，摩擦系数λ与Re的关系是__λ/Re__
6、 流体在钢管内作湍流流动时，摩擦系数λ与_Re_和__ε/d__有关；若其作完全湍流(阻力平方区)。则λ仅与__ε/d __有关
7、 因次分析的根据是_物理方程具有因此一致性__
8、 牛顿粘性定律的表达式为, 该式应用条件为__牛顿型__流体作_层流_流动。
9、 局部阻力的计算方法有_阻力系数法_和_当量长度法_
10、 通常流体粘度随温度t的变化规律为_对液体，温度升高，粘度降低；对气体，温度升高，粘度升高__
11、 层流和湍流的本质区别是_层流无径向脉动，而湍流有径向脉动__
12、 因次分析的目的是__用无因次数群代替变量，使实验与关联简化__
13、 离心泵的主要部件有_叶轮__、_泵壳__和_轴封装置_
14、 离心泵的泵壳制成蜗壳状，其作用是_使部分动能转换为静压能_
15、 离心泵的主要特性曲线包括_H--Q_、_η—Q_和__N--Q__
16、 离心泵特性曲线是在一定__转速__下，用常温__水__为介质，通过实验测定得到的
17、 离心泵启动前需要先向泵内充满所需要输送的液体，否则将发生__气缚__现象；而当离心泵的安装高度超过允许安装高度时，将可能发生__气蚀__现象。
18、 离心泵压头的物理意义是__离心泵对单位重量（1N）液体所提供的有效能量__,它的单位是__J/N或m__
19、 离心泵安装在一定管路上，其工作点是指__泵的特性曲线和管路特性曲线的交点_
20、 离心泵通常采用__出口阀门__调节流量

1、水在本题附图所示的虹吸管内作定态流动，管路直径没有变化，水流经管路的能量损失可以忽略不计，试计算管内截面2-2'、3-3'、4-4'和5-5'处的压强。大气压强为1.0133×105Pa。图中所标注的尺寸均以mm计。
解：为计算管内各截面的压强，应首先计算管内水的流速。先在贮槽水面1-1'及管子出口内侧截面6-6'间列柏努利方程式，并以截面6-6'为基准水平面。由于管路的能量损失忽略不计，即=0，故柏努利方程式可写为

式中 Z1=1m Z6=0 p1=0（表压） p6=0（表压） u1≈0
将上列数值代入上式，并简化得

解得 u6=4.43m/s
由于管路直径无变化，则管路各截面积相等。根据连续性方程式知Vs=Au=常数，故管内各截面的流速不变，即
u2=u3=u4=u5=u6=4.43m/s
则
因流动系统的能量损失可忽略不计，故水可视为理想流体，则系统内各截面上流体的总机械能E相等，即

总机械能可以用系统内任何截面去计算，但根据本题条件，以贮槽水面1-1'处的总机械能计算较为简便。现取截面2-2'为基准水平面，则上式中Z=2m，p=101330Pa，u≈0，所以总机械能为

计算各截面的压强时，亦应以截面2-2'为基准水平面，则Z2=0，Z3=3m，Z4=3.5m，Z5=3m。
（1）截面2-2'的压强

（2）截面3-3'的压强

（3）截面4-4'的压强

（4）截面5-5'的压强

从以上结果可以看出，压强不断变化，这是位能与静压强反复转换的结果。

2、料液自高位槽流入精馏塔，如附图所示。塔内压强为1.96×104Pa（表压），输送管道为φ36×2mm无缝钢管，管长8m。管路中装有90°标准弯头两个，180°回弯头一个，球心阀（全开）一个。为使料液以3m3/h的流量流入塔中，问高位槽应安置多高？（即位差Z应为多少米）。料液在操作温度下的物性：密度ρ=861kg/m3；粘度μ=0.643×10－3Pa·s。

解：取管出口处的水平面作为基准面。在高位槽液面1－1与管出口截面2－2间列柏努利方程

式中 Z1=Z Z2=0 p1=0（表压）
u1≈0 p2=1.96×104Pa

阻力损失

取管壁绝对粗糙度ε=0.3mm，则：

由图1-23查得λ=0.039
局部阻力系数由表1-4查得为
进口突然缩小（入管口） ζ=0.5
90°标准弯头 ζ=0.75
180°回弯头 ζ=1.5
球心阀(全开) ζ=6.4
故

=10.6J/kg
所求位差

截面2－2也可取在管出口外端，此时料液流入塔内，速度u2为零。但局部阻力应计入突然扩大（流入大容器的出口）损失ζ=1，故两种计算方法结果相同。

传热复习题
1、 多层平壁定态导热中，若某层的热阻最小，则该层两侧的温差__最小__。
2、 一定质量的流体在Ф25mm×2.5mm的直管内作强制的湍流流动，其对流传热系数
αi=1000W/(m2·℃)，如果流量和物性不变，改在Ф19mm×2mm的直管内流动，其αi=__1678__W/(m2·℃)
3、 在蒸汽—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中在工程上最有效的是__A__。
A.提高空气流速 B.提高蒸汽流速
C.采用过热蒸汽以提高蒸汽流速
D.在蒸汽一侧管壁上装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液
4、在管壳式换热器中饱和蒸汽加热空气，则
（1）传热管的壁温接近___饱和蒸汽__温度
（2）换热器总传热系数将接近_____空气____对流传热系数
5、在蒸汽冷凝传热中，不凝气体的存在对α的影响是____A____
A. 不凝气体的存在会使α大大降低 B. 不凝气体的存在会使α升高
C. 不凝气体的存在对α无影响
6、大容器内饱和液体沸腾分为____自然对流____、____泡核沸腾_____和____膜状沸腾_____阶段。工业上总是设法在_____泡核沸腾_____下操作。
7、斯蒂芬—波尔兹曼定律的数学表达式是，该式表明__黑体的辐射能力与热力学温度的四次方成正比___
8、物体黑度是指在___相同__温度下，灰体的__辐射能力__和__黑体辐射能力__之比，在数值上它与同一温度下物体的__吸收率__相等。

计算题
9、质量流量为7200kg/h的常压空气，要求将其温度由20℃加热到80℃，选用108℃的饱和水蒸气作加热介质。若水蒸气的冷凝传热膜系数为1×104 W/(m2·℃)，且已知空气在平均温度下的物性数据如下：比热容为1kJ/(kg·℃)，导热系数为2.85×10-2 W/(m·℃)，粘度为1.98×10-5Pa·s，普兰特准数为0.7。
现有一单程列管式换热器，装有Ф25mm×2.5mm钢管200根，管长为2m，核算此换热器能否完成上述传热任务？
计算中可忽略管壁及两侧污垢的热阻，不计热损失
解：空气需要吸收的热量是已知的，蒸汽冷凝放出热量能否通过该换热器的传递为空气所获得，就与列管换热器的传热速率密切相关。核算现有的列管换热器是否合用，就是用工艺本身的要求与现有换热器相比较，最直接的方法就是比较两者的Q或S0
（1）核算空气所需的热负荷应小于换热器的传热速率，即Q需要＜Q换热器
（2）核算空气所需的传热面积应小于换热器提供的传热面积，即S0需要＜S0换热器
解题时，首先应确定列管换热器中流体的流径，因蒸汽安排在壳程易排出冷凝水，故蒸汽走壳程，空气走管程。
空气热负荷为

换热器的传热速率
管内空气的对流传热系数计算：

所以
因忽略壁阻及污垢两侧的热阻，则

所以总传热系数
平均温度差为

换热器传热面积为
换热器的传热速率为
则Q换热器＞Q需要，说明该换热器能完成上述传热任务。

10、在一列管式换热器中，管内的氢氧化钠溶液与管外的冷却水进行逆流传热。氢氧化钠溶液的流量为1.2kg/s，比热容为3770 kJ/(kg·℃)，从70℃冷却到35℃，对流传热系数为900 W/(m2·℃)。冷却水的流量为1.8 kg/s，比热容为4180 kJ/(kg·℃)，入口温度为15℃，对流传热系数为1000 W/(m2·℃)。按平壁处理，管壁热阻、污垢热阻及换热器热损失均忽略。试求：换热器的传热面积。（假设两流体均为湍流，物性不变，传热温度差可用算数平均值计算。）
解：换热器的传热面积
先求冷流体出口温度

解出 t2=36℃
因
所以平均温度差可以用算术平均值来计算

因按平壁处理

则

吸收复习题
一、 对低浓度溶质的气液平衡系统，当总压降低时，亨利系数E将_不变_, 相平衡常数m将_增大_, H将_不变_
二、 亨利定律表达式, 若气体在水中的亨利系数E值很小，说明该气体为_易溶_气体
三、 在吸收过程中，Ky和ky是以__y—y*_和_y—yi_为推动力的吸收系数，它们的单位是_kmol/(m2·s·Δy)
四、 若总吸收系数和分吸收系数的关系可以用， 其中表示_气膜阻力，当_1/（HkL）_项可忽略时，表示该吸收过程为气膜控制。
五、 在1atm，20℃时，某浓度气体被清水吸收，若气膜吸收系数kG=0.1kmol/（, 液膜吸收系数kL=0.25kmol/（, 溶质的亨利系数H=0.0067（, 则该溶质为_易溶_气体，气相总吸收系数Ky=_0.0997_kmol/（
六、 一般而言，两组分A，B的等摩尔相互扩散体现在__精馏__单元操作当中，而组分A在B中单相扩散体现在__吸收__单元操作中。
七、 在吸收过程中，若降低吸收剂用量，对气膜控制物系，体积吸收总系数KYa值将_不变_, 对液膜控制物系，体积吸收总系数KYa值将___减小__
八、 双膜理论是将整个相际传质过程简化为_通过气、液两膜层的分子扩散过程__
九、 吸收塔的操作线方程和操作线是通过__物料衡算__得到的。它们与__平衡关系_、_操作温度__和__压强及塔的结构__无关。
十、 吸收因数A可表示为_L/mV_, 它在Y-X图中的几何意义是_操作线斜率和平衡线斜率之比_
十一、 若分别以S1、S2、S3表示难溶、中等溶解度、易溶气体在吸收过程中的脱吸因数，吸收过程中操作条件相同，则S1_大于__S2__大于__S3
十二、 吸收过程中，若减小吸收剂用量，操作线的斜率__变小__,吸收推动力__变小__
十三、 吸收过程中，物系平衡关系可以用y*=mx表示，最小液气比的计算式=
干燥复习题
1、 对流干燥操作的必要条件是_湿物料表面的水汽分压大于干燥介质中的水汽分压；干燥过程是存在传热传质推动力，热量传递和质量传递相结合的过程
2、 在101.3kPa的总压下，在间壁式换热器中将温度为293K、相对湿度为80%的湿空气加热，则该空气下列状态参数变化的趋势是：湿度H不变，相对湿度φ降低_，湿球温度tW_增高_，露点温度td_不变。
3、 在101.3kPa的总压下，将饱和空气的温度从t1降至t2，则该空气的下列状态参数变化的趋势是：湿度H__降低_____，相对湿度φ_不变___，湿球温度tW__降低__________，露点温度td__降低____。
4、 在实际的干燥操作中，常用__干湿球温度计_____来测量空气的温度。
5、 测定空气中水汽分压的实验方法是测量___露点______________。
6、 恒定的干燥条件是指空气的__温度___、__湿度（或相对湿度）____、__流速____均不变的干燥过程。
7、 在一定的温度和总压强下，以湿空气作干燥介质，当所用空气的相对湿度φ较大时，则湿物料的平衡水分相应_增大___，其自由水分相应__减小__________。
8、 恒速干燥阶段又称__表面汽化_控制阶段，影响该阶段干燥速率的主要因素是干燥介质的状况、流速及其与物料的接触方式；降速干燥阶段又称内部迁移控制阶段，影响该阶段干燥速率的主要因素是_物料结构、尺寸及其与干燥介质的接触方式、物料本身的温度_。
9、 在恒速干燥阶段，湿物料的表面温度近似等于__热空气的湿球温度_____。
10、 理想干燥器或绝热干燥过程是指_干燥器不补充热量，忽略干燥器的热损失，忽略加热物料所消耗的热量_，干燥介质进入和离开干燥器的焓值__相等____。
11、 物料的平衡水分一定是__结合水分___。
12、 在常压和40℃下，测得湿物料的干基含水量X与空气的相对湿度φ之间的平衡关系是：当φ=100%时，平衡含水量X*=0.16kg/kg绝干料；当φ=40%时，平衡含水量X*=0.04kg/kg绝干料。已知该物料的初始含水量X1=0.23 kg/kg绝干料,现让该物料在40℃下与φ=40%的空气充分接触，非结合水含量为_0.07__ kg/kg绝干料，自由含水量为___0.19 kg/kg绝干料_______。

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