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《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、效率的急剧下降，使泵操作不正常。为避免汽蚀现象的发生，应使泵入口处的绝对压强P1必须高于工作温度下被送液体的饱和蒸汽压Pv，即P1>Pv。

17、 在列管式换热中，冷、热流体流经的通道是如何选择的？
答：（1）不洁净易结垢的流体应走便于清洗的一侧；
（2）腐蚀性流体应走管程，以避免壳体和管束同时被腐蚀；
（3）压强高的流体宜走管程，以避免壳体承受过高压力；
（4）对流传热系数明显较低的物料宜走管程，以利于提高流速。
（5）饱和蒸汽宜走壳程，以便于排出冷凝液；
（6）需冷却的物料宜走壳程，便于散热。但有时为了较充分利用高温流体的热量，减少热损失，也可走管程。
（7）流量小或粘度大的物料可走壳程，因为在折流挡板的作用下，Re>100即可达到湍流；

18、 为什么当传热壁面形成污垢层后，其热阻将大为增加？
答：由于污垢层多为非金属材质，其导热系数很小，所以其热阻很大，一但在传热面上形成了污垢层后，其传热的热阻将大幅度地增加。

19、 液体的池内沸腾可分为自然对流、核状沸腾和膜状沸腾三个阶段，为什么膜状沸腾阶段的对流传热系数α随温度差Δt的增大是先减小后增大？
答：当达到膜状沸腾阶段的液体，当温度差Δt继续增大，将使汽泡形成过快，汽泡在脱离加热面前便相互连接、形成汽膜，把加热面与液体隔开。由于汽膜热阻要比液膜热阻大得多，故使对流传热系数α急剧下降；当温度差Δt继续增大到一定值，加热面的温度进一步提高，热辐射的影响愈益显著，于是对流传热系数α再度随温度差Δt的增大而迅速增大。

20、 为什么单靠离心泵铭牌上所标的性能参数的数值还不能全面反映泵的性能？
答：因为离心泵铭牌上所标的性能参数的数值为泵在效率最高点时的数值，并不是它们的最高值。

21、 影响离心泵性能的主要因素有哪些？
答：流体的的密度、粘度、电机的转速和叶轮的直径。

22、 湍流流动的流体与壁面进行对流传热时，其热阻为何主要集中于层流内层？
答：因为作湍流流动的流体，只在湍流主体是作湍流流动，而在靠近壁面处仍存在着一层作层流流动的流体薄层，由于流体的导热系数较小，故该层流流动的流体薄层的热阻比湍流主体的热阻大得多。所以，作湍流流动的流体与壁面进行传热时，其热阻主要集中于层流内层。

23、 同一真空蒸发器在天津和兰州操作，其真空表的读数是否相等，为什么？
答：不相等。因为，天津和兰州的大气压强不相等。

24、 根据终压或压缩比的不同范围，气体输送机械可分成哪几类？
答：根据终压或压缩比的不同范围，气体输送机械可分成： 通风机 、鼓风机 、压缩机和真空泵；

25、 为什么管路流量调节是使用离心泵出口管路上的阀门而不使用离心泵入口管路上的阀门？
答：因为对于离心泵，若吸入管路阻力愈大，则泵的允许安装高度愈低，发生汽蚀的可能性愈大，故为减小泵的吸入管路阻力损失， 流量调节是使用离心泵入口管路上的阀门而不使用离心泵出口管路上的阀门。

26、 在蒸汽的冷凝过程中，蒸汽的流速和流向如何影响其对流传热系数α？
答：当蒸汽和液膜间的相对速度<10m/s时，蒸汽流速的影响可忽略。但当蒸汽的流速较大时，由于气液界面间摩擦力的增加，会影响液膜的流动。若液膜和蒸汽流向相同，蒸汽将加速冷凝液的流动，使膜厚减小，传热系数增大；若两者为逆向流动，则使传热系数减小，但当逆向流动的蒸汽速度很大时，能冲散液膜使部分壁面直接暴露于蒸汽中，传热系数反而增大。

27、 工业上为什么一般不采用过热蒸汽作为加热的热源？
答：若采用过热水蒸汽做热源，则有部分的传热面将用于过热水蒸汽的冷却，在蒸汽内部存在温度梯度和热阻，从而使传热系数大幅度降低，传热效果反而不如采用饱和水蒸汽做热源时的传热效果。

28、 为什么饱和蒸汽的冷凝和液体沸腾时的传热系数比无相变时大得多？
答：通常在传热过程中若发生流体相态的变化（如液体的沸腾、气体的冷凝），其传热系数要比无相变时大得多。这是由于相变化时流体要放出或吸收大量的相变潜热；另外，传热过程中流体主体温度恒定，使壁面附近流体能维持较高的温度梯度，传热阻力主要来自于壁面处的流体层，故其对流传热系数远高于同种流体无相变化时的传热系数。

29、 将换热器两侧流体的对流传热系数α（α2=1000α1）各提高一倍，问哪种情况下其总传热系数K变化更为显著？为什么？
30、
答：提高α1时，其总传热系数K变化更为显著。
因为，总传热系数K总是小于两侧对流传热系数，且总传热系数K总是接近于对流传热系数小的那侧的数值。

30、管式换热器中，用饱和水蒸汽走管外加热管内空气，试问：传热系数接近于哪侧流体的对流给热系数？
答：传热系数接近于管内空气的对流传热系数。
因为，总传热系数K总是小于两侧对流传热系数，且当两侧对流传热系数相差较大时，总传热系数K总是接近于对流传热系数小的那侧的数值。由于饱和水蒸汽冷凝为有相变化的对流传热过程，其对流传热系数远大于无相变化的管内空气加热过程，故传热系数接近于管内空气的对流传热系数。

31、为什么有些在重力场中很稳定的物系无法用重力式设备分离，而采用离心式设备则可很轻易的进行分离？
答：离心分离设备可以通过提高转速或者设备直径，提高分离因素。高速离心机的分离因素可达每分钟几万转。所以，离心分离设备的分离效果要远比重力式好得多，故有些在重力场中很稳定的物系无法用重力式设备分离，而采用离心式设备则可很轻易的进行分离。

32、 为什么板框压滤机的洗涤速率是最终过滤速率的1/4？
答：板框式过滤机是采用横穿法洗涤法，洗水穿过的滤布面积是过滤时的滤布面积的一半，而所穿过的滤饼厚度为过滤时的两倍，故其洗涤速率为过滤终了速率的1/4。

33、过滤介质必须具备哪些基本要求？（4分）
答：（1）必须具有多孔性结构，助力小，孔道大小适中。
（2）必须有足够的强度，同时，强度不随操作条件的改变而减弱。
（3）必须具有适当的表面特性，能加快滤饼卸除。
食品生产上所用的过滤介质，除具有上述基本要求外，还必须具备如下特点：
（4）无毒；
（5）不易滋生微生物，易于清洗消毒；
（6）耐腐蚀。

34、什么叫助滤剂？它有何作用？
答：助滤剂是一种坚硬而形状不规则的小颗粒，能形成结构疏松，开放且几乎是不可压缩的滤饼。其作用是可提高过滤速率。
35、简述旋风分离器的工作原理：
答：含尘气体从圆筒上部长方形切线进口进入，沿圆筒内壁作下旋螺旋运动，入口气速约为15～20m/s。颗粒的离心力较大，被甩向外层，气流在内层。在圆锥部分，旋转半径缩小而切向速度增大，颗粒将靠近器壁。在圆锥的底部附近，气流转为上升旋转运动，最后由上部出口管排出；当颗粒触及器壁时，动能损失而沿内壁落入灰，气固得以分离。

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