化工原理第三版(陈敏恒)上、下册课后思考题答案(精心整理版).doc

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第一章流体流动

1、什么是连续性假定?

质点的含义是什么?

有什么条件?

连续性假设：

假定流体是由大量质点组成的，彼此间没有间隙，完全充满所占空间的连续介质。

质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比分子自由程却要大得多。

2、描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?

拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状态；欧拉法描述的是空间各点的状态及其与时间的关系。

3、粘性的物理本质是什么?

为什么温度上升,气体粘度上升,而液体粘度下降?

粘性的物理本质是分子间的引力和分子的运动与碰撞。

通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主，温度上升，热运动加剧，粘度上升。

液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。

4、静压强有什么特性?

①静止流体中，任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；

②作用于某一点不同方向上的静压强在数值上是相等的；

③压强各向传递。

7、为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好?

由静力学方程可以导出，所以H增加，压差增加，拔风量大。

8、什么叫均匀分布?

什么叫均匀流段?

均匀分布指速度分布大小均匀；均匀流段指速度方向平行、无迁移加速度。

9、伯努利方程的应用条件有哪些?

重力场下、不可压缩、理想流体作定态流动，流体微元与其它微元或环境没有能量交换时，同一流线上的流体间能量的关系。

12、层流与湍流的本质区别是什么?

区别是否存在流体速度u、压强p的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。

13、雷诺数的物理意义是什么?

物理意义是它表征了流动流体惯性力与粘性力之比。

14、何谓泊谡叶方程?

其应用条件有哪些?

应用条件：

不可压缩流体在直圆管中作定态层流流动时的阻力损失计算。

15、何谓水力光滑管?

何谓完全湍流粗糙管?

当壁面凸出物低于层流内层厚度，体现不出粗糙度过对阻力损失的影响时，称为水力光滑管。

在Re很大，λ与Re无关的区域，称为完全湍流粗糙管。

16、非圆形管的水力当量直径是如何定义的?

能否按计算流量?

当量直径定义为。

不能按该式计算流量。

17、在满流的条件下，水在垂直直管中向下流动，对同一瞬时沿管长不同位子的速度而言，是否会因重力加速度而使下部的速度大于上部的速度?

因为质量守恒，直管内不同轴向位子的速度是一样的，不会因为重力而加快，重力只体现在压强的变化上。

20、是否在任何管路中,流量增大阻力损失就增大;流量减小阻力损失就减小?

为什么?

不一定，具体要看管路状况是否变化。

1、系统与控制体

系统或物系是包含众多流体质点的集合。

系统与辩解之间的分界面为系统的边界。

系统与外界可以有力的作用与能量的交换，但没有质量交换，系统的边界随着流体一起运动，因而其形状和大小都可随时间而变化。

（拉格朗日）

当划定一固定的空间体积来考察问题，该空间体积称为控制体。

构成控制体空间界面称为控制面。

控制面是封闭的固定界面，流体可以自由进出控制体，控制面上可以有力的作用与能量的交换（欧拉）

2、什么是流体流动的边界层？

边界层分离的条件是什么？

答案：

流速降为未受边壁影响流速（来流速度）的99%以内的区域为边界层，即边界影响未及的区域。

流道扩大造成逆压强梯度，逆压强梯度容易造成边界层的分离，边界层分离造成大量漩涡，大大增加机械能消耗。

3、动量守恒和机械能守恒应用于流体流动时，二者关系如何？

当机械能守恒定律应用于实际流体时，由于流体的粘性导致机械能的耗损，在机械能恒算式中将出现Hf项，但动量守恒只是将力和动量变化率联系起来，未涉及能量和消耗问题。

4、塑性流体

只有当施加的剪应力大于某一临界值（屈服应力）后才开始流动

5、涨塑性

在某一剪切范围内表现出剪切增稠现象，即粘度随剪切率增大而升高

6、假塑性

在某一剪切率范围内，粘度随剪切率增高而下降的剪切稀化现象

7、触变性，震凝性

随τ作用时间延续，du/dy增大，粘度变小。

当一定剪应力τ所作用的时间足够长后，粘度达到定态的平衡值，称触变性；反之，粘度随剪切力作用时间延长而增大的行为称震凝性。

8、粘弹性

爬捍效应，挤出胀大，无管虹吸

9、定态流动

运动空间个点的状态不随时间而变化

10、何谓轨线？

何谓流线？

为什么流线互不相交？

轨线是某一流体质点的运动轨迹，描述的是同一质点在不同时刻的位置（拉格朗日）

流线上各点的切线表示同一时刻各点的速度方向，描述的是同一瞬间不同质点的速度方向（欧拉）

同一点在指定某一时刻只有一个速度

11、动能校正系数α为什么总是大于，等于1？

根据，可知流体界面速度分布越均匀，α越小。

可认为湍流速度分布是均匀的，代入上式，得α接近于1

12、流体流动过程中，稳定性是指什么？

定态性是指什么？

稳定性是指系统对外界扰动的反应

定态性是指有关运动参数随时间的变化情况

13、因次分析法规化试验的主要步骤

（1）析因实验——寻找影响过程的主要因素

（2）规划试验——减少实验工作量

（3）数据处理——实验结果的正确表达

14、平均流速

单位时间内流体在流动方向上流经的距离称为流速，在流体流动中通常按流量相等的原则来确定平均流速

15、伯努利方程的物理意义

在流体流动中，位能，压强能，动能可相互转换，但其和保持不变

16、理想流体与非理想流体

前者粘度为零，后者为粘性流体

17、局部阻力当量长度

近似地认为局部阻力损失可以相当于某个长度的直管

18、可压缩流体

有较大的压缩性，密度随压强变化

19、转子流量计的特点

恒流速，恒压差

第二章流体输送机械

1、什么是液体输送机械的压头或扬程？

流体输送机械向单位重量流体所提供的能量

2、离心泵的压头受哪些因素影响？

与流量，转速，叶片形状及直径大小有关

3、后弯叶片有什么优点？

有什么缺点？

优点：

后弯叶片的叶轮使流体势能提高大于动能提高，动能在蜗壳中转换成势能时损失小，泵的效率高

缺点：

产生同样理论压头所需泵体体积比前弯叶片的大

4、何谓“气缚”现象？

产生此现象的原因是什么？

如何防止气缚？

因泵内流体密度小而产生的压差小，无法吸上液体的现象

原因是：

离心泵产生的压差与密度成正比，密度小，压差小，吸不上液体。

措施：

灌泵，排气

5、影响离心泵特性曲线的主要因素有哪些？

离心泵的特性曲线指He~qv，η~qv，Pa~qv。

影响这些曲线的主要因素有液体密度，粘度，转速，叶轮形状及直径大小

6、离心泵的工作点是如何确定的？

有哪些调节流量的方法？

离心泵的工作点是由管路特性方程和泵的特性方程共同决定的

调节出口阀，改变泵的转速

9、何谓泵的汽蚀？

如何避免汽蚀？

泵的气蚀是指液体在泵的最低压强处（叶轮入口）气化形成气泡，又在叶轮中因压强升高而溃灭，造成液体对泵设备的冲击，引起振动和腐蚀的现象

规定泵的实际汽蚀余量必须大于允许汽蚀余量；通过计算，确定泵的实际安装高度低于允许安装高度

10、什么是正位移特性？

流量由泵决定，与管路特性无关

11、往复泵有无汽蚀现象？

有，这是由液体气化压强所决定的

12、为什么离心泵启动前应关闭出口阀，而漩涡泵启动前应打开出口阀？

这与功率曲线的走向有关，离心泵在零流量时功率符合最小，所以在启动时关闭出口阀，使电机负荷最小；而漩涡泵在大流量时功率负荷最小，所以启动时要开启出口阀，使电机负荷最小

13、通风机的全压，动风压各有什么含义？

为什么离心泵的H与ρ无关，而风机的全压pT与ρ有关？

通风机给每立方米气体加入的能量为全压，其中动能部分为动风压。

因单位不同，压头为m，全风压为N/m2，按△P=ρgh可知h与ρ无关时，△P与ρ成正比

14、某离心通风机用于锅炉通风，通风机放在炉子前与放在炉子后比较，在实际通风的质量流量，电机所需功率上有何不同？

为什么？

风机在前，气体密度大，质量流量大，电机功率负荷也大

风机在后，气体密度小，质量流量小，电机功率负荷也小

1、离心泵的主要构件

叶轮和蜗壳

2、离心泵与往复泵的比较

泵的类型

离心泵

往复泵

流量

均匀性

均匀

不均匀

恒定性

随管路特性而变

恒定

范围

广，易达大流量

较小流量

压头大小

不易达到高压头

压头高

效率

稍低，愈偏离额定值愈小

高

适用范围

流量和压头适用范围广，尤其适用于较低压头，大流量。

除高粘度物料不太适用外，可输送各种物料

适用于流量不大的高压头输送任务；输送悬浮液要采用特殊结构的隔膜泵

3、真空泵的主要特性

极限真空（残余压强），抽气速率（抽率）

4、简述往复泵的水锤现象。

往复泵的流量调节方法有几种？

流量的不均匀时往复泵的严重缺点，它不仅是往复泵不能用于某些对流量均匀性要求较高的场所，而且使整个管路内的液体处于变速运动状态，不但增加了能量损失，且易产生冲击，造成水锤现象，并降低泵的吸入能力。

提高管路流量均运行有如下方法：

（1）采用多缸往复泵

（2）装置空气室

流量调节方法：

（1）旁路调节

（2）改变曲柄转速和活塞行程

第三章液体的搅拌

1、搅拌的目的是什么？

①.加快互溶液体的混合

②.使一种液体以液滴形式均匀分布于另一种不互溶的液体中

③.使气体以气泡的形式分散于液体中

④.使固体颗粒在液体中悬浮

⑤.加强冷热液体之间的混合以及强化液体与器壁的传热

2、为什么要提出混合尺度的概念？

因调匀度与取样尺度有关，引入混合尺度反映更全面

3、搅拌器的两个功能是什么？

改善搅拌效果的工程措施有哪些（？

（1）产生强大的总体流动

（2）产生强烈的湍动或强剪切力场

4、旋桨式，涡轮式，大叶片低转速搅拌器，各有什么特长和缺陷？

旋桨式适用于宏观调匀，不适用于固体颗粒悬浮液；涡轮式适用于小尺度均匀，不适用于固体颗粒悬浮液；大叶片低速搅拌器适用于高粘度液体或固体颗粒悬浮液，不适用于低粘度液体混合

5、提高液流的湍动程度可采取哪些措施？

（1）提高转速

（2）阻止液体圆周运动，加挡板，破坏对称性（3）装导流筒，消除短路，清除死区

6、大小不一的搅拌器能否适用同一条功率曲线？

为什么？

只要几何相似就可以使用同一根功率曲线，因为无因次化之后，使用了这一条件

7、选择搅拌器放大准则的基本要求是什么？

混合效果与小式相符

1、宏观混合与微观混合

宏观混合是从设备尺度到微团尺度或最小漩涡尺度考察物系的均匀性；微观混合是从分子尺度上考察物系的均匀性

2、常用搅拌器的性能

旋桨式：

直径比容器小，转速较高，适用于低粘度液体。

主要形成大循环量的总体流动，但湍流程度不高。

主要适用于大尺寸的调匀，尤其适用于要求容器上下均匀的场所。

涡轮式：

直径为容器直径的0、3~0、5倍，转速较高，适用于低粘度或中等粘度（μ<50Pa·s）的液体。

对于要求小尺度均匀的搅拌过程更为适用，对易于分层的物料（如含有较重固体颗粒的悬浮液）不甚合适。

大叶片低转速：

桨叶尺寸大，转速低，旋转直径约为0、5~0、8倍的搅拌釜直径，可用于较高粘度液体的搅拌。

3、影响搅拌功率的因素

几何因素：

搅拌器的直径d；搅拌器叶片数、形状以及叶片长度l和宽度B；容器直径D；容器中所装液体的高度h；搅拌器距离容器底部的距离h1；挡板的数目及宽度b

物理因素：

液体的密度、粘度μ、搅拌器转速n

4、搅拌功率的分配

等功率条件下，加大直径降低转速，更多的功率消耗于总体流动，有利于大尺度上的调匀；反之，减小直径提高转速，则更多的功率消耗于湍动，有利于微观混合。

5、简述搅拌釜中加挡板或导流筒的主要作用分别是什么

加挡板：

有效地阻止容器内的圆周运动

导流筒：

严格地控制流动方向，既消除了短路现象又有助于消除死区；抑制了圆周运动的扩展，对增加湍动程度，提高混合效果也有好处

6、搅拌器案工作原理可分为哪几类？

各类搅拌器的特点