化工原理復習題庫

1、第一章流體流動1.流體靜力學基本方程式1 . 1流體的密度與靜壓強1. 1.1流體的密度單位體積的流體所具有的流體質量稱為密度，以p表示，單位為kg/m3。PMRT氣體的密度隨溫度和壓強而變，可視為可壓縮流體。當可當作理想氣體處理時, 用下式估算：PTo0PoT1. 1. 2流體的靜壓強垂直作用于流體單位面積上的表面力稱為流體的靜壓強，簡稱壓強，俗稱壓力，以p表示，單位為Pa。壓強可有不同的表示方法：(1)根據壓強基準選擇的不同，可用絕壓、表壓、真空度(負表壓)表示。表壓和真空度分別用壓強表和真空表度量。表壓強二絕對壓強-大氣壓強；真空度=大氣壓強-絕對壓強(2)工程上常采用液柱高度h表示壓強

2、，其關系式為 p=p gh10.33mH2O 760mmHg 101.33kR1. 2流體靜力學基本方程式1. 2. 1基本方程的表達式g(Z1 Z2) gh對于不可壓縮流體，有：P17P27aP2 P一gZ1 一 gZ2 或P Po1. 2. 2流體靜力學基本方程的應用條件及意義流體靜力學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，靜止液體內部的壓強變化規(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，但其兩項和(稱為總勢能)卻保持定(2)等壓面的概念 當液面上方壓強Po 一定

3、時，P的大小是液體密度p和 深度h的函數。在靜止的連續(xù)的同一液體內，處于同一水平面上各點的壓強都相(3)傳遞定律 當Po變化時，液體內部各點的壓強P也發(fā)生同樣大小的變 化。(4)液柱高度表示壓強或壓強差 改寫流體靜力學基本方程式可得：P Po上式說明壓強差(或壓強)可用一定高度的液體柱表示，但一定注明是何種 液體。1 . 3流體靜力學基本方程式的應用以流體靜力學基本方程式為依據可設計出各種液柱壓差計、液位計，可進行 液封高度計算，根據 p gZ的大小判斷流向。但需特別注意，U形管壓差計讀數反映的是兩測量點位能和靜壓能兩項和的差值。應用靜力學基本方程式進行計算時，關鍵一環(huán)是等壓面的準確選取。2

4、.流體流動的基本原理2. 1定態(tài)流動系統(tǒng)的連續(xù)性方程式應用連續(xù)性方程時，應注意如下兩點：(1)在衡算范圍內，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)中，流量一定時，管路各截面上流這里的流速指單位管道橫截面上的體積流量，即閥門及輸送機械無u VsA對于不可壓縮流體，流速和管徑的關系為U2Uid2d2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、當流量一定且選定適宜流速時，利用連續(xù)性方程可求算輸送管路的管徑，即4Vs u用上式計算出管徑后，要根據管子系列規(guī)格選用標準管徑。2.2.2機械能衡算方程式一一柏努利方程式2. 1具有外功加入、

5、不可壓縮粘性流體定態(tài)流動的柏努利方程為22u1P1MU2P2hg乙WsgZ2hf式中的We為輸送機械對1kg流體所作的有效功，或1kg流體從輸送機械獲 得的有效能量。式中各項單位均為 J/kgo當流體不流動時，u=0, hf 0,也不需要加入外功，于是有:八7P1P2gZ1gZ2 一可見流體靜力學基本方程式為柏努利方程式的一個特例。2. 2. 2理想流體的柏努利方程式2 _2 _U1R必 P2gZ1 -gZ2 萬一此式表明，理想流體作定態(tài)流動時，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，但各種形式的機械能可以互相轉換。2. 2. 3柏努利方程式的討論(1)柏努利方程式的適用

6、條件由推導過程可知，柏努利方程式適用于不可壓縮流體定態(tài)連續(xù)流動。(2)理想流體的機械能守恒和轉化1kg理想流體流動時的總機械能是守包的，但不同形式的機械能可互相轉化。22(3)注意區(qū)別式gZ1 彳邑 we gZ2 -2 -p2hf中各項能量所表示的意義式中的gZ、-2/2、p/p指某截面上1kg流體所具有的能量；hf為兩截面間沿程的能量消耗，它不能再轉化為其他機械能； We是1kg流體在兩截面間獲得的能量，是輸送機械重要參數之一。由 We可選擇輸送機械并計算其有效功率，即Ne We ws若已知輸送機械的效率“，則可計算軸功率，即:N Ne.(4)柏努利方程式的基準1N流體(工程制柏努利方程式)

7、：乙2-12gP1gHeZ22-22gp2-H fg式中各項單位均為J/N或m。He為輸送機械的有效壓頭，Hf為壓頭損失，Z、 -2/2g、p/pg分別稱為位壓頭、動壓頭和靜壓頭。221m3流體：gZ1 p1 H T gZ2 p2hf22式中各項單位均為J/m3或Pa。HT稱為風機的全風壓，是選擇風機的重要參 數之一。(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變化小于原來絕對壓 強的20%時，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.流體在管內的流動規(guī)律及流動阻力3. 1兩種流型3. 1. 1雷諾實驗和雷諾準數雷諾

8、于1883年設計了雷諾實驗。實驗中發(fā)現(xiàn)三種因素影響流型，即流體的 性質(主要為p、仙)、設備情況(主要為 d)及操作參數(主要為-)o對一 定的流體和設備，可調參數為-。雷諾綜合如上因素整理出一個無因次數群一一雷諾準數：Red-Re是一個無因次數群，可作為流動類型的判據，當 Re02000時為滯流，當Re>4000時為湍流。du0dy3. 1. 2牛頓粘性定律及流體的粘性當流體在管內滯流流動時，內摩擦應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

9、式：dudy使流體產生單位速度梯度的剪應力即為流體的粘度，它是流體的物理性質之一。單位換算：1cP 0.01P 1 10 3 Pa?s3. 1. 3滯流與湍流的比較流型滯（層）流湍（紊）流判據Re<2000Re>2000質點的運動情 況沿軸向作直線運動，不存在橫 向混合和質點碰撞不規(guī)則雜亂運動，質點碰撞和劇 烈混合。脈動是湍流的基本特點管內速度分布拋物線方程1 u - u max2壁卸處Uw ,管中心Umax碰撞和混合使速度平局化U 0.82Umax壁卸處Uw,管中心Umax邊界層滯流層厚度等于管子的半徑流流底層一緩沖層一湍流主體直管阻力粘性內摩擦力，即牛頓粘性定律業(yè)dy粘性應力+

10、湍流應力，即（e）型 （e為渦流粘度， dy不是物性，與流動狀況肩美）應注意搞清如下概念：流體在圓形管進口段內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，邊界層厚度等于半徑，以后進入完全發(fā)展了的流動。當邊界層在管中心匯合時，若邊界層內為滯流，即整個邊界層均為滯流層；若邊界層為湍流，則管內流動為湍流。湍流時邊界內存在滯流內層、 緩沖層及湍 流主體。Re愈大，湍動愈劇烈，滯流內層愈薄，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。測量管內流動參數（流速、壓強等）的儀表應安裝在進口段以后的流動完 全發(fā)展了的平直管段上。4.

11、 2流體在管內的流動阻力流體在管內的流動阻力由直管阻力和局部足聯(lián)兩部分構成，即hf hf hf阻力產生的根源是流體具有粘性，流動時產生內摩擦；固體表面促使流體流 動時其內部發(fā)生相對運動，提供了流動阻力產生的條件。流動阻力大小與流體性 質（p、N ）、壁面情況（e或e / d）及流動狀況（u或Re）有關。流動阻力消耗了機械能，表現(xiàn)為靜壓能的降低，稱為壓強降，用Pf表示。注意區(qū)別壓強降 Pf與兩個截面的壓強差 P的概念。（1）直管阻力I 2直管阻力的通式（范寧公式）：hfid 2層流時的摩擦系數入（解析法）層流時的摩擦系數入僅是 Re的函數而與相對粗糙度e / d無關,64 Re1湍流時的摩擦系數

12、入對于水力光滑管：0.3164Re0.25（柏拉修斯公式）考萊布魯克公式：1= 1,74 21gz -18 ,此式適用于湍流區(qū)的光滑 d Re,管與粗糙管直至完全湍流區(qū)。對于粗糙管，為使工程計算方便，在雙對數坐標中，以e / d為參數，標繪 入與Re的關系，得到教材上所示的關系圖。圓形管內實驗結果的推廣一一非圓形管的當量直徑2流體在非圓形管內作定態(tài)流動時，其阻力損失仍可用hf上計算 但應d 2將式中及Re中的圓管直徑d以當量直徑de來代替。de 4h, “ 流通截面積A/潤濕周邊口。（2）局部阻力為克服局部阻力所引起的能量損失有兩種計算方法，即局部阻力系數法和當22量長度法，其計算公式為：hf

13、及hf 上匕。常用管件、閥門、突2d 2然擴大或縮小的局部阻力系數（值和當量長度 le值可查有關教材。在工程計算中, 一般取入口的局部阻力系數（為 0.5,而出口的局部阻力系數（為1.0。計算局 部阻力時應注意兩點：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和出口l 2-計算突然擴大或縮小2阻力系數(值即為1.0。用公式hf t或hf2的局部阻力時，式中的u均應取細管中的流速值。(3)管路系統(tǒng)的總能量損失hfle4 .柏努利方程的工程應用應用柏努利方程解題步驟：根據題意繪出流程示意圖，標明流體流動方向。u、確定衡算范圍，選取上、下游截面，選取截面的原則是：兩截面均與流體流 動方

14、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p、Z兩截面間的 hf都應相對應一致。選取基準水平面，基準面必須與地面平行；為簡化計算，常使所選的基準面 通過某一衡算截面。各物理量必須采用一致的單位制，同時，兩截面上壓強的表示方法要一致。4. 1管路計算簡單管路計算簡單管路是由等徑或異徑管段串聯(lián)而成的管路。流通經過各管段的流量相等, 總阻力損失等于各管段損失之和。5. 2流量的測量根據流體流動時各種機械能相互轉換關系而設計的流量計或流速計有如下兩種類型。(1)變壓差(定截面)流量計(2)變截面(恒壓差)流量

15、計一一轉子流量計轉子流量計讀取流量方便，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。轉子流量計的流量公式為：Vs h2Vf( f )gAf轉子流量計的刻度與被測流體的密度有關。 當被測流體的密度不同于標定介 質密度時，需對原刻度加以校正。典型例題靜力學基本方程的應用【例1-1】本題附圖所示的開口容器內盛有油和水。油層高度1=800kg/m3,水層高度 h2=0.6m、密度 p 2=1000kg/m3。(1)判斷下列兩關系是否成立，即pA=p'A(2)計算水在玻璃管內的高度h0解：(1)判斷題給兩關系式是否成立pA=p

16、9;A的關系成立。hi=0.7m、密度 ppB=p' B因A與A'兩點在靜止的連通著的同一流體內，并在同一水平面上。所以截面A-A'稱為等壓面。pB=p'B的關系不能成立。因B及B'兩點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）計算玻璃管內水的高度h 由上面討論知, pA=p'A,而pA=p'A都可以用流體靜力學基本方程式計 算，即pA=pa+ p 1ghl+ p 2gh2pA'=pa+ p 2gh于是pa+ p 1ghl+ p 2gh2=pa+ p 2gh簡化上式并將已知值代

17、入，得800X 0.7+1000X 0.6=1000h解得 h=1.16m連續(xù)性方程和柏努利方程的應用【例1-2】某車間的輸水系統(tǒng)如右圖中（1）所示，已知出口處管徑為444X 2mm, 圖中所示管段部分的壓頭損失為 3.2 Xi2/2g,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%,應將高位槽水面升高多少米？（假設管路總城的il&阻力仍不變）一爭解：（1）求Vh取高位槽水面為1-1'截面，水管出口為2-2'截面，以地面為基準水平面在兩截面間列1N流體為基準的柏努利方程：22U1RU2P2Z1 He Z2 H f2gg2gg各量確定如下：Z1=

18、8m, Z2=3m, U1 = Q U2 可求出(待求量)2P1=P2=0 （表壓），He=0, Hf 3.2 9 將以上各值代入柏式: 2g2U22 9.8120 3.2 可得：U22=23.36,2 9.81u=4.83m/s 而 Vh2(0.04)24.83 360021.84 m3/h(2)當總阻力不變時，要是水量增加 20%,(管徑也不變)，實際上是增大水的流速，即U2' =1.2=1.2 483=5.8m/s。設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:(zi h) Z2 (u* Hf代入各值可

19、得：2g228 h 3 (1 3.2)(u2)3 4.2 (5.8)2 9.812 9.81解出 h=2.20m柏努利方程的綜合練習水從貯槽A經圖示的裝置流向某設備。貯槽內水位恒定，管路直徑為小89X 3.5mm,管路上裝一閘閥C,閘閥前距管路入口端26m處安一個U形管壓差計，指 示液為汞，測壓點與管路出口之間距離25m試計算：(1)當閘閥關閉時測得h=1.6 m, R=0.7 m；當閘閥部分開啟時，h=1.5 m R=0.5ml管路摩擦系數0.023,則每小時從管中流出的水量及此時閘閥的當量長度為若干？(2)當閘閥全開時(l4 15,0.022),測壓點B處的表壓強為若干？解：該題為靜力學基

20、本方程、柏努利方程、連續(xù)性方程、管路阻力方程的聯(lián)合應 用的綜合練習題。(1)水的流量及閘閥的當量長度首先根據閘閥全關時的h、R值，用靜力學方程求Ho在1 1與B B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lec閘閥全關時，對U形管等壓面4- 4列靜力學方程得;(H h) g R 0gR 00.7 13600H 0 h 1.6 7.92m1000當閘閥部分開啟時，以管中心線為基準面，在 1 1與B B兩截面之間列2柏努利方程得gHpB ( L 1.5) d 2式中：H=7.92m,le=26m,e入=0.023, d=0.082mPb (R ° h )g

21、(0.5 13600 1.5 1000) 9.807 51980Pa將有關數據代入上式解得u=2.417m/sVS Au0.0822 2.417 0.01276m3/s 45.94m3 / h 4在B B與2 2截面之間列柏努利方程得pb2l2 le u251980-一e即d 2100025 l0.023-0.0822.4172解得 le =38.4m閥門全開時得Pb以管中心線為基準面，在1 1與2 2兩截面之間列柏努利方程求得管內 速度，再在B B與2 2截面之間列柏努利方程求Pb。在1 1與2 2之間列柏努利方程得51u29.807 7.920.02215 0.0822解得：u=3.164

22、m/s-PB-2 15 在B B與2 2之間列柏努利方程得d 225即 Pb 0.022 一 15 0.082第二章流體輸送機械離心泵23.16422100035225B離心泵不僅因其結構簡單、流量均勻、易于控制及調節(jié)、可耐腐蝕材料制造 等優(yōu)點，因而應用廣泛。而且還在于將其作為流體力學的一個實例，具有典型性。 1.離心泵的工作原理和基本結構(1)工作原理 依靠高速旋轉的葉輪，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，應搞清如下概念和術語：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)基本結構 離心泵的基本結

23、構分為兩部分：供供能裝置一一葉輪，按機械結構分為閉式、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、經向及 前彎。集液及轉能裝置一一蝸殼及導向輪。蝸牛形泵殼、后彎葉片及導向輪均可使動能有效地轉化為靜壓能，提高泵的 效率。另外，泵的軸封裝置有填料函、機械(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式222222T,U2 U1W1 W2 C2 C12g 2g 2g下標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，其右邊前兩項代表液體流經葉輪后所增加的靜壓能，以Hp表示；最后一項說明液體流經葉輪后所增加的動能，以

24、 Hc表示，其中有一部分轉化為靜壓能，即22c2C12g2222u2 u1w1 w22g 2g貝 UHt, Hp HcB.分析影響因素的表達式U2U2Ctg 2 cH tQtgg D2b2泵的理論流量表達式為：Qt Cr,2 D2b2式中Cr,2為液體葉輪出口處絕對速度的徑向分量，m/s公式Htui uctg-Qt表明了離心泵的理論壓頭與理論流量、葉輪的轉速和g g D2b2直徑、葉片幾何形狀之間的關系，用于分析各項因素對Ht,的影響3 .離心泵的性能參數與特性曲線(1)離心泵的性能參數 離心泵的主要性能參數包括如下四項，即流量Q:離心泵在單位時間內排送到管路系統(tǒng)的液體體積，單位為m3/s或m

25、3/h。Q與泵的結構、尺寸、轉速等有關，還受管路特性的影響。壓頭H:離心泵的壓頭又稱揚程，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mi H與泵的結構、尺寸、轉速及流量有關。效率效率用來反映離心泵中容積損失、機械損失和水力損失三項能量 損失的總影響，稱為總效率。一般小型泵為50%70%,大型泵的效率可達90%。有效功率和軸功率Ne HgQN Ne/1000 HQ /102(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速下 用20c的清水于常壓下由實驗測定。對離心泵的特性曲線，應掌握如下要點：

26、每種型號的離心泵在特定轉速下有其獨有的特性曲線。在固定轉速下，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Q=0時，軸功率最低，啟動泵和停泵應關出口閥。停泵關閉出口閥還防 止設備內液體倒流、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（運動粘度2 10 5m2/s）,泵的流量、壓頭都減小，效率下降，軸功率增大。，即泵原來的特性曲線不再適用， 需要進行換算。當離心泵的轉速或葉輪直徑發(fā)生變化時，其特性曲線需要進行換算。在忽 略效率變化的前提下，采用如下兩個定律進行換算：22ni HiniNi ni- ? ?n2H 2n2N 2n

27、222D2 .HD2.ND2D2HD2ND2比例定律:QiQ2切割定律：Q離心泵銘牌上所標的流量和壓頭,是泵在最高效率點所對應的性能參數（Qs、Hs、Ns）,稱為設計點。泵應在高效區(qū)（即 92% max的范圍內）工作4 .離心泵的工作點與流量調節(jié)2 u 2g（D管路特性方程式及特性曲線p u2 l leHe Z g 2gd在特定管路系統(tǒng)中，于一定條件下工作時，若輸送管路的直徑均一，忽略摩 擦系數人隨Re的變化，則上式可寫作：He K BQe2。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之間的關系。表示He與Qe的關系曲線 稱為管路特性曲線。（2）離心泵的工作點聯(lián)立求解管路特性

28、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。若將離心泵的特性曲線H-Q與其所在管路特 性曲線He-Qe繪于同一座標上，兩交點 M稱為泵在該管路上的工作點。（3）離心泵的流量調節(jié)離心泵的流量調節(jié)即改變泵的工作點，可通過改變管 路特性或泵的特性來實現(xiàn)。5 .離心泵的安裝高度離心泵的安裝高度受液面的壓強Po、流體的性質及流量、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該發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。（i）離心泵的安裝高度的限制 在附圖i所示的貯槽液面（為00截面） 與離心泵吸入口截面（為i i截面）之間列柏努利方程式，得2Hg 包上 " Hf,oi離心泵的安裝高度

29、受吸入口附近最低允許g 2g壓強的限制，其極限值為操作條件下液體的飽和蒸汽壓Pv。泵的吸入口附近壓強等于或低于Pv,將發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。泵的揚程較正常值下降 3%以上即標志著氣 蝕現(xiàn)象產生。氣蝕的危害是：泵體產生振動和噪音。泵的性能（Q、H、刀）下降。泵殼及葉輪沖蝕（點蝕到裂縫）。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p/g與%某一最小動壓頭u2% 之和必須大于液體在操作溫度下的飽和蒸汽壓頭 2g值，此最小值即為離心泵的允許氣蝕余量，即 h2PlUig 2gPvog在IS系列泵的手冊中列出必須允許氣蝕余量的數

30、據。按標準規(guī)定，實際氣 蝕余量NSPH為h +0.5m。其值隨流量增大而加大。2離心泵的允許安裝高度：將式h 旦匕 正與式Hsg 2gg2公式Hg衛(wèi)21 曳 Hfoi便可得到泵的允許安裝高度計算式: ,g 2gHgPo PvgH f,o i 或 Hg Hs2Ui2gH f ,o i工程上為了若泵的允許離心泵的安裝高度應以當地操作的最高溫度和最大流量為依據。安全起見，離心泵的實際安裝高度比允許安裝高度還要低0.5i.0m。安裝高度較小時，可采用措施減小 Hf,oi,或把泵安裝在液面下，利用位差使液體自動灌入泵殼內。典型例題例i:離心泵吸入管徑d=ioomm,吸水管長度L=2om,流量Q=54m3

31、h,水泵允許吸上真空度為6m水柱，不帶閥的濾水網阻力系數 i=6, 9。°曲彎頭阻力系數2二。.3,摩擦阻力系數 入=o.o3試求：（1） .離心泵的幾何安裝高度（安全系數取 im,水溫2。）；（2） .若要求泵的升揚高度為10ml應選多大功率的泵？（設q=7o%泵出口阻 力可忽略）。Zo2 Uo2gPogZi2 Ui2gPig2Ui2g已知：Zo=o, Zi = H g , Uo =o, Ui54o.785 o.i2 36ooi.9im/s,Po Pi6m , Hf2o(o.o3 o.i6 o.3)i.9i22.29m解：（i）在水槽截面與吸入口截面列柏氏方程得：代入方程解得：Hg

32、 352m ,考慮按完全安全系數，則離心泵的幾何安裝高度應為2.52m。（2）在水槽截面與泵出管口截面列柏氏方程得:He因P2poZ 2g(通大氣)Hfu 0, z 10mHf2.29m故He102.29 12.29m泵所需功率為：N HeQ g/ 12.29 5410009.807/0.7 3600 2.58kw例2:用離心泵將20c的清水送到某設備中,泵的前后分別裝有真空表和壓強表。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：真空表的讀數為若干KPa當水溫由20 C升到60 C （此時飽

33、和蒸汽壓為19.42KPa）時，發(fā)現(xiàn)真空計與當地壓強表的讀數跳動，流量驟然下降，試問出現(xiàn)了什么故障并提出排除措施。 大氣壓為98.1KPa。解：（1）真空表地讀數p在水面00與泵入口 1 1之間列柏努利方程超g2U12gP1HH f 0 1g整理上式得:n nPo P1g2U1,H f o 12g由題給數據知：Zi=2.2m此即為真及麥博犢或Z12U1 2U1/2g 0.2m2.4m2）判斷故障及排除2g0.22.4) 10009.81 47074Kp當水溫由20c升到60 C時由于永的飽和蒸汽壓增大，制吸入口壓強若低于操作溫度下水的飽和蒸汽壓強，則可能出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象，下面通過核算安裝高度來驗證

34、:20 C清水時，泵的允許安裝高度為:Hg-pvh Hf013(98.1 2.238) 10cc3.7 2.2 3.87mgHg>實際安裝高度，故可安全運行1000 9.810當輸送60c水時，水的密度為983.2kg/m3,飽和蒸汽壓19.92KPa則：(98.1 19.92) 103H g 3.7 2.2 2.07m1000 9.81泵的實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,輸送60 C水可能出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象。防止氣蝕現(xiàn)象發(fā)生的措施如下：降低泵的實際安裝高度。適當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：當其它條件相同時，水溫升高，流量加大，泵

35、的允許安裝高度下降，故確定 允許安裝高度時，應以一年四季中的最高水溫和最大流量為依據。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，其他有關參數d3c均可表小為直徑d的函數，諸如：體積V ；表面積s d2;比表面積6a 寺。V d(2)非球形顆粒非球形顆粒必須有兩個參數才能確定其特性即球形度和當量直徑。球形度s顆粒的球形度又稱形狀系數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 s -S。對非球形顆粒，總有s<1,顆粒的形Sp狀越接近球形，s越接近1；對球形顆粒s=1顆粒的量直徑 工程上常用等體積當量直徑來

36、表示非球形顆粒的大小, 定義為：de 3用上述的形狀系數及當量直徑便可表述非球形顆粒的特性，即VpSpd；6a sd e2.顆粒群的特性(1)顆粒群的粒度分布不同粒徑范圍內所含粒子個數或質量稱為粒度分布。顆粒粒度的測量方法有 篩分法、顯微鏡法、沉降法、電感應法、激光衍射法、動態(tài)光散射法等。工業(yè)上應用最多是篩分法，并且采用泰勒標準篩。目前各種篩制正向國際標準組織ISO篩統(tǒng)(2)顆粒群的平均粒徑根據實測的各層篩網上的顆粒質量分數(對應的平均直徑為dpi)按下式可計算出顆粒群的平均粒徑，即:Xi3顆粒床層的特性(1)床層的空隙率床層中顆粒之間的空隙體積與整個床層體積之比稱為空隙率(或空隙度)，以&#

37、163;表小，床層體積顆粒體積。床層的空隙率可通過實驗測定。一般非均勻、非球形顆 床層體積粒的亂堆床層的空隙率大致在 0.470.7之間。均勻的求體最松排列時的空隙率為 0.26。(2)床層的自由截面積床層截面上未被顆粒占據的流體可以自由通過的面積，稱為床層的自由截面0小顆粒亂堆床層可認為是各向同性的。各向同性床層的重要特性之一是其自由截面積與床層截面積之比在數值上與床層的空隙率相等。同床層的空隙率一樣,由于壁效應的影響壁面附近的自由截面積較大。(3)床層中顆粒的密度單位體積內粒子的質量稱為密度，其單位為 kg/m3。若粒子的體積不包括顆粒之間的空隙，則稱為粒子的真密度，用s表示；若粒子所有的

38、體積包括顆粒之間的空隙，即以床層體積計算密度，則稱為堆積密度，用 b表示。設計粒子 貯存設備時，應以堆積密度為準。bs(1 )(4)床層的比表面積床層的比表面積是指單位體積床層中具有的顆粒表面積 (即顆粒與流體接觸 的表面積)。如果忽略床層中顆粒間相互重疊的接觸面積，對于空隙率為e的床 層，床層的比表面積ab(m3 /m3)與顆粒物料的比表面積a具有如下關系：a(1)。床層的比表面積也可用顆粒的堆積密度估算，即ab6 b 6(1)sdd3.沉降分離在外力場作用下，利用分散相和連續(xù)相之間的密度差， 使之發(fā)生相對運動而 實現(xiàn)分離的操作稱為沉降分離。根據外力場的不同，分為重力沉降和離心沉降兩 種方式

39、；根據沉降過程中顆粒是否受到其他顆?；蚱鞅诘挠绊懚譃樽杂沙两岛?干擾沉降。顯然實現(xiàn)沉降分離的前提條件是分散相和連續(xù)相之間存在密度差，并且有外力場的作用。沉降屬于流體相對顆粒的繞流問題。流一周直接按的相對運動有三種情況； 流體靜止。顆粒相對于顆粒作沉降或浮升運動； 固體顆粒靜止，流體對固體作繞 流；固體和流體都運動，但二者保持一定相對速度。只要相對速度相同，上述三種情況并沒有本質區(qū)別。3. 1重力沉降利用重力場的作用而進行的沉降過程稱為重力沉降。(1)沉降速度密度大于流體密度的球形顆粒在流體中降落時受到重力、浮力和阻力三個力的作用。根據牛頓第二定律克寫出：一d3(s )g d2-u-d3s-d

40、u6426d顆粒從靜止狀態(tài)開始沉降，經歷加速運動(du/d >0)和等速運動(du/d =0)兩個階段。等速運動階段顆粒相對于流體的運動速度稱為沉降速度或終端速 度，用Ut表示。沉降速度的通式當du/d =0時，u5，由力平衡式可得：4d( s )gut .3阻力系數(值是沉降雷諾準數Ret(dut / )與球形度或形狀系數s的 函數，即f(Ret, s)對于球形顆粒，三個沉降區(qū)域的(與 Ret的關系式為：滯流區(qū)或斯托克斯定律區(qū)(10 4<Ret<1):24Ret過渡區(qū)或艾倫定律區(qū)(1<Ret<103):18.5c 0.6Ret湍流區(qū)或牛頓定律區(qū)(103<R

41、et02 105)：顆粒在三個沉降區(qū)域相應沉降速度表達式為：0.44滯流區(qū)Ut立1(斯托克斯公式)過渡區(qū) Ut 0.271%二_電Re0.6(艾倫公式)湍流區(qū) Ut 1.74 ld()g(牛頓公式)影響沉降速度的因素d、 s)及流體a.由各區(qū)沉降速度的表達式可看出，沉降速度由顆粒特性特性(p、小)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)，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s值減小，阻力系數(值加大，在相同條件下，沉降速度 ut變小。c.當懸浮物系中分散相濃度較高時

42、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)重力沉降設備利用重力沉降是分散物質從分散介質中分離出來的設備稱為重力沉降設備。 從氣流中分離出塵粒的設備稱為降塵室；用來提高懸浮液濃度并同時得到澄清液 的設備稱為沉降槽，也稱增稠器或澄清器。重點掌握降塵室的有關內容。降塵室的設計或操作原則 從理論上講，氣體在降塵室內停留時間8至少必須等于或略大于顆粒從降塵室的最高點降落至室底所需要的時間即：l/u H/ut。同時，氣體在室內的流動雷諾準數 Re(DeU / )應處于滯流區(qū)，以 免干擾顆粒的沉降或使已經沉降的顆粒重新?lián)P起。降塵室的生產能力氣體在降塵室內的水平通過速度為： 有u Vs/(b

43、H)則Vs blut從理論上講，降塵室的生產能力 Vs只與其底面積bl及顆粒的沉降速度ut有關，而與高度H無關。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能力，可在室內均勻設置若干層水平隔板，構成多層降塵室。隔板間距一般為40100mm。若降塵室內共設n層水平隔板，則多層降塵室的生產能力為：Vs (n 1)blut。分級器 欲使懸浮液中不同粒度的顆粒進行初步分離，或者使兩種不同密 度的顆粒進行分類，可藉分級器來完成。3. 2離心沉降般含塵氣體的離依靠慣性離心力場的作用而實現(xiàn)沉降過程稱為離心沉降。心沉降在旋風分離器中進行；液固懸浮物系在旋液分離器或沉降離心機中進行離 心沉降。(1)離心

44、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算相應的離心 沉降速度。離心沉降速度的通式4d(s )uT3 R離心沉降速度22d ( S ) Utur18 R在斯托克斯定律區(qū)的離心沉降速度為:離心分離因數同一顆粒在同一介質中，所在位置上的離心力場強度與重力場強度的比值稱為離心分離因數，用 KC表示：Ke u"gR。KC是離心分離設備的重要指標。旋風分離器與旋液分離器的Kc值一般在52500之間，某些 高速離心機的Kc值可達數十萬。(2)旋風分離器的操作原理含塵氣體在器內作螺旋運動時，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)，

45、凈化氣沿內旋流從排氣管 排出。內外旋流氣體的旋轉方向相同。旋風分離器一般分離力粒徑5-200四顆粒, 大于200叩顆粒因對器壁有磨損，采用重力沉降。(3)旋風分離器的性能參數除離心分離因數Kc外，評價旋風分離器的主要性能指標是分離效率和壓強 降。旋風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de表示)及塵粒從氣流中分離出來的質量分率。a.臨界粒徑：de可用下式估算：de J-9-B- Ne sUi顯然，de愈小，分離效率愈高。采用若干個小旋風分離器并聯(lián)操作(稱旋 風分離器組)、降低氣體溫度(減小粘度)、適當提高入口氣速，均有利于提高 分離效率。b.分離總效率：指進

46、入旋風分離器的全部顆粒被分離出來的質量百分率，旋風分離器的壓強降壓強降可表示為進口氣體動能的倍數，即：2p.。式中（為阻力系數。同一結構形式及相同尺寸比例的旋風分離器，2不論其尺寸大小，（值為常數。標準旋風分離器，可?。?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為介質，在外力作用下，使懸浮液中的液體通過介質的孔 道，固體顆粒被截留在介質上，從而實現(xiàn)固液分離的操作。被處理的懸浮液稱為 濾漿或料漿，穿過多孔介質的液體稱為濾液，被截留的介固體物質稱為濾餅或濾

47、渣。過濾介質過濾操作所采用的多孔物質稱為過濾介質。應了解對過濾介質性能的要求及 工業(yè)上常用過濾介質的種類。餅層過濾與深層過濾餅層過濾是指固體物質沉降于過濾介質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床層內部的過濾操 作。要了解兩種過濾方式的操作特點及適用場合。對餅層過濾，當顆粒在孔道中形成“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。另外，隨著膜分離技術應用領域的擴大，作為精密分離技術的膜過濾（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過濾壓強差發(fā)生變化時，根據構成濾餅的顆粒形狀及顆粒間空隙是否發(fā)生 明顯變

48、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。當以獲得清凈濾液為目的產品時， 可采用助濾劑（預涂或預 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dVA2（ p）1s 及 dV A p）1 sd r v（V Ve）Ad r v（V Ve）過濾基本方程式的應用21 sa.提高過濾速率的措施：從式dV A （ p）可看出，在現(xiàn)有設備上進 d rv（V Ve）行過濾操作，在條件允許時，提高過濾壓強差、選用阻力低的過濾介質、及時清 洗濾布、適當提高過濾操作溫度（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

49、和最終過濾速率之間的關系。c.指導過濾機的設計（如板框厚度），使過濾機獲得最大生產能力。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 的計算式。(3)恒壓過濾方程式(V Ve)2 KA2( e)或(q qe)2 K(e)式中：K 2k( p)1 s , k 1/ rv； q V/A,qe Ve/A。當過濾介質阻力可忽略時，則V2 KA2或 q2 K 。(4)先恒速后恒壓過濾方程式過濾起始，用恒定速率過濾 r時間，得到濾液體積Vr ,以后轉入恒壓過濾，則恒壓階段的過濾方程如下：(V2 Vr2) 2Ve(V Vr) KA2(r)。(5)過濾設備過濾設備按照操作方式可分為間歇過

50、濾機和連續(xù)過濾機；按照操作壓強差可分為壓濾、吸濾及離心過濾機。工業(yè)上廣泛采用板框過濾機及葉濾機為間歇壓濾 型過濾機；轉筒真空過濾機則為連續(xù)吸濾型過濾機。要了解上述過濾機的基本結 構、操作特點及適用場合。試題一一：填空題(18分)1、某設備上，真空度的讀數為80mmHg,其絕壓=mH20,Pa.該地區(qū)的大氣壓為720mmHg。2、常溫下水的密度為1000Kg/3,粘度為CP，在d內100mm的管內以3嗯 速度流動，其流動類型為 3、流體在管內作湍流流動時，從中心到壁可以 .4、氣體的粘度隨溫度的升高而 ,水的粘度隨溫度的升高 。5、水在管路中流動時，常用流速范圍為 弘,低壓氣體在管路中流動時，常

51、用流速范圍為 ms。6、離心泵與往復泵的啟動與調節(jié)的不同之處是：離心泵 .往復泵7、在非均相物系中，處于 狀態(tài)的物質，稱為分散物質，處于 狀態(tài)的物質，稱為分散介質。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 2其物理意義為 提高管內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作層流流動，若將其管徑增加一倍，問能量損 失 變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦叮?、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)傳熱系數K

52、接近于哪一種流體的對流傳熱膜系數？(3)那一種流體走管程？那一種流體走管外？為什么？5、換熱器的設計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？試題一答案：一、填充題du1、8.7mH 20 ,8.53 104pa.2、Re 一0.1.3.10001.10 33 105。湍流。3、4、層流、過渡流和湍流。增加、降低。5、3-8%、8-15mS。6、啟動前應灌滿液體，關出口閥門、用調節(jié)閥調節(jié)流量；往復泵啟動前不需灌 液，開旁路閥、用旁路閥來調節(jié)流量的。7、分散、連續(xù)。8、過濾、洗滌、卸渣、清洗濾布、重整。9、熱傳導、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

53、熱膜系數。當流體與壁面溫度差為 1K時，通過單位面積單 位時間內所傳遞熱量的多少。增加流程、加拆流擋板。二：問答題1、h1l U1 21. o d o1d12g 22d1, U2V14. .d221-U1 ，42 64/d2.u2.2 1。h2lU2 22%苕2、離心泵只能空轉而不能輸送液體的現(xiàn)象。離心泵啟動前應灌滿液體。3、沉降是指依靠外力的作用，利用分散物質與分散介質的密度差異， 使之發(fā) 生相對運動而分離的過程。沉降可分為重力沉降和離心沉降。顆粒以加速運動 的末速度這一不變的速度作勻速沉降運動，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；傳熱系數K接近于空氣的對流傳熱膜系 數；空氣走管內，飽和蒸汽走管外。(蒸汽散熱快)。2、因為逆流操作：推動力大，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，可以利用低壓蒸汽或廢氣作為加熱劑，