化工原理复习

。根据水在管内的常用流速（1~3m/s）范围，选择以下两种流速进行计算：（1）选择，则根据产品规格，采用热轧钢管，=82mm，管壁粗糙度取=0.2mm，管内流速为、查得。管路所需压头为根据，，可选用IS80-65-125型水泵。（2）选择，则采用热轧钢管，，，则，根据，，可选用IS80-65-160型水泵。两种管径所需压头之比为28.1/17.9=1.57，显然，采用较大管径可减小能耗。但究竟选择哪一个方案，还应按使用年限计算管路和离心泵的折旧费，综合考虑操作费和折旧费后，以总费用较小者为佳。例2-7输送管路对外加功的需求在图示管路中装有离心泵，吸入管直径，长，阻力系数，压出管直径，长，阻力系数，在压出管E处装有阀门，其局部阻力系数，管路两22端水面高度差H=10m，泵进口高于水面2m，管内GH流量为。试求：FEDCB（1）每千克流体需从离心泵获得多少机械能？2m（2）泵进、出口断面的压强和各为多少？11A（3）如果是高位槽中的水沿同样管路向下流出，2-7附图管内流量不变，问是否需要安装离心泵？解：（1）泵吸入管内的流速为泵压出管内的流速为在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式，并移项整理得从以上计算结果可以看出，流体所获得的外加功主要用于克服管路阻力和增加流体的势能。对于通常管路，动能增加项很小，可以忽略不计。（2）以断面1-1为基准，在断面1-1和C-C之间列机械能衡算式可得在断面D-D和2-2之间列机械能衡算式可得在断面C-C和D-D之间机械能衡算式得此结果表明，输送机械能对流体做功的最终结果主要是增加了流体的压强能。因此，对管流而言，即使有外加机械能输入，克服阻力损失所需能量仍然是由势能直接提供的。（3）在断面2-2和1-1之间列机械能衡算式，可求出沿同一管路（无泵）输送同样流量所需要的势能差为管路两端流体的实际势能差为因，所以单靠势能差不足以克服管路在规定流量下的阻力，所差部分需要输送机械提供。选择题、填空题1．用离心泵从水池抽水到水塔中，设水池和塔液面维持恒定，若离心泵在正常操作范围内工作，开大出口阀将导致（）。（A）送水量增加，泵的压头下降；（B）送水量增加，泵的压头增大；（B）送水量增加，泵的轴功率不变；（D）送水量增加，泵的轴功率下降。2．某离心泵在运行半年后，发现有气缚现象，应（）。（A）降低泵的安装高度；（B）停泵，向泵内灌液；（C）检查出口管路阻力是否过大；（D）检查进口管路是否泄漏。3．从低位槽向高位槽输水，单台泵可在高效区工作。若输送管路较长，且输送管路布置不变，再并联一台相同泵，则（）。（A）两泵均在高效区工作；（B）仅新装泵在高效区工作；（C）仅原装泵在高效区工作；（D）两泵均不在原高效区工作。4．开大离心泵的出口阀，离心泵的出口压力表读数将（）。（A）增大；（B）减小；（C）先增大后减小；（D）先减小后增大。5．若离心泵启动后却抽不上水来，可能的原因是：（）。（A）开泵时出口阀未关闭；（B）离心泵发生了气缚现象；（C）未灌好泵；（D）进口阀未开6．输送系统的管路特性方程可表示为H=A+BQ2，则（）。（A）A只包括单位质量流体需增加的位能；（B）A包括单位质量流体需增加的位能和静压能；（C）BQ2代表管路系统的局部阻力损失；（D）BQ2代表单位质量流体需增加的动能。7．在测量离心泵特性曲线实验中，管路特性曲线可写为H=A+BQ2，当管路循环且出口端插入循环水槽液面下，则A值（）。（A）大于零；（B）小于零；（C）等于零；（D）不确定。8．由离心泵和某一管路组成的输送系统，其工作点（）。（A）由泵铭牌上的流量和扬程所决定；（B）由泵的特性曲线所决定；（C）即泵的最大效率所对应的点；（D）是泵的特性曲线与管路特性曲线的交点。9．在测定离心泵特性曲线的实验中，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空表指示真空度很高，某同学正确地找到原因并排除了故障。你认为可能的原因是（）。（A）水温太高；（B）真空表损坏；（C）吸入管堵塞；（D）排出管堵塞。10．测定离心泵特性曲线实验管路中，压强最低的是（）（A）吸入口处；（B）泵壳靠近吸入口一侧；（C）叶轮入口处；（D）泵壳出口端。11.离心泵与往复泵的启动与流量调节不同之处是离心泵（），往复泵（）。12.用离心泵将水池中水送至常压水塔，若在离心泵正常操作范围内，将出口阀开大，则流量变大，扬程变小，管路总阻力损失变小，轴功率变大（变大、变小、不变、不确定）。13.如图示操作中的离心泵输液管路，已知容器上方真空表读数为，现在增大，其他管路条件不变，则管路总阻力损失变大（变大、变小、不变、不确定）。14.图示管路用泵将江中水送上敞口容器。若在送水过程中江面水位上升，流量（变大、变小）。现欲维持原流量不变，则出口阀应如何调节？变大，关小出口阀，试比较调节前后泵的扬程变大（变大、变小、不变）。题13附图题14附图B10mA10m题15附图15.如图所示管路，用两台泵分别抽入A、B两种液体至混合槽。已知两台泵完全相同，且几何安装位置、管路直径、长度、局部管件均相同。＞。今用出口阀A、B调节至流量，（1）当混合槽内液面上方压强表读数p=0时，阀门A开度=阀门B开度；（2）当＞0时，阀门A开度＜阀门B开度（＞、=、＜）。16.离心泵输送管路，单操作时流量为，扬程为。现另有一台型号相同的泵，在管路状态不变的条件下，将泵串联时输送流量为，扬程为，将泵并联时输送流量为，扬程为。则（B）A．=，=2；=2，=；B．＞，＞；＞，＞；C．=2，=；＞，＞；D．视管路状态而定。判断题17．关闭离心泵的出口阀后，离心泵的有效功率均为零。（）18．逐渐开大出口阀的开度，则离心泵的流量增大，效率下降。（）19．管路中两台相同泵并联操作后，与单台泵相比，工作点处流量是原来单台泵的两倍。（）20．往复泵的流量调节不可以采用出口阀调节。（）21．往复泵在使用前必须灌泵。（）问答题题22附图22．如图所示的2B31型离心泵装置中，你认为有哪些错误？并说明原因。23．离心泵发生气缚与气蚀现象的原因是什么？有何危害？应如何消除？第五章思考题传热过程有哪三种基本形式？它们的传热机理有何不同？物体的导热系数与哪些因素有关？非金属保温材料的导热系数为什么与密度有关？在两层平壁的热传导中，有一层的温度差较大，另一层的较小。哪一层的热阻大？输送高温物料的圆形管外包覆两层厚度相同、导热系数不同的保温材料。若改变两种保温材料的内外次序，其保温效果是否会改变/？若被保温的是平壁，保温效果是否会改变？流体流动对对流传热系数的贡献主要表现在哪些方面？层流底层的厚度主要和哪些因素有关？并找出相应的强化传热方法？流动边界层和传热边界层有何联系和区别？对流传热中各个准数与哪些因素有关？自然对流中传热面的位置如何放置有利于增大传热速度？为什么滴状冷凝的对流传热系数比膜状冷凝的大？液体沸腾的必要条件有哪两个/？强化沸腾传热从哪两方面着手？为什么液体的对流传热系数比气体的大？为什么无相变化时的对流传热系数比有相变化时的小？总传热系数、对流传热系数和导热系数的物理意义是什么？其单位是否相同？影响辐射传热的主要因素有哪些？为什么低温时热辐射往往可以忽略？蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体？换热器中冷热流体为什么大多采用逆流换热？在什么情况下采用并流操作？换热器的总传热系数大小与哪些因素有关？如何有效地提高总传热系数？在套管换热器中用饱和水蒸气加热内管中流动的空气。总传热系数接近哪种流体的对流传热系数？壁温接近哪种流体的温度？增大哪种流体的对流传热系数更有利于传热？以下几个中，温度差t有何区别？在列管换热器的设计中为什么要限制校正系数大于0.8？在列管换热器中用热空气加热水，两流体均湍流流动，逆流换热，若空气的流量增大或进口温度升高，水的出口温度如何改变？计算题1．有直径为φ38mm×2mm的黄铜冷却管，假如管内生成厚度为1mm的水垢，水垢的热导率λ=1.163W/(m·℃)。试计算水垢的热阻是黄铜管热阻的多少倍[黄铜的热导率λ=110W/(m·℃)]。2、空气以4m/s的流速通过φ75.5mm×3.75mm的钢管，管长5m，空气入口温度为32℃，出口温度为68℃。试计算：（1）空气与管壁间的对流传热系数；（2）如空气流速增加一倍，其他条件不变，对流传热系数又为多少；（3）若空气从管壁得到的热量为578W，钢管内壁的平均温度为多少。3、用冷却水使流量2000kg/h的硝基苯从355K冷却到300K，冷却水由15℃升到35℃，试求冷却水用量。若将冷却水的流量增加到3.5m3/h，试求冷却水的出口温度。4、用绝对压力为300kPa的饱和水蒸气将体积流量为80m3/h的苯胺从80℃加热到100℃。苯胺在平均温度下的密度为955kg/m3，比热容为2.31kJ/(kg·℃)。试求：（1）水蒸气用量（kg/h）；（2）当总传热系数为800W/(m2·℃)时所需传热面积。5、有一套管式换热器，内管为φ180mm×10mm的钢管，内管中有质量流量为3000kg/h的热水，从90℃冷却到60℃。环隙中冷却水从20℃升到50℃。按内管外表面积计算的总传热系数K=2000W/(m2·℃)。试求：（1）冷却水用量；（2）并流流动时的平均温度差及所需传热面积；（3）逆流流动时的平均温度差及所需传热面积。6、有1壳程2管程列管式换热器，用293K的冷水30t/h使流量为20t/h的轻烃从353K冷却到313K，设总传热系数为1200W/(m2·K)，试计算所需传热面积。7、在一套管换热器中，内管中流体的对流传热系数α1=200W/(m2·K)，内管外侧流体的对流传热系数α2=350W/(m2·K)，已知两流体湍流换热，试问（1）假设内管中流体流速增加一倍，其它条件不变，总传热系数K增加多少？(2)假设管外侧流体流速增加一倍，总传热系数K增加多少？8、有一套管式换热器，内管为φ57mm×3mm，内管中有流量为4000kg/h的苯被加热，进口温度为50℃，出口温度为80℃。套管的环隙中有绝对压力为200kPa的饱和水蒸气冷凝放热，冷凝的对流传热系数为104W/(m2·K)。已知内管的内表面污垢热阻为0.0004m2·K/W，管壁热阻及管外侧污垢热阻均不计。试计算：（1）加热水蒸气用量；（2）管壁对苯的对流传热系数；（3）完成上述处理量所需套管的有效长度；（4）由于某种原因，加热水蒸气的绝对压力降至140kPa。这时，苯出口温度有何变化？应为多少度（设苯的对流传热系数值不变，平均温度差可用算术平均值计算）。9、在一套管换热器中，用绝对压力为200kPa的饱和水蒸气使流量为5000kg/h的氯化苯从30℃加热到70℃，氯化苯在内管中流动。因某种原因，氯化苯的流量减小到2500kg/h，但进、出口温度欲保持不变。为此，想把水蒸气压力降低一些，试问水蒸气的绝对压力应降到多少（两种情况下，管内氯化苯均为湍流流动，并且其对流传热系数比水蒸气冷凝的对流传热系数小很多，因此，水蒸气冷凝的热阻及壁阻均可忽略不计）？10、欲将体积流量为3000m3/h（标准状态p=101.325kPa，T=273.15K）的常压空气用绝对压力为200kPa的饱和水蒸气加热，空气从10℃加热到90℃。现有一列管式换热器，其规格如下：钢管直径φ25mm×2.5mm，管长1.6m，管数271根。如用此换热器使空气在管内流动，水蒸气在管外冷凝，试验算此换热器面积是否够用？水蒸气冷凝时的对流传热系数可取为10000W/(m2·K)。11、有一钢制套管式换热器，质量流量为2000kg/h的苯在内管中，从80℃冷却到50℃，冷却水在环隙中从15℃上升到35℃。已知苯对管壁的对流传热系数为600W/(m2·K)，管壁对水的对流传热系数为1000W/(m2·K)。计算总传热系数时忽略管壁热阻，按平壁计算。试解答下列问题：（1）计算冷却水消耗量；（2）计算并流流动时所需传热面积；（3）如改变为逆流流动，其他条件相同，所需传热面积将有何变化？12、在一套管式换热器中，用120℃的饱和水蒸气在环隙中冷凝放热，使内管中湍流流动的流量为3000kg/h的苯从20℃加热到80℃。当流量增加到4500kg/h时只能从20℃加热到76℃。试计算换热器的传热面积和流量为4500kg/h时的总传热系数K[计算时，水蒸气冷凝的α值取用8000W/(m2·K)，可忽略管壁热阻及污垢热阻，并可当平壁处理]。13、在一套管换热器中用120℃的饱和蒸汽在环隙间冷凝以加热管内湍流的苯。苯的流量为4000kg/h，比热容为1.9kJ/(kg·℃)，温度从30℃升至60℃。蒸汽冷凝传热系数为1×104W/(m2·℃)，换热管内侧污垢热阻为4×10-4m2·℃/W，忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为Φ54×2mm的钢管，有效长度为12m。试求：（1）饱和蒸汽流量（其冷凝潜热为2204kJ/kg）；（2）管内苯的对流传热系数αi；（3）当苯的流量增加50%、但其他条件维持不变时，苯的出口温度为若干？若想维持苯的出口温度仍为60℃，应采取哪些措施？作出定量计算。（以苯计算热量）