化工原理上册课后习题及答案

第一章：流体流动二、本章思考题1-1何谓理想流体实际流体与理想流体有何区别如何体现在伯努利方程上1-2何谓绝对压力、表压和真空度表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系真空度与绝对压力、大气压力有什么关系1-3流体静力学方程式有几种表达形式它们都能说明什么问题应用静力学方程分析问题时如何确定等压面1-4如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失测量什么量如何计算在机械能损失时，直管水平安装与垂直安装所得结果是否相同1-5如何判断管路系统中流体流动的方向1-6何谓流体的层流流动与湍流流动如何判断流体的流动是层流还是湍流1-7一定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水温升高时，将如何变化1-8何谓牛顿粘性定律流体粘性的本质是什么1-9何谓层流底层其厚度与哪些因素有关1-10摩擦系数λ与雷诺数Re及相对粗糙度的关联图分为4个区域。每个区域中，λ与哪些因素有关哪个区域的流体摩擦损失与流速的一次方成正比哪个区域的与成正比光滑管流动时的摩擦损失与的几次方成正比1-11管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响何谓流体的光滑管流动1-12在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，需要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计算平均流速三、本章例题HH1DR11CEFBA10mn11-1附图例1-1如本题附图所示，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。已知贮槽直径D为3m，油品密度为900kg/m3。压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为h1。已测得当压差计上指示剂读数为R1时，贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离为H1。试计算当右侧支管内油面向下移动30mm后，贮槽中排放出油品的质量。m解：本题只要求出压差计油面向下移动30mm时，贮槽内油面相应下移的高度，即可求出排放量。首先应了解槽内液面下降后压差计中指示剂读数的变化情况，然后再寻求压差计中油面下移高度与槽内油面下移高度间的关系。设压差计中油面下移h高度，槽内油面相应下移H高度。不管槽内油面如何变化，压差计右侧支管中油品及整个管内水银体积没有变化。故当压差计中油面下移h后，油柱高度没有变化，仍为h1，但因右侧水银面也随之下移h，而左侧水银面必上升h，故压差计中指示剂读数变为（R-2h），槽内液面与左侧水银面间的垂直距离变为（H1-H-h）。当压差计中油面下移h后，选左侧支管油与水银交界面为参考面m，再在右侧支管上找出等压面n（图中未画出m及n面），该两面上的表压强分别为：（为油品密度）因，由上二式得：=（1）上式中第一项（2）将式（2）代入（1），并整理得：取，将已知值代入上式：即压差计右侧支管油面下移30mm，槽内液面下降，油品排放量为：例1-2直径D为3m的贮水槽下部与直径为40mm的水平输送管相连。管路上装有一个闸阀，闸阀上游设有水银液柱压差计，开口管水银面上方有一段为20mm的清水。当阀门全关时，压差计上读数R为740mm，左侧指示剂液面与水管中心线间的垂直距离h为1m。当阀门全开时，不包括管子出口损失的系统阻力用经验公式计算。式中为流动系数的总摩擦阻力，J/kg，为水在管路中的流速，m/s。试求将水放出24m3需经历若干时间。解：根据题意画出如附图所示的流程图。R’DH1hd1-2附图R由题意知流动过程中槽内水面不断下降，故本题属于不可压缩流体作非定态流动系统。液面高度随流动时间增加而逐渐降低，管中水的流速随液面下降而逐渐减小。在微分时间内列全系统的物料衡算，可求得液体高度随时间变化的微分关系，再列瞬间的柏努利方程式可以获得液体在输送管内流速随液面高度的变化关系。联立微分式和瞬间的柏努利式即可求出排水时间。以水平管的中心线为基准面，另初始液面与基准面间的垂直距离为H1，放出24m3水后的最终液面与基准面间的垂直距离为H2（图中未画出）。用静力学基本方程式先求出H1，再用贮槽体积、直径、液体深度间的关系求出H2。当阀门全关时，压差计读数R=，按常规的方法在压差计上确定等压参考面，可得：取=1000kg/m3、=13600kg/m3，故：（H1+1）×1000=×1000+×13600解得H1=放出24m3水后液面高度为：实际上本题是计算贮槽液面由降到所需时间。设秒内液面下降高度为，管中瞬间流速为，在时间内列全系统水的体积衡算：式中——水的瞬间加入量，m3/s；——水的瞬间排出量，m3/s；——时间内，水在槽中的积累量，m3。式中各项为：=0=整理得（1）上式中瞬间液面高度H与瞬间速度的关系可通过列瞬间柏努利式求得。在瞬间液面（图中未画出）及管出口内侧截面间列瞬间柏努利方程式，以水平管中心线为基准面：式中（表压）（表压）（瞬间速度）或（2）将式（2）代入式（1）：或积分上式的边界条件为：CC11221-3附图例1-3流体在管内的汽化用虹吸管将水从水池中吸出，水池液面与虹吸管出口的垂直距离，管路最高点与水面的垂直距离为2m，虹吸管出口流速及虹吸管最高点压强各为多少若将虹吸管延长，使池中水面与出口的垂直距离增为，出口流速有何变化（水温为30℃，大气压为，水按理想流体处理）。解：（1）由断面1-1、1-2之间的机械能守恒式得m/s由断面1-1和C-C之间的机械能守恒式，并考虑到可得=×105-1000××7=×104Pa（2）虹吸管延长后，假定管内流体仍保持连续状态，由断面1-1和之间的机械能守恒式得=×105-1000××10=×103Pa因小于水在30℃的饱和蒸汽压=4242Pa，故在最高点C附近将出现汽化现象。此时，C点压强不再按机械能守恒式的规律变化，而保持为流体的饱和蒸汽压不变。因此，在断面1-1和间，机械能守恒式不适用，算出的无效。但是，在断面1-1和C-C之间，流体依然是连续的，C点的流速可在断面1-1和C-C之间列出机械能守恒式求出：m/s出口流速。例1-4阻力损失与势能的消耗高位槽水面距管路出口的垂直距离保持为5m不变，水面上方的压强为×104Pa（表压），管路直径为20mm，长度为24m（包括管件的当量长度），阻力系数为，管路中装球心阀一个，试求：（1）当阀门全开（）时，管路的阻力损失为多少阻力损失为出口动能的多少倍（2）假定数值不变，当阀门关小（）时，管路的出口动能和阻力损失有何变化解：（1）在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式11P05m1-4附图22若取大气压强和管出口高度为基准，并忽略容器内的流速（即），则或（倍）此结果表明，实际流体在管内流动时，阻力损失和动能的增加是造成流体势能减少的两个原因。但对于通常管路，动能增加是一个可以忽略的小量，而阻力损失是使势能减小的主要原因。换言之，阻力损失所消耗的能量是由势能提供的。（2）当时与（1）比较，当阀门关小时，出口动能减少而阻力损失略有增加，但是，绝不可因此而误解为阻力所消耗的能量是由动能提供的。实际上，动能的增加和阻力损失皆由势能提供，当阀门关小时，由于损失的能量增加使得动能减少了。例1-5虹吸管顶部的最大安装高度利用虹吸管将池中温度为90℃热水引出，两容器水面的垂直距离为2m，管段AB长5m，管段BC长10m（皆包括局部阻力的当量长度），管路直径为20mm，直管阻力系数为。若要保证管路不发生汽化现象，管路顶点的最大安装高度为多少（已知90℃热水饱和蒸汽压为×104Pa）解：在断面1-1和2-2之间列机械能横算式，可求得管内流速BB1122CA1-5附图设顶点压强，在断面1-1和断面B-B之间列机械能横算式，可求出B点最大安装高度为虹吸管是实际工作中经常碰到的管道，为使吸液管正常工作，安装时必须注意两点：（1）虹吸管顶部的安装高度不宜过大；（2）在入口侧管路（图中AB段）的阻力应尽可能小。例1-6使用同一水源各用户间的相互影响5m总管ABC1122D1-6附图从自来水总管引一支路AB向居民楼供水，在端点B分成两路各通向一楼和二楼。已知管段AB、BC和BD的长度（包括管件的当量长度）各为100m、10m和20m，管径皆为30mm，直管阻力系数皆为，两支路出口各安装球心阀。假设总管压力为×105Pa（表压）试求：（1）当一楼阀门全开（），高度为5m的二楼能否有水供应此时管路AB内的流量为多少（2）若将一楼阀门关小，使其流量减半，二楼最大流量为多少解：（1）首先判断二楼是否有水供应，为此，可假定支路BD流量为零，并在断面A和1-1之间列机械能衡算式在断面A与B之间列机械能衡算式，得＜5此结果表明二楼无水供应。此时管路AB内的流量为（2）设一楼流量减半时，二楼流量为此时管段AB内的流速为管段BD内的流速为在断面A与2-2之间列机械能衡算式+对于通常的分支管路，总管阻力既不可忽略也不占主导地位，此时，改变支路的数目或阻力，对总流量及各支路间流量的分配皆有影响。例1-7提高流量分配均匀性的代价在相同的容器1、2内，各填充高度为1m和8m的固体颗粒，并以相同的管路并联组合，两支路的管长皆为5m，管径皆为200mm，直管阻力系数为，每支管安装一闸门阀，容器1和2的局部阻力系数各为10和8。已知管路的总流量为s，试求：（1）当两阀门全开时，两支路的流量比和并联管路的阻力损失；1-7附图DCAB12（2）当两阀门同时关小至时，两支路的流量比及并联管路的阻力损失有何变化解：由物料守恒关系求得（1）因并联管路阻力损失相等，由机械能衡算式得（1）当两阀门全开（2）由式（1）、式（2）得并联管路的阻力损失为（2）当两阀门同时关小（3）由式（1）、式（3）得并联管路的阻力损失为从此例可以看出，在不均匀并联管路中串联大阻力元件，可提高流量分配的均匀性，其代价仍然是能量的消耗。例1-8倒U形管压差计12ABhBzBhAzAHRz=01-8附图水从倾斜直管中流过，在断面A和B之间接一空气压差计，其读数R=10mm，两测压点垂直距离，试求：（1）A、B两点的压差等于多少（2）若采用密度为830kg/m3的煤油作指示液，压差计读数为多少（3）管路水平放置而流量不变，压差计读数及两点的压差有何变化解：首先推导计算公式。因空气是静止的，故即在等式两边皆加以（1）若忽略空气柱的重量，则(2)若采用煤油作指示液，压差计读数为（3）若管路流量不变，不变，则压差计读数R亦不变。又因管路水平放置，，故普通U形管压差计所用的指示液的密度大于被测流体的密度，若指示液的密度小于被测流体的密度，则必须采用倒U形管压差计。最常用的倒U形管压差计是以空气作为指示剂，称为空气压差计。例1-9管内流量与所需势能差的关系（1）用压缩空气将密闭容器中的苯沿直径为50mm的钢管送至某容器内，在某势能差下，10分钟可将容器内的苯排空。问欲将输送时间缩短一半，管路两端的势能差须增加多少倍（已知苯的温度为20℃，管壁粗糙度为）。（2）用压缩空气将容器中的甘油沿直径为10mm的管道送至高位槽，甘油温度为60℃，管内流量为×10-3m3/s。若将流量提高一倍，管道两端的势能差须增加多少倍解：（1）温度为20℃时苯的密度，粘度，管内流速为则由直管阻力系数线图可以确认管内流动已进入充分湍流区。输送时间减半，流速增加一倍，直管阻力系数不变，故（倍）（2）温度为60℃时的甘油的密度，粘度，管内流速为则流量增加一倍，流速增加一倍，但流动形态仍为层流，故（倍）显然，在层流条件下，所需势能差与管内流速（或流量）成正比；而在湍流条件下，所需势能与流速（或流量）的平方成正比。例1-10无外加功简单输送管路计算问题的自由度在附图所示的管路中，管长，管径，管壁粗糙度，高位槽液面距管路出口的垂直距离H=4m，管路中有一个 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 直角弯头，一个1/2开的闸门阀。已知水温为20℃，管内流速为s，高位槽液面上方压强为大气压，求流体在该管路中的阻力损失为多少H11ABC21-10附图解：方法一：20℃水的粘度查得方法二：若取管路出口高度及大气压为基准，槽内每千克水的总机械能为此能量除极小部分转化为动能外，其余皆损失掉，即显然，两种方法所求出的结果是矛盾的。对于无外加功简单输送管路的计算问题，只有以下三式可用：物料衡算式机械能衡算式直管阻力系数计算式三个方程只能联立求解三个未知数，其余变量必须给定。若给定独立变量数目少于方程式组的自由度（即方程式组所含变量数与方程式之差），问题无确定解；若给定独立变量数多于方程式自由度，必导致相互矛盾的计算结果。本例即属于后一种情况。按题目给定管路情况，管内流速必不为s，而由管路自身决定，应为m/s（参见例1-11）例1-11在一定势能差下管路输送能力的计算在例1-10所示管路中输送温度为20℃的水，闸门阀1/2开（），管内流量为多少若将阀门全开（），管内流量为多少解：当阀门1/2开时，假设管内流动已进入充分湍流区，由查得在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式（参见例1-10附图），可得管内雷诺数为根据阻力系数线图，由Re和可知管内流动已进入充分湍流区，以上计算结果有效。此时管内流量为当阀门全开时，流速增加，管内流动必处于充分湍流区，，管内流速为管内流量为本例管路情况已知，属操作型问题，须联立求解关于简单输送管路方程式组。由于阻力系数计算式是一个非常复杂的非线性函数关系式，当管内流量与流速为待求变量时，必须用试差法或迭代法来计算。手算时，可按以下步骤进行试差：假定管内流动已进入充分湍流区，由查出；根据值，由机械能衡算式计算流速；据此值算出Re，由Re和查出新的值，以检验是否需要再次计算。由于大多数化工管路的流动是处于或接近于充分湍流区，故经一、二次试差便可得到足够准确的结果。选择题、填空题1-1当不可压缩理想流体在水平放置的变径管路中作稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静压力()。（A）不变（B）增大（C）减小（D）不确定1-2水在内径一定的圆管中稳定流动，若水的质量流量保持恒定，当水温升高时，Re值将（）。（A）不变（B）增大（C）减小（D）不确定1-3层流与湍流的本质区别是：（）。（A）湍流流速大于层流流速；（B）流动阻力大的为湍流；（C）层流的雷诺数小于湍流的雷诺数；（D）层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。题4附图1-4如图所示，水流过一段等径水平管子，在A、B两处放置相同压差计（测压点等高），其读数分别为R1，R2，则（）。（A）R1>R2(B)R1=R2(C)R1 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 型问题。在设计型问题中泵尚未确定，泵的特性曲线方程未知，故只有以下三式可用：物料衡算式能量衡算式直管阻力系数计算式在以上三式中，含有、、、、、、、、、、和共12个变量，其中已知、、、、、、和（随管材的选择而定），但问题仍没有确定的解。设计者选择不同的流速，计算管径和所需压头，然后根据流量和压头选用相应的泵，并从中选出最优的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。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=，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=，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，管路两端水面高度差H=10m，泵进口22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：克服阻力损失所需能量仍然是由势能直接提供的。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。（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 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 流量下的阻力，所差部分需要输送机械提供。四、本章习题选择题、填空题2-1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；（C）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。2-2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。2-3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。2-4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。2-5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2-6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。2-7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。2-8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。2-9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。2-10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。2-11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（）。2-12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）。2-13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）。2-14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B10mA题15附图10m2-15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（＞、=、＜）。2-16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2-17关闭离心泵的出口阀后，离心泵的有效功率均为零。（）2-18逐渐开大出口阀的开度，则离心泵的流量增大，效率下降。（）2-19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。（）题22附图2-20往复泵的流量调节不可以采用出口阀调节。（）2-21往复泵在使用前必须灌泵。（）问答题2-22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。2-23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D10mABFEC10m题24附图计算题2-24用一台泵同时向两个容器供水，管路布置情况如图所示。已知：密闭容器上方表压，敞口容器上方压强为；主管AB长度（包括所有局部阻力的当量长度），管径；支管BC长度（包括除阀门外所有局部阻力的当量长度），管径，装有闸门阀一个，要求最大流量。支管BD长度（包括除阀门外所有局部阻力的当量长度），管径，装有闸门阀一个，要求最大流量。假定管内流动处于阻力平方区，管路阻力系数。试选用一台合适的离心泵。[答：IS80-65-125]2-25用离心泵将河水送至某处，管路两端的总势能差为15m。当叶轮转速为2900r/min时，离心泵特性方程式为H=×106q2V（式中qV以m3/s表示），管内流量为s。现需要的水量减少20%，试求：（1）关小出口阀门，泵的理论功率为多少（2）降低叶轮转速，泵的理论功率为多少转速应调至多少[答：（1）883W；（2）629W，2528rpm]2-26用某离心泵从真空操作的蒸发器内抽出完成液，完成液处于沸腾状态，已知泵吸入管直径为50mm，吸入管总长为10m（包括局部阻力的当量长度），管内流量为×10-3m3/s，直管阻力系数为，试求泵的允许安装高度。离心泵[NPSH]f=。[答：×10-3m3/s]2-27某离心泵的吸入管和压出管直径分别为70mm和50mm，在泵的进出口分别安装有真空表和压力表。当用此泵输送流量为30m3/h的水时，测得泵出口压强为×105Pa（表压），泵入口真空度为4×104Pa。假定管内流动已进入阻力平方区，试求：（1）此泵在该流量下的压头为多少HgA题28附图（2）若用此泵输送密度为600kg/m3的油品，吸入管路和流量不变，泵出口的压强差为多少[答：（1）；（2）]2-28在实验室内有一循环管路如图所示，管路内安装一台离心泵，安装高度Hg=3m，在高效范围内，此离心泵的特性曲线可近似表示为（式中以m3/s表示），管路总长为130m，其中吸入管长为18m（均包括局部阻力的当量长度），管径d=50mm，摩擦系数。试求：（1）管路内的循环水量为多少（2）泵的进、出口压强各为多少（3）若将阀门A关小，使进出口压差升至215kPa，管内循环水量有何变化此时阀门A的局部阻力系数增大了多少[答：（1）×10-3m3/s；（2）57kPa（真），142kPa（表）；（3）×10-3m3/s，123]2-29有两台相同的离心泵，单台泵的特性曲线为（试中以m3/s表示）。当两台泵并联工作时，可将池水以6×10-3m3/s的饿流量送至12m高的敞口容器内。若将两泵串联组合，管路条件不变，则流量变为多少[答：m3/s]2-30某离心泵在转速为2900r/min下的特性方程为（试中以m3/min表示），将此泵用于两敞口容器间输水，两容器间位差为10m，管径d=50mm，管长80m（包括所有局部阻力的当量长度），假设管内流动已进入阻力平方区，阻力系数，试求：（1）流量为多少（2）若将转速改为2460r/min，则此时的流量有何变化[答：（1）min；（2）min]第四章机械分离4-1颗粒尺寸对颗粒床层内流动的影响假设将床层空间均匀分成边长等于球形颗粒直径的立方格，每一个立方格放置一颗固体颗粒。现有直径为和10mm的球形颗粒，按上述规定进行填充，填充高度为1m。试求：（1）两种颗粒的空隙率各为多少（2）若将常温常压下的空气在981Pa压差下通入两床层，床层的空速各为多少（3）欲使细颗粒床层通过同样的流量，所需压差为多少【解】：（1）由床层空隙率的定义因空隙率与颗粒的直径无关，故两种颗粒的空隙率皆为。（2）常温常压下空气的物性对于细颗粒，比表面积，假定康采尼公式适用故假设正确，计算结果有效。对于粗颗粒，比表面积，假定欧根公式中粘性力项可忽略，即故假设正确，计算结果有效。（3）若细颗粒床层的空速，则显然康采尼公式不适用，且欧根公式中粘性力项可忽略，即此例表明，如果忽略边缘效应，颗粒尺寸只影响比表面积，而并不改变床层的空隙率。颗粒尺寸越小，则比表面积越大，在同样流量下床层压降越大，或在同样压差作用下流量越小。从本例还可看出，对于颗粒尺寸很小即比表面积很大的固定床，固定床层阻力过大，其通过能力是不可能很高的。4-2过滤常数的计算将某悬浮液进行过滤，已知比阻计算式为，式中为过滤压差，单位为。又知悬浮液中固相质量分率为，密度为3500kg/m3，滤饼含水率50%（体积分率），求过滤压差为50kPa、温度20℃时的过滤常数K。【解】过滤常数（1）式中（2）取1000kg悬浮液作为基准，则滤饼中固相体积故滤饼体积滤液体积代入式（2）得：又由关系可知：将及20℃滤液（即水）的粘度代入式（1）得【讨论】过滤常数K是过滤过程中的一个重要参数。由K的计算可知，K与过程推动力、滤饼性质（压缩指数、比阻）、滤浆性质（）有关。4-3间歇过滤机的生产能力用叶滤机在等压条件下过滤某悬浮液，经实验测得，过滤开始后20min和30min，获得累计滤液量分别为和。过滤后，用相当于滤液体积1/10的清水在相同压差下洗涤滤饼，洗涤水粘度为滤液粘度的1/2。（1）若洗涤后的卸渣、清理、重装等辅助时间为30min，问每周期的过滤时间为多长时才能使叶滤机达到最大生产能力最大生产能力（以单位面积计）又为多少（2）若由于工人的工作效率提高，使得辅助时间减少为20min，问每周期的过滤时间为多长时才能使叶滤机达到最大生产能力最大生产能力（以单位面积计）又为多少【解】本题中过滤介质阻力不可忽略，且洗涤水粘度不等于滤液粘度，故最大生产能力满足的条件不再是，而需另行推导。具体推导过程如下：生产能力（1）其中：（2）（3）设，对叶滤机，，于是，式（3）变为（4）将式（2）、（4）代入式（1）得要想求出，需满足。由此可得将代入上式得：（5）式（5）即本题条件下最大生产能力所满足的条件。下面求解过滤常数K。将代入恒压过滤方程：（6）得解之得，将得：（7）将代入式（2）、（4）得（8）将式（8）代入式（7），并解之得：将代入式（8）得将代入式（1）得最大生产能力（以单位面积计）（2）将代入式（5）得：（9）将式（8）代入，并解之得：。代入式（8）得将代入式（1）得最大生产能力（以单位面积计）【讨论】（1）在计算洗涤速率时需注意，下式为洗涤速率与过滤终了时速率关系的一般表达式：对板框过滤机，，；对叶滤机，，；对回转真空过滤机，，；（2）间歇过滤机获得最大生产能力的条件如下：当时，当，，时，4-4颗粒的分级悬浮液中含有A、B两种颗粒，其密度与粒径分布为：若用的液体在垂直管中将上述悬浮液分级，问是否可将A、B两种颗粒完全分开假设颗粒沉降均处于斯托克斯区。【解】将沉降速度不同的两种颗粒倾倒至垂直向上流动的液体中时，将液体向上流动的速度调节到两种颗粒的沉降速度之间，则沉降速度较小的那部分颗粒便被漂走，沉降速度较大的那部分颗粒将被下沉到垂直管的底部。对于本题，要使A、B两种颗粒完全分开，则A、B两种颗粒的沉降速度区间不能重叠。由沉降运动理论知：密度大而直径小的颗粒A与密度小而直径大的颗粒B，可能具有相同的沉降速度，从而使两者不能被完全分离。要定出能达到完全分离的两种颗粒直径的比值，可利用下面的计算公式：当两种颗粒的沉降均满足斯托克斯定律时也就是说，最小直径的A颗粒（）可与最大直径的B颗粒（）获得相等的沉降速度。对于本题，最大直径的B颗粒（）其沉降速度仍小于最小直径A颗粒（）的沉降速度，故可将液体向上流动的速度控制在稍大于直径为的B颗粒而稍小于直径为的A颗粒的沉降速度之间，将B颗粒完全漂走，而使A颗粒全部下沉，从而达到二者完全分离的目的。三、概念题、思考题与练习题（一）概念题4-1在横穿洗法的板框压滤机中，最终的过滤速率是洗涤速率的_______。(A)一倍(B)一半(C)四倍(D)四分之一4-2固体颗粒在流体中运动,所受的阻力是()。(A)表皮阻力(B)形体阻力(C)表皮阻力和形体阻力(D)其他阻力4-3颗粒床层的固体颗粒直径小，则床层的比表面积()。(A)小(B)大(C)与颗粒直径无关(D)或大或小4-4颗粒床层的固体颗粒直径小，则床层的空隙率()。(A)小(B)大(C)与颗粒直径无关(D)不确定4-5常见的间歇过滤机有_______和______；连续过滤机有______。(A)板框过滤机，回转真空过滤机，叶滤机(B)板框过滤机，叶滤机，回转真空过滤机(C)叶滤机，回转真空过滤机，板框过滤机(D)明流式板框过滤机，暗流式板框过滤机，叶滤机4-6在恒压过滤操作中，忽略过滤介质的阻力，且过滤面积恒定，则所得的滤液量与过滤时间的_____次方成正比，而对一定的滤液量则需要的过滤时间与过滤面积的______次方成反比。(A)1/2，2(B)2，1/2(C)1，1/2(D)1/2，14-7滤液在滤饼层中的流动属于()流动。(A)层流(B)湍流(C)过渡流(D)不确定4-8回转真空过滤机的转速越快，单位时间所获得的滤液量就越_____，形成的滤饼层厚度就越_____，过滤阻力越______。(A)少，薄，小(B)少，厚，大(C)多，薄，小(D)多，薄，大4-9颗粒的沉降速度不是指______。(A)等速运动段颗粒降落的速度(B)加速运动段任一时刻颗粒的降落速度(C)加速运动段结束时颗粒的降落速度(D)重力减去浮力与流体阻力平衡时颗粒的降落速度4-10在讨论旋风分离器分离性能时，临界直径这一术语是指_______。(A)旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径(B)旋风分离器允许的最小直径(C)旋风分离器能够全部分离出来的最小颗粒的直径(D)能够保持层流时的最大颗粒直径4-11离心沉降速度是()。(A)颗粒运动的绝对速度(B)径向速度(C)切向速度(D)气流速度4-12采用置换洗法的板框压滤机洗涤速率与恒压过滤最终速率相等的规律只有在以下条件下才成立______。(A)过滤时的压差与洗涤时的压差相同。(B)滤液的粘度与洗涤液的粘度相同。(C)过滤压差与洗涤压差相同且洗涤液粘度与滤液粘度相同。(D)洗水穿过的滤饼厚度等于过滤时滤液所穿过的厚度。4-13回转真空过滤机中，是______部件使过滤室在不同部位时能自动地进行相应不同的操作。(A)分配头(B)转筒本身(C)随转鼓转动的转动盘(D)与转动盘紧密接触的固定盘4-14颗粒在流体中沉降，其沉降速度是()速度。(A)加速度最大时的(B)最大的下降(C)最小的下降(D)流体的流动4-15助滤剂应具有以下特性_______。(A)颗粒均匀，柔软，可压缩。(B)颗粒均匀，坚硬，不可压缩。(C)颗粒分布广，坚硬，不可压缩。(D)颗粒均匀，可压缩，易变形。4-16降尘室的生产能力只与降尘室_____和_____有关，而与_____无关。(A)长度、宽度、高度(B)长度、高度、宽度(C)宽度、高度、长度(D)宽度、长度、面积（二）思考题4-1曳力系数是如何定义的它与哪些因素有关4-2斯托克斯定律区的沉降速度与各物理量的关系如何应用的前提是什么颗粒的加速段在什么条件下可忽略不计4-3重力降尘室的气体处理量与哪些因素有关降尘室的高度是否影响气体处理量4-4 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 旋风分离器性能的主要指标有哪两个4-5为什么旋风分离器处于低气体负荷下操作是不适宜的锥底为何需有良好的密封4-6广义流态化和狭义流态化的各自含义是什么4-7提高流化质量的常用措施有哪几种何谓内生不稳定性4-8气力输送有哪些主要优点4-9颗粒群的平均直径以何为基准为什么4-10数学模型法的主要步骤有哪些4-11过滤速率与哪些因素有关4-12过滤常数有哪几个各与哪些因素有关在什么条件下才成为常数4-13最佳过滤周期对谁而言4-14作回转真空过滤机生产能力的计算时，过滤面积为什么用A而不用该机的滤饼厚度是否与生产能力成正比4-15强化过滤速率的措施有哪些（三）练习题沉降4-1试求直径30μm的球形石英粒子在20℃水中与20℃空气中的沉降速度各为多少石英的密度为2600kg/m3。[答：×10-4m/s，s]4-2密度为2000kg/m3的球形颗粒，在60℃空气中沉降，求服从斯托克斯定律的最大直径为多少[答：μm]4-3直径为，密度为2300kg/m3的球形颗粒在20℃水中自由沉降，试计算颗粒由静止状态开始至速度达到99％沉降速度所需的时间和沉降的距离。[答：×10-3s，×10-5m]4-4将20℃含有球形染料微粒的水溶液置于量简中静置1h，然后用吸液管于液面下5cm处吸取少量试样。试问可能存在于试样中的最大微粒直径是多少μm已知染料的密度是3000kg/m3。[答：μm]4-5某降尘室长2m、宽，在常压、100℃下处理2700m3/h的含尘气。设尘粒为球形，2400kg/m3，气体的物性与空气相同。求：(1)可被100％除下的最小颗粒直径；(2)直径的颗粒有百分之几能被除去[答：(1)μm；(2)60％]4-6悬浮液中含有A、B两种颗粒，其密度与粒径分布为：ρA＝1900kg/m3，dA＝～；ρB＝1350kg/m3，dB＝～。若用ρ＝1000kg/m3的液体在垂直管中将上述悬浮液分级，问是否可将A、B两种颗粒完全分开设颗粒沉降均在斯托克斯定律区。[答：A、B可完全分开]4-7试证为与沉降速度无关的无量纲数据，且当小于何值时则沉降是在斯托克斯定律区的范围以内[答：48]4-8下表为某种雇化剂粒度分布及使用某种旋风分离器时每一粒度范围的分离效率。试计算该旋风分离器的总效率及未分离下而被气体带出的颗粒的粒度分布。若进旋风分离器的气体中催化剂尘粒的量为18g/m3，含尘气的流量