化工原理(少学时)思考题答案

因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。 问题 5. 图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一 U 形压差计，读数分别为 R1、R2，两压差计间 用一橡皮管相连接，现将容器 A 连同 U 形压差计一起向下移动一段距离，试问读数 R1 与 R2有何 变化？(说明理由)
答 5．容器 A 的液体势能下降，使它与容器 B 的液体势能差减小，从而 R2 减小。R1 不变，因 为该 U 形管两边同时降低，势能差不变。 问题 6. 伯努利方程的应用条件有哪些?
问题 13. 图示的管路系统中，原 1, 2 ,3 阀全部全开，现关小 1 阀开度，则总流量 V 和各支管
流量 V1, V2, V3 将如何变化？ 答 13．qV、qV1 下降，qV2、qV3 上升。 问题 14. 什么是液体输送机械的压头或扬程?
答 14．流体输送机械向单位重量流体所提供的能量(J/N)。
答 24．通风机施给每立方米气体的能量称为全压，其中动能部分称为动风压。离心泵 的丫头单位是 J/N（米液柱），全风压的单位是为 N/m2，两者单位不同，若按ΔP=ρｇｈ表 示，可知高度ｈ与密度ρ无关时，压差ΔP 与密度ρ成正比。
第二章 传热
问题 1. 传热过程有哪三种基本方式? 答 1．直接接触式、间壁式、蓄热式。 问题 2. 传热按机理分为哪几种? 答 2．传导、对流、热辐射。 问题 3. 物体的导热系数与哪些主要因素有关? 答 3．与物质聚集状态、温度有关。
化工原理（少学时）思考题答案
第一章 流体流动与输送机械
问题 1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件? 答 1．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。
质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得 多。 问题 2 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? 答 2．分子间的引力和分子的热运动。
调节出口阀，改变泵的转速。 问题 19. 一离心泵将江水送至敞口高位槽, 若管路条件不变, 随着江面的上升,泵的压头 He, 管路总阻力损失 Hf, 泵入口处真空表读数、泵出口处压力表读数将分别作何变化？ 答 19．随着江面的上升，管路特性曲线下移，工作点右移，流量变大，泵的压头下降，阻 力损失增加；随着江面的上升，管路压力均上升，所以真空表读数减小，压力表读数增加。 问题 20. 何谓泵的汽蚀? 如何避免"汽蚀"? 答 20．泵的汽蚀是指液体在泵的最低压强处(叶轮入口)汽化形成气泡，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。
答 6．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。 问题 7. 如图所示，水从小管流至大管，当流量 V、管径 D、d 及指示剂均相同时，试问水平放
置时压差计读数 R 与垂直放置时读数 R’的大小关系如何？为什么？.(可忽略粘性阻力损失)
力损失计算。 问题 12. 如附图所示管路，试问：
(1) B 阀不动(半开着)，A 阀由全开逐渐关小，则 h1，h2，(h1－h2)如何变化？ (2) A 阀不动(半开着)，B 阀由全开逐渐关小，则 h1，h2，(h1－h2)如何变化？
题 12 附图
题 13 附图
答 12．(1)h1 下降，h2 下降，(h1-h2)下降； (2)h1 上升，h2 上升，(h1-h2)下降。
问题 9. 层流与湍流的本质区别是什么?
答 9．流动是否存在流体速度 u、压强 p 的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。
问题 10. 雷诺数的物理意义是什么?
答 10．惯性力与黏性力之比。
问题 11. 何谓泊谡叶方程? 其应用条件有哪些?
答 11．△P=32μuL/d2 。其应用条件为：不可压缩流体在直圆管中作定态层流流动时的阻
K 与压差、悬浮液浓度、滤饼比阻、滤液粘度有关；qe 与过滤介质阻力有关。 恒压下才为常数。
问题 7. 回转真空过滤机的生产能力计算时, 过滤面积为什么用Ａ而不用Ａφ？该机的滤饼 厚度是否与生产能力成正比？ 答 7．考察方法是跟踪法，所以过滤面积为Ａ，而φ体现在过滤时间里。
此类过滤机的滤饼厚度δ不与生产能力成正比，这是因为 滤饼厚度δ与
(1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向)； (2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少？哪一侧的压力大？为什么？
题 4 附图
题 5 附图
答 4．1）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下大。
2）内部压强 p=ρgh=1000×9.81×0.5=4.91kPa；
外部压强 p=F/A=10/0.008=1.25kPa<内部压强 4.91kPa。
答 7．R=R’，因为 U 形管指示的是总势能差，与水平放还是垂直放没有关系。
题 7 附图
题 8 附图
问题 8. 理想液体从高位槽经过等直径管流出。考虑 A 点压强与 B 点压强的关系，在下列三个
关系中选择出正确的：
(1)pB < pA (2)pB = pA+ρgH (3)pB > pA 答 8．选（1）pB<pA；因为管道出口通大气，出口压力等于 pA，而 B 处的位置比出口处高， 所以，压力较低。
问题 15. 离心泵的压头受哪些因素影响?
答 15．离心泵的压头与流量，转速，叶片形状及直径大小有关。 问题 16. 后弯叶片有什么优点? 有什么缺点? 答 16．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。这是它的优点。
它的缺点是产生同样理论压头所需泵体体积比前弯叶片的大。 问题 17. 影响离心泵特性曲线的主要因素有哪些? 答 17．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。 问题 18. 离心泵的工作点是由如何确定的? 有哪些调节流量的方法? 答 18. 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。
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。 问题 3 静压强有什么特性? 答 3． 静压强的特性： 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作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上是相等的；③压强各向传递。 问题 4. 图示一玻璃容器内装有水，容器底面积为 8×10-3m2，水和容器总重 10N。
第三章 非均相机械分离过程
问题 1. 曳力系数是如何定义的? 它与哪些因素有关? 答 1．曳力系数ζ=FD/(Apρu2/2 )，它与颗粒雷诺数 Rep(=dpuρ/μ)、颗粒的球形度ψ有关。 问题 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？ 答 2． ut=d2(ρp-ρ)g/(18μ)。应用前提 Re<2。当颗粒直径 dp 很小时，加速阶段忽略不计。 问题 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? 答 3．沉降室底面积和沉降速度。不影响。高度小会使停留时间短，但沉降距离也短了。 问题 4. 沉降过程的强化措施有哪些？ 答 4．主要有三种方法：加大颗粒直径；提高重力加速度；降低流体黏度。 问题 5. 过滤速率与哪些因素有关? 答 5.过滤速率 u=dq/dτ=ΔP/rφμ(q+qe)中，u 与ΔP、r、φ、μ、q、qe 均有关。 问题 6.过滤常数有哪两个? 各与哪些因素有关? 什么条件下才为常数? 答 6．K、qe 为过滤常数。
q=
K
ϕ n
+
qe2大，而滤饼愈薄。
第四章 吸收
问题 1. 吸收的目的和基本依据是什么? 吸收的主要操作费用花费在哪? 答 1．吸收的目的是分离气体混合物。
基本依据是气体混合物中各组份在溶剂中的溶解度不同。 操作费用主要花费在溶剂再生，溶剂损失。 问题 2. 选择吸收溶剂的主要依据是什么? 什么是溶剂的选择性? 答 2．溶解度大，选择性高，再生方便，蒸汽压低损失小。 溶剂对溶质溶解度大，对其他组份溶解度小。 问题 3. E, m, H 三者各自与温度、总压有何关系? 答 3．m=E/P=HCM/P，m、E、H 均随温度上升而增大，E、H 基本上与总压无关，m 反比于总压。 问题 4. 工业吸收过程气液接触的方式有哪两种? 答 4．级式接触和微分接触。 问题 5. 气体分子扩散系数与温度、压力有何关系? 液体分子扩散系数与温度、粘度有何关 系? 答 5．D 气∝T1.81/P，D 液∝T/μ。 问题 6. 传质理论中，有效膜理论与表面更新理论有何主要区别? 答 6．表面更新理论考虑到微元传质的非定态性，从 k∝D 推进到 k∝ D0.5。 问题 7. 传质过程中，什么时侯气相阻力控制? 什么时侯液相阻力控制? 答 7．mky<<kx 时，气相阻力控制；mky>>kx 时，液相阻力控制。 问题 8. 低浓度气体吸收有哪些特点? 数学描述中为什么没有总物料的衡算式? 答 8．①G、L 为常量，②等温过程，③传质系数沿塔高不变。 问题 9. 吸收塔高度计算中，将 NOG 与 HOG 分开, 有什么优点? 答 9．分离任务难易与设备效能高低相对分开，便于分析。 问题 10. 建立操作线方程的依据是什么? 答 10．塔段的物料衡算。 问题 11 何谓最小液气比? 操作型计算中有无此类问题? 答 11．完成指定分离任务所需塔高为无穷大时的液气比即最小液气比，其值大小取决于相 平衡和物料衡算。无。 问题 12. 有哪几种 NOG 的计算方法? 用对数平均推动力法和吸收因数法求 NOG 的条件各是 什么? 答 12．一般有三种方法：对数平均推动力法，吸收因数法，数值积分法。 前两种方法的应用条件是相平衡线是直线和过原点的直线。 问题 13. HOG 的物理含义是什么? 常用吸收设备的 HOG 约为多少?
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。 问题 21. 什么是正位移特性? 答 21．流量大小仅取决于泵，与管路特性无关。 问题 22. 往复泵有无"汽蚀"现象？ 答 22．往复泵同样有汽蚀问题。这取决于液体汽化压强的高低。 问题 23. 为什么离心泵启动前应关闭出口阀, 而旋涡泵启动前应打开出口阀？ 答 23．这与功率曲线的走向有关，离心泵在零流量时功率负荷最小，所以在启动时关闭出 口阀，使电机负荷最小；而旋涡泵在大流量时功率负荷最小，所以在启动时要开启出口阀， 使电机负荷最小。 问题 24. 通风机的全风压、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 全风压 PT 与ρ有关?
问题 4. 流动对传热的贡献主要表现在哪儿? 答 4．流动流体的载热。 问题 5. 自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热? 答 5．加热面在下，制冷面在上。 问题 6. 液体沸腾的必要条件有哪两个? 答 6．过热度、汽化核心。 问题 7. 工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作? 为什么? 答 7．核状沸腾状态。此时，对流给热系数大，壁温低。 问题 8. 沸腾给热的强化可以从哪两个方面着手? 答 8．改善加热表面，提供更多的汽化核心；沸腾液体加添加剂，降低表面张力。 问题 9. 蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体? 答 9．避免不凝性气体积累，防止给热系数降低。 问题 10. 为什么低温时热辐射往往可以忽略, 而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式? 答 10．因 Q 与温度四次方成正比，它对温度很敏感。 问题 11. 影响辐射传热的主要因素有哪些? 答 11．温度、黑度、辐射面积、中间介质。 问题 12. 为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数？ 答 12．相变热远大于显热；沸腾时汽泡的搅动加速对流；蒸汽冷凝时液膜很薄。 问题 13 传热基本方程中, 推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些? 答 13．传热系数 K、qm1Cp1、qm2Cp2 沿程不变；管、壳程均为单程。 问题 14 为什么一般情况下, 逆流总是优于并流? 并流适用于哪些情况? 答 14．逆流对数平均推动力Δtm 大，载热体用量少。并流主要用于热敏性物料的加热，控 制壁温以免过高。