《化工原理I》填空试1_百度文库
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《化工原理I》填空试1
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化工原理期末复习题
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& R8.315&&
Paatm()mH2O()mmHg()bar()kgf/cm2(/)
&&& &&&& &&&&
&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&
1-12-2URmRAB
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&
1-12-2=gzz1&z2A1&A2, u1&u21-12-2
Pa.sPcP()cPPPa.s
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
yM12…….nm
Re2000Re≥4000Re=2000～4000Re20003000
为平均值的两倍，速度分布线为抛物线。湍流时质点运动情况复杂，目前还不能用理论推倒出速度分布规律，由实验也可测出速度分布线。由于湍流时质点强烈混合，使径向上各点速度分布较均匀，速度分布线不是严格的抛物线。实验测出，Re值越大在曲线顶部平坦范围越广，但在管壁处速度仍为零，所以靠管壁处速度分布曲线较陡。与的比值随Re的变化而异。
5.何谓滞流内层？何谓湍流主体？
答：由于在管壁附近流体速度很小，在管壁处速度为零，所以管壁附近为滞流流动，质点呈直线运动，这层作滞流流动的薄层称为滞流内层或层流内层，其厚度以表示，该区内分布线很陡，即速度变化很大。滞流内层的厚度随Re准数加大而减薄。自滞流内层向管中心推移，流速逐渐加大，出现介于滞流和湍流间的过渡区，称为过渡区或缓冲区。再向管中心移动才是湍流主体。
上述的速度分布情况只有在管内流动达到平衡状态时才会出现，在流体进入管口附近、管路拐弯、分支处以及管子零件附近，流体受到干扰，速度分布曲线就不定型，待经过一定距离流动达到稳定后，管路内才会重现原来的分布情况，所以各种测量仪表应装在稳定段。
流体在直管内的摩擦阻力
1.流体在直管内的摩擦阻力与流型有何关系？
答：流体在管内的摩擦阻力随流型而异。前已述及，滞流时阻力来自流体本身所具有的粘性而引起的内摩擦。对于牛顿型流体，内摩擦力由牛顿粘性定律确定，前面已推导出
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
湍流时阻力除来自内摩擦外，还由于流体质点碰撞产生大量旋涡，流体在沿轴向向前运动时还有附加的脉动运动，结果使流动阻力加大。所以湍流时流动阻力是内摩擦力和附加的阻力之和，而且后者远大于前者。目前尚无理论的式子计算湍流的流动阻力，但可仿照滞流时的式子写出类似滞流的式子，令e（Pa.s）表示涡流粘度，则
&&&&&&&&&&&&&
涡流粘度e虽与粘度u的单位相同，但它不是流体的物理性质，而是流动情况的函数。
2. 流体在圆形管内的摩擦阻力分为哪两类？
答：流体在圆管内流过时的阻力分为直管阻力和局部阻力两种。直管阻力是流过一定直径的直管阻力，又称沿程阻力，以表示，单位为，局部阻力是流体流经管路中的零件（又称管子零件或管件）、拐弯、阀门、截面突然扩大和突然缩小等局部位置而引起的能量损失。局部阻力又称形体阻力，以表示，单位为。所以流体在管内流过时的总阻力为
&& &&&&&&&&&&&&
3.如何用压强降的方式表示摩擦阻力？
答：习惯上用由摩擦阻力折算的压强降表示流动阻力，即
&&&&&&&&&&&&&&&&&
此处“”不代表数学上的增量，只是一个符号， 与柏努利方程式中的是两个概念。 是流动终结截面与初始截面间的静压强差，而是将这两个截面间用压强降来表达的总能量损失。当液体在一段无外功加入、直径不变的水平直管中流动时，由柏努利方程式知这段管路上的流动阻力正好用两截面间的压强差来克服，这时 与 的绝对值相等，但概念仍然不同。
4.如何推导计算直管内摩擦阻力的通式？
答：用式及式可分别计算滞流和湍流时的摩擦阻力，但应用时有一定的困难。例如涡流粘度就难于查得，故以此二式为基础寻求便于应用的式子。
在定态条件下，对流体流过一定长度L及管径d的直管时作诸力的平衡，并与该范围内的柏努利方程式相结合，可以得出：
&&&&&&&&&&&&&&&
此式虽然是计算直管摩擦阻力的式子，但其中仍然含有难于求算的摩擦阻力，故应进一步将从式中消去。
由实验可知，当流体物理性质、管径、管长及管壁粗糙度不变的情况下，摩擦阻力只与流速有关，故可认为摩擦阻力是动能的函数，因此上式可以改写成
或&&&&&&&&&&&&&&&&&&
此式称为范宁公式，是计算直管内摩擦阻力的基本方程式，同时适用于滞流和湍流。用该式计算直管摩擦阻力时可以避开难于求解的摩擦应力τ，而引入了便于求算的摩擦系数λ。
5.管壁粗糙度对摩擦系数有何影响？
答：摩擦系数不但与流动情况有关，还与管子壁面的粗糙情况密切相关。在化工厂中将玻璃管、黄铜管、塑料管等列为光滑管，把铸铁管、钢管等列为粗糙管。同一种管子其表面粗糙程度还随使用年限、腐蚀及结垢等情况而变。
管壁粗糙度可分别用绝对粗糙度和相对粗糙度来表示。绝对粗糙度是指管壁凸出部分的平均高度，以符号表示。工业管子的绝对粗糙度可从有关资料查得。相对粗糙度是指绝对粗糙度与管子内径之比，即。相对粗糙度考虑了直径的影响，因此用它来反映粗糙情况对摩擦系数的影响就比较全面。
流体作滞流流动时，管壁上凹凸不平的地方被平行流动的流体层掩盖，流体质点不会碰撞壁面上突出部分，与流过光滑管无异，所以滞流时摩擦系数与粗糙程度无关。当流体作湍流动时，若滞流内曾厚度大于绝对粗糙度，管壁上突出部分埋在作直线运动的滞流内曾内，与滞流流动时情况相同。若滞流内曾厚度小于绝对粗糙度，管壁突出部分伸到滞流内层外侧而进入湍流区，于是流体质点与突出部分发生碰撞，使湍流程度加剧，雷诺准数值越大。滞流内层越薄，这种现象越严重。
6、如何计算滞流时的摩擦系数？
答：由前题的分析可知，滞流时摩擦系数与管壁粗糙度无关，只是Re准数的函数，具体关系可由流体在管内流动时各种力的平衡关系推导出
&上式称为哈根—泊稷叶公式，它与式相结和并整理，得
&&&&&&&&&&&
7、滞流时管中心最大速度计算公式是什么？管中心最大速度与平静速度有何关系？
答：式为滞流时摩擦系数与雷诺准数的关系式，若将该式标在双对数坐标（简称对数坐标，两轴均以对数划分，但图上标的是真数）上，可得式中最左边的直线。
&在推导过程中曾获得滞流时速度分布曲线表达式为
当半径r=0时，即在管中心处，最大，而为，即
&&&&&&&&&&&&&&&
式中的速度为流体平均速度，将其改成
&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&& 或&&&&&&&&&
比较以上各式，得
& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
即滞流时管中心速度为平均速度的两倍。
8、写出寻求计算湍流时摩擦系数的过程。
& 前已述及湍流时摩擦应力求算式为
式中涡流黏度e由流动状态确定，由于湍流情况十分复杂，目前尚无由理论推导出的计算公式可资应用。在工程上遇到类似这样复杂现象，不能建立反映该现象的理论方程，或者虽能建立但无法求解，这时往往通过实验以求解决。在实验前先用理论分析方法分析出影响该现象的因素（也即变量），例如影响湍流摩擦阻力的因素有管长l、管内径d、流速u、密度ρ、粘度μ、粗糙度ε等，连摩擦系在内共有7个变量。若每次实验改变一个变量，则需做相当多次的实验，于是工程上就提出用因次分析方法来指导实验，即利用物理量因次一致的原则和π定理，将内在有关系的变量组成无因次数群，例如前述7个变量可组成Eu(称为欧拉数，)、Re、l/d、及ε/d四个数群，也可将它们写成函数关系，并简化整理得
将式及Eu准数定义与上式相结合，得
&&&&&&&&&&&&&&&
根据理论分析知： 与管长一次方成比例，上式可改写成
按该式进行实验，变量已减为3个，比7个时的工作量要减少许多。上式中各变量间的具体关系可以由实验确定。
9、有无经验公式求湍流时的摩擦系数？
答：求湍流时摩擦系数的经验式很多，例如柏拉修斯对光滑管的计算式为
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
上式适用于。
10、工程上如何计算湍流时的摩擦系数？
答：工程上常将实验的结果数据按式的模式标绘于坐标纸上，图中氛围4个区域。
。此区内λ与粗糙度无关，仅Re准数的函数，在图中λ与Re准数成直线关系。
。此区既可用滞流关系线也可用湍流关系线求λ但为安全计，一般将湍流的关系延长以求λ值。
。及图中上方虚线间为湍流区，此区内λ与Re及ε/d均有关。当ε/d一定时，λ虽Re值加大而减小，在接近虚线时，λ下降缓慢。当Re值一定时，λ随ε/d加大而加大。
式子看出，λ虽为常数，但摩擦阻力仍随速度平方而加大，故此区又称为阻力平方区。当Re值一定时，λ随ε/d加大而增加。
11、如何计算流体在非圆形管内的摩擦阻力？
答：前面讨论的管道都是圆形管道，化工厂中经常遇到非圆形管道和设备，例如风机出口管道有时为方形的，套管换热器是大圆管内套有同心的小圆管，换热流体之一在两管间的环隙内流过。在遇到这些非圆形管道时，计Re、 等式中的直径不能再用圆形管道d，一般用与圆形管道直径相当的量来代替，为此引入水力半径 概念，其定义为
圆形管的水力半径应为
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
上式说明圆形管直径等于4倍水力半径，将这个概念推广到非圆形管，即非圆形管“直径”（当量直径）也采用4倍水利半径来代替，即
&&&&&&& &&
当计算非圆形管的Re、等值时，式中的d应换为。在应用λ算图中的d也应换成，但式中的流速u是指真实的速度，应采用实际流通面积计算，而不能用去计算。
有些研究结果指出湍流时用当量直径计算流动阻力比较准确，而滞流时误差较大，计算滞流时摩擦系数的公式应修正为
式中C为修正系数，无因次。
一些非圆形管的修正系数可从有关教材中查到。
流体的局部阻力
1. 如何计算局部阻力？
答：常用以下两种方法计算局部阻力。
（1）阻力系数法
&&&& 局部阻力是动能的函数，且与动能成正比：
&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&& 其中：&&&&& &&&&&
&&& 阻力系数由实验确定，常用的阻力系数可从手册中查得。突然扩大和突然缩小时的阻力系数都是小管截面与大管截面积之比的函数。当比值为零时，两者比例系数均为零。在化工厂中常遇到流体从管子流到设备或空间，实际上是截面突然扩大，设备或空间截面比管道截面要大得多，因此,此时阻力系数 &=1。扩大处的能量损失称为出口损失，相应的阻力系数
称为出口阻力系数。与此相反，当流体从设备流入管内，实际是截面突然缩小，与前相同，，此时缩小时阻力系数 =0.5，缩小处的能量损失称为进口损失，相应的阻力系数 称为进口阻力系数。
各种常用的管件和阀门的阻力系数值可从有关资料查到。
（2）当量长度法
将流体流过管件、阀门等的阻力折合为相当于长度直管的阻力，称为管件、阀门等的当量长度，简称当量长度，这样就可以得到下列公式
&&&&&&&&&&
管件、阀门的当量长度也是由实验测定的。在湍流情况下，某些管件、阀门的当量长度可从有关图中查出。先在图左侧竖线上找出与工作管件或阀门相对应的点，再在右侧竖线上找出与安装阀门或管件的直管管径相当的点，连接该二点的直线与中间竖线交点所示的数值即为该管件或阀门的当量长度。也有时用所在管道内径的倍数来表示当量长度，如全开阀门的
因阀门、管件的构造细节及加工精细程度差别很大，所以不管是阻力系统还是用当量长度求得的局部阻力都是近似值。
管路系统的计算
1.管路系统中的总流动阻力的计算式是什么？
答：总阻力的计算式为
若直管由不同管径组成，因流体在不同直径管内速度不同，应分开计算，然后求其总和。
2.管路有几种安排方法？管路系统中的计算内容是什么？
答：管路分简单管路、分支管路及并联管路三种安排方法。计算中主要应用伯努利方程式、连续性方程以及阻力计算等。要计算的内容可归纳以下几类。
①已知管径、管长、管路布置及流体输送任务等，求输送机械功率，以作选择的依据
②已知管径、管长及管路布置，求输送量。
③已知管长、管路布置、流量，求管径。
流量的测定
1.如何测量流体在管路中的局部速度？
答：用测速管测量流体在管道中的局部速度。测速管又称皮托管，它是用两根弯成直角的同心圆套管组成。为了减少流体的涡流，外管的端口制成封闭的半球体。操作时将测速管放在管道内任意位置，使内管管口与流动方向相垂直，测量该位置上的动能与静压能之和，称为冲压能，以表示。若以表示测速管所在位置上的流速，即局部流速，以p表示测速管所在位置上流体静压强，则冲压能的计算式为
测速管的外管端周围开有若干与流动方向平行的小孔，测得的是流体静压强，即
&&&&&&&&&&&&&&&
若以 表示冲压能与静压能之差，则有
&&&&&&&&&&&&&&&
或&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&
式中由压差计读数R算出，若采用普通压差计，则上式变为
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
若所测的是气体流速，则上式简化为
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
式中为指示剂的密度。
2.应用测速管时应注意哪些方面？
答：应用测速管应主意以下各点：
① 测速管口必定要与流动方向垂直；
② 测速管应安装在距任何管件有一定距离的稳定段；
③ 测速管外径不应大于管内径的1/50；
④ 测速管不适宜测量含有固体微粒的流体；
⑤ 测速管适用于测量大管径内的气体流速。
3．孔板流量计的测量原理是什么？
答：孔板流量计是利用流体通过节流元件后流速加大而静压强降低的现象来测量流量的。
在管道中插入一片与管轴相垂直的、带有圆孔的金属板，用法兰固定在管子上，圆孔与管子同心，这种装置称为孔板流量计，圆形孔板称为节流元件。由于流体的惯性作用，流体越过小孔后，流动截面积不能立即扩大与管截面相等，而是继续向前边动收缩至最小截面积，然后再逐渐扩大到整个管子截面。流动最小截面积称为缩脉。流体在缩脉处速度最大而压强最低。流体从孔板上游到下游缩脉面静压强下降的原因有：部分静压能转变为动能；克服流过孔板前、后的突然缩小的、和突然扩大的阻力，这部分静压能在孔板下游不能恢复，而是转变为热能，使流体温度略有升高，孔板流量计就是利用孔板前、后的能量变化，用柏努利方程式算出流量的。
4．如何推导孔板流量计的流量计算公式？
答：设不可压缩流体在装有孔板流量计的水平管中流过，取孔板上游截面尚未收缩处的截面为1-1 面，下游截面应取在缩脉处，以便测量最大的压强差，但由于缩脉的位置及其截面难与确定故以孔板处截面0-0 为下游截面。在1-1及0-0 面间列柏努利方程式，以管中心线为基准水平面，暂时忽略两截面间的能量损失 即
因是水平管，故上式可简化：
小孔面积A0及管道截面积A可由连续性方程式关联
将上式带入简化的柏努利方程式，并整理得
式中的（）由压差计测量，一般孔板厚度约为5mm，而测压口直径范围为6 -12mm，难于在孔板处开测压口，便通的方法是将两测压口均放在孔板前与后，这种测压方法称为角接取压法。设用角接取压法测得压强差为，它与上式中的是不相等的，若以代替式中的引起的误差以校正系数C2校正，前面曾忽略了能量损失所引起的误差以校正系数C1校正，于是上式变为
令式中无因次数群以总校正系数（流量系数）C0表示，即
该式是用孔板前后压强的变化计算流速的公式，若以体积或质量流量表达，则为
&&&&&&&&&&&&&
及&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
上式各式中的（）可由孔板前后采用的压差计读出。若采用的好似普通U管压差计，其上读数为R，指示剂密度为 &，则
则：&&&&&&&&&&&&&&
5. 用孔板流量计测量气体流量时用如何校正？
答：若测量的是气体或蒸汽时，只要孔板前后的压强变化与初始截面上绝对压强之比小于20%时，仍可采用上面诸式，引起的误差为工程计算允许的，但式中气体密度采用两截面间的平均值。若前述的比值大于20%时不在本书讨论范围内。
&&& 6．影响孔板流量计的流量系数的因素是什么？如何求流量系数？
答：影响流量系数C0的主要因素有：
①C1、C2是校正忽略能量损失而引入的校正系数，与Re准数有关
②C1、C2是校正压强计位置而引入的校正系数
&以上第2项已标准化，故C0只与准数及A0/A1有关。用角接取压法又实验测得的C0与Re及A0/A1的关系示于有关图中。
由图可看出：当A0/A1一定时，C0随Re值加大而下降，Re准数大到某一值后，C0则为常数。将每条曲线上C0的转折点连起来的曲线称为雷诺线，转折点的雷诺值称为临界雷诺值，以Re表示。合理设计的孔板流量计应使所测的流量落在C0等于定值的区域内。
用以上各式时，必须先确定C0值，而C0又与Re值有关，这时可采用试差计算法。先设Re≥Rec,根据A0/A1在图中查出C0，用相应的式子计算出流量，再算出管路中平均流速u1，然后算出Re值大于Rec，则所设的Re值无误，即计算结果正确，否则重复计算，直到计算值等于大于假设值为止。
7．转子流量计的结构如何、它测量流量的原理是什么？
答：转子流量计的主体为截面积由上向下略微扩大的倒锥形玻璃管管内装有材质密度略大于被测流体密度的转子（又称浮子）。被测流体从底部进入，从上部留出。
转子流量计的测量原理为：当流体自下向上流动时，可以使转子浮起来，有些转子边缘刻有斜槽，流体上升时，转子边旋边向上浮，当流体作用于转子上、下面的压力差于转子本身净重力平衡时，转子即停留在某一位置上只作旋转运动，流量越大停留的位置越高，转子停留位置反映流量的大小，可从玻璃管上的刻度读出流量。
8．为什么转子流量计称为定压差流量计？孔板流量计称为定截面流量计？
答：令Af表示转子最大部分的截面积、Vf表示转子体积、为转子材料密度。对转子上下截面积作力的平衡，得
当转子材料及大小一定时，Vf、Af及&
为常数，待测流体密度可视为常数、故式1-67等号右侧数值为恒定值，因此转子上、下两侧间压强差（p1-p2）也为定值，与流量大小无关但因玻璃管是倒锥的，所以流体通过的环隙截面面积由下向上逐渐加大，即用变动的截面积来反映流量的大小。因此这种流量计又称为定压差流量计，而测速管与孔板流量计的节流面积不变，所以又称为定截面流量计，流体流过节流元件时压强差随流量而变，即通过压强差的变化来反映流量的大小。
9.若被测流体与用来标定转子流量计的流体不同时，应如何修正读数？
答：玻璃管上的刻度与被测流体密度有关，制造转子流量计的工厂是用水和空气为介质分别来标定玻璃管上的刻度的，流量计出厂时均附有这方面的说明。若用于测量其他流体时，则应对原有的刻度加以校正，作出校正曲线。令下标g表示气体、下标1表示标定时用的介质、下标2表示工作介质。校正公式为
对液体的校正
对气体的校正
因气体密度 比转子材料密度 小的多，故上式可简化为
[1]& & & & & & &化工原理1.3.ppt_图文_百度文库
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第1章 流体流动
连续操作时，物料衡算通式中的过程积累量GA为（ ）。
A、零 B、正数 C、负数 D、任意值
热量衡算中，物料的焓为相对值，通常规定（ ）的焓为零。
A、0℃液体 B、0℃气体 C、100℃液体 D、100℃气体
流体阻力的表现，下列阐述错误的是（ ）。
A、阻力越大，静压强下降就越大 B、流体的粘度越大，阻力越大
C、流体的流动状况是产生流体阻力的根本原因 D、流体的内摩擦力在流体激烈流动时不存在
压强的具有专门名称的国际单位是Pa，用基本单位表示是（ ）。
A、atm B、mmHg C、Kg/m.s2 D、N/m2
判断流体的流动类型用（ ）准数。
A、欧拉 B、施伍德 C、雷诺 D、努塞尔特
流体在圆形直管中滞流流动时的速度分布曲线为 。
C、双曲线 D、椭圆线
增大流体的流量，则在孔板流量计的孔板前后形成的压强差（ ）。
A、增大 B、减小 C、不变 D、无法判断
流体在管内流动时的摩擦系数与（ ）有关。
A、雷诺准数和绝对粗糙度 B、雷诺准数和相对粗糙度
C、欧拉准数和绝对粗糙度 B、 欧拉准数和相对粗糙度
测速管测量得到的速度是流体（ ）速度。
A、在管壁处 B、在管中心 C、瞬时 D、平均
在层流流动中，若流体的总流率不变，则规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的（ ）倍。
A、 2； B、 6； C、 4； D、 1。 A、 B、 C、 1标准大气压为 A、780mm
B、1Kgf/cm2
C、10.336m
D、10130Pa D、不能确定
阻力系数法将局部阻力hf表示成局部阻力系数与动压头的乘积，管出口入容器的阻力系数为 A、1.0 B、0.5 C、0.35 D、0.75 P/ρg被称为 A、 B、 C、 D、
流体的流动形式可用雷诺准数来判定，若为湍流则Re A、 4000 B、 2000 C、 2000 D、 4000 ）
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