化工原理復(fù)習(xí)

1、第一章：流體流動(dòng)1、何謂理想流體？實(shí)際流體與理想流體有何區(qū)別？如何體現(xiàn)在伯努利方程上？2、何謂絕對(duì)壓力、表壓和真空度？表壓與絕對(duì)壓力、大氣壓力之間有什么關(guān)系？真空度與絕對(duì)壓力、大氣壓力有什么關(guān)系？3、流體靜力學(xué)方程式有幾種表達(dá)形式/他們都能說(shuō)明什么問(wèn)題？應(yīng)用靜力學(xué)方程分析問(wèn)題時(shí)如何確定等壓面？4、如何利用柏努利方程測(cè)量等直徑管的機(jī)械能損失？測(cè)量什么量？如何計(jì)算？在機(jī)械能損失時(shí)，直管水平安裝與垂直安裝所得測(cè)結(jié)果是否相同？5、如何判斷管路系統(tǒng)中流體流動(dòng)的方向？6、何謂流體的層流流動(dòng)與湍流流動(dòng)？如何判斷流體的流動(dòng)是層流還是湍流？7、一定質(zhì)量流量的水在一定內(nèi)徑的圓管中穩(wěn)定流動(dòng)，當(dāng)水溫升高時(shí)，Re將如何

2、變化？8、何謂牛頓粘性定律？流體粘性的本質(zhì)是什么？9、何謂層流底層？其厚度與哪些因素有關(guān)？10、摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re及相對(duì)粗糙度/d的關(guān)聯(lián)圖分為4個(gè)區(qū)域。每個(gè)區(qū)域中，與哪些因素有關(guān)？哪個(gè)區(qū)域的流體摩擦損失hf與流速u的一次方成正比？哪個(gè)區(qū)域的hf與u2成正比？光滑管流動(dòng)時(shí)的摩擦損失hf與u的幾次方成正比？11、管壁粗糙度對(duì)湍流流動(dòng)時(shí)的摩擦阻力損失有何影響？何謂流體的光滑管流動(dòng)？12、在用皮托測(cè)速管測(cè)量管內(nèi)流體的平均流速時(shí)，需要測(cè)量管中哪一點(diǎn)的流體流速，然后如何計(jì)算平均流速？H1HDR1m1CEFBA10mn11-1附圖例1-1 如本題附圖所示，用開(kāi)口液柱壓差計(jì)測(cè)量敞口貯槽中油品排放量。已知貯槽

3、直徑D為3m，油品密度為900kg/m3。壓差計(jì)右側(cè)水銀面上灌有槽內(nèi)的油品，其高度為h1。已測(cè)得當(dāng)壓差計(jì)上指示劑讀數(shù)為R1時(shí)，貯槽內(nèi)油面與左側(cè)水銀面間的垂直距離為H1。試計(jì)算當(dāng)右側(cè)支管內(nèi)油面向下移動(dòng)30mm后，貯槽中排放出油品的質(zhì)量。解：本題只要求出壓差計(jì)油面向下移動(dòng)30mm時(shí)，貯槽內(nèi)油面相應(yīng)下移的高度，即可求出排放量。首先應(yīng)了解槽內(nèi)液面下降后壓差計(jì)中指示劑讀數(shù)的變化情況，然后再尋求壓差計(jì)中油面下移高度與槽內(nèi)油面下移高度間的關(guān)系。設(shè)壓差計(jì)中油面下移h高度，槽內(nèi)油面相應(yīng)下移H高度。不管槽內(nèi)油面如何變化，壓差計(jì)右側(cè)支管中油品及整個(gè)管內(nèi)水銀體積沒(méi)有變化。故當(dāng)壓差計(jì)中油面下移h后，油柱高度沒(méi)有變化，仍

4、為h1，但因右側(cè)水銀面也隨之下移h，而左側(cè)水銀面必上升h，故壓差計(jì)中指示劑讀數(shù)變?yōu)椋≧-2h），槽內(nèi)液面與左側(cè)水銀面間的垂直距離變?yōu)椋℉1-H-h）。當(dāng)壓差計(jì)中油面下移h后，選左側(cè)支管油與水銀交界面為參考面m，再在右側(cè)支管上找出等壓面n（圖中未畫出m及n面），該兩面上的表壓強(qiáng)分別為： （為油品密度） 因，由上二式得： = （1）上式中第一項(xiàng) （2）將式（2）代入（1），并整理得： 取，將已知值代入上式：即壓差計(jì)右側(cè)支管油面下移30mm，槽內(nèi)液面下降0.8767m，油品排放量為： 例1-2 阻力損失與勢(shì)能的消耗 高位槽水面距管路出口的垂直距離保持為5m不變，水面上方的壓強(qiáng)為4.095×

5、104Pa（表壓），管路直徑為20mm，長(zhǎng)度為24m（包括管件的當(dāng)量長(zhǎng)度），阻力系數(shù)為0.02，管路中裝球心閥一個(gè)，試求：（1）當(dāng)閥門全開(kāi)（）時(shí)，管路的阻力損失為多少？阻力損失為出口動(dòng)能的多少倍？（2）假定數(shù)值不變，當(dāng)閥門關(guān)?。ǎr(shí)，管路的出口動(dòng)能和阻力損失有何變化？解：（1）在斷面1-1和2-2之間列機(jī)械能衡算式解：（1）在斷面1-1和2-2之間列機(jī)械能衡算式11P0 5m 1-4附圖22 若取大氣壓強(qiáng)和管出口高度為基準(zhǔn)，并忽略容器內(nèi)的流速（即），則 或 （倍）此結(jié)果表明，實(shí)際流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，阻力損失和動(dòng)能的增加是造成流體勢(shì)能減少的兩個(gè)原因。但對(duì)于通常管路，動(dòng)能增加是一個(gè)可以忽略的小量，而

6、阻力損失是使勢(shì)能減小的主要原因。換言之，阻力損失所消耗的能量是由勢(shì)能提供的。（2）當(dāng)時(shí) 與（1）比較，當(dāng)閥門關(guān)小時(shí)，出口動(dòng)能減少而阻力損失略有增加，但是，絕不可因此而誤解為阻力所消耗的能量是由動(dòng)能提供的。實(shí)際上，動(dòng)能的增加和阻力損失皆由勢(shì)能提供，當(dāng)閥門關(guān)小時(shí)，由于損失的能量增加使得動(dòng)能減少了。例1-3 虹吸管頂部的最大安裝高度利用虹吸管將池中溫度為90熱水引出，兩容器水面的垂直距離為2m，管段AB長(zhǎng)5m，管段BC長(zhǎng)10m（皆包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度），管路直徑為20mm，直管阻力系數(shù)為0.02。若要保證管路不發(fā)生汽化現(xiàn)象，管路頂點(diǎn)的最大安裝高度為多少？（已知90熱水飽和蒸汽壓為7.01×

7、;104Pa）解：在斷面1-1和2-2之間列機(jī)械能橫算式，可求得管內(nèi)流速BB11設(shè)頂點(diǎn)壓強(qiáng)，在斷面1-1和斷面B-BA之間列機(jī)械能橫算式，可求出B點(diǎn)最大安裝高22度為1-5附圖C 虹吸管是實(shí)際工作中經(jīng)常碰到的管道，為使吸液管正常工作，安裝時(shí)必須注意兩點(diǎn)：（1）虹吸管頂部的安裝高度不宜過(guò)大；（2）在入口側(cè)管路（圖中AB段）的阻力應(yīng)盡可能小。例1-4 使用同一水源各用戶間的相互影響5m總 管ABC1122D1-4附圖從自來(lái)水總管引一支路AB向居民樓供水，在端點(diǎn)B分成兩路各通向一樓和二樓。已知管段AB、BC和BD的長(zhǎng)度（包括管件的當(dāng)量長(zhǎng)度）各為100m、10m和20m，管徑皆為30mm，直管阻力系數(shù)

8、皆為0.03，兩支路出口各安裝 球心閥。假設(shè)總管壓力為3.43×105Pa（表壓）試求：（1）當(dāng)一樓閥門全開(kāi)（），高度為5m的二樓能否有水供應(yīng)？此時(shí)管路AB內(nèi)的流量為多少？（2）若將一樓閥門關(guān)小，使其流量減半，二樓最大流量為多少？解：（1）首先判斷二樓是否有水供應(yīng)，為此，可假定支路BD流量為零，并在斷面A和1-1之間列機(jī)械能橫算式 在斷面A與B之間列機(jī)械能橫算式，得5此結(jié)果表明二樓無(wú)水供應(yīng)。此時(shí)管路AB內(nèi)的流量為 （2）設(shè)一樓流量減半時(shí)，二樓流量為此時(shí)管段AB內(nèi)的流速為 管段BD內(nèi)的流速為 在斷面A與2-2之間列機(jī)械能橫算式 + 對(duì)于通常的分支管路，總管阻力既不可忽略也不占主導(dǎo)地位，

9、此時(shí)，改變支路的數(shù)目或阻力，對(duì)總流量及各支路間流量的分配皆有影響。例1-5 提高流量分配均勻性的代價(jià)在相同的容器1、2內(nèi)，各填充高度為1m和8m的固體顆粒，并以相同的管路并聯(lián)組合，兩支路的管長(zhǎng)皆為5m，管徑皆為200mm，直管阻力系數(shù)為0.02，每支管安裝一閘門閥，容器1和2的局部阻力系數(shù)各為10和8。已知管路的總流量為0.3m3/s，試求：1-5 附圖DCAB12（1）當(dāng)兩閥門全開(kāi)時(shí)，兩支路的流量比和并聯(lián)管路的阻力損失。（2）當(dāng)兩閥門同時(shí)關(guān)小至?xí)r，兩支路的流量比及并聯(lián)管路的阻力損失有何變化？解：由物料守恒關(guān)系求得 （1）因并聯(lián)管路阻力損失相等，有機(jī)械能橫算式得 （1）當(dāng)兩閥門全開(kāi) （2）由式

10、（1）、式（2）得 并聯(lián)管路的阻力損失為 （2）當(dāng)兩閥門同時(shí)關(guān)小 （3） 由式（1）、式（3）得 并聯(lián)管路的阻力損失為 從此例可以看出，在不均勻并聯(lián)管路中串聯(lián)大阻力元件，可提高流量分配的均勻性，其代價(jià)仍然是能量的消耗。例1-6 倒U形管壓差計(jì)R21 水從傾斜直管中流過(guò)，在斷面A和B之間接一空氣壓差計(jì)，其讀數(shù)R=10mm，兩測(cè)壓點(diǎn)垂直距離，試求：hB （1）A、B兩點(diǎn)的壓差等于多少？hAB （2）若采用密度為830kg/m3的煤油HzBA作指示液，壓差計(jì)讀數(shù)為多少？zA （3）管路水平放置而流量不變，壓差1-6附圖z=0計(jì)讀數(shù)及兩點(diǎn)的壓差有何變化？解：首先推倒計(jì)算公式。因空氣是靜止的，故即 在等

11、式兩邊皆加以 （1）若忽略空氣柱的重量，則 (2) 若采用煤油作指示液，壓差計(jì)讀數(shù)為 （3） 若管路流量不變，不變，則壓差計(jì)讀數(shù)R亦不變。又因管路水平放置，故 普通U形管壓差計(jì)所用的指示液的密度大于被測(cè)流體的密度，若指示液的密度小于被測(cè)流體的密度，則必須采用倒U形管壓差計(jì)。最常用的倒U形管壓差計(jì)是以空氣作為指示劑，稱為空氣壓差計(jì)。例1-7 管內(nèi)流量與所需勢(shì)能差的關(guān)系 （1）用壓縮空氣將密閉容器中的苯沿直徑為50mm的鋼管送至某容器內(nèi)，在某勢(shì)能差下，10分鐘可將容器內(nèi)1.8m3的苯排空。問(wèn)欲將輸送時(shí)間縮短一半，管路兩端的勢(shì)能差須增加多少倍？（已知苯的溫度為20，管壁粗糙度為0.5mm）。 （2）

12、用壓縮空氣將容器中的甘油沿直徑為10mm的管道送至高位槽，甘油溫度為60，管內(nèi)流量為0.05×10-3m3/s。若將流量提高一倍，管道兩端的勢(shì)能差須增加多少倍？解：（1）溫度為20時(shí)苯的密度，粘度，管內(nèi)流速為 則 由直管阻力系數(shù)線圖可以確認(rèn)管內(nèi)流動(dòng)已進(jìn)入充分湍流區(qū)。輸送時(shí)間減半，流速增加一倍，直管阻力系數(shù)不變，故（倍）（2）溫度為60時(shí)的甘油的密度，粘度，管內(nèi)流速為 則 流量增加一倍，流速增加一倍，但流動(dòng)形態(tài)仍為層流，故 （倍）顯然，在層流條件下，所需勢(shì)能差與管內(nèi)流速（或流量）成正比；而在湍流條件下，所需勢(shì)能與流速（或流量）的平方成正比。例1-8 無(wú)外加功簡(jiǎn)單輸送管路計(jì)算問(wèn)題的自由度

13、11 在附圖所示的管路中，管長(zhǎng)，管徑，AH管壁粗糙度，高位槽液面距管路出口的垂2直距離H=4m，管路中有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)直角彎頭，一個(gè)1/2CB開(kāi)的閘門閥。已知水溫為20，管內(nèi)流速為0.5m/s，1-8附圖高位槽液面上方壓強(qiáng)為大氣壓，求流體在該管路中的阻力損失為多少？解：方法一：20水的粘度 查得 方法二：若取管路出口高度及大氣壓為基準(zhǔn)，槽內(nèi)每千克水的總機(jī)械能為 此能量除極小部分轉(zhuǎn)化為動(dòng)能外，其余皆損失掉，即 顯然，兩種方法所求出的結(jié)果是矛盾的。對(duì)于無(wú)外加功簡(jiǎn)單輸送管路的計(jì)算問(wèn)題，只有以下三式可用： 物料衡算式 機(jī)械能衡算式 直管阻力系數(shù)計(jì)算式 三個(gè)方程只能聯(lián)立求解三個(gè)未知數(shù)，其余變量必須給定。若給定

14、獨(dú)立變量數(shù)目少于方程式組的自由度（即方程式組所含變量數(shù)與方程式之差），問(wèn)題無(wú)確定解；若給定獨(dú)立變量數(shù)多于方程式自由度，必導(dǎo)致相互矛盾的計(jì)算結(jié)果。本例即屬于后一種情況。按題目給定管路情況，管內(nèi)流速必不為0.5m/s，而由管路自身決定，應(yīng)為1.95 m/s（參見(jiàn)例1-11）例1-9 在一定勢(shì)能差下管路輸送能力的計(jì)算 在例1-10所示管路中輸送溫度為20的水，閘門閥1/2開(kāi)（），管內(nèi)流量為多少？若將閥門全開(kāi)（），管內(nèi)流量為多少？解：當(dāng)閥門1/2開(kāi)時(shí)，假設(shè)管內(nèi)流動(dòng)已進(jìn)入充分湍流區(qū)，由查得在斷面1-1和2-2之間列機(jī)械能衡算式（參見(jiàn)例1-10附圖），可得 管內(nèi)雷諾數(shù)為 根據(jù)阻力系數(shù)線圖，由Re和可知管內(nèi)

15、流動(dòng)已進(jìn)入充分湍流區(qū)，以上計(jì)算結(jié)果有效。此時(shí)管內(nèi)流量為 當(dāng)閥門全開(kāi)時(shí)，流速增加，管內(nèi)流動(dòng)必處于充分湍流區(qū)，管內(nèi)流速為 管內(nèi)流量為 本例管路情況已知，屬操作型為體，須聯(lián)立求解關(guān)于簡(jiǎn)單輸送管路方程式組。由于阻力系數(shù)計(jì)算式一個(gè)非常復(fù)雜的非線性函數(shù)關(guān)系式，當(dāng)管內(nèi)流量與流速為待求變量時(shí)，必須用試差法或迭代法來(lái)計(jì)算。手算時(shí)，可按以下步驟進(jìn)行試差：（1） 假定管內(nèi)流動(dòng)已進(jìn)入充分湍流區(qū)，由查出；（2） 根據(jù)值，由機(jī)械能衡算式計(jì)算流速；（3） 據(jù)此值算出Re，由Re和查出新的值，以檢驗(yàn)是否需要再次計(jì)算。由于大多數(shù)化工管路的流動(dòng)是處于或接近于充分湍流區(qū)，故經(jīng)一、二次試差便可得到足夠準(zhǔn)確的結(jié)果。選擇題、填空題1.1

16、當(dāng)不可壓縮理想流體在水平放置的變徑管路中作穩(wěn)定的連續(xù)流動(dòng)時(shí),在管子直徑縮小的地方，其靜壓力( )。（A）不變 （B）增大 （C）減小 （D）不確定1.2水在內(nèi)徑一定的圓管中穩(wěn)定流動(dòng)，若水的質(zhì)量流量保持恒定，當(dāng)水溫升高時(shí)，Re值將（ ）。 （A）不變 （B）增大 （C）減小 （D）不確定1.3層流與湍流的本質(zhì)區(qū)別是：（ ）。（A）湍流流速大于層流流速；（B）流動(dòng)阻力大的為湍流（C）層流的雷諾數(shù)小于湍流的雷諾數(shù)；（D）層流無(wú)徑向脈動(dòng)，而湍流有徑向脈動(dòng)。1.4如圖所示，水流過(guò)一段等徑水平管子，在A、B兩處放置相同壓差計(jì)（測(cè)壓點(diǎn)等高），其讀數(shù)分別為R1，R2，則（ ）。題4 附圖（A）R1>R2

17、 (B) R1=R2 (C) R1<R2 (D) R2= R1+2 r1 1.5如圖所示的并聯(lián)管路，各支管及其總管阻力間的關(guān)系為（ ）。（A） ；（B）；題5 附圖（C）；（D）；1.6在皮托管工作時(shí)，測(cè)壓孔正對(duì)流體流動(dòng)方向所測(cè)壓力代表該處的（ ）。此時(shí)側(cè)壁小孔所測(cè)壓力代表該處的（ ）。 （A）動(dòng)壓，靜壓； （B）動(dòng)壓，動(dòng)壓與靜壓之和； （C）動(dòng)壓與靜壓之和，靜壓； （D）靜壓，動(dòng)壓與靜壓之和。1.7某流體在圓形直管中作滯流流動(dòng)時(shí)，其速度分布是（ ）曲線，其管中心最大流速為平均流速的（ ）倍，摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re的關(guān)系為（ ）。1.8在湍流摩擦系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究中，采用因次分析法的目的是（

18、）。在阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)只與（ ）有關(guān)。1.9流速增加一倍后流體在圓管內(nèi)仍作層流流動(dòng)，則流動(dòng)阻力損失為原來(lái)的（ ）倍。1.10 如圖所示容器內(nèi)盛有油、水兩種液體，點(diǎn)A位于油水分界的油側(cè)，點(diǎn)B位于水側(cè)，試判斷A、B兩流體質(zhì)點(diǎn)的總勢(shì)能差 0 （，）。Z=0油水AB題1.10 附圖AB題1.11附圖題 1.12附圖ABp1p2p3p41.11 如圖所示，水從內(nèi)徑為的管段流向內(nèi)徑為管段，已知，管段流體流動(dòng)的速度頭為0.8m水柱，忽略流經(jīng)AB段的能量損失，則1.3m，1.5m。1.12 圖示管路裝有A、B兩個(gè)閥門，試判斷：（1）A閥門關(guān)小，B閥門不變 p1變大，p2變小，p3變小，p4變小，(p2-p

19、3) 變小 (變大，變小，不變)；（2）A閥門不變，B閥門開(kāi)大p1變小，p2變小，p3變小，p4變大，(p2-p3) 變大(變大，變小，不變)；（3）A閥門開(kāi)大，B閥門不變p1變小，p2變大，p3變大，p4變大，(p1-p2) 變小，(p2-p3) 變大(變大，變小，不變)；（4）A閥門不變，B閥門關(guān)小p1變大，p2變大，p3變大，p4變小，(p2-p3) 變小(變大，變小，不變)。H題 1.13附圖1.13 圖示管路兩端連接兩個(gè)水槽，管路中裝有 調(diào)節(jié)閥門一個(gè)。試討論將閥門開(kāi)大或關(guān)小時(shí)，管內(nèi)流量，管內(nèi)總阻力損失，直管阻力損失和局部阻力損失有何變化，并以箭頭或適當(dāng)文字在下表中予以表達(dá)（設(shè)水槽液位

20、差H恒定）?？傋枇p失直管阻力損失 局部阻力損失 流量 閥開(kāi)大不變閥關(guān)小不變判斷題1.14 粘性是流體的物性之一，無(wú)論是靜止的還是流動(dòng)的流體都具有粘性。（ ）1.15 盡管粘性是流體的物性之一，但只有流動(dòng)的流體才考慮粘性的影響，對(duì)靜止的流體可不考慮粘性的影響。（ ）1.16 U型壓差計(jì)測(cè)量的是兩截面間靜壓強(qiáng)之間的差值。（ ）1.17轉(zhuǎn)子流量計(jì)工作時(shí)轉(zhuǎn)子受到兩個(gè)力的作用，一個(gè)是重力，另一個(gè)的浮力。（ ）1.18 孔板流量計(jì)工作時(shí)，流體在流過(guò)孔板前后的靜壓強(qiáng)差不變。（ ）1.19 轉(zhuǎn)子流量計(jì)工作時(shí)，流體作用在轉(zhuǎn)子上下兩截面的靜壓強(qiáng)差不變。（ ）1.20 降低溫度液體的粘度增加。（ ）1.21 升高

21、溫度氣體的粘度增加。（ ）第二章：流體輸送機(jī)械 思考題1、離心泵在啟動(dòng)前，為什么泵殼內(nèi)要灌滿液體？啟動(dòng)后，液體在泵內(nèi)是怎樣提高壓力的？泵入口的壓力處于什么狀態(tài)？2、離心泵的特性曲線有幾條？其曲線形狀是什么樣子？離心泵啟動(dòng)時(shí)，為什么要關(guān)閉出口閥門？3、在測(cè)定離心泵的揚(yáng)程與流量的關(guān)系時(shí)，當(dāng)離心泵出口管路上的閥門開(kāi)度增大后，泵出口壓力及進(jìn)口處的液體壓力將如何變化？4、離心泵操作系統(tǒng)的管路特性方程是怎樣推導(dǎo)的？它表示什么與什么之間的關(guān)系？5、離心泵的工作點(diǎn)是怎樣確定的？流量的調(diào)節(jié)有哪幾種常用的方法？6、何謂離心泵的氣蝕現(xiàn)象？如何防止發(fā)生氣蝕？7、影響離心泵最大允許安裝高度的因素有哪些？8、什么是液體輸

22、送機(jī)械的揚(yáng)程（或壓頭）？離心泵的揚(yáng)程與流量的關(guān)系是怎樣測(cè)定的？液體的流量、泵的轉(zhuǎn)速、液體的黏度對(duì)揚(yáng)程有何影響？9、管路特性方程中的與的大小，受哪些因素的影響？例題例2-1 某油田通過(guò)300×15mm的水平鋼管將原由輸送至煉油廠。管路總長(zhǎng)為1.6×105m，輸油量要求為250×103kg/h，現(xiàn)已知油在輸送溫度下的粘度為0.187Pa·s，密度為890kg/m3。該油管的局部阻力可忽略，現(xiàn)決定采用一種雙吸五級(jí)油泵，此泵在適宜工作范圍內(nèi)的性能列于本例附表1中。 附表1Q/（m3/h）200240280320H/m500490470425注：表中數(shù)據(jù)已作粘度校

23、正。試求在整個(gè)輸油管路上共需幾個(gè)泵站？實(shí)際輸送量為若干kg/h。解：油的體積流量Q=280.9m3/h管內(nèi)流速u=1.363m/sRe=17512000為滯流因原油在直管內(nèi)作滯流流動(dòng)，故：管路壓頭損失Hf= =2050m由附表1單臺(tái)泵的特性數(shù)據(jù)查出：當(dāng)Q=280.9m3/h時(shí)，H=467.5m初估泵系數(shù) n=4.385故應(yīng)采用5個(gè)泵站。根據(jù)串聯(lián)原理，用同規(guī)格5臺(tái)泵串聯(lián)的壓頭為單臺(tái)泵的5倍，計(jì)算出數(shù)據(jù)列于本題附表2中。 附表2Q/（m3/h）200240280320H/m2500245023502125H/m5臺(tái)泵串聯(lián)合成特性曲線He=7.302QeM2002401400160018002000

24、220024002-1 附圖將以上數(shù)據(jù)標(biāo)繪在本題附圖中，得泵的串聯(lián)合成特性曲線。因輸送管路為水平直管，故管路特性曲線方程為：320Q/（m3/h）280 He=Hf= =7.302Qe2將此管路特性曲線方程標(biāo)繪在本題附圖中，得泵的串聯(lián)合成特性曲線。管路特性曲線與泵合成特性曲線的交點(diǎn)，即為工作點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的流量、壓頭分別為： QM=305m3/h HM=2230m故實(shí)際輸油量為 Wh=305×890=271×103kg/h例2-2 某水泵性能參數(shù)列于本題附表1中?，F(xiàn)有兩個(gè)管路系統(tǒng)，他們的管路特性方程分別為： He=15+0.077Qe2及 He=15+0.88 Qe2為提高管路

25、系統(tǒng)的供水量，每條管路系統(tǒng)均用二臺(tái)相同的泵進(jìn)行組合操作，試比較各個(gè)管路系統(tǒng)泵的最佳組合方式及最大流量為若干。附表1Q/（L/s）01357911H/m33.834.734.631.727.421.815 解：先按題給已知數(shù)據(jù)畫出單臺(tái)泵的特性曲線M1M2，按壓頭不變流量加倍的原則，畫出二臺(tái)泵并聯(lián)時(shí)的合成特性曲線AC，又按流量不變壓頭加倍的原則，畫出二臺(tái)泵串聯(lián)時(shí)的合成特性曲線DB。對(duì)于第一種管路系統(tǒng)，按He=15+0.077Qe2計(jì)算出不同Qe下對(duì)應(yīng)He，計(jì)算結(jié)果列于本題附表2中，然后在本題附圖中畫出管路特性曲線ABM1。附表2Q/（L/s）1357911He/m15.07715.6916.931

26、8.7721.2424.32 由圖可讀出泵并聯(lián)時(shí)的工作點(diǎn)A QA=13.1L/s泵串聯(lián)時(shí)的工作點(diǎn)B QB=11.6 L/s單臺(tái)泵工作點(diǎn)M1 QM=9.2 L/s由此可見(jiàn)，對(duì)于第種管路系統(tǒng)，即管路特性曲線較平坦的低阻管路，用兩臺(tái)泵并聯(lián)組合，可獲得高的流量，最大流量為13.1 L/s。對(duì)于第二種管路系統(tǒng)，按He=15+0.88 Qe2計(jì)算出不同Qe下對(duì)應(yīng)的He，計(jì)算結(jié)果列于本題附表3，然后在本題附圖中畫出管路特性曲線DCM2。附表3Q/（L/s）13579He/m15.8822.9237.058.1286.28He=15+0.077Qe2He=15+0.88Qe2串單臺(tái)泵M2CM1ABD70605

27、040302010由圖讀出泵并聯(lián)時(shí)的工作點(diǎn)C的流量QC=4.7 L/s泵串聯(lián)時(shí)的工作點(diǎn)D的流量QD=6.8 L/s單臺(tái)泵操作時(shí)其工作點(diǎn)M2的流量QM2=4.45 L/此可見(jiàn)，對(duì)于管路特性曲線較陡的高阻管路，用二臺(tái)泵串聯(lián)可獲得較大的流量，最大流量為68 L/s。2-2附圖1110987例2-3 在圖示管路中裝有一臺(tái)離心泵，離心泵的特性曲線方程為（式中的單位用m3/s表示，的單位用m表示），管路兩端的位差，壓差。用此管路輸送清水時(shí)，供水量為10×10-3m3/s，且管內(nèi)流動(dòng)已進(jìn)入阻力平方區(qū)。若用此管路輸送密度為1200kg/m3的堿液，閥門開(kāi)度及管路兩端條件皆維

28、持不變，試求堿液的流量和離心泵的有效功率為多少？Pa22 解：聯(lián)立管路兩端之間的機(jī)械能衡酸式與泵特性方程可得10m據(jù)題意，當(dāng)供水量為10×10-3m3/s時(shí)，泵的壓頭為Pa11故2-3附圖因流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)，且閥門開(kāi)度不變，用此管路輸送堿液K值不變，此時(shí)的管路特性方程可由兩端面之間的機(jī)械能衡算式求得： 而泵特性方程與流體密度無(wú)關(guān)，由泵和管路特性方程聯(lián)立 得 離心泵的有效功率為 當(dāng)此管路輸送水時(shí)， ， 從本例計(jì)算結(jié)果可以看出，用同樣的管路和離心泵輸送密度較大的液體，流量不會(huì)降低（如管路兩端壓強(qiáng)相同，壓頭、流量與流體密度無(wú)關(guān)）。但離心泵的功率與密度成正比，需注意防止電機(jī)過(guò)載。例2-4

29、某工藝過(guò)程需要使用溫度為294K、壓強(qiáng)為101.33kPa、流量為1700m3/h的空氣。現(xiàn)用一臺(tái)離心通風(fēng)機(jī)，從溫度為366.3K、壓強(qiáng)為98.9kPa的靜止空間吸入空氣，由風(fēng)機(jī)排出的空氣溫度不變，壓強(qiáng)為102.6kPa，氣體速度為46m/s，風(fēng)機(jī)的效率為60%，試計(jì)算風(fēng)機(jī)的軸功率。解：風(fēng)機(jī)前后壓強(qiáng)變化與吸入壓強(qiáng)之比為： =空氣雖為可壓縮氣體，但由上式計(jì)算結(jié)果知，可將空氣當(dāng)作不可壓縮流體處理。用平均壓強(qiáng)計(jì)算空氣的平均密度： kPa kg/m3要求輸送空氣的摩爾流量為： kmol/h以上流量換算成吸入狀態(tài)下的體積流量為： m3/h風(fēng)機(jī)操作條件下的風(fēng)壓 =4715Pap/kPa 風(fēng)機(jī)的軸功率 kW

30、 例2-6 根據(jù)輸送任務(wù)確定管徑與相應(yīng)的離心泵欲將池水以的流量送至高位槽，13m高位槽水面比水池液面高13米，管長(zhǎng)為50米，管路內(nèi)有90°彎頭2個(gè)，全開(kāi)閘門閥一個(gè)，入口底閥一個(gè)（），試在常用流速范圍內(nèi)選擇A兩個(gè)流速，分別計(jì)算管徑并選用適當(dāng)?shù)谋谩?-6附圖解：本例屬設(shè)計(jì)型問(wèn)題。在設(shè)計(jì)型問(wèn)題中泵尚未確定，泵的特性曲線方程未知，故只有以下三式可用：物料衡算式 能量衡算式 直管阻力系數(shù)計(jì)算式 在以上三式中，含有、和共12個(gè)變量，其中已知、和（隨管材的選擇而定），但問(wèn)題仍沒(méi)有確定的解。設(shè)計(jì)者選擇不同的流速，計(jì)算管徑和所需壓頭，然后根據(jù)流量和壓頭選用相應(yīng)的泵，并從中選出最優(yōu)的方案。根據(jù)水在管內(nèi)的

31、常用流速（13m/s）范圍，選擇以下兩種流速進(jìn)行計(jì)算：（1）選擇，則 根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格，采用熱軋鋼管，=82mm，管壁粗糙度取=0.2mm，管內(nèi)流速為 、 查得。管路所需壓頭為 根據(jù)，可選用IS80-65-125型水泵。（2）選擇，則 采用熱軋鋼管，則 ， 根據(jù)，可選用IS80-65-160型水泵。兩種管徑所需壓頭之比為28.1/17.9=1.57，顯然，采用較大管徑可減小能耗。但究竟選擇哪一個(gè)方案，還應(yīng)按使用年限計(jì)算管路和離心泵的折舊費(fèi)，綜合考慮操作費(fèi)和折舊費(fèi)后，以總費(fèi)用較小者為佳。例2-7 輸送管路對(duì)外加功的需求在圖示管路中裝有離心泵，吸入管直徑，長(zhǎng)，阻力系數(shù)，壓出管直徑，長(zhǎng)，阻力系數(shù)，在壓出

32、管E處裝有閥門，其局部阻力系數(shù)，管路兩22 端水面高度差H=10m，泵進(jìn)口高于水面2m，管內(nèi)GH流量為。試求：FEDCB（1）每千克流體需從離心泵獲得多少機(jī)械能？2m（2）泵進(jìn)、出口斷面的壓強(qiáng)和各為多少？11A（3）如果是高位槽中的水沿同樣管路向下流出，2-7 附圖管內(nèi)流量不變，問(wèn)是否需要安裝離心泵？解：（1）泵吸入管內(nèi)的流速為 泵壓出管內(nèi)的流速為 在斷面1-1和2-2之間列機(jī)械能衡算式，并移項(xiàng)整理得 從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，流體所獲得的外加功主要用于克服管路阻力和增加流體的勢(shì)能。對(duì)于通常管路，動(dòng)能增加項(xiàng)很小，可以忽略不計(jì)。（2）以斷面1-1為基準(zhǔn)，在斷面1-1和C-C之間列機(jī)械能衡算式可得

33、在斷面D-D和2-2之間列機(jī)械能衡算式可得 在斷面C-C和D-D之間機(jī)械能衡算式得 此結(jié)果表明，輸送機(jī)械能對(duì)流體做功的最終結(jié)果主要是增加了流體的壓強(qiáng)能。因此，對(duì)管流而言，即使有外加機(jī)械能輸入，克服阻力損失所需能量仍然是由勢(shì)能直接提供的。 （3）在斷面2-2和1-1之間列機(jī)械能衡算式，可求出沿同一管路（無(wú)泵）輸送同樣流量所需要的勢(shì)能差為 管路兩端流體的實(shí)際勢(shì)能差為 因，所以單靠勢(shì)能差不足以克服管路在規(guī)定流量下的阻力，所差部分需要輸送機(jī)械提供。選擇題、填空題1用離心泵從水池抽水到水塔中，設(shè)水池和塔液面維持恒定，若離心泵在正常操作范圍內(nèi)工作，開(kāi)大出口閥將導(dǎo)致（ ）。 （A） 送水量增加，泵的壓頭下降

34、； （B）送水量增加，泵的壓頭增大； （B） 送水量增加，泵的軸功率不變； （D）送水量增加，泵的軸功率下降。2某離心泵在運(yùn)行半年后，發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，應(yīng)（ ）。 （A）降低泵的安裝高度； （B）停泵，向泵內(nèi)灌液； （C）檢查出口管路阻力是否過(guò)大； （D）檢查進(jìn)口管路是否泄漏。3從低位槽向高位槽輸水，單臺(tái)泵可在高效區(qū)工作。若輸送管路較長(zhǎng)，且輸送管路布置不變，再并聯(lián)一臺(tái)相同泵，則（ ）。 （A）兩泵均在高效區(qū)工作； （B）僅新裝泵在高效區(qū)工作； （C）僅原裝泵在高效區(qū)工作； （D）兩泵均不在原高效區(qū)工作。4開(kāi)大離心泵的出口閥，離心泵的出口壓力表讀數(shù)將（ ）。 （A）增大； （B）減??； （C）先增

35、大后減小； （D）先減小后增大。5若離心泵啟動(dòng)后卻抽不上水來(lái)，可能的原因是：（ ）。 （A）開(kāi)泵時(shí)出口閥未關(guān)閉； （B）離心泵發(fā)生了氣縛現(xiàn)象； （C）未灌好泵； （D） 進(jìn)口閥未開(kāi)6輸送系統(tǒng)的管路特性方程可表示為H=A+BQ2，則（ ）。（A）A只包括單位質(zhì)量流體需增加的位能；（B）A包括單位質(zhì)量流體需增加的位能和靜壓能；（C）BQ2代表管路系統(tǒng)的局部阻力損失；（D）BQ2代表單位質(zhì)量流體需增加的動(dòng)能。7在測(cè)量離心泵特性曲線實(shí)驗(yàn)中，管路特性曲線可寫為H=A+BQ2，當(dāng)管路循環(huán)且出口端插入循環(huán)水槽液面下，則A值（ ）。（A）大于零； （B）小于零； （C）等于零； （D）不確定。8由離心泵和某一

36、管路組成的輸送系統(tǒng)，其工作點(diǎn)（ ）。 （A）由泵銘牌上的流量和揚(yáng)程所決定； （B）由泵的特性曲線所決定； （C）即泵的最大效率所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)； （D）是泵的特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)。9在測(cè)定離心泵特性曲線的實(shí)驗(yàn)中，啟動(dòng)泵后，出水管不出水，泵進(jìn)口處真空表指示真空度很高，某同學(xué)正確地找到原因并排除了故障。你認(rèn)為可能的原因是（ ）。 （A）水溫太高； （B）真空表?yè)p壞； （C）吸入管堵塞； （D）排出管堵塞。10測(cè)定離心泵特性曲線實(shí)驗(yàn)管路中，壓強(qiáng)最低的是（ ） （A）吸入口處；（B）泵殼靠近吸入口一側(cè)；（C）葉輪入口處；（D）泵殼出口端。11.離心泵與往復(fù)泵的啟動(dòng)與流量調(diào)節(jié)不同之處是離心泵（ ），往

37、復(fù)泵（ ）。12.用離心泵將水池中水送至常壓水塔，若在離心泵正常操作范圍內(nèi)，將出口閥開(kāi)大，則流量變大，揚(yáng)程變小，管路總阻力損失變小，軸功率變大 （變大、變小、不變、不確定）。13.如圖示操作中的離心泵輸液管路，已知容器上方真空表讀數(shù)為，現(xiàn)在增大，其他管路條件不變，則管路總阻力損失變大（變大、變小、不變、不確定）。14.圖示管路用泵將江中水送上敞口容器。若在送水過(guò)程中江面水位上升，流量 （變大、變?。，F(xiàn)欲維持原流量不變，則出口閥應(yīng)如何調(diào)節(jié)？變大，關(guān)小出口閥，試比較調(diào)節(jié)前后泵的揚(yáng)程變大（變大、變小、不變）。題 13附圖題14附圖B10mA10m題15附圖15.如圖所示管路，用兩臺(tái)泵分別抽入A、B

38、兩種液體至混合槽。已知兩臺(tái)泵完全相同，且?guī)缀伟惭b位置、管路直徑、長(zhǎng)度、局部管件均相同。今用出口閥A、B調(diào)節(jié)至流量，（1）當(dāng)混合槽內(nèi)液面上方壓強(qiáng)表讀數(shù)p=0時(shí)，閥門A開(kāi)度 = 閥門B開(kāi)度；（2）當(dāng)0時(shí)，閥門A開(kāi)度閥門B開(kāi)度（、=、）。16.離心泵輸送管路，單操作時(shí)流量為，揚(yáng)程為。現(xiàn)另有一臺(tái)型號(hào)相同的泵，在管路狀態(tài)不變的條件下，將泵串聯(lián)時(shí)輸送流量為，揚(yáng)程為，將泵并聯(lián)時(shí)輸送流量為，揚(yáng)程為。則（B）A=，=2；=2，=；B，；，；C=2，=；，；D視管路狀態(tài)而定。判斷題17關(guān)閉離心泵的出口閥后，離心泵的有效功率均為零。（ ）18逐漸開(kāi)大出口閥的開(kāi)度，則離心泵的流量增大，效率下降。（ ）19管路中兩臺(tái)相

39、同泵并聯(lián)操作后，與單臺(tái)泵相比，工作點(diǎn)處流量是原來(lái)單臺(tái)泵的兩倍。（ ）20往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)不可以采用出口閥調(diào)節(jié)。（ ）21往復(fù)泵在使用前必須灌泵。（ ）問(wèn)答題題 22附圖22如圖所示的2B31型離心泵裝置中，你認(rèn)為有哪些錯(cuò)誤？并說(shuō)明原因。23離心泵發(fā)生氣縛與氣蝕現(xiàn)象的原因是什么？有何危害？應(yīng)如何消除？第五章思考題1、 傳熱過(guò)程有哪三種基本形式？它們的傳熱機(jī)理有何不同？2、 物體的導(dǎo)熱系數(shù)與哪些因素有關(guān)？非金屬保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)為什么與密度有關(guān)？3、 在兩層平壁的熱傳導(dǎo)中，有一層的溫度差較大，另一層的較小。哪一層的熱阻大？4、 輸送高溫物料的圓形管外包覆兩層厚度相同、導(dǎo)熱系數(shù)不同的保溫材料。若改變

40、兩種保溫材料的內(nèi)外次序，其保溫效果是否會(huì)改變/？若被保溫的是平壁，保溫效果是否會(huì)改變？5、 流體流動(dòng)對(duì)對(duì)流傳熱系數(shù)的貢獻(xiàn)主要表現(xiàn)在哪些方面？6、 層流底層的厚度主要和哪些因素有關(guān)？并找出相應(yīng)的強(qiáng)化傳熱方法？7、 流動(dòng)邊界層和傳熱邊界層有何聯(lián)系和區(qū)別？8、 對(duì)流傳熱中各個(gè)準(zhǔn)數(shù)與哪些因素有關(guān)？9、 自然對(duì)流中傳熱面的位置如何放置有利于增大傳熱速度？10、 為什么滴狀冷凝的對(duì)流傳熱系數(shù)比膜狀冷凝的大？11、 液體沸騰的必要條件有哪兩個(gè)/？強(qiáng)化沸騰傳熱從哪兩方面著手？12、 為什么液體的對(duì)流傳熱系數(shù)比氣體的大？13、 為什么無(wú)相變化時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)比有相變化時(shí)的小？14、 總傳熱系數(shù)、對(duì)流傳熱系數(shù)和導(dǎo)

41、熱系數(shù)的物理意義是什么？其單位是否相同？15、 影響輻射傳熱的主要因素有哪些？為什么低溫時(shí)熱輻射往往可以忽略？16、 蒸汽冷凝時(shí)為什么要定期排放不凝性氣體？17、 換熱器中冷熱流體為什么大多采用逆流換熱？在什么情況下采用并流操作？18、 換熱器的總傳熱系數(shù)大小與哪些因素有關(guān)？如何有效地提高總傳熱系數(shù)？19、 在套管換熱器中用飽和水蒸氣加熱內(nèi)管中流動(dòng)的空氣?？倐鳠嵯禂?shù)接近哪種流體的對(duì)流傳熱系數(shù)？壁溫接近哪種流體的溫度？增大哪種流體的對(duì)流傳熱系數(shù)更有利于傳熱？20、 以下幾個(gè)中，溫度差t有何區(qū)別？ 21、 在列管換熱器的設(shè)計(jì)中為什么要限制校正系數(shù)大于0.8？22、 在列管換熱器中用熱空氣加熱水，兩

42、流體均湍流流動(dòng)，逆流換熱，若空氣的流量增大或進(jìn)口溫度升高，水的出口溫度如何改變？計(jì)算題 1有直徑為38mm×2mm的黃銅冷卻管，假如管內(nèi)生成厚度為1mm的水垢，水垢的熱導(dǎo)率=1.163W/(m·)。試計(jì)算水垢的熱阻是黃銅管熱阻的多少倍黃銅的熱導(dǎo)率=110W/(m·)。 2、空氣以4m/s的流速通過(guò)75.5mm×3.75mm的鋼管，管長(zhǎng)5m，空氣入口溫度為32，出口溫度為68。試計(jì)算：（1）空氣與管壁間的對(duì)流傳熱系數(shù)；（2）如空氣流速增加一倍，其他條件不變，對(duì)流傳熱系數(shù)又為多少；（3）若空氣從管壁得到的熱量為578W，鋼管內(nèi)壁的平均溫度為多少。 3、用冷卻

43、水使流量2000kg/h的硝基苯從355K冷卻到300K，冷卻水由15升到35，試求冷卻水用量。若將冷卻水的流量增加到3.5m3/h，試求冷卻水的出口溫度。 4、用絕對(duì)壓力為300kPa的飽和水蒸氣將體積流量為80m3/h的苯胺從80加熱到100。苯胺在平均溫度下的密度為955kg/m3，比熱容為2.31kJ/(kg·)。試求：（1）水蒸氣用量（kg/h）；（2）當(dāng)總傳熱系數(shù)為800W/(m2·)時(shí)所需傳熱面積。 5、有一套管式換熱器，內(nèi)管為180mm×10mm的鋼管，內(nèi)管中有質(zhì)量流量為3000kg/h的熱水，從90冷卻到60。環(huán)隙中冷卻水從20升到50。按內(nèi)管外表面積計(jì)算的總傳熱系數(shù)K=2000W/(m2·)。試求：（1）冷卻水用量；（2）并流流動(dòng)時(shí)的平均溫度差及所需傳熱面積；（3）逆流流動(dòng)時(shí)的平均溫度差及所需傳熱面積。 6、有1殼程2管程列管式換熱器，用293K的冷水30t/h使流量為20t/h的輕烴從353K冷卻到313K，設(shè)總傳熱系數(shù)為1200W/(m2·K)，試計(jì)算所需傳熱面積。7、在一套管換熱器中，內(nèi)管中流體的對(duì)流傳熱系數(shù)1=200W/(m2·K)，內(nèi)管外側(cè)流體的對(duì)流傳熱系數(shù)2=350W/(m2·K)，已知兩流體湍流換熱，試問(wèn)（