化工原理1期中復(fù)習(xí)

1、 題型 1.填空題（每空1 分 共20分） 2.選擇題（每小題2分，共20分） 3.簡答題（12分） 4.計(jì)算題48分，3小題分值12、20、16分柏努利方程：方程中的各項(xiàng)可以將整章內(nèi)容串起來：1.位能、靜壓能項(xiàng)：（1）兩個(gè)基本概念）兩個(gè)基本概念A(yù).A.流體的密度流體的密度 密度定義：密度定義：影響影響的的主要因素主要因素混合流體的密度混合流體的密度單位體積的流體所具有的質(zhì)量，; SI單位kg/m3氣體：可壓縮性流體可壓縮性流體不可壓縮性流體不可壓縮性流體液體：氣體氣體混合物的密度混合物的密度m液體混合物的密度液體混合物的密度mB.流體的靜壓強(qiáng)流體的靜壓強(qiáng)n壓強(qiáng)的定義壓強(qiáng)的定義 流體的單位表面

2、積上所受的壓力，稱為流體的流體的單位表面積上所受的壓力，稱為流體的靜壓強(qiáng)靜壓強(qiáng)，簡稱，簡稱壓強(qiáng)壓強(qiáng)。SI制單位：N/m2，即Pa。換算關(guān)系為：n 壓強(qiáng)的表示方法壓強(qiáng)的表示方法絕對壓強(qiáng)、真空度、表壓強(qiáng)（2）流體的靜力學(xué)方程流體的靜力學(xué)方程等壓面：靜止的、聯(lián)通的、同一流體內(nèi),處于同一水平面上各點(diǎn)的壓強(qiáng)相等。靜力學(xué)方程的應(yīng)用靜力學(xué)方程的應(yīng)用壓強(qiáng)與壓強(qiáng)差的測量壓強(qiáng)與壓強(qiáng)差的測量U型管壓差計(jì)型管壓差計(jì)傾斜傾斜U型管壓差計(jì)型管壓差計(jì)微差壓差計(jì)微差壓差計(jì)液位的測定液位的測定 液封高度的計(jì)算液封高度的計(jì)算2.動(dòng)能項(xiàng)：（1）連續(xù)性方程式連續(xù)性方程式管內(nèi)定態(tài)流動(dòng)的連續(xù)性方程（2）流體流動(dòng)現(xiàn)象流體流動(dòng)現(xiàn)象牛頓粘性定

3、律牛頓粘性定律流體的粘度：單位，影響因素流體的粘度：單位，影響因素流動(dòng)類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)流動(dòng)類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾數(shù)Re=流體的流動(dòng)類型屬于湍流； 流體在圓形直管內(nèi)流動(dòng)時(shí)： 流體的流動(dòng)類型屬于滯流 ； 過渡區(qū)圓管內(nèi)滯流與湍流的比較邊界層的概念邊界層的概念流動(dòng)邊界層：在壁面附近存在較大速度梯度的流體層在壁面附近存在較大速度梯度的流體層 。 uuuuux0d穩(wěn)定段(入口段）完全發(fā)展了的流動(dòng)流動(dòng)邊界層的分離 邊界層分離大量旋渦消耗能量增大阻力。(3)(3)流速和流量的測量流速和流量的測量流量計(jì)變壓頭流量計(jì)變截面流量計(jì) 將流體的動(dòng)壓頭的變化以靜壓頭的變化的形式表示出來。一般，讀數(shù)指示由壓強(qiáng)差換算而來。如：測速

4、管、孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì) 流體通過流量計(jì)時(shí)的壓力降是固定的，流體流量變化時(shí)流道的截面積發(fā)生變化，以保持不同流速下通過流量計(jì)的壓強(qiáng)降相同。如：轉(zhuǎn)子流量計(jì) fffsVAgVhq)(2,轉(zhuǎn)子流量計(jì)流量公式：3.阻力項(xiàng)：滯流流動(dòng)時(shí)湍流流動(dòng)時(shí)管路計(jì)算4.外功項(xiàng)：（1）離心泵的操作原理、構(gòu)造與類型）離心泵的操作原理、構(gòu)造與類型 氣氣 縛縛：離心泵啟動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，如果泵殼內(nèi)存在空氣泵殼內(nèi)存在空氣，由于空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力很小離心力很小，葉輪中心處產(chǎn)生的低壓不不足以造成吸上液體所需要的真空度足以造成吸上液體所需要的真空度，這樣，離心泵就無法工作，這種現(xiàn)象稱作“氣縛氣縛”。（2 2

5、）離心泵的基本方程式）離心泵的基本方程式222cosTc uHg離心泵理論壓頭的表達(dá)式 （3 3）離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線）離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線（4 4）離心泵的氣蝕現(xiàn)象與安裝高度）離心泵的氣蝕現(xiàn)象與安裝高度氣蝕現(xiàn)象氣蝕現(xiàn)象 當(dāng)泵葉片入口附近的最低壓強(qiáng)等于或小于輸送溫度下液體飽和蒸汽壓時(shí)，部分液體將在該處汽化并產(chǎn)生的汽泡，被液流帶入葉輪內(nèi)壓力較高處凝結(jié)或破裂。由于凝結(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生瞬間真空，造成周圍液體高速?zèng)_擊該點(diǎn)，產(chǎn)生劇烈的水擊。離心泵的抗氣蝕性能：離心泵的抗氣蝕性能：氣蝕余量gugpgpNPSH2211必需氣蝕余量（NPSH)允許吸上真空度gppHaS1允許安裝高度（5 5）離心

6、泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)）離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié) 管路的特性 方程改變出口閥開度改變出口閥開度 改變管路特性曲線改變管路特性曲線流量調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié) 改變泵的轉(zhuǎn)速改變泵的轉(zhuǎn)速改變泵的特性曲線改變泵的特性曲線離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)低阻輸送管路-并聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)；高阻輸送管路-串聯(lián)優(yōu)于并聯(lián)。2.1沉降 沉降 在某種力場中利用分散相和連續(xù)相之間的密度差異，使之發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)分離的操作過程。 作用力 重力 慣性離心力 重力 沉降離心沉降 2.1.1重力沉降重力沉降（1）球形顆粒的自由）球形顆粒的自由沉降沉降顆粒從靜止?fàn)顟B(tài)開始沉降，經(jīng)歷加速運(yùn)動(dòng)和等速顆粒從靜止?fàn)顟B(tài)開始沉降，經(jīng)歷加速運(yùn)動(dòng)和等速運(yùn)動(dòng)

7、兩個(gè)階段。等速運(yùn)動(dòng)階段顆粒相對于流體的運(yùn)動(dòng)兩個(gè)階段。等速運(yùn)動(dòng)階段顆粒相對于流體的運(yùn)動(dòng)速度稱為沉降速度。運(yùn)動(dòng)速度稱為沉降速度。(分離較大的顆粒）(分離尺寸小的顆粒）對于球形顆粒的曲線，按Ret值大致分為4個(gè)區(qū)： a) 滯流區(qū)或托斯克斯滯流區(qū)或托斯克斯(stokes)定律區(qū)（定律區(qū)（10 4Ret1） 斯托克斯公式tetduRb) 過渡區(qū)或艾倫定律區(qū)（過渡區(qū)或艾倫定律區(qū)（Allen）（）（1Ret103） 艾倫公式 c) 滯流區(qū)或牛頓定律區(qū)（滯流區(qū)或牛頓定律區(qū)（Nuton）（）（103Ret 2105） 牛頓公式 層流區(qū)（10 4Ret1）過渡區(qū)（1Ret103）湍流邊界層區(qū)（Ret 2105）

8、湍流區(qū)（103Ret2105）（2）沉降速度的計(jì)算）沉降速度的計(jì)算 1）試差法）試差法 假設(shè)沉降屬于層流區(qū) 方法：ut Ret Ret1 ut為所求Ret1 艾倫公式求ut判斷公式適用為止 2) 摩擦數(shù)群法摩擦數(shù)群法 計(jì)算ut時(shí)，先由已知數(shù)據(jù)算出Ret2的值，再由Ret2Ret曲線查得Ret值，最后由Ret反算ut 計(jì)算在一定介質(zhì)中具有某一沉降速度ut的顆粒的直徑，令與Ret-1相乘， Ret-1Ret關(guān)系繪成曲線 ，由Ret-1值查得Ret的值， 再根據(jù)沉降速度ut值計(jì)算d。無因次數(shù)群K也可以判別流型 當(dāng)Ret=1時(shí)K=2.62，此值即為斯托克斯區(qū)的上限 牛頓定律區(qū)的下限K值為69.1 （3

9、）降塵室的計(jì)算）降塵室的計(jì)算 降塵室的計(jì)算 設(shè)計(jì)型操作型已知?dú)怏w處理量和除塵要求，求降塵室的大小 用已知尺寸的降塵室處理一定量含塵氣體時(shí)，計(jì)算可以完全除掉的最小顆粒的尺寸，或者計(jì)算要求完全除去直徑dp的塵粒時(shí)所能處理的氣體流量。離心沉降：離心沉降： 依靠慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降過程 適于分離兩相密度差較小，顆粒粒度較細(xì)的非均相物系。 慣性離心力場與重力場的區(qū)別 重力場離心力場力場強(qiáng)度重力加速度guT2/R 方向指向地心 沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外周 Fg=mg 作用力 2.1.2離心沉降 離心沉降速度離心沉降速度與重力沉降速度的比較離心沉降速度與重力沉降速度的比較 表達(dá)式：重力沉降速度公式中的

10、重力加速度改為離心加速度數(shù)值：重力沉降速度基本上為定值 離心沉降速度為絕對速度在徑向上的分量，隨顆粒在 離心力場中的位置而變。 旋風(fēng)分離器的操作原理 B 凈化氣體凈化氣體 含塵含塵 氣體氣體 A D 塵粒塵粒 標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器用途：適用于含顆粒濃度為0.01500g/m3、粒度5200m的氣體凈化與顆?；厥詹僮?。大于200m粒子對器壁有磨損，一般采用重力沉降。臨界粒徑的表達(dá)式 臨界粒徑的影響因素臨界粒徑的影響因素 a) 由 ，知 即臨界粒徑隨分離器尺寸的增大而增大。分離效率隨分離器分離效率隨分離器尺寸的增大而減小。生產(chǎn)中常采用多個(gè)小旋風(fēng)分離器并聯(lián)。尺寸的增大而減小。生產(chǎn)中常采用多個(gè)小旋風(fēng)分離器

11、并聯(lián)。 b)入口氣速ui愈大，dc愈小，效率愈高。（但不能太大）c) 粘度越低dc愈小，效率愈高。生產(chǎn)中采用降低氣體溫度生產(chǎn)中采用降低氣體溫度。 旋風(fēng)分離器的進(jìn)氣口寬度旋風(fēng)分離器的進(jìn)口氣速氣流的有效旋轉(zhuǎn)圈數(shù)1.旋風(fēng)分離器的處理量 2.臨界粒徑壓強(qiáng)降壓強(qiáng)降 氣體通過旋風(fēng)分離器時(shí)，由于進(jìn)氣管、排氣管及主體器壁所引起的摩擦阻力，氣體流動(dòng)時(shí)的局部阻力以及氣體旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的動(dòng)能損失造成了氣體的壓強(qiáng)降， 對型式不同或尺寸比例不同的設(shè)備的值也不同，要通過實(shí)驗(yàn)測定，對于標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器=8.0。旋風(fēng)分離器的壓降一般在5002000Pa內(nèi)。 2.2.1過濾的概念過濾 利用能讓液體通過而截留固體顆粒的多孔介質(zhì)（過濾介

12、質(zhì)），使懸浮液中固液得到分離的單元操作。其突出優(yōu)點(diǎn)是使懸浮液分離更迅速更徹底（于沉降相比），耗能較低（與干燥、蒸發(fā)相比）。 過濾操作中所處理的懸浮液 濾漿 通過多孔介質(zhì)的液體 濾液 被截留住的固體物質(zhì), 當(dāng)顆粒在孔道中形成“架橋”現(xiàn)象之后，真正發(fā)揮截留顆粒作用的是濾餅層而不是過濾介質(zhì)。 濾渣（濾餅） 實(shí)現(xiàn)過濾操作的外力有重力、壓力、離心力， 化工中應(yīng)用最多的是壓力過濾。2.2過濾濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液 過濾基本方程式過濾基本方程式上式稱為過濾基本方程式，表示過濾進(jìn)程中任一瞬間的過濾速率與各有關(guān)因素問的關(guān)系，是過濾計(jì)算及強(qiáng)化過濾操作的基本依據(jù)。該式適用于可壓縮濾餅及不可壓縮濾餅。 應(yīng)用過濾基本方程

13、式時(shí)，需針對操作的具體方式而積分。過濾操作有兩種典型的方式，即恒壓過濾及恒速過濾。有時(shí)，為避免過濾初期因壓強(qiáng)差過高而引起濾液渾濁或?yàn)V布堵塞，可采用先恒速后恒壓的復(fù)合操作方式，過濾開始時(shí)以較低的恒定速率操作，當(dāng)表壓升至給定數(shù)值后，再轉(zhuǎn)入恒壓操作。從分析濾液通過濾餅層流動(dòng)的特點(diǎn)入手，將復(fù)雜的實(shí)際流動(dòng)加以簡化(濾液層流流動(dòng)），對濾液的流動(dòng)用數(shù)學(xué)方程式進(jìn)行描述，并以基本方程式為依據(jù)，分析強(qiáng)化過濾操作的途徑。(1)恒壓過濾 恒壓過濾：在恒定壓強(qiáng)差下進(jìn)行的過濾操作。在恒定壓強(qiáng)差下進(jìn)行的過濾操作。 恒壓過濾時(shí)，濾餅不斷變厚致使恒壓過濾時(shí)，濾餅不斷變厚致使阻力逐漸增加阻力逐漸增加。但推動(dòng)。但推動(dòng)力力P恒定，恒

14、定，過濾速率逐漸變小過濾速率逐漸變小。 恒壓過濾方程式恒壓過濾方程式 K 過濾常數(shù) e和qe 介質(zhì)常數(shù) 當(dāng)介質(zhì)阻力可以忽略時(shí)，(2)恒恒速過濾與先恒速后恒壓過濾速過濾與先恒速后恒壓過濾 過濾設(shè)備過濾設(shè)備(如板框壓濾機(jī)如板框壓濾機(jī))內(nèi)部空間的容積是一定的，當(dāng)料漿內(nèi)部空間的容積是一定的，當(dāng)料漿充滿此空間后，供料體積流量就等于濾液流出的體積流量，充滿此空間后，供料體積流量就等于濾液流出的體積流量，即過濾速率。所以，當(dāng)用排量固定的正位移泵向過濾機(jī)供料即過濾速率。所以，當(dāng)用排量固定的正位移泵向過濾機(jī)供料而未打開支路閥，過濾速率便是恒定的。而未打開支路閥，過濾速率便是恒定的。 這種維持速率恒定的過濾方式稱

15、為這種維持速率恒定的過濾方式稱為 恒速過濾。恒速過濾。 恒速過濾時(shí)的過濾速度為恒速過濾時(shí)的過濾速度為1正位移泵；支路閥；過濾機(jī)對于不可壓縮濾餅在一定的條件下，式中的均為常數(shù)僅P及q隨而變化，于是得到 對不可壓縮濾餅進(jìn)行恒速過濾時(shí)、其操作壓強(qiáng)差隨過濾時(shí)間成直線增高。所以，實(shí)際上很少采用把恒速過濾進(jìn)行到底的操作方法，而是采用先恒速后桓壓的復(fù)合式操作方法。q0000然后在直角坐標(biāo)紙上從/q為縱坐標(biāo)，以q為橫坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)繪，可得到一斜率為2/K，截距為2qe/K的直線。求得壓壓縮性指數(shù)縮性指數(shù)s的測定的測定 由 兩端取對數(shù)，得 常數(shù)lgk與lg(p)的關(guān)系在對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪時(shí)應(yīng)是直線,直線的斜率為1-s

16、，截距為lg(2k)。由此可得到濾餅的壓縮性指數(shù)s及物料特性常數(shù)k。 （參閱例310）濾餅的洗滌 濾餅洗滌的目的：濾餅洗滌的目的：為了回收濾餅里存留的濾液，或者凈為了回收濾餅里存留的濾液，或者凈 化構(gòu)成濾餅顆粒?；瘶?gòu)成濾餅顆粒。 洗滌速率： 單位時(shí)間內(nèi)消耗的洗水容積 ，以 表示。 洗滌時(shí)間： 洗滌速率與過濾終了時(shí)的過濾速率有關(guān)，這個(gè)關(guān)系取決于濾液設(shè)備上采用的洗滌方式。(3) 過濾機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算過濾機(jī)的生產(chǎn)能力 ：單位時(shí)間的濾液體積或?yàn)V渣體積，m3/s間間歇過濾機(jī)的計(jì)算歇過濾機(jī)的計(jì)算 一個(gè)操作周期時(shí)間為生產(chǎn)能力為連續(xù)過濾機(jī)的生產(chǎn)能力連續(xù)過濾機(jī)的生產(chǎn)能力轉(zhuǎn)速n愈高，浸沒度愈大，生產(chǎn)能力愈大。20

17、22-4-13 ：圖中開口的容器內(nèi)盛有油和水，油層高度h1=0.7m, 密度 ，水層高度h2=0.6m，密度為 1）判斷下列兩關(guān)系是否成立 2）計(jì)算玻璃管內(nèi)水的高度h。典型例題典型例題【例1】2022-4-13解：（1）判斷題給兩關(guān)系是否成立 在靜止的連通著的同一種液體的同一水平面上 因 雖在同一水平面上，但不是連通著的同一種液 體，即截面 不是等壓面，故（2）計(jì)算水在玻璃管內(nèi)的高度h 又分別可用流體靜力學(xué)方程表示 設(shè)大氣壓為Pa 2022-4-132022-4-13【例例2】:水從貯槽A經(jīng)圖示的裝置流向某設(shè)備。貯槽內(nèi)水位恒定管路直徑為 ，管路上裝一閘閥C，閘閥前距管路入口端26m處安裝一個(gè)U

18、形管壓差計(jì)，指示液為汞，測壓與管路出口之間距離25m。試計(jì)算：mmmm5 .389（1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)測得h=1.6m，R=0.7m；當(dāng)閘閥部分開啟時(shí)， h=1.5m，R=0.5m。管路摩擦系數(shù)0.023，則每小時(shí)從管中流出水量及此時(shí)閘閥當(dāng)量長度為若干？（2）當(dāng)閘閥全開時(shí)（le/d=15,=0.022），測壓點(diǎn)B處得壓強(qiáng)為若干？2022-4-13解：該題為靜力學(xué)基本方程、柏努利方程、連續(xù)性方程、管路阻力方程的聯(lián)合應(yīng)用的綜合練習(xí)題。（1）水的流量及閘閥的當(dāng)量長度 首先根據(jù)閘閥全關(guān)時(shí)的h、R值，用靜力學(xué)方程求H。在1-1與B-B兩截面之間列柏努利方程式求流速，然后再用連續(xù)性方程求流量、用阻力方程求l

19、e。 閘閥全關(guān)時(shí)，對U形管等壓面4-4列靜力學(xué)方程得； 當(dāng)閘閥部分開啟時(shí)，以管中心線為基準(zhǔn)面，在1-1與B-B兩截面之間列柏努利方程得mhRHgRghH92. 76 . 11000136007 . 0)(0025 . 121udlPgHB2022-4-13式中：H=7.92m,l1=26m，=0.023，d=0.082m將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式解得u=2.417m/s在BB與22截面之間列柏努利方程得解得 le=38.4m(2)閥門全開時(shí)得PB 以管中心線為基準(zhǔn)面，在1-1與2-2兩截面之間列柏努利方程求得管內(nèi)速度，再在B-B與2-2截面之間列柏努利方程求PB。 在1-1與2-2之間列柏努利方程得a

20、BPghRp51980807. 9)10005 . 1136005 . 0()(0hmsmAuqsV/94.45/01276. 0417. 2082. 04332,2417. 2082. 025023. 01000519802222eeBludllP即2022-4-13解得：u=3.164m/s 在BB與22之間列柏努利方程得215082. 051022. 092. 7807. 92uaBBPPudlP3522510002164. 315082. 025022. 0215222即【例3】如圖所示，某車間要將地面敞口貯槽內(nèi)密度為1120Kg/m3的溶液送至高位槽內(nèi)，槽內(nèi)表壓強(qiáng)為3.92104Pa，需要的送液量為120 m3/h，輸送管路為1404.5mm的鋼管，其計(jì)算總長度為140m（包括直管長度和所有局部阻力的當(dāng)量長度），兩液面高度差z8m，摩擦系數(shù)為0.03。試問能否選用n2900r/min、Q122m3/h、H22m的離心水泵？ 【例例4】：質(zhì)量流量為2.5kg/s，溫度為20的常壓含塵氣體，在進(jìn)入反應(yīng)器之前需除塵并升溫