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1、第一章第一章 流体流动流体流动讨论与答疑问 1-1如图所示,在两个压强不同的密闭容器 A,B 内充满了密度为 的液体,两容器的上部与下部分别连接两支规格相同的 U 行管水银压差计,连接管内充满密度为 的液体。试回答:(1)pM和pN的关系;(2)判断 1-2,2-3,3-4 及 5-6,6-7,7-8 等对应截面上的压强是否相等;(3)两压差计读数R与H的关系。答:(1)pMpN。(2)1-2,3-4,5-6,6-7 为等压面(连续的同一介质在同一水平面上)。(3)R和H相等。证明:则又则由于 所以即 R=H问 1-2本题附图中所示的高位槽液面维持恒定,管路中 ab 和 cd 两段的长度、直径
2、及粗糙度均相同。某液体以一定流量流过管路,液体在流动过程中温度可视为不变。问:(1)液体通过 ab 和 cd 两管段的能量损失是否相等?(2)此两管段的压强差是否相等?并写出它们的表达式;(3)两 U 管压差计的指示液相同,压差计的读数是否相等?答:(1)由于管路及流动情况完全相同,故 。(2)两管段的压强不相等。在 a、b 两截面间列柏努利方程式并化简,得到式中 表示 a、b 两截面间的垂直距离(即直管长度),m。同理,在 c、d 两截面之间列柏努利方程并化简,得到(3)压差计读数反映了两管段的能量损失,故两管段压差计的读数应相等。 问 1-3上题图示的管路上装有一个阀门,如减小阀门的开度。
3、试讨论:(1)液体在管内的流速及流量的变化情况;(2)直管阻力及 的变化情况;(3)液体流经整个管路系统的能量损失情况。答:(1)关小阀门,局部阻力加大,管内流速及流量均变小。(2)直管阻力减小,摩擦系数 变大(Re变小)。(3)整个管路系统的能量损失不变,即 (包括出口阻力)问 1-4如本题附图所示,槽内水面维持不变,水从 B、C 两支管排出,各管段的直径、粗糙度阀门型号均相同,但 槽内水面与两支管出口的距离均相等,水在管内已达完全湍流状态。试分析:(1)两阀门全开时,两支管的流量是否相等?(2)若把 C 支管的阀门关闭,这时 B 支管内水的流量有何改变?(3)当 C 支管的阀门关闭时,主管
4、路 A 处的压强比两阀全开时是增加还是降低?答:(1)C 支管流动阻力大,管内流速及流量均小于 B 支管。(2)B 支管内水的流量增大(但小于两支管均全开时的流量和)。(3) 增加(主管能量损失及管内动能比原来减小)。问 1-5从水塔引水至车间,水塔的水位可视为不变。送水管的内径为 50mm,管路总长为 且 ,流量为 ,水塔水面与送水管出口间的垂直距离为 h。今用水量增加 50%,需对送水管进行改装。(1)有人建议将管路换成内径为 75mm 的管子(见附图 a)。(增加 176%) (2)有人建议将管路并联一根长度为l/2、内径为 50mm 的管子(见附图 b)。(增加26.5%)(3)有人建
5、议将管路并联一根长度为l、内径为 25mm 的管子(见附图 c)。(增加 17.7%)试分析这些建议的效果。假设在各种情况下,摩擦系数 变化不大,水在管内的动能可忽略。答:(1)由于 ,管径变为 75mm 时流量为原来的 2.756 倍(净增175.6%)。(2)并联一段等径管后,流量净增 26.5%(题解过程略)。(3)并联 25mm 管子后,流量净增 17.7%。问 1-6粘度为 0.05Pas 的油品在 1126mm 管内流动。管截面上的速度侧形可表达为: 式中 y 为管截面上任一点到管壁面的径向距离,m;uy为该点的速度,m/s。试回答: (1)在管内的流型;(2)管截面上的平均流速,
6、m/s;(3)管壁面处的剪应力;答:(1)速度侧形为抛物线方程,故管内为滞流。(2)管中心的最大流速为m/sm/s(3) Pa或Pa问 1-7在一管路中安装一标准孔板流量计,某一流量下汞柱压差计的读数为 R1。现拟用一喉径与孔径相同的文丘里流量计取代孔板流量计。试判断在同一流量下,文丘里流量计的读数 R2和 R1的大小关系。答:R2R1(C0Cv)。 第二章第二章 流体输送机械流体输送机械讨论与答疑问问 2-1:2-1:刚安装好的一台离心泵,启动后出口阀已经开至最大,但不见水流出,试分析原因并采取措施使泵正常运行。 答:原因可能有两个:其一,启动前没灌泵,此时应停泵、灌泵,关闭出口阀后再启动。
7、其二,吸入管路被堵塞,此情况下应疏通管路后灌泵,关闭出口阀,然后启动泵。问问 2-2:2-2:搞清楚离心泵的气缚与汽蚀扬程与升扬高度、允许吸上真空度和允许汽蚀余量、允许吸上高度和安装高度各组概念的区别和联系。 答:(1)气缚是指启动前没灌泵或吸入管路不严密,致使泵壳内被气体占据,泵虽启动但因泵的入口不能造成足够的低压,从而不能吸上液体;汽蚀现象则指泵在运转中,入口附近某处压力低于操作条件下工作介质饱和蒸汽压,导致液体汽化,气泡被压缩直至破裂,从而引起泵的振动、噪音、输液量下降、压头降低,严重时还会使叶轮和泵壳汽蚀或裂缝。这是由于泵的安装不当造成的。(2)扬程又称压头,是泵对 1N 液体所提供的
8、有效能 J/N;而升扬高度指泵上、下游两液面的垂直高度,它只是扬程中位能差一项。(3)允许汽蚀余量(NSPH)和允许吸上真空度Hs是表示离心水泵抗汽蚀的性能参数,Hs是用于 B 型水泵,在 SI 型水泵中已不再用Hs的概念,它们的定义式分别为式中 pa大气压p1 泵吸入口允许的最低压力,Pa;pv 操作温度下液体的饱和蒸汽压,Pa;u1泵吸入口液体的平均流速,m/s。(4)允许吸上高度 Hg 是指上游贮槽液面与泵吸入口之间允许达到的最大垂直距离,m。为保证泵的正常可靠运行,泵的实际安装高度要比 Hg 再降低(0.51.0)m。问问 2-3:2-3:用离心泵将 20的清水从水池送至敞口高位槽。在
9、一定转速下,测得一组数据:流量Q,压头H,泵吸入真空度p1,泵出口压力p2,轴功率N。现分析改变如下某一条件,试判断上面五个参数将如何变化: (1)将泵的出口阀开度加大;(2)改送密度1200kg/m3的水溶液(其它性质与水相近); (3)泵的转速提高 8; (4)泵的叶轮直径切割 5。 答:(1)泵出口阀开度加大,Q加大,H降低,N增加,(p2 -p1)减少;(2)液体密度加大,Q、H不变,N 增加,(p2 -p1)增大;(3)泵转速提高,Q、H、N均加大,(p2 -p1)增大(比例定律);(4)切削叶轮直径,Q、H、N及(p2 -p1)均下降(切削定律)。问问: :一定转速下,用离心泵向密
10、闭高位槽(表压 50kPa)输送水溶液(1180kg/m3),出口阀门全开时,管路特性方程式为He=A+BQe2当分别改变如下操作参数时,管路特性方程式中的哪个参数将发生变化:(1)关小泵出口阀;(2)改送清水(密闭高位槽压力仍为 50kPa); (3)将密闭高位槽改为常压。 答:假设改变条件前后流动均在阻力平方区。(1)关小出口阀,管路局部阻力加大,式中的 B 变大;(2)改送清水,液体密度减小,p/变大,故式中 A 变大(z不变); (3)高位槽改为常压,p0,因而式中 A 变小。 第三章第三章 机械分离与固体流态化机械分离与固体流态化讨论与答疑问 3-1影响颗粒沉降速度的因素都有哪些?答
11、:影响颗粒沉降速度包括如下几个方面:颗粒的因素:尺寸、形状、密度、是否变形等;介质的因素:流体的状态(气体还是液体)、密度、粘度等;环境因素:温度(影响、)、压力、颗粒的浓度(浓度大到一定程度使发生干扰沉降)等设备因素:体现为壁效应。问 3-2多层沉降室和旋风分离器组设计的依据是什么?答:(1)多层沉降室设计的依据是沉降室生产能力的表达式,即VS=blut根据此式,VS与设备高度无关,而只是底面积bl和ut的函数。对指定的颗粒,在设备总高度不变条件下,设备n层水平隔板,即使底面积增加nbl倍,从而使生产能力达到原来的(n1)倍。如果生产能力保持不变,多层降尘室可使更小的颗粒得以分离,提高除尘效
12、率。(2)旋风分离组设计的依据是临界粒径定义式,即当颗粒尺寸及介质被指定之后,B的减小可使dc降低,即分离效果提高。B和旋风分离器的直径成一定比例。在要求生产能力比较大时,采用若干个小旋风分离器,在保证生产能力前提下,提高了除尘效果。问 3-3若分别采用下列各项措施,试分析转筒过滤机的生产能力将如何变化。已知滤布阻力可以忽略,滤饼不可压缩。(1)转筒尺寸按比例增大 50。(2)转筒浸没度增大 50。(3)操作真空度增大 50。(4)转速增大 50。(5)滤浆中固相体积分率由 10增稠至 15,已知滤饼中固相体积分率为 60。(6)升温,使滤液粘度减小 50。再分析上述各种措施的可行性。答:根据
13、题给条件,转筒真空过滤机生产能力的表达式为而A=DL(1)转筒尺寸按比例增大 50。新设备的过滤面积为A=(1.5)2A=2.25A即生产能力为原来的 2.25 倍,净增 125,需要换设备。(2)转筒浸没度增大 50即生产能力净增 22.5。增大浸没度不利于洗涤。(3)操作真空度增大 50增大真空度使 为原来的 1.5 倍,则效果同加大浸没度 50,即生产能力提高了22.5。加大真空度受操作温度及原来真空度大小的制约。(4)滤浆中固体的体积分率由 10提高至 15。Xv的加大使v加大,两种工况下的v分别为(a)则 即生产能力(以滤液体积计)下降 25.47(5)升温,使粘度下降 50由式 a
14、 可知 则 即可使生产能力提高 41.4。但温度提高,将使真空度难以保持。工业生产中,欲提高生产能力,往往是几个方法的组合。问 3-4何谓流化质量?提高流化质量的措施有哪些?答:流化质量是指流化床均匀的程度,即气体分布和气固接触的均匀程度。提高流化质量的着眼点在于抑制聚式流化床内在不稳定性,即抑制床层中空穴所引发的沟流、节涌现象。(1)分布板应有足够的流动阻力。一般其值 ,绝对值不低于 3.5kPa。(2)设置床层的内部构件。包括挡网、挡板、垂直管束等。为减小床层的轴向温度差,挡板直径应略小于设备直径,使固体颗粒能够进行循环流动。(3)采用小粒径、宽分布的颗粒,细粉能起到“润滑”作用,可提高流化质量。(4)细颗粒高气速流化床提供气固两相较大的接触面积,改善两相接触的均匀性,同时高气速可减小设备