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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
