化工原理实验思考题参考答案2017

1 实验一 流体流动形态的观察与测定 1 影响流体流动型态的因素有哪些 主要有流体的物理性质如密度 粘度 流速和流体的温度 管子的直径 形状和粗糙度等 2 如果管子不是透明的 不能直接观察来判断管中的流体流动型态 你认为可以用什么办法来判断 可通过测试流体的流量求出其平均流速 然后求出 Re 根据 Re 的大小范围来判断 3 有人说可以只用流速来判断管中流体流动型态 流速低于某一具体数值时是层流 否则是湍流 你 认为这种看法对否 在什么条件下可以由流速的数值来判断流动型态 这种看法不确切 因为只有管子的尺寸和流体的基本形状确定不变的情况下 此时 Re 的大小只与流速 有关 可以直接采用流速来判断 实验二 柏努利方程实验 1 关闭阀 A 各测压管旋转时 液位高度有无变化 这一现象说明什么 这一高度的物理意义又是什么 关闭阀 A 各测压管旋转时 液位高度无变化 液位高度代表各测压点的总能量 即位压头 静压头之和 这一现象说明 流速为 0 各点总能量不变 守恒 2 点 4 的静压头为什么比点 3 大 点 3 的位置较点 4 高一些 即 H3 位 H4 位 两点的总压头相等 H 3 静 为什么 距离水槽越远 H 的差值越大 这一差值的物理意义是什么 H 代表阀门关闭时 u 0 时的液位高度 即为该测压点的总压头 为高位槽的高度 H0 基准面的总 压头 H 为阀门打开时 u 0 时测压孔正对水流方向的液位高度 H 静压头 动压头 位压头 由于 流体的流动产生一定的阻力损失 Hf 造成总压头的降低 因此 H H H H Hf 即为损失压头 阻力损失与管子的长度成正比 因此距离水槽越远 H 的差值越 大 5 测压孔正对水流方向 开大阀 A 流速增大 动压头增大 为什么测压管的液位反而下降 测压孔正对水流方向 H 静压头 动压头 位压头 H 0 Hf 开大阀 A 流速增大 动压头增加 由于 Hf与 流速的平方成正比 流速增加 H f增加 即部分静压头转化为阻力损失 H 0 基准面的总压头 不变时 测压点总压头减少 测压管的液位反而下降 6 将测压孔由正对水流方向转至与水流方向垂直 为什么各测压管液位下降 下降的液位代表什么压头 1 3 两点及 2 3 两点下降的液位是否相等 这一现象说明什么 测压孔正对水流方向 H 静压头 动压头 位压头 将测压孔与水流方向垂直 H 静压头 位 压头 测压管液位下降 H H H 动 下降的液位代表该测压点的动压头 1 3 两点下降的液位高度相等 2 3 两点下降的液位不相等 因为管 1 和 3 的直径相等 H 动 相等 而管 2 3 的直径不相等 H 动 不相等 说明采用上述方法可以测试管内某点的动压头 从而测试其点速度 7 在不改变阀 A 开度的情况下 表示什么 表示什么 1H 32 3 为测压孔 与水流方向垂直 液位高度 静压头 位压头 H 1 动 H3 动 动动 f0 2 因此 Hf1 3 代表从 1 点到 3 点的阻力损失 1H 3 H 0 H0 2 H2 动 H 0 H0 3 H3 动 H f2 3 H 3 动 H2 动 2 三 离心泵特性曲线 1 离心泵在启动之前为什么要引水灌泵 离心泵在启动过程中若泵壳内混有空气 则泵壳内的流体在随电机作离心运动产生的负压不 足以使液体吸入泵壳内 称为离心泵的 气缚现象 因此 启动前需要灌水排气 2 为什么离心泵启动之前要关闭出口阀门 当流体流量最小时 离心泵的轴功率最小 启动电流小 保护电机 3 为什么调节离心泵的出口阀可调节流量 若在进口管上设置阀门调节流量是否合理 离心泵工作时的流量和扬程由工作点决定的 离心泵的工作点是离心泵的特性曲线和管 路特性曲线的交点 在离心泵转速一定时 调节泵的出口阀就相当于调节流体管路的局部阻 力 从而改变管路的特性曲线和工作 因此可调节流量 它的优缺点 优点为调节流量快捷简便 且流量可连续变化 适合于化工连续生产的特点 缺点 当 阀门关小时 因流动阻力加大 需要额外多消耗一部分能量 不经济 此外 也可以采用改变离心泵转速的方法 改变泵特性曲线 从而改变工作点进行流量 的调节 在进口管设阀门调节流量不合理 若进口阀没有完全打开 产生较大的局部阻力 可能会 导致泵壳内吸入的液体在吸入口处因压强减小而汽化 给泵壳内壁带来巨大的水力冲击 损 坏泵壳 产生 气蚀 现象 4 为什么离心泵在进口管下安装底阀 从节能来看 底阀的安装是否有利 离心泵的底阀是单向阀 可防止启动前灌入的液体从泵内流出 安装底阀后 管路的流动阻力将增大 底阀的安装对节能是不利的 可将离心泵安装在液面以下 5 什么情况下会发生 气蚀 现象 离心泵安装高度不合理 进口阀没有全开时 或者吸入管路局部阻力过大时 将导致泵进 口压力过低 当进口压力降至被输送液体在该温度下对应的饱和蒸汽压时 将发生汽化 给 泵壳内壁带来巨大的水力冲击 产生 气蚀 现象 6 随着流量的变化 泵的真空表和压力表的数据有什么变化规律 分别在储槽和压力表 真空表处列伯努利方程 随着流量增大 阻力增加 出口和进口 处的绝对压力都减少的 压力表读数降低 真空表读数变大 7 引水灌泵后 启动离心泵 如发现流量较小应如何处理 全开进口阀和出口阀 观察流量是否会变大 如果仍没变化 说明引水灌泵时没有灌满 泵 存在 气缚 现象 应关闭离心泵重新进行引水灌泵 8 在本实验中 打开电机后 不出水 可能的原因 未开出口阀 未开进口阀 开电机前没有引水灌泵 四 管道阻力的测定 1 流体直管内的雷诺数与在局部管件的雷诺数是否相同 相同 根据雷诺数计算公式 在相同流体相同温度的情况下 流体的粘度 和密Redu 3 度 相同 又由于在弯管和直管中管径 d 及流量 Q 相同 所以流速 u 一样 Re 相同 2 流体在光滑直管内的阻力损失与在粗糙直管内的阻力损失是否相同 不一定 流体的阻力损失计算公式为 2 ulhf 其中阻力系数 Re df 阻力系数 是否与相对粗糙度有关 还依赖于 Re 的大小 在层流区 Re 小于 2000 阻力损失只与 Re 有关 在过渡区阻力损失与 Re 和相对粗糙度有关 而在完全湍流区 阻力损失便取决于直管的相 对粗糙度 d 1 如何判断实验过程已经稳定 影响实验的主要因素是什么 水蒸汽的压力 冷空气进出口温度差 体积流量等参数在一段时间内基本不变 说明实验过 程已稳定 影响实验的因素有 不凝性气体没有排尽 冷凝水没有及时排出 蒸汽压强波动过大 2 影响 的主要参数是什么 空气温度不同是否有不同的关联式 影响 的主要参数有流体流动形态与流速 流体本身的物理性质如导热系数 比热容 密度 膨胀系数等 传热过程有无相变化 传热温度 设备结构 壁面的形状 排列方式和 尺寸等 一般采用 进行关联 pcduf 对于关联式 空气的温度只会影响 Re Pr 的具体数值 进而影响 不会RePrmnNA 影响 A m 对关联式没有影响 关联式的影响因素主要是换热器的结构 流体流型 有无相 变等 3 强化传热过程有哪些途径 增大传热面积 增大冷空气和水蒸气的温差 增大总传热系数 K 如将光滑管改为螺纹管 4 在蒸汽冷凝时 若存在不凝性气体 你认为将会有什么变化 应该采取什么 措施 由于空气的传热膜系数远远小于饱和水蒸汽的传热膜系数 因此不凝性气体 主要是空气 的存在相当于增加了一项热阻 会大幅度降低了传热速率 因此在实验前必须打开排气阀排 出冷凝管中的不凝性气体 5 影响传热系数 K 的因素有那些 传热过程两侧流体的种类 冷空气的流速 传热过程有无相变 4 传热管壁的壁厚 传热管壁的导热系数 传热管壁的面积大小 形状等 6 实验过程中 冷凝水如不及时排走会产生什么影响 冷凝水若不及时排走 可能会附着在管的外壁上 减少了传热面积 增加了一项热阻 导致 传热效果变差