化工原理第三版（陈敏恒）课后思考题答案（全）

化⼯原理第三版（陈敏恒）课后思考题答案（全）

第⼀章流体流动1、什么是连续性假定?质点的含义是什么?有什么条件?

连续性假设：假定流体是由⼤量质点组成的，彼此间没有间隙，完全充满所占空间的连续介质。质点指的是⼀个含有⼤量分⼦的流体微团，其尺⼨远⼩于设备尺⼨，但⽐分⼦⾃由程却要⼤得多。2、描述流体运动的拉格朗⽇法和欧拉法有什么不同点?

拉格朗⽇法描述的是同⼀质点在不同时刻的状态；欧拉法描述的是空间各点的状态及其与时间的关系。3、粘性的物理本质是什么?为什么温度上升,⽓体粘度上升,⽽液体粘度下降? 粘性的物理本质是分⼦间的引⼒和分⼦的运动与碰撞。通常⽓体的粘度随温度上升⽽增⼤，因为⽓体分⼦间距离较⼤，以分⼦的热运动为主，温度上升，热运动加剧，粘度上升。液体的粘度随温度增加⽽减⼩，因为液体分⼦间距离较⼩，以分⼦间的引⼒为主，温度上升，分⼦间的引⼒下降，粘度下降。4、静压强有什么特性?

①静⽌流体中，任意界⾯上只受到⼤⼩相等、⽅向相反、垂直于作⽤⾯的压⼒； ②作⽤于某⼀点不同⽅向上的静压强在数值上是相等的；③压强各向传递。7、为什么⾼烟囱⽐低烟囱拔烟效果好?

由静⼒学⽅程可以导出)g -H(p 热冷ρρ=?，所以H 增加，压差增加，拔风量⼤。8、什么叫均匀分布?什么叫均匀流段?

均匀分布指速度分布⼤⼩均匀；均匀流段指速度⽅向平⾏、⽆迁移加速度。9、伯努利⽅程的应⽤条件有哪些?

重⼒场下、不可压缩、理想流体作定态流动，流体微元与其它微元或环境没有能量交换时，同⼀流线上的流体间能量的关系。12、层流与湍流的本质区别是什么?

区别是否存在流体速度u 、压强p 的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。13、雷诺数的物理意义是什么?

物理意义是它表征了流动流体惯性⼒与粘性⼒之⽐。14、何谓泊谡叶⽅程?其应⽤条件有哪些?232d lu µ?=?应⽤条件：不可压缩流体在直圆管中作定态层流流动时的阻⼒损失计算。 15、何谓⽔⼒光滑管?何谓完全湍流粗糙管?当壁⾯凸出物低于层流内层厚度，体现不出粗糙度过对阻⼒损失的影响时，称为⽔⼒光滑管。在Re 很⼤，λ与Re ⽆关的区域，称为完全湍流粗糙管。16、⾮圆形管的⽔⼒当量直径是如何定义的?能否按42e d u π计算流量? 当量直径定义为∏=?=A 44d 浸润周边管道截⾯积e 。不能按该式42e d u π计算流量。 17、在满流的条件下，⽔在垂直直管中向下流动，对同⼀瞬时沿管长不同位⼦的速度⽽⾔，

是否会因重⼒加速度⽽使下部的速度⼤于上部的速度?因为质量守恒，直管内不同轴向位⼦的速度是⼀样的，不会因为重⼒⽽加快，重⼒只体现在压强的变化上。20、是否在任何管路中,流量增⼤阻⼒损失就增⼤;流量减⼩阻⼒损失就减⼩?为什么?

不⼀定，具体要看管路状况是否变化。1、系统与控制体

系统或物系是包含众多流体质点的集合。系统与辩解之间的分界⾯为系统的边界。系统与外界可以有⼒的作⽤与能量的交换，但没有质量交换，系统的边界随着流体⼀起运动，因⽽其形状和⼤⼩都可随时间⽽变化。（拉格朗⽇）当划定⼀固定的空间体积来考察问题，该空间体积称为控制体。构成控制体空间界⾯称为控制⾯。控制⾯是封闭的固定界⾯，流体可以⾃由进出控制体，控制⾯上可以有⼒的作⽤与能量的交换（欧拉）2、什么是流体流动的边界层？边界层分离的条件是什么？

答案：流速降为未受边壁影响流速（来流速度）的99%以内的区域为边界层，即边界影响未及的区域。流道扩⼤造成逆压强梯度，逆压强梯度容易造成边界层的分离，边界层分离造成⼤量漩涡，⼤⼤增加机械能消耗。3、动量守恒和机械能守恒应⽤于流体流动时，⼆者关系如何？

当机械能守恒定律应⽤于实际流体时，由于流体的粘性导致机械能的耗损，在机械能恒算式中将出现Hf 项，但动量守恒只是将⼒和动量变化率联系起来，未涉及能量和消耗问题。4、塑性流体

只有当施加的剪应⼒⼤于某⼀临界值（屈服应⼒）后才开始流动5、涨塑性

在某⼀剪切范围内表现出剪切增稠现象，即粘度随剪切率增⼤⽽升⾼6、假塑性

在某⼀剪切率范围内，粘度随剪切率增⾼⽽下降的剪切稀化现象7、触变性，震凝性

随τ作⽤时间延续，du/dy 增⼤，粘度变⼩。当⼀定剪应⼒τ所作⽤的时间⾜够长后，粘度达到定态的平衡值，称触变性；反之，粘度随剪切⼒作⽤时间延长⽽增⼤的⾏为称震凝性。8、粘弹性

爬捍效应，挤出胀⼤，⽆管虹吸9、定态流动

运动空间个点的状态不随时间⽽变化10、何谓轨线？何谓流线？为什么流线互不相交？

轨线是某⼀流体质点的运动轨迹，描述的是同⼀质点在不同时刻的位置（拉格朗⽇） 流线上各点的切线表⽰同⼀时刻各点的速度⽅向，描述的是同⼀瞬间不同质点的速度⽅向（欧拉）同⼀点在指定某⼀时刻只有⼀个速度11、动能校正系数α为什么总是⼤于，等于1？ 根据dA ?=?A 33u A u 1，可知流体界⾯速度分布越均匀，α越⼩。可认为湍流速度分布

是均匀的，代⼊上式，得α接近于112、流体流动过程中，稳定性是指什么？定态性是指什么？

稳定性是指系统对外界扰动的反应定态性是指有关运动参数随时间的变化情况13、因次分析法规化试验的主要步骤（1）析因实验——寻找影响过程的主要因素（2）规划试验——减少实验⼯作量（3）数据处理——实验结果的正确表达14、平均流速

单位时间内流体在流动⽅向上流经的距离称为流速，在流体流动中通常按流量相等的原则来确定平均流速15、伯努利⽅程的物理意义

在流体流动中，位能，压强能，动能可相互转换，但其和保持不变16、理想流体与⾮理想流体

前者粘度为零，后者为粘性流体17、局部阻⼒当量长度

近似地认为局部阻⼒损失可以相当于某个长度的直管18、可压缩流体

有较⼤的压缩性，密度随压强变化19、转⼦流量计的特点

恒流速，恒压差第⼆章流体输送机械1、什么是液体输送机械的压头或扬程？

流体输送机械向单位重量流体所提供的能量2、离⼼泵的压头受哪些因素影响？

与流量，转速，叶⽚形状及直径⼤⼩有关3、后弯叶⽚有什么优点？有什么缺点？

优点：后弯叶⽚的叶轮使流体势能提⾼⼤于动能提⾼，动能在蜗壳中转换成势能时损失⼩，泵的效率⾼缺点：产⽣同样理论压头所需泵体体积⽐前弯叶⽚的⼤4、何谓“⽓缚”现象？产⽣此现象的原因是什么？如何防⽌⽓缚？

因泵内流体密度⼩⽽产⽣的压差⼩，⽆法吸上液体的现象原因是：离⼼泵产⽣的压差与密度成正⽐，密度⼩，压差⼩，吸不上液体。措施：灌泵，排⽓5、影响离⼼泵特性曲线的主要因素有哪些？

离⼼泵的特性曲线指He~qv，η~qv，Pa~qv。影响这些曲线的主要因素有液体密度，粘度，转速，叶轮形状及直径⼤⼩6、离⼼泵的⼯作点是如何确定的？有哪些调节流量的⽅法？

离⼼泵的⼯作点是由管路特性⽅程和泵的特性⽅程共同决定的调节出⼝阀，改变泵的转速9、何谓泵的汽蚀？如何避免汽蚀？

泵的⽓蚀是指液体在泵的最低压强处（叶轮⼊⼝）⽓化形成⽓泡，⼜在叶轮中因压强升⾼⽽溃灭，造成液体对泵设备的冲击，引起振动和腐蚀的现象规定泵的实际汽蚀余量必须⼤于允许汽蚀余量；通过计算，确定泵的实际安装⾼度低于允许安装⾼度10、什么是正位移特性？

流量由泵决定，与管路特性⽆关11、往复泵有⽆汽蚀现象？

有，这是由液体⽓化压强所决定的12、为什么离⼼泵启动前应关闭出⼝阀，⽽漩涡泵启动前应打开出⼝阀？

这与功率曲线的⾛向有关，离⼼泵在零流量时功率符合最⼩，所以在启动时关闭出⼝阀，使电机负荷最⼩；⽽漩涡泵在⼤流量时功率负荷最⼩，所以启动时要开启出⼝阀，使电机负荷最⼩13、通风机的全压，动风压各有什么含义？为什么离⼼泵的H与ρ⽆关，⽽风机的全压p T 与ρ有关？

通风机给每⽴⽅⽶⽓体加⼊的能量为全压，其中动能部分为动风压。因单位不同，压头为m，全风压为N/m2，按△P=ρgh可知h与ρ⽆关时，△P与ρ成正⽐14、某离⼼通风机⽤于锅炉通风，通风机放在炉⼦前与放在炉⼦后⽐较，在实际通风的质量流量，电机所需功率上有何不同？为什么？风机在前，⽓体密度⼤，质量流量⼤，电机功率负荷也⼤风机在后，⽓体密度⼩，质量流量⼩，电机功率负荷也⼩1、离⼼泵的主要构件

叶轮和蜗壳2、离⼼泵与往复泵的⽐较

3、真空泵的主要特性

极限真空（残余压强），抽⽓速率（抽率）4、简述往复泵的⽔锤现象。往复泵的流量调节⽅法有⼏种？

流量的不均匀时往复泵的严重缺点，它不仅是往复泵不能⽤于某些对流量均匀性要求较⾼的场所，⽽且使整个管路内的液体处于变速运动状态，不但增加了能量损失，且易产⽣冲击，造成⽔锤现象，并降低泵的吸⼊能⼒。提⾼管路流量均运⾏有如下⽅法：（1）采⽤多缸往复泵（2）装置空⽓室流量调节⽅法：（1）旁路调节（2）改变曲柄转速和活塞⾏程第三章液体的搅拌1、搅拌的⽬的是什么？

①. 加快互溶液体的混合②. 使⼀种液体以液滴形式均匀分布于另⼀种不互溶的液体中③. 使⽓体以⽓泡的形式分散于液体中④. 使固体颗粒在液体中悬浮⑤. 加强冷热液体之间的混合以及强化液体与器壁的传热2、为什么要提出混合尺度的概念？

因调匀度与取样尺度有关，引⼊混合尺度反映更全⾯3、搅拌器的两个功能是什么？改善搅拌效果的⼯程措施有哪些（？

（1）产⽣强⼤的总体流动（2）产⽣强烈的湍动或强剪切⼒场4、旋桨式，涡轮式，⼤叶⽚低转速搅拌器，各有什么特长和缺陷？

旋桨式适⽤于宏观调匀，不适⽤于固体颗粒悬浮液；涡轮式适⽤于⼩尺度均匀，不适⽤于固体颗粒悬浮液；⼤叶⽚低速搅拌器适⽤于⾼粘度液体或固体颗粒悬浮液，不适⽤于低粘度液体混合5、提⾼液流的湍动程度可采取哪些措施？

（1）提⾼转速（2）阻⽌液体圆周运动，加挡板，破坏对称性（3）装导流筒，消除短路，清除死区6、⼤⼩不⼀的搅拌器能否适⽤同⼀条功率曲线？为什么？

只要⼏何相似就可以使⽤同⼀根功率曲线，因为⽆因次化之后，使⽤了这⼀条件7、选择搅拌器放⼤准则的基本要求是什么？

混合效果与⼩式相符1、宏观混合与微观混合

宏观混合是从设备尺度到微团尺度或最⼩漩涡尺度考察物系的均匀性；微观混合是从分⼦尺度上考察物系的均匀性2、常⽤搅拌器的性能

旋桨式：直径⽐容器⼩，转速较⾼，适⽤于低粘度液体。主要形成⼤循环量的总体流动，但湍流程度不⾼。主要适⽤于⼤尺⼨的调匀，尤其适⽤于要求容器上下均匀的场所。涡轮式：直径为容器直径的0、3~0、5倍，转速较⾼，适⽤于低粘度或中等粘度（µ<50Pa·s）的液体。对于要求⼩尺度均匀的搅拌过程更为适⽤，对易于分层的物料（如含有较重固体颗粒的悬浮液）不甚合适。⼤叶⽚低转速：桨叶尺⼨⼤，转速低，旋转直径约为0、5~0、8倍的搅拌釜直径，可⽤于较⾼粘度液体的搅拌。3、影响搅拌功率的因素

⼏何因素：搅拌器的直径d；搅拌器叶⽚数、形状以及叶⽚长度l和宽度B；容器直径D；容器中所装液体的⾼度h；搅拌器距离容器底部的距离h1；挡板的数⽬及宽度b 物理因素：液体的密度 、粘度µ、搅拌器转速n4、搅拌功率的分配

等功率条件下，加⼤直径降低转速，更多的功率消耗于总体流动，有利于⼤尺度上的调匀；反之，减⼩直径提⾼转速，则更多的功率消耗于湍动，有利于微观混合。5、简述搅拌釜中加挡板或导流筒的主要作⽤分别是什么

加挡板：有效地阻⽌容器内的圆周运动导流筒：严格地控制流动⽅向，既消除了短路现象⼜有助于消除死区；抑制了圆周运动的扩展，对增加湍动程度，提⾼混合效果也有好处6、搅拌器案⼯作原理可分为哪⼏类？各类搅拌器的特点是什么？

两⼤类：⼀类以旋桨式为代表，其⼯作原理与轴流泵叶轮相同，具有流量⼤，压头低的特点，液体在搅拌釜内主要作轴向和切向运动；⼀类以涡轮式为代表，其⼯作原理与离⼼泵叶轮相似，液体在搅拌釜内主要作径向和切向运动，与旋桨式相⽐具有流量较⼩，压头较⾼的特点。7、搅拌器的放⼤准则

（1）保持搅拌雷诺数µρ2n d 不变，n 1d 12=n 2d 22（2）保持单位体积能耗0/V P 不变，n 13d 12=n 23d 23（3）保持叶⽚端部切向速度πnd 不变，n 1d 1=n 2d 2（4）保持搅拌器的流量和压头之⽐值H /q V 不变，2211//n d n d = 第四章流体通过颗粒层的流动（过滤）1、颗粒群的平均直径以何为基准？为什么？

颗粒群的平均直径以⽐表⾯积相等为基准因为颗粒层内流体为爬流流动，流动阻⼒主要与颗粒表⾯积的⼤⼩有关