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1、绪论1、什么是单元操作？如何分类？分类结果是什么？常用的化工单元操作有哪些？【答案】工程上，通常将目的、原理、相态相同的物理处理过程归纳在一起，称为单元操作。根据遵循的规律、采用的设备和工程目的将其分为4类：动量传递、热量传递、质量传递、热质传递。例如：流体流动、流体输送、非均相分离、传热、蒸发、蒸馏、吸收、萃取、干燥等。2、“三传”指的是什么？【答案】动量传递、热量传递、质量传递。流体流动1、什么是连续性假定？【答案】将流体视为充满所占空间、由无数彼此间没有空隙的质点组成的连续介质。2、什么是流体质点？【答案】由大量分子构成的流体微团，宏观尺寸足够小，微观尺寸足够大，远大于分子的平均自由程。
2、3、什么是理想流体？【答案】完全没有黏性（=0）的流体，称为理想流体。4、什么是稳定流动和不稳定流动？【答案】在流动系统中，流动流体中任一固定点的物理量，例如流速，不随时间变化，称为稳定流动。反之，若流动流体中任一固定点的物理量随时间而变，则为不稳定流动。5、流体的流动型态有哪几种？如何判断？【答案】流体的流动型态有两种：层流和湍流；用雷诺准数来判断，当Re4000为湍流，Re在2000-4000之间有可能是湍流，也有可能是层流。6、何谓层流内层？其厚度受哪些因素影响？【答案】在湍流主体内靠近管壁处始终存在着一层作层流流动的流体薄层，此薄层称为层流内层。其厚度受管径、流速、粘度和密度因素影响。
3、7、什么时候摩擦因数不受雷诺数影响，只与粗糙度有关？【答案】在湍流区（Re4000），随粗糙度增加而上升，随Re增加而下降。有一个转折点（摩擦系数图中虚线），超过此转折点后与Re无关，只与粗糙度有关，即，摩擦系数图中虚线以上的区域(阻力平方区)，摩擦因数与雷诺数无关，只与粗糙度有关。8、图示管路中，流体作稳定流动，取如图A、B两截面，不计阻力。问：（1）静压头哪个大？为什么？（2）体积流量V哪个大？为什么？（3）质量流速哪个大？为什么？【答案】在A、B两截面之间列伯努利方程ZA+pAg+uA22g=ZB+pBg+uB22g化简：pAg+uA22g=pBg+uB22g（1）体积流量不变，uAdA
4、2=uBdB2，因为dAuB因此，B的静压头大。（2）（3）流体作稳定流动，质量流量相同；对于不可压缩流体来说，密度恒定，则体积流量V一样大。9、一定量的流体在圆形直管内作层流流动，若将其管径增加一倍，问能量损失变为原来的多少倍？用公式推导说明。【答案】；， 10、简单管路计算有哪几种类型？各有什么特点？【答案】简单管路的计算有设计型计算和操作型计算。设计型计算特点为：设计者需要补充一个设计条件，设计结果不唯一，存在多方案比较。操作型计算特点为：计算结果唯一，但一般情况下需要进行试差计算才能得到结果。11、管路局部阻力的计算方法有哪几种？简单描述一下每种方法。【答案】管路局部阻力的计算方法有：
5、阻力系数法和当量长度法。阻力系数法是将各种局部阻力所引起的能量损失表示为动能u2/2的倍数。计算公式为：hf =( u2/2)当量长度法是将流体流经系统所产生的全部局部阻力，折合成流体流经长度为le的同一直径的直管路所产生的阻力。12、使用伯努利方程的注意事项有哪些？【答案】画系统简图与确定衡量范围，正确选取截面与基准面，注意压强表示方法一致，单位一致。选取截面的要求：两截面均应与流体流动方向垂直，在两截面之间的流体必须是连续的。所求的未知量应包含在两截面之间或两截面上。截面间(含截面上)的 z，u，p等有关物理量，除了所需求取的未知量以外，都应是已知的或能通过其它关系计算出来。基准面的选取：
6、选取基准的目的是为了确定各截面流体位能的大小，所以基准面应是水平面。因位能是相对值，故基准水平面可任意选取。截面高度Z是截面中心线与基准水平面的垂直距离。（因截面可与基准水平面平行，也可以与基准水平面垂直，故用截面中心线与基准水平面的垂直距离表示Z）。为了方便，通常取基准水平面通过衡算范围两截面中的任一截面，一般取相对位置较低的截面。若该截面与水平面垂直，则基准水平面通过该截面的垂直中心线；若衡算范围为水平管道，则基准水平面通过管道的中心线。13、流体进行湍流运动时，如何通过莫迪图获取摩擦系数？莫迪图分为哪几个区域？特点是什么？【答案】根据已知条件计算出Re和，根据关系曲线，可查得值。图上可分
7、为三个区域：2000，层流。层流时关系与管子的相对粗糙度无关，光滑管和粗糙管规律一致。20004000，过渡区，按湍流计算较安全。4000，湍流。光滑管和粗糙管对的影响是不同的，对于粗糙管，先下降后变为常数，且Re相同时，越大，越高；对于光滑管，其关系为一统一的曲线。离心泵1、现想测定某一离心泵的性能曲线，将此泵装在不同的管路上进行测试，所得的性能曲线是否一致？工作点是否发生变化？为什么？【答案】是一致的。特性曲线是泵设计制造完成后，扬程与流量的关系曲线，不随管路特性改变的，装在不同的管路上只是改变了管路特性，试验过程改变管路流量自然发生变化，但性能曲线没有发生变化，但工作点是发生变化的，工作
8、点就是管路特性曲线与性能曲线变交点。试验所测出来的是工作点，工作点在性能曲线上。2、简述离心泵的工作原理。【答案】利用高速旋转的叶轮产生的离心力，将流体从叶轮中心抛向叶轮的外缘，叶轮中心形成真空，在液面压强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便经吸入管路进入泵内，同时使流体加速，高速流体经过在泵壳中的逐渐扩大的通道，使动能转变为静压能，出泵的流体即变为高压流体。3、何谓离心泵的汽蚀和气缚现象，对泵的操作有何危害，如何防止？【答案】（1）气缚离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度
9、，这样，离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。危害：离心泵在产生气缚时，启动离心泵也不能完成输送任务。解决办法：离心泵在启动前使泵体内灌满液体。（2）汽蚀叶轮入口附近处的压强等于或小于输送温度下液体的饱和蒸气压，液体在此处汽化或形成气泡，在高压下气泡破裂产生局部真空，周围的液体以极高的速度占据此处，造成冲击和振动，致使叶轮材质受到破坏。这种现象称为汽蚀。危害：泵体振动，发出高频噪音，流量不能再增大，压头和效率都明显下降，吸不上液体，导致叶轮或泵壳破坏，无法继续工作。解决办法：为避免汽蚀，泵的安装高度必须小于允许吸上高度，以确保叶轮内各处压力均高于液体的饱和蒸气压。4、为什么离心泵可用出口阀来
10、调节流量？往复泵可否采用同样方法调节流量？为什么？【答案】由离心泵的工作点知，改变泵出口阀的开度，使局部阻力改变，而管路特性曲线改变，流量随之改变，此法虽不经济，但对泵运转无其它影响；而往复泵属容积式泵，压头与流量基本无关，若关闭出口阀，则因泵内压力急剧升高，造成泵体、管路和电机的损坏，故不宜用出口阀来调节流量。5、离心泵调节流量的方法都有哪些？【详细答案】改变管路特性。优点：用调节出口阀门的开度改变管路的特性来调节流量是十分简便灵活的方法，在生产中广为应用。对于流量调节幅度不大且需要经常调节的系统较适宜。缺点：用关小阀门开度来减小流量时，增加了管路中机械能损失，并有可能使工作点移至低效率区，
11、也会使电机的效率降低。改变泵的特性，包括改变泵的转速和改变叶轮直径。优点：不会额外增加管路阻力，并在一定范围内仍可使泵处在高效率区工作。改变转速调速平稳，保证了较高的效率，是一种节能的手段。缺点：改变叶轮直径不如改变转速简单且当叶轮直径变小时，泵和电机的效率也会降低。可调节幅度有限。改变转速价格较贵。【简单答案】改变泵的出口阀门开度，改变泵的转速（n，比例定律），改变叶轮外缘尺寸（D2，切割定律）。6、离心泵的扬程和升扬高度有什么不同？【答案】离心泵的扬程是指泵给以单位重量液体的有效能量，液体获得能量后，可将液体升扬到一定高度Z，而且还要用于静压头的增量P/g和动压头的增量u2/2g及克服输送
12、管路的损失压头，而升扬高度是指将液体从低处送到高处的垂直距离，可见，升扬高度仅为扬程的一部分，泵工作时，其扬程大于升扬高度。7、当离心泵启动后不吸液，其原因主要有哪些？【答案】不吸液的原因可能是：（1）由于灌液不够或底阀不严密而漏液，使泵内存有空气；（2）底阀或吸入管路堵塞；（3）安装高度过高；（4）电机接线不正确致使叶轮反转等。8、根据图写出离心泵开泵及停泵操作程序。【答案】开泵：关闭阀门B一打开阀门A一灌液一关闭阀门A一启动键K一全开阀门B一调节阀门A至合适流量。 停泵：关闭阀门A一关闭阀门B（若长期停泵可不关，以便放完管路中的液体）一按停止电键K9、不同类型的离心泵，其Q-H曲线的形状不
13、同，有的较平（如图A线），有的较陡（图中B线），问：（1）当用离心泵来输送含有泥浆的液体，其部分泥浆会在管道内沉积，在此种情况下，宜选哪一类型Q-H线的离心泵才能避免流量发生过大的波动？（2）若用出口阀调节流量，对于哪一种形状的Q-H线离心泵较为理想？【答案】（1）选用QH线较陡的泵（即图中的B线），设曲线I为原来的管路特性曲线，曲线II为后来（阻力增大）的管路特性曲线，从图中可看出对A泵来说，工作点由m1变为m2，对应的流量由Qm1降到Q m2；对B泵来说，工作点由C1变到C2，对应的流量由Qc1降到Qc2。两泵流量变化（皆变小）的幅度B泵A泵，即（Qm1-Q m2)o，则Ko，即K接近小的
14、数值。12、列管式换热器由哪几个基本部分组成？各起什么作用？【答案】由壳体、管束、管板、封头等组成。壳体和管束作为冷热两流体的流动空间，通过管壁进行换热。管束安装在管板上，通过管板使管束与壳体连成一体。封头上有管程流体进出口，且又分程、密封，封头可拆卸，便于管子清洗等作用。13、有以下传热公式：（A）Q=S(t1-t2)/ ；（B）Q=S(t1-t2)回答下列问题：（1）在什么传热情况下，可利用以上公式进行计算？（2）写出以上公式中，热阻的表达式。【答案】（1）A、B两公式均应用在稳定传热下的传热速率的计算。公式（A）为物质内部热传导的传热速率公式。公式（B）为物质表面与流体间对流传热的传热速
15、率公式。（2）A式：R=/或R =/S B式：R=1/或R =1/S14、换热器的散热损失是如何产生的？应如何来减少此热损失？【答案】（1）由于换热器外壁面温度往往高于周围外界空气的温度，外壁面不断通过对流和辐射传热将热量传给换热器周围的空气而散失，即产生散热损失。（2）为了减少散热损失，一般在换热器外壁面上包上一层（或两层或多层）导热系数较小的绝热材料（或不同的几种导热系数较小的绝热材料），使传热热阻增大，外壁面温度降低，从而减小散热损失。15、有一高温炉，炉内温度高达1000以上，炉内有燃烧气体和被加热物体，试定性分析从炉内向外界大气传热的传热过程。【答案】（1）炉内以对流和辐射并联联合传
16、热，将热量传给炉的内壁面。（2）炉壁内通过热传导，将热量从炉的内壁面传到炉的外壁面，它与炉内对流与辐射传热相串联。（3）炉外以对流与辐射并联联合传热，将热量从炉的外壁面传到大气中，它与炉壁内的热传导相串联。所以该传热过程的特点是：（1）传导、对流、辐射三种传热方式同时存在；（2）并联、串联的联合传热同时存在。16、说明热负荷与传热速率的概念及两者之间的关系？【答案】传热速率：单位时间内通过传热面的传热量。热负荷：当生产上需要加热（或冷却）某物料时，便要求换热器在单位时间内向该物料输入或输出一定的热量，这是生产对换热器换热能力的要求，称为该换热器的热负荷。一个满足生产的换热器应该是：传热速率等于
17、（略大于）热负荷。17、何谓加热剂和冷却剂？举例说明之？【答案】加热剂：给出热量，对物料起加热作用的载热体称为加热剂。例：蒸汽。冷却剂：取走热量，对物料起冷却作用的载热体称为冷却剂。例：冷却水。18、叙述导热系数、对流传热膜系数、传热系数的单位及物理意义？【答案】导热系数：在壁厚为1m时，在单位面积单位时间内以热传导的方式所传递热量的多少。单位是：W(mK)-1。传热系数：当冷、热流体的温度差为1K时，通过单位面积单位时间内所传递热量的多少。单位是：W(m-2K-1)。对流传热膜系数：当流体与壁面温度差为1K时，通过单位面积单位时间内以对流传热的方式所传递热量的多少。单位是：W(m-2K-1)
18、。19、列管式换热器为何要进行热补偿？【答案】列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有区别。若两流体的温度差较大（50以上）时，由于热应力会引起设备的变形，甚至弯曲和破裂。因此我们要考虑热补偿。20、在列管式换热器中，用饱和蒸汽加热空气，问：（1）传热管的壁温接近于哪一种流体的温度？（2）传热系数K接近于哪一种流体的对流传热膜系数？（3）那一种流体走管程？那一种流体走管外？为什么？【答案】（1）传热管的壁温接近于蒸汽的温度；（2）传热系数K接近于空气的对流传热膜系数；（3）空气走管内，饱和蒸汽走管外，因为蒸汽散热快。21、单层圆筒壁的内、外半径
19、分别为r1和r2，壁表面温度分别为T和t，若tT，试写出圆筒任意半径r处的温度表达式？【答案】=，则：22、冷、热流体进行换热，有两侧变温和一侧恒温，一侧变温两种情况，试分析这两种情况下逆流和并流操作的平均温度的大小。【答案】逆流：t1=T1-t2 t2=T2-t1 并流：t1=T1-t1 t2=T2-t2 当两侧变温时，tm逆tm并当一侧恒温，一侧变温时tm逆=tm并23、什么是无相变对流传热和有相变对流传热？谁的对流传热系数大？【答案】在对流传热过程中，流体相态不发生变化，称为无相变对流传热。在对流传热过程中，流体相态发生变化，称为有相变对流传热。有相变对流传热系数大于无相变对流传热系数。24、画出套管式换热器的温度分布曲线，并解释其传热过程和每部分所用到的传热公式。【答案】冷热流体通过固体壁面的传热包括三个过程： 热流体把热量传给管壁：对流传热，Q1=0S0(T-Tw)通过管壁的热传导：热传导，Q2=Sm(Tw-tw)/b管壁把热量传给冷流体：对流传热，Q3=iSi(tw-t)23