1、目录第1章流体流动1.1考点归纳1.2典型题（含考研真题）详解第2章流体输送机械2.1考点归纳2.2典型题（含考研真题）详解第3章非均相混合物分离及固体流态化3.1考点归纳3.2典型题（含考研真题）详解第4章传热4.1考点归纳4.2典型题（含考研真题）详解第5章蒸发5.1考点归纳5.2典型题（含考研真题）详解第6章吸收6.1考点归纳6.2典型题（含考研真题）详解第7章蒸馏7.1考点归纳7.2典型题（含考研真题）详解第8章液-液萃取8.1考点归纳8.2典型题（含考研真题）详解第9章干燥9.1考点归纳9.2典型题（含考研真题）详解第1章流体流动1.1考点归纳一、流体的物理性质1连续介质假定（1）将
2、流体视为由无数微团或质点组成的密集而无间隙的连续介质；（2）连续性假设并不是在任何情况下都适用，如高真空下的气体就不能视为连续介质。2流体的密度和比容（1）密度的定义与性质流体的密度是指单位体积流体所具有的质量，以表示。比体积是指密度的倒数，以符号表示，它是指单位质量流体所占有的体积，即液体的密度随着压力和温度的变化很小，一般可忽略不计，因此常数。气体的密度随温度、压力改变较大。低压气体的密度可近似按理想气体状态方程计算高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。（2）流体混合物的密度 液体混合物的组成常用质量分数表示。以1kg液体混合物为基准，设各个组分在混合前后体积不变（理想溶液），则1kg
3、混合物的体积等于各组分单独存在时体积之和，即A，B，n各纯组分的密度，kg/m3；A，B，n混合物中各组分的质量分数，kg/kg。 气体混合物的组成常用体积分数表示。以1m3气体混合物为基准，各组分的质量分别为AA，BB，nn，则1m3气体混合物的质量等于各组分质量之和，即mAABBnnA，B，n气体混合物中各组分的体积分数，m3/m3。3流体的膨胀性和压缩性（1）膨胀性 流体的膨胀性是指流体温度升高时其体积会增大的性质。膨胀性的大小用体积膨胀系数表示。dT流体温度的增量，K；dv/v流体体积的相对变化量。液体的膨胀性通常可忽略不计，而气体的膨胀性相对很大。（2）可压缩性 可压缩性是指流体受压
4、力作用其体积会减小的性质。流体可压缩性的大小用体积压缩系数来表征。负号表示dv与dp的变化方向相反。由于v1，故上式又可以写成由的表达式知，值越大，流体越容易被压缩；反之，不易被压缩。4流体的黏性（1）牛顿黏性定律流体在运动时，任意相邻流体层之间存在着抵抗流体变形的作用力，称为剪切力（内摩擦力）。流体的黏性是指流体所具有的在其内部产生阻碍自身运动的特性。 黏性的产生原因a流体分子之间的引力（内聚力）产生内摩擦力；b流体分子作随机热运动的动量交换产生内摩擦力。 牛顿黏性定律剪应力或内摩擦力，N/m2；流体的动力黏度，简称黏度，Pas；dux/dy速度梯度，1/s。负号表示与速度梯度的方向相反。（
5、2）流体的黏度表示单位速度梯度下流体的内摩擦力，它直接反映了流体内摩擦力的大小。在SI制中，的单位为Ns/m2或Pas。以前单位有泊（P）或厘泊（cP），换算关系为：1Pas10P1000cP。运动黏度是指流体黏度与密度的比值，以表示在SI制中，的单位为m2/s，其非法定单位为cm2/s（St），它们的关系为1St100cSt104m2/s当温度升高或压力降低时，液体黏度降低；温度降低、压力升高时，液体黏度增大。当温度升高时，气体黏性增大；当压力提高时，气体黏度减小。（3）理想流体与黏性流体黏性流体或实际流体是指具有黏性的流体。理想流体是指假想的、完全无黏性（0）的流体。二、流体静力学1静止流
6、体的压力特性（1）静压力的定义静止流体内部没有剪应力，只有法向应力。静压力是指法向应力，以p表示。（2）静压力的特性 流体静压力垂直于其作用面，其方向为该作用面的内法线方向； 静止流体中任意一点处的静压力的大小与作用面的方位无关，即同一点上各方向作用的静压力值相等。（3）静压力的单位在SI单位中，压力的单位是N/m2或Pa。一些常用压力单位之间的换算关系如下：（4）压力的表示绝对压力是指以绝对真空为基准表示的压力。它是流体受到的实际压力。表压力是指以大气压力为基准表示的压力。它可由压力表上直接读取。表压力=绝对压力大气压力真空度=大气压力绝对压力2流体静力学基本方程式上式都称为流体静力学基本方
7、程式，反映在重力场作用下，静止液体内部压力的变化规律。上述方程式只能用于静止的连通着的同一种连续的流体。三、流体流动的基本方程1流量与平均流速（1）流量体积流量（体积流率）是指单位时间内流过任一流通截面的流体体积。质量流量（质量流率）是指单位时间内流过截面的流体质量，以qm，s表示，单位为kg/s。若流体密度为，则质量流量和体积流量的关系为（2）平均流速平均流速是指体积流量qV，s与流通截面积A之比，以u表示，其表达式为由于气体的体积流量随温度和压力变化，故采用质量平均流速更为方便。质量平均流速是是单位时间内流体流过管道单位截面积的质量，亦称为质量通量（mass flux），以G表示式中G的单
8、位为kg/（m2s）。2流动型态与雷诺数（1）根据流动条件的不同，流体流动时出现两种截然不同的流动型态，即层流和湍流。（2）雷诺数雷诺数的量纲为由此可见，Re是量纲为一的数群。物理意义：Re表示流体流动过程中惯性力与黏性力之比。流体在管内流动时，若Re4000时，流动一般都为湍流；而Re在20004000范围内，流动处于一种过渡状态。可能是层流亦可能是湍流。若受外界条件影响，如管道直径或方向的改变、外来的轻微振动，都易促使过渡状态下的层流变为湍流。3流体在圆管内作层流流动时的速度分布当rR时，；当rR（在管壁处）时，。上式是流体在圆管内作层流流动时的速度分布表达式，表示在某一压力差之下，ur与
9、r的关系为抛物线方程。当r0时，管中心处的速度为最大流速，层流时圆管截面平均速度与最大速度的关系为速度分布也可写成层流时速度沿管径的分布为一抛物线。4连续性方程式常数常数上式都称为管内稳态流动的连续性方程式，说明不可压缩流体不仅流经各截面的质量流量相等，它们的体积流量也相等。5伯努利方程式（1）流动系统的总能量衡算上式是稳态流动过程的总能量衡算式，也是流动系统中热力学第一定律的表达式。更多各类考试资料 v：344647 公众号：顺通考试资料 （2）伯努利方程式 以单位重量流体为衡算基准 以单位重量流体为衡算基准 以单位体积流体为衡算基准四、流体在管内的流动阻力流体在管路中流动时的阻力可分为：直
10、管阻力：流体流经一定管径的直管时，由于流体内摩擦而产生的阻力；局部阻力：由于流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力。伯努利方程式中的项是指所研究管路系统的总能量损失（或称阻力损失），它既包括系统中各段直管阻力损失hf，也包括系统中各种局部阻力损失hf即是指单位质量流体流动时所损失的机械能，单位为J/kg；是指单位重量流体流动时所损失的机械能，单位为J/Nm；是指单位体积流体流动时所损失的机械能，以表示，即的单位为J/m3Pa，故常称为流动阻力引起的压力降。1流体在直管中的流动阻力（1）计算圆形直管阻力的通式（）或上式称为范宁公式，此式对于层流与湍流均适应。式中
11、 是量纲为1的系数，称为摩擦系数。（2）管内层流的摩擦阻力上式称为哈根-泊谡叶方程。该式表明，流体在圆管内作层流流动时，其摩擦阻力与平均流速及管长的一次方成正比，与管内径的平方成反比。当管内流速一定，管路越长，管径越小，摩擦阻力越大。因此，在远距离输送流体时，可适当增加管径，以减少直管阻力损失。层流时：（3）管内湍流的摩擦阻力 管内湍流的速度结构管内形成的湍流边界层由层流内层、缓冲层和湍流核心。在层流内层，速度梯度很大，黏性力对流动起主导作用；在湍流核心，流体质点的高频脉动使速度分布区域均匀化，黏性力对流动的影响减弱；在过渡区，既存在雷诺应力，又有黏性力的影响。 量纲分析的概念与白金汉定理a量
12、纲分析：量纲分析是指将影响物理现象的各种变量组合成为量纲为一数群。量纲分析以量纲一致原则为基础。也就是说，任何由物理定律导出的方程，其各项的量纲是相同的。b白金汉（Buckingham）定理若影响某一物理过程的物理变量有n个，设这些物理变量中有m个基本量纲，则该过程可用Nnm个量纲为一数群所表示的关系式来描述。、c量纲分析的步骤第一，列出影响该物理过程的全部物理量及其量纲，并从中确定基本量纲数m； 第二，根据定理确定量纲为一数群的数目N；第三，选取与基本量纲数m相同的物理量作为核心物理量；第四，将余下的N个物理量分别与核心物理量的指数组成量纲方程，再根据量纲一致原则求出核心物理量的指数并最终得
13、到相应的量纲为一数群。管内流动摩擦阻力的量纲分析上式表明，管内流动的摩擦系数不仅与雷诺数有关，还与管壁的粗糙度有关。 管内湍流的摩擦系数a湍流光滑区（水力光滑管）第一，尼古拉则（Nikurades）式适用条件：Re4000。第二，布拉修斯（Blasius）式适用条件：4000Re20，分离效率为5070。【解析】6恒压过滤时，如介质阻力不计，滤饼不可压缩，滤饼压差增大一倍时同一过滤时刻所得滤液量（ ）。浙江大学2011研A增大至原来的2倍B增大至原来的4倍C增大至原来的 倍D增大至原来的1.5倍C【答案】【解析】介质阻力忽略不计,则V2KA2，滤饼不可压缩，则，P增加一倍，则V增加为原来的倍。
14、7当介质阻力不能忽略时，过滤所得滤液体积加倍，则（）。A过滤速率加倍B过滤速率减半C过滤速率减小，但速率仍大于原来的一半D过滤速率减小且速率小于原来的一半C【答案】8恒压过滤时，当过滤时间增加1倍则过滤速率为原来的（）倍（设介质阻力可忽略，滤饼不可压缩）。ABC2D0.5B【答案】【解析】恒压过滤方程为 过滤基本方程为 将代入两式，然后再将式 代入式 有。9恒压板框过滤结束后进行滤饼洗涤，洗涤液穿过（）滤饼和（）滤布。A一层B两层C三层D四层A；B【答案】10用板框式过滤机进行恒压过滤，若介质阻力可忽略不计，过滤20min可得滤液8m3，若再过滤20min可再得滤液（）m3。A8B4C3.3D
15、11.3C【答案】【解析】由题知，则有将代入，得则时应注意恒压过滤方程中V、是指从初始（0起点）态起得到的累积量。11推导过滤基本方程式时一个最基本依据是（ ）。A固体颗粒的沉降速度；B滤饼的可压缩性；C流体的层流流动；D过滤介质的比阻C【答案】12过滤推动力一般是指（）。A过滤介质两边的压差B过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差C滤饼两面的压差D液体进、出过滤机的压差B【答案】13一定厚度的滤饼对滤液流动的阻力与以下（）因素有关。A滤浆的浓度B滤液的温度C滤液的体积D操作压差D【答案】14降尘室高度增加1倍，其生产能力（）。A增加1倍B增加2倍C不变D减小1倍C【答案】15一般在产品样本中所
16、列的旋风分离器的压降数据是（）。A气体密度时的数值B所要求的操作状况下的数值C1 atm、空气的数值D气体密度为时的数值D【答案】16降尘室的生产能力（）。A与沉降面积A和沉降速度 有关B与沉降面积A、沉降速度和降尘室高度H有关C只与沉降面积有关；D只与沉降速度有关A【答案】17颗粒的沉降速度不是指（）。 A等速运动段的颗粒降落的速度 B加速运动段任一时刻颗粒的降落速度C加速运动段结束时颗粒的降落速度D净重力（重力减去浮力）与流体阻力平衡时颗粒的降落速度B【答案】二、填空题1恒压过滤某种悬浮液（介质阻力可忽略，滤饼不可压缩），已知10min单位过滤面积上得滤液0.1m3。若1h得滤液2m3，则
17、所需过滤面积为 m2。四川大学2008研8.16【答案】【解析】根据恒压过滤方程可得。介质阻力可忽略时，所以有。其中，。由于是不可压缩滤饼，则，所以。又由于是恒压过滤，即，则有。可得： 代入数据，得： 解得： 2含尘气体通过长为4米，宽为3米，高为1米的降尘室，颗粒的沉降速度为0.03m/s，则降尘室的生产能力为_m3/s。重庆大学2010研0.36【答案】降尘室的生产能力与降尘室的底面积及沉降速度有关，与高度无关，即V（bl）ut。【解析】3悬浮在静止流体中的固体微粒作重力匀速沉降运动时会受到_三个力的平衡作用；作离心沉降运动时会受到_三个力的平衡作用。中山大学2010研重力，浮力，阻力；惯
18、性离心力，向心力，阻力【答案】 将表面光滑的刚性球形颗粒置于静止的流体介质中，如果颗粒的密度大于流体的密度，则颗粒将在流体中降落。颗粒受到3个力的作用，即重力、浮力和阻力。对一定的流体和颗粒，重力和浮力是恒定的，而阻力却随颗粒的降落速度而变。 当流体带着颗粒旋转时，如果颗粒的密度大于流体的密度，则惯性离心力将会使颗粒在径向上与流体发生相对运动而飞离中心。与颗粒在重力场中受到3个作用力相似，惯性离心力场中颗粒在径向上也受到3个力的作用，即惯性离心力、向心力（与重力场中的浮力相当，其方向为沿半径指向旋转中心）和阻力（与颗粒径向运动方向相反，其方向为沿半径指向中心）。【解析】4已知某重力降尘室在处理
19、含尘气体时处于层流流动，理论计算出可被完全除去的颗粒最小粒径为100微米，若在降尘室中加隔板，将降尘室分为上下两层，则理论上可被完全除去的最小颗粒粒径变为 微米。若保持完全除去的颗粒最小粒径不变，则生产能力增加为原来的 倍。华南理工大学2011研70.7；2【答案】重力沉降过程，若在降尘室中加隔板，将沉降室分为上下【解析】两层，沉降速度为原来的1/2，根据公式，得d270.7mm，生产能力V（n1）blut。5气体通过颗粒床层的流动，当床层表观气速大于起始流化速度且小于带出速度时，随气速增加，床层空隙率_，床层降压_。北京化工大学2012研增大；不变【答案】固定床阶段压降增大；而当为流化床阶段
20、，表观气速大于等于起始流化速度，床层空隙率增大，但压降不变。【解析】6某板框压滤机，恒压过滤1小时得滤液，停止过滤用清水横穿洗涤（清水粘度与滤液粘度相同），为得到最大生产能力，辅助时间应控制在_小时（过滤介质阻力忽略不计）。2.6【答案】7当介质阻力不计时回转真空过滤机的生产能力与转速的_次方成正比。0.5【答案】8在饼层过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是_而不是_。滤饼层；过滤介质【答案】9恒压过滤时，滤浆温度降低，则滤液黏度_，过滤速率_。增加；减小【答案】10在恒速过滤过程中，当滤液体积增大1倍则操作压差将增大_。设介质阻力可忽略，滤饼不可压缩。1倍【答案】11在板框过滤机中，若滤饼不
21、可压缩，介质阻力不计，当过滤压差增加一倍时，其过滤速率为原来的_倍。2【答案】12间歇过滤机的生产能力可写为，此处V为_， 表示一个操作循环所需的_，等于一个操作循环中_、_和_三项之和。一个操作循环中得到的滤液体积；总时间；过滤时间；洗涤时间w；辅助时间D【答案】13含尘气体在降尘室内除尘（尘粒均为球形，且沉降在stokes区），理论上能使流量为V的气体中颗粒直径的颗粒100%除去，现要求将同样气量中的的颗粒100%除去，则降尘室的底面积应为原来的_倍。2.04【答案】14在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加1倍，则沉降时间 ，气流速度 ，生产能力 。增加1倍；减少一半；不变【答案】15
22、在流化床操作中，流化的类型有 和 。聚式流化；散式流化【答案】16密度为的球型颗粒在斯托克斯区沉降，颗粒在水中和空气中的沉降速度分别为和，则_。【答案】三、简答题1从地下开采出来的原油由油、水、气组成，图为一原油连续计量装置的示意图，其原理是将原油中的油、水、气分离后用各自的流量计分别测定其流量（计量），然后再将油、水、气汇合一起流向下游。具体工艺如下；原油首先切向进入一旋风分离器，使气与液（油和水）从旋风分离器顶部流出，计量后进入油、水、气汇合点。除去气的液体（油和水）从旋风分离器的下部流出，经档板后进入一沉降区，在沉降区中由于油、水的密度差，油逐渐向下走实现油与水的分离，分离后的油（含有部
23、分水）从上部流出的计量，分离后的水（含有少量油）从下部流出计量（图中三个阀门均为调节阀，其作用是通过调节阀门的开度来维持气油界面、油水界面的稳定）。问：（1）给定的原油连续计量装置，若原油流量增加，则油路（含有流量计的支管）中油含水率将如何变化？水路（含水流量计的支管）中水中含有率将如何变化？请简要说明理由。（2）在某计量过程中，发现水路流动正常，但油路流动不畅发生部分堵塞现象即使油路阀门全开，仍流动不畅），且油的温度并无明显变化。请分析油路流动不畅的原因，并提出解决的办法。浙江大学2006研图3-1答：（1）根据斯托克沉降速率公式：对于处理量为VS的原油能够100%除去的颗粒最小直径为：由上
24、式可知，处理量Vs增加，流体的粘度、密度均不变时，颗粒直径增加，即对单位水分子粒子来说，处于油层的水分子的粒子直径增加，也就是说油中含水率提高，同理水中含油率下降。（2）如果出现油路不畅，水路正常的现象，且油的温度并无明显变化，这说明油中含水率极小，油的粘度过大，导致流通不畅，出油少。此时应该采取措施是调节水的流量计，使水的流量减小。2以研究直管阻力系数为例，简要列出量纲分析法的步骤，并说明其优点。重庆大学2010研答：（1）析因实验：寻找影响过程的主要因素，找出与直管阻力有关的影响因素；有流体密度、粘度、管径、管长、粗糙度、流动流速。（2）规划实验：将变量组合成无量纲数群，从而减少实验个数。
25、（3）数据处理：得到实验结果的正确表达。优点： 较少实验量； 简化实验装置。3已知过滤基本方程为：式中：V滤液体积，m3；过滤时间，s；A过滤面积，m2；过滤的压差，Pa；s滤饼的压缩性指数，无因次；滤液的黏度，；单位压差下滤饼的比阻，1/m2；滤饼体积与相应滤液体积之比，m3滤饼/m3滤液；Ve过滤介质的虚拟滤液体积，m3。试根据该式分析强化过滤操作的途径。天津大学2003研答：根据过滤基本方程式，可通过如下途径提高过滤速率或过滤机的生产能力：（1）提高过滤推动力P。（2）允许的话，可采用助滤剂或其他物理方法改变滤饼结构、降低滤饼阻力（减小 、s）。（3）将料浆适当升温，降低滤液黏度。（4）
26、选择阻力较低的过滤介质，定期清洗或更换滤布，以减小Ve或Le。（5）合理选定每批操作的滤饼厚度L（即合理设计过滤机的结构尺寸及操作周期）。4影响过滤速率的因素有哪些？华东理工大学2007研答：影响过滤的因素有：（1）悬浮液的性质 悬浮液的粘度对过滤速率有较大影响。粘度越小，过滤速率越快。（2）过滤推动力 要使过滤操作得以进行，必须保持一定的推动力，即在滤饼和介质的两侧之间保持有一定的压差。（3）过滤介质与滤饼的性质 过滤介质的影响主要表现在对过程的阻力和过滤效率上要根据悬浮液中颗粒的大小来选择合适的过滤介质。5旋风分离器沉降颗粒的临界直径武汉理工大学2010研答：旋风分离器沉降颗粒的临界直径是
27、指理论上在旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒直径。6简要叙述量纲分析方法的定理内容，针对光滑圆球颗粒在流体中的重力沉降过程，分析其影响因素，采用量纲分析方法确定与颗粒所受曳力相关的特征数，并写出曳力的公式。南京工业大学2008研答：（1）定理：任何物理方法必可转化为无因次形式，即：以无因次数群关系式代替原物理方程，无因次数群的个数等于原方程的变量数减去基本因次数。（2）基本因次（量纲）：长度L，质量M，时间，速度L1，面积L2 曳力五个变量，基本因次3个准数个数532个 2（1） 取三个独立变量（任意三个）选座位初始变量 以初始变量以外的物理量分别除以所有初始变量某次幂的乘积，所得的无因次
28、商即为准数，确定指数： dp u FD（N） ML11 L ML3 L1 ML2则则 由令（Re）（3）7简述如何通过实验测定过滤常数。答：（1）安装过滤设备，配料，在恒压测定不同时刻的滤液量V；（2）利用qV/A将数据整理得到/q-q（或/q-q）关系表；（3）用/q-q（或A/q-q）数据作图（或数据拟合）；（4）将数据拟合成直线，根据直线斜率和截距求出过滤常数K、qe。四、计算题1用板框过滤机恒压过滤某一悬浮液，当过滤时间为1800s时得到的总滤液量为8m3，当过滤时间为3600s时结束过滤，并得到总的滤液量为11m3。接着在相同的压力下用3m3的清水进行洗涤，试计算所需的洗涤时间，设介
29、质阻力忽略不计。华南理工大学2009研解：由于介质阻力忽略不计，根据公式，代入数据得： 则可求得所需的洗涤时间为：2有一板框压滤机，在一定压力下，过滤某种悬浮液，当滤渣完全充满滤框时的滤液量为，过滤时间为1h。随后在相同的压力下，用10%滤液量的清水（物性可视为滤液相同）洗涤，每次拆装需8min，且已知在这一操作中Ve1.5（过滤基本方程：）。（1）求该机的生产能力，以（滤液）/h表示。（2）如果该压滤机的每一个滤框厚度减半、长宽不变，而框数加倍，仍用同样滤布，洗涤水用量不变，但拆装时间增为15min。试问在同样操作条件下进行上述过滤，则其生产能力将变为多少？清华大学2001研解：（1）根据题
30、意，列出过滤基本方程为，整理可得：对于板框压滤机，洗涤时有如下关系：因此有： 因此，根据办矿过滤机的生产能力的定义可求得该机的生产能力为：（2）根据题意改变压滤机板框后：，由于K仅与体系性质及操作压力有关，所以仍有，因此可得：又当时，因此有则过滤时间变为：同样洗涤时有：所以有：因此，在同样操作条件下改变板框后该压滤机生产能力变为：3某降尘室长2.0m，宽1.5m，在常压、100下处理2700含尘气体。设固体颗粒为球形，并已知固体颗粒密度为，气体密度为、粘度为。求：（1）可被完全除去的最小颗粒直径。（2）直径0.05mm的颗粒有多少可以被除去？重庆大学2008研解：（1）假设可被100%除去的颗
31、粒沉降在斯托克斯区。因为，所以有：故有： 检验，假设正确，计算有效。（2）假设尘粒在入口处均匀分布，则当时，有：，因为，所以其沉降亦必在斯托克斯区，即：4用一板框压滤机在2kgf/cm2的表压下对某悬浮液进行恒压过滤。在该操作压力下，过滤常数为K1.5105m2/s，滤饼与滤液的体积比为0.12m3/m3，整理、装卸等辅助时间为30min。过滤30min时所得滤液体积5m3。滤饼不可压缩，过滤介质阻力可以忽略不计。试求：（1）压滤机的过滤面积A；（2）若用滤液体积1/8的洗液在相同的压力下对滤饼进行横穿洗涤，洗液与滤液粘度相同，求在一个最佳操作周期中所获得的滤饼体积；（3）将过滤和洗涤的操作表
32、压力降到1kgf/cm2，其它条件不变，生产能力为原来生产能力的倍数。中国石油大学（华东）2008研解：（1）（1）A（2）最佳操作周期：D/2900sV3.536m3V饼cV3.5360.120.4243m3（3）过滤压差减半，则K值减半而辅助时间不变，最佳操作周期不变。所以有：Q0.50.5Q0.707Q。5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。四川大学2009研（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）升温，使滤液粘度减小50%。再分析上述各种措施的可行性
33、。解：依题意，转筒过滤机的生产能力为：而（1）转筒尺寸按比例增大50%。新设备的过滤面积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%，增大真空度为原来的1.5倍，其效果同增大浸没度50%，即生产能力增大了22.5%。加大真空度受操作温度和原来真空度的制约。（4）转速增大50%，即生产能力减小了，不宜采用此法。（5）升温使粘度下降50%，则即生产能力提高41.4%，但温度升高，真空度难以控制。工业生产中，想提高生产能力，往往是几种方法的综合。6板框压滤机在0.15MPa（表压）下恒压
34、过滤某种悬浮液，1.6h后得滤液25m3，介质阻力可以忽略不计。求：（1）如果压力提高1倍（指表压的数值），滤饼的压缩指数S为0.3，则过滤1.6h后可以得到多少滤液？（2）设其他情况不变，将操作时间缩短一半，所得滤液为多少？（3）若在原来的压力下过滤1.6h后，用3m3的水洗涤滤饼，所需的洗涤时间是多少？武汉理工大学2009研解：（1）由其中所以：V29.47m3（2）由可得：V217.68m3（3）由7今有一实验装置，在250kPa恒压下过滤含钛白的水悬浮液，其中：又测得滤液体积与滤饼体积之比为1:0.06，现拟在生产中用过滤面积为，滤框内总容量为的悬浮液，且操作压力及所用滤布均与实验条件
35、相同，试计算：（1）当滤框内全部充满滤渣时所需的过滤时间。（2）过滤所用相当于滤液量10%的清水清洗滤渣，求洗涤时间。（3）卸渣及重新组装等辅助时间共需20min，求该过滤机的生产能力。解：由题意知此操作下获得的滤饼量为，则获得的滤液量为：（1）对于恒压过滤方程式：代入数值为：可求出：（2）洗涤液体积为：其中：（3）由生产能力定义可知：8某叶滤机过滤面积为5 m2，恒压下过滤某悬浮液，4 h后获滤液100 m3，过滤介质阻力可忽略，试计算：（1）同样操作条件下仅将过滤面积增大1倍，过滤4 h后可得多少滤液；（2）同样操作条件下过滤1 h可获多少滤液；（3）在原操作条件过滤4 h后，用20 m3
36、与滤液物性相近的洗涤液在同样压差下进行洗涤，洗涤时间为多少。解：（1）因过滤介质阻力可忽略，故Ve0，则恒压过滤方程为将代入上式，有因将过滤面积增大1倍，则故（2）将代入恒压过滤方程，得（3）对微分后得过滤速率方程为将V100 m3代入上式可得过滤终了时的过滤速率为叶滤机洗涤方式为置换洗涤，则故9有一过滤面积为的板框过滤机，在一定压力下过滤某种悬浮液。当滤渣完全充满滤框时的滤液量为，过滤时间为2小时，随后在相同压力下，用0.1倍的滤液量的清水（物性可视为和滤液相同）洗涤，每次拆装所需要时间为20分钟，且已知在这一操作中。（1）求该机的生产能力，以（滤液）/h表示。（2）如果该机的每一个滤框厚度
37、减半，长宽不变，而框数加倍，仍用同样滤布，洗涤水用量不变，但拆装时间增为30分，试问在同样操作条件下进行上述过滤，则其生产能力将变为若干（滤液）/h？（过滤基本方程式：）解：（1）对于恒压过滤有：代入数值为：可求出洗涤时间为：则此过滤机的生产能力为：（2）进行以上改变后过滤面积加倍，即：代入数值为： 可求出： 洗涤时间变为：则生产能力变为：10用一板框压滤机在300kPa压强差下过滤某悬浮液。已知过滤常数K为为要求每一操作周期得8 m3的滤液，过滤时间为0.5 h。设滤饼不可压缩，且滤饼与滤液体积之比为0.025。试求：（1）过滤面积；（2）若操作压强差提高至600 kPa，现有一台板框过滤机
38、，每框的尺寸为若要求每个过滤周期仍得8 m3滤液，则至少需要多少个框才能满足要求？过滤时间又为多少？解：（1）根据恒压过滤方程式，代入数据得解得（2）板框压滤机每一操作周期得到的滤饼体积为框数过滤总面积因，由得解得过滤时间为11某板框过滤机的过滤面积为，在恒压下过滤某种悬浮液，4小时后得滤液（过滤介质阻力不计）。试求：（1）若其它情况不变，过滤面积加倍，可得滤液多少？（2）若过滤4小时后，用的水洗涤滤饼，需要多长洗涤时间？（洗涤水粘度与滤液相同）（3）以上情况不变，拆卸和组装时间为2小时，求生产能力（滤液/小时）。解：（1）若其它情况不变，过滤面积加倍，所得滤液加倍，为（2）（3）12用板框过
39、滤机在恒压下过滤悬浮液。若滤饼不可压缩，且过滤介质阻力可忽略不计。试求：（1）当其他条件不变，过滤面积加倍时，获得的滤液量为原来的多少倍?（2）当其他条件不变，过滤时间减半时，获得的滤液量为原来的多少倍?（3）当其他条件不变，过滤压强差加倍时，获得的滤液量为原来的多少倍?解：（1）过滤介质阻力忽略不计，则恒压过滤方程可变为：，于是（2）（3）由于滤饼不可压缩，压缩性指数s0，因此压强增加滤饼比阻不变，由过滤常数的定义可知，于是13有一小型板框压滤机，滤框内的空间尺寸为20020020mm，总框数为10个，在（表压）下恒压过滤某悬浮液，滤渣充满滤框所需要时间为2小时。已知每获得滤液所得滤渣体积为
40、。若洗涤水的粘度、表压分别与滤液的粘度、过滤的压强差相同。已知洗涤水的体积为滤液体积的8%。每次卸渣、清理、装合等辅助操作时间总和为0.4小时，若过滤介质阻力可忽略不计。试求：（1）过滤常数K？（2）板框压滤机的生产能力（滤液/h）？解：（1）由题意可知，过滤面积为：滤框的体积为：则进行一个循环操作时所得的滤液量为：过滤为恒压过滤且过滤介质阻力忽略不计则：代入数值为：（2）对于恒压过滤14用一板框过滤机，对某种悬浮液进行恒压过滤，过滤时间为20min，得到滤液20m3，滤饼不洗涤，拆装时间为15min，滤饼不可压缩，介质阻力可忽略不计。（1）试求该机的生产能力，以m3滤液/h表示之；（2）如果
41、将该机的过滤压力增加20，拆装时间不变，试求该机的生产能力为多少（m3滤液/h）?解：（1）（2）介质阻力忽略不计，则过滤压力增加20，过滤面积、滤液量不变，生产能力15用板框过滤机恒压下过滤某种悬浮液，过滤机的尺寸为：滤框的边长为810mm（正方形），每框厚度为42mm，共10个框。现已测得：过滤10min得到滤液1.31m3，再过滤10min共得到滤液1.905m3，已知每立方米滤液可形成0.1m3的滤饼，试计算：（1）过滤常数K为多少（m2/s）?（2）将滤框完全充满滤饼所需的过滤时间为多少（min）?（3）若洗涤时间和辅助时间共45min，求该机生产能力为多少（m3滤液/h）?解：（1
42、）过滤面积根据恒压过滤速率方程知将代入上式解出（2）滤框充满时所得滤饼体积滤框充满时所得滤液体积（3）生产能力16一板框式过滤机，过滤面积为在（表压）下恒压过滤操作2h，得滤液，装卸时间为0.5h，滤饼不可压缩，忽略介质阻力。试求：（1）过滤常数和2h时的过滤速率？（2）若过滤2h后，以水洗涤饼，洗涤时间（h）及生产能力又为多少（）？解：（1）对于恒压过滤操作有：代入数值为：可以求出：过滤速率：（2）洗涤时间表示：17用一板框过滤机过滤某悬浮液。已知过滤面积为，操作压力为200kPa（表压）。过滤15分钟后，共得滤液（滤饼不可压缩，介质阻力忽略不计）。求：（1）若在操作最佳周期内共用去卸渣等辅
43、助时间共35分钟，求该过滤机的生产能力（）（2）若过滤时间、洗涤时间、辅助时间与滤液量均不变，而操作压力降至100kPa（表压），需增加多少过滤面积才能维持生产能力不变？（3）如改用回转真空过滤机，若其在一操作周期内共得滤液量为，该机的转速为多少方能维持生产能力不变？解：（1）若操作为最佳周期，则代入数值：（2）由分析可知，题目中不发生变化。因K正比于压力差，因压力变为原来的0.5倍，即K亦变为原来的0.5倍。（3）由题意知：代入数值为：转筒过滤机的生产能力可表示为：代入数值为： 求出： n77.25转/小时18现用一板框压滤机过滤含钛白（TiO2）的水悬浮液，过滤压力为（表压）。已知滤框尺寸
44、为810mm810mm45mm，共有40个框，已经测得过滤常数，滤饼体积与滤液体积之比滤框充满后，在同样压力下用清水洗涤滤饼，洗涤水量为滤液体积的1/10，水与钛白水悬浮液的黏度可认为近似相等。试计算：（1）框全部充满时所需过滤时间；（2）洗涤时间；（3）洗涤后卸渣、清理、重装等共需40min，求板框压滤机的生产能力；（4）这个板框压滤机的最大生产能力及最大生产能力下的滤饼厚度。解：（1）框全部充满时，获得的滤液量过滤面积由恒压过滤方程得（2）洗涤时间洗涤液量洗涤速率洗涤时间（3）生产能力（4）最大生产能力及最大生产能力下的滤饼厚度。由q与数值的相对大小可近似假定，介质阻力可忽略不计，在此条件
45、下，板框压滤机达到最大生产能力的条件是：式中，代入得即当过滤时间时，板框压滤机生产能力达到最大。由过滤方程可得此时的滤液量为最大生产能力每个框单侧饼厚可见框未充满。19在底面积为40 m2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理量为固体的密度，操作条件下气体的密度，黏度为试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。解：在沉降室中能被完全分离的最小颗粒沉降速度为ut，则假设沉降在斯托克斯区，最小颗粒直径为校核颗粒雷诺数故假设成立。20在一降尘室中分离空气中的尘粒，已知降尘室的长、宽、高分别为6m、2.5m和3m，空气处理量为，温度为30，尘粉的密度为，空气的密度为，空气的粘度，求降尘室去除尘粉的临
46、界直径。解：令A为降尘室的底面积，则：所以：假设此时颗粒沉降处于层流区，则：假设成立，所求的直径即为要求直径。21一容器内盛有密度、黏度的油，油的深度L80 cm，现将密度为、直径的石英球粒投入容器中，每隔3 s投一个，试求：（1）若油静止，则容器内最多有多少个石英球同时向下沉降；（2）若油以u0.05 m/s的速度向上运动，则结果如何。解：（1）当油静止时，忽略沉降过程的加速度段，可认为颗粒运动为匀速运动。假设沉降发生在斯托克斯区，则由此可知第一个石英球落到容器底部所需时间为此时容器内共有球取整数为4个。验证假设成立。（2）当油以u0.05 m/s向上运动时，由于颗粒和油的性质均不变，故沉降
47、速度（颗粒与油之间的相对运动速度）仍为而绝对速度为由此可得，第一个石英球落到容器底部所需时间为此时容器中共有球故此时容器内最多有11个石英球同时沉降。22某厂炉气中含有最小直径为10m的尘粒，尘粒的密度为。炉气温度为700K。在此温度下，气体粘度为，密度为。今要求炉气处理量8000kg/h。采用多层降尘室除尘粒，若降尘室的隔板已选定长度为5m，宽为3m。且降尘室总高度不超过4.8m，试计算隔板间的距离及所需层数？解：假设速度符合斯托克斯公式，则：验证层数为：可求出板间距离为：4.8/460.10m23在20 m高的升气管中，要求球形颗粒停留10s。粒径为10m，粒子密度为2500 kg/m3。
48、气体密度为1.2kg/m3，黏度为0.0186mPas，气体流量为100m3/h。试求升气管直径。（设粒子加速段可忽略不计）解：设沉降位于斯托克斯区，则校核所以假设正确。令气流上升速度为停留时间解得24空气中含有直径15m的油滴，油的相对密度为0.9，空气温度为20，若允许在降尘室中沉降1min，降尘室的高度为多少？计算中可忽略开始时油滴加速沉降时的时间，并认为油滴是在静止空气中沉降。（已知20时，空气的粘度；油的密度）解：颗粒的运动处在层流区，则斯托克斯公式： 则假设成立。第4章传热4.1考点归纳一、热传导1傅里叶定律傅里叶定律为热传导的基本定律，表示通过等温表面的导热速率与温度梯度及传热面
49、积成正比，即2导热系数由可得：（1）固体的导热系数在所有的固体中，金属是最好的导热体。纯金属的导热系数一般随温度升高而减小。金属的导热系数大多随其纯度的增高而增大，因此，合金的导热系数一般比纯金属要小。非金属的建筑材料或绝热材料的导热系数与温度、组成及结构的紧密程度有关，通常随密度增大而增大，随温度升高而增大。（2）液体的导热系数大多数液态金属的导热系数随温度升高而减小。在非金属液体中，水的导热系数最大。除水和甘油外，液体的导热系数随温度升高略有减小。（3）气体的导热系数气体的导热系数随温度升高而增大。在相当大的压力范围内，气体的导热系数随压力的变化甚微，可以忽略不计。只有在过高或过低的压力（
50、高于2105kPa或低于3kPa）下，才考虑压力的影响，此时随压力增高导热系数增大。气体的导热系数很小，对导热不利，但是有利于保温、绝热。工业上所用的保温材料，例如玻璃棉等，就是因为其空隙中有气体，所以其导热系数小，适用于保温隔热。3平壁一维定态热传导（1）单层平壁一维定态热传导或式中b平壁厚度，m； 导热热阻平壁两侧的温度差为热传导推动力，。即为单层平壁定态热传导速率方程。表明传热速率与热传导推动力成正比热传导距离愈大，传热面积和导热系数愈小，则导热热阻愈大。则热通量：（2）多层平壁的一维定态热传导 通过各层平壁截面的传热速率必相等，即Q1Q2Q3Q4Q，则或经整理得对n层平壁，其传热速率方
