冶金设备学 - 唐谟堂 - 冶金设备基础习题

冶金设备基础习题

主讲教师：李运姣

College of Metallurgical science and Engineering, CSU

2004. 5. 1

1.流体的基本性质与流体流动现象

1-1 流体的连续介质模型的含义是什么？

1-2 什么叫流体的压缩性和膨胀性？什么叫不可压缩流体？ 1-3 什么叫理想流体？

1-4 写出牛顿粘性定律的数学表达式，说明各符号的意义。

1-5 流体的粘度是如何产生的？它的物理意义和单位是什么？动力粘度与运动粘度有何关系？ 1-6 流体的流动型态可分为哪几种？其叛别依据是什么？

1-7 紊流有何特点？如何将工程中不稳定的紊流现象转化为稳定流动现象来处理？

1-8 50kg密度为1600 kg?m-3的溶液与50kg 25℃的水混合，问混合后溶液的密度为多少？（设混合前后溶液的体积不变）。 1-9 如图所示为一平板在油面上作水平运动，已知运动速度u为0.8m?s-1，平板与固定板之间的距离

，油的粘度为

1.253Pa?s，由平板所带动的油运动速度呈现直线分布，问作用在平板单位面积上的粘性力为多少？

1-10 25℃水在内径为50mm的管内流动，流速为2m?s-1，试求其雷诺准数为若干？

1-11 运动粘度为4.4cm2?s-1的油在内径为50mm的管道内流动，问：

（1）油的流速为0.015m?s-1时，其流动ss型态如何？ （2）若油的流速增加5倍，其流动型态是否发生变化？

1-12 某输水管路，水温为20℃，管内径为200mm，试求： （1）管中流量达到多大时，可使水由层流开始向湍流过渡？

（2）若管内改送运动粘度为0.14cm2?s-1的某种液体，且保持层流流动，管中最大平均流速为多少？

2 流体静力学基本方程

2-1 何谓绝对压力、表压和真空度？它们之间有何关系？

2-2 写出流体静力学基本方程式，说明方程式中各项的物理意义及方程式的应用条件。

2-3 某地区大气压力为750mmHg。有一设备需在真空度为600mmHg条件下工作，试求该设备的绝对压力，以mmHg和Pa表示。

2-4 如附图所示，回收罐中盛有密度分别为1200kg?m-3和1600kg?m-3的两种液体，罐上方与大气相通，设大气压力为100kPa，其它数据如图所示，试求M、N两点所受压力。

2-5如附图所示，在盛有空气的球形密封容器上联有两根玻璃管，一根与水相通，另一根装有水银，若h1=0.3m，求h2=?

2-6如附图所示，已知容器A中水面上的压力P0=2.5×104Pa，h=0.5m，h1=0.2m，h2=0.5m，h3=0.22m。酒精密度为800kg?m-3，水银密度为13600kg?m-3。求空气室中的压力为多少？

2-7 如图所示为一真空测试装置。当真空度为零时，杯中液面和测试管中的液面都位于0标线处。杯中装有水银，若杯内径为0.06m，测试管内径为6mm，h=0.3m。 （1）试确定真空度的计算公式；

（2）求出在上述给定条件下真空度的数值。

2-8 常温水在如附图所示的管道中流过，现用一复式U形压差计（即两个U形压差计串联组成）测定a、b两点的压差。指示液为汞，其余充满水。水的密度为1000kg?m-3，汞的密度为13600kg?m-3，现测得：h1=1.2m，h2=0.8m，h3=1.3m，h4=0.6m。试计算a、b两点间的压差。

2-9 本题附图为远距离测量控制装置示意图，用以测定分相槽内煤油和水的相界面位置。已知两吹气管出口的距离H=1m，U型管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820kg?m-3。试求当压差计读数R=68mm时，

相界面与油层的吹气管出口距离h。

2-10 用本题附图中的串联U型管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸汽压，U型管压差计的指示液为水银，两U型管间的连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距离分别为h1=2.3m、h2=1.2m、h3=2.5m及h4=1.4m。锅炉中水面与基准面间的垂直距离hs=3m。大气压强pa=99.3×103Pa。试求锅炉上方水蒸气的压力p。

2-11 如图所示的测压管分别与三个设备相通，连通管的上部都是水，下部都是水银，三个设备是水面处于同一水平面上。问：

（1）1、2、3处的压力是否相等？ （2）4、5、6处的压力是否相等？

（3）若h1=100mm，h2=200mm，且设备B直接与大气相通（大气压力为1.013×105Pa），求A、C两设备水面上的压力。

3 流体动力学基本方

3-1 什么叫稳定流动与不稳定流动？

3-2 什么叫流线和流管？

3-3 试述体积流量、质量流量和质量流速的概念。 3-4 写出欧拉方程的表达式，说明其适用条件。

3-5 分别写出理想流体与实际流体的柏努利方程，说明各项的单位及物理意义。 3-6 已知流体运动的速度场为：

式中：a为常数。试求t=1时，过（0，b）点的流线方程。 3-7 证明不可压缩流体的连续性方程式有如下形式：

并回答：（1）上述方程的物理意义是什么？ （2）该方程式是否适用于不稳定流动？

3-8 密度为1500kg?m-3的某液体流经一φ57×3.5mm的管道，若其流速为0.8m?s-1， 求该液体的体积流量（m3?h-1）、质量流量（kg?s-1）和质量流速（kg?m-2?s-1）。

3-9 某列管式换热器的管束由121根φ25×2.5mm的钢管组成。空气以9m?s-1的速度在列管内流动。已知空气在管内的平均温度为50℃、压力为1.96×105Pa(表压)，当地大气压为9.87×104Pa。试求： （1）空气的质量流量；

（2）操作条件下空气的体积流量；

（3）将（2）的计算结果换算为标准状况下空气的体积流量。

3-10 如附图所示，一变径输水管道内径分别为：d1=25mm，d2=80mm，d3=50mm。试求流量为20m3?h-1时各管道的平均流速。

3-11 如图所示水平放置的分支管路，已知D=100mm，Q=0.015 l?s-1，d1=d2=25mm，d3=50mm，Q1=3Q3，

试求其平均速度u与最大速度umax的比值。

5-6 内截面为1000mm×1200mm的矩形烟囱的高度为30m。平均分子量为30kg?kmol-1、平均温度为400℃的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持49Pa的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值，大气温度为20℃，地面处的大气压力为1.013×105Pa。流体经烟囱时的摩擦系数可取为0.05，试求烟道气的流量为若干kg?h-1?

5-7 某冶金炉每小时产生20×104Nm3的烟道气，通过烟囱排至大气，烟囱由砖砌成，内径为3.5m，烟道气在烟囱中的平均温度为260℃，密度为0.6kg?m-3，粘度为0.028×10-3Pa?s。要求在烟囱下端维持160Pa的真空度，试求烟囱高度。已知在烟囱高度范围内，大气的平均密度为1.10kg?m-3，地面处大气压力为常压（砖砌烟囱内壁粗糙度较大，其摩擦阻力系数约为光滑管的4倍。）

5-8 水塔每小时供给车间90m3的水。输水管路为Φ114×4mm的有缝钢管，总长为160m（包括各种管件及阀门的当量长度，不包括进出口损失）。水温为25℃，水塔液面上方及出水口均为常压。问水塔液面应高出管路口若干米才能保证车间用水量。设水塔液面恒定不变，管壁粗糙度ε为0.1mm。

5-9 有一溶液输送系统如本题附图所示。输液管直径为Φ45×2.5mm，已知管路摩擦损失Σhf为

（

指管路内水的流速），求溶液的流量。又欲使溶液的流量增加20%，管路摩擦损失仍可用前述公式计算，问应将高位槽的水面升高多少m？

5-10 为测定90o弯头的局部阻力系数ξ，可采用如本题附图所示的装置。已知AB段总管总长l为10m，管内径d为50mm，摩擦系数λ为0.03。水箱液面恒定。实测数据为：A、B两截面测压管水柱高差Δh为0.425m；水箱流出的水量为0.135m3?min-1。求弯头的局部阻力系数ξ。

5-11 从设备送出的废气中含有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤器，以回收这些物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为3600m3?h-1（在操作条件下），其物理性质与50℃的空气基本相同。如本题附图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U型管压差计，其读数为30mm。输气管与放空管的内径均为250mm，管长与管件、阀门的当量长度之和为50m（不包括进、出塔及管出口阻力），放空口与鼓风机进口的垂直距离为20m，已估计气体通过塔内填料层的压力降为1.96×103Pa。管壁的绝对粗糙度ε可取为0.15mm，大气压力为1.013×105Pa。求鼓风机的有效功率。

6 流体输送机械

6-1 流体输送机械可以分为哪几类？

6-2 离心泵的工作原理是什么？简述其主要部件的名称和作用。 6-3 离心泵的主要性能参数有哪些？各自的定义和单位是什？ 6-4 气缚现象和气蚀现象有何区别？

6-5 何谓离心泵的允许吸上真空高度和汽蚀余量？如何确定离心泵的安装高度？ 6-6 简述离心泵的常用类型和选用方法。

6-7 往复泵和齿轮泵各有何特点？各适用于什么场合？ 6-8 离心泵的特性曲线有哪几条？如何确定离心泵的工作范围？ 6-9 离心式通风机的工作原理和离心泵有何异同？

6-10 某离心泵用20℃清水进行性能试验，测得其体积流量为560m3?h-1，出口压力表读数为0.3MPa（表压），吸入口真空表读数为0.03MPa，两表间垂直距离为400mm，吸入管和压出管内径分别为340mm和300mm，试求对应此流量的泵的扬程。

6-11 用一台离心泵在海拔100m处输送20℃清水，若吸入管中的动压头可以忽略，全部能量损失为7m，泵安装在水源水面以上3.5m处，试问此泵能否正常工作。

6-12 欲用一离心泵将贮槽液面压力为157kPa，温度为40℃，密度为1100kg?m-3、饱和蒸汽压为7390Pa的料液送至某一设备，已知其允许吸上真空高度为5.5m，吸入管路中的动压头和能量损失为1.4m，当地大气压为10.34mH2O。试求其安装高度（已知其流量和扬程均能满足要求）。

6-13 用泵将贮槽中的有机试剂以40m3?h-1的流率，经Φ108×4mm的管子输送到高位槽，如本题附图所示。两槽的液面差为20m，管子总长（各种阀件的当量长度均计算在内）为450m。试分别计算泵输送15℃和50℃的有机试剂所需的有效功率。设两槽液面恒定不变，已知有机试剂在15℃和50℃下的密度分别为684kg?m-3和662 kg?m-3，饱和蒸汽压分别为3.214×103Pa和1.962×104Pa。

6-14 用泵将池中水送至30m高的水塔。泵安装在水面以上5m处。输水管道采用Φ114×4mm、长1700m的钢管（包括管件的当量长度，但未包括进、出口能量损失）。已知该泵的输水能力为35m3?h-1，设ε/d=0.02，泵的总效率为0.65，试求泵的轴功率。已知水的密度为1000kg?m-3，粘度为1.005mPa?s。

6-15 用泵将贮槽中温度为20℃、密度为1200kg?m-3的料液送往反应器中。每小时进行料量为3×104kg，贮槽表面为常压，反应器内保持9810Pa的表压。管路为Φ89×4mm的钢管，总长为45m，其上装有孔径d0为51.3mm的孔板流量计（其阻力系数为8.25）一个、全开闸阀两个和90o标准弯头四个（图中均未标出）。贮槽液面与反应器入口管之间垂直距离为15m。若泵的效率为0.65，求泵消耗的功率（贮槽很大，液面可视为稳定）。

7 流态化的基本原理

7-1 什么叫流态化现象？

7-2 流态化曲线对颗粒床层的流态化有何实际意义？ 7-3 什么叫临界流化速度和颗粒带出速度？它们如何计算？

7-4 什么叫沟流和腾涌现象？沟流和腾涌对g-s和l-s流态化有何影响？如何避免沟流和腾涌现象的发生？ 7-5 试述气力输送的原理和特点。 7-6 流态化过程，颗粒的雷诺数如何计算？

7-7 密度为2650kg?m-3的球形石英颗粒在20℃的空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。

7-8 在底面积为40m2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理量为3600m3?h-1，固体的密度ρs=3000kg?m-3，操作条件下气体的密度ρ=1.06kg?m-3，粘度为2×10-5Pa?s。试求理论上能完全除去的最小颗

粒直径。

7-9 平均粒径为0.3mm的氯化钾球形颗粒在单层圆筒形流化床干燥器中进行流化干燥。固相密度

ρs=1980kg?m-3，取流化速度为颗粒带出速度的78%，试求适宜的流化速度和流化数。干燥介质可按60℃的常压空气查取物性参数。

8 导 热

8-1 传热的基本方式有哪几种？试各举一例说明。

8-2 导热系数的意义是什么？气体、液体和固体的导热机理有可异同？ 8-3 多层圆筒壁与多层平壁导热有何异同点？ 8-4 传热过程的推动力和热阻的含义是什么？

8-5 什么是单位管长热流量QL? QL与热流量Q和热流密度q的关系如何？

8-6 试由傅立叶定律出发，导出单层平壁沿厚度方向进行一维稳态导热的温度分布方程。 8-7 试由傅立叶定律出发，导出单层筒壁中沿半径r方向进行一维稳态导热的温度分布方程。

8-8 根据热阻串联规律，分别写出两层平壁和两层圆筒壁导热的热流量计算式，并写出壁面温度的计算式。 8-9 厚0.3m的平壁，两侧壁温分别为150℃和50℃，平壁的导热系数λ= 0.6+5×10-6t（W?m-1?℃-1），求平壁的热流密度q。

8-10 有一无内热源的三层平壁，在稳态下，测得其、、和依次为650℃、500℃、300℃和

50℃，试确定该平壁的各层热阻在总热阻中所占的比例。

8-11如附图所示，为了减少加热器的热损失，在加热器壁外包一层绝热材料，厚度为300mm，导热系数为0.16 W?m-1?℃-1。已测得绝热层外侧温度为30℃，在插入绝热层50mm处测处温度为75℃。试求加热器外壁面温度为若干？

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9out.html