项目一 课题一 流体输送基础知识-章节过关卷-《化工单元操作》（化工版第三版）（原卷版+解析版）

《化工单元操作》（化工版第三版） 项目一 流体输送 课题一 流体输送基础知识 时间：60分钟 总分：100分 班级 姓名 学号 成绩 一、填空题（本大题共10小题，每小题3分，共30分） 1.流体输送按输送流体的性质可分为 和 。 2.流体在圆形直管内作层流流动时，摩擦系数λ与 有关，其关系为λ = 。 3.流体的雷诺数计算公式为Re = ，其中d为 ，u为 ，ρ为 ，μ为 。 4.管道中局部阻力损失的计算方法有 和 。 5.当离心泵启动时，出口阀门应处于 状态，这是为了 。 6.流体的流量分为 和 ，它们之间的关系是 。 7.往复泵是一种 泵，它的流量与 和 有关。 8.为了防止离心泵发生气蚀，泵的安装高度必须 允许安装高度。 9.流体在管道中流动时产生的阻力损失分为 和。 10.离心泵的理论扬程与 、 和 有关。 二、选择题（本大题共10小题，每小题3分，共30分） 1.离心泵的扬程是指（ ） A. 泵的吸上高度 B. 泵的安装高度 C. 单位重量液体通过泵后获得的能量增值 D. 单位重量液体通过泵后获得的能量减值 2.离心泵的主要性能参数不包括（ ） A. 流量 B. 扬程 C. 功率因数 D. 效率 3.当离心泵内充满空气时，将发生（ ）现象。 A. 气缚 B. 气蚀 C. 过载 D.无法确定 4.流体在圆形直管内作层流流动时，其平均流速与管中心最大流速的关系为（ ） A. 平均流速等于管中心最大流速 B. 平均流速为管中心最大流速的 1/2 C. 平均流速为管中心最大流速的 2 倍 D. 平均流速为管中心最大流速的 4 倍 5.离心泵的安装高度过高会导致（ ） A. 气缚 B. 气蚀 C. 流量增大 D. 流量减小 6.下列哪种泵属于正位移泵（ ） A. 离心泵 B. 旋涡泵 C. 往复泵 D. 轴流泵 7.流体在管内流动时，局部阻力损失产生的主要原因是（ ） A. 流体的粘性 B. 流道的突然扩大或缩小等管件 C. 管壁的粗糙度 D. 弯头的存在 8.离心泵启动前必须（ ） A. 打开出口阀门 B. 关闭出口阀门 C. 同时打开进出口阀门 D.出入口阀门均不打开 9.流体在管内流动时，若流动类型为层流，则其雷诺数 （ ） A. Re＜2000 B. Re＞4000 C. 2000＜Re＜4000 D.1000＜Re＜3000 10.当流体在管内流动时，若要减小其阻力损失，不可以采取的措施是（ ） A.增大管径 B.减小管长 C.降低流体流速 D.减小管径 三、简答题（本答题共4小题，第1、2、3、4小题分值分别为7、10、13、10分，共计40分） 1.（本小题7分）简述化工管路的标准化的具体含义及内容？ 2.（本小题10分）试分析启动离心泵后，没有液体流出的可能原因。如何解决呢? 3.（本小题13分）比较离心泵与往复泵的异同点。 4.（本小题10分）分析如下几种情况下，哪一种情况更容易发生汽蚀? (1)流量大与小 (2)夏季与冬季 (3)液体密度的大与小 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 《化工单元操作》（化工版第三版） 项目一 流体输送 课题一 流体输送基础知识 时间：60分钟 总分：100分 班级 姓名 学号 成绩 一、填空题（共10小题，每小题3分，共30分） 1.流体输送按输送流体的性质可分为 和 。 【答案】液体输送；气体输送。 【解析】流体输送按输送流体的性质可以分为液体输送和气体输送。液体输送通常使用泵来实现，而气体输送则可以通过压缩机、风机或通风机等设备进行。这两种方式的主要区别在于流体的物理性质不同，因此需要不同类型的设备和技术来进行处理和输送。 2.流体在圆形直管内作层流流动时，摩擦系数λ与 有关，其关系为λ = 。 【答案】雷诺数；64/Re 【解析】流体在圆形直管内作层流流动时，摩擦系数 λ 与雷诺数 Re有关，其关系为 λ = 64/Re。 3.流体的雷诺数计算公式为Re = ，其中d为 ，u为 ，ρ为 ，μ为 。 【答案】ρdu/μ；直径；速度；密度；黏性系数。 【解析】Re =ρdu/μ，d是直径，u为速度，ρ为密度，μ为黏性系数。 4.管道中局部阻力损失的计算方法有 和 。 【答案】阻力系数法；当量长度法。 【解析】局部阻力损失的计算方法主要有两种：阻力系数法和当量长度法。 1. 阻力系数法 阻力系数法计算局部阻力损失的公式为： ​ 其中：ΔP 是局部阻力损失 ξ 是局部阻力系数 ρ 是流体密度 V 是流体速度。 2. 当量长度法 当量长度法将局部阻力损失转换为相当于某一长度的直管的沿程损失。 计算公式为： 其中：λ 是摩擦阻力系数 L 是当量长度 d 是管道内径 ρ 是流体密度 V 是流体速度。 这两种方法都可以用于计算流体在管道中因流向改变（如弯头、阀门等）所产生的阻力损失。在实际应用中，根据具体情况选择合适的方法进行计算。 5.当离心泵启动时，出口阀门应处于 状态，这是为了 。 【答案】关闭；保护离心泵。 【解析】离心水泵在启动时，泵的出口管路内还没水，因此还不存在管路阻力和提升高度阻力，在离心泵启动后，离心泵扬程很低，流量很大，此时泵电机（轴功率）输出很大，很容易超载，就会使泵的电机及线路损坏，因此启动时要关闭出口阀，才能使泵正常运行。 6.流体的流量分为 和 ，它们之间的关系是 。 【答案】体积流量；质量流量；qm = ρ × qv 【解析】流体的流量可以分为以下2种类型： 1.体积流量： 定义：体积流量是指流体数量用体积来表示的流量。 计算公式： qv = v/t = u × a， 其中qv为体积流量，m³/s；v为单位流量体积，m³；t为单位时间，s；u为管内平均流速，m/s；a为管道横截面积，m²。 2.质量流量： 定义：质量流量是指流体数量用质量来表示的流量。 计算公式： qm = m/t = ρ × u × a， 其中qm为质量流量，kg/s；m为单位流体质量，kg；ρ为流体密度，kg/m³；t为单位时间，s；u为管内平均流速，m/s；a为管道横截面积，m²。 qm = ρ × qv 7.往复泵是一种 泵，它的流量与 和 有关。 【答案】容积式；体积；行程 【解析】往复泵是一种发展较早的动力机械之一，它属于容积式泵。在生产中它用来输送压力较高的液体或高黏度、具有腐蚀性以及易燃、易爆、剧毒的各种液体。特别是当流体较小时，这种泵的优越性愈加明显，流量小于100mm³/h、压力高于100MPa是最佳使用范围。 8.为了防止离心泵发生气蚀，泵的安装高度必须 允许安装高度。 【答案】低于 【解析】当允许安装高度为负值时，离心泵的吸入口低于储槽液面。通常情况下，泵的实际安装高度要比允许安装高度低0.5-1m。 9.流体在管道中流动时产生的阻力损失分为 和 。 【答案】直管阻力；局部阻力 【解析】流体在管道中流动时产生的阻力损失可以分为以下两大类： 1.直管阻力： 定义：直管阻力是指流体流经一定管径的直管时，由于流体的内摩擦而产生的阻力。 影响因素：摩擦系数受流体流动状态（层流或湍流）和管壁粗糙度的影响。 2.局部阻力： 定义：局部阻力是指流体流经管路中的管件、阀门以及管道截面的突然扩大或缩小等局部部位所引起的阻力。 计算方法： 当量长度法：将流体通过局部障碍时的局部阻力转化为直管阻力损失计算的方法，即将流体流过的局部阻力折合成直径相同、长度为的直管产生的阻力。 阻力系数法：将局部阻力表示为动能的某一倍数，其中ζ为局部阻力系数，通常由实验测定。 10.离心泵的理论扬程与 、 和 有关。 【答案】叶轮转速；叶轮直径；流体的流量 【解析】离心泵的理论扬程与叶轮转速、叶轮直径和流体的流量有关。 二、选择题（共10小题，每小题3分，共30分） 1.离心泵的扬程是指（ ） A. 泵的吸上高度 B. 泵的安装高度 C. 单位重量液体通过泵后获得的能量增值 D. 单位重量液体通过泵后获得的能量减值 【答案】C 【解析】离心泵的扬程，也称为泵的压头，是指单位重量流体经泵所获得的能量。 2.离心泵的主要性能参数不包括（ ） A. 流量 B. 扬程 C. 功率因数 D. 效率 【答案】C 【解析】离心泵的主要性能参数包括：流量，扬程，效率，轴功率，有效功率，不包括功率因素。 3.当离心泵内充满空气时，将发生（ ）现象。 A. 气缚 B. 气蚀 C. 过载 D.无法确定 【答案】A 【解析】离心泵启动时，若泵内存有空气，由于空气密度很小，旋转后产生的离心力小，因而叶轮中心区所形成的低压不足以吸入液体，这样虽启动离心泵也不能完成输送任务，这种现象称为气缚。 4.流体在圆形直管内作层流流动时，其平均流速与管中心最大流速的关系为（ ） A. 平均流速等于管中心最大流速 B. 平均流速为管中心最大流速的 1/2 C. 平均流速为管中心最大流速的 2 倍 D. 平均流速为管中心最大流速的 4 倍 【答案】B 【解析】流体在圆形直管内作层流流动时，流体的平均流速与管中心的最大流速之间的关系是固定的。根据流体力学的基本原理，层流情况下，管中心的最大流速是平均流速的两倍。 5.离心泵的安装高度过高会导致（ ） A. 气缚 B. 气蚀 C. 流量增大 D. 流量减小 【答案】B 【解析】离心泵的安装高度过高会导致泵体内发生汽蚀现象。这是因为当离心泵的安装高度超过一定限度时，泵的进口压力可能低于液体的饱和蒸汽压，从而导致液体在泵入口处汽化，形成气泡。当这些气泡被送到高压区域时，会迅速凝结，造成局部真空，周围的液体会以高速填补这个空间，产生冲击和振动。这种过程会对泵的叶轮和泵体内部造成严重的冲击和腐蚀，长时间作用下会降低泵的使用寿命，甚至损坏泵体。 此外，汽蚀还会引起噪音和振动，影响泵的效率和运行稳定性。因此，在安装离心泵时，应确保安装高度不高于泵的允许几何安装高度，以避免汽蚀现象的发生。 6.下列哪种泵属于正位移泵（ ） A. 离心泵 B. 旋涡泵 C. 往复泵 D. 轴流泵 【答案】C 【解析】正位移泵其实就是容积泵，包括:往复泵,隔膜泵,齿轮泵,螺杆泵等。之所以叫它正位移泵, 是因为: 流体的输送是依靠转动部件的位移来实现的， 7.流体在管内流动时，局部阻力损失产生的主要原因是（ ） A. 流体的粘性 B. 流道的突然扩大或缩小等管件 C. 管壁的粗糙度 D. 弯头的存在 【答案】B 【解析】流体在管内流动时，局部阻力损失产生的主要原因包括： 管件和阀门：流体在通过阀门、弯头、变径管等局部构件时，由于流体的方向和速度发生变化，产生能量损失。 流道截面变化：流体在流经管道中的截面突然扩大或缩小的区域，如突然扩大的管道截面，流体的速度和方向会发生变化，导致压力急剧变化，从而产生阻力损失。 漩涡形成：在流体流经管道配件时，如底阀、异径管等，由于流速方向和大小的变化，可能在流动中出现漩涡，使水流互相碰撞、冲击，产生较大的能量损耗。 这些局部阻力损失通常集中在很小的空间区域内，与流体流动路径的具体几何特征密切相关。 8.离心泵启动前必须（ ） A. 打开出口阀门 B. 关闭出口阀门 C. 同时打开进出口阀门 D.出入口阀门均不打开 【答案】B 【解析】离心泵启动前必须关闭出口阀，打开入口阀。 9.流体在管内流动时，若流动类型为层流，则其雷诺数 （ ） A. Re＜2000 B. Re＞4000 C. 2000＜Re＜4000 D.1000＜Re＜3000 【答案】A 【解析】流体在管内流动时： 若流动类型为层流，则其雷诺数Re＜2000 若流动类型为过渡区，则其雷诺数2000＜Re＜4000 若流动类型为湍流，则其雷诺数Re＞4000 10.当流体在管内流动时，若要减小其阻力损失，可以采取的措施是（ ） A.增大管径 B.减小管长 C.降低流体流速 D.减少弯头 【答案】D 【解析】流体在管内流动时，局部阻力损失产生的主要原因包括： 管件和阀门：流体在通过阀门、弯头、变径管等局部构件时，由于流体的方向和速度发生变化，产生能量损失。 流道截面变化：流体在流经管道中的截面突然扩大或缩小的区域，如突然扩大的管道截面，流体的速度和方向会发生变化，导致压力急剧变化，从而产生阻力损失。 漩涡形成：在流体流经管道配件时，如底阀、异径管等，由于流速方向和大小的变化，可能在流动中出现漩涡，使水流互相碰撞、冲击，产生较大的能量损耗。 这些局部阻力损失通常集中在很小的空间区域内，与流体流动路径的具体几何特征密切相关。 三、简答题（本答题共4小题，第1、2、3、4小题分值分别为7、10、13、10分，共计40分） 1.（本小题7分）简述化工管路的标准化的具体含义及内容？ 【答案】 化工管路的标准化主要是指对化工管路的主要构件，包括管子、管件、阀件（门）、法兰、垫片等，制定统一的结构、尺寸、联接尺寸和压力等的标准，并实施这一过程。具体来说，化工管路的标准化内容包括以下几个方面： 1.压力标准： 公称压力（PN）：又称通称压力，用PN+数值的形式表示，如PN2.45MPa，表示公称压力是2.45MPa。公称压力一般大于或等于实际工作的最大压力，其数值通常指管内工作介质的温度在273-393K范围内的最高允许工作压力。 试验压力（PS）：是为了水压强度试验或紧密性试验而规定的压力，用PS+数值的形式表示，如PS150表示试验压力为15.0MPa。在一般情况下，试验压力为公称压力的1.5倍。 工作压力（P）：是为了保证管路正常工作而根据被输送介质的工作温度所规定的最大压力。 2.口径标准： 公称直径（DN）：用数值的形式表示，如DN1000mm，表示公称直径为1000mm。公称直径既不是管子的内径，也不是管子的外径，而是与管子内径相接近的整数。 通过这些标准化，可以有效地统一和规范化工管路的设计、制造、安装和修理，提高效率和安全性，减少材料和人力的浪费。 2.（本小题10分）试分析启动离心泵后，没有液体流出的可能原因。如何解决呢? 【答案】 可能原因 产生原由 解决方法 空气存在 泵壳内未完全充满液体，导致空气残留 在启动前使用外来液体灌泵，确保泵壳内充满液体 水泵转动方向错误 水泵的转动方向与水流方向相反。 确保水泵的转动方向正确，与水流方向一致。 水泵转速过低 水泵的转速不足以推动液体流动。 检查电机和水泵的运行状态，必要时调整转速或更换电机。 叶轮磨损 叶轮磨损或损坏，影响水泵的工作效率 检查叶轮的状态，必要时进行更换或修复。 底阀问题 底阀可能被堵塞或损坏，影响水流的正常流动。 检查底阀的状态，必要时进行清理或更换。 水流阻力过大 水流在管道中的阻力损失过大，导致流量减少。 减少管道长度和弯头数量，减少水流阻力。 吸程不足原 水泵的吸程不足以吸引足够的液体 确保水泵的吸程符合要求，避免因吸程不足而导致液体无法被吸入。 3.（本小题13分）比较离心泵与往复泵的异同点。 【答案】 类型 内容 离心泵 流量和压力稳定性：离心泵的流量和力稳定，适合需要连续稳定输送液体的场合。 结构和成本：结构简单，体积小，重量轻，零部件少，制造方便，造价低，占地面积小。 启动和维护：起动前可能需要灌泵或用真空泵抽出泵内空气，自吸离心泵启动前不必灌泵，但使用上仍有局限性。 限制：在小流量高扬程的情况下应用受限，因为泵体流道窄，制造困难，效率较低。 往复泵 排压和吸入性能：可获得很高的排压，流量与压力无关，吸入性能好，效率较高，特别适合需要高压输送的场合。 介质适应性：原则上可输送任何介质，几乎不受介质的物理或化学性质的限制。 稳定性：流量不是很稳定，体积和机构复杂，资金用量大，不易维修。 4.（本小题10分）分析如下几种情况下，哪一种情况更容易发生汽蚀? (1)流量大与小 (2)夏季与冬季 (3)液体密度的大与小 【答案】 类型 内容 是否容易发生气蚀 原因 流量 大 否 流量大时：根据伯努利方程及流体力学原理，流量增大，流体在管道及泵内的流速会加快，在叶轮入口等部位，由于流速增加，压力会降低，当压力降低到液体的饱和蒸气压时，就容易发生汽蚀。 小 是 流量小时：虽然流量小可能使流速相对较低，但流量过小可能导致泵内流体流动不稳定，出现局部涡流等现象，也可能使局部压力降低引发汽蚀，但一般来说，在多数正常工况下，相比于流量大的情况，流量小时汽蚀发生的可能性相对较低。 季节 夏季 是 夏季温度较高，容易使溶液中的轻组分快速气化，导致泵内的液体较少，因此会更加容易的发生汽蚀 冬季 否 冬季温度较低，不容易使溶液中的轻组分快速气化，泵内的液体不会过较，因此不会更加容易的发生汽蚀 液体密度 大 否 液体密度大时：根据压力计算公式P = \rho gh（在一些情况下可以简化分析），密度大意味着相同高度下液体产生的压力大，在泵等设备运行时，更不容易使液体压力降低到饱和蒸气压以下，从而相对不容易发生汽蚀。 小 是 液体密度小时：液体密度小，在相同的流动条件和设备运行参数下，液体更容易因压力降低而达到饱和蒸气压，进而发生汽化，导致汽蚀现象的出现。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$