化工原理期中試題及答案

1、* * * * * * * * * * *削北Z彳課程考試試題紙課程名稱：化工原理（1）期中試卷考試方式：（閉卷）印刷份數(shù)：103學(xué)院：化學(xué)化工學(xué)院任課教師：楊世方專業(yè)年級(jí)：2008化學(xué)工程與工藝題號(hào)一一三四五六七八總分閱卷教師得分得分得分一、填空（每空1分共20分）號(hào)學(xué)* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *:*芝*年業(yè)*穎*:院*學(xué)* * * * * * * * * * * *得二、選擇題(每小題2分，共10分)分1. 內(nèi)徑為27mm的自來(lái)水管其設(shè)計(jì)輸水能力宜為B。(A)0.2m(A)揚(yáng)程Hi=H2,軸功率Ni=1.2N2(C)揚(yáng)程H1=H2,

2、軸功率N2=N1推導(dǎo)過(guò)濾基本方程式的一個(gè)最基本的依據(jù)是(A)濾液通過(guò)濾餅時(shí)呈湍流流動(dòng)(C)濾液通過(guò)濾餅時(shí)呈層流流動(dòng)如圖流體在傾斜變徑管中流動(dòng)，則U型壓差討的讀數(shù)R的大小反映情況B。(A)A、B兩截面間的動(dòng)能變化和位能變化之和(B) A、B兩截面間的流動(dòng)阻力損失和動(dòng)能變化之和(C) A、B兩截面間的壓差值(D) A、B兩截面間的流動(dòng)阻力損失5. 局部阻力損失計(jì)算式(A) 小管中的流速U1(B) 大管中的流速(C) 小管中的流速(D) 與流向有關(guān)三、簡(jiǎn)答題(10分)什么是過(guò)濾操作？過(guò)濾操作有何優(yōu)點(diǎn)?過(guò)濾是以多孔物質(zhì)為介質(zhì)，在外力作用下，使懸浮液中的液體通過(guò)介質(zhì)的孔道，固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實(shí)

3、現(xiàn)固液分離的操作。其突出優(yōu)點(diǎn)是使懸浮液分離更迅速更徹底(于沉降相比)，耗能較低(與干燥、蒸發(fā)相比)。/h(B)2m3/h(C)20m3/h(D)200m3/h2. 同一離心泵分別輸送密度為Pi及P2的兩種流體，已知兩者體積流量相等，Pi=1.2P2,(B)揚(yáng)程H1=1.2H2,軸功率N2=N1(D)揚(yáng)程H2=1.2H，軸功率N2=1.2N1C。(B)假定濾渣大小均一(D)假設(shè)過(guò)濾介質(zhì)的阻力可忽略2Uhf=中的u是指標(biāo)2U2U1與大管中的流速U2的平均值(U1+U2)/2得分則A。得四、計(jì)算題（48分）分1.（10分）將含有石英微粒的水溶液置于間歇沉陷槽中，0.5h后用吸管在水面下10cm處吸取

4、少量試樣。試問(wèn)可能存在于試樣中的最大微粒直徑是多少微米？石英密度為2650kg/m3水的密度為1000kg/m瑚度為1cp。_21010解：Ut=1/r一1010=5.5510'm/s3060假設(shè)為滯流沉降：ut2d(s-)g181所以：可能存在于試樣中的最大微粒直徑是7.86微米'一一_3_._518105.551067.8610m=7.86m(2650-1000)9.807_6_驗(yàn)算：Ret*'0.0017.86*15.55%10二1000=4“0孔1,假設(shè)正確。2.（10分）已知含塵氣體中塵粒的密度為Ps=2300kg/m洗體溫度為377K，粘度為0.036cp,

5、流量為1000m3h,密度p=0.36kg/m&現(xiàn)采用標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器分離其中的塵粒，取D=400mm。試計(jì)算理論上能分離出來(lái)的最小顆粒直徑dc和壓強(qiáng)降A(chǔ)P。解：對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器，有關(guān)參數(shù)為：進(jìn)口管寬度：B=D/4=0.4/4=0.1m；進(jìn)口管高度：h=D/2=0.4/2=0.2m，氣流旋轉(zhuǎn)的有效圈數(shù)：N。=5，匚=8.0進(jìn)口氣速為:皿=Vs/Bh=1000/(0.10.23600)=13.89m/s9B臨界粒徑dc"Nedi_93.610與0.13.145230013.89=8.0410"m.P2壓強(qiáng)降P=i2=8.0一一20.3613.892=278Pa3.（

6、16分）如圖所示貯水槽水位恒定，槽底放水管直徑為力107X3.5mm,距管子入口15m處接一U形管水銀壓差計(jì)，其左壁上方充滿水右壁通大氣，測(cè)壓點(diǎn)距管子出水口20m其間裝一閘閥控制流量。(1) 當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)測(cè)得h=1510mmR=620mm當(dāng)閘閥部分開啟時(shí)，h=1410mmR=400mm設(shè)管路摩擦系數(shù)九=0.02,管入口阻力系數(shù)為0.5,則每小時(shí)從管中流出的水量及此時(shí)閘閥的當(dāng)量長(zhǎng)度為若干？(2) 當(dāng)閘閥全開時(shí)(1/=15,%=0.018),U形管壓差計(jì)的度數(shù)為若干mmd2U2x.=hf122215、U2=（10.50.020.12解：(1)水的流量及閘閥的當(dāng)量長(zhǎng)度首先根據(jù)閘閥全關(guān)時(shí)的h、R值，用

7、靜力學(xué)方程求H。在11與22兩截面之間列柏努利方程式求流速，然后再用連續(xù)性方程求流量、用阻力方程求1e。閘閥全關(guān)時(shí)，對(duì)U形管等壓面列靜力學(xué)方程得；(Hh)可=R：°g,RL,0.6213600H=-h=-1.51=6.92m1000當(dāng)閘閥部分開啟時(shí)，以管中心線為基準(zhǔn)面，在11與2-2兩截面之間列柏努利方程22號(hào)+g,+礦=令+gz2+腎+£弟2式中：Z1=6.92m,p（表壓）=0,Z2=0,ui=0P2(表)則：=（RD°-h：、）g=（0.4213600-1.411000）9.807=42203Pa帶入數(shù)據(jù)解得U2=3.38m/sVs=Au2=0.123.38

8、=0.0265m3/s=95.4m3/h4在22與33截面之間列柏努利方程并化簡(jiǎn)得:22l2leU"42203CM20le3.380.02nd210000.12解得le=16.9mP2(2)閥門全開時(shí)的壓差劑讀數(shù)以管中心線為基準(zhǔn)面，在1-1與3-3兩截面之間列柏努利方程求得管內(nèi)速度，再在22與33截面之間列柏努利方程求P20在11與3-3之間列柏努利方程得22p1U1p3U3.、gz1gz3一hf1322式中：Zi=6.92m,pi(表壓)=p3(表壓)=0,Z3=0,ui=02U3.gz1一._hf1322=1+0.5+0.018乂(15+15+2°)也0.12解得：U3

9、=4.1m/s在22與33之間列柏努利方程并化簡(jiǎn)得：P2l215U2nd2Z20+15x<0.1)p2gh'=R：0gh=1.51-(0.62-R)/23253010009.811.51-(0.62-R)/2=R136009.81則R'=0.345m=345mm即P2=0.0184.12:X1000=32530Pa(表壓)4.(12分)用離心泵將20C的清水送到某設(shè)備中，泵的前后分別裝有真空表和壓強(qiáng)表。已知泵吸入管路的壓頭損失為2.4m,動(dòng)壓頭為0.2m,水面與泵吸入口中心線之間的垂直距離為2.2m，操作條件下泵的允許氣蝕余量為3.7m。試求：解：（1）在水面00與泵入口

10、11之間列柏努利方程得:2由題給數(shù)據(jù)知:Zi=2.2m-Pi=(Ziu2/2g=0.2mH2U1Hf0J）；-g2gfo=2.4m真空表的讀數(shù)為若干KPa?當(dāng)水溫由20C升到60C（此時(shí)飽和蒸汽壓為19.42KPa）時(shí)，發(fā)現(xiàn)真空計(jì)與壓強(qiáng)表的讀數(shù)跳動(dòng)，流量驟然下降，試問(wèn)出現(xiàn)了什么故障并提出排除措施。當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8.1KPa。P。_7-Z1g整理上式得:2=Zi+巖+He=（2.20.22.4）10009.81=47074Pa此即為真空表得讀數(shù)。2）判斷故障及排除措施當(dāng)水溫由20C升到60C時(shí)由于水的飽和蒸汽壓增大，泵吸入口壓強(qiáng)若低于操作溫度下水的飽和蒸汽壓強(qiáng)，則可能出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象，下面通過(guò)核算安

11、裝高度來(lái)驗(yàn)證：3P0Pv但8"2.238)1022-387mHg、_h_Hf04-一3./一2.2一3.8/mg10009.8120C清水時(shí)，泵的允許安裝高度為：注Hg實(shí)際安裝高度，故可安全運(yùn)行。當(dāng)輸送60C水時(shí)，水的密度為983.2kg/m3,飽和蒸汽壓19.92KPa則：（98.1-19.92）103A。co10009.81Hg=-3.7-2.2=2.07m五、應(yīng)用題（工程案例分析）：（12分）事情發(fā)生在1912年秋天，一艘當(dāng)時(shí)世界上最大的遠(yuǎn)洋巨輪“奧林匹克”號(hào)，正在茫茫的大海上航行。距它100米左右的海面上，一艘比它小得多的鐵甲巡洋船“豪客”號(hào)與它幾乎是平行地行駛著。突然，“豪

12、客”號(hào)像著了魔似的，扭轉(zhuǎn)船頭徑直向“奧林匹克”號(hào)沖去。情急之中，兩船的水手們趕緊打舵，但無(wú)論他們?cè)鯓硬倏v也沒(méi)用，只能眼睜睜地看著“豪客”號(hào)的船頭向“奧林匹克”號(hào)的船舷撞去，結(jié)果撞出了一個(gè)大洞。在法庭審理這樁奇案時(shí)，“豪客”號(hào)被判有過(guò)失的一方。問(wèn)：這個(gè)判決是否正確？試用所學(xué)流體流動(dòng)原理分析此次事故的原因。答：這個(gè)判決是錯(cuò)誤的。由伯努利方程可知，流體流動(dòng)時(shí)，其動(dòng)能與靜壓能可以相互轉(zhuǎn)換，速度大的一側(cè)壓力低，而速度小的一側(cè)壓力大。根據(jù)這一原理，兩條船并排行駛時(shí)，由于內(nèi)側(cè)船舷中間的流道較窄，水流比兩船的外側(cè)快，因此水對(duì)內(nèi)側(cè)的壓力比外側(cè)壓力要小。于是，船內(nèi)外的壓力差像一雙無(wú)形的巨手，把兩船推在一起，造成碰撞事故。由于“豪客”號(hào)噸位小，所以被推得快，看起來(lái)是小船撞了大船。1. 滿足方程式z+E=常數(shù)，貝u。2. 離心泵的部件包括葉輪、泵壹、軸封裝置。3. 流動(dòng)邊界層的含義是指在壁面附近存在較大速度梯度的流體層。4. 圓形直管內(nèi)，d一定，操作時(shí)若Vs增加一倍，則層流時(shí)hf是原值的倍；高度湍流時(shí)hf是原值的"倍（忽略粗糙度的影響）。5. 測(cè)量流體流量時(shí)，隨著流體流量增大，轉(zhuǎn)子流量計(jì)兩端壓差值恒定孔板流量計(jì)兩端壓差值變化。6. 顆粒在靜止流體中的沉降過(guò)程可分為兩個(gè)階段，第一階段為加諫，第二階段為一速。7. 依靠離心力實(shí)現(xiàn)顆粒沉降的過(guò)程稱為離心沉降;離心沉降分離