合肥學(xué)院化工原理考試題答案

1、化工原理考試題答案一、填空題：1.（3分） 雷諾準(zhǔn)數(shù)的表達(dá)式為_。當(dāng)密度1000kg.m,粘度=1厘泊的水,在內(nèi)徑為d=100mm,以流速為1m.s在管中流動時,其雷諾準(zhǔn)數(shù)等于_,其流動類型為_. *答案* Re=d/ ; 10; 湍流2.（2分） 某流體在圓管中呈層流流動,今用皮托管測得管中心的最大流速為2m.s,此時管內(nèi)的平均流速為_. *答案* 1m.s 3.（2分）當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?50mmHg時,測得某體系的表壓為100mmHg,則該體系的絕對壓強(qiáng)為_mmHg,真空度為_mmHg. *答案* 850; -1004.（2分） 入管口的局部阻力系數(shù)等于_,出管口的局部阻力系數(shù)等于_。 *答案

2、* 0.5 1.05.（3分） 某輸水的水泵系統(tǒng),經(jīng)管路計算得,需泵提供的壓頭為He=19m水柱,輸水量為0.0079m.s,則泵的有效功率為_ 1472w _.6.（3分） 離心泵的主要特性曲線有、等。 QH； QN； Q；7.（2分） 離心泵的安裝高度超過允許安裝高度時，離心泵會發(fā)生氣蝕_現(xiàn)象。8.（3分） 懸浮在靜止流體中的固體微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降時，會受到_三個力的作用。當(dāng)此三個力的_時，微粒即作勻速沉降運(yùn)動。此時微粒相對于流體的運(yùn)動速度，稱為_ 。 *答案* 重力、阻力、浮力 代數(shù)和為零 沉降速度9.（6分） 某大型化工容器的外層包上隔熱層,以減少熱損失,若容器外表

3、溫度為500, 而環(huán)境溫度為20, 采用某隔熱材料,其厚度為240mm,=0.57w.m.K,此時單位面積的熱損失為_ 1140w _。(注:大型容器可視為平壁)10.（6分） 某間壁換熱器中,流體被加熱時,圓形直管內(nèi)湍流的傳熱系數(shù)表達(dá)式為_.當(dāng)管內(nèi)水的流速為0.5m.s時,計算得到管壁對水的傳熱系數(shù)=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不變,僅改變水在管內(nèi)的流速,當(dāng)流速為0.8m.s時,此時傳熱系數(shù)=_ =3.81(kw.m.K)_. =0.023(/d)RePr =3.81(kw.m.K)二、選擇題：1.（2分） 層流與湍流的本質(zhì)區(qū)別是：( D )。 A. 湍流流速>層流流速；

4、B. 流道截面大的為湍流，截面小的為層流； C. 層流的雷諾數(shù)<湍流的雷諾數(shù)；D. 層流無徑向脈動，而湍流有徑向脈動。2.（2分） 密度為1000 kg.m 的清水,在圓形導(dǎo)管（57×3.5mm ）內(nèi)以3600kg.h 的流量流動,它的體積流量與流速分別為（ A ） A. 0.001 m.s和 0.51 m.s B. 0.01 m.s和 0.051 m.s C. 0.1 m.s和 0.051 m.s D. 0.001 m.s和 0.0051 m.s3.（2分）在穩(wěn)定流動系統(tǒng)中,水由粗管連續(xù)地流入細(xì)管,若粗管直徑是細(xì)管的2倍，則細(xì)管流速是粗管的（ C ）倍。 A. 2 B. 8

5、C. 44.（2分） 離心泵開動以前必須充滿液體是為了防止發(fā)生( A ) A. 氣縛現(xiàn)象 B. 汽蝕現(xiàn)象 C. 汽化現(xiàn)象 D. 氣浮現(xiàn)象 5.（2分）離心泵最常用的調(diào)節(jié)方法是 ( B ) A. 改變吸入管路中閥門開度 B. 改變壓出管路中閥門的開度 C. 安置回流支路，改變循環(huán)量的大小 D. 車削離心泵的葉輪 6.（2分） 離心泵效率最高的點(diǎn)稱為 ( C ) A. 工作點(diǎn) B. 操作點(diǎn) C. 設(shè)計點(diǎn) D. 計算點(diǎn)7.（2分） 旋風(fēng)分離器主要是利用（ B ）的作用使顆粒沉降而達(dá)到分離。 A. 重力； B. 慣性離心力； C. 靜電場8.（2分） 在平壁導(dǎo)熱過程中qA（），傳熱推動力是（ B ）。

6、 A. ; B. ; C. 9.（2分） 有一列管換熱器，用飽和水蒸汽（溫度為120 ）將管內(nèi)一定流量的氫氧化鈉溶液由20加熱到80，該換熱器的平均傳熱溫度差為（ B ）。 A. -60/ln2.5; B. 60/ln2.5; C. 120/ln5四、問答題：1.（4分 流體在管路中流動時,有幾種流動形態(tài)？寫出判斷流型的具體根據(jù)。 *答案* 兩種流型：層流、湍流 判據(jù)：Re=du/，Re<2000層流；Re>4000湍流； 2000<Re<4000過渡流2.（2分） 離心泵的主要構(gòu)件有哪些？ *答案* 泵殼、泵蓋、葉輪、軸。3.（4分） 什么是穩(wěn)定傳熱和不穩(wěn)定傳熱? *

7、答案* 在傳熱過程中，傳熱面上各點(diǎn)的溫度不隨時間變化，稱為穩(wěn)定傳熱。穩(wěn)定傳熱時，傳熱速率為定值。 反之，若傳熱面上各的溫度隨時間而變，則為不穩(wěn)定傳熱。不穩(wěn)定傳熱時，傳熱速率也隨時間而變。 五、計算題：1.（12分） 用泵自敞口貯油池向敞口高位槽輸送礦物油，流量為38.4T. h,高位槽中液面比油池中液面高20m, 管路總長(包括閥門及管件的當(dāng)量長度) 430m,進(jìn)出口阻力不計。管徑為108×4mm,若油在輸送溫度下的比重為0.96, 粘度為3430cp,求泵所需的實際功率,設(shè)泵的效率=50%。 *答案* 對貯油池液面至高位槽液面列柏努利方程：He=Z+(l+le )/d(u/2g)Z

8、=20m l+le =430m d=108-2×4=100mm=0.1m u=Vs/0.785d =38400/3600×0.785×0.1×960 =1.415m.s Re=du/=0.1×1.415×960/3430×10=39.6<2000 =64/Re=64/39.6=1.616 He=20+1.616×(430/0.1)× (1.415/2×9.81)=729.2m N=Q·He·g/=38400×729.2×9.81/(3600×

9、;0.5×1000) = 152.6kw2.（8分） 現(xiàn)有一臺離心泵，銘牌上標(biāo)出允許吸上真空度H6m，用來輸送20的清水，已知吸入管路的全部阻力損失為1.5 mHO，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?0mHO，若略去泵入口處的動壓頭。試計算此泵的允許安裝高度Hg 為多少米？ 答案 Hg Hs U/2f 61.5 4.5m安裝高度為4.5m。實際安裝高度=4.5-0.5=4m3.（10分） 某平壁工業(yè)爐的耐火磚厚度為0.213m, 爐墻導(dǎo)熱系數(shù)1.038w.m.K。其外用導(dǎo)熱系數(shù)為0.07w.m.K的絕熱材料保溫。爐內(nèi)壁溫度為980, 絕熱層外壁溫度為38,如允許最大熱損失量為950w.m。求:（1）絕熱

10、層的厚度; （2）耐火磚與絕熱層的分界處溫度答案* （1/A（TT）/（/） （98038）/（0.213/1.038/0.07）950 得：b20.055m （2）/A（TT）/（/） （980T）/（0.213/1.038）950 得：T7854.（10分） 在換熱器中,熱水流量為2000kg.h,冷水流量為3000kg.h,熱水進(jìn)口溫度T85,冷水進(jìn)口溫度t15,如要求將冷水加熱到t35, 求采用并流和逆流時的平均溫度差,冷、熱水的平均比熱可認(rèn)為相等。 *答案* GC（TT）GC（tt） 2000（85T）3000（3015） 得T62.5 并流時 8562.5 1535 70 27.5

11、0t（7027.50）/（70/27.50） 45.5 逆流時 8562.5 3515 50 47.50 t（5047.50）/248.8耐火磚2某平壁燃燒爐由一層400 mm厚的耐火磚和一層200 mm厚的絕緣磚砌成，操作穩(wěn)定后，測得爐的內(nèi)表面溫度為1500 ，外表面溫度為100 ，試求導(dǎo)熱的熱通量及兩磚間的界面溫度。設(shè)兩磚接觸良好，已知耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)為，絕緣磚的導(dǎo)熱系數(shù)為，。兩式中的t可分別取為各層材料的平均溫度。 解：此為兩層平壁的熱傳導(dǎo)問題，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時，通過各層平壁截面的傳熱速率相等，即 （5-32）或 （5-32a）式中 代入1、2得 解之得 則 6在一傳熱面積為40 m2的平板式

12、換熱器中，用水冷卻某種溶液，兩流體呈逆流流動。冷卻水的流量為30 000kg/h，其溫度由22 升高到36 。溶液溫度由115 降至55 。若換熱器清洗后，在冷、熱流體流量和進(jìn)口溫度不變的情況下，冷卻水的出口溫度升至40 ，試估算換熱器在清洗前壁面兩側(cè)的總污垢熱阻。假設(shè)：（1）兩種情況下，冷、熱流體的物性可視為不變，水的平均比熱容為4.174 kJ/(kg·)；（2）兩種情況下，分別相同；（3）忽略壁面熱阻和熱損失。 解：求清洗前總傳熱系數(shù)K 求清洗后傳熱系數(shù)由熱量衡算 清洗前兩側(cè)的總傳熱熱阻 7在一傳熱面積為25 m2的單程管殼式換熱器中，用水冷卻某種有機(jī)溶液。冷卻水的流量為28

13、000kg/h，其溫度由25 升至38 ，平均比熱容為4.17 kJ/(kg·)。有機(jī)溶液的溫度由110 降至65 ，平均比熱容為1.72 kJ/(kg·)。兩流體在換熱器中呈逆流流動。設(shè)換熱器的熱損失可忽略，試核算該換熱器的總傳熱系數(shù)并計算該有機(jī)溶液的處理量。 解： kJ/(kg·) 求 有機(jī)物 110 65 水 38 25 72 40 8在一單程管殼式換熱器中，用水冷卻某種有機(jī)溶劑。冷卻水的流量為10 000 kg/h，其初始溫度為30 ，平均比熱容為4.174 kJ/（kg·）。有機(jī)溶劑的流量為14 000 kg/h，溫度由180 降至120 ，平

14、均比熱容為1.72 kJ/（kg·）。設(shè)換熱器的總傳熱系數(shù)為500 W/(m2·)，試分別計算逆流和并流時換熱器所需的傳熱面積，設(shè)換熱器的熱損失和污垢熱阻可以忽略。解： 冷卻水的出口溫度為逆流時并流時11某生產(chǎn)過程中需用冷卻水將油從105 冷卻至70 。已知油的流量為6 000 kg/h，水的初溫為22 ，流量為2 000 kg/h?，F(xiàn)有一傳熱面積為10 m2的套管式換熱器，問在下列兩種流動型式下，換熱器能否滿足要求： （1） 兩流體呈逆流流動； （2） 兩流體呈并流流動。 設(shè)換熱器的總傳熱系數(shù)在兩種情況下相同，為300 W/(m2·)；油的平均比熱容為1.9 k

15、J/(kg·)，水的平均比熱容為4.17 kJ/(kg·)。熱損失可忽略。 解：本題采用法計算 （1）逆流時 查圖得 能滿足要求 （2）并流時 查圖得 不能滿足要求沉降1顆粒在流體中做自由沉降，試計算（1）密度為2 650 kg/m3，直徑為0.04 mm的球形石英顆粒在20 空氣中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度為2 650 kg/m3，球形度的非球形顆粒在20 清水中的沉降速度為0.1 m/ s，顆粒的等體積當(dāng)量直徑是多少？（3）密度為7 900 kg/m3，直徑為6.35 mm的鋼球在密度為1 600 kg/m3的液體中沉降150 mm所需的時間為7.32 s，液

16、體的黏度是多少？解：（1）假設(shè)為滯流沉降，則： 查附錄20 空氣，所以，核算流型： 所以，原假設(shè)正確，沉降速度為0.1276 m/s。（2）采用摩擦數(shù)群法依，查出：，所以：（3）假設(shè)為滯流沉降，得： 其中 將已知數(shù)據(jù)代入上式得： 核算流型 2用降塵室除去氣體中的固體雜質(zhì)，降塵室長5 m，寬5 m，高4.2 m，固體雜質(zhì)為球形顆粒，密度為3000 kg/m3。氣體的處理量為3000（標(biāo)準(zhǔn)）m3/h。試求理論上能完全除去的最小顆粒直徑。（1）若操作在20 下進(jìn)行，操作條件下的氣體密度為1.06 kg/m3，黏度為1.8×10-5 Pas。（2）若操作在420 下進(jìn)行，操作條件下的氣體密度

17、為0.5 kg/m3，黏度為3.3×10-5 Pas。解：（1）在降塵室內(nèi)能夠完全沉降下來的最小顆粒的沉降速度為： 設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則： 核算流型： 原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為1.985×10-5 m。（2）計算過程與（1）相同。完全能夠沉降下來的最小顆粒的沉降速度為： 設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則： 核算流型： 原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為4.132×10-5 m。5用標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器處理含塵氣體，氣體流量為0.4 m3/s、黏度為3.6×10-5 Pas、密度為0.674 kg/m3，氣體中塵粒的密度為2 300 kg

18、/m3。若分離器圓筒直徑為0.4 m，(1) 試估算其臨界粒徑、分割粒徑及壓力降。（2）現(xiàn)在工藝要求處理量加倍，若維持壓力降不變，旋風(fēng)分離器尺寸需增大為多少？此時臨界粒徑是多少？（3）若要維持原來的分離效果（臨界粒徑），應(yīng)采取什么措施？解：臨界直徑式中 ， Ne=5 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得 分割粒徑為 壓強(qiáng)降為 （2）不變所以，處理量加倍后，若維持壓力降不變，旋風(fēng)分離器尺寸需增大，同時臨界粒徑也會增大，分離效率降低。（3）若要維持原來的分離效果（臨界粒徑），可采用兩臺圓筒直徑為0.4 m的旋風(fēng)分離器并聯(lián)使用。6在實驗室里用面積0.1 m2的濾葉對某懸浮液進(jìn)行恒壓過濾實驗，操作壓力差為67 kPa，

19、測得過濾5 min后得濾液1 L，再過濾5 min后，又得濾液0.6 L。試求，過濾常數(shù)，并寫出恒壓過濾方程式。解：恒壓過濾方程為： 由實驗數(shù)據(jù)知： ， ， 將上兩組數(shù)據(jù)代入上式得： 解得 所以，恒壓過濾方程為 （m3/m2，s）或 （m3，s）9. 在實驗室用一個每邊長0.16 m的小型濾框?qū)μ妓徕}顆粒在水中的懸浮液進(jìn)行過濾試驗。操作條件下在過濾壓力差為275.8 kPa，漿料溫度為20 。已知碳酸鈣顆粒為球形，密度為2 930 kg/m3。懸浮液中固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.072 3。濾餅不可壓縮，每1 m3濾餅烘干后的質(zhì)量為1 620 kg。實驗中測得得到1 L濾液需要15.4 s，得到2 L濾

20、液需要48.8 s。試求過濾常數(shù)，濾餅的空隙濾，濾餅的比阻r及濾餅顆粒的比表面積a。解：根據(jù)過濾實驗數(shù)據(jù)求過濾常數(shù)已知，；，及代入恒壓過濾方程式 聯(lián)立以上兩式，解得，濾餅的空隙濾 懸浮液的密度 以1 m3懸浮液為基準(zhǔn)求濾餅體積， 濾液體積 濾餅不可壓縮時，所以，濾餅比阻為顆粒的比表面積 10板框壓濾機(jī)過濾某種水懸浮液，已知框的長×寬×高為810 mm×810 mm×42 mm，總框數(shù)為10，濾餅體積與濾液體積比為n=0.1，過濾10 min，得濾液量為1.31 m3，再過濾10 min，共得濾液量為1.905 m3，試求（1）濾框充滿濾餅時所需過濾時間；（2）若洗滌與輔助時間共45 min，求該裝置的生產(chǎn)能力(以得到的濾餅體積計)。解：（1）過濾面積由恒壓過濾方程式求過濾常數(shù)聯(lián)立解出，恒壓過濾方