合肥学院化工原理考试题答案概要.doc

化工原理考试题答案一、填空题：1.（3分） 雷诺准数的表达式为_。当密度1000kg.m,粘度=1厘泊的水,在内径为d=100mm,以流速为1m.s在管中流动时,其雷诺准数等于_,其流动类型为_. *答案* Re=d/ ; 10; 湍流2.（2分） 某流体在圆管中呈层流流动,今用皮托管测得管中心的最大流速为2m.s,此时管内的平均流速为_. *答案* 1m.s 3.（2分）当地大气压为750mmHg时,测得某体系的表压为100mmHg,则该体系的绝对压强为_mmHg,真空度为_mmHg. *答案* 850; -1004.（2分） 入管口的局部阻力系数等于_,出管口的局部阻力系数等于_。 *答案* 0.5 1.05.（3分） 某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为He=19m水柱,输水量为0.0079m.s,则泵的有效功率为_ 1472w _.6.（3分） 离心泵的主要特性曲线有、等。 QH； QN； Q；7.（2分） 离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生气蚀_现象。8.（3分） 悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降时，会受到_三个力的作用。当此三个力的_时，微粒即作匀速沉降运动。此时微粒相对于流体的运动速度，称为_ 。 *答案* 重力、阻力、浮力 代数和为零 沉降速度9.（6分） 某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500, 而环境温度为20, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,=0.57w.m.K,此时单位面积的热损失为_ 1140w _。(注:大型容器可视为平壁)10.（6分） 某间壁换热器中,流体被加热时,圆形直管内湍流的传热系数表达式为_.当管内水的流速为0.5m.s时,计算得到管壁对水的传热系数=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为0.8m.s时,此时传热系数=_ =3.81(kw.m.K)_. =0.023(/d)RePr =3.81(kw.m.K)二、选择题：1.（2分） 层流与湍流的本质区别是：( D )。 A. 湍流流速层流流速； B. 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C. 层流的雷诺数湍流的雷诺数；D. 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。2.（2分） 密度为1000 kg.m 的清水,在圆形导管（573.5mm ）内以3600kg.h 的流量流动,它的体积流量与流速分别为（ 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）在稳定流动系统中,水由粗管连续地流入细管,若粗管直径是细管的2倍，则细管流速是粗管的（ C ）倍。 A. 2 B. 8 C. 44.（2分） 离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( A ) A. 气缚现象 B. 汽蚀现象 C. 汽化现象 D. 气浮现象 5.（2分）离心泵最常用的调节方法是 ( B ) A. 改变吸入管路中阀门开度 B. 改变压出管路中阀门的开度 C. 安置回流支路，改变循环量的大小 D. 车削离心泵的叶轮 6.（2分） 离心泵效率最高的点称为 ( C ) A. 工作点 B. 操作点 C. 设计点 D. 计算点7.（2分） 旋风分离器主要是利用（ B ）的作用使颗粒沉降而达到分离。 A. 重力； B. 惯性离心力； C. 静电场8.（2分） 在平壁导热过程中qA（），传热推动力是（ B ）。 A. ; B. ; C. 9.（2分） 有一列管换热器，用饱和水蒸汽（温度为120 ）将管内一定流量的氢氧化钠溶液由20加热到80，该换热器的平均传热温度差为（ B ）。 A. -60/ln2.5; B. 60/ln2.5; C. 120/ln5四、问答题：1.（4分 流体在管路中流动时,有几种流动形态？写出判断流型的具体根据。 *答案* 两种流型：层流、湍流 判据：Re=du/，Re4000湍流； 2000Re4000过渡流2.（2分） 离心泵的主要构件有哪些？ *答案* 泵壳、泵盖、叶轮、轴。3.（4分） 什么是稳定传热和不稳定传热? *答案* 在传热过程中，传热面上各点的温度不随时间变化，称为稳定传热。稳定传热时，传热速率为定值。 反之，若传热面上各的温度随时间而变，则为不稳定传热。不稳定传热时，传热速率也随时间而变。 五、计算题：1.（12分） 用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油，流量为38.4T. h,高位槽中液面比油池中液面高20m, 管路总长(包括阀门及管件的当量长度) 430m,进出口阻力不计。管径为1084mm,若油在输送温度下的比重为0.96, 粘度为3430cp,求泵所需的实际功率,设泵的效率=50%。 *答案* 对贮油池液面至高位槽液面列柏努利方程：He=Z+(l+le )/d(u/2g)Z=20m l+le =430m d=108-24=100mm=0.1m u=Vs/0.785d =38400/36000.7850.1960 =1.415m.s Re=du/=0.11.415960/343010=39.62000 =64/Re=64/39.6=1.616 He=20+1.616(430/0.1) (1.415/29.81)=729.2m N=QHeg/=38400729.29.81/(36000.51000) = 152.6kw2.（8分） 现有一台离心泵，铭牌上标出允许吸上真空度H6m，用来输送20的清水，已知吸入管路的全部阻力损失为1.5 mHO，当地大气压为10mHO，若略去泵入口处的动压头。试计算此泵的允许安装高度Hg 为多少米？ 答案 Hg Hs U/2f 61.5 4.5m安装高度为4.5m。实际安装高度=4.5-0.5=4m3.（10分） 某平壁工业炉的耐火砖厚度为0.213m, 炉墙导热系数1.038w.m.K。其外用导热系数为0.07w.m.K的绝热材料保温。炉内壁温度为980, 绝热层外壁温度为38,如允许最大热损失量为950w.m。求:（1）绝热层的厚度; （2）耐火砖与绝热层的分界处温度答案* （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） 在换热器中,热水流量为2000kg.h,冷水流量为3000kg.h,热水进口温度T85,冷水进口温度t15,如要求将冷水加热到t35, 求采用并流和逆流时的平均温度差,冷、热水的平均比热可认为相等。 *答案* GC（TT）GC（tt） 2000（85T）3000（3015） 得T62.5 并流时 8562.5 1535 70 27.50t（7027.50）/（70/27.50） 45.5 逆流时 8562.5 3515 50 47.50 t（5047.50）/248.8耐火砖2某平壁燃烧炉由一层400 mm厚的耐火砖和一层200 mm厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500 ，外表面温度为100 ，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为，绝缘砖的导热系数为，。两式中的t可分别取为各层材料的平均温度。 解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即 （5-32）或 （5-32a）式中 代入1、2得 解之得 则 6在一传热面积为40 m2的平板式换热器中，用水冷却某种溶液，两流体呈逆流流动。冷却水的流量为30 000kg/h，其温度由22 升高到36 。溶液温度由115 降至55 。若换热器清洗后，在冷、热流体流量和进口温度不变的情况下，冷却水的出口温度升至40 ，试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。假设：（1）两种情况下，冷、热流体的物性可视为不变，水的平均比热容为4.174 kJ/(kg)；（2）两种情况下，分别相同；（3）忽略壁面热阻和热损失。 解：求清洗前总传热系数K 求清洗后传热系数由热量衡算 清洗前两侧的总传热热阻 7在一传热面积为25 m2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。冷却水的流量为28 000kg/h，其温度由25 升至38 ，平均比热容为4.17 kJ/(kg)。有机溶液的温度由110 降至65 ，平均比热容为1.72 kJ/(kg)。两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机溶液的处理量。 解： kJ/(kg) 求 有机物 110 65 水 38 25 72 40 8在一单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶剂。冷却水的流量为10 000 kg/h，其初始温度为30 ，平均比热容为4.174 kJ/（kg）。有机溶剂的流量为14 000 kg/h，温度由180 降至120 ，平均比热容为1.72 kJ/（kg）。设换热器的总传热系数为500 W/(m2)，试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积，设换热器的热损失和污垢热阻可以忽略。解： 冷却水的出口温度为逆流时并流时11某生产过程中需用冷却水将油从105 冷却至70 。已知油的流量为6 000 kg/h，水的初温为22 ，流量为2 000 kg/h。现有一传热面积为10 m2的套管式换热器，问在下列两种流动型式下，换热器能否满足要求： （1） 两流体呈逆流流动； （2） 两流体呈并流流动。 设换热器的总传热系数在两种情况下相同，为300 W/(m2)；油的平均比热容为1.9 kJ/(kg)，水的平均比热容为4.17 kJ/(kg)。热损失可忽略。 解：本题采用法计算 （1）逆流时 查图得 能满足要求 （2）并流时 查图得 不能满足要求沉降1颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2 650 kg/m3，直径为0.04 mm的球形石英颗粒在20 空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为2 650 kg/m3，球形度的非球形颗粒在20 清水中的沉降速度为0.1 m/ s，颗粒的等体积当量直径是多少？（3）密度为7 900 kg/m3，直径为6.35 mm的钢球在密度为1 600 kg/m3的液体中沉降150 mm所需的时间为7.32 s，液体的黏度是多少？解：（1）假设为滞流沉降，则： 查附录20 空气，所以，核算流型： 所以，原假设正确，沉降速度为0.1276 m/s。（2）采用摩擦数群法依，查出：，所以：（3）假设为滞流沉降，得： 其中 将已知数据代入上式得： 核算流型 2用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5 m，宽5 m，高4.2 m，固体杂质为球形颗粒，密度为3000 kg/m3。气体的处理量为3000（标准）m3/h。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。（1）若操作在20 下进行，操作条件下的气体密度为1.06 kg/m3，黏度为1.810-5 Pas。（2）若操作在420 下进行，操作条件下的气体密度为0.5 kg/m3，黏度为3.310-5 Pas。解：（1）在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为： 设沉降在斯托克斯区，则： 核算流型： 原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1.98510-5 m。（2）计算过程与（1）相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为： 设沉降在斯托克斯区，则： 核算流型： 原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4.13210-5 m。5用标准型旋风分离器处理含尘气体，气体流量为0.4 m3/s、黏度为3.610-5 Pas、密度为0.674 kg/m3，气体中尘粒的密度为2 300 kg/m3。若分离器圆筒直径为0.4 m，(1) 试估算其临界粒径、分割粒径及压力降。（2）现在工艺要求处理量加倍，若维持压力降不变，旋风分离器尺寸需增大为多少？此时临界粒径是多少？（3）若要维持原来的分离效果（临界粒径），应采取什么措施？解：临界直径式中 ， Ne=5 将有关数据代入，得 分割粒径为 压强降为 （2）不变所以，处理量加倍后，若维持压力降不变，旋风分离器尺寸需增大，同时临界粒径也会增大，分离效率降低。（3）若要维持原来的分离效果（临界粒径），可采用两台圆筒直径为0.4 m的旋风分离器并联使用。6在实验室里用面积0.1 m2的滤叶对某悬浮液进行恒压过滤实验，操作压力差为67 kPa，测得过滤5 min后得滤液1 L，再过滤5 min后，又得滤液0.6 L。试求，过滤常数，并写出恒压过滤方程式。解：恒压过滤方程为： 由实验数据知： ， ， 将上两组数据代入上式得： 解得 所以，恒压过滤方程为 （m3/m2，s）或 （m3，s）9. 在实验室用一个每边长0.16 m的小型滤框对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤试验。操作条件下在过滤压力差为275.8 kPa，浆料温度为20 。已知碳酸钙颗粒为球形，密度为2 930 kg/m3。悬浮液中固体质量分数为0.072 3。滤饼不可压缩，每1 m3滤饼烘干后的质量为1 620 kg。实验中测得得到1 L滤液需要15.4 s，得到2 L滤液需要48.8 s。试求过滤常数，滤饼的空隙滤，滤饼的比阻r及滤饼颗粒的比表面积a。解：根据过滤实验数据求过滤常数已知，；，及代入恒压过滤方程式 联立以上两式，解得，滤饼的空隙滤 悬浮液的密度 以1 m3悬浮液为基准求滤饼体积， 滤液体积 滤饼不可压缩时，所以，滤饼比阻为颗粒的比表面积 10板框压滤机过滤某种水悬浮液，已知框的长宽高为810 mm810 mm42 mm，总框数为10，滤饼体积与滤液体积比为n=0.1，过滤10 min，得滤液量为1.31 m3，再过滤10 min，共得滤液量为1.905 m3，试求（1）滤框充满滤饼时所需过滤时间；（2）若洗涤与辅助时间共45 min，求该装置的生产能力(以得到的滤饼体积计)。解：（1）过滤面积由恒压过滤方程式求过滤常数联立解出，恒压过滤方程式为代入恒压过滤方程式求过滤时间（2）