1994年浙江大学考研化工原理真题及答案.doc

1994年（共七大题）1（12分）用一条水管将两个水位差为6m的水库连通。管线总长为720m,在离高位水库240m管线上的C点处于管线的最高位置,C点高出高位水库的水面3m。管线的直径为1m,水在该管内流动的摩擦系数=0.04。 试求(1)管内的流量,以m3/h表示;(2)点C的流体压力。如果管线在点C发生破裂,将会发生什么现象。LAB=720mm, LAC=240mm, HCA=-3m, HCB=-6m, d=1m,=0.04,求：(1)Q；（）Pc,若c破裂，发生什么现象？ Solu: (1)列间的衡算式 Et0= Et1+Wf0-1 即 CA=CB+ Wf0-1=CB+(LAB/d)(u2/2g) u(2dg/LAB)( CA-CB)0.5=2.02m/s Q=Au=ud2/4=1.59m3/s=5709m3/h 即 管内流量为5709 m3/h (2)列间的衡算式 Et0= Etc+Wf0-c 即 Pa/g= Pc/g+(LAc/d)(u2/2g)+ (u2/2g)+Hc Pc= Pa-（LAc/d) (u2)/2- g Hc 80677Pa 如果点破裂，Pa= Pc 假设此时水管中的水静止 则u=0那么EtA= Pa/ EtC =Pc/+g (Hc-HA ) 则EtC EtA则水将由C点回流至A2（12分）用一直径为200mm的管道将一高位水库中的水引到水库水面以下70m处排入大气,管线全长为100m。管线上装有一水轮机,用它来带动发电机发电。已知管路的摩擦系数=0.03,试求：(1)每kg水流经水轮机时,所能提供能量的表达式;(2)管内的水流经水轮机时,所能提供功率的表达式;(3)如水轮机-发电机组的效率为60%,试求最大发电功率.d=200mm,H=70m,L=100m,=0.03, 求：每kg水提供能量的表达式;提供功率的表达式；=60%时，Nmax？SOLU: 在间划定衡算范围，By Bernoulli-LawEt0= Et1+Wf0-1, H0=(L/d)(u2/2g)所以 流速 u20dg/L0.5=9.57m/s设水轮机置于距出口米处，在间进行衡算，EtA= Et1+Wf-1=Pa/+(H u2/2d)=101.325 + 6.87H 每kg水提供能量的表达式为EtA=101.325+6.87提供功率的表达式为 V EtA,V=uA uAEtA3.04104+2.064103H 0.6时 ，5.07104+3.44103H max= (H=70m)=2.91105W=291.466kW 每kg 水流经水轮机时，提供能量表达式为EtA= 101.325+6.87H每kg水流经水轮机时，提供功率的表达式为 3.04104+2.064103H =60%时，最大发电为291.466kW3（12分）有两个铜质薄球壳,内球壳外径为0.05m,外球壳内径为0.1m,两球壳间装入一种其导热系数待测的粉粒料。内球内用电加热,输入电功率为50W,热量稳定地传向外球,然后散发到周围大气中。两球壁上都装有热电偶,测得内球壳的平均壁温为120,外球壳的平均壁温为50，周围大气环境温度为20,设粉粒料与球壁贴合,试求: (1)待测材料的导热系数;(2)外球壁对周围大气的传热系数。d=0.05,D=0.1,N=50w,T1=50, T2=120, t0=20, 求：（）；（）SOLU: (1)Q=Am(T2-T),其中， Am（AA ）ln(A1 /A2), A=4D2, A2=4d2, 2Qln(D/d)/(D2-d2)( T2-T)=10.5W/m2. (2)Q=kAw(tw-t)= kA1(T1-t0) k=Q/A1(t1-t0)=50/40.12(50-20)=13.26w/m2. 待测材料的导热系数为10.5W/m2.；外球壁对周围大气的传热系数为13.26W/m2.4（12分）一油槽内装有1吨热的重油,用冷却水流经装于油槽内的盘管式换热器以冷却重油。已知冷却水的流量2kg/s,水的进口温度维持为20不变。由于油-水间的换热,2小时内将油从120冷却到80,已知冷却盘管的传热面积为2m2,试核算该换热器的传热系数。已知水的比热为4.18kJ/(kgK),重油的比热为3.00kJ/(kgK),槽内油温均匀一致,并可略去热损失。W=1T=103kg,ms2=2kg/s,t1=20,=2hr, T1=120, T2=80,A=2m2, Cp2=4.18kJ/kgK, Cp1=3.00kJ/kgK,QL=0,求.SOLU: Q=KAtm=Wcp1(T1-T2)=ms2Cp2(t2-t1) t2=t1+ WCp1(T1-T2)/ (ms2Cp2)=22 tm=( T1-t2)-( T2-t1)/Ln(T1-t2)/(T2-t1)=77.45 K= WCp1(T1-T2)/ Atm=0.1W/m2K即 该换热器的传热系数为0.1W/m2K .5（12分）有一面积为10cm2带有保护套的热电偶嵌入一输送空气的长管内,用来测量空气的温度。已知热电偶的温度读数为300,输气管的壁温为200,空气对保护套管的对流传热系数为60W/(m2K),该保护套管的黑度为0.8,试估算由于辐射所造成的气体温度测量误差。并试述减小测量误差的途径.已知Stefan-Boltzmann常数=5.6710-8W/(m2k4)。A=10cm2, T1=300, Tw=200,1=60 W/m2K,1=0.8,Co=5.6710-8 W/m2K4,求误差及减小误差途径?SOLU:设气体温度的真实值为Tg,遮垫罩表面温度，热电偶指示温度，则： q =1(Tg-T1)=1Co(T1/100)4- (TW/100)4 , 得Tg=343.7气体以对流方式传给遮热罩内外表面的传热速率，q1=21(Tg-T1)60(343.7-T2)遮热罩对管壁的散热速率qCo(T2/100)4- (TW/100)4 , q1=q2于是可从两式用试差法求出遮垫壁温 590K气体对热电偶的对流传热速率q=1(Tg-T1)60(343.7273.15-T1)=37011-60T1热电偶对遮热罩的辐射散热速率 qCo(T1/100)4- (T/100)44.536(T1/100)4- 5496.43由qq，求出热偶的指示温度606.3K此时，测温误差（绝对误差）为606.3-573.15=33.15K,相对误差为5.5%.不用遮热罩时的测温绝对误差为343.7-300=43.7k,相对误差为7.1%.所以 采用遮垫罩可减小测量误差；另外，可通过降低热电偶黑度，提高气体对热电偶的局部给热系数，加强管道保温措施等方法以提高壁温减小误差。6（12分）有一常压连续操作的精馏塔用来分馏苯-甲苯混合液。塔顶设有一平衡分凝器,自塔顶逸出的蒸气经分凝后,液相的摩尔数为气相摩尔数的一倍,所得液相全部在泡点下回流入塔,所得气相流经全凝器冷后作为产品取出。已知产品中含苯为0.95摩尔分率,苯对甲苯的相对挥发度可取2.5。试计算自塔顶向下数第二块理论板的上升蒸气组成。平衡分凝器，xD=0.95,=2.5 求y2SOLU: R=L/D=1 所以 精馏段操作线 y=Rx/(R+1)+xD/(R+1),=0.5X+0.475 -(1) 平衡线 y=x/1+(-1)x=2.5x/1+1.5x,x=y/(2.5-1.5y)(2)y1=xD=0.95 (2) x1=0.884 (1) y2=0.917即 第二块理论板上升蒸汽组成为0.917顶逸出的蒸气经分凝后,液相的摩尔数为气相摩尔数的一倍,所得液相全部在泡点下回流入塔,所得气相流经全凝器冷后作为产品取出。已知产品中含苯为0.95摩尔分率,苯对甲苯的相对挥发度可取2.5。试计算自塔顶向下数第二块理论板的上升蒸气组成。7（12分）将20压力为101.3kPa、相对湿度为70%的空气经间壁式换热器加热到120后,送入一对流式干燥器,用来干燥400kg/h的固体湿物料。已知湿物料的初始湿含量为10%,最终湿含量为1%(皆为湿基百分率)。空气离开干燥器时的温度为60,相对湿度30%,试求(1)空气自预热器出口的相对湿度;(2)产品量,kg/h;(3)干空气用量,kg/h;(4)预热器加热量;(5)如干燥器入口处,热空气的线速度为0.4m/s,试求该圆筒形干燥器的直径。 已知：干空气比热为1.01kJ/(kgK);水汽比热为1.88kJ/(kgK);水在0时的汽化热为2492kJ/kg,水的蒸汽压方程为lnp=23.1964-3816.44/(T-46.13), p以Pa表示,T以K表示.t0=20,P=101.3kPa, 0=70%,t1=120,G1=400kg/h,w1=10%, w2=1%, t2=60,2=30%,Ca=1.01kJ/kg., Cw=1.88kJ/kg.,r0=2492kJ/kg, LnP=23.1964-3816.44/(T-46.13),(T-k,P-Pa),求：（）1;(2)G2;(3)L(kg/h);(4)Qp;(5)u1=0.4m/s,D=?SOLU: (1)LnPS,0=23.1964-3816.44/(t0+273.15-46.13) PS,02313.4Pa,P0=PS,0=1619.4PaH0=0.622P0/(P-P0)=0.01=H1=0.622 P1/(P- P1),P0=P10PS,0=1PS,1LnPS,1=23.1964-3816.44/(t1+273.15-46.13) PS,1=198520.5Pa y0PS,0/ PS,1=0.816% (2)W=G1(w1-w2)/( 1-w2)= G2(w1-w2)/( 1-w1), G2= G1 ( 1-w1)/( 1-w2) G2=363.6kg/h (3)W= G1 (w1-w2)/(1-w2)=36.36kg/h LnPS,2=23.1964-3916.44/( t1+273.15-46.13) PS,2=19922.92Pa P2=2PS,2=5976.88Pa,H2=0.622P2/(P-P2)=0.04 L=W/( H1-H2)=W/( H2-H0)=1254.2kg/h=0.35kg/s(4)Qp=L