合肥学院化工原理考试题答案

1、化工原理测试题答案一、填空题：1.3分雷诺准数的表达式为 .当密度p = 1000kg.m ,粘度科=1厘泊白水,在内彳至为d=100mm,以流速为1m.s 在管中流动时淇雷诺准数等于 其流动类型为.* 答案*Re=d u p / 科；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央的最大流速为2m.s ,此时管内的平均流速为.* 答案 * 1m.s3. 2分当地大气压为 750mmHg时,测得某体系的表压为 100mmHg,那么该体系的绝对压强 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 .

2、* 答案*0.51.05. 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 ,那么泵的有效功率为1472w.6. 3分离心泵的主要特性曲线有、等.QH;QN;Q刀；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,假设容器外表温度为 500 C ,而环境温

3、度为20 C,采用某隔热材料,其厚度为240mm,入=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a=2.61kw.m .K.假设水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为0.8m.s 时,此时传热系数 a = a =3.81kw.m .K .a =0.023入 /dRe Pra =3.81kw.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

4、；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57X 3.5mm 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.sC. 0.1 m .s 和 0.051 m.sD. 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,假设粗管直径是细管的2倍,那么细管流速是粗管的C 倍.A. 2 B. 8 C. 44. 2分离心泵开动以前必须充满?体是为了预防发生A A.气缚

5、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分旋风别离器主要是利用 B 的作用使颗粒沉降而到达别离.A.重力；B.惯性离心力；C.静电场8. 2分在平壁导热过程中4=入人1t /8,传热推动力是 B .A.入；B. t t ;C. 89. 2分 有一列管换热器,用饱和水蒸汽温度为 120 C将管内一定流量的氢氧化钠 溶液由20c加热到80C,该换热器的平均传热

6、温度差A t 为B .A. -60/ln2.5; B. 60/ln2.5; C. 120/ln5四、问做题：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 P / it, Re<2000 层流；Re>4000 湍流；2000<Re<4000 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,假设传热面上各的温度随时间而变,那么为不稳定传热.不稳定传

7、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.108X 4mm,假设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刀=50%.*答案*对贮油池液面至高位槽液面列柏努利方程：He=AZ+ 入l+ E le /du/2g Z=20m l+2 le =430md=108-2 x 4=100mm=0.1mu=Vs/0.785d=38400/3600 X 0.785 X 0.1 X 960=1.415m

8、.sRe=du p / 科=0.1 X 1.415 X 960/3430 X 10=39.6<2000入=64/Re=64/39.6=1.616He=20+1.616 抬30/0.1)(仅415/2 X 9.81)=729.2mN=Q- He p g/ r =38400 X 729.2 X 9.81/(3600 X 0.5 X 1000) =152.6kw2. (8分)现有一台离心泵,铭牌上标出允许吸上真空度H =6m,用来输送20c的清水,吸入管路的全部阻力损失为 1.5 mH O,当地大气压为10mH O,假设略去泵 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 =

9、Hs -U /2g-Eh f= 6-1.5=4.5m安装高度为4.5m o实际安装高度=4.5-0.5=4m3. (10 分)某平壁工业炉的耐火醇厚度为0.213m,炉墙导热系数入=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 C ,绝热层外壁温度为 38 C ,如允许最大热损失量为 950w.m .求：(1)绝热层的厚度；(2)耐火科与绝热层的分界处 温度答案*(1q/A=(T T )/(b /入 +b /入 )=( 980 38) / (0.213/1.038+b /0.07) = 950得：b2= 0.055m(2) q /A= (T

10、 T ) / (b /入)=( 980T ) / (0.213/1.038) = 950得：T =785C4. (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T =85C,冷水进口温度t = 15 C,如要求将冷水加热到 t = 35 C ,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*G C (T T ) = G C (tt )2000 (85T ) = 3000 (30 15)得 T =62.5 C并流时 85 C625c15Cf 35 c7027.50At = ( 70 27.50) / ( 1 n 70/27.50

11、)= 45.5C逆流日85 C625c35C 15C5047.50At = ( 50+47.50) /2=48.8C耐火科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,测得炉的内外表温度为1500 C,外外表温度为100 C,试求导热的热通量及两砖间的界面温度.设两科接触良好,耐火科的导热系数为1 0.8 0.0006t,绝缘科的导热系数为2 0.3 0.0003t , W/(m C).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Qi Q2 Q(5-32)Q t1 t21Sbi

12、Q t2 t32 S b2(5-32 a)式中 i 0.8 0.0006t 0.8 0.0006 1500 t 1.25 0.0003t200 t2 0.3 0.0003t 0.3 0.00030.315 0.00015t2代入为、江得1500 tt 100(1.25 0.0003t) (0.315 0.00015t)0.40.2解之得t t2 977 C1 1.25 0.00031.25 0.0003 977 W m C 1.543W m C1.5431500 9770.42021W. m26.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 3

13、0 000kg/h,其温度由22 C升高到36 C.溶液温度由115 c降 至55 C.假设换热器清洗后,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 C,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 K115 3655 22,115 36In 55 2252.7 C旦 30000 4.174 10336 22 w m2 CS tm3600 40 52.7231W, m2 C求清洗后传热系数K由热

14、量衡算WhCp,h(T1T2)WJ,c(t2t1)WhCp,h(T1T2)WCp,c(t2t1)WcCp,c(t2W1cp,ht1)T1T2T1 t2t1t2t1115 5511540 22 C 37.9 C36 22tm115 4037.9 22115 40In38.1 C37.9 223一 30000 4.174 1040 22K 3600 40 38.1m2 C 410.8W2m2 C清洗前两侧的总传热热阻Rs231 410.8m2C W 1.9 10 3m27.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 c升至

15、38 C,平均比热容为4.17 kJ/(kg C).有机溶液的 温度由110 C降至65 C,平均比热容为1.72 kJ/(kg C).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：Cp,c4.17 kJ/(kg C )QWcCp,c(t2tj2800036004.17 10338 25 W 4.22 105W有机物水110 6538t 7240tm7240 c八C 54.4 C,72In -4054.22 1025 54.4C310.3W m2 CWhQCph 1 T24.22 1051 .72 103110一 kg s 5.45

16、2 kg s 1.963 104 kg h 65冷却水的出口温度为Qt2t161.4448 10WcCpc30 C 64.61 C10000 4.1748.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 C,平均比热容为4.174 kJ/ (kg-C).有机溶剂的流量为14 000 kg/h, 温度由180 C降至120 C,平均比热容为1.72 kJ/ (kg -C).设换热器的总传热系数为500W/(m2 ：C),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：Q Wcph T1T214000 1

17、.72 180 120 kJ h 1.4448 106 kJ h 401.3kW逆流时并流时tm180 64.61120 30180 64.61ln120 303401.3 102m500 102.2tm120 64.61180 30120 64.61ln180 303401.3 103K tmm500 94.97一 25 39 一 一CC 102.2 C115.39 ln 90 27.854m94.61- c c cC 94.97 C55.39ln 1508.452m211.某生产过程中需用冷却水将油从105 C冷却至70 C.油的流量为 6 000kg/h,水的初温为22 C,流量为2 0

18、00 kg/h.现有一传热面积为10 m2的套管式换热器, 问在以下两种流动型式下,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 C)；水的平均比热容为4.17 kJ/(kg C热损失可忽略.解：此题采用NTU法计算(1)逆流时WhCph600036002.9103 W.C 3166.7W- CWcCpc200036004.17103 WC 2316.7W. CCminCRcm max2316.73166.70.732(NTU )minKS300 10查图得Cmin231

19、6.71.2950.622Cmin(T t)0.622 2316.710522 W 1.196510 WT2TiWhCph10551.196 10-C3166.767.2 C 70 C 能满足要求(2)并流时Cr0.732 (NTU)min 1.2950.5262316.7 105 22 W1.011 105wT210551.011 10 C 73.13166.7C 70 C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2密度为2 650 kg/m3,球形度形石英颗粒在20 C空气中自由沉降,沉降速度是多少0.6的非球形颗粒在 2

20、0 C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/m 3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,那么:查附录20 c空气 1.205kg/m 3 ,1.81 10 5 Pa s,所以,Utd2 s g180.043 210 32650 1.205 9.8118 1.8110 5m s 0.1276m s核算流型:RedUt 1.2050.1276 0.04 10 351.81 10 50.34所以,原假设正确,沉降速度为0.1276 m/

21、s.2采用摩擦数群法14 s gRe 2-3 2u；54 1.81 10 5 26501.205 9.81233 1.2052 0.13431.9依 0.6, Re 1431.9,查出:RetUtde0.3,所以:,0.3 1.81 105de4.5061.205 0.110 5m45 pm3假设为滞流沉降,得:d2( s )g18ut其中ut h.0.15 7.32m s 0.02049m. s将数据代入上式得:20.006352 7900 1600 9.81 Pa s18 0.020496.757Pa s核算流型dut 0.00635 0.02049 1600Re 6.7570.03081

22、 12.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/ho试求理论上能完全除去的最小颗粒直径.(1)假设操作在20 C下进行,操作条件下的气体密度为1.06 kg/m3,黏度为 1.8X0-5Pa?s(2)假设操作在420 C下进行,操作条件下的气体密度为0.5 kg/m3,黏度为 3.3X0-5Pa?$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:5,sUtbl273 203000 273 m s 0.03577 m s3600 5 5设沉降在斯托克斯区,那么:ut

23、 0.03577 d-J应 18d 18 Ut：18 1.8 105 0.03577'(s )g (3000 1.06) 9.8151.985 10 m 19.85m核算流型:5cdUt1.985 10 5 0.03577 1.06Re - 5 0.0418 11.8 10 5原设滞流区正确,能够完全除去的最小颗粒直径为1.985 X10-5 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:q%sUt 一 bl273 4203000 273m s 0.0846 m. s3600 5 5设沉降在斯托克斯区,那么:d(：8U)g18 3.3 105 0.0846(3

24、000 0.5) 9.8154.132 10 m 41.32 m核算流型:5dUt4.132 10 5 0.0846 0.5Re -53.3 105原设滞流区正确,能够完全除去的最小颗粒直径为4.132 10-5 m.5.用标准型旋风别离器处理含尘气体,气体流量为0.4 m3/s、黏度为 3.6 10-5 Pa?s 密度为0.674 kg/m3,气体中尘粒的密度为2 300 kg/m3.假设别离器圆筒直径为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,假设维持压力降不变,旋风别离器尺寸需增大为多少此时临界粒径是多少3假设要维持原来的别离效果临界粒径,应采取什么举

25、措?解：临界直径d9 B：Ne sUiNe=5qv,s uhB04 0.1m, h D/2 40.4m s 20 m s0.12将有关数据代入,得,9 3.6 10 5 0.16de .m 6.698 10 mV 5 20 2300 n6.698 10分割粒径为d 50口27： Ui0.273.6 10 5 0.420 2300 0.674m 4.778 10 6m 4.778压强降为2Ui28 20- 0.674Pa 1078.4Pa2(2) p, u不变Ui 一hBqv,sDD248qv,sUi-8 2 0.4m 0.5657m20de0.27Ne sUi9 3.6 100.56573 4

26、一m 7.96 10 6m3.14 5 2300 20所以,处理量加倍后,假设维持压力降不变,旋风别离器尺寸需增大,同时临界粒径也会 增大,别离效率降低.(3)假设要维持原来的别离效果(临界粒径) ,可采用两台圆筒直径为0.4 m的旋风别离器并联使用.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K, Ve , 并写出恒压过滤方程式.解：恒压过滤方程为：2q 2qqe K由实验数据知：1 5minq1 0.001 0.01m3/m21 ,0.1常数K和Ve

27、,滤饼的空隙滤 舟滤饼白比阻r及滤饼颗粒的比外表积 a.解：根据过滤实验数据求过滤常数K, Ve 15.4s, V0.001m3；48.8s, V 0.002m3及 A 2 0.162m2 0.0512m2代入恒压过滤方程式V2 2VVe KA210 6 2 10 3Ve 15.4 0.05122K_ 6_ 3_2_ 54 104 10 Ve 48.8 0.051210 K联立以上两式,解得K 4.234 10 5m2/sVe 3.547 10 4 m3滤饼的空隙滤年 0.4471 2930悬浮液的密度msVX F0.072329300 9277 kg/m 3 1050kg/m3 1000 )

28、以1 m3悬浮液为基准求1050 0.0723 3滤饼体积Vs m3162030.04686m3,滤液体积V1 Vs 0.9531m0.046860 0492.0.9531 0.0492滤饼不可压缩时,2k p2 p rv所以,滤饼比阻为2 275.810335 m10 3 0.0492 4.234 10 52 2.648 1014m 2颗粒的比外表积1430.52.648 100.4471 0.5)(2)5 (1 0.4472)2 F 3623m m 3.935 10 m . m10.板框压滤机过滤某种水悬浮液, 框的长 侬X高为810 mmX810 mmX42 mm ,总框数为10,滤饼体

29、积与滤液体积比为=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假设洗涤与辅助时间共45 min,求该装置的生产水平以得到的滤饼体积计.解：1过滤面积 A 0.812 2 10 13.122m2由恒压过滤方程式求过滤常数1.312 2 1.31Ve 13.1222 10 60K联立解出 Ve 0.1376m3, K 2.010 10 5m2/s恒压过滤方程式为 V2 0.2752V 3461 10 3Vc 0.81 0.81 0.042 10m30.2756m3Vc3V - 2.756m3 v代入恒

30、压过滤方程式求过滤时间_2_32.7562 0.2752 2.756 / 3.461 10 3 s 2414s 40.23min(2)生产水平0.2756m3/s 4.823 10 5m3/s 0.206m3/h2414 45 60400 mmHg.测得,12.用一小型压滤机对某悬浮液进行过滤试验,操作真空度为K 4 10 5m2/s , qe 7 10 3m3/m2 ,(=0.2.现用一台 GP5-1.75型转筒真空过滤机在相同压力差下进行生产(过滤机的转鼓直径为1.75 m ,长度为0.9 m,浸没角度为1200),转速为1 r/min.滤饼不可压缩.试求此过滤机的生产水平及滤饼厚度.解：过滤机回转一周的过滤时间为60/1詈js 20s由恒压过滤方程求此过滤时间可得滤液量254q2 0.014q 4 10 58 10 4解得 q 0.02214m3/m2过滤面积 A DL 1.75 0.9 nm24.946m2所得滤液 V qA 0.02214 4.946m3 0.1095m3转筒转一周的时间为 60 60s n所以转筒真空过滤机的生产水平为Q 60nV 60 1 0.1095m3/h 6.57m3