专升本化学工程专业2025年化工原理测试试卷（含答案）

专升本化学工程专业2025年化工原理测试试卷（含答案）考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题1.在圆形管内做层流流动时，粘性切应力最大的位置是（）。A.管壁处B.管中心处C.管中心与管壁的中间位置D.整个管截面均匀分布2.下列关于理想流体的说法中，正确的是（）。A.粘度为零B.可压缩性为零C.内摩擦力为零D.密度为常数3.某流体的密度为850kg/m³，运动粘度为1.2×10⁻⁶m²/s，其动力粘度为（）Pa·s。A.0.85B.1.2×10⁻³C.0.0012D.714.34.流体在管内做强制湍流流动时，其努塞尔特数（Nu）通常（）。A.小于1B.约等于1C.大于100D.约等于55.某离心泵的铭牌扬程为50m，当其工作点位于泵的特性曲线与系统特性曲线的交点时，该泵实际提供的扬程为（）。A.大于50mB.小于50mC.等于50mD.无法确定6.使用离心泵输送液体时，为防止气蚀现象发生，入口处的静压头应（）液体的饱和蒸汽压头。A.大于B.小于C.等于D.无关于7.传热的基本方式有（）。A.传导B.对流C.辐射D.扩散8.在稳态导热过程中，通过某一截面的热流量取决于（）。A.截面面积B.温度差C.导热系数D.以上都是9.间壁式换热器中，为提高传热效率，通常采取的措施有（）。A.增大传热面积B.减小总传热热阻C.增大冷热流体的温度差D.蒸汽走管程10.简单蒸馏适用于分离（）。A.沸点差异很大的混合液B.沸点相近的混合液C.易挥发组分含量很高的混合液D.液体与固体的混合物二、填空题1.流体流动型态分为______和______两种，判断流态类型的准数是______。2.水在φ108×4mm的钢管中做湍流流动，流量为50m³/h，其管壁处的速度为______m/s(水的密度取1000kg/m³，运动粘度取1.0×10⁻⁶m²/s)。3.某泵的效率为75%，在流量为100m³/h时，消耗的功率为15kW，该泵的扬程为______m。4.用泵将密度为1200kg/m³的液体从低处送到高处，所需的有效功率由______和______决定。5.稳态传热过程中，冷、热两流体的温度差沿传热面长度方向的变化情况，对流传热系数α沿传热面长度方向的变化情况，对于平壁______，对于圆管______。6.传热过程的强化，主要是通过增大______和减小______来实现的。7.蒸馏操作的依据是混合物中各组分______的差异。8.理想气体绝热膨胀过程，其温度将______。9.在吸收过程中，溶质在气膜和液膜内的扩散方向分别为______和______。10.某物料的比热容为1.5kJ/(kg·°C)，有10kg该物料从50°C加热到100°C，所需热量为______kJ。三、计算题1.(10分)水以2m/s的速度流经内径为0.1m的圆形直管，水的密度为1000kg/m³，运动粘度为1.0×10⁻⁶m²/s。试判断水的流动型态，并计算其雷诺数Re。若管长为10m，试计算由于摩擦阻力引起的压头损失hf。2.(10分)某离心泵特性曲线方程为：H=50-5Q²(H:扬程，m；Q:流量，m³/s)。系统中输送管路的特性曲线方程为：H=20+10Q²。试求该泵在系统中的工作点流量Q和扬程H。3.(10分)一平壁厚度为0.2m，壁两侧流体的温度分别为150°C和50°C，平壁的导热系数为0.5W/(m·°C)。试求通过该平壁的稳态热流量（W/m²）。若在壁的热侧增加一层厚度为0.1m、导热系数为0.25W/(m·°C)的材料，试求新的热流量。4.(10分)在套管式换热器中，外管为φ25×2.5mm，内管为φ19×2mm，传热面积为10m²。冷却水在内管中流动，流量为0.5kg/s，进、出口温度分别为15°C和35°C。冷却水对内管的平均对流传热系数为800W/(m²·°C)。假设管壁热阻和污垢热阻可忽略不计，试求：(1)冷却水出口温度（假设稳态操作）；(2)总传热系数K。5.(10分)在连续精馏塔中分离某二元理想混合物，原料液流量为100kmol/h，组成为0.6（易挥发组分），要求塔顶产品组成为0.95（易挥发组分），塔底产品组成为0.05（易挥发组分）。操作回流比为2.0（L/D）。试求：(1)塔顶馏出液流量L（kmol/h）；(2)塔底釜液流量W（kmol/h）。6.(10分)某常压吸收塔用洗油吸收混合气中的溶质。气体处理量为100m³/h（标准状态），溶质浓度为5%(体积分数)。要求溶质回收率为90%。洗油处理量为40kg/h，其平均比热容为1.8kJ/(kg·°C)，进塔温度为30°C，出塔温度为60°C。试求：(1)气相出口溶质浓度y₂；(2)洗油的出口温度（假设溶质在洗油中不积累，且塔内流动是等温的）。(标准状态下气体密度取1.2kg/m³)试卷答案一、选择题1.A2.A,C3.D4.C5.C6.A7.A,B,C8.D9.A,B,C10.A,C二、填空题1.层流，湍流，雷诺数2.1.273.304.阻力损失，静压头差5.保持不变，逐渐减小6.传热面积，总传热热阻7.沸点（或饱和蒸汽压）8.降低9.自气相主体向气液界面，自液相主体向气液界面10.750三、计算题1.解：管径d=(0.1-2×4)/2=0.02m，管截面积A=πd²/4=3.14×(0.02)²/4=3.14×10⁻³m²流速v=2m/s，密度ρ=1000kg/m³，运动粘度ν=1.0×10⁻⁶m²/s雷诺数Re=ρvd/ν=1000×2×3.14×10⁻³/1.0×10⁻⁶=62800Re>4000，故流动为湍流。对于湍流，可用Darcy-Weisbach方程计算压头损失：hf=f(L/d)×(v²/2g)摩擦系数f可用Blasius公式估算：f=0.079/Re⁰·₂₅=0.079/62800⁰·₂₅≈0.0038hf=0.0038×(10/0.02)×(2²/(2×9.81))≈0.38m答：流动为湍流，雷诺数Re为62800，压头损失hf约为0.38m。2.解：联立两曲线方程：H=50-5Q²H=20+10Q²50-5Q²=20+10Q²30=15Q²Q²=2Q=√2≈1.41m³/s(取正值，因流量为正)将Q代入任一方程求H：H=50-5(√2)²=50-10=40m答：工作点流量Q约为1.41m³/s，扬程H为40m。3.解：(1)原平壁热流量Q₁=(Aλ₁ΔT)/L=(1W/(m·°C)×(150-50)°C)/0.2m=500W/m²(2)加保温层后，总厚度L₁=0.2+0.1=0.3m总传热热阻R=(L₁/λ₁A)+(L₂/λ₂A)=(0.3/(0.5×1))+(0.1/(0.25×1))=0.6+0.4=1.0°C/W新的热流量Q₂=ΔT/R=(150-50)°C/1.0°C/W=100W/m²答：通过原平壁的热流量为500W/m²，加保温层后的热流量为100W/m²。4.解：(1)内管外径do=19+2=21mm=0.021m冷却水对管外表面的对流传热系数α₁=800W/(m²·°C)假设管壁热阻和污垢热阻可忽略，总传热系数K≈α₁/do=800/0.021≈38095W/(m²·°C)热流量Q=KAΔTm=38095W/(m²·°C)×10m²×(35-15)°C=1.53×10⁶W=1530kW水的比热容cₚ≈4.18kJ/(kg·°C)塔顶产品流量L=Q/(cₚΔT₁)=1530kW/(4.18kJ/(kg·°C)×(35-T₂)°C)假设全塔效率高，L≈F=0.5kg/s0.5≈1530/(4.18×(35-T₂))4.18×(35-T₂)≈306035-T₂≈732T₂≈-697°C(不合理)说明假设全塔效率高或L=F不成立。应使用热量衡算：Q=Fcₚ(T₂-15)+Lcₚ(35-T₂)1530=0.5×4.18×(T₂-15)+L×4.18×(35-T₂)整理得：1530=2.09T₂-31.35+17.63L-4.18LT₂1530+31.35=2.09T₂-4.18LT₂+17.63L1561.35=(2.09-4.18L)T₂+17.63L需要L的值。假设塔顶冷凝液流量与进料流量相同，L=F=0.5kg/s1561.35=(2.09-4.18×0.5)T₂+17.63×0.51561.35=(2.09-2.09)T₂+8.8151561.35=8.815(矛盾)此处简化模型或数据可能存在问题。若按Q=LcₚΔT₁，则T₂≈15°C。(2)K=Q/(AΔTm)=1530kW/(10m²×(35-15)°C)=153kW/°C答：简化计算下，假设Q=LcₚΔT₁，冷凝液出口温度T₂约等于进水温度15°C。总传热系数K约为153kW/°C。5.解：(1)L=F(α/L)=100×(2.0/(2.0+1))=100×(2/3)=66.67kmol/h(2)W=F-L=100-66.67=33.33kmol/h答：塔顶馏出液流量L为66.67kmol/h，塔底釜液流量W为33.33kmol/h。6.解：(1)溶质回收率η=(y₁-y₂)/y₁=1-y₂/y₁y₂=y₁(1-η)=0.05×(1-0.9)=0.05×0.1=0.005(摩尔分数)(2)气相总流量G=100m³/h/22.4m³/kmol=4.46kmol/h气相出口溶质流量G₂y₂=4.46×0.005=0.0223kmol/h洗油入口溶质流量L₁x₁=0kg/h(假设洗油为纯溶剂)洗油出口溶质流量L₂x₂理想溶液操作线关系：Lx₁+Gy₁=Lx₂+Gy₂0+4.46×0.05=Lx₂+4.46×0.005Lx₂=0.223-0.0223=0.2007洗油出口溶质浓度x₂=Lx₂/L=0.2007/40=0.00502假设溶质在洗油中不积累，即Lx₂≈0，则Gy₂≈0，y₁≈y₂。等温吸收，ΔT≈0，Q=Gcₚ(出口温度-入口温度)=0，矛盾。吸收过程热量衡算：Gcₚ(T₂-T₁)=Lc