2025 年大学化学工程与工艺（化工传递过程）试题及答案

2025年大学化学工程与工艺（化工传递过程）试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______一、选择题（总共10题，每题3分，每题只有一个正确答案，请将正确答案填入括号内）1.化工传递过程不包括以下哪种传递现象（）A.动量传递B.热量传递C.质量传递D.化学反应传递2.对于层流流动，以下说法正确的是（）A.流体质点作无规则的紊乱运动B.速度分布呈抛物线形C.雷诺数大于某一临界值D.能量损失主要由黏性摩擦引起3.傅立叶定律描述的是（）A.动量传递B.热量传递C.质量传递D.化学反应速率4.质量传递的基本方式不包括（）A.分子扩散B.对流扩散C.湍流扩散D.渗透扩散5.以下哪种情况会使对流传热系数增大（）A.流体流速减小B.流体黏度增大C.传热壁面粗糙度增大D.管径增大6.在双组分系统的分子扩散中，若某一组分的扩散通量为零，则说明（）A.该组分浓度处处相等B.系统处于平衡状态C.扩散系数为零D.存在静止组分7.对于稳态导热，以下说法错误的是（）A.温度不随时间变化B.热流密度不随位置变化C.导热系数为常数D.存在内热源8.以下哪种设备不属于化工传递过程中常用的设备（）A.换热器B.精馏塔C.反应器D.吸收塔9.当流体在圆形管道中流动时，若流量不变，将管径减小一半，则流速变为原来的（）倍A.2B.4C.8D.1610.对于气液两相平衡系统，以下说法正确的是（）A.气相和液相温度不同B.气相和液相压力不同C.气相和液相组成相同D.气相和液相处于动态平衡二、多项选择题（总共5题，每题5分，每题至少有两个正确答案，请将正确答案填入括号内）1.化工传递过程中的三种传递现象相互关联，以下哪些是它们之间的联系（）A.动量传递会影响热量传递B.热量传递会影响质量传递C.质量传递会影响动量传递D.三者之间没有直接联系2.以下哪些因素会影响对流传热系数（）A.流体的种类B.流体的流速C.传热壁面的形状D.环境温度3.在质量传递中，分子扩散系数与以下哪些因素有关（）A.温度B.压力C.组分的性质D.扩散距离4.对于稳态流动的流体，以下哪些物理量不随位置变化（）A.流速B.压力C.温度D.质量流量5.化工传递过程中常用的数学模型有（）A.微分方程模型B.积分方程模型C.经验关联式模型D.离散模型三、判断题（总共10题，每题2分，判断对错，请在括号内打√或×）1.化工传递过程只研究宏观的传递现象，不涉及微观的分子运动。（）2.层流流动时，流体的黏性力起主导作用，惯性力可以忽略不计。（）3.热导率越大的材料，其导热性能越好。（）4.分子扩散系数与物质的本性无关，只与温度和压力有关。（）5.对流传热系数是一个与流体性质和流动状态无关的常数。（）6.稳态导热时，热流密度与温度梯度成正比。（）7.在化工传递过程中，质量传递只能发生在有浓度差的地方。（）8.流体在管道中流动时，若流动状态为湍流，则雷诺数一定大于层流时的雷诺数。（）9.对于气液传质过程，相平衡常数越大，说明该组分在气相中的溶解度越大。（）10.化工传递过程中的各种传递现象都可以用相同的数学方法进行描述。（）四、简答题（总共3题，每题10分，请简要回答以下问题）1.简述动量传递、热量传递和质量传递的基本概念，并说明它们在化工生产中的重要性。2.说明对流传热系数的影响因素，并举例说明如何通过改变这些因素来强化传热过程。3.在化工传递过程中，如何运用数学模型来解决实际问题？请举例说明。五、计算题（总共2题，每题15分，请详细解答以下问题）1.某流体在圆形管道中作层流流动，已知管道内径为0.05m，流体黏度为0.001Pa·s，流量为0.001m³/s，求流体在管道中心处的流速和管壁处的剪应力。2.有一逆流操作且无泄漏的列管式换热器，用饱和水蒸气将某溶液由20℃加热到80℃。已知溶液的流量为1000kg/h，比热容为2kJ/(kg·℃)，水蒸气的冷凝温度为120℃，传热系数K=1000W/(m²·℃)，换热器的传热面积为10m²。试求（1）热负荷；（2）所需的饱和水蒸气量。答案：一、选择题1.D2.B3.B4.D5.C6.A7.D8.C9.B10.D二、多项选择题1.ABC2.ABC3.ABC4.BD5.AC三、判断题1.×2.√3.√4.×5.×6.√7.√8.√9.×10.×四、简答题1.动量传递是流体中由于速度差异引起的动量转移现象；热量传递是因温度差导致的能量传递；质量传递是由于浓度差造成的物质传递。它们在化工生产中至关重要，如反应器中物料混合涉及动量传递，传热设备中热量传递影响反应温度，分离过程依赖质量传递实现物质分离。2.影响对流传热系数的因素有流体种类、流速、传热壁面形状等。例如，提高流体流速可增大对流传热系数。如在换热器中，通过增加管程数或采用小直径管道提高流速，从而强化传热。3.运用数学模型解决实际问题，首先要根据实际情况建立合适模型，如描述流体流动用连续性方程等。然后代入已知数据求解。例如在计算管道流体流量时，利用伯努利方程结合相关参数计算流速，进而得出流量。五、计算题（1）首先求平均流速u，根据流量公式$Q=uA$，$A=\frac{\pid^2}{4}$，可得$u=\frac{4Q}{\pid^2}=\frac{4\times0.001}{\pi\times(0.05)^2}\approx0.51m/s$。层流时流速分布$u=u_{max}(1-\frac{r^{2}}{R^{2}})$，在管道中心处$r=0$，$u_{max}=2u=1.02m/s$。剪应力$\tau=\mu\frac{du}{dy}$，在管壁处$y=R$，$\frac{du}{dy}=\frac{u_{max}}{R}$，所以$\tau=\mu\frac{u_{max}}{R}=0.001\times\frac{1.02}{0.025}=0.0408Pa$。（2）热负荷$Q=q_{m}c_{p}(T_{2}-T_{1})=1000\times2\times(80-20)\times\frac{1000}{3600}\approx3.33\times10^5W$。由$Q=KA\Deltat_{m}$，逆流时$\Deltat_{m}=\frac{(T_{1}-t_{2})-(T_{2}-t_{1})}{\ln\frac{T_{1}-t_{2}}{T_{2}-t_{1}}}=\frac{(120-80)-(120-20)}{\ln\frac{120-80}{120-20}}\approx57.5℃$。$Q=KA\Deltat_{m}$可得$Q=1000\times10\times57.5=5.75\times10^