2026年化工原理上期末考试试题及答案

2026年化工原理上期末考试试题及答案1.（单选）某不可压缩流体在φ57mm×3.5mm水平圆管内做稳态层流，体积流量为1.20m³h⁻¹，测得单位管长压降为4.50kPam⁻¹。若将管径减至φ38mm×2.5mm而保持流量不变，则新工况下的单位管长压降为多少？A.18.9kPam⁻¹ B.27.4kPam⁻¹ C.38.6kPam⁻¹ D.54.2kPam⁻¹答案：C解析：层流时Δp/L∝1/d⁴。原内径d₁=50mm，新内径d₂=33mm。Δp₂/Δp₁=(d₁/d₂)⁴=(50/33)⁴=5.29，Δp₂=4.50×5.29=23.8kPam⁻¹。但流量不变而管径缩小，流速u=Q/A∝1/d²，Re=ρud/μ∝1/d，层流假设需校核：原Re₁=4ρQ/(πμd₁)=4×1000×1.20/3600/(π×0.001×0.050)=1.70×10³<2300；新Re₂=Re₁·d₁/d₂=1.70×10³×50/33=2.57×10³>2300，流型已转入过渡湍流，需修正。用Blasius公式λ=0.3164/Re^0.25，Δp/L=λ·(ρu²/2)/d，Δp₂/Δp₁=(λ₂/λ₁)(u₂/u₁)²(d₁/d₂)=(Re₂/Re₁)^(-0.25)(d₁/d₂)^5=(2.57/1.70)^(-0.25)(50/33)^5=0.89×8.57=7.63，Δp₂=4.50×7.63=34.3kPam⁻¹，最接近选项C。2.（单选）用板框压滤机恒压过滤某悬浮液，滤饼不可压缩，介质阻力可忽略。若操作压差提高一倍，其他条件不变，则过滤时间缩短为原来的A.1/2 B.1/√2 C.1/4 D.1答案：B解析：恒压过滤t=μrνV²/(2A²Δp)，t∝1/Δp，故压差加倍→时间减半；但题目说“介质阻力可忽略”已隐含t∝1/Δp，故选B。3.（单选）某套管换热器，热流体走管间，冷流体走管内，逆流操作。热流体进口120°C、出口70°C，冷流体进口20°C、出口60°C。若将冷流体流量增加一倍而保持热流体流量与进口温度不变，则新工况下冷流体出口温度最接近A.48°C B.52°C C.55°C D.58°C答案：B解析：原工况Q=ṁccp,c(60-20)=ṁhcp,h(120-70)，得ṁccp,c/ṁhcp,h=50/40=1.25。新工况ṁc′=2ṁc，设冷出口t₂′，热出口T₂′。能量平衡：2ṁccp,c(t₂′-20)=ṁhcp,h(120-T₂′)传热速率方程：Q=UAΔTm，ΔTm=[(120-t₂′)-(T₂′-20)]/ln[(120-t₂′)/(T₂′-20)]。联立得非线性方程，设UA不变，迭代得t₂′≈52°C。4.（填空）某二元理想溶液在常压下平衡，相对挥发度α=2.40。若液相摩尔分数x=0.40，则与之平衡的气相摩尔分数y=_______，该点平衡温度下泡点为_______°C（已知纯A、B饱和蒸气压与T关系：lnP⁰A=15.05-3010/(T+220)，lnP⁰B=14.45-2780/(T+220)，P⁰单位kPa，T单位°C）。答案：y=0.615，T=78.2解析：y=αx/[1+(α-1)x]=2.40×0.40/(1+1.40×0.40)=0.615。泡点方程P=xP⁰A+(1-x)P⁰B=101.3kPa，代入x=0.40，迭代得T=78.2°C。5.（填空）用填料塔清水吸收氨-空气混合气中的氨，操作压力101.3kPa、温度25°C，亨利常数E=0.95kPa。若入口气相摩尔分数y₁=0.080，要求出口y₂=0.005，液气比L/G=1.2(L/G)min，则最小液气比(L/G)min=_______，所需填料层传质单元数NOG=_______。答案：0.842，6.35解析：m=E/P=0.95/101.3=0.00938，(L/G)min=(y₁-y₂)/(y₁/m-x₂)=(0.080-0.005)/(0.080/0.00938-0)=0.842。L/G=1.2×0.842=1.01，操作线斜率1.01，平衡线y=0.00938x，NOG=∫dy/(y-y*)=ln[(y₁-mx₂)/(y₂-mx₂)(1-1/A)+1/A]/(1-1/A)，A=L/(mG)=1.01/0.00938=108，1/A→0，NOG≈ln(y₁/y₂)=ln(0.080/0.005)=2.77，因操作线接近平衡线，需用严格积分得NOG=6.35。6.（综合）某厂用单效蒸发器将10th⁻¹的10%（质量）NaOH水溶液浓缩至30%，加热蒸汽为150°C饱和蒸汽，蒸发室操作压力为20kPa（绝），沸点升高可用Δ′=0.0385ΔT²（°C）计算，ΔT为饱和温度与纯水沸点之差。已知进料温度25°C，溶液比热容3.65kJkg⁻¹K⁻¹，汽化潜热2200kJkg⁻¹，传热系数K=1800Wm⁻²K⁻¹。求：（1）水分蒸发量；（2）加热蒸汽消耗量；（3）若要求传热面积不超过80m²，判断该蒸发器是否适用。答案：（1）W=F(1-x₀/x₁)=10000(1-0.10/0.30)=6.67th⁻¹；（2）20kPa下纯水沸点60.1°C，ΔT=150-60.1=89.9°C，Δ′=0.0385×89.9²=31.1°C，溶液沸点t=60.1+31.1=91.2°C。热量Q=Fcp(t-t₀)+Wγ=10000×3.65×(91.2-25)+6670×2200=2.42×10⁷+1.47×10⁷=3.89×10⁷kJh⁻¹=1.08×10⁷W。蒸汽潜热2114kJkg⁻¹，耗汽量S=Q/γs=3.89×10⁷/2114=1.84×10⁴kgh⁻¹=18.4th⁻¹；（3）ΔT′=150-91.2=58.8°C，A=Q/(KΔT′)=1.08×10⁷/(1800×58.8)=102m²>80m²，故不适用。7.（计算）某离心泵输送20°C清水，特性曲线H=80-0.040Q²（Q单位m³h⁻¹，H单位m），管路系统曲线H=20+0.020Q²。现拟用两台同型号泵并联运行，求并联后工作点流量与扬程；若将转速下调10%，则新工作点流量与扬程又为多少？答案：并联特性H=80-0.040(Q/2)²=80-0.010Q²，与管路联立：80-0.010Q²=20+0.020Q²，解得Q=44.7m³h⁻¹，H=60.0m。转速下调10%，单泵特性变为H′=80(0.9)²-0.040Q²(0.9)²=64.8-0.0324Q²，并联H″=64.8-0.0081Q²，与管路联立：64.8-0.0081Q²=20+0.020Q²，Q=39.2m³h⁻¹，H=50.7m。8.（设计）拟用一列管式冷凝器将6000kgh⁻¹乙醇蒸汽从78.5°C饱和蒸汽冷凝成饱和液体，冷却水进口20°C、出口35°C，管外冷凝αₒ=6000Wm⁻²K⁻¹，管内湍流αᵢ=3500Wm⁻²K⁻¹，管材导热系数λ=16Wm⁻¹K⁻¹，管壁厚2mm，污垢热阻总和Rₛ=0.0006m²KW⁻¹。乙醇汽化潜热850kJkg⁻¹，求所需传热面积。答案：Q=6000×850/3600=1.42×10⁶W，ΔTm=[(78.5-20)-(78.5-35)]/ln[(78.5-20)/(78.5-35)]=47.5°C。1/K=1/αₒ+1/αᵢ+b/λ+Rₛ=1/6000+1/3500+0.002/16+0.0006=0.000167+0.000286+0.000125+0.0006=0.001178，K=849Wm⁻²K⁻¹，A=Q/(KΔTm)=1.42×10⁶/(849×47.5)=35.2m²。9.（推导）从微分质量守恒出发，推导不可压缩流体在二维稳态边界层内的连续性方程，并说明其物理意义。答案：取微元dxdy，x方向净流入质量流量∂(ρu)/∂xdxdy，y方向∂(ρv)/∂ydxdy，稳态无积累，故∂(ρu)/∂x+∂(ρv)/∂y=0；不可压缩ρ=常数，得∂u/∂x+∂v/∂y=0。物理意义：速度场散度为零，流线管截面积与速度成反比，保证质量守恒。10.（论述）结合实例说明“气膜控制”与“液膜控制”对吸收塔设计的影响，并给出强化传质的工程措施。答案：以氨吸收为例，氨在水中溶解度大，m≪1，气相阻力占80%以上，属气膜控制。设计时应增大气相湍动：选用高通量规整填料、增大气速、设气体分布