1、化工原理考试题答案一、填空题：1.（3 分） 雷诺准数的表达式为_。当密度 1000kg.m ,粘度=1 厘泊的水,在内径为 d=100mm,以流速为 1m.s 在管中流动时,其雷诺准数等于_,其流动类型为_.*答案* Re=d / ; 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心的最大流速为 2m.s ,此时管内的平均流速为_.*答案* 1m.s 3.（2 分）当地大气压为 750mmHg 时,测得某体系的表压为 100mmHg,则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
2、口的局部阻力系数等于_。*答案* 0.5 1.05.（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 ,则泵的有效功率为 _ 1472w _.6.（3 分） 离心泵的主要特性曲线有、等。QH； QN； Q；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
3、容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为 500, 而环境温度为 20, 采用某隔热材料,其厚度为 240mm, =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=2.61(kw.m .K ).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为 0.8m.s 时,此时传热系数 =_ =3.81(kw.m .K )_.=0.023(/d)Re Pr=3.81(kw.m .K )二、选择题：1.
4、（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；C. 层流的雷诺数4000 湍流；2000Re4000 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，若传热面上各的温度随时间而变，则为不稳定传热。不稳定传热时，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
5、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 1084mm,若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 =50%。*答案* 对贮油池液面至高位槽液面列柏努利方程：He=Z+(l+le )/d(u /2g)Z=20m l+le =430m d=108-24=100mm=0.1mu=Vs/0.785d=38400/36000.7850.1 960=1.415m.sRe=du/=0.1 1.415960/343010 =39.62000 =64/Re=64/39.6=1.616 He=20+1.616(4
6、30/0.1) (1.415 /29.81)=729.2m N=QHeg/=38400729.29.81/(36000.51000)= 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 20的清水，已知吸入管路的全部阻力损失为 1.5 mH O，当地大气压为 10mH O，若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 Hs U /2f 61.54.5m安装高度为 4.5m。实际安装高度 =4.5-0.5=4m3.（10 分） 某平壁工业炉的耐火砖厚度为 0.213m, 炉墙导热系数 1.038w.m .K 。其外用导热
7、系数为 0.07w.m .K 的绝热材料保温。炉内壁温度为 980, 绝热层外壁温度为 38,如允许最大热损失量为 950w.m 。求:（1）绝热层的厚度; （2）耐火砖与绝热层的分界处温度答案* （1/A（T T ）/ （ / / ）（98038）/（0.213/1.038 /0.07）950得：b20.055m（2）/A（T T ）/ （ / ）（980T ）/ （0.213/1.038 ）950得：T 7854.（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 85,冷水进口温度 t 15,如要求将冷水加热到 t 35, 求采用并
8、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（t t ）2000（85T ）3000（3015）得 T 62.5并流时 8562.5153570 27.50t （7027.50）/（70/27.50）45.5逆流时 8562.5351550 47.50t （5047.50）/248.8耐火砖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，测得炉的内表面温度为 1500 ，外表面温度为 100 ，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为 ，绝缘砖的导热系数10.86t为
9、， 。两式中的 t 可分别取为各层材料的平均温度。20.3tW/(mC)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（5-Q2132）或 （5-2312btSt32a）式中 1 1500.86. .203tt t230315代入 1、 2 得2.0).15.(4.).5( ttt解之得C972tCmW543.1C9703.25103.51 t则 221 074.bSQ6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 30 000kg/h，
10、其 温 度 由 22 升 高 到 36 。 溶 液 温 度 由 115 降至 55 。 若 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 ， 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。io、解：求清洗前总传热系数KC7.522561ln3mtCmW231.403361.0 22m tSQ求清
11、洗后传热系数 K由热量衡算 hp,12cp,21()()WCTt, ,cp,2121h,()tC9.37240365121 ttTC1.3829.374015lnmtCmW8.410.60 223 K清洗前两侧的总传热热阻9.Cm8.410231 232S R7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 升至38 ，平均比热容为4.17 kJ/(kg)。有机溶液的温度由110 降至65 ，平均比热容为1.72 kJ/(kg)。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
12、处理量。解： kJ/(kg) p,c4.17Cp,c21(QWtW102.45380.3685求 mt有机物 110 65水 38 2572 40tC4.5072lnmCmW3.10.14225 Khkg10963.skg452.s672.4 43521h TcQWp8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 ，平均比热容为 4.174 kJ/（kg） 。有机溶剂的流量为14 000 kg/h，温度由180 降至120 ，平均比热容为1.72 kJ/（ kg） 。设换热器的总传热系数为500 W/(m2)，试分别计算逆流和并流时换热器
13、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： kW3.401hJ48.1hkJ20187.140621h TWcQp冷却水的出口温度为C61.43017.408.61c2 tWQtp逆流时 02.93.5ln230126.8ln.m t 22mm84.7.54tKQS、并流时 C97.1503.ln69C30186.42ln. t 22mm.87.95tKQS、11某生产过程中需用冷却水将油从105 冷却至70 。已知油的流量为6 000 kg/h，水的初温为22 ，流量为2 000 kg/h。现有一传热面积为 10 m2的套管式换热器，问在下列两种流动型式下，换热器能否满足要求：
14、（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)，水的平均比热容为4.17 kJ/(kg )。热损失可忽略。解：本题采用 法计算NTU（1）逆流时 CW7.316109.2363h pcW.27.43cpminRax0.16Cinmi3()1.2957KSNTU查图得 0.2in1()QCtW1096.257.36. 5能满足要求C72.7.3105h12 pcWT（2）并流时R.73Cmin()1.295NTU查图得 06W10.7.3. 5Q不能满足要求C73.1552 T沉降1颗粒在流
15、体中做自由沉降，试计算（1）密度为 2 650 kg/m3，直径为 0.04 mm 的球形石英颗粒在 20 空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为 2 650 kg/m3，球形度的非球形颗粒在 20 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？6.0（3）密度为 7 900 kg/m3，直径为 6.35 mm 的钢球在密度为 1 600 kg/m3 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，则：2st()8du查附录 20 空气 ， ，所以，31.05kg/msPa108.5sm1276.0s.8.92.64
16、.8523s2t du核算流型：3t 51.20.76.041.8dRe所以，原假设正确，沉降速度为 0.1276 m/s。（2）采用摩擦数群法 s123t5234.8061.9.841.gReu依 ， ，查出： ，所以：6.4e1tet0.3udR55e03.8.061m42d（3）假设为滞流沉降，得：2st()18gu其中 sm0249.s3.7150t hu将已知数据代入上式得：sPa75.6sa0249.1881.66.2 核算流型t.35.0.38167duRe2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/m
17、3。气体的处理量为 3000（标准） m3/h。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。（1）若操作在 20 下进行，操作条件下的气体密度为 1.06 kg/m3，黏度为 1.810-5 Pas。（2）若操作在 420 下进行，操作条件下的气体密度为 0.5 kg/m3，黏度为 3.310-5 Pas。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：sm0357.s536027sv,t blqu设沉降在斯托克斯区，则：2t ().518sdg55ts.0.371.980.()(6)u核算流型：5tt1.980.37.0418duRe 原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为 1.9
18、8510-5 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：s0846.sm5360274sv,t blqu设沉降在斯托克斯区，则：55ts183.10.846.1320m4.()()9udg核算流型：5tt4.1320.846.05291uRe 原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为 4.13210-5 m。5用标准型旋风分离器处理含尘气体，气体流量为 0.4 m3/s、黏度为 3.610-5 Pas、密度为 0.674 kg/m3，气体中尘粒的密度为 2 300 kg/m3。若分离器圆筒直径为 0.4 m，(1) 试估算其临界粒径、分割粒径及压力降。 （2）
19、现在工艺要求处理量加倍，若维持压力降不变，旋风分离器尺寸需增大为多少？此时临界粒径是多少？（3）若要维持原来的分离效果（临界粒径） ，应采取什么措施？解：临界直径 csi9BdNeu式中 ，m1.04D2/DhNe=5s02.10sv,hBqu将有关数据代入，得m10698.10698.m23051.6.965e d分割粒径为m78.41078.4m6.0231.7.027.0 65si5 uDd压强降为Pa4.1786.0282ip（2） 不变iu，v,s,si24quDhBm567.0.8isv, u m1096.7203514.927.09isee uNBd所以，处理量加倍后，若维持压力
20、降不变，旋风分离器尺寸需增大，同时临界粒径也会增大，分离效率降低。（3）若要维持原来的分离效果（临界粒径） ，可采用两台圆筒直径为 0.4 m 的旋风分离器并联使用。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，并写出恒压过滤方程式。eVK，解：恒压过滤方程为：Kqe2由实验数据知：，min51231/m01.，026q将上两组数据代入上式得：K5)1.(2).(eq060解得 23e/m7.q/s108in1084275K所以，恒压过滤方程为（m 3/m2，s）72.q或 （m 3，s）910804V
