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ρ＝1000kg.m,粘度μ=1厘泊的水,在内径为d=100mm,以流速为1m.s,其雷诺准数等于__________,其流动类型为______.

***答案*** Re=dｕρ/μ ; 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; -100

4.（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_______。 ***答案*** 0.5 1.0

5.（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。 Q－H； Q－N； Q－η；

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,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,λ=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,计算得到管壁对水的传热系数α=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,此时传热系数α=________ α=3.81(kw.m.K)_____. α=0.023(λ/d)RePr α=3.81(kw.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； 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（57×3.5mm ）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 0.51 m.s B. 0.01 m.s 0.051 m.s C. 0.1 m.s 0.051 m.s D. 0.001 m.s 0.0051 m.s

3.（2分）在稳定流动系统中,水由粗管连续地流入细管,若粗管直径是细管的2倍，则细管流速是粗管的（ C ）倍。

A. 2 B. 8 C. 4

4.（2分） 离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( A )

A. 气缚现象 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） 旋风分离器主要是利用（ B ）的作用使颗粒沉降而达到分离。 A. 重力； B. 惯性离心力； C. 静电场 8.（2分） 在平壁导热过程中q＝λA（ｔδ，传热推动力是（ B ）。 A. λ; B. ｔ; C. δ

9.（2分） 有一列管换热器，用饱和水蒸汽（温度为120 ℃）将管内一定流量的氢氧化钠溶液由20℃加热到80℃，该换热器的平均传热温度差Δｔ B ）。 A. -60/ln2.5; B. 60/ln2.5; C. 120/ln5 四、问答题：

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=duρ/μ，Re<2000层流；Re>4000湍流； 2000

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φ108×4mm,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η=50%。

***答案*** 对贮油池液面至高位槽液面列柏努利方程： He=△Z+λ[(l+Σle )/d](u/2g)

△Z=20m l+Σle =430m d=108-2×4=100mm=0.1m u=Vs/0.785d

=38400/3600×0.785×0.1960 =1.415m.s

Re=duρ/μ=0.1×1.415×960/3430×10=39.6<2000 λ=64/Re=64/39.6=1.616 He=20+1.616×(430/0.1)× (1.415/2×9.81)=729.2m N=Q·He·ρg/η=38400×729.2×9.81/(3600×0.5×1000) = 152.6kw

2.（8分） 现有一台离心泵，铭牌上标出允许吸上真空度H6m，用来输送20℃的清水，已知吸入管路的全部阻力损失为1.5 mHO，当地大气压为10mHO，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/2ｇ－∑ｈf ＝6－1.5 ＝4.5m

安装高度为4.5m。实际安装高度=4.5-0.5=4m 3.（10分）

某平壁工业炉的耐火砖厚度为0.213m, 炉墙导热系数λ＝1.038w.m.K热系数为0.07w.m.K980℃, 绝热层外壁温度为38℃,如允许最大热损失量为950w.m:（1）绝热层的厚度; （2）耐火砖与绝热层的分界处温度

答案***

（1ｑ/A＝（TT/（ｂ/λ/λ ＝（980－38）/（0.213/1.038＋ｂ/0.07）＝950 得：b2＝0.055m （2）ｑ/A＝（TT/（ｂ/λ ＝（980－T/（0.213/1.038）＝950 得：T785℃ 4.（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T85℃,冷水进口温度t15℃,如要求将冷水加热到t35℃, 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*** GC（TTGC（tt 2000（85－T3000（30－15） 得T62.5℃

并流时 85℃→62.5℃ 15℃→35℃

－－－－－－－－－ 70 27.50 Δt70－27.50）/（ｌｎ70/27.50） ＝45.5℃

逆流时 85℃→62.5℃ 35℃←15℃

－－－－－－－－－ 50 47.50 Δt50＋47.50）/2＝48.8℃ 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?1?0.8?0.0006t，绝缘砖的导热系数为

?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 Q1?Q2?Q （5-32）

或 Q??1St?tt1?t2??2S23 （5-32a） b1b2式中 ?1?0.8?0.0006t?0.8?0.0006?1500?t?1.25?0.0003t

2 ?2?0.3?0.0003t?0.3?0.0003?100?t?0.315?0.00015t

2代入λ1、λ2得

(1.25?0.0003t)1500?t?(0.315?0.00015t)t?100

0.40.2解之得

t?t2?977?C

?1?1.25?0.0003t??1.25?0.0003?977?W?m??C??1.543W?m??C?

则 QS??1?t1?t?b1?1.543?1500?977Wm2?2017Wm2

0.46．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，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，?i、?o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K

?tm??115?36???55?22??C?52.7?C

115?36ln55?22 K?Q30000?4.174?103??36?22??W?m2??C??231W?m2??C? S?tm3600?40?52.7求清洗后传热系数K? 由热量衡算

WhCp,h(T1?T2)?WcCp,c(t2?t1)

??t1) WhCp,h(T1?T2?)?WcCp,c(t2 T2??T1? ?T1?WcCp,cWhCp,h??t1) (t2T1?T2115?55??t2??t1?????115?40?22???C?37.9?C t2?t136?22???115?40???37.9?22??C?38.1?C ?tm??115?40ln37.9?2230000?4.174?103??40?22? K?W?m2??C??410.8W?m2??C?

3600?40?38.1 清洗前两侧的总传热热阻

?RS?11?11?2?32?????m??CW?1.9?10m??CW KK??231410.8?7．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处理量。 解：Cp,c?4.17 kJ/(kg·℃) Q?WcCp,c(t2?t1) ?28000?4.17?103??38?25?W?4.22?105W 3600求?tm

有机物 110 → 65 水 38 ← 25 ———————————————— ?t 72 40 ?tm?72?40?C?54.4?C

72ln404.22?105 K?W?m2??C??310.3W?m2??C?

25?54.4

Q4.22?1054Wh?K?kgs?5.452kgs?1.963?10kghcph?T1?T2?1.72?103??110?65?

8．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

2

W/(m·℃)，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?T1?T2??14000?1.72??180?120?kJh?1.4448?106kJh?401.3kW 冷却水的出口温度为

?1.4448?106?Q ?t2??t1???30?10000?4.174??C?64.61?CWccpc??逆流时