化工原理试题.doc

化工原理试题及答案一 填空题（每空1分，共24分）1处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须是 静止的 、 连续的 、 同一种 。2流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能 减小 。3气体的粘度随温度升高而 增大 ，水的粘度随温度升高而 减小 。4流体在圆形直管中作滞流流动时，其温度分布是 抛物线 型曲线，其管中心最大流速为平均流速的 2 倍，摩擦系数与Re的关系为 64/Re 。5压强除了用不同的单位计量外，还可以用 绝对压强 ， 表压强 和 真空度 三种不同的方法来表示。6流体在管内作湍流流动时（不是阻力平方区），其摩擦系数与 Re 和 /d 有关；完全湍流时（阻力平方区）只取决于 /d 。7离心泵的主要部件有 叶轮 、 泵壳 、和 轴封装置 。8离心泵的流量调节有 改变出口调节阀开度、 改变叶轮转速和 改变叶轮直径三种，其中最常用的方法是 改变调节阀开度，其优点表现在 操作简便 和 连续调节 。二 判断题（每题2分，共10分） 1理想流体无外功加入时，任一截面上各项机械能均相等。 （ ） 2湍流时，管中心处的最大速度小于平均速度的2倍。 （ ） 3离心泵的转速、叶轮直径增大时，流量、压头、轴功率都有所增加。 （ ） 4流体流动时摩擦阻力损失hf所损失的是机械能中的动能。 （ ） 5离心泵启动之前必须灌满液体是为了避免发生气蚀现象。 （ ）三 简答题（每题10分，共20分） 1离心泵安装高度不合适，会影响到什么？产生什么现象？答：离心泵安装高度不合适会影响到叶轮中心处的压强大小，当安装高度增加时，中心处压强降低，其压强小于输送流体的饱和蒸汽压时，液体气化产生大量气泡，这些气泡随流体进入高压区又会迅速凝结，周围液体以很高的速度冲向原来气泡所占位置，对叶轮表面产生压强很高、频率很大的冲击，造成材料剥蚀，这种现象叫“气蚀”。2如何选择适宜的管径答：管道的管径大小从设备费用和操作费用两个方面影响着流体输送总费用。采用较大的管径时，输送量一定，流速较小，阻力减小，操作费用降低（这里主要是动力费用）；而管径较大，管子自身价格以及管道铺设等基建费用都会增大，即设备费用增加。管径减小时则相反，适宜的管径应为设备费用与操作费用之和最低时的管径。对于工厂内部工艺管线可采用已有的经验数据。一 计算题（1题20分，2题16分）1用泵将贮槽中温度为20，密度为1200Kg/m3的硝基苯送往反应器，每小时进料量为30103Kg。贮槽液面为常压，反应器内保持9810Pa的表压强。管路为894mm的钢管（摩擦系数0.027）管子总长45m，其上装有孔板流量计（8.25）一个；全开闸阀（0.17）两个；90标准弯头（0.75）四个。贮槽液面与反应器入口管之间垂直距离为15m，求泵的轴功率。泵的总效率取0.65，贮槽液面恒定，硝基苯粘度2.1mPas。解：以贮槽液面为11截面，反应器入口管内侧为22截面，且以11截面为基准水平面，在11，22截面间列柏努利方程gz1+u12/2+p1/+We=gz2+u22/2+p2/+hf其中z1=0 u1=0 p1（表）=0 We=? Z2=15m u2=ws/A=1.35m/s p2（表）=9810Pa hf=(l/d+)u2/2=(0.02745/0.081+8025+20.17+40.75+0.5)1.352/2=24.7J/Kg代入柏努利方程 We=159.81+9810/1200+1.352/2+24.7=181J/Kg ws=3103/3600=8.33Kg/s N=We ws/=2320W=2.32KW答：2一定量的液体在圆形直管内作滞流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至原来的1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍。解：据哈根泊谡叶方程 Pf=32lu/d2 当d=d/2时 u=4u则Pf=32l(4u)/(d/2)2=1632lu/d216Pf答：一、选择题：（每题 2 分，共 24分）1利用因次分析法的目的在于 A 。 A 减少实验工作量 B 增加实验结果的可靠性 C 建立数学表达式 D 避免出现因次错误2牛顿流体在管内作层流流动，流体层之间的剪应力在 B 。 A 管中心最大 B 管壁处最大 C 管中处处相等 D 管壁处最小3流体通过离心泵所获得的能量主要表现为 B 。 A 动能增加 B 静压能增加 C 位能增加 D 流量增大4用离心泵把地下贮槽中的液体送入高位槽，完好的离心泵却无法泵送液体，可能导致故障的原因是 C 。A 贮槽内液面上升 B 液体温度下降C 吸入管堵塞 D 容器内压强升高5回转真空过滤机的转速越快，单位时间所获得的滤液量就越_，形成的滤饼层厚度就越_，过滤阻力越_。C A 少，薄，小 B 少，厚，大 C 多，薄，小 D 多，薄，大6离心沉降速度是 B 。 A 颗粒运动的绝对速度 B 径向速度 C 切向速度 D 气流速度7、气力输送过程中，垂直管中稀相输送时气速的下限为 B 。 A 颗粒的沉降速度 B 噎噻速度 C 起始流化速度 D 表观气速8穿过三层平壁的稳定导热过程，已知各层温差为t140，t235，t35，则第一层的热阻R1与第二、三层热阻R2 、R3的关系为 B 。A R1（R2R3） B R1（R2R3）C R1（R2R3） D 无法比较；9在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在_，减少热阻的有效措施是_。C A 层流底层，使流体处于层流状态 B 流体湍动区域，使层流底层减薄 C 层流底层，提高流体湍动程度 D 流体过渡区域，提高流体湍动程度10在蒸汽冷凝传热中，不凝性气体的存在对对流传热系数的影响是_A_。 A 不凝性气体的存在会使值大大降低 B 不凝性气体的存在会使值升高 C 不凝性气体的存在与否，对数据无影响 D 不一定11把一壳程用饱和水蒸气加热管内水的列管式换热器由单管程改为双管程，会引起 B 。A 管内对流传热系数减小 B 对数平均温差减小C 管内阻力减小 D 总对流传热系数减小12. 真空蒸发的优点有 C 。 A 不凝气无需用泵即可从冷凝器中排除 B 溶液沸点升高 C 溶液沸点降低 D 沸腾给热系数大二、填空题：（每空 1 分，共 16 分）1. 流体在圆形直管中作层流流动，如果只将流速增加一倍，管径不变，则阻力损失为原来的 2 倍；如果只将管径增加一倍，流速不变，则阻力损失为原来的 1/4 倍。2在离心泵的运转过程中， 叶轮_是将原动机的能量传递给液体的部件，而_泵壳_则是将动能转变为静压能的部件。3离心泵的流量调节阀应安装在离心泵 出口管路 的位置上，而正位移泵调节阀只能安装在 旁路 位置上。4在操作压力相同的条件下，当滤液粘度与洗液粘度相同时，叶滤机洗涤速率与最终过滤速率的比值为 1 。 5流化床在正常操作范围内，随着操作气速的增加，流体在颗粒缝隙间的流速 不变 ，床层空隙率 增大 ，床层压降 不变 ，颗粒沉降速度 不变 ，床层高度 升高。6. 对流传热过程中，在其它条件相同下，短管的对流传热系数比长管的对流传热系数 大 。7温度相差100的两灰体间进行辐射传热，现因某种原因，两者的温度各下降了10，则此时的辐射传热量与原来的相比将 小 。8. 单效蒸发操作中，二次蒸汽温度低于生蒸汽温度的原因有溶质的存在 和传热的推动力 。三、有一循环管路如图所示，管路内安装一台离心泵，安装高度Hg = 3 m，在高效范围内，此离心泵的特性曲线可近似表示为（式中qv以m3/s表示），管路总长为130 m，其中吸入管长为18 m（均为包括局部阻力的当量长度），管内径d = 50 mm，摩擦系数= 0.03。试求：1、 管路内的循环水量；2、 泵的进、出口压强；解：1、在两水平截面之间列柏努利方程其中： （1）且 （2）（1）（2）两式联立，解得 2、在1、B两截面间列柏努利方程： 则 即 （真空度） 在C、2两截面间列柏努利方程 （表压） 四、用板框压滤机恒压过滤某悬浮液，20 min后每平方米过滤面积得滤液1.5 m3，继续过滤至1 h可充满滤框，共得滤液4 m3，然后每平方米洗涤面积用0.5 m3的清水在相同的压差下洗涤（水的粘度与滤液大致相等），其它辅助时间为12 min。试求：1、 此过滤机每平方米过滤面的生产能力（以所得滤液量计）；2、 若每次正式过滤之前，用5 min预涂一层助滤剂，使滤布当量滤液量降低一半，涂层厚度可以忽略，过滤机的生产能力可提高多少？解：1、由恒压过滤方程 则 解得 且洗涤速率2、当由 得且洗涤速率增加了40.4五、采用降尘室除去矿石焙烧炉出口的炉气中含有的粉尘。在操作条件下炉气流量为25000 m3/h，在降尘室内的流速为2 m/s，密度为0.6 kg/m3，粘度为210-5 Pas，其中氧化铁粉尘的密度为4500 kg/m3。要求全部除掉直径大于80m的粉尘。试求：1、 所需降尘室的长和高（其宽为2m）；2、 用上述计算确定的降尘室，要将炉气中直径为75m的尘粒完全除掉，求炉气的最大允许处理量。解：1、设沉降处于斯托克斯区 故假设成立 2、dp=75m的尘粒（设沉降处于斯托克斯区） 故假设成立六、有一单管程列管换热器，传热面积为40 m2（按管外表面积计），共有252.5 mm的传热管86根，现用该换热器以循环水冷却流量为28000 kg/h的石油产品，石油产品走壳程，循环水走管程，两流体逆流换热。实际测得石油产品的进、出口温度分别为90和50，冷却水的进、出口温度分别是25和40，已知石油产品的比热容为Cp=2.8 kJ/(kgK)，水的有关物性分别为：995 kg/m3，Cp=4.17 kJ/(kgK)，=0.810-3 Pas，=0.618 W/(mK)。试求：1、 冷却水用量；2、 该换热器总传热系数；3、 管程和壳程的给热系数（可忽略两侧的污垢热阻和管壁热阻）。解：1、 解得 2、且 3、 由B卷一、选择题：（每题 2 分，共 22 分）1在阻力平方区（完全湍流区）时，粗糙管的摩擦系数值_C_。 A 与光滑管一样 B 只取决于Re C 只取决于相对粗糙度 D 与粗糙度无关2离心泵工作时，通过改变出口阀的开度调节流量，其本质是 B 。A 改变泵的工作特性曲线 B 改变管路的特性曲线；C 改变泵的扬程 D 调节泵的功率。3离心通风机的风压是指_D_。 A 静压头与升举高度之和 B 动风压 C 静风压 D 动风压与静风压之和4在滤饼过滤操作中，实际上起到主要拦截固体颗粒作用的是_A_A 滤饼层 B 过滤介质 C 滤饼层与过滤介质 D 滤浆、滤饼层与过滤介质5在讨论旋风分离器分离性能时，分割直径这一术语是指_D_。 A 旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径 B 旋风分离器分离所允许的最小直径 C 旋风分离器能够全部除去的最小颗粒的直径D 经过旋风分离器后能被除下50的颗粒直径6、床层表观速度大于颗粒沉降速度的阶段是 D。 A 固定床 B 散式流化床 C 聚式流化床 D 载流床7在多层平壁定态导热中，通过最大热阻的一层平壁的热量 C通过其余平壁的热量。 A 大于 B 小于 C 等于 D 不确定8冷热流体在套管换热器内换热，内管走冷流体，如果冷流体流量增大一倍，则总传热系数 ，冷流体的出口温度 。 A A 增大，下降 B 增大，升高 C 减小，下降 D 减小，升高9在沸腾操作中，工业上一般维持在（ B ）。 A 自然对流区 B 核状沸腾区 C 膜状沸腾区 D 三个区域都可10描述灰体辐射和吸收能力的定律是 D 。A 普朗克定律 B 斯蒂芬玻耳兹曼定律C 蓝贝特定律D 克希霍夫定律11. 多效蒸发时，随着效数的增加， C 。A 能耗减少的趋势增大B 传热温差增大C 生产强度降低D 操作费用减少二、填空题：（每空 1 分，共 16分）1在直管流体流动，管道截面上产生流速分布的原因是 流体具有粘性 和 固体壁面的存在 而产生的。2. 流体在圆形直管的流动系统中，假定管径不变；层流区：压降与速度的_1_次方成正比。阻力平方区：压降与速度的_2_次方成正比。3变截面流量计工作时，当流量变大时，转子上、下的压差 不变 。4. 输送沸点低 或温度高 的液体，泵的允许安装高度将减小。5. 流化床的流化数是 实际操作流速 与 起始流化速度 之比。6. 在恒压过滤操作中，忽略过滤介质的阻力，且过滤面积恒定，则所得的滤液量与过滤时间的_12_次方成正比，当滤液量一定时，需要的过滤时间与过滤面积的_2_次方成反比。6一定流量液体在252.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数为2000W/(m2)。如果流量与物性都不变，改用192mm的直管，其对流传热系数为 3356 W/(m2)。7、设置隔热挡板是 减少辐射传热的有效方法。挡板材料的黑度愈 低，热损失愈少。8. 提高蒸发器生产强度的主要途径是增大总传热系数 和增大温差。三、如图所示，用泵将水送至吸收塔塔顶，水的密度为1000 kg/m3，该泵的特性曲线为（qv: m3/h）。塔顶操作压强为19.62 kPa（表压），泵入口段管路总长度（l+le）50 m，泵出口阀半开时，出口段管路总长度（l+le）200 m，摩擦系数为0.025，试求：1、 泵出口阀半开时泵的工作点；2、 泵的入口真空表及出口压力表的读数。解：1、在02截面之间列柏努利方程其中：且 （1）且泵特性曲线为 （2）（1）（2）两式联立，解得 ， 工作点2、在0、3两截面间列柏努利方程： 其中： 在3、1两截面间列柏努利方程 四、拟用一板框过滤机在恒压下过滤某悬浮液，要求在1.5小时内得到2 m3滤液，已知过滤常数，过滤介质阻力可忽略不计，试求：1、 若用尺寸为90090030 mm的板框，则需要滤框和滤板各多少？2、 过滤终了时，用0.4 m3的洗涤水进行洗涤，洗涤水的粘度和滤液粘度相同，洗涤压强差与最终过滤压强差相同，则洗涤时间为多少？3、 过滤辅助时间为0.5小时，则该过滤机的生产能力为多少？解：1、由恒压过滤方程 且Ve=0且 个则需要滤框15个，滤板16个2、3、五、采用降尘室除去矿石焙烧炉出口的炉气中含有的粉尘。在操作条件下炉气流量为16000 m3/h，在降尘室内的流速为2 m/s，密度为0.6 kg/m3，粘度为210-5 Pas，其中氧化铁粉尘的密度为4500 kg/m3。要求全部除掉直径大于80m的粉尘。试求：1、所需降尘室的底面积和高（其宽为2m）；2、用上述计算确定的降尘室，要将炉气中直径为70m的尘粒完全除掉，求炉气的最大允许处理量。解：1、设沉降处于斯托克斯区 故假设成立 2、dp=70m的尘粒 （设沉降处于斯托克斯区） 故假设成立六、有一列管式换热器，装有202.5 mm的钢管400根，管长为2 m。要将质量流量为7000 kg/h的常压空气由20加热到90，选用108的饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽的冷凝给热系数为1.0104 W/(m2K)，管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计，且不计热损失。已知空气在平均温度下的物性参数Cp=1.0 kJ/(kgK)，=2.8210-2 W/(mK)，=2.010-5Pas。试求：1、 空气在管内的对流给热系数；2、 换热器的总传热系数；3、 通过计算说明该换热器是否满足需要。解：1、且 2、3、换热器的换热面积 A则该换热器可以满足需要- 17 -