化工原理習(xí)題整理匯總

20/20第一章測(cè)試與答案第一題填空題（22分）1.（3分）流體在等徑管中作穩(wěn)定流動(dòng)，流體由于流動(dòng)而有摩擦阻力損失，流體的流速沿管長(zhǎng)不變。2.（3分）米糠油在管中作流動(dòng)，若流量不變，管徑不變，管長(zhǎng)增加一倍，則摩擦阻力損失為原來(lái)的2倍。3.（3分）流體在管作層流流動(dòng)，若僅增大管徑，則摩擦系數(shù)變變大，直管阻力變變小，計(jì)算局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度變變大。4.（3分）用徑為200mm的管子輸送液體，Re為1750。若流體與其流量不變，改用徑為50mm的管子，則Re變?yōu)?000。5.（3分）苯（密度為880kg/m3，黏度為6.5×10-4Pa·s）流經(jīng)徑為20mm的圓形直管時(shí)，其平均流速為0.06m/s，其雷諾數(shù)Re為1625，流動(dòng)形態(tài)為層流，摩擦系數(shù)λ為0.0394。6.（4分）某液體在套管環(huán)隙流動(dòng)，大管規(guī)格為φ56mm×3mm，小管規(guī)格為φ30mm×2.5mm，液體黏度為1Pa·s，密度為1000kg/L，流速為1m/s，則該液體在套管環(huán)隙流動(dòng)的Re為20000。7.（3分）流體體積流量一定時(shí)，有效截面擴(kuò)大，則流速減小，動(dòng)壓頭減小，靜壓頭增大。第二題選擇題（每題4分，共28分）1.如下圖所示，若水槽液位不變，閥門(mén)打開(kāi)時(shí)，各處的流體總機(jī)械能的關(guān)系為（B）。A.E1>E2>E3B.E1=E2>E3C.E1=E2=E3D.E1>E2=E11232、流體在管作湍流流動(dòng)時(shí),滯流層的厚度隨雷諾數(shù)Re的增大而（B）。A.增厚B.減薄C.不變3、在一條傾斜的直管里充滿著流體，在直管的不同高度有兩個(gè)壓力表，當(dāng)它們讀數(shù)一樣時(shí)，可以認(rèn)定管中的流體（C）。A、靜止不動(dòng)B、向上流動(dòng)C、向下流動(dòng)D、以上都有可能4.轉(zhuǎn)子流量計(jì)的主要特點(diǎn)是（C）A.恒截面、恒壓差B.變截面、變壓差C.變截面、恒壓差5、流體在圓管作層流流動(dòng)時(shí)其阻力損失（A）。A、與管壁粗糙度無(wú)關(guān)B、與雷諾數(shù)無(wú)關(guān)C、與管壁粗糙度、雷諾數(shù)有關(guān)D、只與管壁粗糙度有關(guān)水在異徑管中作穩(wěn)定流動(dòng)，體積流量為qv，質(zhì)量流量為qm，質(zhì)量速度為G，平均流速為u，則在流動(dòng)中數(shù)值不變化的是（D）。A、G和uB、qv和GC、qm和uD、qv和qm7.在完全湍流（阻力平方區(qū)）時(shí)，粗糙管的摩擦系數(shù)λ數(shù)值C。與光滑管一樣；只取決于雷諾準(zhǔn)樹(shù)Re;只取決于相對(duì)粗糙度；與粗糙度無(wú)關(guān)。三、計(jì)算題：第1題（17分）：如附圖所示，高位水槽液面恒定，距地面10m，水從Φ108×4mm鋼管流出。鋼管出口中心線與地面的距離為2m，管路的總阻力（包括進(jìn)、出口等局部阻力損失）可按∑hf=16.15u2(J/kg)計(jì)算，式中u為水在管的流速（m/s）。求（1）A-A'截面（垂直管路中的某一截面）處的流速m/s？（2）水的流量為多少m3/h？解：（1）設(shè)水槽液面為1-1，管出口外側(cè)為2-2，以地面為基準(zhǔn)面，列柏努利方程式得：Z1g+(P1/ρ)+(u12/2)=Z2g+(P2/ρ)+(u22/2)+Σhf 3分代入數(shù)據(jù)：10×9.807+0+0=2×9.807+0+0.5u22+16.15u22 --3分得 u2=2.2m/s 3分∵水在管連續(xù)流動(dòng)dA=d2,∴A-A’截面處流速u(mài)A=u2=2.2m/s 3分（2）qV=3600π×(0.1)2×2.2/4=62.17m3/h第2題（17分）：敞口容器的側(cè)壁裝有徑為25mm的短管，用以排水。水以4.5m3/h的流量連續(xù)加入容器，以維持液面恒定，如圖所示。試求容器中的水位高度。解：短管中的流速u(mài)=qv/（d2π/4）=2.55m/s在容器的恒定液面1-1與側(cè)壁短管出口外側(cè)2-2截面間列伯努利方程（以短管中心線為基準(zhǔn)面），得z1g+u12/2+p1/ρ+he=z2g+u22/2+p2/ρ+∑hf其中p1=0（表壓），p2=0（表壓），u1≈0，he=0，z2=0，u2=0故z1g=∑hf因放水管很短，可以忽略直管阻力，即∑hf≈（ζc+ζe）u2/2=（1+0.5）×u2/2故z1g=1.5×u2/2=1.5×2.552/2解得z1=0.497m第3題（16分）：在如圖所示的并聯(lián)管路中，支路ADB長(zhǎng)20m，支路ACB長(zhǎng)5m（包括管件但不包括閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度），兩支管直徑皆為80mm，直管阻力系數(shù)皆為0.03，兩支管各裝有一個(gè)閥門(mén)，一個(gè)換熱器，換熱器的局部阻力系數(shù)皆等于5。試求：當(dāng)兩閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，兩支路的流量之比。解：下標(biāo)“1”和“2”分別表示支路ACD和ADB,因并聯(lián)支路的阻力損失相等，所以u(píng)12/u22=（λ2l2/d2+ζF+ζD）/（λ1l1/d1+ζE+ζC）=1.8qv1/qv2=u1/u2=1.34此例說(shuō)明,對(duì)于并聯(lián)管路，若各支管長(zhǎng)度不等，即使直徑一樣，也會(huì)導(dǎo)致流量分配的不均勻，使設(shè)備不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，這一點(diǎn)在并聯(lián)管路的設(shè)計(jì)中必須充分注意。第一章總復(fù)習(xí)1．當(dāng)理想流體在變徑管路中做穩(wěn)定的連續(xù)流動(dòng)時(shí)，在管子直徑縮小的地方，其靜壓力降低。2．實(shí)驗(yàn)證明，流體在管穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，當(dāng)Re≤__2000_時(shí)，流動(dòng)類(lèi)型為滯流，滯流時(shí)的摩擦系數(shù)λ與_Re__成反比；湍流時(shí)，當(dāng)Re一定，則λ隨ε/d的增加而___增加______。P29圖1-323.在完全湍流（阻力平方區(qū)）時(shí)，粗糙管的摩擦系數(shù)λ數(shù)值C。與光滑管一樣；只取決于雷諾準(zhǔn)樹(shù)Re;只取決于相對(duì)粗糙度；與粗糙度無(wú)關(guān)。δ>ε,水力光滑管,λ與Re有關(guān),與ε/d無(wú)關(guān),δ~ε,λ與Re、ε/d都有關(guān),δ<ε,完全湍流粗糙管,λ與Re無(wú)關(guān),與ε/d有關(guān)。4.流體體積流量一定時(shí)，流通截面擴(kuò)大，則流速______，動(dòng)壓頭__，靜壓頭__。(填增加,減少,不變)減少，減少，增加。5.減少流體在管路中流動(dòng)阻力Σhf的具體措施有：__________。管路長(zhǎng)度盡可能縮短、盡量走直線；減少不必要的管件閥門(mén)；增大管徑6.轉(zhuǎn)子流量計(jì)的主要特點(diǎn)是（C）A.恒截面、恒壓差B.變截面、變壓差C.變截面、恒壓差7.柏努利方程實(shí)驗(yàn)中，在一定流速下某測(cè)壓管顯示的液位高度為靜壓頭與動(dòng)壓頭之和，若水平管路中的阻力損失等于零，當(dāng)流速增大時(shí)，測(cè)壓管液位高度_________（升高、降低或不變），因?yàn)椤２蛔?，流體流動(dòng)過(guò)程中總機(jī)械能守恒8.流體在管作湍流流動(dòng)時(shí)，滯流層的厚度隨雷諾數(shù)Re的增大而（B）。A.增厚B.減薄C.不變9.流體流動(dòng)中的理想流體是指：。沒(méi)有粘性、沒(méi)有摩擦阻力、液體不可壓縮。10.液體在等直徑的管中作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，由于有摩擦阻力損失，其流速沿管長(zhǎng)，靜壓強(qiáng)沿管長(zhǎng)。不變；降低11.一樣管徑的圓形管道中，分別流動(dòng)著粘油和清水，若雷諾數(shù)Re相等，二者的密度相差不大，而粘度相差很大，則油速（A）水速。A.大于B.小于C.等于12.將管路上的閥門(mén)關(guān)小時(shí),其阻力系數(shù)（B）。A.變小B.變大C.不變13.在一定流量下，流體在并聯(lián)管路中作穩(wěn)態(tài)連續(xù)流動(dòng)，當(dāng)并聯(lián)管路數(shù)目愈多，則（C）。A.流體阻力損失越大B.流體阻力損失越小C.流體阻力損失與并聯(lián)管數(shù)無(wú)關(guān)14.某流體在圓形直管中作滯流流動(dòng)時(shí)，其速度分布是型曲線，其管中心最大流速為平均流速的倍。拋物線，215.u2/2的物理意義是表示流動(dòng)系統(tǒng)某截面處（A）流體具有的動(dòng)能。A.1kgB.1NC.1m16．因次分析法的目的在于：cA得到各變量間的確切定量關(guān)系；B得到各無(wú)因次數(shù)群的確切定量關(guān)系；C用無(wú)因次數(shù)群代替變量，使實(shí)驗(yàn)與關(guān)聯(lián)工作簡(jiǎn)化；D用無(wú)因次數(shù)群代替變量，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更可靠。17.流體在管作層流流動(dòng)，若僅增大管徑，則摩擦系數(shù)變，直管阻力變。大，小18.流體在圓管流動(dòng)時(shí)，由于流體具有粘性，使得管__________處速度為零，管的________處速度最大。管壁；中心19. 滯流底層越薄，則C。A近壁面速度梯度越??；B流動(dòng)阻力越??；C流動(dòng)阻力越大；D流體湍動(dòng)程度越小20.牛頓粘性定律表達(dá)式為，其中粘性系數(shù)(粘度)的物理意義是。τ＝F/A＝μdu/dy；在單位接觸面積上，速度梯度為1時(shí)，流體層間的摩擦力。21.在穩(wěn)態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)中,水由粗管連續(xù)地流入細(xì)管,若粗管直徑是細(xì)管的2倍，則細(xì)管流速是粗管的（C）倍。A.2B.8C.422.產(chǎn)生流體流動(dòng)阻力的根本原因是：_____________________。流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了摩擦切向力。23.流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生摩擦阻力的根本原因是（C）。A.流動(dòng)速度大于零B.管邊不夠光滑C.流體具有粘性24.當(dāng)20℃的水（ρ=998.2kg/m3，μ=1.005×10-3Pa.s）在徑為100mm的光滑管流動(dòng)時(shí)，若流速為1.0m/s時(shí)，其雷諾準(zhǔn)數(shù)Re為_(kāi)____，流動(dòng)型態(tài)為(填滯流或湍流)____。9.93×104,25.水在圓形直管中作滯流流動(dòng)，流速不變，若管子直徑增大一倍，則阻力損失為原來(lái)的（A）。A、1/4B、1/2C、2倍26.在一樣條件下，縮小管徑，雷諾數(shù)（A）A、增大B、減小C、不變27．在一定流量下，流體在并聯(lián)管路中作穩(wěn)定連續(xù)流動(dòng)，當(dāng)并聯(lián)管路數(shù)目愈多，則（C）。A、流體阻力損失越大B、流體阻力損失越小C、流經(jīng)各支管的阻力損失皆相等三、問(wèn)答題：1.說(shuō)明流速、體積流量、質(zhì)量流量的單位，以與這三個(gè)物理量之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。答：（1）流速u(mài)，m/s；體積流量qV，m3/s；質(zhì)量流量qm，kg/s（2）相互轉(zhuǎn)換關(guān)系：u=qV/A；qm=qV.ρ2.什么叫化工單元操作？常用的化工單元操作有哪些？化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，具有共同物理變化，遵循共同的物理學(xué)定律的一些物理操作過(guò)程。例如：流體流動(dòng)、流體輸送、非均相分離、傳熱、蒸發(fā)、蒸餾、吸收、萃取、干燥等。3．流體在管路中流動(dòng)時(shí)，有哪兩種流動(dòng)形態(tài)？寫(xiě)出判斷流型的具體根據(jù)。答：(1)兩種流型：層流、湍流；（2）判據(jù)：雷諾準(zhǔn)數(shù)Re=duρ/μ，Re〈2000層流；Re〉4000湍流；介于二者之間過(guò)渡流。第二章流體機(jī)械1.離心泵的主要部件有（）、（）和（）。葉輪，泵殼，軸封裝置2.離心泵特性曲線包括、和三條曲線。它們是在一定下，用常溫為介質(zhì)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的。He-qvPa-qvη--qv轉(zhuǎn)速清水3.離心泵的壓頭（又稱(chēng)揚(yáng)程）是指，它的單位是。泵對(duì)單位重量（1N）液體所提供的有效能量m4.離心泵安裝在一定管路上，其工作點(diǎn)是指泵的特性曲線和管路特性曲線的交點(diǎn)。5.若被輸送的粘度大于常溫下清水的粘度時(shí)，則離心泵的壓頭、流量、效率、軸功率。減小，減小，下降，增大7.管路特性曲線的形狀由和來(lái)確定，與離心泵的性能。管路布置，操作條件，無(wú)關(guān)8.離心泵通常采用調(diào)節(jié)流量。出口閥門(mén)9.離心泵的揚(yáng)程是指（C）A、實(shí)際的升揚(yáng)高度B、泵的吸上高度C、泵對(duì)單位重量液體提供的有效能量D、泵的允許安裝高度10.當(dāng)液體的密度改變時(shí)，離心泵的壓頭H和軸功率N的變化為（B）A、H、N均不變B、H不變，N改變C、H改變，N不變D、H、N均改變11.離心泵的效率η與流量Q的關(guān)系為（B）Q增大則η增大B、Q增大，η先增大后減小C、Q增大則η減小D、Q增大，η先減小后增大12.離心泵的工作點(diǎn)是指（D）A、與泵最高效率時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)B、由泵的特性曲線所決定的點(diǎn)C、由管路特性所決定的點(diǎn)D、泵的特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)13.離心泵的效率隨所輸送液體的密度變化而。（）14.離心泵啟動(dòng)前需要向泵充滿被輸送的液體，否則將可能發(fā)生現(xiàn)象。15.在化工生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中，對(duì)流體輸送機(jī)械的基本要什么？能適應(yīng)被輸送流體的特性（如粘性、腐蝕性、含固體雜質(zhì)等）。能滿足工藝上對(duì)流量和能量（壓頭）的要求。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作可靠和高效，投資和操作費(fèi)用低。16.離心泵能量損失包括、、.容積損失，機(jī)械損失，水力損失17.說(shuō)明離心泵葉輪的構(gòu)造和作用。答：葉輪的構(gòu)造：它是由若干后彎曲的葉片構(gòu)成。作用：將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體，使液體的靜壓能和動(dòng)能均有所提高。18.用簡(jiǎn)單語(yǔ)言來(lái)說(shuō)明離心泵的工作原理。計(jì)算題：如圖所示，某車(chē)間要將地面敞口貯槽密度為1120Kg/m3的溶液送至高位槽，高位槽表壓強(qiáng)為3.92×104Pa，需要的送液量為120m3/h，輸送管路為φ140×4.5mm的鋼管，其計(jì)算總長(zhǎng)度為140m（包括直管長(zhǎng)度和所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度），兩液面高度差Δz＝11m，摩擦系數(shù)λ為0.03。試問(wèn)能否選用n＝2900r/min、Q＝132m3解：（1）必須計(jì)算出輸送系統(tǒng)所需的流量、壓頭與離心泵的Q、H進(jìn)行比較后才能確定能否選用該泵。在圖中1-1’與2-2’（2）各量確定：Δz＝11m，Δu＝0，(表壓)求He。代入可得：確定能否選用。輸送系統(tǒng)所需的流量Qe＝120m3/h，壓頭He＝24.54m，而離心泵能提供的流量Q＝132m3/h>Qe，提供的壓頭一、填空與選擇題1.離心泵輸送的液體密度變大，則其揚(yáng)程_________，流量________，效率_________，軸功率_________。不變；不變；不變；變大2.離心泵并聯(lián)操作的主要目的是（C）A、增大位能B、增大揚(yáng)程C、增大流量3.離心泵的工作點(diǎn)是如下兩條曲線的交點(diǎn)：__泵特性曲線H-Q__和_管路特性曲線H-Q_。4.離心泵起動(dòng)時(shí)，如果泵沒(méi)有充滿液體而存在氣體時(shí)，離心泵就不能輸送液體，這種現(xiàn)象稱(chēng)為_(kāi)______現(xiàn)象。氣縛5.現(xiàn)用離心泵將河水抽送到水塔中，其管路特性曲線方程為He=20+2.5×105Qe2(式中He的單位為m,Qe的單位為m3.s-1)；當(dāng)輸送量為20m3.h-1時(shí)，則泵的揚(yáng)程為_(kāi)_____m。6.離心泵采用并聯(lián)操作的主要目的是提高（揚(yáng)程或流量）________，串聯(lián)操作的目的是提高（揚(yáng)程或流量）_____________。提高流量，提高揚(yáng)程7.當(dāng)離心泵出口閥門(mén)開(kāi)大時(shí)，流量，泵出口壓力。變大降低8.(離心泵的流量調(diào)節(jié)閥安裝在離心泵（進(jìn)或出）口管路上，關(guān)小出口閥門(mén)后，真空表的讀數(shù)變，壓力表的讀數(shù)變。（出口減小增大由于流量的增大，流速增大，動(dòng)能增大，由伯努利方程知壓能減小，即壓強(qiáng)降低，故泵出口壓強(qiáng)表讀數(shù)下降。泵入口的壓力也是降低的，只不過(guò)泵入口壓力是小于大氣壓的，小于大氣壓的數(shù)值叫真空值，此值越大，表示壓力越小，由真空表來(lái)量測(cè)，所以流量增大，真空值由真空表讀數(shù)增大。）9.某同學(xué)進(jìn)行離心泵特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)，啟動(dòng)泵后，出水管不出水，泵進(jìn)口處真空計(jì)指示真空度很高，他對(duì)故障原因作出了正確判斷，排除了故障，你認(rèn)為以下可能的原因中，哪一個(gè)是真正的原因()A.水溫太高B.真空計(jì)壞了C.吸入管路堵塞D.排出管路堵塞C二、簡(jiǎn)答題1.離心泵有哪些基本參數(shù)和特征曲線？離心泵的基本參數(shù)是：流量、揚(yáng)程、功率和效率。離心泵的特征曲線是：He－Qe揚(yáng)程曲線，Ne－Qe功率曲線，η-Q效率曲線。2.離心泵為什么會(huì)出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象？是因?yàn)槿~輪入口與其背面存在低壓區(qū)，隨著吸水高度E的增加。Z=(pa-pc)/(ρg)-uc2/2g-∑hfc則吸入口壓力pc減小，當(dāng)pc減小到某一值時(shí)，低壓區(qū)的壓力pk就會(huì)等于小于送液的飽和蒸汽壓ps。即pk≤ps，低壓區(qū)液體沸騰，產(chǎn)生大量氣泡，同時(shí)，溶解在液體中的空氣，也會(huì)因壓力降低而逸出，生成的氣泡，隨液流流入葉輪高壓區(qū)，氣泡就會(huì)破碎，體積驟然縮小，大量液體就會(huì)沖擊過(guò)去，沖擊點(diǎn)可達(dá)上百個(gè)大氣壓，且頻率非常高，沖擊波與氣中微量氧共同作用可使葉輪與原殼出現(xiàn)斑痕，甚至呈海綿狀，即氣蝕。三、計(jì)算題（欲將某減壓精餾塔塔釜中的液體產(chǎn)品用離心泵輸送至高位槽，釜中真空度為67kPa（其中液體處于沸騰狀態(tài)，即其飽和蒸汽壓等于釜中絕對(duì)壓強(qiáng)）。泵位于地面上，吸入管總阻力為0.87J/N，液體的密度為986kg/m3，已知該泵的必需汽蝕余量(NPSH)r為3.7m,試問(wèn)該泵的安裝位置是否適宜？如不適宜應(yīng)如何重新安排？（最大允許安裝高度：[Hg]=P0/ρg-PV/ρg-∑Hf(0-1)-[(NPSH)r3.5m3.5m由液面最高處和離心泵入口出列柏努利方程，得[Hg]=(Po-Pv)/ρg-[(NPSH)r+0.5]-ΣHf,0-1 3分 =(67*1000-67*1000)/986*9.81-(3.7+0.5)-0.87 =-5.07m 5分由于-5.07m<Hg=-3.5m 2分所以，此泵不能正常操作。 2分要使泵正常操作，須將其移埋入地下（或設(shè)備提升）1.6m2.欲用離心泵將20℃水以30m3/h的流量由敞口水池打到敞口高位槽，兩液面均保持不變，兩液面高度差為18m，泵的吸入口在水池液面上方2m處。泵的吸入管路全部阻力為1mH2O柱，壓出管路全部阻力為3mH2（2）若已知泵的必須汽蝕余量為2.5m，20℃水的飽和蒸汽壓為2338.43Pa，問(wèn)上述安裝高度是否合適？水的密度可取1000kg.m-3，外界大氣壓為10mH2O(1)如圖取1－1，2－2截面，并以1－1截面為基準(zhǔn)面，列柏努利方程得：H＝ΔZ＋∑Hf1-2＝18＋1＋3＝22m 4分∴Pa＝qVHρg/η＝(30/3600)×22×1000×9.8/0.6＝3kw 4分(2)由題目所給已知條件，得泵的最大允許安裝高度為：[Hg]=p0/ρg–pv/ρg–ΣHf(0-1)–[(NPSH)r+0.5] 3分=10–2338.43/1000/9.81–1–(2.5+0.5)=5.76m 3分由于實(shí)際安裝高度僅2米，∴安裝高度合適。 2分3.某離心泵在一定轉(zhuǎn)速下的特性方程為H=26-0.4×106Q2，用該泵將水從貯槽抽送至某高位槽，兩槽皆敞口，兩槽液面高度差為10米。管路系統(tǒng)的阻力損失Σhf=0.6×106qV2(Σhf的單位為米，qV的單位為m3/s)。試計(jì)算：若兩槽中水位恒定，求流量。開(kāi)始時(shí)，兩槽液面位差是10米，過(guò)程中如高位槽中液位恒定，求低位槽中液面下降兩米所需的時(shí)間，低位槽面積為100m解:（1）管路特性方程：H=10+Σhf=10+0.6×106Q23分泵特性方程：H=26-0.4×106Q2聯(lián)立以上二方程，解得，管路中的實(shí)際工作點(diǎn)：Q=4×10-3m3/s=14.4m(2)列瞬時(shí)柏式方程，以低位槽液面為基準(zhǔn)水平面，得H=(10-Z)+Σhf=10-Z+0.6×106Q23分和離心泵特性方程H=26-0.4×106Q2聯(lián)立得：26-0.4×106Q2=10-Z+0.6×106Q22分解得：Q=0.001(16+Z)0.51分代入低位槽物料衡算式：0-Q=AdZ/dt，得：-0.001(16+Z)0.5dt=-AdZ兩邊進(jìn)行積分，t：0-t，Z：0-(-2)得t=5.17×104s=14.4h4分4．某離心泵的必需汽蝕余量為3.5m，今在海拔1000m的高原上使用。已知吸入管路的全部阻力損失為3J/N。今擬將該泵裝在水源之上3m處，試問(wèn)此泵能否正常操作？該地大氣壓為90kPa，夏季的水溫為20℃[Hg]=Po/(ρg)-Pv/(ρg)-ΣHf-[(NPSH)r+0.5] 5分 =90*103/(1000*9.81)-2338.43/(1000*9.81)-3-(3.5+0.5)=1.93m 4分1.93m<3m=Hg所以，不能正常操作，會(huì)發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。5分第四章1.非球形顆粒的當(dāng)量直徑的一種是等體積球徑，它的表達(dá)式為B。A)d=6V/S，此處V為非球形顆粒的體積，S為非球形顆粒的表面積B)d=(6V/π)1/3C)d=(4V/π)l/3D)d=（Kv/π)l/3，k為系數(shù)，其值與非球形顆粒的形狀有關(guān)2.下列說(shuō)確的有ABCD。A)單位體積固體顆粒所具有的表面積稱(chēng)為該固體顆粒的比表面積B)根據(jù)不同方面的等效性（表面積等效、體積等效、比表面積等效等），可以定義不同的當(dāng)量直徑C)形狀系數(shù)是與非球形顆粒體積相等的球的表面積除以非球形顆粒的表面積D)對(duì)于球形顆粒，只要一個(gè)參數(shù)（即顆粒直徑）便可唯一的確定其體積、表面積與比表面積3.“顆粒度分布越不均勻，則所形成的床層空隙率越大”，“一般壁附近床層空隙率較層中心的空隙率大”則（D）A)這兩種說(shuō)法都對(duì)B)這兩種說(shuō)法都不對(duì)C)只有第一種說(shuō)法對(duì)D)只有第二種說(shuō)法對(duì)4.影響流體通過(guò)固定床的壓降的因素有、和，其中影響最大的因素是。操作變量u，流體物性μ和ρ；床層特性ε和a；空隙率ε5.流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)多呈狀態(tài)，故單位體積床層所具有的表面積對(duì)流動(dòng)阻力起決定作用。爬行6.在餅層過(guò)濾中，真正發(fā)揮攔截顆粒作用的主要是而不是。濾餅層過(guò)濾介質(zhì)7.顆粒的粒度分布越不均勻，所形成床層的空隙率越。在器壁附近床層空隙率較，床層中心處空隙率則較。小大小8.過(guò)濾操作中有時(shí)在濾漿中加入一些助濾劑，原因是。過(guò)濾時(shí)能形成疏松的餅層，減小濾液的流動(dòng)阻力9、過(guò)濾速度是指。單位時(shí)間、單位過(guò)濾面積所獲得的濾液體積10、推導(dǎo)過(guò)濾基本方程式時(shí)一個(gè)最基本的依據(jù)是（）。固體顆粒的沉降速度B、濾餅的可壓縮性C、液體的層流流動(dòng)D、過(guò)濾介質(zhì)的比阻11.要使微粒從氣流中除去的條件，必須使微粒在降塵室的停留時(shí)間（）微粒的沉降時(shí)間。A.≥；B.≤；C.＜；D.＞12.過(guò)濾操作中濾液流動(dòng)遇到阻力是（）。A、介質(zhì)阻力；B、濾渣阻力；C、介質(zhì)和濾渣阻力之和。13.旋風(fēng)分離器的臨界粒徑是指能完全分離出來(lái)的（）粒徑。A.最?。籅.最大；C.平均；14.旋風(fēng)分離器主要是利用（）的作用使顆粒沉降而達(dá)到分離。A.重力；B.慣性離心力；C.靜電場(chǎng)15.板框過(guò)濾機(jī)采用橫穿法洗滌濾渣時(shí)，若洗滌壓差等于最終過(guò)濾壓差，洗滌液粘度等于濾液粘度，則其洗滌速率為過(guò)濾終了速率的（）倍。A、1；B、0.5；C、0.2516.當(dāng)固體微粒在大氣中沉降是層流區(qū)域時(shí)，以（）的大小對(duì)沉降速度的影響最為顯著。A.顆粒密度；B.空氣粘度；C.顆粒直徑17.過(guò)濾速率的定義是______________，在恒壓過(guò)濾時(shí)，過(guò)濾速率將隨操作的進(jìn)行而逐漸變__________。18.板框壓濾機(jī)洗滌速率是過(guò)濾終了過(guò)濾速率的____倍。19．欲提高降塵寶的生產(chǎn)能力，主要的措施是（）。A、提高降塵寶的高度；B、延長(zhǎng)沉降時(shí)間；C、增大沉降面積20.懸浮在靜止流體中的固體微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降時(shí)，會(huì)受到________三個(gè)力的作用。當(dāng)此三個(gè)力_________時(shí)，微粒即作勻速沉降運(yùn)動(dòng)。21.球形粒子的球形度Φ()；非球形粒子的球形度Φ（）。A.等于1；B.小于1；C.大于122.恒壓過(guò)濾時(shí)過(guò)濾速率隨過(guò)程的進(jìn)行而不斷（）。A.加快；B.減慢；C.不變23.降塵室做成多層的目的是____。24、恒壓過(guò)濾時(shí)，如介質(zhì)阻力不計(jì)，過(guò)濾時(shí)間減半，其它條件均不改變，則所獲得的濾液量（）A、為原來(lái)的1/3倍B、為原來(lái)的倍C、為原來(lái)的倍D、為原來(lái)的1/2倍25、過(guò)濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)，濾餅不可壓縮，若恒速過(guò)濾過(guò)程中，在相等時(shí)間濾液體積由V1增多至V2=2V1時(shí)，則當(dāng)操作壓差由△P1增大至△P2，△P2=△P1。26、對(duì)于可壓縮濾餅，若過(guò)濾壓差增倍，則過(guò)濾速率（）。A增加一半B、增加一倍C、基本不變D、有所增加但增加不到一倍27、恒壓過(guò)濾時(shí)，濾漿溫度降低，則濾液粘度，過(guò)濾速率。28、恒壓過(guò)濾且介質(zhì)阻力忽略不計(jì)時(shí)，若粘度降低20%，則在一樣條件下所獲得的濾液量增加（）。A、11.8%B、9.54%C、20%D、44%29、將降塵室分成多層后，若能100%除去的最小顆粒直徑要求不變，則生產(chǎn)能力，沉降速度，沉降時(shí)間。（增大、不變、減小）30、洗滌濾餅的主要目的是31、在重力場(chǎng)中，微小顆粒的沉降速度與下列因素?zé)o關(guān)（）。A粒子的幾何形狀B、粒子的幾何尺寸C、流體與粒子的密度D、流體的流速第六章傳熱1.（C）是一種以電磁波傳遞熱能的方式。A、傳導(dǎo)B、對(duì)流C、輻射2.在列管式換熱器中,用飽和蒸汽加熱空氣，此時(shí)傳熱管的壁溫接近________流體的溫度，總傳熱系數(shù)K接近______流體的對(duì)流給熱系數(shù)。蒸汽空氣3.對(duì)于沸騰傳熱，工業(yè)生產(chǎn)一般應(yīng)設(shè)法控制在（A）沸騰下操作。A、核狀B、穩(wěn)定的膜狀C、不穩(wěn)定的膜狀4.對(duì)外來(lái)輻射能吸收率為100%的物體稱(chēng)為_(kāi)_______（黑體或灰體），對(duì)各種波長(zhǎng)輻射能均能同樣吸收的理想物體稱(chēng)為_(kāi)_______（黑體或灰體）。黑體，灰體5.蒸汽冷凝時(shí)，膜狀冷凝的α(C)滴狀冷凝的α。A.等于B.大于C.小于6.有兩種不同的固體材料，它們的導(dǎo)熱系數(shù)第一種為λ1，大于第二種的λ2，若作為換熱器材料，應(yīng)選用_種；當(dāng)作為保溫材料時(shí)，應(yīng)選用___種。第一第二7.進(jìn)行換熱的兩流體，若α1》α2時(shí)，要提高K值，應(yīng)設(shè)法提高_(dá)___；當(dāng)α1≈α2時(shí)，要提高K值，應(yīng)使_______。α2；α1與α2同時(shí)提高8.在間壁式換熱器用飽和水蒸汽加熱空氣，此過(guò)程的總傳熱系數(shù)K值接近于（B）。A.α蒸汽B.α空氣C.α蒸汽與α空氣的平均值9.套管冷凝器的管走空氣，管間走飽和水蒸汽，如果蒸汽壓力一定，空氣進(jìn)口溫度一定，當(dāng)空氣流量增加時(shí):（1）傳熱系數(shù)Ｋ應(yīng)A增大B減小C基本不變(A)（2）空氣出口溫度A增大B減小C基本不變(B)（3）壁溫A增大B略有減小C基本不變(B)5.對(duì)一臺(tái)正在工作的列管式換熱器，已知α1＝116w.m-2.K-1，α2＝11600w.m-2.K-1，要提高傳熱系數(shù)K，最簡(jiǎn)單有效的途徑是（A）。A.設(shè)法增大α1;B.設(shè)法增大α2;C.同時(shí)增大α1和α2。10.當(dāng)間壁兩側(cè)流體穩(wěn)定變溫傳熱時(shí)，工程上為何常采用逆流操作？簡(jiǎn)要定性分析主要原因。答：因?yàn)槟媪鞑僮饔休^高的經(jīng)濟(jì)效益。主要原因可由以下兩方面分析：（1）當(dāng)T1、T2、t1、t2四個(gè)溫度一定時(shí)，逆流操作的△tm比其它流向大。根據(jù)：Q=KA△tm，當(dāng)K、A一定時(shí)，△tm↑則Q↑，對(duì)現(xiàn)有的換熱器來(lái)說(shuō)，可提高生產(chǎn)能力。當(dāng)Q、K一定時(shí)，△tm↑則A↓，對(duì)生產(chǎn)能力要求一定時(shí)，新設(shè)計(jì)制造換熱器由于A較小，設(shè)備尺寸可減小，節(jié)省投資費(fèi)。（2）一般逆流操作的正常操作費(fèi)比其它流向要少。逆流操作時(shí)，載熱體用量比其它流向的要小，降低能耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益。一、在管為ф180*10mm的套管換熱器中，將流量為3500kg/h的某液態(tài)烴從100℃冷卻到60℃，其平均比熱Cp（烴）=2.38kJ/kg.℃，水從40℃加熱到50℃，其平均比熱Cp（水）=4.17kJ/kg.℃，基于傳熱外面積的總傳熱系數(shù)Ko=2000W/m2水用量；計(jì)算兩流體為逆流和并流情況下的平均溫差與所需管長(zhǎng)。答：（1）qmh.Cph.(T1-T2)=qmc.Cpc.(t2-t1) 3分 3500*2.38*(100-60)=qmc*4.17*(50-40) qmc=7990Kg/h 4分（2）Δt(逆)=（50-20）/ln(50/20)=32.75℃ 2分Δt(并)=（60-10）/ln(60/10)=27.93℃ 2分Q=qmc.Cpc.(t2-t1)=7990*4.17*(50-40)=3.332*105kJ/h 2分A(逆)=Q/[KoΔt(逆)]=3.332*105/[(2000/1000)*32.75*3600]=1.41(m2)L(逆)=A(逆)/(3.14*0.18d2)=1.41/(3.14*0.18)=2.5m 2分A(并)=Q/[KoΔt(并)]=3.332*105/[(2000/1000)*27.93*3600]=1.66mL(并)=A(并)/(3.14*0.18d2)=1.66/(3.14*0.18)=2.93m 2分二.有一列管換熱器,用-15℃的液氨蒸發(fā)來(lái)冷卻空氣?？諝庠趽Q熱器的簿壁列管作湍流流動(dòng),由40℃冷卻到-5℃，液氨側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)為1880w.m-2.K-1，空氣側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)為：46.5w.m-2.K-1，忽略管壁和污垢熱阻。求：(1)平均溫度差； (2)總傳熱系數(shù)。Δtm＝（(40-(-15))-(-5-(-15))）/ln(55/10)＝26.4℃2） 1/K＝1/46.5+1/1880K≈45.4w.m-2.K-1三、有一套管換熱器，管為Φ54╳2mm，外管為Φ116╳4mm的鋼管，管中苯被加熱，苯進(jìn)口溫度為50℃，出口溫度為80℃，流量為4000kg/h。環(huán)隙為133.3℃的飽和水蒸氣冷凝，其汽化熱為r=2168.1kJ/kg，冷凝傳熱系數(shù)為11630W/m 苯在50～80℃之間的物性參數(shù)平均值為密度ρ=880kg/m3，比熱Cp=1.86kJ/kg.℃，粘度μ=0.00039Pa.s，導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.134W/m.K，管壁污垢熱阻為0.000265℃.m2/W，管壁與管外側(cè)垢阻不計(jì)，在圓形直管做強(qiáng)制湍流時(shí)對(duì)流給熱系數(shù)計(jì)算公式：α=0.023*(λ/d)(Re)0.8(Pr)試求：(1)加熱蒸汽消耗量D；(2)所需的傳熱面積（以管外表面計(jì)）。（1）Q=D*r=qm苯Cp(t2-t1)=4000*1.86*(80-50)=223200kJ/hD=223200/2168.1=103kg/h5分 (2)do/di==54/50<2K=1/(1/αi+R+1/αo)2分u=4000/(3600*0.785*0.052*880)=0.643m/s1分Re=(0.05*0.643*880)/0.00039=72500>10000Pr=1.86*1000*0.39*0.001/0.134=5.41αi=0.023*(0.134/0.05)(7.25*10000)0.8(5.41)0.4=936.3W/m2.K3分K=1/(1/936.3+0.000265+1/11630)=704.7W/m2K2分Δtm=(83.3+53.3)/2=68.3℃2分傳熱面積A=Q/(KΔtm)=223200/(704.7*68.3)=4.64m22四、（18分）90℃的正丁醇，在逆流換熱器中被冷卻到50℃，換熱器的換熱面積為6m2，傳熱系數(shù)K=230W/m2.℃，正丁醇的流量為1930kg 求：A）冷卻水出口溫度；B)冷卻水消耗量。70℃正丁醇Cp=2.98kJ/kg.℃，水Cp=4.187kJ/kg.℃。Q=qmh.Cph.(T1-T2)=(1930/3600)*2.98*1000*(90-50)=63900W 5分Δtm=Q/KA=6.39*10000/(230*6)=46.3℃Δtm=((T1-t2)+(T2-t1))/2 =((90-t2)+(50-18))/2=46.3所以，t2=29.4℃ 4分冷卻水消耗量qmc=Q/(Cpc(t2-t1)) =6.39*10000/(4.18*10000*(29.4-18))=1.34kg/s=4800kg/h 5分由于兩端溫差分別為60.6和32，故平均溫度差采用算術(shù)平均是可以接受的。五、某廠一單管程單殼程列管換熱器，列管規(guī)格為ф25*2.5mm，管長(zhǎng)6m，管數(shù)501根，管程走熱氣體，流量為5000kg/h，平均比熱3.04kJ/kg.K，進(jìn)口溫度500℃；殼程走冷氣體，流量為4000kg/h，平均比熱3.14kJ/kg.K，進(jìn)口溫度30℃。逆流操作時(shí)，測(cè)得熱氣體的出口溫度為200℃，求總傳熱系數(shù)K為多少（W/m2K）;如采用并流操作，熱氣體的出口溫度有無(wú)可能降為200℃？為什么？解：（1）Q=qm1.Cp1.(T1-T2)=qm2.Cp2.(t2-t1)=5000/3600*3.04*1000(500-200)=1.26*106W 3分t2=5000*3.04*(500-200)/(4000*3.14)+30=393℃ 2分A=n.π.d.l=501*3.14*0.025*6=236m2 2Δtm=[(500-393)+(200-30)]/2=139℃ 2分K=Q/(AΔtm)=1.26*106/(236*139)=38.4W/m2.K 2分(2)因?yàn)椴⒘鞑僮鲿r(shí)，應(yīng)有T2>t2，由前熱量衡算可知，當(dāng)T2=200℃時(shí)，t2=393℃(>T2)，所以并流操作時(shí)，T2不可能達(dá)到200℃。 6分六、90℃的正丁醇，在逆流換熱器中被冷卻到50℃，換熱器的換熱面積為6m2，傳熱系數(shù)K=230W/m2.℃，正丁醇的流量為1930kg/h。冷卻介質(zhì)為18℃水，熱損失可以忽略。70℃正丁醇Cp=2.98kJ/kg.℃，水Cp=4.187kJ/kg.求：A）冷卻水出口溫度；B)冷卻水消耗量。解：Q=qmh.Cph.(T1-T2)=(1930/3600)*2.98*1000*(90-50)=63900W 5分 Δtm=Q/KA=6.39*10000/(230*6)=46.3℃ 4分 Δtm=((T1-t2)+(T2-t1))/2 =((90-t2)+(50-18))/2=46.3℃所以，t2=29.4℃ 4分冷卻水消耗量qmc=Q/(Cpc(t2-t1)) =6.39*10000/(4.18*10000*(29.4-18))=1.34kg/s=4800kg/h 5分由于兩端溫差分別為60.6和32，故平均溫度差采用算術(shù)平均是可以接受的。七、擬采用φ89×4.5和57×3.5mm的鋼管套管冷卻器將甲醇液體5000kg/h，從65℃冷卻至35℃，已知甲醇在定性溫度下的物性如下：ρ=770kg/m3；Cp=2.64kJ/kg.K；Pr=5.48；λ=0.207w.m-1.K-1；μ=0.43Cp；現(xiàn)安排甲醇走管，忽略熱損失，Cp(水)=4.187kJ/(kg.K)求：（1）甲醇的給熱系數(shù)；（2）若冷卻水初溫為20℃，終溫為45℃，冷卻水耗用量為多少kg/h?（3）若K=430w.m-2.K-1，兩流體呈逆向流動(dòng)，需套管的長(zhǎng)度為多少m？解：（1）u（甲醇）=[5000/（3600×770）]/[0.785(50×10-3)2]=0.9186m/s 2分Re=duρ/μ=(50×10-3×0.9186×770)/(0.43×10-3)=82250＞104Pr=Cpμ/λ=(2.64×103×0.43×10-3)/0.207 =5.484假設(shè)L/d>60α甲醇=0.023（λ/di）Re0.8pr0.4=0.023×0.207/0.05×(82250)0.8×(5.484)0.4=1357W.m-2.K-1 3分(2) qm水=qm甲醇×Cp甲醇（T1-T2）/[Cp水（t2-t1）]=[5000×2.64×103(65-35)]/[4.187×103(45－20)]=3783kg/h 4分(3) △t1=65-45=20℃；△t2=35-20=15℃△tm=(△t1＋△t2)/2=(20＋15)/2=17.5℃ 3分Q=qm甲醇×Cp甲醇×（T1-T2） =（5000/3600）×2.64×103（65-35） =1.1×105WA=Q/(K×△tm)=(1.1×105)/(430×17.5)=14.62m 3分L=A/(πd)=14.62/(π×57×10-3)=81.63m驗(yàn)證：L/d=81.63/0.057=1.432×103〉60 1分八、有一臺(tái)套管換熱器，管為Ф38×2.5mm鋼管，外管為Ф57×3mm鋼管，換熱管總長(zhǎng)36m，逆流操作，管走水，將管間4200kg/h的苯液從65℃冷卻到35℃，水溫從25℃升到35℃，現(xiàn)已知苯側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為2030w/m2.k，水側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為6610w/m2.k，苯側(cè)污垢層熱阻為0.18m2.k/kw，苯液比熱Cp1該換熱器傳熱系數(shù)K;水側(cè)污垢層熱阻。(1)Q=qm1Cp1(T1-T2)=(4200/3600)×1.8×1000×(65-35)=63000w A1=πdl=3.14×0.038×26=4.295m2 2 △tm=((65-35)-(35-25))/ln(30/10)=18.2℃ 3分K=Q/(A1△tm)=63000/(4.295×18.2)=806w/m2.k2分(2) Ri2=1/K-[1/α1+δA1/(λAm)+R02+A1/(α2A2=1/806-[1/2030+0.0025×38/(45×35.5)+0.18/1000+38/(6610×33)]