化工原理試題及答案

化工原理試題及答案一、名詞解釋(每題3分，共18分)

1、泵的氣縛與氣蝕

答：氣縛是離心泵在啟動前未布滿液體時，泵殼內(nèi)存在的空氣所產(chǎn)生的離心力很小，造成吸

入口處所形成的真空缺乏以將液體吸入泵內(nèi)的現(xiàn)象(1.5分)。汽蝕為離心泵葉輪入口最低壓力點處壓力降至液體在該溫度下的飽和蒸汽壓時，液體局部汽化并有局部氣體解吸，生成大量小汽泡。這些小汽泡在泵內(nèi)流淌過程的突然裂開產(chǎn)生很好的局部沖擊壓力造成葉輪呈現(xiàn)海綿狀、魚鱗狀的破壞現(xiàn)象(1.5分)。

2、運動相像與動力相像

答：運動相像指原、模型對應(yīng)點兩流淌相應(yīng)流線幾何相像或流速大小成比例，方向一樣。(1.5

分)原、模型對應(yīng)點同名力作用下的流淌，一樣同名力大小成比例的現(xiàn)象稱動力相像。(1.5分)

3、節(jié)點與掌握容積：

答：節(jié)點是數(shù)值模擬中需要求解未知量的幾何位置(1.5分)掌握容積：數(shù)值模擬中用于掌握方程的最小幾何單位(1.5分)。

4、油的閃點與著火點

答：閃點：液體燃料受熱時外表消失油蒸汽，當(dāng)蒸汽濃度增大到遇到很小的點火源即發(fā)生瞬

間閃火現(xiàn)象時的最低溫度(1.5分)。著火點為液體燃料自燃的最低溫度。(1.5分)

5、集中傳質(zhì)與對流傳質(zhì)

答：在濃度差驅(qū)動下通過分子熱運動而引起的組分傳遞現(xiàn)象稱集中傳質(zhì);(1.5分)流體中由

于流體宏觀流淌引起物質(zhì)從一處遷移到另一處的現(xiàn)象稱對流傳質(zhì)。(1.5分)

6、恒定枯燥條件與枯燥曲線

答：恒定枯燥條件是枯燥介質(zhì)(或熱空氣)的溫度、濕度、流速及與物料的接觸方式在整個

枯燥過程中保持不變的條件(2分)?？菰锴€：表征一樣枯燥條件下，物料含水量X及物料外表溫度與枯燥時間的關(guān)系曲線。

二、簡答題(每題6分，共36分)

1、依據(jù)所學(xué)流體力學(xué)學(xué)問，簡述減小管內(nèi)流體流淌阻力的途徑及措施。

答：途徑1：改良流體外部邊界，改善邊壁對流淌的影響，詳細(xì)措施有：(1)減小管壁粗造

度;(2)采納柔性邊壁代替剛性邊壁;(3)采納平順管道進(jìn)口、漸擴(kuò)管、突擴(kuò)管;(4)減小支管與合流管間的夾角或?qū)⒅Ч芘c合流管連接處的折角改緩，等。(4分)途徑2：在流體內(nèi)部投加少量添加劑，使其影響流體內(nèi)部構(gòu)造實現(xiàn)減阻。詳細(xì)措施有：在流體內(nèi)部參加減小粘度的添加劑;加熱流體等。(2分)

2、簡述離心泵的軸功率、效率定義及其離心泵功率損失的主要緣由。

答：離心泵泵軸所需功率N稱為軸功率(1分);有效功率(單位時間內(nèi)液體從泵中葉輪所

獲得的有效能量Ne)與軸功率之比稱為離心泵的效率(1分)。離心泵功率損失的主要緣由有：(1)泵內(nèi)流體流淌的摩擦損失。(2)泵內(nèi)高壓流體泄漏至低壓區(qū)造成的流量損失或容積損失。(3)泵軸與軸承間的機(jī)械摩擦損失。(三點共4分)。

3、簡述削減工業(yè)窯爐燃燒過程中NOx氣體產(chǎn)生的途徑。

答：(1)降低火焰溫度;(2)降低空氣系數(shù);(3)緩慢冷卻高溫區(qū)內(nèi)氣體;(4)燃燒系統(tǒng)中實現(xiàn)煙氣循環(huán);(5)火焰根部噴水或水蒸汽;(6)盡量使煤氣完全燃燒;(7)采納含氮量低的煤氣燃料。(1)、(5)為1分，其他每點1分。

4、簡述換熱器的強(qiáng)化途徑及措施。

答：(1)增大平均傳熱溫度差：可通過增加熱流體溫度、降低冷流體溫度和盡可能保證或接近逆流操作實現(xiàn);(2分)(2)增大換熱器單位體積的傳熱面積：可改良傳熱面構(gòu)造和擴(kuò)展傳熱面積，如外表加裝翅片等;(2分)(3)增大總傳熱系數(shù)K：可實行增大流體流速;管內(nèi)插入旋流元件;轉(zhuǎn)變傳熱面外形和增加粗糙度。(2分)

5、簡述傳質(zhì)中Schmidt(Sc)準(zhǔn)數(shù)與Sherwood(Sh)準(zhǔn)數(shù)的表達(dá)式及其物理含義。答：Sc=/DA，其物理含義是流體中動量集中力量與質(zhì)量集中力量之比，它與對流傳熱中的

Pr相對應(yīng)(3分);Sh=kXX/DA，其物理含義是流體邊界層的集中傳質(zhì)阻力與對流傳質(zhì)阻力之比，它與對流傳熱中的Nu相對應(yīng)(3分)。上式中為流體運動粘度，DA為集中系數(shù)，kX為對流傳質(zhì)系數(shù)，X為集中距離。

6、簡述直角六面體勻稱網(wǎng)絡(luò)剖分狀況下，非穩(wěn)定傳熱顯示差分方程的穩(wěn)定性條件及滿意穩(wěn)定性條件的最小時間步長。

答：內(nèi)部節(jié)點穩(wěn)定性條件：(at/x2+at/y2+at/z2)1/2;或F01/2(3分)

滿意穩(wěn)定性條件的最小時間步長：tmin=Cp/2(1/x2+1/y2+1/z2)(2分)上式中a為熱集中系數(shù)，a=Cp/，為材料密度，Cp為材料定壓比熱，為材料導(dǎo)熱系數(shù)(1分)

三、計算題(第一題13分，其它每題11分，共46分)

1、下列圖所示變徑管內(nèi)有密度為1000kg/m3的水自上而下流過，測得U形管內(nèi)水銀(密度為13.6g/cm3)的液面高度差R=44mm，已知變徑管，1-2面間阻力損失，試求速度u1。

解：(1)由連續(xù)性方程可得：(2分)

22dudu2112

又因：d22d1所以：u2u1

2

p12u12p2u2z1z2hl,122g2g(2)再由伯努利方程：(4分)

測壓管水頭之差為：(

p1z1)(p2

z2)(Hg)R/(Hg)R/

(13.61031000)44103/10000.5544Pa(3分)

代入伯努利方程得：

u12)u122.5u120.554429.8129.8129.81(

求解得：u1=2.49m/s。(4分)

2、某輸送蒸汽管道，已知其外徑為100mm，外包兩層厚度均為15mm的保溫材料層，

最外面一層保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.15W/m℃,里面一層的導(dǎo)熱系數(shù)為0.5W/m℃,蒸汽管外外表溫度1為150℃，最外保溫層外外表溫度3為50℃，試求(1)蒸汽管tt

t(2)如蒸汽管外面的空氣溫道該每米管長的熱損失及兩保溫層交界處的溫度2。

度t4為20℃，空氣與保溫層外外表的對流換熱系數(shù)為多大?

50mm，里層與外層保溫層交界處半徑解：(1)蒸汽管外半徑r1Q

r2r11565mm;外層保溫層外半徑r3r21580mmQt1t3t2t3At(5分)332lln(1)ln(2)ln(2)222221

Ql1505015050t250329W/m(2分)

0.08360.22040.220423.140.523.140.15

t23290.220450122.5℃,(1分)

(2)對流換熱系數(shù)求解：

QAt(2r31)(t3t4)(2分)l

Q(2r31)(t3t4)32921.8W/m℃,(1分)23.140.08(5020)

3、某物料在恒定枯燥條件下從初始含水量0.4kg水/kg干料降至0.08kg水/kg干料，供需8小時。假定該物料的臨界含水量為0.15kg水/kg干料，平衡含水量為0.04kg水/kg干料，降速階段的枯燥速率曲線可作為直線處理。計算(1)恒速枯燥階段和降速枯燥階段所需的時間各為多少?(2)若同樣條件下，連續(xù)將該物料枯燥至0.05kg水/kg干料，還需多少枯燥時間。

解：(1)設(shè)X由0.4kg水/kg干料降至0.08kg水/kg干料,經(jīng)受的恒速枯燥階段和降速枯燥階段時間分別為1和2，則：

1=GC(X1-X0)/Au02=GC(X0-X*)ln(X0-X*)/(X2-X*)/Au0

1/2=(X1-X0)/(X0-X*)ln(X0-X*)/(X2-X*)=2.247

因1+2=8h，所以，1=5.536h;2=2.464h(6分)

(2)設(shè)從X0=0.15kg水/kg干料降至X3=0.05kg水/kg干料所需時間為3,則連續(xù)將該物料枯燥至0.05kg水/kg干料所需的時間為3-2：

3/2=ln(X0-X*)/(X3-X*)/ln(X0-X*)/(X2-X*)=2.37

連續(xù)枯燥所需時間為3-2=1.372=3.376h(5分)

4、試依據(jù)Gililand閱歷公式計算35C，2.5atm(表壓)時苯蒸氣在空氣中的集中系數(shù)，并與試驗值進(jìn)展比擬其相對誤差。(已知空氣和苯蒸氣的.分子體積分別為29.9和96cm3/mol,摩爾分子量分別為29和78，苯蒸氣在0C、1.0atm下空氣中的集中系數(shù)D為0.077cm2/s)。解：(1)按Gililand公式計算，令苯蒸氣為A,空氣為B。

P=3.5101.32=354.62kPa(1分)

D=4.3610-5T1.5(1/MA+1/MB)0.5/[P(VA1/3+VB1/3)2](4分)

將已知數(shù)據(jù)換算為標(biāo)準(zhǔn)單位并代入上式可得D=2.45310-6m2/s(2分)

(2)D=D0(T/T0)1.5(P0/P)=0.07710-4(308/273)1.5(1/3.5)=2.63610-6m2/s(2分)

(3)計算值與試驗值的相對誤差為：(2.453-2.636)/2.636=-6.94%(2分)

化工原理試題及答案(二)

一、(20分)每小時將2104kg、45℃氯苯用泵從反響器A輸送到高位槽B(如下圖)，管出口處距反響器液面的垂直高度為15m，反響器液面上方維持26.7kPa的絕壓，高位槽液面上方為大氣壓，管子為76mm4mm、長26.6m的不銹鋼管，管壁肯定粗糙度為0.3mm。管線上有兩個全開的閘閥、5個90標(biāo)準(zhǔn)彎頭。45℃氯苯的密度為1075kgm-3，粘度為6.510-4

Pas。泵的效率為70%，求泵的軸功率。

附：各局部阻力系數(shù)

全開閘閥1=0.17

90℃標(biāo)準(zhǔn)彎頭2=0.75

68摩擦系數(shù)計算式=0.1(+)0.23Red

解：如圖，取1-1、2-2界面，以1-1截面為基準(zhǔn)面

2p1u12p2u2+z1++He=+z2++g2gg2ghf,12(3分)

p1=26.7kPa(絕壓)，z1=0,u10(1分)p2=101.3kPa(絕壓)z2=15m(1分)

2104

qV==5.168103m3s1(1分)10753600

5.168103

(1分)u2==1.42ms120.0684

Re=0.0681.421075=1.6105(1分)46.510

2p2p1u2He=+z2++g2ghf,12(1分)

hf,12=hf,直+hf,直=hf,進(jìn)+2hf,閘+5hf,彎(2分)0.3680.23+=0.0293(1分)681.6105=0.1(

hf,直

hf,局lu226.61.422==0.0293=1.178m(1分)d2g0.06829.811.422=(0.5+20.17+50.75)=0.4717m(2分)

29.81

(101.326.7)1031.422

He=+15++1.178+0.4717=23.83m(1分)10759.8129.81

Ne=HeqVg=23.835.16810-310759.81=1.30103W(2分)

Ne1.30103

==1.86103W=1.86kW(2分)Na=0.7

二、(20分)用一離心泵將冷卻水由貯水池送至高位槽。已知高位槽液面比貯水池液面高出10m，管路總長(包括局部阻力的當(dāng)量長度在內(nèi))為400m，管內(nèi)徑為75mm，摩擦系數(shù)為0.03。該泵的特性曲線為H=180.6106Q2，試求：

(1)管路特性曲線

(2)泵工作時的流量和揚程

解：分析知：h=10ml+le=400md=0.075m

=0.03H=180.6106Q2

即求：(1)He=f(Qe)(2)Q、H(5分)

2p2p1u2u128l+le2(1)由He=z2z1+++24Qe(4分)g2gdgd

8400252得He=10+0.03Q=10+4.179510Q(3分)2ee40.075g0.075

(2)而由H=180.6106Q2

所以10+4.1795105Q2=180.6106Q2(2分)解之：Q=833=2.803410m/s(3分)510.179510

所以H=10+4.17951052.8034103

()2=13.2846m(3分)

三、(20分)質(zhì)量流量為7000kgh-1的常壓空氣，要求將其由20℃加熱到85℃，選用108℃的飽和蒸汽作加熱介質(zhì)。若水蒸氣的對流傳熱系數(shù)為1104W(m2K)-1，空氣在平均溫度下的物性數(shù)據(jù)如下：

比熱容為1kJ(kgK)-1，導(dǎo)熱系數(shù)為2.8510-2W(mK)-1

粘度為1.9810-5Pas，普蘭特準(zhǔn)數(shù)為0.7。

現(xiàn)有一單程列管式換熱器，裝有25mm2.5mm鋼管200根，長2m，此換

熱器能否完成上述傳熱任務(wù)?

7000解：Q=1000(8520)=126389W(2分)3600

Tm=(10820)(10885)=48.44C(2分)ln10885

7000

3600

Re=0.0222023(1分)=30.95kgm2s1u=du0.0230.95=31263(1分)=1.98105

0.80.4Repr(2分)d空=0.023

2.85102

312630.80.70.4(1分)=0.0230.02

=112.1Wm2K1(1分)ddd111(2分)=2+2+2+K1d1dm21d12

=251+=0.0113(1分)112.1202304

K=88.5Wm-2K-1(1分)A需=Q126398==29.48m2(2分)KTm88.548.44

A實=nd外l=2000.0252=31.42m2(2分)

A實

A需

(2分)=1.0661.1能完成上述傳熱任務(wù)。

三、(20分)已知某精餾塔操作以飽和蒸汽進(jìn)料，操作線方程分別如下：精餾線

提餾線

解：由精餾線得：R=0.7143，R=2.500(2分)R+1

x由提餾線得：D=0.2714，