化工原理试题.docx
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化工原理试题
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λ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λ与Re
和ε/d有关；完全湍流时（阻力平方区）λ只取决于ε/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30×103Kg。
贮槽液面为常压，反应器内保持9810Pa的表压强。
管路为Φ89×4mm的钢管（摩擦系数λ＝0.027）管子总长45m，其上装有孔板流量计（ξ＝8.25）一个；全开闸阀（ξ＝0.17）两个；90°标准弯头（ξ＝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2.1mPa·s。
解：
以贮槽液面为1－1截面，反应器入口管内侧为2－2截面，且以1－1截面为基准水平面，在1－1，2－2截面间列柏努利方程
gz1+u12/2+p1/ρ+We=gz2+u22/2+p2/ρ+Σhf
其中z1=0u1=0p1（表）=0We=?
Z2=15mu2=ws/ρA=1.35m/sp2（表）=9810Pa
Σhf=（λl/d+Σξ）u2/2=（0.027×45/0.081+8025+2×0.17+4×0.75+0.5）1.352/2=24.7J/Kg
代入柏努利方程We=15×9.81+9810/1200+1.352/2+24.7=181J/Kg
ws=3×103/3600=8.33Kg/s
N=Wews/η=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
ΔPf=32μlu/d2
当d’=d/2时u’=4u
则ΔPf’=32μl（4u）/（d/2）2=16×32μlu/d2＝16ΔPf
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Δt1＝40℃，Δt2＝35℃，Δt3＝5℃，则第一层的热阻R1与第二、三层热阻R2、R3的关系为B。
AR1＞（R2＋R3）BR1＝（R2＋R3）
CR1＜（R2＋R3）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α的影响是___A___。
A不凝性气体的存在会使α值大大降低B不凝性气体的存在会使α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=3m，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130m，其中吸入管长为18m（均为包括局部阻力的当量长度），管内径d=50mm，摩擦系数λ=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，20min后每平方米过滤面积得滤液1.5m3，继续过滤至1h可充满滤框，共得滤液4m3，然后每平方米洗涤面积用0.5m3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12min。
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5min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25000m3/h，在降尘室内的流速为2m/s，密度为0.6kg/m3，粘度为2?
10-5Pa·s，其中氧化铁粉尘的密度为4500kg/m3。
要求全部除掉直径大于80μm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75μm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=75μm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40m2（按管外表面积计），共有φ25?
2.5mm的传热管86根，现用该换热器以循环水冷却流量为28000kg/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=2.8kJ/（kg·K），水的有关物性分别为：
ρ＝995kg/m3，Cp=4.17kJ/（kg·K），μ=0.8?
10-3Pa·s，λ=0.618W/（m·K）。
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___1／2__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φ25×2.5mm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φ19×2mm的直管，其对流传热系数为3356W/（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1000kg/m3，该泵的特性曲线为
（qv:
m3/h）。
塔顶操作压强为19.62kPa（表压），泵入口段管路总长度（l+le）＝50m，泵出口阀半开时，出口段管路总长度（l+le）＝200m，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0－2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2m3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900×900×30mm的板框，则需要滤框和滤板各多少？
2、?
过滤终了时，用0.4m3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16000m3/h，在降尘室内的流速为2m/s，密度为0.6kg/m3，粘度为2?
10-5Pa·s，其中氧化铁粉尘的密度为4500kg/m3。
要求全部除掉直径大于80μm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70μm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=70μm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φ20?
2.5mm的钢管400根，管长为2m。
要将质量流量为7000kg/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1.0?
104W/（m2·K），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=1.0kJ/（kg·K），λ=2.82?
10-2W/（m·K），μ=2.0?
10-5Pa·s。
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
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