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化工原理习题整理汇总

第一章测试及答案

第一题填空题（22分）

1.（3分）流体在等径管中作稳定流动，流体由于流动而有摩擦阻力损失，流体的流速沿管长不变。

2.（3分）米糠油在管中作流动，若流量不变，管径不变，管长增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的_2_倍。

3.（3分）流体在管内作层流流动，若仅增大管径，则摩擦系数变变大，直

管阻力变变小，计算局部阻力的当量长度变变大。

4.（3分）用内径为200mm勺管子输送液体，Re为1750。

若流体及其流量不变，改用内径为50mm勺管子，则Re变为7000。

5.（3分）苯（密度为880kg/m，黏度为6.5X10-4Pa•s）流经内径为20mm勺

圆形直管时，其平均流速为0.06m/s，其雷诺数Re为1625，流动形态为层流，摩擦系数入为0.0394。

6.（4分）某液体在套管环隙内流动，大管规格为©56mX3mm小管规格为

7.（3分）流体体积流量一定时，有效截面扩大，则流速减小，动压头减小，静压头增大。

第二题选择题（每题4分，共28分）

如下图所示，若水槽液位不变，阀门打开时，各处的流体总机械能的关系为（B）。

4.转子流量计的主要特点是（C）

A.恒截面、恒压差B.变截面、变压差C.变截面、恒压差

A）。

流体在圆管内作层流流动时其阻力损失（

A、与管壁粗糙度无关B、与雷诺数无关

C、与管壁粗糙度、雷诺数有关D、只与管壁粗糙度有关

6.水在异径管中作稳定流动，体积流量为qv,质量流量为qm，质量速度为G,

平均流速为u,则在流动中数值不变化的是（

A、G和uB、qv和G

C、qm和uD、qv和qm

与光滑管一样；只取决于雷诺准树Re;

只取决于相对粗糙度；与粗糙度无关。

在完全湍流（阻力平方区）时，粗糙管的摩擦系数入数值C。

A）

B）

C）

D）三、计算题：

第1题（17分）：

如附图所示，高位水槽液面恒定，距地面10m,水从①108X4mm钢管流出。

钢管出口中心线与地面的距离为2m，管路的总阻力（包括

进、出口等局部阻力损失）可按刀hf=16.15u2（J/kg）计算，式中u为水在管内的流速（m/s）。

求

（1）A-A'截面（垂直管路中的某一截面）处的流速m/s?

（2）水的流量为多少

m3/h?

lOm

Siu

解：

（1）设水槽液面为1-1,管出口外侧为2-2,以地面为基准面，列柏努利方程式得：

——3分

-3分

---3分

Zig+（P1/P）+（ui2/2）=Z2g+（P2/P）+（u22/2）+2hf

代入数据：

10X9.807+0+0=2X9.807+0+0.5U22+16.15u22得U2=2.2m/s

•••水在管内连续流动dA=d2,

-3分

5分

•••A-A'截面处流速UA=U2=2.2m/s-

（2）qv=3600nX（0.1）2X2.2/4=62.17m3/h——

第2题（17分）：

敞口容器的侧壁装有内径为25mm的短管，用以排水。

水以

4.5m3/h的流量连续加入容器内，以维持液面恒定，如图所示。

试求容器中的水

解：

短管中的流速u=qv/（d2n/4=2.55m/s

在容器的恒定液面1-1及侧壁短管出口外侧2-2截面间列伯努利方程（以短管中心线为基准面），得

z1g+u12/2+p1/P+erz2g+u22/2+p2/p+Efh

其中p1=0（表压），p2=0（表压），U1M0he=0，Z2=0，U2=0

故Z1g=Ehf

因放水管很短，可以忽略直管阻力，即

Ehf~（Z+Zu2/2=（1+0.5）Xtf/2

故z1g=1.5XU2=1.5X2.55

解得Z1=0.497m第3题（16分）：

在如图所示的并联管路中，支路ADB长20m，支路ACB长5m（包括管件但不包括阀门的当量长度），两支管直径皆为80mm，直管阻力系数皆为0.03,两支管各装有一个阀门，一个换热器，换热器的局部阻力系数皆等于5。

试求：

当两阀门全开时，两支路的流量之比。

解：

下标“1”“2分别表示支路ACD和ADB,因并联支路的阻力损失相等，所以

ui2/u22=（尼l2/d2+Z+D）/（刀li/di+Z+C）=1.8

qvi/qv2=ui/u2=1.34

此例说明，对于并联管路，若各支管长度不等，即使直径相同，也会导致流量分配的不均匀，使设备不能发挥应有的作用，这一点在并联管路的设计中必须充分注意。

第一章总复习

1.当理想流体在变径管路中做稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静压力降低。

实验证明，流体在管内稳定流动时，当Rew2000时,滞流时的摩擦系数入与_Re__成反比；湍流时，当Re一

而_增加。

P29图1-32

E）

F）

G）

H）

在完全湍流（阻力平方区）时，粗糙管的摩擦系数入数值与光滑管一样；只取决于雷诺准树Re;

只取决于相对粗糙度；与粗糙度无关。

S>£，水力光滑管，入与Re有关，与£/d无关，

S~£，入与Re、£/d都有关,

5<£，完全湍流粗糙管，入与Re无关，与£/d有关。

4.流体体积流量一定时，流通截面扩大，则流速，动压头

压头。

（填增加，减少，不变）减少，减少，增加。

5.减少流体在管路中流动阻力2hf的具体措施有：

。

管路长度尽可

能缩短、尽量走直线；减少不必要的管件阀门；增大管径

6.转子流量计的主要特点是（C）

A.恒截面、恒压差B.变截面、变压差C.变截面、恒压差

7.柏努利方程实验中，在一定流速下某测压管显示的液位高度为静压头与动压

头之和，若水平管路中的阻力损失等于零，当流速增大时，测压管液位高度（升高、降低或不变），因为0

不变，流体流动过程中总机械能守恒

8.流体在管内作湍流流动时，滞流内层的厚度随雷诺数Re的增大而（B）o

A.增厚B.减薄C.不变

9.流体流动中的理想流体是指：

0没有粘性、没有摩擦阻力、液体不可压缩。

10.液体在等直径的管中作稳态流动，由于有摩擦阻力损失，其流速沿管

长，静压强沿管长0不变；降低

11.相同管径的圆形管道中，分别流动着粘油和清水，若雷诺数Re相等，二者

的密度相差不大，而粘度相差很大，则油速（A）水速。

A.大于

B.小于C.等于

12.将管路上的阀门关小时，其阻力系数（B）0

A.变小B.变大C.不变

13.在一定流量下，流体在并联管路中作稳态连续流动，当并联管路数目愈多，

则（C）。

A.流体阻力损失越大B.流体阻力损失越小

C.流体阻力损失与并联管数无关

14.

型曲线，其管中心

某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是

最大流速为平均流速的倍。

抛物线，2

15.u2/2的物理意义是表示流动系统某截面处（A）流体具有的动能。

1kgB.1NC.1m

16.因次分析法的目的在于：

cA得到各变量间的确切定量关系；B得到各无因次数群的确切定量关系；

C用无因次数群代替变量，使实验与关联工作简化；

D用无因次数群代替变量，使实验结果更可靠。

17.

，直管阻力

流体在管内作层流流动，若仅增大管径，则摩擦系数变

变。

大，小

18.

处速度为零,

流体在圆管内流动时，由于流体具有粘性，使得管.

管的速度最大。

管壁；中心

19.滞流底层越薄，则C。

A近壁面速度梯度越小；B流动阻力越小；C流动阻力越大；D流体湍动程度越小

20.

在单位接触面积上，速度梯度为1时，流体层间的内摩擦

A）

C、不变

牛顿粘性定律表达式为，其中粘性系数（粘度）的物理意义

21.

则（C）。

A、流体阻力损失越大B、流体阻力损失越小

C、流经各支管的阻力损失皆相等

第二章流体机械

管路布置，操作条件，无关

A、H、N均不变

C、H改变，N不变

13.离心泵的效率随所输送液体的密度变化而

15.在化工生产和设计中，对流体输送机械的基本要求是什么？

（1）能适应被输送流体的特性（如粘性、腐蚀性、含固体杂质等）

（2）能满足工艺上对流量和能量（压头）的要求。

（3）结构简单，操作可靠和高效，投资和操作费用低。

离心泵的扬程是指（C）

A、实际的升扬高度

C、泵对单位重量液体提供的有效能量

10.当液体的密度改变时，离心泵的压头

17.说明离心泵叶轮的构造和作用。

答：

叶轮的构造：

它是由若干后弯曲的叶片构成。

作用：

将原动机的机械能直接传给液体，使液体的静压能和动能均有所提高。

18.用简单语言来说明离心泵的工作原理。

计算题：

如图所示，某车间要将地面敞口贮槽内密度为1120冋/|丁13的?

溶液送至髙位槽内，

高位槽内表压强为3.92X104Pa,需要的送液量为120m3/h，输送管路为©140

X4.5mm的钢管，其计算总长度为140m（包括直管长度和所有局部阻力的当量长度），两液面高度差^z=11%摩擦系数

8.（离心泵的流量调节阀安装在离心泵（进或出）口管路上，关小出口阀

门后，真空表的读数变，压力表的读数变。

减小

（出口减小增大由于流量的增大，流速增大，动能增大，由伯努

利方程知压能减小，即压强降低，故泵出口压强表读数下降。

泵入口的压力也是降低的，只不过泵入口压力是小于大气压的，小于大气压的数值叫真空值，此值越大，表示压力越小，由真空表来量测，所以流量增大，真空值由真空表读数增大。

）9.某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处

真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因（）

A.水温太咼B.真空计坏了

C.吸入管路堵塞D.排出管路堵塞C二、简答题

1.离心泵有哪些基本参数和特征曲线？

离心泵的基本参数是：

流量、扬程、功率和效率。

离心泵的特征曲线是：

He—Qe扬程曲线，Ne—Qe功率曲线，n-Q效率曲线。

2.离心泵为什么会出现气蚀现象？

是因为叶轮入口及其背面存在低压区，随着吸水高度E的增加。

Z=（pa-pc）/（pg）-uc2/2g-刀hfc则吸入口压力pc减小，当pc减小到某一值时，低压区的压力pk就会等于小于送液的饱和蒸汽压Psog卩pkWps,低压区液体沸腾，产生大量气泡，同时，溶解在液体中的空气，也会因压力降低而逸出，生成的气泡，随液流流入叶轮高压区，气泡就会破碎，体积骤然缩小，大量液体就会冲击过去，冲击点可达上百个大气压，且频率非常高，冲击波及气中微量氧共同作用可使叶轮及原壳出现斑痕，甚至呈海绵状，即气蚀。

三、计算题

（欲将某减压精馏塔塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽，釜中真空度为67kPa（其中液体处于沸腾状态，即其饱和蒸汽压等于釜中绝对压强）。

泵位于

地面上，吸入管总阻力为0.87J/N，液体的密度为986kg/m3，已知该泵的必需汽蚀余量（NPSH）为3.7m,试问该泵的安装位置是否适宜？

如不适宜应如何重新安排？

（最大允许安装高度：

［Hg］=P。

/pg-PV/pg-刀-［（NPSHr+0.5］）

由液面最高处和离心泵入口出列柏努利方程，得

[Hg]=（Po-Pv）/pg-[（NPSH）r+0.5]-2Hf,o-i

=（67*1000-67*1000）/986*9.81-（3.7+0.5）-0.87

=-5.07m

由于-5.07m

所以，此泵不能正常操作。

要使泵正常操作，须将其移埋入地下（或设备提升）

2.欲用离心泵将20r水以30m3/h的流量由敞口水池打到敞口高位槽，两液面均保持不变，两液面高度差为18m，泵的吸入口在水池液面上方2m处。

泵的吸入管路全部阻力为1mH2O柱，压出管路全部阻力为3mH2O柱，泵的效率为0.6,求

（1）泵的轴功率；

（2）若已知泵的必须汽蚀余量为2.5m,20r水的饱和蒸汽压为2338.43Pa,问上述安装高度是否合适？

水的密度可取1000kg.m-3,外界大气压为10mH2O。

（1）如图取1-1,2-2截面，并以1-1截面为基准面，列柏努利方程得:

H=△Z+刀Hf1-2=18+1+3=22m4分

Pa=qVHpg/n

=（30/3600）X22X1000X9.8/0.6=3kw

（2）由题目所给已知条件，得泵的最大允许安装高度为：

[Hg]=p0/pg-vppg-2Hf（0-1）-[（NPSH）+0.5]

=10-2338.43/1000/9.81-1-（2.5+0.5）

=5.76m-——

由于实际安装高度仅2米，

•••安装高度合适。

-----

3.某离心泵在一定转速下的特性方程为H=26-0.4X1Q2，用该泵将水从贮槽抽送至某高位槽，两槽皆敞口，两槽液面高度差为10米。

管路系统的阻力损失

2hf=0.6X106qV2（2hf的单位为米，qv的单位为m3/s）。

试计算：

（1）若两槽中水位恒定，求流量。

（2）

100m2。

开始时，两槽液面位差是10米，过程中如高位槽中液位恒定，求低位槽中液面下降两米所需的时间，低位槽面积为

解：

（1）管路特性方程：

H=10+2hf=10+0.6X106Q2

泵特性方程：

H=26-0.4X16Q2

联立以上二方程，解得，管路中的实际工作点：

Q=4X10-3m/s=14.4ni/h

（2）列瞬时柏式方程，以低位槽液面为基准水平面，得

H=（10-Z）+2hf=10-Z+0.6X106Q2

和离心泵特性方程

H=26-0.4X他2

2分

1分

联立得：

26-0.4X1Q2=10-Z+0.6X106Q2

解得：

Q=0.001（16+Z）0.5---

代入低位槽物料衡算式：

0-Q=AdZ/dt，

得：

-0.001（16+Z）0.5dt=-AdZ

两边进行积分，t:

0-t，Z:

0-（-2）

得t=5.17X104s=14.4h

某离心泵的必需汽蚀余量为3.5m，今在海拔1000m的高原上使用。

已知吸入管路的全部阻力损失为常操作？

该地大气压为

[Hg]=Po/（pg）-Pv/（

=90*103/（1000*9.81）-2338.43心000*9.81）-3-（3.5+0.5）

----4

=1.93m

1.93mv3m=H所以，不能正常操作，会发生汽蚀现象。

第四章

1.非球形颗粒的当量直径的一种是等体积球径，它的表达式为_B_

A）d=6V/S，此处V为非球形颗粒的体积，S为非球形颗粒的表面积

B）d=（6V/n/3

C）d=（4V/n3）

D）d=（Kv/n1/3，k为系数，其值与非球形颗粒的形状有关

2.下列说法正确的有ABCD。

A）单位体积固体颗粒所具有的表面积称为该固体颗粒的比表面积

B）根据不同方面的等效性（表面积等效、体积等效、比表面积等效等），可以定

义不同的当量直径

C）形状系数是与非球形颗粒体积相等的球的表面积除以非球形颗粒的表面积

D）对于球形颗粒，只要一个参数（即颗粒直径）便可唯一的确定其体积、表面积及比表面积

3.颗粒度分布越不均匀，则所形成的床层空隙率越大”，一般壁附近床层空隙

率较层中心的空隙率大”则（D）

B）这两种说法都不对

D）只有第二种说法对

A）这两种说法都对

C）只有第一种说法对

4.影响流体通过固定床的压降的因素有

和，其中影响最大的因素是

操作变量U，流体物性卩和p；床层特性£和&；空隙率£

。

在器壁附近床层

6.在饼层过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是是。

滤饼层过滤介质

7.颗粒的粒度分布越不均匀，所形成床层的空隙率越空隙率较，床层中心处空隙率则较

8.过滤操作中有时在滤浆中加入一些助滤剂，原因

是。

过滤时能形成疏松的饼层，减小滤

液的流动阻力

9、过滤速度是指

单位时间、单位过滤面积所获得的滤液体积

10、推导过滤基本方程式时一个最基本的依据是（）。

固体颗粒的沉降速度B、滤饼的可压缩性

C、液体的层流流动D、过滤介质的比阻

11.要使微粒从气流中除去的条件，必须使微粒在降尘室内的停留时间（）微

B.＜；C.＜；D.＞

粒的沉降时间。

12.

A、

13.

14.

A.＞；

过滤操作中滤液流动遇到阻力是（

介质阻力；B、滤渣阻力；C、介质和滤渣阻力之和。

旋风分离器的临界粒径是指能完全分离出来的（）粒径。

A.最小；B.最大；C.平均；

旋风分离器主要是利用（）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

19.欲提高降尘宝的生产能力，主要的措施是（）。

A、提高降尘宝的高度；B、延长沉降时间；C、增大沉降面积

20.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

受到个力的作用。

当此三个力寸，微粒即作匀速沉降运动。

21.球形粒子的球形度①（）；非球形粒子的球形度①（

A.等于1;B.小于1;C.大于1

23.

降尘室做成多层的目的是

24、恒压过滤时，如介质阻力不计，过滤时间减半，其它条件均不改变，则所

获得的滤液量（）_

A、为原来的1/3倍B、为原来的倍

C、为原来的1/72倍D、为原来的1/2倍

25、过滤介质阻力可忽略不计，滤饼不可压缩，若恒速过滤过程中，在相等时间滤液体积由V1增多至V2=2V1时，则当操作压差由△P1增大至△P2，^P2=△P1。

26、对于可压缩滤饼，若过滤压差增倍，则过滤速率（A增加一半

B、增加一倍

D、有所增加但增加不到一倍

C、基本不变

28、恒压过滤且介质阻力忽略不计时，若粘度降低20%，则在相同条件下所获

得的滤液量增加（

B、9.54%

D、44%

A、11.8%

C、20%

29、将降尘室分成多层后，若能100%除去的最小颗粒直径要求不变，则生产能力，沉降速度，沉降时间。

（增大、不变、减小）30、洗涤滤饼的主要目的是

B、粒子的几何尺寸

D、流体的流速

31、在重力场中，微小颗粒的沉降速度与下列因素无关（A粒子的几何形状

C、流体与粒子的密度

第六章传热

1.（C）是一种以电磁波传递热能的方式。

A、传导B、对流C、辐射

2.在列管式换热器中，用饱和蒸汽加热空气，此时传热管的壁温接近

流体的温度，总传热系数K接近体的对流给热系数。

蒸汽空气

3.对于沸腾传热，工业生产一般应设法控制在（A。

沸腾下操作。

A、核状B、稳定的膜状C、不稳定的膜状

__（黑体或灰体。

，对各种波（黑体或灰体）。

黑体，灰体

对外来辐射能吸收率为100%的物体称为长辐射能均能同样吸收的理想物体称为

5.蒸汽冷凝时，膜状冷凝的aA.等于

（C）滴状冷凝的a。

B.大于C.小于

6.有两种不同的固体材料，作为换热器材料，应选用第一第二

它们的导热系数第一种为入1,大于第二种的入2,若

种；当作为保温材料时，应选用

种。

7.进行换热的两流体，若a

a2时，要提高K值，应使

i》a2时，要提高K值，应设法提高;当口1"

a2；a1与a2同时提高

8.在间壁式换热器内用饱和水蒸汽加热空气，此过程的总传热系数K值接近于

（B）0A.a蒸汽B.a空气C.a蒸汽与a空气的平均值

9.套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸汽，如果蒸汽压力一定，空气进口

温度一定，当空气流量增加时:

（1）传热系数K应A增大B

（2）空气出口温度A增大B

（3）壁温A增大B略有减小

减小C基本不变（A）减小C基本不变（B）C基本不变（B）

5.对一台正在工作的列管式换热器，已知a1=116w.m「2.K-1,a2=11600

w.m-2.K-1，要提高传热系数K，最简单有效的途径是（A）0

A.设法增大a1；B.设法增大a2；

C.同时增大a1和

2。

10.当间壁两侧流体稳定变温传热时,工程上为何常采用逆流操作？

简要定性分析主要原因。

答：

因为逆流操作有较高的经济效益。

主要原因可由以下两方面分析：

（1）当Tl、T2、tl、t2四个温度一定时，逆流操作的△tm比其它流向大。

根据:

Q=KA△tm,当K、A一定时，△tmT则QT,对现有的换热器来说，可提高生产能力。

当Q、K一定时，△tmT则A对生产能力要求一定时，新设计制造换热器由于A较小,设备尺寸可减小,节省投资费。

（2）一般逆流操作的正常操作费比其它流向要少。

逆流操作时，载热体用量比其它流向的要小，降低能耗，提高了经济效益。

一、在内管为巾180*10mm的套管换热器中，将流量为3500kg/h的某液态烃从100C冷却到60r，其平均比热Cp（烃）=2.38kJ/kg.C,水从40C加热到50C,其平均比热Cp水）=4.17kJ/kg.r,基于传热外面积的总传热系数K）=2000W/^r,设其值恒定，忽略热损失。

试求：

（1）水用量；

（2）计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长。

3分

答：

（1）qmh.Cph.（Tl-T2）=qmc.Cpc.（t2-tl）

3500*2.38*（100-60）=qmc*4.17*（50-40）

4分

2分

qmc=7990Kg/h

（2）At）=（50-20）/In（50/20）=32.750----

△t）=（60-10）/ln（60/10）=27.93r----

2分

Q=qmc.Cpc.（t2-t1）=7990*4.17*（50-40）=3.332*105kJ/h

A（逆）=Q/[&At）]=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）=2.5m2分

A（并尸Q/[K.At）]=3.332*105/[（2000/1000）*27.93*3600]=1.66m2

L（并尸A（并）/（3.14*0.18d2）=1.66/（3.14*0.18）=2.93m2分二.有一列管换热器，用-15r的液氨蒸发来冷却空气。

空气在换热器的簿壁列管内作湍流流动，由40r冷却到-5r，液氨

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