化工原理习题整理汇总.docx

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化工原理习题整理汇总

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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的管子输送液体，Re为1750。

若流体及其流量不变，改用内径为50mm的管子，则Re变为7000。

5.（3分）苯（密度为880kg/m3，黏度为6.5×10-4Pa·s）流经内径为20mm的圆形直管时，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λ为0.0394。

6.（4分）某液体在套管环隙内流动，大管规格为φ56mm×3mm，小管规格为φ30mm×2.5mm，液体黏度为1Pa·s，密度为1000kg/L，流速为1m/s，则该液体在套管环隙内流动的Re为20000。

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）

1.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）。

A.E1>E2>E3B.E1=E2>E3C.E1=E2=E3D.E1>E2=E3

2、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）。

A.增厚B.减薄C.不变

3、在一条倾斜的直管里充满着流体，在直管的不同高度有两个压力表，当它们读数相同时，可以认定管中的流体（C）。

A、静止不动B、向上流动

C、向下流动D、以上都有可能

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

5、流体在圆管内作层流流动时其阻力损失（A）。

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（D）。

A、G和uB、qv和G

C、qm和uD、qv和qm

7.在完全湍流（阻力平方区）时，粗糙管的摩擦系数λ数值C。

A）与光滑管一样；

B）只取决于雷诺准树Re;

C）只取决于相对粗糙度；

D）与粗糙度无关。

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Φ108×4mm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∑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？

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：

Z1g+（P1/ρ）+（u12/2）=Z2g+（P2/ρ）+（u22/2）+Σhf---------3分

代入数据：

10×9.807+0+0=2×9.807+0+0.5u22+16.15u22--3分

得u2=2.2m/s-------------3分

∵水在管内连续流动dA=d2,

∴A-A’截面处流速uA=u2=2.2m/s-------3分

（2）qV=3600π×（0.1）2×2.2/4=62.17m3/h----------5分

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

位高度。

解：

短管中的流速u=qv/（d2π/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/ρ+he=z2g+u22/2+p2/ρ+∑hf

其中p1=0（表压），p2=0（表压），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”和“2”分别表示支路ACD和ADB,因并联支路的阻力损失相等，所以

u12/u22=（λ2l2/d2+ζF+ζD）/（λ1l1/d1+ζE+ζC）=1.8

qv1/qv2=u1/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。

2．实验证明，流体在管内稳定流动时，当Re≤__2000_时，流动类型为滞流，滞流时的摩擦系数λ与_Re__成反比；湍流时，当Re一定，则λ随ε/d的增加而___增加______。

P29图1-32

3.在完全湍流（阻力平方区）时，粗糙管的摩擦系数λ数值C。

E）与光滑管一样；

F）只取决于雷诺准树Re;

G）只取决于相对粗糙度；

H）与粗糙度无关。

δ>ε,水力光滑管,λ与Re有关,与ε/d无关,

δ~ε,λ与Re、ε/d都有关,

δ<ε,完全湍流粗糙管,λ与Re无关,与ε/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__，静压头__。

（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Σhf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。

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）。

A.增厚B.减薄C.不变

9.流体流动中的理想流体是指：

。

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。

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）。

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.某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是型曲线，其管中心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。

A.1kgB.1NC.1m

16．因次分析法的目的在于：

c

A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.流体在管内作层流流动，若仅增大管径，则摩擦系数变，直管阻力变。

大，小

18.流体在圆管内流动时，由于流体具有粘性，使得管__________处速度为零，管的________处速度最大。

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.牛顿粘性定律表达式为，其中粘性系数（粘度）的物理意义是。

τ＝F/A＝μdu/dy；在单位接触面积上，速度梯度为1时，流体层间的内摩擦力。

21.在稳态流动系统中,水由粗管连续地流入细管,若粗管直径是细管的2倍，则细管流速是粗管的（C）倍。

A.2B.8C.4

22.产生流体流动阻力的根本原因是：

_____________________。

流体具有粘性，流动时产生了内摩擦切向力。

23.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（C）。

A.流动速度大于零B.管边不够光滑C.流体具有粘性

24.当20℃的水（ρ=998.2kg/m3，μ=1.005×10-3Pa.s）在内径为100mm的光滑管内流动时，若流速为1.0m/s时，其雷诺准数Re为_____，流动型态为（填滞流或湍流）____。

9.93×104,湍流

25.水在圆形直管中作滞流流动，流速不变，若管子直径增大一倍，则阻力损失为原来的（A）。

A、1/4B、1/2C、2倍

26.在相同条件下，缩小管径，雷诺数（A）

A、增大B、减小C、不变

27．在一定流量下，流体在并联管路中作稳定连续流动，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、流经各支管的阻力损失皆相等

三、问答题：

1.说明流速、体积流量、质量流量的单位，以及这三个物理量之间的相互转换关系。

答：

（1）流速u，m/s；体积流量qV，m3/s；质量流量qm，kg/s

（2）相互转换关系：

u=qV/A；qm=qV.ρ

2.什么叫化工单元操作？

常用的化工单元操作有哪些？

化工产品的生产过程中，具有共同物理变化，遵循共同的物理学定律的一些物理操作过程。

例如：

流体流动、流体输送、非均相分离、传热、蒸发、蒸馏、吸收、萃取、干燥等。

3．流体在管路中流动时，有哪两种流动形态？

写出判断流型的具体根据。

答：

（1）两种流型：

层流、湍流；

（2）判据：

雷诺准数Re=duρ/μ，Re〈2000层流；Re〉4000湍流；介于二者之间过渡流。

第二章流体机械

1.离心泵的主要部件有（）、（）和（）。

叶轮，泵壳，轴封装置

2.离心泵特性曲线包括、和三条曲线。

它们是在一定下，用常温为介质，通过实验测得的。

He-qvPa-qvη--qv转速清水

3.离心泵的压头（又称扬程）是指，它的单位是。

泵对单位重量（1N）液体所提供的有效能量m

4.离心泵安装在一定管路上，其工作点是指

泵的特性曲线和管路特性曲线的交点。

5.若被输送的粘度大于常温下清水的粘度时，则离心泵的压头、流量、效率、轴功率。

减小，减小，下降，增大

7.管路特性曲线的形状由和来确定，与离心泵的性能。

管路布置，操作条件，无关

8.离心泵通常采用调节流量。

出口阀门

9.离心泵的扬程是指（C）

A、实际的升扬高度B、泵的吸上高度

C、泵对单位重量液体提供的有效能量D、泵的允许安装高度

10.当液体的密度改变时，离心泵的压头H和轴功率N的变化为（B）

A、H、N均不变B、H不变，N改变

C、H改变，N不变D、H、N均改变

11.离心泵的效率η与流量Q的关系为（B）

A、Q增大则η增大B、Q增大，η先增大后减小

C、Q增大则η减小D、Q增大，η先减小后增大

12.离心泵的工作点是指（D）

A、与泵最高效率时对应的点B、由泵的特性曲线所决定的点

C、由管路特性所决定的点D、泵的特性曲线与管路特性曲线的交点

13.离心泵的效率随所输送液体的密度变化而。

（）

14.离心泵启动前需要向泵充满被输送的液体，否则将可能发生现象。

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。

16.离心泵内能量损失包括、、.容积损失，机械损失，水力损失

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1120Kg/m3的溶液送至高位槽内，高位槽内表压强为3.92×104Pa，需要的送液量为120m3/h，输送管路为φ140×4.5mm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Δz＝11m，摩擦系数λ为0.03。

试问能否选用n＝2900r/min、Q＝132m3/h、H＝30m的离心水泵？

解：

（1）必须计算出输送系统所需的流量、压头与离心泵的Q、H进行比较后才能确定能否选用该泵。

在图中1-1’与2-2’间列式：

（2）各量确定：

Δz＝11m，Δu＝0，

（表压）

（3）求He。

代入可得：

（4）确定能否选用。

输送系统所需的流量Qe＝120m3/h，压头He＝24.54m，而离心泵能提供的流量Q＝132m3/h>Qe，提供的压头30m>He；且溶液的性质与水相近，故能选用该水泵。

一、填空及选择题

1.离心泵输送的液体密度变大，则其扬程_________，流量________，效率_________，轴功率_________。

不变；不变；不变；变大

2.离心泵并联操作的主要目的是（C）

A、增大位能B、增大扬程C、增大流量

3.离心泵的工作点是如下两条曲线的交点：

__泵特性曲线H-Q__和_管路特性曲线H-Q_。

4.离心泵起动时，如果泵内没有充满液体而存在气体时，离心泵就不能输送液体，这种现象称为_______现象。

气缚

5.现用离心泵将河水抽送到水塔中，其管路特性曲线方程为He=20+2.5×105Qe2（式中He的单位为m,Qe的单位为m3.s-1）；当输送量为20m3.h-1时，则泵的扬程为______m。

27.7

6.离心泵采用并联操作的主要目的是提高（扬程或流量）________，串联操作的目的是提高（扬程或流量）_____________。

提高流量，提高扬程

7.当离心泵出口阀门开大时，流量，泵出口压力。

变大降低

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。

（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.水温太高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，η-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）/（ρg）-uc2/2g-∑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ps。

即pk≤ps，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）r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]=P0/ρg-PV/ρg-∑Hf（0-1）-[（NPSH）r+0.5]）

3.5m

由液面最高处和离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

所以，此泵不能正常操作。

----------2分

要使泵正常操作，须将其移埋入地下（或设备提升）1.6m。

----------2分

2.欲用离心泵将20℃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，20℃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＝ΔZ＋∑Hf1-2＝18＋1＋3＝22m-------------4分

∴Pa＝qVHρg/η

＝（30/3600）×22×1000×9.8/0.6＝3kw-------------4分

（2）由题目所给已知条件，得泵的最大允许安装高度为：

[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

由于实际安装高度仅2米，

∴安装高度合适。

-------------2分

3.某离心泵在一定转速下的特性方程为H=26-0.4×106Q2，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Σhf=0.6×106qV2（Σhf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）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100m2。

解:

（1）管路特性方程：

H=10+Σhf=10+0.6×106Q2-------------3分

泵特性方程：

H=26-0.4×106Q2

联立以上二方程，解得，管路中的实际工作点：

Q=4×10-3m3/s=14.4m3/h-------------3分

（2）列瞬时柏式方程，以低位槽液面为基准水平面，得

H=（10-Z）+Σhf=10-Z+0.6×106Q2-------------3分

和离心泵特性方程

H=26-0.4×106Q2

联立得：

26-0.4×106Q2=10-Z+0.6×106Q2-------------2分

解得：

Q=0.001（16+Z）0.5-------------1分

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=5.17×104s=14.4h-------------4分

4．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3J/N。

今拟将该泵装在水源之上3m处，试问此泵能否正常操作？

该地大气压为90kPa，夏季的水温为20℃，饱和蒸汽压为2338.43Pa。

[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，会发生汽蚀现象。

--------5分

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/π）1/3

C）d=（4V/π）l/3

D）d=（Kv/π）l/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）

A）这两种说法都对B）这两种说法都不对

C）只有第一种说法对D）只有第二种说法对

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μ和ρ；床层特性ε和a；空隙率ε

5.流体通过颗粒层的流动多呈状态，故单位体积床层所具有的表面积对流动阻力起决定作用。

爬行

6.在饼层过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是而不是。

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。

在器壁附近床层空隙率较，床层中心处空隙率则较。

小大小

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