《化工原理》课程试卷B标准答案.docx

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1、（勤奋、求是、创、奉献）20232023学年第一学期期末考试试卷学院化工学院班级姓名学号化工原理课程试卷B标准答案一、填空题（每空1分，共20分）1、热传导的根本定律是傅立叶定律，热对流的根本定律是牛顿冷却定律2、传热的根本方式可分为热传导、热对流、热辐射O3、总传热系数的倒数1/K表示间壁两侧流体传热的总热阻，欲提高K值关键是提高对流传热系数较小一侧的值。4、金属的导热系数大都随其纯度的增加而增大，随其温度的上升而减小o（填增大或减小）5、离心泵原向高压容器内输送液体，现将高压转变为常压，其他条件不变，则该泵输送液体的流量将增大，轴功率将增大。（填增大或减小）6、在滞流区，颗粒的沉降速度与颗

2、粒直径的2次方成正比,在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的0.5次方成正比。7、流体在圆形直管内作滞流流淌时的速度分布是抛物线形曲线，中心最大速度为平均速度的2倍。8、在传热试验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数，而壁温接近于饱和水蒸汽侧流体的温度值。9、在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在滞离层内（或热边界层内）o10、对于多层圆筒壁的稳态热传导，通过各层的热传导速率相等，热通量不相等。（填相等或不相等）二、选择题（每题2分，共20分）1、离心泵的扬程是指（C）（八）实际的升扬高度（B）泵的吸上高度（C）单位重量液体通过泵的能量（D）液体出泵和进泵的压强差换算成

3、的液柱高2、对间壁两侧流体一侧恒温、另一侧变温的传热过程，逆流和并流时,t大小m为（C）。（八）t逆t并（B）t逆 R +R ) 123(B) RV(R +R ) 1236、(A)斯蒂芬-波尔兹曼定律;(B)折射(C)克希霍夫(D)普郎克7、对流传热系数关联式中普兰特准数是表示(的准数。8、(A)对流传热(C)物性影响在一般过滤操作中实际起过滤作用的是(A)助滤剂(C)滤饼(B)(D)(B)(D)流淌状态自然对流影响过滤介质操作压力(C)无法确定(D)R=(R+R)123提示了物体辐射力气与热力学温度之间关系的定律是(A)。9、气体的体积流量为V,则颗粒能在降尘室分别的条件是(B(A) h L

4、bHU V tSS(B) HJLbH (C) L 依据不行压缩流体的连续性方程uA=uA(2分)1122由此（2分）（2分）u=4u=40.51=2.04ms21见(8分)某燃烧炉的平壁由以下三种病依次砌成：(1)耐火砖导热系数=LO5W/(m2K)、壁厚b=0.23m11(2)绝热砖导热系数=0.095W(mK)2一般砖导热系数入=0.71W(m2K)、壁厚b=024m33假设耐火砖内侧温度为860,耐火砖与绝热砖接触面温度为800,而绝热砖与一般砖接触面温度为135。记求(1)通过单位面积炉墙损失的热量q,”/“2；(2分)(2)绝热砖层厚度，叱(3分)(3) 一般砖外壁面温度，。(3分)

5、、t-t860-800、IlJq=-I-2-=1.05=274W/m2；(2分)b0.231(2)绝热前层厚度t-tq=Xb3A）ttrrc-135_OQryib=?3=0.095-U./Jm22q274（3）一般砖外壁温度q=-34-b-tqb2740.24.op-l-a-=135=42.4C30.713（1分）（2分）（1分）（2分）五（10分）某叶滤机过滤面积为5m2,恒压下过滤某悬浮液，4h后获滤液100m3,过滤介质阻力可无视。试计算：（1）同样操作条件下仅过滤面积增大1倍，过滤4h后可得多少滤液？（6分）（2）同样操作条件下过滤2h可获多少滤液？（4分）解：（1）v=0,恒压过率方

6、程为V2=KA2（a）（2分）elz- V2 1002.K-= IOOm2 h4252 4将 A =2x5 = 10r2 =Ah 1K=IOOm 2 p 代入（a）得V1 = yjA2 = 100102 4 =200rn2（2）将0 =2 A = 5m2 代入（a）得 2v2 = J必2x0 2 =JIOOX52 2 = 70.7zn3（2分）（2分）（1分）（3分）将IZ=100m2A=5/7?2=4/?代入（a）得六（18分）在一钢制套管式换热器中，用冷却水将lkg/s的苯由65冷却至15,冷却水在巾25mmX2.5mm的内管中逆流流淌，其进口温度为10和45。苯和水的对流传热系数分别为0

7、.82X10jW（3K）和1.7Xl3W（m2K）,在定性温度下水和苯的比热容分别为4.18x1037l（kg-K）和1.88103/l（kg-K），钢材导热系数为45w（mK），又两侧的污垢热阻可以无视不计。i三（1）冷却水消耗量，kg/s；（5分）（2）基于外外表的总传热系数K,W（mK）;（5分）O（3）所需的总管长,m0（8分）解U）由热量衡算方程Q=wC(T-T)U分)hphI2=l1.88103(65-15)=9.4104lVs(1分)Q=wC(t-t)(1分)Cpc21W=Q=9.4X104=0.643kgs(2分)CC(t-t)4.18l3(45-10)pc21(2)以管外面积

8、为计算基准，无视污垢热阻，则总传热系数（2分）（1分）（2分）（1分）IdbdI=d+Td+OiimO250.0025251=+1.7l32045x22.50.82x103K=496(3K)(3) Q=KSMOmt mt t*In-a.t1(65-45)-(15-10) m/kF=108 CIn15-10(3分)9.410417.5r2(2分)KAt49610.8(2分)I_S17.51.-=223md3.140.025七（16分）每小时将2IOikg.45氯苯用泵从反响器A输送到高位槽B（如以下图，管出口处距反响器液面的垂直高度为15m,反响器液面上方维持26.7kPa的绝压，高位槽液面上方

9、为大气压，大气压为101.3kPa,管子为（|）76mmX4mm、长26.6m的不锈钢管，管壁确定粗糙度为03mm0管线上有两个全开的闸阀、5个90。标准弯头。45C氯苯的密度为1075kg?m-3,粘度为6.5X10TPas。泵的效率为70%。求:（1）从反响器到输液管出口内侧的能量损失，依；（7分）（2）泵的压头，叱（5分）（3）泵的轴功率，kW0（4分）泵的轴功率。附：各局部阻力系数全开闸阀90标准弯头摩擦系数计算式解：如图，取1T、2-2=0.171=0.752、/68-0.1（-T-+）0.23Re界面，以IT截面为基准面（1）y=2I=5.16810-3m3s-k（1分）S1075

10、x36005.168x10-3u=1.42ms-2上X0.068240.0681.421075R=1.610e1o468=0.1（一）o.23=0.0293681.61Os（1分）（1分）h=入/.2=0.0293X26.6X1.422=L178mfd2g0.06829.81（1分）（1分）1422h=（0.5+20.17+50.75）0.4717m29,81h=h+h=1.178+0.4717=1.6497m,.1-2/,fif.局（1分）U分）（2）取I-K2-2界面，以IT截面为基准面，列柏努利方程PU2P2z（2分）1 z+1+H2z+2+h91=2z12IC7P=26.7kPa（绝压

11、），z=O,u?0111P=101.3kPa（绝压），z=15m,u=1.42ms-（1分）2 22H=（Iol-3-26.7）x103+N1.422+1.6497=23.83m（2分）e10759.8129.81（3）N=HQ?g=23.83?5.168?IO3?1075?9.81=1.30?l（hW（2eV分）N=Ne=1.33=1.86x103W=1.86kW（2分）0.7I.某设备上真空表的读数为13.3义103Pa,试计算设备内确实定压强与表压强。该地区大气压强为98.7X103Pao解：由确定压强二大气压强-真空度得到：设备内确实定压强P=98.7X103Pa-13.3XlO3Pa

12、绝=8.54IO3Pa设备内的表压强P表=-真空度=-13.3XWPa习题3附图3.某流化床反响器上装有两个U型管压差计，如此题附图所示。测得R=400mm,R=50mm,指12示液为水银。为防止水银蒸汽向空气中集中，于右侧的U型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R二350mmo试求A、B两处的表压强。分析：依据静力学根本原则，对于右边的U管压差计，a-a，为等压面，对于左边的压差计，b-b为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学根本方程求解。解：设空气的密度为P,其他数据如以下图ga-擀处P+Pgh=PgR+PgRAgI水3水银2由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以无视不记即：P

13、=1.01039.810.05+13.6IO39.810.05A二7.16X103Pab-b,处P+Pgh=P+pgh+pgRBg3Ag2水银P=13.6l39.810.47.16X10.3B=6.05IO3Pa4.此题附图为远距离测量把握装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H=lm,U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg/?o试求当压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离h。分析：解此题应选取的适宜的截面如以下图：无视空气产生的压强，此题中1-V和4-4,为等压面，22和33为等压面，且1一1和22的压强相等。依据静力学根本方程列出一个

14、方程组求解解：设插入油层气管的管口距油面高Ah在1J与22,截面之间P=PPgR12水银VP=P,P=P1423PP 水g (Hf) Pg (hh)且P=Pgh,3煤油联立这几个方程得到PgR=Pg(H-h)+Pg(h+h)-Pgh即水银水煤油煤油PgR=PgHPgh-Pgh带入数据水银水燥油水1.03103l-13.61030.068=h(l.0103-0.82X103)h=0.418m5.用此题附图中串联U管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，U管压差计的指示液为水银，两U管间的连接收内布满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：h=2.3m,h=1.2m,h=2.5m,h=1.4mo锅中

15、水面与基准1234面之间的垂直距离h=3m。大气压强P=99.3103po5aa试求锅炉上方水蒸气的压强PoA分析：首先选取适宜的截面用以连接两个U管，本IFLr题应选取如以下图的截面，再选取等压面，ilJi最终依据静力学根本原理列出方程，求解LJ解：设11截面处的压强为P习物5附图1一对左边的U管取a-a等压面，由静力学根本方程P+Pg(h-h)=P+Pg(h-h)代入数据0水541水银34P+1.0X103X9.81X(3-1.4)0=P+13.6l39.81X(2.5-1.4)1对右边的U管取b-b等压面，由静力学根本方程P+Pg(h-h)二P1水32水g(h-h)+p代入数据银I2aP

16、+1.01039.81(2.5-1.2)=13.61039.81(2.3-1.2)+199.3X103解着两个方程得P=3.64IO5Pa二O.843m3/s8.高位槽内的水面高于地面8m,水从108X4mm的管道中流出，管路出口高于地面2mo在此题特定条件下，水流经系统的能量损失可按h=6,5W计f算，其中U为水在管道的流速。试计算：-A-截面处水的流速；(2)水的流量，以113h计。分析：此题涉及的是流体动力学，有关流体动力学主要是能量恒算问题，一般运用的是柏努力方程式。运用柏努力方程式解题的关键是找准截面和基准面，对于此题来说，适宜的截面是高位槽11.和出管口22,，如以下图，选取地面为

17、基准面。解：设水在水管中的流速为U,在如以下图的1L,22,处列柏努力方程Zg+0Pp=Zg+u22+P/p+h1 122f(Z-Z)g=u22+6.5U2代入数据1 2(8-2)X9.81=7u2,u=2.9ms换算成体积流量V=uA=2.9/40.h3600S=82m3h9 .20水以2.5ms的流速流经638义2.5mm的水平管，此管以锥形管和另一533m的水平管相连。如此题附图所示，在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观看两截面的压强。假设水流经A、B两截面的能量损失为1.5Jkg,求两玻璃管的水面差(以mm计)，并在此题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。分析：依据水流过A、B两

18、截面的体积流量一样和此两截面处的伯努利方程列等式求解解：设水流经A、B两截面处的流速分别为u、uA Bu A 二 u AA A B B.U =(AA ) U = (33/47) 22. 5 = 1. 23ms BAB 在A、 B两截面处列柏努力方程YZ = Z 12P /P1= Zg+ u 2/2 + P /P222(P -P ) /P12h+(u2-u2)/2f12g(h-h)=1.5+(1.232-2.52)/212h-h=0.0882m=88.2mm12即两玻璃管的水面差为88.2mm10 .用离心泵把20的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各局部相对位置如此题附图所示。管路的直

19、径均为中76X2.5m11b在操作条件下，泵入-F1口处真空表的读数为24.66X103Pa,水流经吸入管与排处管(不包括喷头)的能量1损失可分别按h=2u2,h=IOU2计Mf.2JXZS45tt算，由于管径不变，故式中U为吸入或排;三:出管的流速m/s。排水管与喷头连接处的压强为98.07103Pa(表压)。试求泵的有效功率。分析：此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两局部来处理，从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管，在两段分别列柏努力方程。解：总能量损失Ehf=hf+hfu=u=u=2u2102=12u212在截面与真空表处取截面作方程：Z

20、g+u2/2+P=Zg+u22+P/P+hfOOO11.1(P-P)/P=zg+u22+hfu=2msO11.1：w=uAP=7.9kgsS在真空表与排水管-喷头连接处取截面Zgu22+Pp+w=Zg+u22+Pp+hf11e222W=zg+u22+P/P+hf(zg+u22+P/P)e22,211=12.5X9.81+(98.07+24.66)/998.2103+10X22=285.97JkgN=Ww=285.977.9=2.26kweesIL此题附图所示的贮槽内径D为2m,槽底与内/F-T-I/径d为33mm的钢管相连，槽内无液体补充，其液O-l面高度h为2m(以管子中心线为基准。液体在2

21、0此题管内流淌时的全部能量损失可按h=20u2IlMfflf公式来计算，式中u为液体在管内的流速m/so试求当槽内液面下降Im所需的时间。分析：此题看似一个一般的解柏努力方程的题，分析题中槽内无液体补充，则管内流速并不是一个定值而是一个关于液面高度的函数，抓住槽内和管内的体积流量相等列出一个微分方程，积分求解。解：在槽面处和出口管处取截面1-1,2-2列柏努力方程hg=u22+h=u22+2u21rAu=(0.48h)12=O.7h2槽面下降dh,管内流出UAdt的液体2Adh=uAdt=O.7hzAdt22Adt=Adh(AO.7h2)12对上式积分：t=l.8.h13.用压缩空气将密度为I

22、lOOkg/皿的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液位恒定。管路直径均为603.5mm,其他尺寸见此题附图。各管段的能量损失为h=h=U2,h=1.18u2o两压差f,ABf.CDf,BC计中的指示液均为水银。试求当R=45mm,h=200mn时：(1)压缩空气的压强1P为假设干？(2)U管差压计读为多少？数R12解：对上下两槽取截面列柏努力方程0+0+P/P=Zg+O+P/P+h12fP=ZgP+0+P+Ph12f=109.811100+1100(2u2+l.I8u2)=107.911033498u2在压强管的B,C处去取截面，由流体静力学方程得P+Pg(x+R)=P+pg(h+x)+pR

23、gBICBC水银IP+11009.81(0.045+x)=P+11009.81(5+x)+13.6X103X9.81Bc0.045P-P=5.9510PaBC在B,C处取截面列柏努力方程0+u2/2+P/P=Zg+u22+PphBBcCf,BC管径不变，u二ubcP-P=P(Zg+h)=IlOOX(1.18u2+5X9.81)=5.95X10Fau=4.27ms压缩槽内表压P=L23X105Pa1(2)在B,D处取截面作柏努力方程Ou22+PIP=ZgO+O+h+hBf,BCf.CDP=(79.81+1.18u2U2-0.5u)1100=8.35XlOiPaBP-Pgh=PRgB水银28.35

24、X10.-11009.810.2=13.61039.81R2R=609.7mm2J此流体属于湍流型15.在此题附图所示的试验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计，以测量两截面的压强差。当水的流量为10800kgh时，U管压差计读数R为100mnb粗细管的直径分别为60X3.5mm与中45X3.5mm。计算：(1)Ikg水流经两截面间的能量损失。(2)与该能量损失相当的压强降为假设干Pa?解(1)先计算A,B两处的流速：u=w/Ps=295ms,u=w/PsAsABsB在A,B截面处作柏努力方程：zg+u2/2+P/P=zgu2/2+P/P+hfAAABBBlkg水流经A,B的能量损

25、失：hf=(u2-u2/2+(P-P)p=(u2-u22+PgRp=4.41JkgAB)ABAB)(2).压强降与能量损失之间满足：hf=Pp/.P=phf=4.41X10318.确定量的液体在圆形直管内做滞流流淌。假设管长及液体物性不变，而管径减至原有的1/2,问因流淌阻力而产生的能量损失为原来的假设千倍？解：管径削减后流量不变uA=uAjfur=r112212A=4A/.u=4u122由能量损失计算公式h=?(d)X(12u2)得fh二人？(Id)(l2u2)f.11h二人？(d)X(l2u2)=、？(i/d)8(u)2f,221=16hf.1h=16hf2fl=4.63IOiKg/h20

26、.每小时将2103kg的溶液用泵从反响器输送到高位槽。反响器液面上方保持26.7X103Pa的真空读，高位槽液面上方为大气压强。管道为的钢管，总长为50m,管线上有两个全开的闸阀，一个孔板流量计(局部阻力系数为4),5个标准弯头。反响器内液面与管路出口的距离为15mo假设泵效率为0.7,求泵的轴功率。解：流体的质量流速=2103600=5.56kg/sS流速u=/(Ap)=1.43msS雷偌准数Re二dupu=1651994000查本书附图1-29得5个标准弯头的当量长度：52.1=10.5m2个全开阀的当量长度：2X0.45=0.9m，局部阻力当量长度1=10.5+0.9=11.4me假定1

27、/1/2=2lg(d/)+1.14=2Ig(68/0.3)+1.14/.=0.029检验d(Rel2)=0.0080.005.符合假定即=0.029全流程阻力损失h=入X(+)dXu22+u22e二0.029X(50+11.4)/(68X103)+4X1.432/2二30.863J/Kg在反响槽和高位槽液面列伯努利方程得P/P+We=Zg+P/P+h12We=Zg+(P-P)p+h12二15X9.81+26.7X103/1073+30.863=202.9J/Kg有效功率Ne=TVeXa=202.95.56=1.128X103S轴功率N=Ne/n=L128X103/0.7=l.6llO3W二1.

28、61KW22.如此题附图所示，贮水槽水位维持不变。槽底与内径为100mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15m处安有以水银为指示液的U管差压计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接收内布满了水，测压点与管路出口端之间的长度为20m。(1) .当闸阀关闭时，测得R=600mm,h=1500mm;当闸阀局部开启时，测的R=400mm,h=1400mmo摩擦系数可取0.025,管路入口处的局部阻力系数为0.5。问每小时从管中水流出假设干立方米。(2) .当闸阀全开时，U管压差计测压处的静压强为假设干(Pa,表压)。闸阀全开时ldl5,摩擦系数仍取0.025oe解：依据流体静力

29、学根本方程，设槽面到管道的高度为XPg(hx)=PgR水水银103(1.5+x)=13.61030.6X=6.6m局部开启时截面处的压强P=PgR-Pgh=39.63l3Pa1水银水在槽面处和IT截面处列伯努利方程Zg+0+0=0+U22+P/P+h1而Eh=(+I)d112/2O二2.125U26.6X9.81=u22+39.63+2.125U2u=3.09/s体积流量3=up=3.094(0.1)2X3600=87.41msh闸阀全开时取2-2,3-3截面列伯努利方程Zg=山/2+0.5u22+0.025(15+d)u22u=3.47ms取I-E3-3截面列伯努利方程PP二必/2+0.02

30、5(15d)u221=3.7XlOiPa24.某油品的密度为800kgm3,粘度为41cP,由附图所示的A槽送至B槽，A槽的液面比B槽的液面高出L5m。输送管径为(1)893.5mm(包括阀门当量长度)，进出口损失可无视。试求：(1)油的流量(m3/h)；(2)假设调整阀门的开度,使油的流量削减20%,此时阀门的当量长度为假设干m?解：在两槽面处取截面列伯努利方程u22+Zg+P/p=u22+P/p12+hfVP=P12Zg=h二入（d）u22f1.59.81=?（50/82X10-3）u22假设流体流淌为滞流,则摩擦阻力系数=64Re=64duP联立两式得到u=L2ms核算Re=duP/=1

31、9200.005假设成立即D,C两点的流速u=1.776m/s,u=1.49m/s12，BC段和BD的流量分别为V=3210(4)36001.776二5.14ma/s2610(4)36001.49=2.58m3/s2.用离心泵以40m3h的流量将贮水池中65的热水输送到凉水塔顶，并经喷头喷出而落入凉水池中，以到达冷却的目的，水进入喷头之前需要维持49kPa的表压强，喷头入口较贮水池水面高6m,吸入管路和排出管路中压头损失分别为Inl和3m,管路中的动压头可以无视不计。试选用适宜的离心泵并确定泵的安装高度。当地大气压按10L33kPa计。解：Y输送的是清水选用B型泵查65时水的密度P=980.5

32、Kg/m3在水池面和喷头处列伯努利方程u22g+P/Pg+H=u22g+P/PgH+Z1112f取U=U=0贝IJ1 2H=(P-P)pg+H+Z2If=49X103/980.59.8+6+(1+4)=15.1m.Q=40m3/h由图2-27得可以选用3B19A2900465时清水的饱和蒸汽压P=2.544IOiPaV当地大气压H=P/Pg=101.33X103/998.2X9.81=10.35ma查附表二十三3B19A的泵的流量：29.548.6m3/h为保证离心泵能正常运转,选用最大输出量所对应的H”S即H”=4.5mS输送65水的真空度H=H+(H-10)-(P/9.81XW-SSaV0

33、.24)1000/P=2.5m允许吸上高度H=H-u22g-HgS1f,0-1二2.5-1=1.5m即安装高度应低于1.5m3.常压贮槽内盛有石油产品，其密度为760kgm3,粘度小于20cSt,在贮槽条件下饱和蒸汽压为80kPa,现拟用65Y-60B型油泵将此油品以15m3流量送往表压强为177kPa的设备内。贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5m,吸入管路和排出管路的全部压头损失为Im和4mo试核算该泵是否合用。假设油泵位于贮槽液面以下1.2m处，问此泵能否正常操作？当地大气压按101.33kPa计.解：查附录二十三65Y-60B型泵的特性参数如下流量Q=19.8m3s,气蚀余量4h

34、=2.6m扬程H=38m允许吸上高度H=(P-P)pg-h-Hg0Vf,0-1=-0.74m-1.2扬上升度Z=H-H=38-4=34mf,0-2如图在1-1,2-2截面之间列方程u22g+P/PgH=u22g+P/pg+H+Z1122f,1-2其中U22g=U22g=012管路所需要的压头：H=(P-P)pg+Z+He21f,1-2=33.74mZ=34m游品流量Q=15ms/sQ=19.8m3sm离心泵的流量,扬上升度均大雨管路要求,且安装高度有也低于最大允许吸上高度因此,能正常工作6.某型号的离心泵，其压头与流量的关系可表示为H=18-O.6l6Q2（H单位为m,Q单位为m3s）假设用该泵从常压贮水池将水抽到渠道中，贮水池截面积为100m2,池中水深7m。输水之初池内水面低于渠道水平面2m,假设输水渠道水面保持不变，且与大气相通。管路系统的压头损失为H=0.410Q2f（H单位为m,Q单位为m3s）试求将贮水池内水全部抽出所需时间。f解：列出管路特性方程H=K+HefK=Z+Ppg贮水池和渠道均保持常压Ppg=0K=Z.H=Z+0.410bQ2e在输水之初AZ=2mJH=2+0.4XlO6Q2e