化工原理自测练习题上册华东理工大学

练习一

第一章 流体流动

一. 填充

1． 连续性假定 流体质点连续 ，定态条件下，连续性方程的物理意义是：

流体在管内流动

时，其质量流量不变。

2． 控制体与系统的区别在于考察方法的不同，对系统进行考察的方法是 拉格朗日法 ，对

控制体进行考察的方法是 欧拉法 。 3． 圆管内湍流和层流的区别是

流型 层流 湍流

本质区别 质点无径向脉动 质点有径向脉动

Re

<2000

>4000

剪应力分布

r

r

2l

2l 速度分布

u 1 ( r

) 2

u (1 r ) n

u max

R u max

R

u / u max

1/2

0.8

λ与 Re 的关系

64 高度湍流 f (Re)

Re

一般湍流

f (Re,

)

d

λ与 ε /d 的关系 无关

有关

λτ μ ξ ε

4． 圆形直管内， q V 一定，设计时若将

d 增加一倍，则层流时

h f 是原值 1/16 倍，高度湍

流时，是原值的 1/32 倍（忽略的 ε /d 变化）

5． 流体在直管内流动造成阻力损失的根本原因是

流体具有粘性， 直管阻力损失体现在 流

体势能的下降 。

6． 某孔板流量计用水测得

o

3

C =0.64 ，现用于测

900kg / m ，

0.8m P .as 的液体，问此时 C o

=0.64 （ <,=,> ）

7. 如图示管线，将支管 A 的阀门开大，则管内以下参数如何变化？

q VA ， q VB ， q V 总 ， p , h fA , h fMN

8. 图示管路系统中，已知流体流动的总阻力损失

h f 56J / kg ，若关小阀门，则总阻力损

失 h f =56J/kg , 两槽液面的垂直距离 H=5.71m. 9. 图示管路系统中，已知

d ab d cd ，

ab

cd ， l ab l cd ，

0 。比较 u a = u c ，

1

( p

a

p ) < ( p

p

d ) (

a

b ) (

c d )

b

c

10. 如图示供水管线，管长

L ，流量 q V ，今因检修管子，用若干根直径为

0.5d 、管长相同于

L 的管子并联代替原管， 保证输水量 q V 不变 , 设 λ 为常数 , ε /d 相同 , 局部阻力均忽略 ,

则并联管数至少需要

6 根

11. 如图通水管路，当流量为

q V 时，测得 ( p 1

p 2 ) 5mmH 2 O ，若流量为 2 q V 时，

( p 1 p 2 )

11mHO.( 设在阻力平方区 )

2

二．选择

1A ; 2B, 3D

三．计算

1． 解： 1）本题属静力学问题，是两个

U 型压差计的组合

对左边压差计： A B

Rg(

i

)

对右边压差计：

A

B

Hg(

i

)

A

p A (z 2

z 1 ) g ，

c p c

p A

( z 2

z 1 ) g (R H )g ( i

)

p A

0.278at

p '

(z 2

z ) g

2）

R

H

A

1

g( i )

=0.521m

2.解：两槽液面 1-2 间列机械能衡算式，

Zg h f

h

fA B

h f

h f

l

l e

u 2

d

2

因为 μ 很大，设 Re<2000，

（ 1） （ 2）

64

Re

，

2

h f

32

(l l e )u （ 3）

d

2

h

fAB

AB

( R 1 R 2 ) g( i

)

29.1J / kg

（ 4）

结合（ 1）（3）（ 4）

u 0.57m/ s

验证 Re=906<2000, 计算有效

2）当阀门关闭，流体静止，

'

A

1

当阀门打开，

A

h

f 1

A

u 2

1

2

'

, ( A

C

)(

i

) gR 1

A

A

C 不变 , 阀门关闭 ,

A , R

1 同理 ,阀门关闭 ,

'

B

2

阀打开 , B

u 2

2

h

fB 2

2

h fB 2

(

l

)

u 2

d

2

B

2

( l

1) u

2

d

2

B 2 '

B

B

C

A

(

i

)gR

2

B

, R

2

3

3 解

1） 对截面 1-B 间列机械能衡算式：

(z

z ) g (

l u 2 ) ( l

u 2 ) p B

1

B

d

2

oc

d

2

cB

根据连续性方程 :

u CB d CB

2

4

u OC d OC

2

4

u

OC

1.70m / s,u CB

2.65m / s

孔流速度 u o

u oc

( d oc )2

6.80m/ s

d o

u o 2

2

p

2

C o

p

(

u

0 )

2

6.01

104

Pa

C 0

2

2)注意 :本题由于 D 点的位置未定 ,故题意可能是求 C 点或 A 点的压强 对 1-B 及 1-A 分别列机械能衡算式

l

u 2

l

u 2

p B

Z 1g Z B g (

d2 )

oc

(

d2 )cB

Z 1g Z A g (

l u 2

(

l u 2 p A

d

)oc d

)cA

2

2

根据连续性方程 :

d OC

2

u

oc

2d CB 2

u CB

u

OC

2.15m/ s , P C 1.94 104 Pa

P A 3.92 104

Pa

4

练习二第二章流体输送机械

一.填充

1.隔膜泵 . 计量泵齿轮泵螺杆泵

2.泵内液体平均密度太小,灌泵排气和保持泵密封良好

3.泵内流体压强太低减小吸入管路阻力降低P v或增加P0

4.调节旁路阀 ,改变活塞行程 ,往复次数

5.灌泵排气关闭出口阀旁路阀

6.= 1.2

7.He 2H

8. 2.746

9.p , He不变 , Pa

10. 6.91

11.< =

12.24.307.2

二.选择

1.c

2.B

3.D

4.D

三 .计算

5

解 : 对于循环管路 : He

h f

l u 2

d 2g

l 1

4q

) 2

d

(

V

2g

d 2

0.03

20

20 30

1

4

1.413

10 3 0.03 2 9.81

3.14 0.03

2

14.3m

在截面 1 2之间列机械能恒算式

p

Z

g p

2 ( u 2

2

l u 22

)

2

d 2

为使泵入口处不出现负 压,即 p 0, 代入

2

p

(1

l 1 ) u 22

gZ

d 2

2.01

104

四 . 复杂管路 ,n 个支管 n 个机械能方程解:1

6

B阀关闭 , 为简单管路 ,1 2截面之间列机械能衡算式

H Z 2h

f 1 2

2

Z 2l1 l21( 4q V2)

d 2 g d

6 1.29 106 q V2

联立解方程

H6 1.29106 q V2

H e227.2105 q V2

q V10.2m3 / h

2 B 阀全开时 ,为分支管路

在 1-2 之间列机械能衡算式

l1u2l

2u2

H Z212

d2g d2g 在 1-3 之间列机械能衡算式

l1u2l

3u 2

H Z313

d2g d2g

用同一泵 ,H 相同 , u2u3u1 2

联立解方程

H 6 2.22 105 q V2

H e22 7.2 105 q V2

q V14.8m3 / h

五.

解: 在 0-1 之间列机械能衡算式

7

H Z1

h

f 01

l14q V2

Z1()

d2 d 2

g60

10336q V2

当 q V 0.21m3 / min 时

管路需要 H103360.21224.8m

泵扬程 He402220.21230.2m 24.8m

所以此泵合用

2.联立解方程

H10336q V2

H e40222q V2

q V0.232m3 / min 0.21m3 / min

3.为使流量满足设计要求,需要调节出口阀 (关小出口阀 )

当出口阀调节阀门至 q0.21m3 / min 时, 增加了阀门阻力

V

则消耗在阀门上的阻力损失增加了

( He H ) g

(30.2 24.8) 9.8153J / kg

question

1.阀门增加阻力后 ,管路特性方程 ?写出新的特性方程

2.阀门的当量长度

H 10458.0q V2

key:

le 27.2m

五. 图示输送管路,用离心泵将江水输送至常压高位槽. 已知吸入管直径φ 60× 3mm,管长

l CD =80m( 管长均包括局部阻力的当量长度)摩擦系数λ均为 0.03,Z=12m, 离心泵特性曲

线为He5q2式中 He m q m3s

30 6 10V

,

: ;V:/

试求 :1.管路流量为多少m3/h

2旱季江面下

8

9

作业中存在的问题

10．解（ 1）

A1020.63528.06m2

V e q e A0.03788.060.0305m 2

恒压过滤 :V22VV e KA2

根据物料衡算

V饼0.63520.025100.1008m3

50

10000.7305

5050

27101000

w13.9

p27100.05622

w1w13.910013.9

p2*******

(V V饼 )V饼 (1)

V(1)V饼

(10.73050.05622)0.10080.3825m3

0.05622

代如恒压过滤方程

0.3825220.38250.03051.5710 58.062

166( S)

板框压滤机

(2)

8(V V e )V w 8(0.38250.305)

1

0.3825

10

124( s)

w KA 2 1.5710 58.06 2

练习三：第四、五章自测练习题一. 填充

1．比表面积相等阻力损失与比表面积平方成正比

大颗粒比表面积增大预测床层压降

（要求掌握本质特征）

影响床层阻力的因素：（ 1）物性

10

（ 2）流动条件

（ 3）设备特征尺寸

2． 2

1/2

1 s

dq

d

r 0 (q q e )

不可压缩滤饼 , s 0

要求掌握过滤速度的影响因素（定量 定性）

3．愈少

q

q e 2 Kq e

在恒压操作下

n n , q

生产能力： Q nqA n( V e 2

KA 2 V e )

n

过滤机、板框压滤机、真空回转过滤机 4． 0.1h

Ve 0,

w

dV w A

2

4 A

2

2 2

A

2

(

) w

r w V w

r V 终

r V 终

d

2KA

2

2V 终 2

V 终

终

V

终

w

V w 1 V w 0.1h

dV 2 V 终 终

(

) w

d

板框压滤机结果怎样？

5.U

U 1 U t

1） u 1 与 u 满足连续性方程

2） 床层的三个阶段：固定床、流化床、输送时速度之间的关系 6.惯性离心力与重力之比 压降

分离效率

7．不变

使床层内温度、浓度分布均匀

腾涌 沟流 散式

聚式

h 1 8．（ 1） 0.05u t

0.05m / s

20

11

u p u t u 0.05 0.01 0.04m / s

u p

h

（2）261

25

0.04

n126

9．液体由下向上通过由球形均一颗粒所堆积的床层，并

使之流态化。若液体的体积流量越大，则床层空隙率

ε不变。液体在颗粒缝隙间的流速不变（变大、变小、不变、不确定）（流化床内，每一个表观速度有一个相应的空隙率。表

观速度越大，空隙率也越大，而通过床层的实际流速不

变，总是等于颗粒的沉降速度）

10．含细小颗粒的气流在降尘室内除去粒子（沉降在斯

托克斯区），正常情况下能100% 除去 50um 的粒子，

现气体处理量增大一倍，原降尘室能100% 除去的最小

粒径为 70.7um

q v Au t ,

u t d p2 (p) g

18

（ u t'q v'2 d p'2）

u t q v d p2

d p'250 um

11．降尘室的生产能力只与降尘室的长度和宽度有关，

而与高度无关

12．一般认为流化床正常操作的流速范围在起始流化速

度和带出速度之间

13．已知 q 为单位过滤面积所得滤液体积V/A ， q e为 V e/A ，

V e为过滤介质的当量滤液体积，在恒压过滤时，测得

3740q200 ，则过滤常数k=1/3740 ， q e=1/374

q

12

根据qq

q K K

14．某重力沉降室在常温下处理某气-固混合物时，其效率为 1 ，那么在高温处理同样的气 -固混合物，其效率 2 就要比 1 小。

12

二. 作题图

dq c q ,

d

q c

q K 恒速：c

2(q q e )

K2cq2cq e 2c22cq e

当

q e0, s0时

22c 2

r0

c2 r0

当

q e0, s0

1s

C 2r0cq e r0

恒压：

q22qq e K

三. 计算题

1．解： 1）根据物料恒算

w8

P

28000.03

w 1 w892

P

28001000

V饼

11000

V固2800

0.64 V饼1

根据

V悬V LA

V悬LA(1 )

13

则 V(1)V悬 (1

10.03) 2 1.83m 3

10.64

2）恒压过滤，而且 q e0

则q

2 K

q K0.1620.50.285所需过滤面积：

A V 1.83

6.42 q0.285

每个框的过滤面积：

A2a b20.560.56 0.627m2

所需的滤框： n

A 6.42

10.2只取11只A框0.627

2．解： 1）滤饼充满框时

V饼 a b c 0.635 0.635 0.025 0.0101m3

V V

饼 0.0101 0.135m3 0.075 0.075

A2 a b 20.635 0.635 0.806m2

q V0.1350.167m3 / m 2

A0.806

在恒压下过滤：

q22qq e K

q 22qq e 0.167 220.1670.02

0.96 h

K110 5

3457 s

2）若将操作压力增加一倍，则

K '(')1 s210.5 1.414

K

K ' 1.414 K 1.41410 5 m2/ s

'

q 22qq e0.167 220.1670.02

0.679h

K ' 1.41410 5

2445s

14

3）获过滤量与框厚无关

q'0.167m3 / m2

V0.135 28 3.78m3

3． 1）

15

解 :1)q v

q m 1200

1000m 3 / h 0.278m 3

/ s

1.2

A 10

10 100m 2

q v

0.278

103

m / s

u t

2.78

A 100

设颗粒的沉降处于斯托 克斯区

u t d p 2 g(

p

)

18

18 u t

1

18 1.81

10 5 2.78 10 3 1

d p [

] 2

] 2 g(

)[ 9.81 ( 2500 12)

p

6.08 10 6 m 6.08um

验证 : Re

6.08

10 6 2.78 10 3 1.2

1.81 10 5

1.12 10 3

计算有效

2

可 除去的颗粒直径为

6.08um

100%

2)

H

H

0.5

u t

u

t 0.5

u t 0.5

H

0.5

u t

0.5u t

H

2.78

10 3 0.5 1.39

10 3 m/ s

18 u t 0 .5

1

[18

1.81

10 5 1.39 10 3 1

d p [ )] 2

] 2 g( p

9.81 ( 2500 12)

4.29um

可 50%降去颗粒的直径为 4.29um

3) u t '

( d '

p ) 2 ( 5 ) 2 67.6% u t

d p 6.08 直径为 5um 的尘粒可除去的百分数 为67.6%

2）

16

292730.836kg / m3

22.4273150

2.4110 5 Ns / m2

q V12000.399m3 / s

0.8363600

可全部除去的最小颗粒的沉降速度为 :

u t q V0.399

0.00399m / s A100

假定颗粒沉降处于斯托克斯定律区，则

d

min

18u t18 2.4110 50.00399

105m 84.0um () g(25000.836)

8.40

p9.81

0.83684.010 60.00399

Re p 2.4110 50.0116 2

以上计算有效

3）降尘室的生产能力下降由此可知，

进入降尘室气体温度升高，在气体质量流量不变，含尘情况不变的情况下，温度上升，气体的粘度增大，颗粒的沉降速度下降，在降尘室面积一定的情况下，导致生产能力下降，出口气体中含尘量增加

4．解：

q q e2K q e

如果滤布阻力忽略

则q K

1

3

20(s)

n 1

60

q 5.1510 62010.1410 3 m3 / m2

转鼓面积 : A dl 3.14 1.750.9 4.95m2

V qA 10.14 4.9510 30.05m3

所以, 每转一周所得滤液量为0.05m3

过滤机的生产能力

Q KA 2n

Q 5.1510 6 4.952110.837 10 3 m3 / s 3.01m3 / h

360

或

Q nqA i10.1410 3 4.95 3.01m3 / h

60

2)

17

悬

1500(1)1000 0.232

V悬V V饼V V V固1

V固

594

0.396 1500

0.44

L q

10.23210.14 10 37.17 10 3 m

10.2320.44

3)生产能力 Q

Q KA 2 n

在其它条件一定的前提下, n下降 ,生产能力下降

Q'n'2

Q n2

每转一周所得滤液量

q K

n

n下降 , 每转一周所得的滤液量 q增加 , L也增大L'n

2

L n '

18

练习四：第六章 传热

一. 填空

1．不变，减小

Q 定态传热，热流量

Q=C ，热流密度 q r

, r , A , q

A

2．<, =, =

t C, R 1 R 2 ,则 t 1

t 2

t

t t 1 t 2

Q C

Q

,( )1 ( ) 2

R 1 R 2

R

R R

3. λ 2

t Q

R

当

t 一定时 , R 愈小，热损失愈大

R

1

2

1

A

m1 2

A

m2

对于平壁，

A ，两种材料的位置对保 温效果无影响

C

对园管或球壁，外层 A m2〉内层 A m1，将 2小的放内层，可使 Q 最

小

4．增加近管壁处的温度梯度，提高传热速率 5．

a 0,

b 1

a

1

,b 3

4

4 a 2.5, b 3.5

圆形直管内 t 0 .

qt, a 0, b

1

1

1

, b 3 蒸汽管外冷凝 :

t 4 , a

4 4

大容积饱和沸腾 :t 2.5 , a 2.5,b 3.5

p260 p256 6．

19

水的 Pr0.7,Re 104 ,q 0.8d 1.8

v

‘流量加倍：

。

20 8

‘

管径减半21。8

管程数加倍N 0.8：

‘

。

20 8

7．壁温接近于饱和蒸汽的温度

壁温接近于α 大的流体的温度，蒸汽冷凝α ≈ 104，空气α ≈ 10-10 2 8．滴状冷凝，摸状冷凝，设计按膜状冷凝，核状沸腾膜状沸腾操作按核状沸腾控制

9．

逆流无相变：当q m 2 Cp21,则 t m t1t2 60 30 30 0C

q m1 Cp1

冷热

q

m冷, 冷, K

Q 'q m'

)冷

Q

(

q m

由Q(q Cp)冷 (t

2

t )知,t 必下降

10．m12推动力 (T t1 )不变 , (T t2 )上升

t m

t2下降 ,Q KA t m , K , t m

11．形成垢层,热阻增加, K ,传热速率 Q必然下降 ,但 t m上升 ,t

2

,T2上

升

12t m并t m复杂t m逆

Q 'q'm2Cp2 (t 2't1' ) q m1Cp1 (T1T2) K' A t' m Q q m 2Cp2 (t 2t1 ) q m1Cp1 (T11

T2 )KA t m

13111

K12

2, K, t

'

m,Q不变

20

二. 作图题

1、热流体q m1 ,T1 ,T2均上升

冷流体 t1, 则t 2 ,T2均下降

2

斜率小斜率大

q m2Cp2

1

q m1Cp1

3．

三. 找缺

1．同一温度下、灰体辐射能力低于黑体，C错

太阳能辐射中，有相当部分为可见光，物体的颜色，对可见光的吸收有很强的选择性，D错

2．

由图可知， A、 B、C 正确，但Q不能明显增加， D 错误

四.计算题

21

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