化工原理（各章节考试重点题与答案）

化工原理

第1章 流体流动重点复习题及答案

学习目的与要求

1、掌握密度、压强、绝压、表压、真空度的有关概念、有关表达式和计算。 2、掌握流体静力学平衡方程式。

3、掌握流体流动的基本概念——流量和流速，掌握稳定流和不稳定流概念。 4、掌握连续性方程式、柏努利方程式及有关应用、计算。 5、掌握牛顿黏性定律及有关应用、计算。

6、掌握雷诺实验原理、雷诺数概念及计算、流体三种流态判断。

7、掌握流体流动阻力计算，掌握简单管路计算，了解复杂管路计算方法。 8、了解测速管、流量计的工作原理，会利用公式进行简单计算。

综合练习

一、填空题

1．某设备的真空表读数为200 mmHg，则它的绝对压强为____________mmHg。当地大气压强为101.33?103Pa.

2．在静止的同一种连续流体的内部，各截面上__________与__________之和为常数。

3．法定单位制中粘度的单位为__________，cgs制中粘度的单位为_________，它们之间的关系是__________。

4．牛顿粘性定律表达式为_______，它适用于_________流体呈__________流动时。

5．开口U管压差计是基于__________原理的测压装置，它可以测量管流中___________上的___________或__________。

6．流体在圆形直管内作滞流流动时的速度分布是_____________形曲线，中心最大速度为平均速度的________倍。摩擦系数与_____________无关，只随_____________加大而_____________。

7．流体在圆形直管内作湍流流动时，摩擦系数λ是_____________函数，若流动在阻力平方区，则摩擦系数是_____________函数，与_____________无关。

8．流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为_____________。邻近管壁处存在_____________层，Re值越大，则该层厚度越_____________

9．实际流体在直管内流过时，各截面上的总机械能_________守恒，因实际流体流动时有_____________。

化工原理

10．测速管测得的是管道中___________速度，孔板流量计测得的是__________速度。可从__________上直接读出被测流体的体积流量。

答案：

?2?31. 560mmHg 2. 位能 静压能3. Pa.s P或cP1cP?1?10P?1?10Pa.s

4.

???dudy 牛顿型 滞流 5. 流体静力学 任意截面 表压强 真空度

6. 抛物线 2 管壁粗糙度 Re 减小 7. ε/d及Re ε/d Re 8. 零 滞流内 薄 9. 不 摩擦阻力 10. 局部 平均速度 转子流量计 二、选择题

1. 在法定计量单位制中，粘度的单位为（ ） A. cP B．P C．g/(cm.s) D．Pa.s

2. 在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是( ) A.同一种流体内部 B．连通着的两种流体

C同一种连续流体 D.同一水平面上，同一种连续的流体 3. 牛顿粘性定律适用于牛顿型流体，且流体( )

A. 应作滞流流动 B. 应作湍流流动 C. 应作过渡流流动 D. 静止的 4．涡流粘度e是（ ）。

A. 流动情况的函数． B. 流体的物理性质

c．湍流时流体的粘稠度 D. 内摩擦力大小的指标·

5. 在一水平变径管道上，细管截面A及粗管截面B与U管压差计相连，当流体流过时压差计测量的是（ ）

Ａ. A、B两截面间的总能量损失 B. A、B两截面间的动能差， C. A、B两截面间的局部阻力 D. A、B两截面间的压强差 6. 直径为Φ57mm×3.5 mm的细管逐渐扩到Φ108mm×4mm的粗管，若流体在细管内的流速为4 m/s，则在粗管内的流速为（ ）。

A. 2 m/s B. l m/s C. 0.5 m/s D. 0.25 m/s

7．气随直径不变的圆形管道内作等温定态流动各截面上的（ ）. A. 速度相等 B. 体积流量相等 C. 速度逐渐减小 D. 质量流速相等 8. 流速在阻力平方区流动时的摩擦阻力（ ） A．不变 B. 随流速加大而加大 C．与u１.２５成比例 D. 与u２成比例

9. 孔板流量计与测速管都是属于定节流面积的流量计，利用（ ）来反映流量的。

A. 变动的压强差 B. 动能差

C. 速度差 D. 摩擦阻力 10. 滞流和湍流的本质区别是（ ）。

A. 湍流的流速大于滞流的 B. 湍流的Re值大于滞流的 C. 滞流无径向脉动，湍流有径向脉动 D. 湍流时边界层较薄－

答案：1.D 2.D 3.A 4.A 5.D 6.B 7.D 8.D 9.A 10. C

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三、计算题

1. 燃烧重油所得的燃烧气，经分析知其中含CO28.5％，O27.5％，N276％，H2O8％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa时的密度。

解：混合气体平均摩尔质量

Mm??yiMi?0.085?44?0.075?32?0.76?28?0.08?18?28.86?10?3kg/mol∴ 混合密度

pMm101.3?103?28.86?10?3 ?m???0.455kg/m3

RT8.31?(273?500)2．用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞口高位槽，如附图所示。输送量为0.1m3/min，输送管路为φ38×3mm的无缝钢管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，且在压送过程中不变。设管路的总压头损失为3.5m（不包括出口），硫酸的密度为1830 kg/m3，问酸蛋中应保持多大的压力？

解: 以酸蛋中液面为1-1’面,管出口内侧为

2-2’面,且以1-1’面为基准,在1-1’～2-2’间列柏努力方程:

p1p1212?u1?Z1?2?u2?Z2??hf ?g2g?2g 简化:

题2 附图

p112?u2?Z2??hf ?g2gVs 其中: u2??4?d20.1/60?2.07m/s

0.785?0.0322 代入: p1??g(12u2?Z2??hf) 2g1?2.072?10?3.5)

2?9.81 ?1830?9.81?(

?246.3kPa(表压)

3．用泵将20℃水从水池送至高位槽，槽内水面高出池内液面30m。输送量为30 m3/h，此时管路的全部能量损失为40J/kg。设泵的效率为70％，试求泵所需的功率。

解: 在水池1面与高位槽2面间列柏努力方程:

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Z1g?p1p112?u12?We?Z2g?2?u2??Wf ?2?2 简化: We?Z2g??Wf

?30?9.81?40?334.3J/kg Pe?ms?We?Vs?We? P?30?1000?334.3?2.786kW 3600Pe??2.786?3.98kW 0.74．如附图所示，用泵将贮槽中的某油品以40m3/h的流量输送至高位槽。两槽的液位恒定，且相差20m，输送管内径为100mm，管子总长为45m（包括所有局部阻力的当量长度）。已知油品的密度为890kg/m3，粘度为0.487Pa·s，试计算泵所需的有效功率。

解: u?Vs?4?d2?3600?1.415m/s

0.785?0.1240 Re? ???du??0.1?890?1.415?258.6?2000

0.4876464??0.247 Re258.6题4 附图

在贮槽1截面到高位槽2截面间列柏努力方程: Z1g?p1p112?u12?We?Z2g?2?u2??Wf ?2?2简化: We?Z2g??Wf

l??leu2451.4152?0.247???111.2J/kg 而: ?Wf??d20.12 ?We?20?9.81?111.2?307.4J/kg

.8W?3.04kW Pe?We?ms?We?Vs???307.4?403600?890?30395．如附图所示，密度为800 kg/m3、粘度为1.5 mPa·s 的液体，由敞口高位槽经φ114×4mm的钢管流入一密闭容器中，其压力为0.16MPa（表压），两槽的液位恒定。液体在管内的流速为1.5m/s，管路中闸阀为半开，管壁的相对粗糙度?d＝0.002，试计算两槽液面的垂直距离?z。

解: 在高位槽1截面到容器2截面间列柏努力方

题5 附图

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程:

Z1g?p1p112?u12?Z2g?2?u2??Wf?2?2

简化: ?Zg? Re?由 ?du??p2???Wf

?d0.106?800?1.54 ?8.48?10?31.5?10?0.002 ,查得??0.026

管路中: 进口 ??0.5

90℃弯头 ??0.75 2个 半开闸阀 ??4.5 出口 ??1

lu230?1601.52?(0.026??0.5?2?0.75?4.5?1)? ??Wf?(????)

d20.1062 ?60.87J/kg

0.16?106 ??Z?(??Wf)/g?(?60.87)/9.81?26.6m

?800p2

“化工原理”第二章流体输送机械复习题

（化0403、0404班；2006-11-11）

一、填空题：

1.（3分）某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为He=19m水柱,输水量为0.0079m3/s,则泵的有效功率为________. ***答案*** 1472w 2.（2分）离心泵的主要部件有如下三部分:______,_____,_______. ***答案*** 泵壳; 叶轮; 泵轴

3.（2分）离心泵的主要参数有:______,______,______,________. ***答案*** 流量; 扬程; 功率; 效率 4

．（

3

分

）

离

心

泵

的

特

性

曲

线

有

:

_____________,_________________,___________________.

***答案*** 压头H～流量Q曲线；功率N～流量Q曲线； 效率η～流量Q曲

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管长。(2)由于气候变热,冷却水进口温度升为25℃,试计算在水流量不改变的情况下,该冷凝器的生产能力的变化率。

***答案***

（1）由热量衡算得： Q＝Gr＝W.Cp（t出－16）

∴t出＝Gr/（WCp）＋16) ＝2000/3600×363×103/5000/3600×4.19×103+16＝50.65℃ 取K＝1/[(1/1740)+(1/14000)]=1548W/(m2.K) Q＝Gｒ＝2000/3600×363×103＝2.02×105W Δt1＝110－16＝94℃, Δt2 ＝110－50.65＝59.35℃ Δtm＝（Δt1 ＋Δt2 ）/2＝（94＋59.35）/2＝76.8℃ 又Q＝KAΔtm ＝Kπd0lΔtm

∴ 管长l＝Q/（Kπd0Δtm ） ＝2.02×105 /（1548×3.14×0.05×76.8）＝10.82m （2）水温升高(忽略物性变化) 传热面积A＝πd0l＝3.14×0.05×10.8＝1.7m2

Q'=KA△tm' 其中Q'=5000/3600×4.19×103 (t2'-25) △tm'=[(110-25)+(110-t2')]/2=97.5-0.5t2'

∴ 5000/3600×4.19×103 (t2'-25) =1548×1.7(97.5-0.5t2') , 解得 t2'=56.4℃ Q'=5000/3600×4.19×10(56.4-25)=1.83×105w (Q-Q')/q×100%==9.4%

8.（20分）现要将某液体从140℃冷却至40℃，液体处理量为7000kg/h（比热为2.3kJ/(kg.K)）用河水作冷却剂，河水进口温度为20℃，出口温度30℃，采用逆流操作。若传热系数K=700W/(m2.K)，忽略热损失，试求：(1)冷却水的耗用量，以m3/h表示（水的比热为4.18kJ/(kg.K)，密度1000kg/m3)(2)现仓库有一台单程列管式换热器，内有φ19×2mm的钢管60根，管长3m，试核算该换热器可否满足上述工艺要求？

***答案***

Q=ms1Cp1(T1-T2)=7000×2.3×(140-40) =1.61×106kJ/h

Q= ms2Cp2 (t2-t1); ms2=Q/ Cp2 (t2-t1)=1.61×106/[4.18×(30-20)] =3.852×104kg/h Vs=3.852×104/103=38.52m3/h; Ao=πdoln=π×19×10-3×3×60=10.74m2 △tm=(△t1-△t2)/ln(△t1/△t2)=(110-20)/ln(110/20) =52.7℃ A'=Q/(K×△tm)=1.61×106×103/(3600×700×52.7) =8.73m2 ∵A > A'; ∴此换热器可满足上述工艺要求

9.（18分） 某换热器由若干根长为3m，直径为φ25×2.5mm的钢管组成。要求将流

化工原理

量为1.25kg/s的某液体从77℃冷却到20℃，用17℃的水在管内与某液体逆流流动。已知水侧和管外侧的对流传热系数 α1和α2分别为0.85和1.70kW/(m2.K),污垢热阻可忽略，若维持冷水的出口温度不超过47℃（某液体的Cp为1.9kJ/(kg.K),管壁的导热系数λ=45W/(m.K)）试求：（1）传热外表面积Ao（2）所需的管子数n

***答案*** △t1=77-47=30℃; △t2=20-17=3℃ △tm=(△t1-△t2)/[ln(△t1 /△t2)]=(30-3)/ln(30/3)=11.72℃ Ko=1/[do/(α1di)＋(δdm)/(λdo)＋(1/α2)]

=1/（1/1700+0.0025×25/45×22.5+25/850×20）=471.6W/(m2K) Q=ms1×Cp1(T1-T2) =1.25×1.9×103×(77-20)=1.354×105W A=(1.354×105)/(471.6×11.72)=24.5m2 n=24.5/(πdoL)=24.5/(π×25×10-3×3) =104根

10.（22分） 某化工厂用一热交换器，每小时冷凝3.4T/h工业酒精。已知酒精温度80℃，汽化潜热为1072kJ/kg,酒精蒸汽在管外冷凝，测得其α1=2268W/(m2.K),冷却水在管内流动，水流速度为0.4 m/s,进口水温度为20℃，流量为34500kg/h, 钢管规格：φ30×2.5mm,长2m，钢管导热系数46.5W/(m.K),设过程无热损失，并忽略垢层热阻，试求：（1）传热速率（2）冷却水出口温度 （3）换热器传热面积（4）欲使传热速率Q提高，有人认为只要提高α1即可，你的看法如何？（水的ρ=1000kg/m3,Cp=4.18kJ/(kg.K),μ=1cp,λ=0.65W/(m2.K))

***答案***

（1）Q=3.4×103×1072×103/3600=1.012×106W

（2 ）1.012×106=34500×4.18×103(t2-20)/3600; t2=45.26℃ （3）Re=dup/μ=(25×10-3×0.4×103)/(1×103)=104 pr=Cp.μ/λ=(4.18×103×1×10-3)/0.65=6.431 L/d=2/(30×10-3)=66.67＞60

αi=0.023(λ/di)Re0.8Pr0.4 =0.023×(0.65/0.025)×(104)0.8×(6.431)0.4 =1996W/(m2.K) △t1=80-20=60℃;△t2=80-45.26=34.74℃;△tm=(60＋34.74)/2=47.37℃ Ko =1/[(do/αidi)＋(doδ)/(dmλ)＋1/αo]

=1/[30/(25×1996)＋(30×2.5×10-3)/(27.5×46.5)＋1/2268] =908.4W/(m2.K) A=Q/(K△tm)=(1.012×106)/(908.4×47.37) =25.6m2

（4）要提高Q，不能单纯提高α1，因为α1与α2数值相近，必须同时提高α1与α2，才能使K增大，从而使Q能显著提高。

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化工原理第五章重点练习题和答案（蒸发） 一.填空题 1.(4分)

中央循环管式蒸发器又称_______________。由于中央循环管的截面积_______。使其内单位容积的溶液所占有的传热面积比其它加热管内溶液占有的______________，因此，溶液在中央循环管和加热管内受热不同而引起密度差异，形成溶液的_______________循环。2.(3分)

在蒸发操作中，降低单位蒸气消耗量的主要方法有：____________,__________________,________________。3.(4分)

标准式蒸发器内溶液的循环路线是从中央循环管___________，而从其它加热管_________，其循环的原因主要是由于溶液的_____________不同，而引起的_______________所致。4.(3分)

蒸发操作中，加热蒸气放出的热量主要用于：（1）__________________（2）______________________________（3）______________________。

二.选择题 1.(2分)

提高蒸发器生产强度的主要途径是增大（ ）。 A. 传热温度差； B. 加热蒸汽压力； C. 传热系数； D. 传热面积； 2.(2分)

多效蒸发中，由于温度差损失的影响，效数越多，温度差损失越大，分配到每效的有效温度差就（ ）。

A. 越小； B. 越大； C. 不变 3.(2分)

对粘度随浓度增加而明显增大的溶液蒸发，不宜采用（ ）加料的多效蒸发流程。

A. 并流； B. 逆流； C. 平流

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三.判断题 1.(2分)

在蒸发计算中，由于加热蒸汽的压力高于二次蒸汽的压力，故加热蒸汽的汽化潜热也大于二次蒸汽的汽化的潜热。（ ）2.(2分)

在蒸发过程中，有结晶析出的或易结垢的溶液不宜采用升膜式蒸发器。（ ）3.(2分)

蒸发操作流程中的混合冷凝器，到了夏天其器内的真空度会降低（ ），因而蒸发器内的有效温度差也随着减小。（ ）

四.问答题 1.(8分)

多效蒸发的效数为什么有一定的限度？2.(10分)

中央循环管式蒸发器主要由哪几部分组成？各部分的作用是什么？3.(10分) 溶液的那些性质对确定多效蒸发的效数有何影响？并作筒略分析。

五.计算题 1.(18分)

某单效蒸发器将比热为3.85kJ.kg.K的某溶液从浓度为12%浓缩至60%（质量%）。采用196.2kN.m(表压）的生蒸汽加热；蒸发室的真空度维持在610mmHg，已知该溶液在此真空度下的沸点为70℃，若每小时蒸发的水分量为5000kg.h。问：（1）该蒸发器处理的料液量为多少kg.h？（2）沸点进料时，单位蒸汽消耗量为多少？（忽略溶液沸点升高）（设热损失为加热蒸汽放出热 量的5%）；（3）当K=1400w.m.K时，加热面积需多少m？当地大气压为101.3kN.m。 附：饱和水蒸汽性质 压力kN.m 20

温度 ℃ 汽化潜热 kJ.kg

60.1 2355

120 2205 133 2169

81.3 93.6 2274 196.2 297.5 2.(16分)

某厂准备采用并流加料双效真空蒸发装置流程来蒸发某水溶液。试绘出其流程图。又若已知：T=120℃，△'=3℃ ,△\℃, △\℃,T=90℃,试求第一

化工原理

效的有效温度差为多少℃？ 3.(16分)

工艺上要求将0.85t.h的某水溶液在一单效真空蒸发器内，将其从浓度为15%浓缩至37.5%（均为质量%）。现有一个传热面积为10m的蒸发器可供使用。若冷凝器内维持610mmHg的真空度，估计在操作条件下的温度差损失分别为△'=4.2℃，△''=3℃， △'''=1℃；K=800w.mK。若采用沸点进料，忽略散热损失，加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排出，当地大气压为101.3kN.m，问加热蒸汽压力（表压）需多少kN.m才行？ 附：饱和水蒸汽的性质

压力 kN.m 温度 ℃ 汽化潜热 kJ.kg 20 60.1 2354.9 30 66.5 2333.7 101.3 100 2258.4 120.8 105 2245.5 143.3 110 2232.4

化工原理练习题答案 （蒸发）

一.填空题

1. 标准式 ， 较大 ， 要小 ， 自然

2. 采用多效蒸发 真空蒸发 加强设备保温。 3. 下降 ， 上升 ， 受热程度 ， 密度差异

4. （1）二次蒸汽气化所需的潜垫 （2）预热原料液（3）补偿蒸发器的热损失。 二.选择题

1. C 2. A 3. A 三.判断题

1. × 2. √3. √ √ 四.问答题

1. 因为：（1）所节省的蒸汽随效数的增加而减少。 （2）增加效数就要增加设备投资费。

（3）效数愈多，总温度差损失Σ△愈大，分配到各效的有效温度差就小，甚至使操作无法进行。

（4）物料的性质，对效数的确定也有很大的影响，例：电解质溶液，△*高，效数少；非电解质溶液，△*较小，效数可取多一点。 2. （1）主要由加热室和蒸发室两部分组成。

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