化工原理考试,南昌大学 2006～2007学年第二学期期末考试试卷答案

南昌大学 2006～2007学年第二学期期末考试试卷答案

8. 下列哪些例子属于自然对流传热 ( A, C ) A. 空调 B.冰箱 C. 取暖器

9. 管路系统中的总阻力包括( A, B, C, D ) A 直管阻力 力 10. 流体在管内作层流流动时，管内平均流速是管中心流速的( A. 2 倍 B. 0.5 倍 C. 1 倍 B ) 。 B 管件阻力 C 突然扩大阻力 D 突然缩小阻

D. 3 倍

二、填空题(每空 2 分，共 20 分) 填空题得分 评阅人

1. 斯托克斯定律计算公式可以用来计算液体中颗粒的( 直径 2.

)或 (

流速

) 。

在一用泵输送水的系统中, 如果泵提供的压头是 He=20 m H2O ,流量为 0.0085 m3/s, 则泵的有效功率为 ( 1668J ). )。

3.

管件阻力主要包括 (

阀门、各种弯头的阻力 ( > > ) uw ) τc.

4. 根据牛顿粘性定律，uc 5.

根据牛顿粘性定律，τw (

6. 求解传热过程的设计型问题，其目的是计算 ( 换热器的面积 7. 边界层分离会引起能量( 损失 )。

)。

8.间歇过滤过程的总过滤时间为 ( 过滤时间+洗涤时间+辅助时间 9. 在液体输送系统中，液体的总阻力为 ( λl/d +ξff+ξe +ξc 10. 在机械能守恒方程中， He = ( 1/g 分析题( 三、 分析题(15 分)得分 评阅人

)。

)u2/2

)he

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图 1 为典型的简单管路。 设各段管径相同，

液体做稳态流动。 现将阀门由全开转为半开， 试分析下述参数如何变化？(1) u; (2)p A ; (3)p B

1

1

Z 2 A 图 1 分析题附图 B 2

答： (1)阀门关小，其阻力系数增大， h f , A B 增大，又 Z1 不变，即截面 1 流体的总机械 能一定，故 u 减小。 (5 分) (2) 考察 1、 两个截面间的能量转换关系： u 减小知 h f ,1 A 必减小， Z1 不变， A 由 又 故 P A 增大。 (5 分) (3)在管段 B、2 之间做能量衡算：u 减小， h f , B 2 减小，又 P2 不变，故 P B 将减小。 (5 分)

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四、计算题 (15 分)得分 评阅人

某流体通过内径为 100mm 圆管时的流传热系数为 120W/( m 2 0 C ),流体流动的雷诺 数 Re = 1.2 × 10 5 ,此时的对流传热系数关联式为 Nu = 0.023 Re 0.8 Pr 0.4 。 今拟改用周长与圆管相同、 高与宽之比为 1: 的矩形扁管， 3 而保持流速不变， 试问对流传热系数有何变化？ 解：由对流传热系数 α 的计算公式： 当物性不变时 α ∝ u 0.8 d 0.2 求扁管的当量直径 d e :

λ dµρ 0.8 0.4 α = 0.023 ( ) Pr d µ Q u不变 ， ∴ α ∝ d 0.2

(2 分)(2 分)

设 a、b,分别为矩形截面的宽与长 a 1 由题意 = 2(a+b)= πd b 3 πd 3πd 解之 a= b= 8 8 πd 3πd 2× 4ab 8 8 = 3 πd ∴ de= = πd 2( a + b ) 16 2 3 = × 3.14 × 0.05 = 0.0295m 16 设 α、α ′ 分别为圆管与扁管的对流传热系数，则

(2 分)

(3 分)

a' d 0.05 0.2 = ( ) 0.2 = ( ) = 1.11 a de 0.0295∴ α ' =1.11 α =1.11 × 100=111W/( m 2 ℃) 五、计算题 (20 分)得分 评阅人

(3 分) (3 分)

水从蓄水箱，经过一水管流出，如附图所示。假如， Z 1 = 12m, Z 2 = Z 3 = 6.5m ,

d 2 = 20mm, d 3 = 10mm ,水流经 d 2 管段的阻力损失为 2m 水柱，流经 d 3 管段的阻力损失为 1m 水柱，求： (1)管嘴出口处的流速 u 3 ; 2)接近管口 2-2 截面处的流速 u 2 及 ( 压强 P2 ;

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(1)列 1-1 与 3-3 截面柏努利方程式 p u2 p u2 Z 1 + 1 + 1 = Z 3 + 3 + 3 + h f 1 3 ρg 2 g ρg 2 gQ u1 = 0, p1 = p3 = 0(表压)2 u3 ∴12 6.5 = + (2 + 1) 2g

(3 分)

解得

u 3 = 2.5 × 2 × 9.81 = 7 m.s 12 3 2 2 2

(4 分) (4 分)

(2) u 2 = u 3 (

d 10 ) = 7 × 2 = 1.75 m.s 1 d 20 由 1-1 与 2-2 截面列柏努利方程式可得 p u2 p u2 Z 1 + 1 + 1 = Z 2 + 2 + 2 + h f 1 2 ρg 2 g ρg 2 g 2 p2 u 1.75 2 = ( Z 1 Z 2 ) 2 h f 1 2 = (12 6.5) 2 = 3.34 m ρg 2g 2 × 9.81 ∴ p 2 = 3.34 × 1000 × 9.81 = 32800 Pa

(3 分) (2 分) ( 4 分)

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六、计算题(10 分)得分 评阅人

某车间有一台换热面积(以外表面积计)为 3m2 的单程列管换热器。用 200℃的 热废气预热轻油, 轻油走管外,其流量为 250kg ·h-1 ,比热为 2kJ kg 1 K 1 ,温度由 25℃

升至 85℃。轻油与热气体作逆流流动。热废气出口温度为 85℃。求：换热器的热负荷 和传热系数。解：

A = 3m 2 , C p = 2 kJ.kg 1 .K 1 t m = (200 85) (85 25) = 84.5 o C 115 In 60 250 Q = Wc C pc (t 2 t1 ) = × 2000 × (85 25) = 8333W 3600 Q 8333 ∴K = = = 32.8W.m 2 .K 1 A t m 84.7 × 3(4 分)

(3 分) (3 分)

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