《化工原理》（第三版）复习思考题及解答

第0章 绪论

1） 广义地说，凡工业生产的关键环节是_______________，这类生产便归属化工生产范畴。

（答：改变物质组成）

2）为了便于管理及技术交流，很多行业从化工中划分出去，但它们仍属“化工大家族”中的一员。这些行业有_______________等。（答：石油化工，塑料工业，制药工业，硅酸盐工业……）

3）生产工艺学是___________________。（答：研究某一化工产品生产全过程的学科） 4） 化学工程是_____________________。（答：研究化工生产中共性问题的学科）

5）化工生产中虽然化学反应是核心，但前、后对物料的处理大都为物理加工过程。这些对物料的物理加工过程称为___________。（答：单元操作）

6） 介绍主要单元操作的原理、方法及设备的课程叫_______________。（答：化工原理） 7） 物理量=__________×_____________（答：数，单位） 8） 基本单位：长度_______ ,质量_______ ,时间_______ 。（答：m，kg，s）

9） 导出单位：力_______ ,功或能_______ ,功率_______ ,压强_______ （答：N, J, W, Pa） 10) 有的单位前面有“字首” ，这些字首的意思是：k_______ ,c_______ ,m_______ ,μ_______。（答：103,10-2,10-3,10-6）

11）查得30℃水的粘度--μ×105 /Pa·S为80.12,表明μ= ______。（答：80.12×10-5Pa.s） 12）量纲是_____________。如长度单位有 m，cm，mm，km 等，其量纲为________ 。（答：普遍化单位，L）

13）物料衡算是对__________、 __________而言的。[答：一定的时间间隔，一定的空间范围（控制体）]

14）总的物料衡算式为__________________ 。（答：∑Mi－∑Mo= Ma ，各种M的单位均为质量单位，如kg）

15）若无化学反应，对任一组分j，物料衡算式为_____________。（答：∑Mi，j-∑Mo，j= Ma，j） 16）若进、出控制体的物料均为连续流股，各流股的质量流量均恒定，∑Mi=∑Mo,控制体内任一位置物料的所有参量—如温度、压强、组成、流速等都不随时间而改变，则该控制体处于___________过程。（答：定态或称定常态或稳定态） 17）流体粘度的单位换算关系是：cP（厘泊）=0.001Pa·S，则3.5 cP=_______ Pa·S ,0.005 Pa·S = ________cP 。（答：3.5×10-3，5.0）

【分析】3.5cP=3.5cP ×（0.001Pa.S/1cP）=3.5×10-3Pa.S 0.005 Pa.S=0.005 Pa.S×(1cP/ 0.001Pa.S)=5.0cP 式中（0.001Pa.S/1cP及(1cP/ 0.001Pa.S)称为“转换因子”，用于物理量的单位转换。

18）任一物理方程式中各物理量必然单位__________。以离心泵的扬程、流量关系为例，若He=36-0.02V2 (单位He— m ，V-- m3/h),则式中36的单位是_________ ,0.02单位是_____________ 。（答：和谐，m，m/(m3/h2)）

19）某管路特性方程为He’=8.0+8.07×105V2(式中He’—m ，V—m3/s)当以V’[m3/h] 替代V，则该公式改为_______________。（答：He’=8.0+0.06227(V’)2 ）

[分析] 因为1[m3/h]=（1/3600）[m3/h]，所以He’=8.0+8.07×105[V’×（1/3600）]2=8.0+0.06227(V’)2

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20）圆球固体颗粒在流体中作自由重力沉降，在stokes区的沉降速度计算式为ut=g dp（ρs-ρ）/(18μ)。式中 ut—沉降速度，m/s,g—重力加速度，g=9.81m/s2,dp—颗粒直径，m ；ρs—颗粒密度，㎏/m3；μ—流体粘度，Pa·S。当以ut’[cm/s],μ’[cP]分别替代ut与μ，则该公式为_____________。[答：ut’=10-5 g dp2（ρs-ρ）/(18μ’) ]

分析：ut=100ut’ ，cm/s], μ=1000μ’，所以： ut’=10-5 g dp2（ρs-ρ）/(18μ’)

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第一章 流体流动

1） 温度升高，液体粘度______________ ，气体粘度______________。（答：下降，增大） 2） 流体的粘度可通过流体粘性定律τ=μ(dv/dy)=μ(ΔV/Δy)[N/m2](y的取向：令dv/dy为正）

求得。试分析下列情况的τ值。图中A为薄平板或圆筒面的面积（m2)。 （答：F/A, G.sinα/A, G/(πDH)）

3） 理想流体是________________的流体。（答：μ=0，∑hf=0，△V=0） 4） 2.04ml 某液体的质量为2.10g，其密度为_____________kg/m3。（答：1029） 5） 1atm=____ Pa=_______mmHg=_______mH2O

1at=_______ kgf/cm2=_______Pa=________mmHg=________mmH2O（答：1.013×105，760，10.33，1，9.81×104，735.6，10） 6) 外界大气压是753mmHg（绝压）某容器内气体的真空度为7.34×104Pa，其绝压为____Pa,表压为___________Pa 。（答：2.70×104，-7.34×104） 7） 1.60at（绝压），35.0℃的N2(分子量M=28.0)的密度为______ kg/m3（答：1.72） 【分析】根据题给的条件可按理想气体计算密度。ρ=pM/(RT),R=8314J/(kmol.K),不要用T=273+t。

8) 水面压强p0=1atm，水深64m处的压强p=______Pa (p0,p皆为绝压) （答：7.29×105） 9）如右图，U形压差计读数R=______m ,ρHg=13.6×103kg/m3, 不计两液面大气压P的差异。（答：0.119）

10）修正压强pm= _______。在重力场中静止的恒密度流体，只要流体是连通的，则处处流体的pm= ______ 。（答：p＋ρgh，常数）

11）流体在圆管内流动，通常讲的“管流”指的是_______。（答：流体充满管内且流动）

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【分析】如无说明，流体在管内的流动皆为管流。 12）Φ57×3.5mm的圆直钢管，管内充满流动的水，则水的流动截面积A=________m2（答：1.96×10-3）

【分析】Φ57×3.5mm，表示钢管外直径为57mm，管子壁厚为3.5mm，其内径为50mm。 13）ρ=940 kg/m3的液体，以8.60m3/h的流量流过12）题的管内，其平均流速u=____m/s,质量流速G=________(kg/s·m) （答：1.22，1146） 14) 水在Φ60×3mm钢管内流过，流量V=2.75×10-3m3/h，水的粘度μ=1.005cP,则Re=_______ ，流型为_________ 。（答：6.45×104，湍流）

【分析】Re=duρ/μ,当流体流过管内，Re=4Vρ/(πdμ)。前者出现u，后者出现V，此题用后者算比较好。

15）圆直管内流体层流的点流速分布侧型为_______ ,令管子内半径为R,轴心线处点流速为νmax，，则任一点与轴心线距离为r处的点流速ν=________ 。且平均流速u=_______νmax。（答：抛物线，νmax [1-(r/R)2],1/2）

16）流体在圆、直管内湍流的点流速分布规律ν=νmax (____)n,常见的n值为______ 。 （答：1-r/R,1/7） 17）均匀流遇到与其流线平行的静止固体壁面时，与壁面接触的流层质点被固体吸着而流速降为零，流体与壁面间没有摩擦发生，这叫_______现象。由于流体有粘性，受壁面影响而流速降为零的流体层逐渐增厚。若均匀流流速为u0，则，ν<0.99 u0的减速部分称为________。（答：无滑动，边界层）

18)湍流边界层紧邻壁面处存在着_________ 。（答：层流内层）

19）均匀流体流入圆管内，随着流进圆管内距离的增加，边界层不断增大的管段称为________ ,在边界层厚度达到管内半径以后的管段称为_______ ,管流的Re及流速侧型都是指______而言的。（答：进口段，稳定段，稳定段）

20）u2/2 表示每_______流体具有的机械能，u2/（2g）表示每_______流体具有的机械能。 21）流体从1截面流至2截面的过程中，由于流体有_______ ,导致部分流体机械能转变为内能，每kg流体由此损耗的机械能以________表示。（答：kg，N）

22）某液体，ρ=880 kg/m3，μ=24 cP，在Φ57×3mm圆直管内流过，流速u=0.802m/s,则流过20m管子的阻力为_______J/kg。（答：5.38） 【分析】Re=duρ/μ=0.051×0.802×880/(240×0.001)=1500,层流，层流阻力可按海根.泊稷叶公式计算。∑hf=32μul/(ρd2)=32×24×0.001×0.802×20/(880×0.0512)=5.38 J/kg

23）流体在一圆直管内流动，Re=700，若流量加倍，对同一管段来说，阻力消耗的功率为原来的______倍。（答：4）

【分析】原来是层流，流量加倍后，Re=1400，仍属层流。层流：N=∑hf.(Vρ)[w],所以N’/N=(∑hf’/∑hf)(V’/V)=(u’/u)2=22=4

24）量纲分析法是一种指导_______的方法。其依据是任一物理方程必然量纲________。通过量纲分析，可把______间一般不定函数式转变成特征数间一般不定函数式。根据∏定理，“特征数”数=“物理量”数－“_______”数。（答：实验，和谐，物理量，基本量纲）

25）量纲分析法的好处是：①减少_______，大大减轻实验工作量。②在满足流体各物性值均为恒值的条件下，通过实验得到的特征数间的定量关系式可推广应用于其它工质及其它__________的不同尺寸的设备。（答：变量，几何相似） 26）雷诺数表示________力与________力之比。（答：惯性，粘性） 27）由量纲分析法指导实验得到的公式是一种_________公式。（答：半理论半经验） 28）工业上常用的粗糙管有______，_______ ,_______等。（答：水煤气管，无缝钢管，铸铁管）

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29）工业上常用的光滑管有______，_______ ,_______等。（答：玻璃管，塑料管，黄铜管） 30）计算直管沿程阻力的范宁公式为________。（答：∑hf=λ(l/d)u2/2 J/kg） 31）在湍流区（包括过渡流区），当ε/d一定，随Re增大，λ值先______，然后达到常数。λ=常数的区域称为________区。（答：下降，阻力平方或高度湍流） 32）在高度湍流区摩擦系数λ取决于________ ,与_________无关。若流体在某粗糙管内高度湍流，当流量加倍，对同一直管段来说，阻力将增至原来的________倍。（答：ε/d，Re，4）

33）在湍流区（包括过渡流区），当Re一定，随着ε/d减小，λ值________。ε/d的极限为光滑管。光滑管，当Re=3000，λ=________，此公式称为________公式。（答：减少，0.3164/Re0.25，布拉修斯）

34）流体流过________，________，________等的阻力称为局部阻力。局部阻力总伴随着________现象。计算局部阻力的公式有两种，即hf =________u2 /2 J/kg 及hf =λ（_____）u2 /2 J/kg。（答：弯头，三通，阀门，边界层分离，ζ，le/d）

35）通过管道，将地面管内的水输到敞口水塔水面上方。已知出水口距地面高20m，水流速1.20m/s，管长及局部阻力当量管长 l+∑le 为40m，管内径38mm，摩擦系数λ=0.028输入端管内的表压p1 =_______at。（答：2.216）

【分析】p1/1000=(9.81×20)+(0.028×40/0.038) ×(1.20)2/2 所以，p1=2.174×105 Pa(表压)=2.216 at（表压）

36）水由A水库通过长管道流入B水库，如下图所示管内径为d1 ，输入量为V1 。现欲加大流量，要求V2=2.4V1 ，设管长不变，布拉修斯公式可用，局部阻力不计，采用增大管内径方法解决，则 d2/d1 =________。（答：1.38）

【分析】EＡ－ＥＢ＝∑hf （Ｅ通常表示每千克流体的总机械能。） 因前后情况EＡ和ＥＢ都没有改变，故∑hf，１＝∑hf，２，

２２５２０．２５

∑hf＝８λｌV／（πｄ）＝８×０.３１６４ｌV／｛［４Vρ／πｄμ］２５１７５４．７５πｄ｝∝（V.／ｄ） １７５４．７５１７５４．７５V１.／ｄ１＝V２.／ｄ２所以d2/d1=（V2/V1）(1.75/4.75)=1.38

37）如下图所示，水由A-A截面经向上倾斜异径管流至B-B截面。A、B截面处均流线平行，由A、B截面到U形管的连接管内及U形压差计内指示液上方均为与管内相同的水。已知R=68mm，则 pm,A －pm,B =_______Pa。（答：8.405×103）

【分析】在重力场中流体恒密度条件下，静止流体的Pm为恒值，由此可导出下式： pm,A －pm,B = pm,3 －pm,4= p3 －p4 =（ρHg-ρ）gR=（13.6-1）×103×9.81×0.068 =8.405×103Pa

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38）承37题，若流量不变把管子水平放置，则会发生如下变化：( pm,A －pm,B )_______ 读R_______ ,(pA-pB)________ 。（答：不变，不变，减小） 【分析】 根据

??f?I??f??标???I??标?3.80?2800?840??1000?4.33m3/h840??2800?1000?经验E1恒定A阀门开大????V???hf,1?4?????E4??P4??E5??V3?（1??le）=30/20=?1??le?1??V1?8.14m3/h???H?41.3m1?e，?22pm,A/??uA/2?pm,B/??uB??hf，?hf与管子倾斜角度无关，所以 （pm,A-pm,B）

不变，亦即R不变。

pm,A-pm,B=(pA??gzA)?(pB??gzB)?常量

pA?pB?常量+?g(zB?zA)

当管子由倾斜向上改为水平，(zB?zA)减小，（pA?pB）减小。

39)三根内径相同的直管，管内水流量相同，两侧压点的距离相同，但管子安装方向不同，一根水平，一根倾斜向上，一根倾斜向下，如下图所示，则 R1 ，R2， R3 的关系是________ , △p1、△p2、△p3 的关系是_________ 。（答：R1?R2?R3,p2?p1?p3） 【分析】

pm,1?pm,2?pm,3，?R1?R2?R3

pA?pB?常量??g?zB?zA?，?p2?p1?p3

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