化工原理上册复习题

化工原复习题 一、填空题：

1. 雷诺准数的表达式为________________。当密度ρ＝820 kg/m3，粘度μ=3厘泊的某液体，在内径为d=100mm，以流速2m/s在管中流动时，其雷诺准数等于__________，其流动类型为_____.

2. 当地大气压为750mmHg时，测得某体系的表压为104Pa，则该体系的绝对压强为_________mmHg，真空度为_______mmHg.

3. 圆管中有常温下的水流动，管内径d=100mm，测得其中的质量流量为15.7kg/s，其体积流量为_________.平均流速为______。 4. 当20℃的水(ρ=998.2kg/m3，μ=1.005厘泊)在内径为100mm的光滑管内流动时，若流速为2.0m/s时，其雷诺准数Re为______，直管摩擦阻力系数λ为_____.

7. 理想流体是指＿＿＿___＿＿＿；而实际流体是指_＿＿＿。 8. 牛顿粘性定律表达式为＿＿＿＿＿＿＿＿，其粘性系数 (粘度) 的物理意义是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 9. 流体在园直管内流动，当Re≥4000时的流型称为＿＿＿，其平均速度与最大流速的关系为＿＿＿＿＿＿，而Re≤2000的流型称为＿＿＿，其平均速度为＿＿＿＿＿＿。

10.理想流体在变径管路中作稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静压力 ___________。

11. 套管由φ57×2.5mm和φ25×2.5mm的钢管组成，则环隙的流通截面积等于______，润湿周边等于____，当量直径等于______。 12. 流体的粘度指______________________________________。粘度

值随温度变化而变化，对于液体，温度升高，粘度________；对于气体，温度升高，粘度________。

13. 米糠油在管中作层流流动，若流量不变，管长不变，管径增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的____倍。

14.米糠油在管中作层流流动，若流量不变，管径、管长不变，油温升高，粘度为原来的 1/2 ，则摩擦阻力损失为原来的_____倍。 15. 当Re 为已知时，流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数λ=__________，在管内呈湍流时，摩擦系数λ与____________、_____________有关。

16. 流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的____倍; 如果只将管径增加一倍，流速不变，则阻力损失为原来的_____倍。

17. 孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒______，变_____；后者是恒_________，变_________。

18. 液体的粘度随温度升高而________，气体的粘度随温度的升高而_______。（填增大，减少，不变）

19. 水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小后，水流量将__________，摩擦系数____________，管道总阻力损失____________。

20. 流体在一段园形水平直管中流动，测得平均流速0.5m/s，压强降为10Pa，Re为1000，问管中心处点速度为______ m/s ，若流速增加为1 m/s ，则压强降为______ Pa 。

21. 流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是__________________.

23.苯（密度为880kg/m3，粘度为0.65厘泊）流经内径20㎜的圆形直管时，其平均流速为0.06 m/s，其雷诺准数为______，流动形态为__________，摩擦系数为___________。

24. 静止液体中两处压力相等的条件是_______________。 25. 离心泵的主要参数有:______，______，______，________. 26. 离心泵的特性曲线有:__________，________，________. 27. 调节泵流量的方法有：____________，____________，_______. 28. 泵起动时，先关闭泵的出口开关的原因是＿＿＿＿＿＿＿＿__________________________________________。

29. 离心泵的流量调节阀安装在离心泵＿＿＿管路上，关小出口阀门后，真空表的读数＿＿＿＿，压力表的读数＿＿__＿。 30. 离心泵的工作点是＿＿＿曲线与＿＿＿＿＿曲线的交点。 31. 离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生＿＿___＿＿现象。

32. 离心泵铭牌上标明的流量和扬程指的是 ＿ 时的流量和扬程。 33.离心泵起动时，如果泵内没有充满液体而存在气体时，离心泵就不能输送液体。这种现象称为__________现象。

34. 离心泵采用并联操作的目的是_____，串联操作的目的是______。 35.离心泵在启动时应先将出口阀_____，目的是________________。往复泵在启动时，其出口阀必须___________.

36.降尘宝做成多层的目的是_____________________ 。

37.某板框压滤机的框的尺寸为：长×宽×厚=810×810×25 ㎜，若该机有10块框，其过滤面积约为_________________ m2。

38. 板框压滤机采用横穿洗涤滤渣，此时洗穿过____层滤布及____个滤框厚度的滤渣，流经过长度约为过滤终了滤液流动路程的____倍，而供洗液流通的面积又仅为过滤面积的____。

39. 转鼓真空过滤机，转鼓每旋转一周，过滤面积的任一部分都顺次经历___________________________________________等五个阶段。 40. 离心分离因数是指_______________________________。

为了提高离心机的分离效率，通常使离心机的___________增高，而将它的________减少。答案* 物料在离心力场中所受的离心力与重力之比; 转速 直径适当

42.某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失，若容器外表温度为500℃， 而环境温度为20℃， 采用某隔热材料，其厚度为240㎜， λ=0.57w/(m.K)，此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁)

43.某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失，若容器外表温度为150℃， 而环境温度为20℃，要求每平方米热损失不大于500w， 采用某隔热材料，其导热系数λ=1.05w/(m.K)，则其厚度不低于_______。(注:大型容器可视为平壁)

42. 某间壁换热器中，流体被加热时，圆形管内湍流的传热系数表达式为_________________.当管内水的流速为0.5m/s， 计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw/(m2.K).若水的其它物性不变，仅改变水在管内的流速，当流速为1.0 m/s时，此时传热系数 α=________________. 43.某并流操作的间壁式换热器中，热流体的进出口温度为90℃和50℃，冷流体的进出口温度为20℃和40℃，此时传热平均温度差△

t=_________.

44.在列管式换热器中，用饱和蒸气加热空气，此时传热管的壁温接近________流体的温度，总传热系数K接近______流体的对流给热系数. 45. 强化传热的方法之一是提高K值. 而要提高K值，则应提高对流传热系数___________.

46.平壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数α1，α2以及间壁导热系数λ的关系为________________.当平壁厚4㎜，导热系数为45w/ (m.K)时，两侧给热系数分别为8000 w/ (m2.K) 和800 w/ (m2.K)时，总传热系数K=_____________________.

47.间壁传热的总传热速率方程为_______.某换热过程中，要求 q=30 kw， K=555 w/ (m2.K)，△tm=25K，则传热面积为______.

48.由多层等厚平壁构成的导热壁面中， 所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻就愈 ________，其两侧的温度差愈______。 49.（平壁稳定传热过程，通过三层厚度相同的不同材料，每层间温度变化如图所示，试判断λ1、λ2、λ3的大小顺序____________，以及每层热阻的大小顺序________________。

49题图

50. 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知 b1>b2>b3；导热系数λ1<λ2<λ3。在稳定传热过程中，各层的热阻R1______R2______R3；各层导热速率Q1___Q2___Q3。

51. 列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于_____________，折流挡板的形状有____________________，____________________等。 52. 在确定列管换热器冷热流体的流径时， 一般来说，蒸汽走管

______； 易结垢的流体走管______；高压流体走管______；有腐蚀性流体走管______；粘度大或流量小的流体走管______。

53.列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是__________________。 54.热负荷是指_______________；而传热速率指__________________； 55.有一换热设备，准备在其外面包以两层保温材料。要达到良好的保温效果，应将导热系数较小的保温料包在_______层。

56. 有两种不同的固体材料，它们的导热系数第一种为λ1》第二种为 λ2，若作为换热器材料，应选用_________种；当作为保温材料时，应选用__________种。

57. 用饱和水蒸汽加热空气时，换热管的壁温接近____________的温度，而传热系数K值接近____________的对流传热系数。

63.进行换热的两流体，若α1》α2时，要提高K值，应设法提高_______；当α1≈α2时，要提高K值，应使_________________

二、选择题：

1. 一个被测量体系外柱按上一个U型压差计，出现如图情况，说明体系与大气压是（ ） 关系

A. 体系＞大气压 B. 体系＜大气压 C. 体系＝大气压

第1题图

2. 流体在园管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心的最大流速的关系为（ ）

A. Um＝1/2Umax B. Um ＝0.8 Umax C. Um ＝3/2 Umax 3. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )

A. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关 B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关

C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关 4. 如图所示，连接A.B两截面间的压差计的读数R表示了( )的大小。

A. A.B间的压头损失HfAB B. A.B间的压强差△P

C. A.B间的压头损失及动压头差之和

22 D. A.B间的动压头差uA?uB2g

??第4 题图

5. 转子流量计的主要特点是( )。

A. 恒截面、恒压差； B. 变截面、变压差；

C. 恒流速、恒压差； D. 变流速、恒压差。 6. 层流与湍流的本质区别是：( )。 A. 湍流流速>层流流速；

B. 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C. 层流的雷诺数<湍流的雷诺数； D. 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。

7. 在稳定流动系统中，水由粗管连续地流入细管，若粗管直径是细管的2倍，则细管流速是粗管的（ ）倍。

A. 2 B. 8 C. 4 8. 流体在管路中作稳态流动时，具有（ ）特点。 A. 呈平缓的滞流 B. 呈匀速运动

C. 在任何截面处流速、流量、压强等物理参数都相等；

D. 任一截面处的流速、流量、压强等物理参数不随时间而变化 9. 流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（ ）。

A. 流动速度大于零 B. 管边不够光滑 C. 流体具有粘性

10. 为使U形压差计的灵敏度较高，选择指示液时，应使指示液和被测流体的密度差（ρi－ρ）的值（ ）。

A. 偏大 B. 偏小 C. 越大越好 11. 设备内的真空度愈高，即说明设备内的绝对压强（ ）。

A. 愈大 B. 愈小 C. 愈接近大气压、 12. 水在园形直管中作滞流流动，流速不变，若管子直径增大一倍，则阻力损失为原来的（ ）。

A. 1/4 B. 1/2 C. 2倍 13. 用皮托管来测量气体流速时，其测出来的流速是指（ ）。 A. 气体的平均流速 B. 气体的最大流速

C. 皮托管头部所处位置上气体的点速度。 14. 在一定流量下，流体在并联管路中作稳定连续流动，当并联管路数目愈多，则（ ）。

A. 流体阻力损失越大 B. 流体阻力损失越小

C. 流体阻力损失与并联管数无关 15. 稳定流动是指流体在流动系统中，任一截面上流体的流速、压强、密度等与流动有关的物理量（ ）。

A. 仅随位置变，不随时间变 B. 仅随时间变、不随位置变

C. 既不随时间变，也不随位置变

16. 离心泵的性能曲线中的H～Q线是在( )情况下测定的。 A. 效率一定； B. 功率一定；

C. 转速一定； D. 管路（ｌ＋∑ｌe）一定。 17. 离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( )

A. 气缚现象 B.汽蚀现象

C. 汽化现象 D. 气浮现象 . 18. 离心泵最常用的调节方法是 ( )

A. 改变吸入管路中阀门开度 B. 改变压出管路中阀门的开度

C. 安置回流支路，改变循环量的大小 D. 车削离心泵的叶轮 19. 离心泵效率最高的点称为 ( )

A. 工作点 B. 操作点 C. 设计点 D. 计算点 20. 离心泵铭牌上标明的扬程是指( )

A. 功率最大时的扬程 B. 最大流量时的扬程

C. 泵的最大扬程 D. 效率最高时的扬程 21. 以下物理量不属于离心泵的性能参数 ( )

A. 扬程 B. 效率 C. 轴功率 D. 理论功率（有效功率） 22. 离心泵铭牌上标明的流量是指( )

A. 效率最高时的流量 B. 泵的最大流量

C. 扬程最大时的流量 D. 最小扬程时的流量 23. 离心泵的扬程是 ( )

A. 实际的升扬高度 B. 泵的吸液高度

C. 液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度

D. 单位重量液体出泵和进泵的机械能差值 24. 用离心泵将液体从低处送到高处的垂直距离，称为（ ）

A. 扬程 B. 升扬高度 C. 吸液高度

25. 为减少电机的启动功率，离心泵在启动前应将（ ）.

A. 出口阀关闭 B. 进口阀关闭 C. 出口阀打开 D.进口阀打开 26. 欲提高降尘宝的生产能力，主要的措施是（ ）。

A. 提高降尘宝的高度； B. 延长沉降时间； C. 增大沉降面积 27. 颗粒的重力沉降在层流区域时，尘气的除尘以（ ）为好。

A. 冷却后进行； B. 加热后进行； C. 不必换热，马上进行分离。

28. 要使微粒从气流中除去的条件，必须使微粒在降尘室内的停留时间（ ）微粒的沉降时间。

A. ≥； B. ≤； C. ＜； D. ＞ 29. 过滤操作中滤液流动遇到阻力是（ ）。

A. 过滤介质阻力； B. 滤饼阻力； C. 过滤介质和滤饼阻力之和。 C

30. 工业采用翅片状的暖气管代替圆钢管，其目的是（ ）。 A. 增加热阻，减少热量损失; B. 节约钢材、增强美观; C. 增加传热面积，提高传热效果。

31. 有一列管换热器，用饱和水蒸汽（温度为120 ℃）将管内一定流量的氢氧化钠溶液由20℃加热到80℃，该换热器的平均传热温度差Δ

tm为（ ）。

A. -60/ln2.5; B. 60/ln2.5; C. 120/ln5 32. 在比较多的情况下，尤其是液－液热交换过程中，热阻通常较小可以忽略不计的是（ ）。

A. 热流体的热阻; B. 冷流体的热阻;

C. 冷热两种流体的热阻; D. 金属壁的热阻。

33. 湍流体与器壁间的对流传热（即给热过程）其热阻主要存在于（ ）。

A. 流体内; B. 器壁内;

C. 湍流体滞流内层中; D. 流体湍流区域内。 34. 强化传热的主要途径是（ ）。

A. 增大传热面积 B. 提高K值 C. 提高Δtm 35.（ ）是一种以电磁波传递热能的方式。

A. 传导 B. 对流 C. 辐射 三、判断题：

1. （ ）流体在园管内作稳定流动时，其流速与管径的一次方成反比。 2. （ ）流体在园管内流动阻力主要有沿程阻力和局部阻力。 3. （ ）化工单元操作是一种物理操作，只改变物质的物理性质而不改变其化学性质。

4. （ ）在稳定流动过程中，流体流经各截面处的体积流量相等。 5. （ ）流体在等直径的导管中作稳态流动时，由于流动有摩擦阻力损失，因此流体的流速沿管长而逐渐变小。

6. （ ）流体作层流流动时，摩擦系数（λ）只是Re的函数，而与管

壁的粗糙度无关。

7．（ ）实际流体在导管内作稳态流动时，各种形式的能量（或压头）可以互相转，但导管任一截面的位压头、动压头与静压头之和为一常数。

8.（ ）稳定流动时，流体的流速、压强、密度等均不随时间和位置而变。

9. （ ）流体阻力产生的根本原因是流体与壁面之间的摩擦而引起的。 10. （ ）离心泵启动时，为减小启动功率，应将出口阀门关闭，这是因为流量增加而功率增大。

11. （ ）离心泵的出口阀关闭，其流量为零，则所需的轴功率也为零。

12. （ ）离心泵的扬程又称压头，即升扬高度。

13. （ ）选用离心通风机时，如果输送气体的温度、压力与实验状态不同时，则要校正风压后再选用。

14. ( ）离心泵的“气缚”与“气蚀”现象，其本质是相同的。 15. （ ）板框压滤机采用横穿法洗涤时，若洗涤压差=最终过滤压差，洗涤液粘度=滤液粘度，则其洗涤速率=1/4过滤终了速率。

16. （ ）流体流动时，滞流内层的粘度是对流传热的主要控制因素。 17. （ ）传导和对流传热的传热速率与温度的一次方之差成正比，而辐射的传热速率与温度的四次方之差成正比。

18. （ ）导热系数和给热系数都是物质的属性之一。

19. （ ）多层平面壁稳态热传导时，推动力是内壁面与外壁面间总的温度差;总热阻是各层热阻的倒数之和。

20. （ ）在相同条件下，采用逆流操作比采用并流操作，所需传热面积要小。

21. （ ）稳定传热是指传热过程中的温度既不随时间而变，又不随位置而变

22. （ ）在稳定多层园简壁导热中，通过多层园简壁的传热速率Q相等，（ ）而且通过单位抟热面积的传热速率Q/A也相同. 23. （ ）蒸汽冷凝时，膜状冷凝的对流传热系数小于滴状冷凝时的对流体热系数

24. （ ）保温层应该选用导热系数小的绝热材料.

25. （ ）在稳定的多层平壁导热中，若某层的热阻较大，则这层的导热温度差就较小.

26. （ ）在列管换热器中，用水冷却某气体，气体中有稀酸冷凝出来，应将气体安排走管程。

四、问答题：

1. z?p?g?z0?p0?g（1），

p?pa??gh （2） 这两个静力学方程式说明些什么？ 2. 流动类型有几种？是如何判断流型的？

3. 什么叫化工单元操作？常用的化工单元操作有哪些？ 4. 如图所示，A.B.C三点在同一水平面上，dA=dB=dC，问： （1）当阀门关闭时，A.B.C三点处的压强哪个大？哪个小？或相等？

第4 题图 （2）当阀门打开，高位槽液面保持不变，A.B.C三点处的压强哪个大？

哪个小？或相等？

5. 当离心泵启动后不吸液，其原因主要有哪些？

6. 如图所示的2B31型离心泵装置中，你认为有哪些错误？并说明原因。

7. 传导传热，对流传热和辐射传热，三者之间有何不同? 8. 为什么工业换热器的冷、热流体的流向大多采用逆流操作? 9. 提高传热系数时，为什么要着重提高给热系数小的这一侧?

五、计算题：

五、计算题：

1. 用泵将密度为850kg/m3，粘度为190cP的重油从贮油池送至敞口高位槽中，升扬高度为20㎜。输送管路为φ108×4㎜的钢管，总长为1000m(包括直管长度及所有局部阻力的当量长度)。管路上装有孔径为80㎜的孔板以测定流量，其油水压差计的读数R=500㎜。孔流系数Co=0.62，水的密度为1000kg/m3。试求: ⑴输油量是多少m3/h? ⑵若泵的效率为0.55，计算泵的轴功率。

***答案***

⑴ u0?co2(?i??)Rg??0.62?2?9.81?0.5??1000?850??0.816m/s

850 Vh?0.785d2u?0.785?0.082?0.816?3600?14.76m3/h

?80? （2）u?0.815????0.522m/s

100??Re?d?u2??0.1?0.522?850190?10?3?234?2000，层流

??6464??0.274 Re2342lu10000.5222 ?hf???0.274???373.3J/kg

d20.12 We?gz??hf?20?9.81?373.3?569.5J/kg

2. 粘度为30cp，密度为900 kg/m3的液体，自A经内径为40㎜的管路进入B，两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门。当阀全关时，阀前后压力表读数分别为0.9at和0.45at。现将阀门打至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m，阀前管长50m，阀后管长20m（均包括局部阻力的当量长度)。试求: (1）管路的流量m3/h？(2）阀前后压力表读数有何变化？ ***答案*** 解：（1）阀关时 p1??gz1?z1?p1/?g，

0.9?9.81?104 即： z1??10m

900?9.810.45?9.81?104同理： z2??5m

900?9.81 阀开时，两槽液面间列机械能衡算式：

2pau2uBA?gzA???gzB???hf

?2?2pa??hf??zA?zB?g??10?5??9.81?49.05J/kg

lu2(50?20?30)u2而 ?hf??????1250?u2

d20.042/d?u) 代入上式可得： 设流动为层流，则??64?（64?30?10?3249.05?1250??u?u?0.736m/s

0.04?900u校核：Re?d?u??0.04?900?0.73630?10?3?883.2?2000 ，结果有效

∴Vh?0.785?0.042?0.736?3600?3.33m3/h

（2）阀开后，P↓，P↑

3. 如下图所示的输水系统，用泵将水池中的水输送到敞口高位槽，管道直径均为φ83×3.5㎜，泵的进、

出管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮水池的水面高度为4.8m， 压力表安装位置离贮水池的水面高度为5m。当输水量为36m3/h时，进水管道的全部阻力损失为1.96J/kg，出水管道的全部阻力损失为4.9 J/kg ，压力表的读数为2.5kgf/cm2，泵的效率为70%。 试求：⑴两液面的高度差H为多少m? ⑵泵所需的实际功率为多少kw?

⑶真空表的读数多少kgf/cm2?

解： ⑴如图取截面0-0（贮槽液面）， 1-1（真空表）， 2-2（压力表）， 3-3（高位槽）， 在截面2-2和3-3间列柏努利方程，以2-2为基准面(目的求H3)

22p3u3u2 H2g???H3g????hf2?3

?2?2p2∵1at?9.81?104N/m2?1kgf/cm2

u?QA?36/36000.785?0.0762?2.21m/s

2.5?9.81?1042.212则：??9.81H3?4.9

10002?H3?242.74?24.74m 9.81∴ H?H3?5?29.74m

⑵在0-0和3-3间列柏努利方程以0-0为基准面(求We)

22u0p3u3 H0g???We?Hg????hf0?3

?2?2p0则: We?Hg??hf0?3?29.74?9.81?(1.96?4.9)?298.62J/kg

Ne?Ws?We??VsWe?36?1000?298.62?2986.2W 3600N?Ne/??2986.2/0.70?4267W?4.27kW

⑶ 在0－0和1－1间列伯努利方程以0－0为基准面

22u0p1u1 H0g???H1g????hf0?1

?2?2p0

pa?p1?2.212?4.8?9.81??1.96?51.49[J/kg]

251.49?10009.81?104?0.525[kgf/cm2]

∴ pa?p1?4. 用离心泵将水由水槽送至水洗塔中，水洗塔内的表压为9.807×104N/m2，水槽液面恒定，其上方通大气，水槽液面与输送管出口端的垂直距离为15m，在某送液量下，泵对水作的功为317.7 J/kg，管内摩擦系数为0.018，吸入和压出管路总长为110m(包括管件及入口的当量长度，但不包括出口的当量长度)输送管尺寸为 φ108×4mm水的密度为1000 kg/m3。求输水量为多少m3/h？

***答案***

22u1p2u2 z1g???We?z2g????hf1?2

?2?2p1已知数据：z1?0；p（表）?0；u1?0；We?317.7J/kg；z2?15m；p2?9.81?104N/m2(表) 12u2简化上式：We?z2g????hf1?2

?2p2 又 ?hf1?22lu22 ???9.9u2d229.81?104u222∴ 317.7?9.81?15???9.9u2?10.4u2?72.45

10002∴ u2?2.64m/s

Vh?0.785d2u?3600?0.785?0.12?2.64?3600?74.64m3/h

5. 某化工厂用泵将地面上储池中密度为1100 kg/m3的碱液送至吸收塔顶经喷咀喷出，输液管与喷咀连接处的压强为0.22at（表压）。泵的吸入管为Φ108×4mm的钢管，管内流速为0.5m/s；压出管径为φ56×3mm的钢管。储槽中碱液深度为1.2m，池底至塔顶喷咀处的垂直距离为19m，取λ=0.02，设吸入管路的阻力损失忽略不计，而压出管路直管总长为22m，各种局部阻力的当量长度之和∑Le=103m，求此泵的有效功率为多少kw？

解：定储槽液面为1-1，输液管与喷咀连接处为2-2，地面为基准面，列机械能衡算式：

22u1p2u2 z1g???We?z2g????hf1?2

?2?2p12?d进?0.1???∵ u2?u????2m/s ?d??0.5??0.05???出?2?hf1?2

2（l?le)u222?10322?????0.02??100J/kg

d20.052∴

2u2We?(z2?z1)g????hf1?2?2p2?(19?1.2)?9.81?21.58?102??100?296.2J/kg1100232

Ne?Ws?We??VsWe?0.785?0.12?0.5?1100?296.2?1.28kW

6. 欲用离心泵将20℃水以30m3/h的流量由水池打到敝口高位槽，两液面均保持不变，液面高差为18m，泵的吸入口在水池液面上方2m处。泵的吸入管路全部阻力为1mH2O柱，压出管路全部阻力为3mH2O柱，泵的效率为0.6，求泵的轴功率。若已知泵的允许吸上真空高度为6m，问上述安装高度是否合适？（动压头可忽略）。水的密度可取1000 kg/m3。

***答案***

如图取1－1，2－2截面，并以1－1截面为基准面，列伯努利方程得： H??Z??Hf∴ N?1?2?18?1?3?22m

QH?(30/3600)?22?1000??3kW 102?102?0.6u2[Hg]允?Hs允??Hf吸?6?1?5m?2m

2g ∵Hg 实＜Hg 允 ∴安装高度合适。

7. 现需用一台离心泵将293K的河水44m3/h送至敞口的贮水池内。已知管路特性曲线方程

He?30?14000Qe2(式中He的单位是m，Qe的单位是m3/s)。

（1）管路要求泵的升扬高度为多少？（说明原因）（2）今仓库有四种规格的离心泵（见下表），问能否从中选一台? 型号 3B-33A 40B-35A 3B-33 3B-57A Q L/s 12.5 25 12.5 13.9 H m 22.5 34.6 32.6 37.5 Hs m 5.0 5.8 5.0 6.4

（3）若吸入管路的阻力损失和动压头之和为1m，试确定所选泵的安装高度，并用图表示出来（当地大气压为10mH2O）

***答案***

（1）升扬高度ΔZ

?p∵ K??Z??30,而ΔP=0（河面、贮水池面均与大气相通）故 ΔZ=K=30m，即升扬高度为30m

?g（2）选泵

已知：Qe?44m3/h?44?1000/3600?12.2L/s

又 He?30?14000Qe2?30?14000?(44/3600)2?32.1m 查题表得，3B33型离心泵合适，其Q=12.5L/s，H=32.6m，Hs=5m （3）定安装高度H安

u2??∵ [Hg]允?Hs允?Hf吸

2g因输送的为常压下20℃的水，故Hs'=Hs=5m

2u1又∵ ?Hf0?1?1m

2g ∴ [Hg]允?5?1?4m H安=Hg－1=4－1=3m 即安装高度不超过3m

8. 用内径100mm的钢管从江中将293K的水送入蓄水池内，水由池底进入，池中水面高出江面30m，管路的长度（包括局部阻力的当量长度在内）为60m，水在管内的流速为1.5m/s。今仓库存有下列四种规格的离心泵，问可否从中选用一台？已知管路的摩擦系数λ=0.02，若当地大气压为10mH2O，吸入管路的总压头损失和动压头之和为1m，试计算此泵的安装高度。 附：仓库现有四台泵的性能 泵 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 流 量 m3/h 61.2 57.6 54 43.2 扬 程 m 4.2 38 35 32 允许吸上真空度m 6.2 6.5 5 6 解

（1）选泵

Qe??4d2u?0.785?0.12?1.5?3600?42.4m3/h

?p?u2lu2 He??Z???Hf?30???g2gd2g601.52 ?30?0.02???31.4m

0.12?9.81由Qe=42.4m3/h；He=31.4m查性能表，选IV号泵合适， 其Q=43.2m3/h； H=32m （2）求泵安装高度H安

u2[Hg]?Hs???Hf吸，H安?Hg?(0.5?1)m

2g∵ Hs'=Hs=6m(t=20℃，10mH2O送水） 已知：

u22g?Hf吸?1m

∴H安?Hg?(0.5?1)m?6?1?(0.5?1)?4.5?4m 即安装高度不高于4.5m。

9. 用一降尘室来净制含有煤粉的空气，煤粉粒子的最小直径为10mm，密度为1400 kg/m3，气体温度为25℃，在此温度下的粘度为0.018(mN.s)/m2，密度为1.2 kg/m3，含尘气体接近常压，处理量为2m3/s。气体进入降尘室内保持流速为0.2m/s。若降尘室的宽为2.5m，长为5m，试估算降尘室的总高度，层数及每层的高度？

***答案*** 解：（1）求ut 设为层流沉降，则

2d210?10-6）（1400-1.2）?9.81p(?s??)g（-3ut???4.24?10m/s

-318?18?0.018?10 验算: Rep?dput???10?10?6?4.24?10?3?1.20.018?10?3?2.83?10?3?1 假设正确，结果有效。

（2）求每层高度H

L4.24?10?3?5 H≤ut??0.106m

u0.2（3）求层数

V n?总?V单25?2.5?4.24?10-3?38层

（4）求总高H总 H总=nH=38×0.106=4m

10. 用一板框压滤机在147.1kN/m2（表压）下恒压过滤某悬浮液，要求在1.5小时内获得4m3的滤液，若过滤介质阻力忽略，滤渣为不可压缩，并测得过滤常数K=1.6×10-5m2/s，问：（1）需要过滤面积多少m2?（2）若选用滤框尺寸：长×宽×厚=635×635×25mm，需滤框多少块？（3）过滤完毕，用清水在与过滤压力相同的情况下洗涤30分钟，洗水的消耗量为多少m3?（4）若把压力加倍，其它情况不变过滤1.5小时，可得滤液多少m3?

解：（1）求过滤面积 V2422∵ V?KA??A? ??13.6mK?1.6?10?5?1.5?360022（2）求框数

13.6/0.635×0.635×2=17块 （3）求洗水量

KA2V4?dV? ????0.33m3/h ??8V8?8?1.5?d??W ∴VW???dV?3??W?0.33?30/60?0.17m ?d??W（4）求滤液量

V22V12??p2?2 ?p1V2?2V1?42?5.66m3

*在202.7kPa(2atm)操作压力下用板框过滤机处理某物料，操作周期为3h，其中过滤1.5h，滤饼不需洗涤。已知每获1m 滤液得滤饼0.05m,操作条件下过滤常数??3.3?10m/s，介质阻力可忽略，滤饼不可压缩。试计算：

（1）若要求每周期获0.6m的滤饼，需多大过滤面积？

333?52

（2）若选用板框长?宽的规格为1m?1m，则框数及框厚分别为多少？

（3）经改进提高了工作效率，使整个辅助操作时间缩短为1h，则为使上述板框过 滤机的生产能力达到最大时，其操作压力提高至多少？ 解：（1）V?0.6?12m3 Ve?0 0.052 所以 V?KA2?

A=

VK?=

123.3?10?5?1.5?3600=28.43m

2 (2)A=n?2?1?1

所以 n?A28.43?=14.2 取15个 22 VS?n?1?1?? 所以 ??VS0.6==0.04m n15 应注意每个框的两侧都有滤布，故计算面积时要在n该热个框面积的基础上再乘以2。

(3)分析：所谓最佳操作周期是指当过滤时间加洗涤时间等于辅助时间时，达到一定产量时所需总时数最少，亦即生产能力最大，对于此题，实际就是要求出在滤液量不变的情况下，过滤时间由1.5h减为1h，操作压差应增至多少.。计算如下：

由 V2?V1得

K2A2?2?K1A2?1

由题知 S?0, 故 所以 ?p2=(K??p

?11.5?202.7?304kPa )?p1=1?2

11. 工厂购买了一台板框压滤机，规格为500×500×25mm。过滤条件：每次恒压过滤2h得滤液2m3，滤渣厚25mm，已知实验室事前在上述相同条件下进行实验，测得过滤常数K=1.43×10-3m2/min，q=1.5×10-3m3/m2，问：（1）过滤机应由多少个滤框组成？（2）过滤完毕后，再用0.1m3的水洗涤，设洗涤压差与过滤压差相同，洗水粘度与滤液粘度相同，则需洗涤时间为多少小时？（3）如果每次装卸等的辅助时间为30min，则此机24小时得滤液多少m3?

解： （1）求框数

由恒压过滤方程：q2?2qqe?K?可得： (q?qe)?K??qe?q?即：q?1.43?10?3222K??qe?qe

?2?60?(1.5?10?3)2?1.5?10?3?0.0413m3/m2

A?V/q?2/0.413?4.84m2

∴ 框数n?A/Ai?4.84/(0.52?2)?9.68?10个 （2）求τ

W

KA21.43?10?3?4.842?dV??33 ???2.09?10m/min ???3?d??W8(V?Ve)8?(2?1.5?10?4.84)?W?（3）求V

VW0.1??47.84min?0.8h

?dVd??W2.09?10?3?总????W??D?2?0.8?0.5?3.3h

V?2?24?14.5m3 3.3

12. 某平壁炉的炉壁由耐火砖，绝热砖和普通砖组成，它们的导热系数分别为1.163，0.233和0.582[w/m.K]，为使炉内壁温度保持1000℃， 每平方米炉壁的热损失控制在930w以下，若普通砖厚度取为10cm，炉外壁温度为83℃，求:耐火砖和绝热砖厚度各为多少?绝热砖和普通砖交界面温度t3为多少?（假设绝热砖与耐火砖交界面温度为800℃）

解： 设耐火砖厚度δ1， 绝热砖厚度δ2 跨过耐火砖的热通量为:

t?t?(t?t)1.163?(1000?800) q?12??1?112??0.25m

?1/?1q930 跨过三层砖的热通量为:

q?

?1?2?3???1?2?3t1?t4

?t?t???0.1??1000?830.25??2??2?12?1?3??0.233?????0.14m??1?3?1,1630.582??930?q绝热砖和普通砖交界面温度：

t3?t4?q??30.1?83?930??243℃ ?30.582

13. 某平壁炉的炉壁由耐火砖、绝热砖和钢板组成， 如图所示。 其导热系数λ和厚度ｂ数据如下：

耐火砖：λ1＝1.05w/(m.K)， δ1＝200mm； 绝热砖：λ2＝0.151 w/(m.K)，δ2＝100mm； 钢 板：λ3＝45 w/(m.K)， δ3＝6mm。

耐火砖内侧温度t1＝1150℃， 钢板的外侧温度t4＝30℃。 试求：（1）单位面积的热损失q；（2）绝热砖和钢板的界面温度t3。假设各层间接触良好

解：（1）q??1?2?3???1?2?3t1?t4?1150-30?1313w/m2

0.20.10.006??1.050.15145?0.006 （2）t3?t4?q?3?30?1313??30.2℃

?345

14. 一单壳程单管程列管换热器， 由多根φ25×2.5mm 的钢管组成管束，管程走某有机溶液，流速为

0.5m/s，流量为15T/h，比热为1.76kJ/kg.K，密度为858 kg/m3，温度由20℃加热至50℃。壳程为130℃的饱和水蒸汽冷凝。管程、壳程的对流传热系数分别为700(w/m2.K)和10000(w/m2.K)。钢导热系数为45(w/m.K)，? 求: (1)总传热系数; (2)管子根数及管长

解： Q?qm2cp2?t?15?103?1.76?103?(50?20)/3600?2.20?105w ?tm?t2?t150?20??94.2℃

T?t1130?20lnlnT?t2130?50?1 基于内管外表面的传热系数:

0.00252525??1 K??????100004522.520?700?? V?n??513w/(m2?K) 4?15?103?4du?n?24V?du2?4qm2?du?2?3600??0.02?858?0.52?31根

Q2.2?105 A0???4.55m2

K?tm513?94.2 Ao?n?dol?l?A04.55??1.87m， 取2m n?d031??0.025

15. 用一传热面积为3m2由φ25×2.5mm的管子组成的单程列管式换热器，用初温为 10℃的水将机油由200℃ 冷却至100℃ ，水走管内，油走管间。已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h，其比热分别为4.18kJ/(kg.K)和2.0 kJ/(kg.K)；水侧和油侧的对流传热系数分别为2000(w/m2.K)和250(w/m2.K)，两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻。(1)计算说明该换热器是否合用? (2)夏天当水的初温达到30℃，而油的流量及冷却程度不变时，该换热器是否合用?(假设传热系数不变)

解：(1) Q?qm1cp1(T1?T2)?1200?2.0?(200?100)?240000kJ/h

Q?qm2cp2(t2?t1)?qm1cp1(T1?T2)

?t2?t1?Q240000?10??67.4℃

qm2cp21000?4.18 ?tm?(T1?t2)?(T2?t1)(200?67.4)?(100?10)??110℃

T?t2200?67.4lnlnT?t1100?10?1?1d1???? K1?????1d2?2?25?1?????25020?2000???1?216.2w/(m2?K)

Q2.4?108 A1???2.8m2 <3m2 故适用

K?tm216.2?110?3600 (2) t1=30℃时 ?t2?t1?Q240000?30??87.4℃

qm2cp21000?4.18 ?tm?(T1?t2)?(T2?t1)(200?87.4)?(100?30)??89.6℃

T?t2200?87.4lnlnT?t1100?30Q2.4?108 A1???3.45m2 >3m2 不适用

K?tm216.2?89.6?3600

15. 某化工厂生产中，需用120℃的饱和水蒸汽将流量为6000(标)m3/h的常压空气从20℃加热到90℃。

现工厂仓库有一台换热器，其主要尺寸如下：钢管直径φ38×3mm，管数127根，管长3m。如果利用此换热器，使空气在管内流动，蒸汽在管外冷凝，测得K0=64w/(m2.K)，问此换热器的传热面积是否够用？（空气的平均比热为1.005kJ/(kg.K）标准状况下空气ρ=1.29kg/m3)

解：A0?n?d0l???0.038?3?127?45.48m

Q?qm1cp1(T1?T2)?6000?1.29?1.005?103?(90?20)/3600?1.513?105w ?t2?t1?2Q240000?10??67.4℃

qm2cp21000?4.18 ?tm?(T1?t2)?(T2?t1)(120?20)?(120?90)??58.14℃

T?t2120?20lnlnT?t1120?90 A0计Q1.513?105???40.66m2< A0 ∴够用 K0?tm64?58.1416、用一传热面积为2.8m2由φ25×2.5mm的管子组成的单程列管式换热器，用初温为 20℃的水将机油由205℃ 冷却至1115℃ ，水走管内，油走管间呈逆流流动。已知水和机油的质量流量分别为960kg/h和1080kg/h，其比热分别为4.17kJ/(kg.K)和1.96 kJ/(kg.K)；水侧和油侧的对流传热系数分别为2.32(kw/m2.K)和286(w/m2.K)，忽略管壁和热损失。(1)管壁清洁时水入口处壁温TW?(2)计算说明该换热器是否合用? (3)

2

夏天当水的初温达到35℃，该换热器是否合用?(假设传热系数不变)(4)若外壁污垢热阻R2=0.003 (m·K) / w，

此时换热器是否适用？如何解决？（假设流体进出口温度不变）

解：(1) 由题意，管壁清洁且忽略污垢热阻时，则有：Tw = tw 由牛顿冷却定律可得壁温计算式：

T?Tw?2 逆流换热，因此水入口处对应机油的出口，故水入口的壁温为 ?Tw?t?1T2?Tw?2115?Tw2320????Tw?30.4℃

Tw?t1?1Tw?20286（2）根据热衡算可得;

Q?qm1cp1(T1?T2)?1080?1.96?(205?115)/3600?52.9kW

Q?qm2cp2(t2?t1)?qm1cp1(T1?T2)

冷却水出口温度: ?t2?t1?Q52.9?3600?20??67.6℃

qm2cp2960?4.17 ?tm?(T1?t2)?(T2?t1)(205?67.6)?(115?20)??115℃

T?t2205?67.6lnlnT?t1115?20?1?1d1??? K1?????d?22??125?1?????28620?2320???1?248W/(m2?K)

Q5.29?104 A1???1.86m2 <2.8m2 故适用

K?tm248?115??30℃时 (3) t1??t1?? ?t2Q52.9?35??82.6℃

qm2cp2960?4.17/3600?? ?tm?)?(T2?t1?)(205?82.6)?(100?35)(T1?t2??99.7℃

?T?t2205?82.6lnln?T?t1100?35Q5.29?104?? A1??2.14m2 <2.8m2 适用

?K?tm248?99.7 (4)管外壁有污垢热阻时：

?1d1??????R? K12??d2?2??1??125??1???0.003??20?2320??286?1?142W/(m2?K)

而流体进出口温度不变，则Δtm不变，所需换热面积为：

Q5.29?104??? A??3.24m2>2.8m2 1K??tm142?115故该换热器不适用，可采用清洁换热器、增加流体流量或串（并）联一个换热器等方法。

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