化工原理习题课

1、2021-6-27 1.为了确定容器中石油产品的液面，采用如附图所示的装置。 压缩空气用调节阀1调节流量，使其流量控制得很小，只 要在鼓泡观察器2内有气泡缓慢逸出即可。因此，气体通 过吹气管4的流动阻力可忽略不计。吹气管内压力用U管压 差计3来测量。压差计读数R的大小，反映贮罐5内液面高 度。指示液为汞。 2021-6-27 1.分别由a管或由b管输送空气时，压差计读数分别为R1或R2， 试推导R1、R2分别同Z1、Z2的关系。 2.当（Z1Z2）1.5m，R10.15m，R20.06m时，试求 石油产品的密度及Zio 2021-6-27 解 （1）在本例附图所示的流程中，由于空气通往石油产

2、品时，鼓泡速度很慢，可以当作静止流体处理。因此 可以从压差计读数R1，求出液面高度Z1，即 （2）将式（a）减去式（b）并 经整理得 故 （a） 11 HG P zR （b）22 HG P zR 2021-6-27 2. 当20的甘油(=1261kg.m-3,=1499厘泊)在内径为 100mm的管内流动时,若流速为2.0m.s-1时,其雷诺准数 Re为_,其摩擦阻力系数为_. 2021-6-27 3. 如图所示，用内径d100mm的管道，从水箱中引水。 如水箱中水面恒定，水面高出管道出口中心高度H 4m，忽略水箱入管道的入口阻力损失。水在管内流动 损失，沿管长均匀发生，hf A-B32/（2

3、）。求： （1）水在管内的流速及流量Q （2）管道中点处M的静压强PM。假设AB高度差为3m 2021-6-27 （1）列00与22截面柏努利方程： Z0P0/00 /2Z2P2/22 /2f 以22截面为基准面，Z20，u00，P0P2 422 /2322 /2422 /2g 解得 24.43 m.s-1 VA0.7850.124.43 0.0348 m3.s-1125 m3.h-1 （2）列M点与出口截面的柏努利方程 ZMPM/M2 /2Z2P2 / 22 /2f M-2 1PM /M2 /222 /23/322 /2 M2 PM/3/322 /21 2021-6-27 水在一倾斜管中流动

4、，如附图所示，已知压差计读数 为200mm，试问测量段的阻力为多少？ 2021-6-27 4. 在内管为18010mm的套管换热器中,将流量为 3500kg.h-1的某液态烃从 100冷却到60,其平均比热为 2.38kJ.kg-1.K-1,环隙走冷却水,其进出口温度分别为40和 50,平均比热为4.17kJ.kg-1K-1,基于传热外面积的总传热 系数K0=1800w.m-2K-1, 设其值恒定,忽略热损失。试求： (1)冷却水用量； (2)分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所 需管长。 2021-6-27 冷却水用量 h Cph (T1 -T2 )c Cpc(t2 -t1 ) 3

5、5002.38(100-60)c 4.17(50-40) c 7990kg.h-1 t逆(50-20)/(50/20)32.75 t并(60-10)/(60/10)27.91 QKAtm Q79904.17(50-40)=3.332106kJ.h-1 A3.332105/(1800/1000)32.753600 1.57 (m2) 0 1.57 3.140.181.57 逆2.77(m ) A并3.332106/(1800/1000)27.9136001.84 (m2) 3.140.18并1.84 并3.26 (m ) 2021-6-27 20的空气在直径为80mm的水平管流过。现于管路中 接

6、一文丘里管，如本题附图所示。文丘里管的上游接 一水银U管压差计，在直径为20mm的喉颈处接一细管 ，其下部插入水槽中。空气流过文丘里管的能量损失 可忽略不计。当U管压差计读数R=25mm、h=0.5m时， 试求此时空气的流量为若干m3/h。当地大气压强为 101.33103Pa。 2021-6-27 解：文丘里管上游测压口处的压强为 p1=HggR=136009.810.025 =3335Pa(表压) 喉颈处的压强为 p2=gh=10009.810.5=4905P（表压） 空气流经截面1-1与2-2的压强变化为 %20%9 . 7079. 0 3335101330 49051013303335

7、101330 1 21 p pp 故可按不可压缩流体来处理。 2021-6-27 在截面1-1与2-2之间列柏努利方程式，以管道中心线 作基准水平面。两截面间无外功加入，即We=0；能量 损失可忽略，即 =0。据此，柏努利方程式可写为 f h 2 2 2 2 1 2 1 1 22 pu gZ pu gZ 2 . 1 4905 22 . 1 3335 2 2 2 2 1 uu 13733 2 1 2 2 uu 据连续性方程 u1A1=u2A2 2 1 2 2 1 1 2 1 12 02. 0 08. 0 u d d u A A uu /hm8 .13234. 708. 0 4 3600 4 36

8、00 32 1 2 1 udVs 2021-6-27 用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内， 贮槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33103Pa， 蒸发器上部的蒸发室内操作压强为26670Pa（真空度）， 蒸发器进料口高于贮槽内液面15m，进料量为20m3/h， 溶液流经全部管路的能量损失为120J/kg，求泵的有效 功率。管路直径为60mm。 2021-6-27 解：取贮槽液面为11截面，管路出口内侧为22截面， 并以11截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程。 fe h pu gZW pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 式中 Z1=0 Z2=15m p

9、1=0（表压） p2=26670Pa（表压） u1=0 m/s97. 1 06. 0785. 0 3600 20 2 2 u f h=120J/kg J/kg9 .246 1200 26670 120 2 97. 1 81. 915 2 e W 泵的有效功率Ne为： Ne=Wems kg/s67. 6 3600 120020 ss Vw 2021-6-27 某板框压滤机共有10个框, 框空长、宽各为500 mm, 在一定压力下恒压过滤30min后, 获得滤液5m3, 假设滤 布阻力可以忽略不计, 试求: (1) 过滤常数K; (2) 如果再过滤30min, 还能获得多少m3滤液? 2021-6

10、-27 （1）过滤面积 m2 （2） m2/s m2/s 过滤获得的滤液量 m3 m3 2021-6-27 在一603.5mm的钢管外层包有两层绝热材料，里层 为40mm的氧化镁粉，平均导热系数=0.07W/m，外 层为20mm的石棉层，其平均导热系数=0.157W/m。 现用热电偶测得管内壁温度为500，最外层表面温度 为80，管壁的导热系数=45W/m。试求每米管长 的热损失及两层保温层界面的温度。 解 (a)每米管长的热损失 r1=0.053/2=0.0265m r2=0.0265+0.0035=0.03m r3=0.03+0.04=0.07 m r4 =0.07+0.02=0.09 m

11、 2021-6-27 (b)保温层界面温度t3 t3=131.2 2021-6-27 一列管换热器，由252 mm的136根不锈钢管组成。平 均比热为4.187 kJ/kg.的某溶液在管内作湍流流动, 其流 量为15000kg/h, 并由15被加热到100。温度为110 的饱和水蒸汽在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的 对流传热系数 为520w/m2. , 蒸汽对管壁的对流传热系 数 为 1.16104w/m2. , 不锈钢管的导热系数 =17 w/m. , 忽略垢层热阻和热损失, 试求4管程时的列管长 度（有效长度）。 2021-6-27 1、 某液体在一等径直管中始终处于层流装状态流动，

12、若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内 的相对粗糙度不变，则层流时，流动阻力变为原来的 多少倍 2 22 32 2 64 2d luu d l du u d l h f 162 4 4 2 1 2 2 1 2 2 1 2 21 2 12 1 2 d d d d d d du du h h f f 解：(1) 由 得 2021-6-27 2.两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速 度自由沉降。已知玻璃球的密度为2500kg/m3，水的密度 为998.2kg/m3，水的粘度为1.00510-3Pas，空气的密 度为1.205kg/m3，空气的粘度为1.8110-5Pas。 （1

13、）若在层流区重力沉降，则水中颗粒直径与空气中颗粒 直径之比为多少。 （2）若在层流区离心沉降，已知旋风分离因数与旋液分离 因数之比为2，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为多 少 2021-6-27 18 2 gd u s t g u d s t 18 612. 9 1081. 12 .9982500 10005. 1205. 12500 5 3 aws was a w d d 解：(1) 由 得 所以 2021-6-27 R ud u Ts r 22 18 gR u K T c 2 c s r gK d u 18 2 cs r gK u d 18 593.13 11081. 12 .9982

14、500 210005. 1205. 12500 5 3 cwaws cawas a w K K d d (2) 由 得 ， 所以 2021-6-27 3. 某一球形颗粒在空气中自由重力沉降。已知该颗粒 的密度为5000kg/m3，空气的密度为1.205kg/m3，空气 的粘度为1.8110-5Pas。则在层流区沉降的最大颗粒直 径为多少。 t du Re 解：(1) 由 d ut Re 得 18 2 gd u s t 而 m g d s 5 3 2 5 3 2 10639. 4 807. 9205. 15000205. 1 11081. 118Re18 所以 2021-6-27 4. 对某悬浮

15、液进行恒压过滤。已知过滤时间为300s时， 所得滤液体积为0.75m3，且过滤面积为1m2，恒压过滤 常数K=510-3m2/s。若要再得滤液体积0.75m3，则又 需过滤时间为 多少 825 105 5 . 1625. 025 . 12 3 22 K qqq e s525300825 Kqqq e 2 2 解：由 2 2qKqqe得 625. 0 75. 02 75. 0300105 2 232 q qK qe 所以 2021-6-27 5. 某流体在水平串联的两直管1、2中稳定流动，已 知， ， 。今测得该流体流径 管道1的压力降为0.64m液柱，流径管道2的压力降为 0.064m液柱，试

16、计算管道2的长度。 ， 2/ 21 dd ml100 1 1800Re1 2 2 1 d d 解：由 4 1 2 1 2 2 2 1 1 2 d d u u ，得 2 1 4 1 2 Re Re 1 2 1 2 11 22 1 2 u u d d ud ud 所以 900Re 2 1 Re 12 所以 0356. 0 1800 64 Re 64 1 1 所以 ， 2021-6-27 1 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 f f H H g u d l g u d l 1 2 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 f f H H d d u u l l 所以 m H H d

17、d u u ll f f 160 64. 0 064. 0 24 2 1 100 2 1 2 1 2 2 2 2 1 2 1 12 所以 2021-6-27 6. 在如图所示的平板导热系数测定装置中，试样直 径 ，且由于试样厚度b远小于直径d，可以忽 略试样径向的热损失。由于安装不好，试样与冷、热 表面之间均存在着一层厚度为0.1mm的空气隙。设热 表面温度 ，冷表面温度 。测试时测 得的传热速率 。 空气隙在 下的导热系数，在 下的导热系数。试计 算空气隙的存在给导热系数的测定带来的误差。（提 示：不考虑空气隙计算得到的导热系数为表观值，考 虑空气隙计算得到的导热系数为真实值，即要计 算 ）

18、 mmd120 Ct180 1 Ct 30 2 WQ2 .58 1 t 2 t 2021-6-27 b 2 0 .1bm m 1 0 .1bm m d=120 mm 1 t 2 t Q Q Sttbbb 21 2 2 1 1 b tt SQ 21 解：由 b b dtt Qb Stt Qb 3067.34 12. 0785. 030180 2 .58 4 2 2 21 21 得 2 2 1 1 21 2 2 1 1 21 bbb Stt S b S b S b tt Q 又由 得 2 2 1 121 bb Q Sttb 所以 022765. 0 10675. 2 101 . 0 10780.

19、3 101 . 0 2 .58 12. 0785. 030180 2 3 2 3 2 b9271.43 %90.212190. 0 9271.43 3067.349271.43 所以 2021-6-27 某离心泵以20水进行性能实验测得体积流量为720m3/h， 压出口压力表数为3.82kgf/cm2，吸入口真空表读数为 210mmHg，压力表和真空表间垂直距离为410mm，吸入 管和压出管内径分别为350mm及300mm。试求泵的压头。 1 2 720 3600 2.05 0.785 0.35 um s 2021-6-27 查得水在20时密度为998kg/m3，则 HM=3.8210.01=

20、38.2mH2O HV=0.21013.6=2.86MH2O 将已知数据代入，则 =41.47+0.187 2021-6-27 离心泵的特性曲线为 输水管路的特性曲线为 Q的单位为m3/h, 试问（1）此时的输水量为 多少？（2）若要求输水量为16m3/h，应采取什么措施？（两 条特性曲线有何变化） )(01. 030 2 mQH )(05. 010 2 mQH 22 05. 01001. 030QQ hmQ/3 .18 3 2 068. 010QH 解： 若要求输水量为16m3/h，流量变小，可以采用调节阀门开 度的方法，即改变管路的特性曲线，而泵的特性曲线不变。 22 1001. 030B

21、QQ hmQ/16 3 把 带入 得 B=0.068 所以关小阀门后管路特性曲线变为： 2021-6-27 举出五种间壁式换热器 提高间壁式换热器传热系数的主要方法 是 夹套式， 蛇管式，套管式，列管式，板式，螺旋板式 ，板翅式等任选五种。 提高传热系数的主要途径是提高流体流速，增强人工 扰动；防止结垢，及时清除污垢。 2021-6-27 列管换热器，在壳程设置折流挡板的目 的是什么，折流挡板都有哪些形状？ 提高壳程流体的流速, 使壳程对流传热系数提高, 园缺形（弓形）,园盘和环形 2021-6-27 简诉雷诺数的物理意义？（列出简要推 导过程） 它反映了流体中惯性力与粘性力的对比关系。 2分

22、 2 e duu R u d 分子反映的是惯性力，分母反映的剪切力也 就是粘性力。 2021-6-27 1. 用水作为吸收剂来吸收某低浓度气体 生成稀溶液（服从亨利定律），操作压 力为850mmHg ，相平衡常数m=0.25， 已知其气膜吸收分系数kG=1.25kmol.m-2 .h-1.atm，液膜吸收分系数 kL 0.85m.h-1，试分析该气体被水吸收时,是 属于气膜控制过程还是液膜控制过程? 2021-6-27 m=E/P E=mP=0.25850/760=0.28(大气压) 是稀溶液 H = /Ms.E =1000/(0.2818)=198.4(kmol.m- 3.atm) 根据 1/G =1/G +1/(HL ) 即 1/G =1/1.25 + 1/(198.40.85) G G =1.25 kmol.m-2.h-1.atm 因此，是气膜控制过程。 2021-6-27 某液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变， 管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不 变，则 1.层流时，流动阻力变为原来的 。 A4倍 B8倍 C16倍 D32倍 2.完全湍流(阻力平方区)时，流动阻力变为原来的 。 A4