化工原理典型习题解答

1、化工原理典型习题解答作者 : 日期 : ?一、选择题、 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c。a倍b8 倍倍.倍(2) 完全湍流（阻力平方区 )时，流动阻力变为原来的d。.4 倍b.8 倍c倍d.3倍解:（)由222322642dluudlduudlhf得162442122122122121212ddddddduduhhff() 由2222udldfudlhf得32255212142122112212ddddddduduhhff2、水由高位槽流入贮水池，若水管总长(包括局部阻力的当量长度在内)缩

2、短25， 而高位槽水面与贮水池水面的位差保持不变,假定流体完全湍流流动 （即流动在阻力平方区 )不变，则水的流量变为原来的a。.1.155倍b.165 倍1.17倍d1.185倍解：由fhupgzupgz2222222111得21ffhh所以2222222111udlludllee又由完全湍流流动得df所以222211ullullee而24duuav所以1547.175.01211212eelllluuvv3、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250g/m3,水的密度为 998.2g/m3,水的粘度为 105 10-pas,空气的密度为 1.205k

3、g/，空气的粘度为 .8 0-5a。(1)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 。a. 12 9.612 c.10.12d.11.62 (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 。1053 b11593 .2.59d.1.53 解：(1)由182gdust得gudst18所以612.91081.12.998250010005.1205.1250053awswasawdd(2)由rudutsr2218，gruktc2得csrgkdu182,csrgkud18所以593.1311081.12.99825002100

4、05.1205.1250053cwawscawasawkkdd4、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00k3，空气的密度为 1.205kg/m3，空气的粘度为 .81 1-5 s。则(3) 在层流区沉降的最大颗粒直径为b 15。36394.639 c5639 d.663(4) 在湍流区沉降的最小颗粒直径为c 1-3m。a1.24 .1124 c 4d.1.32解:(1）由tdure得dutre而182gdust所以mgds53253210639.4807.9205.15000205.111081.118re18（)由gdust74.1得dgdsre74.12222274. 1

5、redgds所以mgdds332225322210224.1807.9205.15000205.174.110001081.174.1re7. 水蒸汽在一外径为 5mm、长为 2.5m 的水平管外冷凝。（1） 若管外径增大一倍 ,则冷凝传热系数为原来的 。a.0.641 倍b.41 倍.81 倍d.0.9倍（2） 若将原水平管竖直放置，且假定冷凝液层流流动，则冷凝传热系数为原来的 。a.0 3 倍b.0.53 倍c 93 倍d.793倍解：(1）由4132725.0wsottdgr得841.02141412112oodd（2）由413213.1wsttlgr得493.05 .21025725.

6、013. 1725. 013.141341ldohv8、冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90 c，出口温度为 5 ，冷水进口温度为 1 c，出口温度为 53 c,冷热水的流量相同， 且假定冷热水的物性为相同 ,则热损失占传热量的c。a5% b6.% d8解：由21ttcwqphhh,21ttcwqpccc得05.0403840509015535090211221ttttttqqqhch二、计算题.如图所示，常温的水在管道中流过，两个串联的u形管压差计中的指示 液均为 水银 ,密度为hg,测压连接管内充满常温的水,密度为w,两 u 形管的连通管内充满空气。若测压前两u 形管压差计内的水银

7、液面均为同一高度 ,测压后两u形管压差计的读数分别为 r1、2，试求 a、两点间的压力差bapp。解: 11ghppwa,11ghppwa21pp，132grpphg，43pp,254grpphg55ghppwb52455ghgrpghppwhgwb524113ghgrpghgrpppwhgwhgba5121ghghrrgwwhg而211rhh,225rhh所以222121rgghrgghrrgppwwwwhgba1r2r空气abhgwwhg12345hgrrrrgrrgwhgwhg21212121212 在如图所示的测压差装置中 ,u 形管压差计中的指示液为水银，其密度为h， 其他管内均充

8、满水,其 密度为w，u 形管压差计的读数为，两测压点间的位差为h,试求 a、 b 两测压点间的压力差bapp。解:由11ghppwa321pppgrpphg4354pp25ghgrppwwb所以151413ghgrpghgrpghppwhgwhgwa所以21ghgrghgrppwwwhgbarhbahgww123451h2h21hhggrgrwwhgghgrgrwwhghrggrwhgghgrwwhg3 某 流 体 在 水 平 串 联 的 两 直 管1 、 2中 稳 定 流 动 ， 已 知2/21dd,ml1001,1800re1。今测得该流体流径管道1 的压力降为 0.m液柱,流径管道 2

9、的压力降为 0 4m 液柱，试计算管道2 的长度2l。解：由221dd,得4121222112dduu所以21412rere1212112212uuddudud所以900re21re12所以0356.0180064re6411，071.090064re6422又22udlhpf,gudlhgpf22所以12211112222222ffhhgudlgudl，122121221212ffhhdduull所以mhhdduullff16064.0064. 024211002121222212112. 密度为 10k/m3，粘度为 1cp的水,以 10m3/的流量在内径为 5mm 的水平光滑管内流动 ,

10、在管路某处流体的静压力为1 5 105pa(表压),若管路的局部阻力可忽略不计，则距该处0下游处流体的静压力为多少pa(绝对压力 )? 解：smdvu/75.1045.0360010442278750101100075.1045.03dur0189.0787503164.0re3164.025. 025.0由fhupgzupgz2222222111得22112udlphppf275.11000045.01000189.0105 .125绝压表压2524/10870125.1/1056875.8mnmn. 用一离心泵将冷却水由贮水池送至高位槽。已知高位槽液面比贮水池液面高出0m，管路总长（包括局

11、部阻力的当量长度在内）为400m，管内径为 5，摩擦系数为 00。该泵的特性曲线为26106.018qh，试求 : 1.管路特性曲线2.泵工作时的流量和扬程知：mh10mlle400md075.003.026106.018qh求： （1）eeqfh(2）q、 h解:(1)由2422122121282eeeqgddllguugppzzh得25242101795.410075.08075.040003.010eeeqqgh(2) 而26106.018qh所以2625106.018101795.410qq解之：smq/108034.2101795.108335所以mh2846.13108034.21

12、01795.4102356现有一台离心泵 ,允许吸上真空度mhs6，用来输送 20 c 的清水 ,已知流量为 20m3h,吸入管内径为 50 mm，吸入管的全部阻力损失为omhhf25.1，当地大气压为 10 mh2o。试计算此泵的允许安装高度gh为多少米 ? 解: smdvu/831.205.036002044221fsghguhh221m091.45.1409.065.1807.92831.2628. 外径为 50mm 的不锈钢管， 外包 6mm 厚的玻璃纤维保温层 ,其外再包 20mm 厚的石棉保温层 ,管外壁温为 30 c，保温层外壁温为 35 ，已知玻璃纤维和石棉的导热系数分别为 .

13、0w/（m k）和 03/(m )，试求每米管长的热损失及玻璃纤维层和石棉层之间的界面温度。解: mwrrrrttlq/9.35162102ln3. 015062ln07.01353002ln1ln1223212131mwrrttlq/9.351ln1212121所以ct128207.39.35130029. 某液体在一直管内 (忽略进口段的影响） 稳定强制湍流流动， 该管内径为 2mm，测得其对流传热系数为，现将管内径改为 mm，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。（1） 若液体的流速保持不变，试问管内对流传热系数有何变化? （2） 若液体的质量流量保持不变，试问管内对流传热系数有何变化?

14、 知:mmmd20020. 0mmd27求：12解:（1) 由12uu,npcdud8.0023.0得9417.0202727208.08. 0122118. 0128. 0212dddddddd（2) 由12ww，uavw得1122auau，22112dduu所以8.02218. 012218 .011222118. 01128. 02212ddddddududddduddud5826.027208 .18 .1216 .1218.01221dddddddd1 在管长为 1m 的冷却器中 ,用水冷却油。已知两流体作并流流动,油由 42k冷却到 37k，冷却水由 285k 加热到 10k。欲用

15、加长冷却管的办法 ,使油出口温度降至 30k。若在两种情况下油、水的流量、物性、进口温度均不变,冷却器除管长外，其他尺寸也不变。试求加长后的管长。知：ml11kt4201kt3702,kt3502kt2851kt3102求:2l解:由1221ttcwttcwpccphh得285310370420pccphhcwcw2853504202tcwcwpccphh所以2852853103504203704202t，2852570502tkt3205070252852又由22112211lntttttttttm得ktm49.9260135ln601351ktttm81.6930135ln30135350

16、135ln350135222又由mmtldnktksq得121212mmttllqq所以8548.181.6949.925070211212mmttqqll12. 在一内钢管为10 10m的套管换热器中 ,将流量为350kg/ 的某液态烃从 100 c 冷却到 60 ,其平均比热为 280j/(k k)。环隙逆流走冷却水，其进出口温度分别为 4 c 和 5 ，平均比热为 4174 j/(kgk)。内管内外侧对流传热系数分别为 000w/(m2k）和 300/()，钢的导热系数可取为45 w(m )。假定热损失和污垢热阻可以忽略。试求：1)冷却水用量 ; 2)基于内管外侧面积的总传热系数; 3)对数平均温差 ; 4)内管外侧传热面积。解：(1)由1221ttcwttcwpccphh得hkgttcttcw