化工原理典型习题解答

1、、选择题1、某液体在一等径直管中稳态流动,假设体积流量不变,管内径减小为原来的一 半,假定管内的相对粗糙度不变,那么1层流时,流动阻力变为原来的_C_oA. 4 倍 B. 8 倍C. 16 倍 D. 32 倍2完全湍流阻力平方区时,流动阻力变为原来的 D 0解:A. 4倍B. 8 倍 C. 16倍 D. 32倍(1)由 hfl u264 l u232lud 2du d 2:d2hf 2 hfiU2d；u1d:id1 - =24 -16 d2flMd ,1 dhf 2 hfiuM ju%2d2did2di、5=25 = 322、水由高位槽流入贮水池,假设水管总长包括局部阻力的当量长度在内缩短25

2、%,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,那么水的流量变为原来的_A_0A. 1.155 倍 B. 1.165 倍C. 1.175 倍 D. 1.185 倍22解：由gzj 也旦=gz2 匹生 三hf172272 f得三hf1 =三hf2所以2u12u2又由完全湍流流动=f -d所以l le 1 u2le 22u2所以2,那么=9.612d=pwzr 18y cgKc3、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.玻 璃球的密度为2500kg/m3,水的密度为998.2kg/m3,水的粘度为1.00W 10-3Pas, 空气的密度为

3、1.205kg/m3,空气的粘度为1.81x10-5Pas.(1)假设在层流区重力沉降,那么水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为A. 8.612 B, 9.612 C, 10.612 D, 11.612(2)假设在层流区离心沉降,旋风别离因数与旋液别离因数之比为 水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 D oA. 10.593 B. 11.593 C. 12.593 D. 13.593解：由ut=d2cgt 1818utdw=:s-：aw =2500 -1.2051.005 10,da- ：s-：wa - ： 2500 -998.2 1.81 10,d2(Ps-P) uT2说一18口R c . gR

4、所以dw_：s ：awKca _2500 -1.2051.005 1042da-,：s -：waKcw - : 2500 - 998.21.81 10,14、某一球形颗粒在空气中自由重力沉降.3的密度为1.205kg/m ,空气的粘度为(3)在层流区沉降的最大颗粒直径为A. 3.639B. 4.639C.(4)在湍流区沉降的最小颗粒直径为A. 1.024B, 1.124C.解：(1)由 Re =-duj-该颗粒的密度为5000kg/m3,空气1.81 10-5Pas.那么_B_M10-5m.5.639D. 6.639C M10-3m.1.224D, 1.324Ut 二d：2 _d22 ：s；g

5、Ut 一18所以d =3182Re _35 218 1 81 101518101= 4.639 10 m Pl： Ps - - g 1.2055000 -1.2059.807ut =1.741.74 d：g 二火d-d 屋 一.g2 Re2所以J2 Re2 d 1.742 p( Ps - p g(1.8110 2 M10002_2 尹 1.741.205 5000 -1.205 9.807= 1.224 10 *m7.水蒸汽在一外径为25mm、长为2.5m的水平管外冷凝.(1)假设管外径增大一倍,那么冷凝传热系数为原来的 工.A. 0.641 倍 B. 0.741 倍 C. 0.841 倍 D

6、. 0.941 倍(2)假设将原水平管竖直放置,且假定冷凝液层流流动,那么冷凝传热系数解:为原来的AA. 0.493倍B. 0.593倍 C. 0.693倍 D. 0.793倍(1)由 a1rP2g 九3H= 0.725 |-gdo(ts -tw 23g.-0.8 4 1do21rP2g九1.74 d ： P =1.13 g-J 下L(ts -tw 0.7251.130.725_325 102.5=0.4938、冷热水通过间壁换热器换热,热水进口温度为90,出口温度为50,冷水进口温度为15,出口温度为53,冷热水的流量相同,且假定冷热水的物性为相同,那么热损失占传热量的0A. 5% B. 6

7、% C. 7% D. 8%解：由 Qh =WhCph(Ti -T2 ), Qc=WcCpC(t1-t2)阳 Qh -QcTi -T2 - t2 -ti90 -50 - 53-15 40-38,寸 =0.05QhT1 -T290-5040所以Pa - Pb =fHg g RiR2)-wgh - ；gwgh - ；g计算题1.如下图,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 PHg,测压连接管内充满常温的水,密度为小,两 U形管的连通管内充满空气.假设测压前两U形管 压差计内的水银液面均为同一高度,测压后两 U 形管压差计的读数分别为Ri、R2,试求a、b两 点间的

8、压力差pa - pb 0解：Pi = Pa + Pwghi , Pa = Pi - PwghiPi =P2, P2 =P3+PHg gRi, P3 = P4 ,P4=P5+ PHg gR2P5 = Pbgh5Pb = P5 - g% = P4 - ：?HggR2 一 心91%Pa - Pb = P3：HggRi - 几 一 P4 - ：HgR2 - ：w 匕=Ag Ri R2 - :ghighshh 旦,h5=hR2 22- i , i , ,仁 i 1,=%g(Ri +R2)；Pwg(Ri +R2)= PHg - pw |；R 十 R2 b22 J2.在如下图的测压差装置中,U形管压差计中

9、的指示液为水银,其密度为0g,其他管内均充满 水,其密度为Pw, U形管压差计的读数为R,两 测压点间的位差为h,试求a、b两测压点间的压 力差Pa - Pb 0b解：由Pa =Pi :wg%Pl = P2 = P3P3 = P4：Hg gRP4 = P5Pb = P5gR :wgh2所以Pa= P3：wg% =P4-gR ；ghi = P5；?Hg gRg%所以Pa- Pb= 7Hg gR:?wghi - gR - gh2=:?HggR - gR :g hi - h2=：?HggR - gR- gh=：HggR- ：wg R h二:Hg - ：w gR -:wgh3.某流体在水平串联的两直管

10、 1、2中稳定流动,di =dz/2, li =100m ,Rei =1800.今测得该流体流径管道I的压力降为0.64m液柱,流径管道2的压力降为0.064m液柱,试计算管道2的长度I?解：由dii4d2U2 ：Re2 d2u2ii所以=-=2 一 =一Reidim- diui42所以所以iRe 2Rei = 900264Rei=0.0 3 5,6 九2i 8 0 064Re264900= 0.07iP . I u2p . I u2一 hf 一九,1Hf 一九,:d 27gd 2g所以2l2 U22d2 2g；2-li Ui1 一 -di 2gH f2fi12 l211li2U22Uid1H

11、 f 2d2H f i, i u2 d2 H f2i.2 o 0.064所以l2 = li区=i00421 6m2 U2 di Hfi20.644.密度为1000kg/m3,粘度为icP的水,以10m3/h的流量在内径为45mm的水平 光滑管内流动,在管路某处流体的静压力为 1.5x 105Pa表压,假设管路的局部阻力 可忽略不计,那么距该处100m下游处流体的静压力为多少 Pa绝对压力4卫解： u =3600 2 = 1.75m/s二d二 0.045du：0.045 1.75 10001 10,=787500.31640.31640.25- rcrLC0.25Re 78750= 0.0189

12、2R Uigzi = gz22P2U2.2Zhf:2 fl x2= 1.5 105-0.0189血J000.7520.045 J 2=8.56875 父 104 N / m2 表压=1.870125M 105 N / m2 绝压5.用一离心泵将冷却水由贮水池送至高位槽.高位槽液面比贮水池液面高出 10m,管路总长包括局部阻力的当量长度在内为 400m,管内径为75mm,摩擦 系数为0.03.该泵的特性曲线为H =18-0.6106Q2,试求：1 .管路特性曲线2 .泵工作时的流量和扬程知： h =10ml le =400md =0.0 7 m =0.03H =18-0.6 106Q2求：(1)

13、 He = f QeQ、H解：(1)由He =Z2 -Z1 +XP1 +丐回 +九eiPg2g 、d 八 gdHe =10 0.0340080.075； n2gx0.0754_ 25 _ 2Qe =10 4.1795 10 Qe(2)而 H =18-0.6m106Q2所以 10 4.1795 105Q2 =18-0.6 106Q2解之:10.1795 105= 2.8034 10,m3/s所以 H =10+4.1795父105 m(2.8034父 10二f =13.2 8 4n6 6.现有一台离心泵,允许吸上真空度 H；=6m,用来输送20七的清水,流 量为20m3/h,吸入管内径为50 mm

14、,吸入管的全部阻力损失为 工H f =1.5mH2., 当地大气压为10 mH2.试计算此泵的允许安装高度 Hg为多少米 g204解:u1 =&2 =36%= 2.8 3m/s二 d二 0.05Hg =Hs一一 一 22.8 3 1-1.5 = 6 -0.4 0 91.5 = 4.0 9m2 9.8 0 78.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300rC,保温层外壁温为35口C,玻璃纤维和石棉的 导热系数分别为0.07W/(m K)和0.3 W/(m K),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:2 二

15、ti -t32- 300 - 35i I2i I 3i ,In In Iniri220.0762 i , In50 0.3=3 5.9W/m i0262所以111nri=3 5.9W/mt2 =300 -351.9307 =i28 C9.某液体在一直管内忽略进口段的影响 测得其对流传热系数为现将管内径改为 稳定强制湍流流动,该管内径为20mm, 27mm,并忽略出口温度变化对物性所产生的影响.(D(2)知:假设液体的流速保持不变,试问管内对流传热系数有何变化假设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?d = 0.020m =20mmd =27 mm求:解:八九 U2 =Ui ,

16、a =0.023 一 2 i 5d0.80.8d20.8三立与 20di0.8 - d2 di - 27di0.827、= i =0.94 i 720 J=；:V = ;?uAu2 A2 - Ui Ai,U2UidiS2 j所以.0.8d2U2：2 d2二 i 一 diUi 0.8did2d2U2du0.80.8 7di-.0.8didid2 di d2d2d2di J= 0.5 8 2 611 .在管长为1m的冷却器中,用水冷却油.两流体作并流流动,油由 420K 冷却到370K,冷却水由285K加热到310K.欲用加长冷却管的方法,使油出口温 度降至350K.假设在两种情况下油、水的流量、

17、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： 11 =1mT1 =420KT2 =370K , T2 = 350Kt1 = 285K求:解：由所以又由t2= 310KWhcph T1 -T2=Wccpc t2-t1Whcph 420 -370 =Wccpc 310-285Whcph 420 - 350 =Wcc t2 -2854 2 0-3 7 0 3 1 0-2 8 5 50254 2 0-3 5 0 t2 -2 8 5 70t2 -28570t2 =285 25 = 32K50：tmT1 -t1 - T2 -t21nzT2 -t2二 tm1又由 :tm21

18、35 - 350 -t2135 -30 5=69.81KI 135 ln .350 -t2ln135 30Q = KS tm = K nd 1 tmm2Q2mlQ1所以l2hQ2Q-tm1-tm2705092.49 =1.8 5 4 869.811)2)3)4)WcWhCph Ti -T23500 2380 100-60Cpct2 -ti4174 50-40=7982kg/hdmdo -di 180-1601nd diin螫160=169.80mm12 .在一内钢管为1180m10mm的套管换热器中,将流量为 3500kg/h的某液态姓从 1002冷却到60rC,其平均比热为2380J/(kgK).环隙逆流走冷却水,其进出口温度 分别为409和502,平均比热为4174 J/(kgK).内管内外侧对流传热系数分别为 2000W/(m2 K)和3000W/(m2 K),钢的导热系数可取为45 W/(m K).假定热损失和污垢 热阻可以忽略.试求： 冷却水用量；基于内管外侧面积的总传热系