化工原理习题课

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。2023/2/11.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（Z1－Z2）＝1.5m，R1＝0.15m，R2＝0.06m时，试求石油产品的密度ρ及Zio2023/2/1

解（1）在本例附图所示的流程中，由于空气通往石油产品时，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）（b）2023/2/1

2.

当20℃的甘油(ρ=1261kg.m-3,μ=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λ为________.2023/2/13.

如图所示，用内径d＝100mm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，hfA-B＝3·ｕ2/（2ｇ）。求：（1）水在管内的流速ｕ及流量Q（2）管道中点处M的静压强PM。假设AB高度差为3m2023/2/1（1）列0－0与2－2截面柏努利方程：

Z0＋P0/ρｇ＋ｕ00/2ｇ＝Z2＋P2/ρｇ＋ｕ22

/2ｇ＋∑ｈf以2－2截面为基准面，Z2＝0，u0＝0，P0＝P2∴4＝ｕ22

/2ｇ＋3ｕ22

/2ｇ＝4×ｕ22

/2g解得ｕ2＝4.43m.s-1∴V＝ｕA＝0.785×0.12×4.43

＝0.0348m3.s-1＝125m3.h-1（2）列M点与出口截面的柏努利方程

ZM＋PM/ρｇ＋ｕM2

/2ｇ＝Z2＋P2/

ρｇ＋ｕ22

/2ｇ＋∑ｈfM-2

1＋PM/ρｇ＋ｕM2

/2ｇ＝ｕ22

/2ｇ＋3/3×ｕ22

/2ｇ∵ｕM＝ｕ2∴PM/ρｇ＝3/3×ｕ22

/2ｇ－1

2023/2/1水在一倾斜管中流动，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？2023/2/14.

在内管为φ180×10mm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。2023/2/1冷却水用量ｗhCph(T1-T2)＝ｗcCpc(t2-t1)3500×2.38×(100-60)＝ｗc×4.17×(50-40)

ｗc＝7990kg.h-1Δt逆＝(50-20)/ｌｎ(50/20)＝32.75℃Δt并＝(60-10)/ｌｎ(60/10)＝27.91℃Q＝KAΔtmQ＝7990×4.17×(50-40)=3.332×106kJ.h-1∴A＝3.332×105/[(1800/1000)×32.75×3600]

＝1.57(m2)πｄ0

ｌ＝1.573.14×0.18×ｌ＝1.57∴ｌ逆＝2.77(m)A并＝3.332×106/[(1800/1000)×27.91×3600]＝1.84(m2)3.14×0.18×ｌ并＝1.84∴ｌ并＝3.26(m)2023/2/120℃的空气在直径为80mm的水平管流过。现于管路中接一文丘里管，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101.33×103Pa。2023/2/1解：文丘里管上游测压口处的压强为

p1=ρHggR=13600×9.81×0.025=3335Pa(表压)喉颈处的压强为

p2=－ρgh=－1000×9.81×0.5=－4905P（表压）空气流经截面1-1'与2-2'的压强变化为

故可按不可压缩流体来处理。2023/2/1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据连续性方程u1A1=u2A22023/2/1

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101.33×103Pa，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。2023/2/1解：取贮槽液面为1―1截面，管路出口内侧为2―2截面，并以1―1截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程。式中Z1=0Z2=15mp1=0（表压）p2=－26670Pa（表压）u1=0

=120J/kg泵的有效功率Ne为：Ne=We·ms2023/2/1某板框压滤机共有10个框,框空长、宽各为500mm,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?2023/2/1（1）过滤面积

m2

（2）m2/sm2/s

过滤获得的滤液量m3

m3

2023/2/1在一φ60×3.5mm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λ=0.07W/m·℃，外层为20mm的石棉层，其平均导热系数λ=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λ=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=0.0265mr2=0.0265+0.0035=0.03mr3=0.03+0.04=0.07mr4=0.07+0.02=0.09m2023/2/1(b)保温层界面温度t3

t3=131.2℃2023/2/1一列管换热器，由φ25×2mm的136根不锈钢管组成。平均比热为4.187kJ/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1.16×104w/m2.℃,不锈钢管的导热系数λ=17w/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）。2023/2/11、某液体在一等径直管中始终处于层流装状态流动，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，则层流时，流动阻力变为原来的多少倍

解：(1)由

得

2023/2/12.两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）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2023/2/1解：(1)由

得

所以

2023/2/1(2)由

得

，所以

2023/2/13.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。

解：(1)由

得

而

所以

2023/2/14.对某悬浮液进行恒压过滤。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解：由

得

所以

2023/2/15.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，试计算管道2的长度。，

解：由

，得

所以

所以

所以

，又，2023/2/1所以

所以

2023/2/16.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）2023/2/1d=120mm解：由

得

又由

得所以

所以

2023/2/1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。2023/2/1查得水在20℃时密度为ρ＝998kg/m3，则

HM=3.82×10.01=38.2mH2OHV=0.210×13.6=2.86MH2O将已知数据代入，则

=41.47+0.1872023/2/1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）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。把带入得B=0.068所以关小阀门后管路特性曲线变为：

2023/2/1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。2023/2/1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2023/2/1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分分子反映的是惯性力，分母反映的剪切力也就是粘性力。2023/2/11.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850[mmHg]，相平衡常数m=0.25，已知其气膜吸收分系数kG=1.25[kmol.m-2.h-1.atm]，液膜吸收分系数kL＝0.85[m.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?2023/2/1

m=E/P∴E=mP=0.25×850/760=0.28(大气压)∵是稀溶液∴H=ρ/Ms.E=1000/(0.28×18)=198.4(kmol.m-3.atm)

根据1/ＫG=1/ｋG+1/(HｋL)

即1/ＫG=1/1