化工原理历年试卷

河北理工大学2006〜2007学年第一学期

化工原理A-1试卷A―题号一四五总分得分得分评卷人一、 填空题（每题2分，共20分）1、用U形管压差计测量管路上两点间的压强差，指示液为水，密度为1000kg/m3,读数为12mm。为放大读数，改用微差压差计（如下图所示），指示液A的密度为920kg/m3,指示液C的度为850kg/m3,则读数R可扩大到原来的一倍。在管道A中呈滞流流动，则可确定通过A、B管道的流量之比VAVB为。4、流体在区流动时，相对粗糙度/d对摩擦系数2的影响最大。5、离心泵与往复泵在流量调节方面的不同之处在于：离心泵用调节流量；往复泵用调节流量。6、在列管换热器中用饱和蒸汽加热空气，换热管的壁温将接近，换热器的总传热系数K将接近。7、用饱和蒸汽加热水，经过一定时间后，发现传热的阻力迅速增大，这可能是由或引起的。8、有一025mm义2mm的蒸汽管道，管内饱和蒸汽温度为130℃,管外包有一层九二0.8W/（m.℃）的保温层，保温层外面是 30℃的大气，若给热系数为a。=10W/（m2.℃），则保温层的临界直径为mm。9、设置隔热挡板是辐射散热的有效方法，挡板的黑度越，辐射散热量越小。10、在降尘室内，粒径为60微米的颗粒理论上能全部除去，则粒径为42微米的颗粒能被除去的百分率为。（沉降在滞流区）得分评卷人二、选择题（每题2分，共24分）1234567891011121、如下图所示的开口容器内盛有高度为h1的油和高度为h2的水，右侧管中水面高度为h，则处于同一水平面上的B与B’点之间的压强大小之间的关系为A.P>P' B.P<P'BB BBC.PB=PB D.无法比较BB2、定态流体在圆管内作层流流动时，下列各式中不正确的是（ ）。B.uB.u=umaxduT=±日-A.drU=—uC2max

Du=0.8u3、流体在圆形直管内流动时，若流动已进入完全湍流区，则摩擦系数A与Re的关系为（ ）。A.随Re增加，丸增加 B.随Re增加，丸减小C.随Re增加，A基本不变D.随Re增加，A先增加后减小4、如下图所示，用管子从液面恒定的高位槽中放水，水管有两个出口，各管段的直径相同，两支管的出口与贮槽液面之间的垂直距离相等。设两支管中的摩擦系数相等，即九0B。则两阀全开时，A、B两管中的流量之间的关系为（ ）。A.匕,、B.匕=匕C.匕<匕D.两者之间关系无法确定当流量一定而且流动进入阻力平方区时，离心泵的最小汽蚀余量决定于（ ）。A.泵的结构尺寸 B.泵的结构尺寸和供液处压强的大小C.泵的结构尺寸，被输送液体的性质D.供液处压强的大小和被输送液体的性质6、假定在滤浆和滤渣中，液相与固相各自所占的体积分别与其单独存在时的体积相同，且滤液中不含固相，则获得1m3滤液所生成的滤渣体积v与固相在滤浆及滤渣中所占的体积分率e、es之间的关系式为（ ）。A.ev= eA.ev= e-esev= e-esD.ss7、某板框过滤机，在一恒定的操作压差下过滤某水悬浮液。经2h后，滤渣刚好充满滤框，并得滤液15m3。它第一个小时滤出滤液（ ）m3。（过滤介质阻力略而不计）A.7.5B.10C.15/<2D.无法计算8、某长、宽、高分别为L、b和H的降尘室，可将流量Vm3/s的含尘气流中直径为d的粒子全部沉降下来。今欲将2Vm3/s的相同含尘气流进行同样效果的除尘，在保持其他尺寸不变的情况下，可按如下（ ）方式来改造设备。A.将H增加1倍 B.将H增加1/2倍C.将L增加1倍 D.将L增加1/2倍TOC\o"1-5"\h\z9、若含尘气流的温度升高，其他操作条件不变，则旋风分离器的临界粒径（ ）。A.减小B.增大C.不变D.不确定10、在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度差为50℃，现因某种原因，两者的温度各升高100℃，则此时的辐射传热量与原来的相比，应该（ ）。A.增大B.变小C.不变D.不确定11、一红砖平面墙厚度为500mm，一面温度为200℃，另一面温度为30℃，红砖的导热系数0.57W/（m.℃），则距离高温面墙内350mm处的温度为（ ）℃。A.101B.81C.83D.8712、在蒸汽一空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中在工程上最有效的是（）。A.提高空气流速 B.提高蒸汽流速C.采用过热蒸汽以提高蒸汽流速D.在蒸汽一侧管壁上装翅片，增加冷凝面积并及时倒走冷凝液得分评卷人三、计算题（共22分）采如图所示的输送系统，将水池中的清水（密度为1000kg/m3）输送到密闭高位槽中。离心泵的特性方程为H=40-7.0*104Q2（H的单位为m,Q的单位为m3/s）,当压力表的读数为100kPa时，输水量为10L/s,此时管内流动已进入阻力平方区。求：（1）管路的特性方程。（10分）若管路和阀门开度不变，当压力表读数为80kPa时，再求:（2）管路的特性方程；（3分）（3）输水体积流量；（4分）（4）离心泵的有效功率。（5分）得分评卷人四、计算题（共13分）拟用810mmX810mm的板框压滤机过滤某种水悬浮液，在147.2kPa的恒压差下，过滤常数K=2.73x10-5m2/s，滤饼不可压缩，过滤介质阻力可忽略不计。每m3滤液可得滤饼体积0.04m3,试求：（1）欲在1h时得滤饼0.4m3,所需的滤框数和框的厚度；（8分）（2）欲使过滤机在生产能力最大（即过滤时间为45min）,操作压强需提高至多少kPa?已知每批操作的洗涤时间和辅助时间约45min。（5分）得分评卷人五、计算题（共21分）有一单程列管换热器，传热面积为4m2,由。25x2.5mm的管子组成。用初温为25℃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1200kg/h和1400kg/h,其比热容分别为4.2kJ/（kg.℃）和2.0kJ/（kg.℃）；水侧和油侧的对流传热系数分别为1800W/（m2.℃）和200W/（mTC）。两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻，忽略热损失。

（1）校核该换热器是否合用？（12分）（2）如不合用，采用什么措施可在原换热器上完成上述传热任务？计算之。（假设传热系数及水的比热容不变。）（9分）2006~2007学年第一学期化工原理A-1试卷A标准答案及评分标准制定教师：樊丽华审核人：梁英华制定时间：2007.1.4一、填空题（每题2分，共20分）（一题多空的每空的分数平均分配）1、14.32、16，323、164、湍流5、出口阀，旁路（支路）6、加热蒸汽温度，空气侧的对流传热系数7、冷凝水未排出，不凝气未排出8、1609、阻止，低10、49%二、选择题（每题2分，共24分）123456ADCAAB789101112CCBABA三、计算题（共22分）解：（1）管路的特性方程：取贮槽液面为1-1截面，高位槽液面为2-2截面，在两截面之间列柏努利方程，取贮槽液面为基准水平面， （1分）U2P U2p_z+1+1+H=z+2+广2+L（3分）已知：q=0，z2=10m,uru广0（3分）已知：q=0，z2=10m,uru广0,p「0,p2=100kPa（表压）所以，当压力表读数为100kPa时管路的特性方程为:H=AZ+包+BQ2=10+100*103+BQ2=20.2+BQ2TOC\o"1-5"\h\zepge1000X9.81e % (1) (3分)离心泵的特性曲线：H=40-7。X104Q2 (2)联立(1)、(2),并将Q=10L/s代入，得：H=40-7.0x104x(0.01)2=20.2+Bx(0.01)2e解得：B=1.28x105s2/m5 (2分)则当压力表读数为100kPa时管路特性方程为：H=H=20.2+1.28x105Q2（3） （1分）（2）当压力表读数为80kPa时，由于流动在阻力平方区，故（3）式中B值不变，而常数将有所减小，则:K=10+80x1031000K=10+80x1031000x9.81=18.15m于是.H=18.15+1.28x105Q2：e e（3）输水体积流量：（4）联立泵的特性方程及式（4），可求得输水体积流量，即:40-7.0x104Q2=18.15+1.28x105Q2e e解得：Q=1.05x10-2m3/s（4）离心泵的有效功率：H=40-7.0x104xQ2=32.28meeN广HQpg=32.28x0.0105x1000x9.81=33叩5（2分）（1分）（3分）（1分）（2分）（2分）（1分）四、计算题（共13分）解：（1）框数和框厚根据滤液体积用恒压过滤方程计算过滤面积，进而确定框数。由滤饼的体积计算框厚。（1分）V=V/v=0.4/0.04=10（1分）e由于忽略介质阻力，恒压过滤方程简化为:V2=KA20（2分）即：102=2.73x10-5x3600xA2解得：AV2=KA20（2分）即：102=2.73x10-5x3600xA2解得：A=31.9m2（1分）又A=0.81x0.81x2n（1分）贝U：n=24.31,取n=25个（1分）所需滤框厚度为：b=0.4/（25x0.812）=0.0244m,实取框厚25mm（2分）（2）操作压强实际过滤面积为：A=0.812x2x25=32.81m2 （1分）最佳工况时的过滤时间为45min,则：102=32.812x45x60K:.K'=3.44x10-5m2/s （2分）, 3.44x10-5Ap'= x142=185kPa2.73x10-5 （2分）五、计算题（共21分）解：（1）校核该换热器是否合用：机油放出的热量为：Q=Wch（T-T2）=140x02.0x（20-10）0=2800k）JC/h冷却水的出口温度为：（2分）Q2 280000g/t=t+^^=25+ =80.62 1Wc 1200x4.2 ℃cpc J（2分）平均温度差为:T-t）-G.-t）_（200-80.6）-（100-25）1」T-t—二।200-80.6ln-4 2- ln T2-11 100-25（2分）总传热系数为:11 252001800x20=175.6W/（m2.℃）（3分）所需的传热面积为:0需KAt即换热器不适用。（2）采取的措施:（在Q及K0一定的前提下，若增大冷却水用量，先从热量衡算方程看：At必减小，而110需KAt即换热器不适用。（2）采取的措施:（在Q及K0一定的前提下，若增大冷却水用量，先从热量衡算方程看：At必减小，而11不变，则冷却水出口温度12下降；再从传热速率方程看：Atm必增加，使S0下降（2分）从而使原换热器面积够用。）所以采取的措施为增大冷却水用量。因Q一定K0不变，S0=4m2,则用原换热器面积操作时的平均温度差为:aQ 280000x103At=-^=—= =110.7mK0S0 3600x175.6x4 ℃假定平均温度差可用算术均值计算，则：（2分）G-1)+T-1)(200-1)+(100-25)=110.7则冷却水出口温度为：t广5工6℃（2分）竺二200-53.6二1.952<2校核：At1 100-25（1分）冷却水用量为：Q 280000W=—， \= ， \=2331kg/hcc(t2-11)4.2x(53.6-25)（2分）（注：对于计算题，由于前一步的结果错误而影响后面各步的计算结果的，后面步骤解题思路正确者，不扣分。）河北理工大学2006〜2007学年第一学期280000x103 /一二 二4.64m2>4m2（3分）3600x175.6x95.5（3分）化工原理A-1试卷B题号一四五总分得分一、填空题（每题2分，共20分）1、如下图所示虹吸装置。忽略在管内流动损失，虹吸管出口与罐底部相平，则虹吸管出口处的流速u=2、流体流动时，管径和管长都不变，而流体的流量增加一倍（摩擦阻力系数可以认为不变，流动为湍流），则阻力增加的倍数为倍；若流动为层流，则阻力增加的倍数为倍。3、产生离心泵气缚现象的原因是；避免产生气缚的方法有。4、三层圆筒壁热传导过程中，最外层的导热系数小于第二层的导热系数，两层厚度相同。在其他条件不变时，若将第二层和第三层的材料互换，则导热量变，第二层与第三层的界面温度变。5、某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律，若在水中的沉降速度为u1,在空气中

为u2,则u1u2；若在热空气中的沉降速度为u3,冷空气中为u4,则U3u4。（填〉，＜,二）6、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20mm,测得其对流传热系数为，现将管内径改为27mm,并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。⑴若液体的流速保持不变，管内对流传热系数为原传10热系数的倍；⑵若液体的质量流量保持不变，管内对流传热系数为原传热系数的倍。7、在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，则沉降时间，生产能力。8、黑体的表面温度提高一倍，则黑体的辐射能力提高倍。9、有一根0219X6mm的无缝钢管，内外表面温度分别为300℃和295℃,导热系数为45W/（m.℃）,则每米裸管的热损失为W。10、离心泵的流量调节阀安装在离心泵出口管路上，关小出口阀门后，真空表读数，压力表读数。得分评卷人二、选择题（每题2分，共24分，答案必须写在下表内，否则不得分）1、在一水平变径管路中，在小截面A和大截面B间连接一U形压差计，当流体流过该管段时，压差计读数R值反映（ ）。A.两截面间的压强差 B.两截面间的流动阻力C.两截面间的动压头变化 D.突然扩大或缩小的局部阻力2、如图所示，若甲管路总长（包括阀门当量长度）为乙管路的4倍，甲管内径为乙管内径的2倍。流体在两管中均呈层流，则甲、乙管内平均流速的关系为—。A.u尸乙 口u甲=2u乙 u尸乙/2 D-u尸尸11

3、离心泵调节阀的开度改变时，则（）。A.3、离心泵调节阀的开度改变时，则（）。A.不会改变管路性能曲线B.不会改变工作点C.不会改变泵的特性曲线D.不会改变管路所需的扬程4、如下图所示，一敞口容器底部连接等径的进水管和出水管，容器内水面维持恒定1.5m,管内水的动压头均为0.5m,则进水管的点A和出水管的点B的静压头之比为（ ）。1.5B1.5BA.1B.2C.3D.两者之间关系无法确定5、离心泵在一定管路系统下工作时，压头与被输送液体的密度无关的条件是（ ）。U2U2A.Z2—':0 b,工hf=0 C.号一方—D,P2-Pr06、某一套管换热器，由管间的饱和蒸汽加热管内的空气，设饱和蒸汽温度为100℃，空气进口温度为20℃，出口温度为80℃，则此套管换热器内壁温度应是（）。A.接近空气平均温度C.接近饱和蒸汽温度7、在一个过滤周期中。A.过滤时间越长生产能力越大B.过滤时间越短生产能力越大C.辅助时间越长生产能力越大B.接近饱和蒸汽和空气的平均温度D.无法确定12D.为了达到最大生产能力，辅助时间越长相应地过滤时间也越长8、设降尘室的长、宽、高分别为L、b、H（单位均为m），颗粒的沉降速度为（m/s），气体的体积流量为Vs（m3/s），则颗粒能在降尘室分离的条件是。A.H/ut三LbH/Vs；B.H/ut<LbH/Vs；C.L/ut<LbH/Vs；DL/ut三LbH/Vs9、旋风分离器的分离效率随器身直径的增大而（ ）。A.减小B.增大C.不变D.不确定10、用板框式过滤机进行恒压过滤，若介质阻力可忽略不计，过滤20min可得滤液8m3,若再过滤20min可再得滤液。A.8m3； B.4m3；C.3.3m3； D.11.3m311、一红砖平面墙厚度为500mm，一面温度为200℃,另一面温度为30℃,红砖的导热系数0.57W/（m.℃）,则距离高温面墙内350mm处的温度为（ ）℃。A.81B.83C.87D.10112、有两台同样的管壳式换热器，拟作气体冷却用，在气、液流量及进口温度一定时，为使气体温度降到最低，宜采取（ ）流程。A.气体走管内，气体串联逆流操作B.气体走管内，气体并联逆流操作C.气体走管外，气体并联逆流操作D.气体走管外，气体串联逆流操作得分评卷人三、计算题（本题22分）用离心泵向密闭高位槽送料，流程如图所示。在特定转速下，泵的特性方程为：H=42-756x104Q2（q的单位为m3/s）,当水在管内的流量Q=0.01m3/s时，流动进入阻力平方区。现改送密度P=1200kg/m3的水溶液（其它性质和水相近）时，密闭容器内维持表压118kPa不变，试求：（1）输送清水时管路的特性方程。（10分）（2）输送水溶液时管路的特性方程。（3分）（3）输送水溶液时的体积流量。（4分）13(4)离心泵的有效功率。(5分)得分评卷人四、计算题(本题14分)用板框压滤机在恒压强差下过滤某种悬浮液，测得过滤方程式为：V2+V=5X10-5A20，试求：(1)欲在30min内获得5m3滤液，需要边框尺寸为635mmX635mmX25mm的滤框若干个；(6分)(2)过滤常数K、qe、6e。(8分)得分评卷人五、计算题(本题20分)在一列管换热器中，管内的氢氧化钠溶液与管外的冷却水进行逆流传热，两流体均为湍流流动。氢氧化钠溶液的流量为1.2kg/s,比热容为3770J/(kg.℃),从70℃冷却至U35℃,对流传热系数为900W/(m2.℃)。冷却水的流量为1.8kg/s，比热容为4180J/(kg.℃),入口温度15℃,对流传热系数为1000W/(m2.。C)。按平壁处理，忽略管壁和污垢热阻，忽略热损失。试求：(1)换热器的传热面积。(10分)(2)操作中，若冷、热流体初温不变，两流体流量都增大一倍，则冷、热流体的出口温度分别为多少？(10分)2006~2007学年第一学期化工原理A-1试卷B标准答案及评分标准14制定教师：樊丽华 审核人：梁英华 制定时间：2007.L4二、填空题（每题2分，共20分）（一题多空的每空的分数平均分配）1、u=J2gH2、3,13、泵内灌入空气，液体密度降低；在泵密封严密的情况下，灌泵排出空气4、小，低5、<,<6、0.9417,0.58267、增加一倍，不变8、159、2507410、下降，上升二、选择题（每题2分，共24分）123456AACBDC789101112DBACAA三、计算题（共22分）解：（1）输送清水时管路的特性方程:取贮槽液面为1-1截面，高位槽液面为2-2截面，在两截面之间列柏努利方TOC\o"1-5"\h\z程，取贮槽液面为基准水平面， （1分）u2p u2pz+-+土+H=z+―+4+*H\o"CurrentDocument"12gPg e22gPg f （3分）已知：q=0，z2=12m,u广u广0,p「0,p2=118kPa（表压）所以，当压力表读数为118kPa时管路的特性方程为：H=AZ+包+BQ2=12+118*103+BQ2=24+BQ2e Pge1000X9.81e % ⑴ （3分）离心泵的特性曲线：H=42—7.56X104Q2 （2）15联立（1）、（2）,并将Q=O.0lm3/s代入，得：H=42—7.56x104x（0.01）2=24+Bx（0.01）2e解得：B=1.044x105s2/m5则输送清水时管路特性方程为：H=24+1.044x105Q2 （3）（2）输送水溶液时管路的特性方程：当输送溶液改变时，由于流动在阻力平方区故B值不变，K变为:K=12+118x1031200x9.81=22m于是.He=22+1.044x105(Q)2：e（4）（3）输送水溶液时的体积流量:联立泵的特性方程及式（4），可求得输送水溶液时的体积流量，即:42—7.56x104(Q)2=22+1.044x105(Q)2ee解得：Q=0.01054m3/s（4）离心泵的有效功率:H=42—7.56x104x0.010542=33.6mN广HQpg=33,6x0.01054x1200x9.81=4.17kW四、计算题（共14分）解：（1）所需滤框数将有关数据代入恒压过滤方程式并整理得到（2分）（1分）（2分）（1分）（3分）（1分）（2分）（2分）（1分）52+54 'V2+VA=.- ..\'5x10-59 \，5x10-5x30x60=18.26m2又A=2x0.6352n故n=A/(2x0.6352)/18.26/(2x0.6352)/22.64实取23个框，则实际过滤面积为：A=2x0.6352x23=18.55m2（2）过滤常数K、qe及e（2分）（2分）（2分）16根据恒压过滤方程式确定过滤常数