化工原理试题及答案

化工原理试题及答案一、名词解释(每题3分，共18分)

1、泵的气缚与气蚀

答：气缚是离心泵在启动前未布满液体时，泵壳内存在的空气所产生的离心力很小，造成吸

入口处所形成的真空缺乏以将液体吸入泵内的现象(1.5分)。汽蚀为离心泵叶轮入口最低压力点处压力降至液体在该温度下的饱和蒸汽压时，液体局部汽化并有局部气体解吸，生成大量小汽泡。这些小汽泡在泵内流淌过程的突然裂开产生很好的局部冲击压力造成叶轮呈现海绵状、鱼鳞状的破坏现象(1.5分)。

2、运动相像与动力相像

答：运动相像指原、模型对应点两流淌相应流线几何相像或流速大小成比例，方向一样。(1.5

分)原、模型对应点同名力作用下的流淌，一样同名力大小成比例的现象称动力相像。(1.5分)

3、节点与掌握容积：

答：节点是数值模拟中需要求解未知量的几何位置(1.5分)掌握容积：数值模拟中用于掌握方程的最小几何单位(1.5分)。

4、油的闪点与着火点

答：闪点：液体燃料受热时外表消失油蒸汽，当蒸汽浓度增大到遇到很小的点火源即发生瞬

间闪火现象时的最低温度(1.5分)。着火点为液体燃料自燃的最低温度。(1.5分)

5、集中传质与对流传质

答：在浓度差驱动下通过分子热运动而引起的组分传递现象称集中传质;(1.5分)流体中由

于流体宏观流淌引起物质从一处迁移到另一处的现象称对流传质。(1.5分)

6、恒定枯燥条件与枯燥曲线

答：恒定枯燥条件是枯燥介质(或热空气)的温度、湿度、流速及与物料的接触方式在整个

枯燥过程中保持不变的条件(2分)。枯燥曲线：表征一样枯燥条件下，物料含水量X及物料外表温度与枯燥时间的关系曲线。

二、简答题(每题6分，共36分)

1、依据所学流体力学学问，简述减小管内流体流淌阻力的途径及措施。

答：途径1：改良流体外部边界，改善边壁对流淌的影响，详细措施有：(1)减小管壁粗造

度;(2)采纳柔性边壁代替刚性边壁;(3)采纳平顺管道进口、渐扩管、突扩管;(4)减小支管与合流管间的夹角或将支管与合流管连接处的折角改缓，等。(4分)途径2：在流体内部投加少量添加剂，使其影响流体内部构造实现减阻。详细措施有：在流体内部参加减小粘度的添加剂;加热流体等。(2分)

2、简述离心泵的轴功率、效率定义及其离心泵功率损失的主要缘由。

答：离心泵泵轴所需功率N称为轴功率(1分);有效功率(单位时间内液体从泵中叶轮所

获得的有效能量Ne)与轴功率之比称为离心泵的效率(1分)。离心泵功率损失的主要缘由有：(1)泵内流体流淌的摩擦损失。(2)泵内高压流体泄漏至低压区造成的流量损失或容积损失。(3)泵轴与轴承间的机械摩擦损失。(三点共4分)。

3、简述削减工业窑炉燃烧过程中NOx气体产生的途径。

答：(1)降低火焰温度;(2)降低空气系数;(3)缓慢冷却高温区内气体;(4)燃烧系统中实现烟气循环;(5)火焰根部喷水或水蒸汽;(6)尽量使煤气完全燃烧;(7)采纳含氮量低的煤气燃料。(1)、(5)为1分，其他每点1分。

4、简述换热器的强化途径及措施。

答：(1)增大平均传热温度差：可通过增加热流体温度、降低冷流体温度和尽可能保证或接近逆流操作实现;(2分)(2)增大换热器单位体积的传热面积：可改良传热面构造和扩展传热面积，如外表加装翅片等;(2分)(3)增大总传热系数K：可实行增大流体流速;管内插入旋流元件;转变传热面外形和增加粗糙度。(2分)

5、简述传质中Schmidt(Sc)准数与Sherwood(Sh)准数的表达式及其物理含义。答：Sc=/DA，其物理含义是流体中动量集中力量与质量集中力量之比，它与对流传热中的

Pr相对应(3分);Sh=kXX/DA，其物理含义是流体边界层的集中传质阻力与对流传质阻力之比，它与对流传热中的Nu相对应(3分)。上式中为流体运动粘度，DA为集中系数，kX为对流传质系数，X为集中距离。

6、简述直角六面体匀称网络剖分状况下，非稳定传热显示差分方程的稳定性条件及满意稳定性条件的最小时间步长。

答：内部节点稳定性条件：(at/x2+at/y2+at/z2)1/2;或F01/2(3分)

满意稳定性条件的最小时间步长：tmin=Cp/2(1/x2+1/y2+1/z2)(2分)上式中a为热集中系数，a=Cp/，为材料密度，Cp为材料定压比热，为材料导热系数(1分)

三、计算题(第一题13分，其它每题11分，共46分)

1、下列图所示变径管内有密度为1000kg/m3的水自上而下流过，测得U形管内水银(密度为13.6g/cm3)的液面高度差R=44mm，已知变径管，1-2面间阻力损失，试求速度u1。

解：(1)由连续性方程可得：(2分)

22dudu2112

又因：d22d1所以：u2u1

2

p12u12p2u2z1z2hl,122g2g(2)再由伯努利方程：(4分)

测压管水头之差为：(

p1z1)(p2

z2)(Hg)R/(Hg)R/

(13.61031000)44103/10000.5544Pa(3分)

代入伯努利方程得：

u12)u122.5u120.554429.8129.8129.81(

求解得：u1=2.49m/s。(4分)

2、某输送蒸汽管道，已知其外径为100mm，外包两层厚度均为15mm的保温材料层，

最外面一层保温材料的导热系数为0.15W/m℃,里面一层的导热系数为0.5W/m℃,蒸汽管外外表温度1为150℃，最外保温层外外表温度3为50℃，试求(1)蒸汽管tt

t(2)如蒸汽管外面的空气温道该每米管长的热损失及两保温层交界处的温度2。

度t4为20℃，空气与保温层外外表的对流换热系数为多大?

50mm，里层与外层保温层交界处半径解：(1)蒸汽管外半径r1Q

r2r11565mm;外层保温层外半径r3r21580mmQt1t3t2t3At(5分)332lln(1)ln(2)ln(2)222221

Ql1505015050t250329W/m(2分)

0.08360.22040.220423.140.523.140.15

t23290.220450122.5℃,(1分)

(2)对流换热系数求解：

QAt(2r31)(t3t4)(2分)l

Q(2r31)(t3t4)32921.8W/m℃,(1分)23.140.08(5020)

3、某物料在恒定枯燥条件下从初始含水量0.4kg水/kg干料降至0.08kg水/kg干料，供需8小时。假定该物料的临界含水量为0.15kg水/kg干料，平衡含水量为0.04kg水/kg干料，降速阶段的枯燥速率曲线可作为直线处理。计算(1)恒速枯燥阶段和降速枯燥阶段所需的时间各为多少?(2)若同样条件下，连续将该物料枯燥至0.05kg水/kg干料，还需多少枯燥时间。

解：(1)设X由0.4kg水/kg干料降至0.08kg水/kg干料,经受的恒速枯燥阶段和降速枯燥阶段时间分别为1和2，则：

1=GC(X1-X0)/Au02=GC(X0-X*)ln(X0-X*)/(X2-X*)/Au0

1/2=(X1-X0)/(X0-X*)ln(X0-X*)/(X2-X*)=2.247

因1+2=8h，所以，1=5.536h;2=2.464h(6分)

(2)设从X0=0.15kg水/kg干料降至X3=0.05kg水/kg干料所需时间为3,则连续将该物料枯燥至0.05kg水/kg干料所需的时间为3-2：

3/2=ln(X0-X*)/(X3-X*)/ln(X0-X*)/(X2-X*)=2.37

连续枯燥所需时间为3-2=1.372=3.376h(5分)

4、试依据Gililand阅历公式计算35C，2.5atm(表压)时苯蒸气在空气中的集中系数，并与试验值进展比拟其相对误差。(已知空气和苯蒸气的.分子体积分别为29.9和96cm3/mol,摩尔分子量分别为29和78，苯蒸气在0C、1.0atm下空气中的集中系数D为0.077cm2/s)。解：(1)按Gililand公式计算，令苯蒸气为A,空气为B。

P=3.5101.32=354.62kPa(1分)

D=4.3610-5T1.5(1/MA+1/MB)0.5/[P(VA1/3+VB1/3)2](4分)

将已知数据换算为标准单位并代入上式可得D=2.45310-6m2/s(2分)

(2)D=D0(T/T0)1.5(P0/P)=0.07710-4(308/273)1.5(1/3.5)=2.63610-6m2/s(2分)

(3)计算值与试验值的相对误差为：(2.453-2.636)/2.636=-6.94%(2分)

化工原理试题及答案(二)

一、(20分)每小时将2104kg、45℃氯苯用泵从反响器A输送到高位槽B(如下图)，管出口处距反响器液面的垂直高度为15m，反响器液面上方维持26.7kPa的绝压，高位槽液面上方为大气压，管子为76mm4mm、长26.6m的不锈钢管，管壁肯定粗糙度为0.3mm。管线上有两个全开的闸阀、5个90标准弯头。45℃氯苯的密度为1075kgm-3，粘度为6.510-4

Pas。泵的效率为70%，求泵的轴功率。

附：各局部阻力系数

全开闸阀1=0.17

90℃标准弯头2=0.75

68摩擦系数计算式=0.1(+)0.23Red

解：如图，取1-1、2-2界面，以1-1截面为基准面

2p1u12p2u2+z1++He=+z2++g2gg2ghf,12(3分)

p1=26.7kPa(绝压)，z1=0,u10(1分)p2=101.3kPa(绝压)z2=15m(1分)

2104

qV==5.168103m3s1(1分)10753600

5.168103

(1分)u2==1.42ms120.0684

Re=0.0681.421075=1.6105(1分)46.510

2p2p1u2He=+z2++g2ghf,12(1分)

hf,12=hf,直+hf,直=hf,进+2hf,闸+5hf,弯(2分)0.3680.23+=0.0293(1分)681.6105=0.1(

hf,直

hf,局lu226.61.422==0.0293=1.178m(1分)d2g0.06829.811.422=(0.5+20.17+50.75)=0.4717m(2分)

29.81

(101.326.7)1031.422

He=+15++1.178+0.4717=23.83m(1分)10759.8129.81

Ne=HeqVg=23.835.16810-310759.81=1.30103W(2分)

Ne1.30103

==1.86103W=1.86kW(2分)Na=0.7

二、(20分)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=180.6106Q2，试求：

(1)管路特性曲线

(2)泵工作时的流量和扬程

解：分析知：h=10ml+le=400md=0.075m

=0.03H=180.6106Q2

即求：(1)He=f(Qe)(2)Q、H(5分)

2p2p1u2u128l+le2(1)由He=z2z1+++24Qe(4分)g2gdgd

8400252得He=10+0.03Q=10+4.179510Q(3分)2ee40.075g0.075

(2)而由H=180.6106Q2

所以10+4.1795105Q2=180.6106Q2(2分)解之：Q=833=2.803410m/s(3分)510.179510

所以H=10+4.17951052.8034103

()2=13.2846m(3分)

三、(20分)质量流量为7000kgh-1的常压空气，要求将其由20℃加热到85℃，选用108℃的饱和蒸汽作加热介质。若水蒸气的对流传热系数为1104W(m2K)-1，空气在平均温度下的物性数据如下：

比热容为1kJ(kgK)-1，导热系数为2.8510-2W(mK)-1

粘度为1.9810-5Pas，普兰特准数为0.7。

现有一单程列管式换热器，装有25mm2.5mm钢管200根，长2m，此换

热器能否完成上述传热任务?

7000解：Q=1000(8520)=126389W(2分)3600

Tm=(10820)(10885)=48.44C(2分)ln10885

7000

3600

Re=0.0222023(1分)=30.95kgm2s1u=du0.0230.95=31263(1分)=1.98105

0.80.4Repr(2分)d空=0.023

2.85102

312630.80.70.4(1分)=0.0230.02

=112.1Wm2K1(1分)ddd111(2分)=2+2+2+K1d1dm21d12

=251+=0.0113(1分)112.1202304

K=88.5Wm-2K-1(1分)A需=Q126398==29.48m2(2分)KTm88.548.44

A实=nd外l=2000.0252=31.42m2(2分)

A实

A需

(2分)=1.0661.1能完成上述传热任务。

三、(20分)已知某精馏塔操作以饱和蒸汽进料，操作线方程分别如下：精馏线

提馏线

解：由精馏线得：R=0.7143，R=2.500(2分)R+1

x由提馏线得：D=0.2714，