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化工原理(上)期末考试试卷

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化工原理(上)期末考试试卷 一、 选择题: (每题 2 分,共 20 分) 1.空气以相同的流速分别通过水平放置的等径直管 AB 和垂直放置的等径直管 CD。

已知 d AB =d CD , L AB =L CD , U 型差压计指示液相同, 读数分别为 R1、 R2。

则________。

A △P AB =△P CD C hf AB =hf CD 指 B △P AB >△P CD D R 1 >R 2 2.为提高 U 形压差计的灵敏度较高,在选择指示液时,应使指示液和被测流体的 密度差(ρ -ρ )的值________。

A. 偏大 B. 偏小 C. 不确定 3.有两种说法 (1) 往复泵启动不需要灌水 (2) 往复泵的流量随扬程增加而减少则 ________。

A 两种说法都不对 B 两种说法都对 C 说法(1)正确,说法(2)不正确 D 说法(1)不正确,说法(2)正确 4.以下说法是正确的:当粘度μ 较大时,在泵的性能曲线上________。

A 同一流量 Q 处,扬程 H 下降,效率η 上升 B 同一流量 Q 处,扬程 H 上升,效率η 上升 C 同一流量 Q 处,扬程 H 上升,效率η 下降 5.离心泵的扬程是 ________。

A 实际的升扬; B 泵的吸液高度; C 液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度; D 单位重量液体出泵和进泵的机械能差值 6.过滤介质阻力忽略不计 ,滤饼不可压缩进行恒速过滤时 ,如滤液量增大一倍 ,则 _______ A 操作压差增大至原来的 2 倍 B 操作压差增大至原来的 2 倍 C 操作压差增大至原来的 4 倍 D 操作压差保持不变 7.当介质阻力忽略不计的恒压过滤时,由τ =0 至τ =τ 的平均过滤速率反比于过 滤时间τ 的 _______ A 1 次方 B 2 次方 C 1.5 次方 D 1/2 次方 化工原理参考答案 第 1 页 共 3 页

8.在长为 L m ,高为 H m 的降尘室中,颗粒的沉降速度为 u t m/s,气体通过降 。

尘室的水平流速为 u m/s,则颗粒在降尘室中的分离条件为_______ A L/u

A 水平 B 垂直 C 管内 D 管外 10.一定流量的液体在一φ 25×2.5mm 的直管内作湍流流动,其对流传热系数α =1000W/m2. ℃。

如流量与物性都不变,改用一φ 19×2mm 的直管,则其α 值将 变为________W/m2. ℃ 。

A.1259 B.1496 C.1585 D.1678 二、 填空题: (每空 1 分,共 20 分) 11.________、________的流体称为理想流体。

12.水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器,当管道上的阀门 开度减小后,水流量将_____,摩擦系数________,管道总阻力损失________。

13.离心泵的性能曲线有 ________、________ 、________ 等,这些曲线是在一 定________下输送某种特定的液体时泵的性能。

14.当离心泵出口阀开大时, 流量_______, 泵出口压力_______。

(变大,变小,不变) 1 5.离心泵的轴封装置主要有两种:_______ 和 _______。

16.密度为  S 的球形颗粒在斯托克斯区沉降,已知颗粒在水中和空气中的沉降速 度分别为 u1 和 u2 ,则 u1/u2=________。

17.已知旋风分离器的平均旋转半径为 0.5m ,气体的切向进口速度为 20m/s,那 么该分离器的分离因数为 K=________ 。

18.最常见的间歇式过滤机有_______和板框式压滤机。

连续式过滤机是_______。

19.在对流传热过程中,Nu 表示_______的准数,Re 表示 _______。

20.沸腾传热可分为三个区域,生产中的沸腾传热过程应维持在________操作 三、 计算题 (每题 15 分 共 60 分) 21.如图所示,槽内水位维持不变,在水槽底部用内径为 100mm 的水管引水至用 户 C 点。

管路上装有一个闸阀,阀的上游距管路入口端 10m 处安有以汞为指示 化工原理参考答案 第 2 页 共 3 页

液的 U 管压差计(ρ s =13600kg/m3),压差计 测压点与用户 C 点之间的直管长为 25m。

问: (1) 当闸阀关闭时, 若测得 R=350mm, h=1.5m, 则槽内液面与水管中心的垂直距离 Z 为多少 m? (2)当闸阀全开时(ζ 阀=0.17 , λ =0.02) , 每小时从管口流出的水为若干 m3/h? 22.在附图所示的管路系统中,有一直径为φ 38×2.5mm、长 为 30m 的水平直管段 AB,在其中间装有孔径为 16.4mm 的 标准孔板流量计来测量流量,流量系数 Co 为 0.63,流体流 经孔板的永久压降为 6×104Pa, AB 段摩擦系数λ 取为 0.022, 试计算:⑴液体流经 AB 段的压强差; ⑵若泵的轴功率为 800w, 效率为 62%, 求 AB 管段所消耗的功率为泵的有效功 率的百分率。

已知:操作条件下液体的密度为 870 kg/m3,U 形 管中的指示液为汞,其密度为 13600kg/m3。

21.用某板框压滤机恒压过滤, 滤框尺寸为 810×810×25mm。

经过小试测得过滤 常数 , ,操作时的滤布,压差及温度 与小试时相同。

滤饼刚充满滤框时停止过滤,求:①每批过滤时间?②若以清水 洗涤滤饼,洗涤水用量为滤液的 间?③求每只滤框的最大生产率? ,洗涤压差及水温与过滤时相同,求洗涤时 24.有一列管式换热器, 装有φ 25×2.5mm 钢管 300 根, 管长为 2m。

要求将质量 流量为 8000kg/h 的常压空气于管程由 20℃加热到 85℃, 选用 108℃饱和蒸汽于 壳程冷凝加热之。

若水蒸气的冷凝给热系数为 a o =104W/(m2·K), 管壁及两侧污 垢的热阻均忽略不计 , 而且不计热损失。

已知空气在平均温度下的物性常数为 C p =1kJ/(kg.K), λ =2.85×10-2W/(m.K), μ =1.98×10-5(Pa.s), Pr=0.7。

试求: (1)空气在管内的对流给热系数; (2)求换热器的总传热系数(以管子外表面为基准); (3)通过计算说明该换器能否满足需要? (4)计算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度。

化工原理参考答案 第 3 页 共 3 页

化工原理期末试题参考答案和评分标准 一.选择题(每题 2 分) 题号 1 2 3 4 5 答案 C B C C D 二.填空题: (每空 1 分,共 20 分) 11.粘度为零,无流动阻力 12.减小 增大 不变 13.H ~ V η ~ V Na ~ V 转速 14.变大 变小 15.机械密封 填料函密封 16.(  S 6 B 7 D 8 C 9 AD 10 D -ρ 水 )/μ 水 ]/[(  S -  air )/μ air ]。

17.81.55。

18.叶滤机 回转真空过滤机。

19.对流传热(与相同条件下按导热计的导热系数之比) 流动状态的的准数 20.泡核沸腾区 三.计算题 (每题 15 分 共 60 分) 21. (1) 闸阀关闭, 系统内处于静止, 由 U 管处等压面得: ρ 水 g(Z+h)=ρ ∴Z=ρ s s gR R/ρ 水-h =13600×0.35/1000-1.5=3.26m (2)以槽液面为 1-1,管出口内侧为 2-2,管中心线为 基准面,列柏式: Z1+u12 /(2g)+P1 /(ρ g )= Z2+u22 /(2g)+P2 /(ρ g )+∑h f 又∵∑h f =(λ .L/d+∑ζ ). u22/(2g) =(0.02×35/0.1+0.5+0.17)×u22 /(2g)=7.67 u22 /(2g) 则 3.26+0+0=0+ u22/(2g)+0+7.67 u22/(2g) 解得 u2=2.72m/s V =π .d2.u2 /4 =π .(0.1)2×2.72×3600/4=76.87m3/h 22. u =C [2gR( ρ ′ - ρ )/ ρ ]=0.63[2 × 0.69.81(13600-870)/870] o o =8.27m/s u=(do /d)2uo =(16.4/33)2×8.27=2.043m/s W s =2.043×[(π /4)×0.0332]×870 =1.52kg/s ⑴流体流经 AB 段的压强差: 在 A 与 B 两截面间列柏努利方程(管中心线为基准面) 化工原理参考答案 第 1 页 共 3 页

2 Z A g+(p A /ρ )+(u 2 A /2)=Z B g+(p B /ρ )+(u B /2)+  W f Z A =Z B u A =u B /ρ ) =0.022×(30/0.033)×(2.0432/2)+(6×104/870) W f =λ (l/d)(u2/2)+(6×10 =111J/kg ∴p A -p B =ρ  W f =870×111=96570Pa ⑵Ne=800×0.62=496w AB 段所消耗的功率 N:N=W s  W f =1.52×111=168.7w ∴N/Ne=118.7/496=0.34=34% 23.①每批过滤时间 1m3滤饼对应滤液量 12.85m3 , 滤饼刚充满滤框时, 3 得滤液量V  0.81 0.81 0.02512.85  0.211 m ( 2分) 2 则q  V / A  0.211/(2  0.81 0.81)  0.161m3 / m( 1分)  (0.161 ) 2  2  0.161 2.21103  8.23103 F  F  323.6s(1分) ②洗涤时间: 过滤终了时: (dq / d ) E  ( K 8.23 105   2.52  10 4 m 3 /( s  m 2( ) 1分) 2(q  qe ) 2(0.161 0.00221 ) dV dq ) E  ( ) E  A  2.52 10 4  2  0.812  3.31 10 4 m 3 / s(1分) d d dV 1 dV ( ) w  ( ) E  3.31 10 4 / 4  8.28 105 m 3 / s(2分) d 4 d 3 Vw  0.1 0.161 2  0.812  0.0211 m ( 1分)  w  VW /(dV / d ) w  0.0211/(8.28 105 )  255s(1分) ③生产率G :  w  8 J F  8  0.1 323.6  258.88s(2分)  D   F   W  528.48s(2分) 0.161 2  0.812 G   2.5  10 4 m 3 / s(1分)  F W  D 528.48 2 V 24 解:(1) d i =25-2.5×2=20cm=0.02m,G=W/A G=8000/(3600×0.785×0.022×300)=23.59kg/(s.m2) Re=d i u ρ /μ =d i G /μ =0.02×23.59/(1.98×10-5) 化工原理参考答案 第 2 页 共 3 页

=2.38×104 >104 Pr=0.7 L/d i =2/0.025=80 ∴α i =0.023(λ /d i )Re0.8Pr0.4 =0.023×(2.85×10-2/0.02)×(2.38×104)0.8×0.70.4 =90.1W/(m2·℃) (2)管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计 1/K o =1/ i +do/( i ·d i )=1/104+25/(90.1×20) =0.01397(m2·℃)/W ∴K o =71.6W/(m2·℃) (3) Q=W c Pc (t2-t1) =(8000/3600)×103×(85-20)=1.44×105W Δ t m =(Δ t1- Δ t2)/ l n (Δ t1/Δ t2) =[ (108-20)-(108-85)]/Ln[(108-20)/(108-85)] =48.4℃ A o =n  d o L=300×3.14×0.025×2=47.1m2 Q=K o A o /Δ t m 需要 A o ’=Q/K o Δ t m =1.44×105/(71.6×48.4)=41.6 m2 A o ’

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