化工原理半期考题答

四川理工学院半期测试卷（2015至2016学年第2学期）
课程名称： 化工原理（上）
适用班级：工艺、安全、应化、环境、能化、生工卓越、食品卓越14级等 考试 2016年 4月 日 共 页
注意事项：
1、 满分100分。

用蓝（或黑）色墨水的钢笔、签字笔、圆珠笔书写，要求卷面整
洁、字迹工整、无错别字。

2、 考生必须将姓名、班级、学号完整、准确、清楚地填写在试卷规定的地方，否
则视为废卷；考生只能带不具有存贮功能的计算器，而不能带文曲星、草稿纸进入考场，考试过程中不能借用其他同学的考试用具。

3、 考生必须在签到单上签到，若出现遗漏，后果自负。

4、 请将答案写在指定位置，否则不得分。

试 题
一、简答与分析（每题10分，共30分）
1. 判断下图所示的U 形管压差计两管中指示剂液面高低的画法是否正确，并说明
理由。

设管内流动的是理想流体。

答：正确。

因为管内流动的是理想流体，理想流体粘度为0，所有流动过程能量损失为零。

而U 形管压差计的读数反应的就是所测管路的势能差（即能量损失），即读数应为0。

2.离心泵从河中抽水，当河面水位下降时，泵提供的流量如何变化，解释原因。

答：河面水位下降，Z ∆↑。

2e e H K BQ =+，∵p
K Z g
ρ∆=
+∆,∴K ↑，管路特性曲线上移，工作点上移 故泵提供的流量下降，压头增大。

3、不可压缩流体在均匀直管内作稳定流动时，其平均流速沿流程减小，这种说法对吗？为什么？ 答：不对。

由连续性方程知道，22
1122u d u d =，流速与管径的平方成反比。

题为不可压缩流体在均匀直管内流动，即等直径管流动，故流速不变，不会沿流程减小。

二、用水泵向高位水箱供水（如附图所示），管路流量为150m 3/h ，泵轴中心线距水池液面和水箱液面的垂直距离分别为2.0m 和45m 。

泵吸入管与排出管分别为内径205mm 和内径180mm 的钢管。

吸入管管长50m （包括吸入管路局部阻力的当量长度），排出管管长200m （包括排出管路局部阻力的当量长度），吸入管和排出管的管壁粗糙度均为0.3mm ，水的密度1000 kg/m 3，粘度1.0×10-3 Pa ﹒s ，泵的效率为65%，
圆管内湍流摩擦系数用下式计算：23
.0Re 681.0⎪
⎭
⎫ ⎝⎛+=d ελ。

试求：（1）吸入管和排出管内的流速、雷诺数各为多少？各属于哪种流动类型？
（2）泵吸入口处A 点的真空表读数？ （3）泵的轴功率？（20分）
解：（1）2150
==1.263/36000.7850.205
Vs u m s A =
⨯⨯入入 2
150==1.638/36000.7850.18Vs u m s A =
⨯⨯出出
3
5
3
0.2051000 1.263Re =
2.59104000110d u ρμ
-⨯⨯=
=⨯>⨯入入
入，湍流 53
0.181000 1.638
Re =
2.95104000110
d u ρμ
-⨯⨯=
=⨯>⨯出出
出，湍流 （2）以水池液面为1—1’，泵吸入口处A 点为2—2’截面，1——1’为水平基准面，在两截面间列伯式。

22
1
122
121222
f p u p u gZ gZ h ρρ++=+++∑
其中，10Z =，10p =（表压），10u =，22Z m =，2 1.263/u m s =
0.23
0.23
5680.3680.10.10.0231Re 205 2.5910d ελ⎛⎫
⎛⎫
=+=⨯+= ⎪
⎪
⨯⎝⎭
⎝⎭
入
22
12
50 1.2630.0231 4.49/20.2052
f L u h
J kg d λ=⋅⋅=⨯⨯=∑
将各数据代入上式有：2
2 1.26309.812 4.4910002p =⨯+
++ 解得224.9p kPa =-（表压），即真空表读数为24.9kPa 。

（3）以高位水箱液面为3—3’截面，2—2’为基准水平面，在2—2’与3——3’截面
间列伯式，有
22
332
2
232322
f p u p u gZ We gZ h ρρ+++=+++∑
其中，20Z m =，2 1.263/u m s =，224.9p kPa =-（表压），345Z m =，30p =（表压），
30u =，0.23
0.23
5680.3680.10.10.0237Re 180 2.9510d ελ⎛⎫⎛⎫
=+=⨯+= ⎪
⎪
⨯⎝⎭
⎝⎭
出
22
23
200 1.6380.023735.33/20.182
f L u h
J kg d λ=⋅⋅=⨯⨯=∑
将各参数代入上式有
2
24.91000 1.2639.814535.3310002
We -⨯++=⨯+ 500.88/We J kg =
150
500.88100020.873600
e e s e s N W W W V KW ρ=⋅=⋅⋅=⨯⨯
=
20.87
32.110.65
e
N N KW η
=
=
=
三、某敞口高位槽（液面维持恒定）与内径为100mm 的钢管相连，槽内为常温水，直管总长30m ，有90度弯头3个，闸阀（全开）和球阀（全开）各1个，水从管口流出。

问欲得到每小时22.7m 3的排水量，槽内水面应比管出口高多少m ？（取λ＝0.0256，由容器入管口ζ＝0.5， 管子出口ζ＝1.0，闸阀全开ζ＝0.17，球阀全开ζ＝6.0，90度弯头ζ＝0.75）。

（20分）
解：取高位槽液面为1—1’，管出口外侧为2—2’，以管出口中心线为基准水平面，在两截面间列伯式有
22
1
122
121222
f p u p u gZ gZ h ρρ++=+++∑
其中，10p =（表压），10u =，20Z m =，20p =（表压），20u =，
222.70.803/36000.7850.1
Vs u m s A =
==⨯⨯ 22
300.803
()=0.025630.750.17 6.00.5 1.020.125.674/f L u h d J kg
λζ⎛⎫=+⨯+⨯++++⨯
⎪⎝⎭
=∑∑ 将各数据代入上式有1 5.674
0.5789.81
Z m ==
四、库房内有两台离心水泵，单台泵的特性曲线方程为： H=25－1×106Q 2 。

现需要从水池向高位槽送水，管路特性曲线方程可近似表示为：H e e e =10＋1×105Q e 2 。

上述两式中Q 的单位为m 3/s ，H 的单位为m 。

根据生产工艺，管路中水的流量必须大于的要求21m 3/h 。

试问：1）采用一台库存型号的离心水泵能否满足生产的需要？2）采用两台库存型号的离心水泵进行组合操作能否满足生产的需要？（设输水过程为定态流动）（15分） 解：（1）联立泵特性方程和管路特性方程求解 H=25－1×106Q 2 H e e e =10＋1×
105Q e 2 330.00369/13.29/Q m s m h ==<21 3/m h
故一台离心泵不能满足生产需要。

（2）若采用两台相同型号的泵进行并联组合，则组合泵的特性方程为
2
6
522511025 2.5102Q H Q ⎛⎫
=-⨯=-⨯ ⎪⎝⎭
与管路特性方程H e e e =10＋1×
105Q e 2联立求解得 3
3
0.006547/23.57/Q m s m h ==>21 3
/m h ，满足生产需要。

五、今需选择一台合适的水泵，将河中的水送至高位水槽中，已知输送管道采用φ108×4mm 的钢管，管内流速为2m/s ，管路特性曲线方程为He=22＋2.48×104Qe 2（式中Qe 的单位：m 3/s)，现仓库有下列几种型号的离心泵。

问：（1）可否从中选用一台合适的使用；（2）当地大气压为10mH 20，输送水温为20℃，试计算你所选用泵的安装高度，设吸入管路和压出管路的压头损失分别为1m 和4m ，动压头忽略不计。

（15分） 泵型号 一 二 三 四 Q （m 3/h ） 30 60 56 58 H （m ） 20.5 50 28.8 30 Hs （m ） 5.7 5.6 6.9 4
解：管路所需流量2
3
3
20.7850.10.0157/56.52/Qe uA m s m h ==⨯⨯== 所需压头42
22 2.48100.015728.11He m =+⨯⨯=
从泵的性能表中可以看出，四号泵提供的流量3
58/Q m h => 3
56.52/Qe m h =，压头
30H m => 28.11He m =，故可以选用四号泵。

（2）输送条件与实验条件一致，故Hs 不需校正。

2
1,014132s f u Hg H H m g
-=--=-=。