【化工原理】期末考试总复习题

一、填空或选择题1、雷诺数的表达式如何？如何判别流体的流型？Re=dup/v答：雷诺数Re＜2000为层流状态，Re＞4000为紊流状态，Re＝2000～4000为过渡状态2、如何理解和计算非圆形管道的当量直径d e？答：把水力半径相等的圆管直径定义为非圆管的当量直径3、流体在管中作层流流动时，摩擦阻力损失如何计算？P334、球形粒子在介质中自由沉降时，达到匀速沉降的条件是什麽？层流沉降时，其阻力系数ζ为多少？5、一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，对其保温效果有何影响？其原因是什麽？6、SI制中压力、密度、黏度、温度的单位？7、流体在圆形直管内层流流动时速度分布曲线的形状，管中心处点速度与管内平均速度的关系？8、离心泵用出口阀门调节流量实质上是改变什麽曲线，用改变转速调节流量实质上是改变什麽曲线？答：改变管路特性曲线; 改变离心泵特性曲线9、由多层等厚平壁构成的保温层中，某层材料的热导率与该层的热阻和两侧的温度差之间的关系？10、在对流传热系数的无量纲特征数关联式中，__雷诺数____________代表了流动类型和湍流程度对对流传热的影响；___普朗特数______________代表了流体的物性对对流传热的影响。

11、计算突然扩大或突然缩小的局部阻力损失时，应采用小管还是大管的流速计算？12、套管冷凝器的管间走饱和水蒸汽压力一定，管内空气进口温度一定，当空气流量增加时，传热系数K如何变化？13、在间壁式换热器的热交换过程中，热阻较小而常可予以忽略不计的热阻是什麽？14、某吸收过程，已知气膜吸收系数k y=2 kmol/(m2·h)，液膜吸收系数k x=4 kmol/(m2·h)，由此可判断该过程为什麽控制？15、斯蒂芬—波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与温度成何关系？16、常压、25℃低浓度的氨水溶液，若氨水上方总压增加，则亨利系数E如何变化？相平衡常数m 如何变化？17、在吸收塔设计中，传质单元高度和传质单元数对吸收塔设备效能的高低和吸收过程的难易程度有何影响？18、精馏操作的依据是什麽？精馏操作得以实现的必要条件是什麽？19、当增大操作压强时，精馏过程中物系的相对挥发度如何变化？塔顶温度如何变化？塔釜温度如何变化？20、牛顿型流体粘度随温度t 的变化规律如何？21、如何理解和应用质量守恒定律？22、离心泵在一定管路系统下工作时，在什麽情况下工作点压头与被输送液体密度无关？23、在重力场中，单个固体颗粒在流体中的自由沉降速度与什麽因素无关？24、恒压过滤时的过滤速率将随操作的进行而如何变化？25、在间壁式换热器中，为了提高K ，应如何改变α1和α2？26、多层圆筒壁稳态导热时，其内外层热流密度q 哪个大？内外层热流量Q 哪个大？27、气体吸收的相平衡关系为y=mx 时，当m 很小的溶质溶解在吸收液中时，吸收过程为什麽控制？28、比较下列情况下列管式换热器平均传热推动力的大小，逆流和并流：一侧流体恒温（如蒸汽冷凝），另一侧流体温度发生变化，两种流型下两流体的进、出口温度相同，则Δt m ，并流与Δt m ，逆流哪个大？29、亨利定律适用于什麽溶液？其气液平衡曲线的形状如何？30、吸收塔中液体进口浓度为零，m 为常数时，最小液气比（L/G ）min 与回收率η的关系如何？31、在进入阻力平方区之前，管内u 增大时，其摩擦系数λ和阻力损失h f 如何变化？32、离心泵在启动之前应如何操作？二、 计算题1、贮槽中的石油用泵以40m 3/h 的流量经Φ108×4mm 的管子输送到高位槽，两槽液位差为20m ，管子总长为450m （含各种管件及阀门的当量长度）。

试计算输送50℃石油所需的外加机械能。

设两槽液面恒定不变，50℃石油的密度为890kg/m 3，黏度为0.187Pa·s 。

解：油在管内的流速为240/3600 1.415/0.7850.1u m s ==⨯因为890 1.4150.1Re 67320000.187ud ρμ⨯⨯===< 故此流动为层流64640.0951Re673λ===22450 1.4150.095143.67/428.4/20.129.81e f l l u h J N J kg d g λ+=⋅⋅=⨯⨯=⨯∑∑或取贮槽液面为1-1截面，高位槽液面为2-2截面，并以1-1截面为基准面，在两截面之间列机械能恒算方程2211221222f p u p u z He z h ggggρρ+++=+++∑式中1212120,20,0(),0,43.67fz z m p p u u hm =====≈=∑表压2、某一敞口低位槽中盛有质量分数为98%的浓硫酸（20℃）。

现用一台离心泵以以3150mh -⋅的流量经内径=100mm 的管道将硫酸输入某一敞口高位槽。

两槽液面高度维持不变，两液面间的垂直距离为35m ，钢管总长为180m ，管件、阀门等的局部阻力为管道阻力的25％。

浓硫酸密度为31861kg m -⋅。

取流体在管道内的摩擦系数03.0=λ4，泵的效率为η＝0.60，试求泵的轴功率。

解:在两液面间列柏努利方程得：∑+++=+++fe H gp g u Z H g p g u Z ρρ22221211221212120,35m,0,0,Z Z u u p p ==≈≈=235e f fH Z H H ∴=+=+∑∑1250 1.769m s 36000.7850.10V u A -===∙⨯⨯22224180 1.769() 1.250.034 1.2512.2020.1029.81f u l H mH SO d g λ=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=⨯∑液柱3512.2047.20m e H =+=5047.2018619.8111968W 3600e e N Q H g ρ⨯⨯⨯=⋅⋅⋅==1196819947W=19.95kW 0.60eN N η===3、管路用一台泵将液体从低位槽送往高位槽。

输送流量要求为2.5×10-3m 3/s 。

高位槽上方气体压强（表压）为0.2MPa ，两槽液面高度差为6m ，液体密度为1100kg/m 3。

管路Φ40×3mm ，总长（包括局部阻力）为50m ，摩擦系数为0.024。

求泵给每牛顿流体提供的能量为多少？解：取低位槽液面为1-1截面，高位槽液面为2-2截面，并以1-1截面为基准面，在1-1和2-2截面间机械能衡算2211221222f p u p u z H z H g g g gρρ+++=+++…………………………3分 1212120,6,0,0,0,0.2z z m u u p p MPa ====== …………………………3分2250 2.750.02413.65/20.03429.81e f l l u H J N d g λ+==⨯⨯=⨯∑…………………………3分322 2.510 2.75/0.7850.0344vq u m s d π-⨯===⨯ …………………………3分60.210613.6538.1/11009.81H J N ⨯=++=⨯ …………………………3分4、已知某套管换热器内管为φ38×2.5mm ，外管为φ57×3mm ，甲苯从72℃冷却到38℃，流量为2730kg/h ，c p =1.84 kJ/(kg·K)，ρ=835 kg/m 3,μ=0.42×10-3 Pa·s ，λ=0.128 W/ (m·K)．求套管换热器环隙中甲苯对内管壁的给热系数． 解：环隙面积()()2222420.0510.0389.091044A D d m ππ-=-=-=⨯内外427301.0/9.0910*******m q u m s A ρ-===⨯⨯⨯0.0510.0380.013e d D d m =-=-=内外430.013 1.0835R e 2.58510100000.4210e d u ρμ-⨯⨯===⨯>⨯ 331.84100.4210Pr 6.040.128p c μλ-⨯⨯⨯===0.80.30.023Re Pr ,0.3en d λα=⨯⨯⨯=被冷却()()()0.80.3420.1280.023 2.58510 6.040.0130.0239.853388 1.7151316.4/W m K α∴=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=⋅5、工厂有一套管换热器， 丙酮在管内 （管子用φ25×2.5mm 钢管）从20℃加热至50℃， 流量为1000 kg/h ．环隙内加热剂为90℃的水，流量450 kg/h ． 采用逆流操作，已知总传热系数K 为930 W/(m 2·K)．求传热面积A （m 2）和所需钢管长度L （m ）? 已知丙酮平均定压比热为 2.26 kJ/(kg·K)，水的比热为 4.20 kJ/(kg·K)）．解：1221905020T T t t →←℃℃℃()()11122221m p m p q c T T q c t t -=-()()321000450 4.2090 2.26502018.83103600T W ⨯⨯-=⨯⨯-=⨯254T =℃112905040t T t ∆=-=-=℃221542034t T t ∆=-=-=℃……………………………121212403436.937402ln ln34m m t t t t t t t t ∆-∆∆+∆-∆===∆==∆∆℃或℃3218.83100.54893036.9m Q A m K t ⨯===∆⨯ 30.54873.142510A l m d π-===⨯⨯6、温度为99℃的热水进入一个逆流式换热器，并将4℃的冷水加热到32℃。

冷水的流量为1.3kg/s ，热水的流量为2.6kg/s ，总传热系数为830 W/ (m 2·K)，试计算所需的换热器面积。

假定冷水和热水的比热均为4175 J/ (kg·K)。

解：122199324T T t t →←℃℃℃()()11122221m p m p q c T T q c t t -=- …………………………………4分 ()()22.6417599 1.34175324T ⨯⨯-=⨯⨯-285T =℃ ………………………………………………4分 112993267t T t ∆=-=-=℃ …………………………1分 22185481t T t ∆=-=-=℃ ………………………………1分 1212678173.867ln ln81m t t t t t ∆-∆-∆===∆∆℃ ………………………………2分()21.34175324 2.4883073.8mQ A m K t ⨯⨯-===∆⨯ ………………………3分7、空气中的苯蒸汽在填料塔中用煤油逆流吸收，入塔空气含苯2%（摩尔分率，下同），入塔煤油中含苯0.02%，要求苯回收率不低于99%，操作条件下相平衡关系为y e =0.36x ，入塔气体摩尔流率为0.012kmol/(m 2·s)，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍，总传质系数K y a=0.015kmol/(m 3·s)．试求(1)煤油用量L 和(2)填料层高度h ． 解：（1）212min120.020.00020.0120.0043/()0.020.00020.36e y y L G kmol m s x x --=∙=⨯=∙--32min 1.5 6.4510/()L L kmol m s -==⨯∙（2）一、对数平均推动力法()130.0120.020.00020.00020.03706.4510x -=-+=⨯2220.00020.360.00020.000128y y mx ∆=-=-⨯=10.00668y ∆= 12120.00166ln m y y y y y ∆-∆∆==∆∆ 120.020.000211.930.00166OG my y N y --∴====∆ …0.0120.80.015OG y G H m K a=== 0.811.939.54OG OG h H N m =∙=⨯=或 二、吸收因数法10.360.01210.6710.330.00644mG ALA⨯===-=1222111ln 11110.020.360.0002ln 0.330.670.330.00020.360.000211.98OG y mx N A y mx A A-=-⨯+---⨯=⨯+-⨯=⎡⎤⎛⎫⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦⎡⎤⎢⎥⎣⎦0.0120.80.015OG y G H m K a===0.811.939.58O G O G h H N m=∙=⨯=故所需的外加机械能为2043.6763.67/624.6/He J N J kg =+=或8、空气中的丙酮蒸汽在填料塔中用清水吸收，丙酮初含量为3%（V%），混合气流量0.02kmol/(m 2·s)，在常压和20℃下操作，平衡关系y=1.75x ，K y a=0.016kmol/(m 3·s)，要求回收率为98%．若出塔水溶液中丙酮浓度为饱和浓度的80%，求所需水量和填料层高度． 解：12110.030.98y y y y ϕ-===()42110.98 6.010y y -=-=⨯12100.80.01371.75y x x ==⨯=()()()()2420.013700.02/0.03 6.0100.0429/L kmol m s L kmol m s-⨯-=⋅-⨯=⋅⎡⎤⎣⎦111.75 1.750.01370.024e y x ==⨯=221.750e y x ==31110.030.024 6.010e y y y -∆=-=-=⨯44222 6.0100 6.010e y y y --∆=-=⨯-=⨯343123142 6.010 6.010 2.35106.010ln ln 6.010m y y y y y -----∆-∆⨯-⨯∆===⨯∆⨯∆⨯ 41230.020.03 6.010 1.2512.515.60.0162.3510y my y G h m K ay ----⨯=⨯=⨯=⨯=∆⨯。