化工原理(上)考试卷B(答案)

2008─2009学年 第1 学期《化工原理》试卷参考答案及评分规范（B 卷）注意：1. 本试卷共 3 页；2. 考试方式为闭卷，考试时间为120分钟；3. 姓名、学号必须写在指定地方。

一、填空与选择题（共30分）1.（3分）如果流体为理想流体且无外加功的情况下，写出： 单位体积流体的机械能衡算式为⎽⎽⎽⎽常数=++=p u gz E 22ρρ⎽⎽⎽；单位质量流体的机械能衡算式为⎽⎽⎽⎽常数=++=ρpu z E 2g 2⎽⎽⎽⎽； 单位重量流体的机械能衡算式为⎽⎽⎽常数=++=g p g u z E ρ22⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽；2.（4分）如图(a)、(b)、(c)、(d)所示为同一管路U 型管的四种不同安装方位，管路内A 、B 两点安装水银压差计。

若管内水流速相同，流向如图所示，则(1)比较R l 、R 2、R 3、R 4的大小： R 1＝R 2＝R 3＝R 4；(2)试以大小为序，列出四种情况A、B 两点的压差：d ＞b ＞a ＞c 或 (R 4＞R 2＞R 1＞R3)。

3．（2分）并联管路中各管段压强降相等；4．（2分）流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用（B ）流量计测量。

A 孔板流量计；B 皮托管；C 文丘里流量计；D 转子流量计 5．（2分）有人认为泵的扬程就是泵的升扬高度，有人认为泵的轴功率就是原动机的功率，我认为（ B ）。

A 这两种说法都对；B 这两种说法都不对；C 前一种说法对；D 后一种说法对。

6．（2分）板框压滤机洗涤速率与恒压过滤终了的速率的1/4这一规律只在（D ）时才成立。

A 滤液的粘度与洗涤液的粘度相同；B 过滤时的压差与洗涤时的压差相同；C 过滤时的压差与洗涤时的压差相同，滤液的粘度与洗涤液的粘度相同，而且过滤面积与洗涤相同；D 过滤时的压差与洗涤时的压差相同且滤液的粘度与洗涤液的粘度相同。

7．（2分）过滤介质阻力忽略不计，下列恒压过滤循环中那种生产能力最大（B ）（τ为时间）A τ洗涤=τ过滤+τ辅；B τ过滤=τ洗涤+τ辅；C τ洗涤+τ过滤=τ辅；D τ过滤=τ洗涤； 8．（3分）过滤常数K 是过滤过程中的一个重要参数。

由K 的计算可知，K 与过程推动力p ∆、滤饼性质（压缩指数s 、比阻r 0）、滤浆性质（μ，c ）有关。

9．（3分）沸腾有膜状沸腾和核状沸腾，工业上沸腾装置一般按核状沸腾设计和操作。

10．（4分）在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K 接近于空气侧的对流传热系数，而壁温接近于饱和水蒸汽侧流体的温度值。

11．（1分）分子扩散中菲克定律的表达式为⎽⎽dzdC D J AABA -=。

12．（2分）单向扩散中漂流因子C 。

A =1 ；B <1 ；C>1 ； D 不一定二、分析与简答题：（20分）1．简述化工原理研究的内容及学习的目的。

（5分）答：化工原理主要研究化工生产过程中公有物理过程（单元操作）的原理，通过对过程进行计算，设计出满足过程的设备；各种化工产品的生产过程可以由这些单元操作与单元过程组合而成。

其目的是：清楚各单元过程及原理；掌握过程及设备开发的基本方法与原则；学会分析与解决化工生产中的实际问题；了解各单元过程的强化途径。

2.用离心泵将20℃的清水从水池送往敞口的高位槽。

在泵的入口和出口分别装有真空表和压强表。

泵在一定转数、阀门C 在一定开度下，测得一组数据：泵的流量V 、压头H 、功率N 、真空度p 1、压强p 2。

现分别改变如下某一条件，试判断上面五个参数将如何变化：①将泵的出口阀C 的开度加大；②泵的转数提高；（8分）答：①加大阀门C 的开度，V ↑；H ↓；N ↑真空表的读数↑( P 1↓)；泵出口压强表读数P 2↓②n ↑；V ↑、H ↑、N ↑；泵入口真空度和出口压强都上升。

3．概述边界层分离现象？（4分） 答：⑴流道扩大必然产生逆压强梯度。

⑵逆压强梯度与剪应力共同作用容易造成边界层分离。

⑶边界层分离产生大量旋涡，造成了形体阻力，消耗了机械能。

4．在强化传热的过程中，为什么要想办法提高流体的湍动程度? （3分） 答：由于对流传热的热阻主要集中在层流底层内，提高流体的湍动程度能减薄层流底层的厚度，可以提高传热效果。

三、计算题（4题，共50分）1．如图所示，水由高位水箱经管道从喷嘴流出，已知d 1=125mm ，d 2=100mm ，喷嘴d 3=65mm ，差压计读数R=80mm 汞柱，若忽略阻力损失，求H 和p A [表压Pa]。

（13分）[解]：在两测压点间分别列机械能方程有：p 2222212112u 2u gz p gz p ++=++ρρ 2u -u )(21222121=-+-z z g p p ρ（a ）由静力学方程得：（取等压面a-a ）gR p gR z z g p H g 2211)(ρρρ+=+-+gR z z g p p Hgρρρρ-=-+-)(2121（b ） 由a 、b 两式得：13-2122.89.91080.81910001000136002u -u -=⨯⨯⨯-=-=kg J gR Hg ρρρ（c ）（4分） 由连续性方程得：122122112u 25.1)100125(u )(u u ===d d 代入式c 得： 89.92)u 25.1( 21212⨯=-u 1u =3.70m.s -1 78.570.3.251u 22=⨯=m.s -1喷嘴处68.13)65125(.703)(u u 223113=⨯==d d m.s -1（3分）对水箱顶部液面和喷嘴出口两截面间列柏努利方程得：m g u H 54.981.9268.1322213=⨯==（2分）在0-0与压力表接口处间列柏努利方程得：ggu H ρA2p 212+=Pa u gH 322A 109.761000278.5.54981.910002p 12⨯=⨯-⨯⨯=-=ρρ（3分）2．某离心泵，n =1480r/min ，特性方程为H =φ(Q )=38.4-40.3Q 2(Q ,m 3/min)，管路两端有ΔZ +Δp /ρg =17.8m 。

管径为φ76×4mm ，管长(含所有局部阻力当量长度)l +∑l e=1360m ，λ=0.03。

求：工作点的输液量Q 、压头H ？（10分） 解：252252e 26081.9068.014.3136003.088.16π)(88.16⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯+=++=+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∑Q Q g d l l KQ g p Z H λρΔΔ（5分）⎩⎨⎧=-==+=)(3.404.38)(6458.1722Q Q H Q f Q H φ 联立求解可得：Q =0.173m 3/min ，H =37.15m （5分）3．水以一定流速在直管中作湍流流动，若管壁温度不变为380K ，水的进出口温度分别为290K 及295K ，若水的流速增加一倍，则水的出口温度变为多大？（15分）解：已知K t w 380=，K t 2901=，K t 2952=，水湍流流动，需对水侧作热量衡算可求2t '。

一般情况，水的进出口温差小于10℃，那么温度对物性参数影响较小，因此可以认为水的物性参数保持不变。

由题意知， 流速改变前：m pc c pc c t A C W t t C W Q ∆=-=-=α)290295()(12（1）流速改变后：m pc c pc c t A t C W t t C W Q '∆'=-'=-'='α)290(2)(2212（2）（3分）流速改变前流速改变后380K 380K 380K 380K290K 295K 290K 2t ' 则C t m ︒=-+-=∆5.872)295380()290380( 24702)380()290380(22t t t m'-='-+-='∆（3分）又4.08.0)()(023.0λμμρλαp i i C u d d =（3）（3分） 因物性参数不变，则：74.12)(8.08.0=='='u u αα（4）（3分） （1）/（2），并将各参数带入，可得：247074.15.87)290(2522t t '-⨯=-' K t 4.2942='（3分） 4．某粒子的密度为1700kg/m 3，在20℃的水中沉降，过程符合斯托克斯定律，其沉降速度为10mm/s 。

今将该粒子放入一待测粘度μ的溶液中，此溶液的密度为ρ=750kg/m 3，测得沉降速度为4.5mm/s 。

求溶液的粘度是多少？在20℃时μ水=1.3×10-3P a S 。

（12分） 解：沉降符合斯托克斯定律，则有()()()()sP u u u a yeO H s yeO H s ye O H s t 33222109.35.410001700103.1750170010--⨯=⨯-⨯⨯-⨯=--=⇒-∝μμρρμρρμρρ。