大连理工大学化工原理考试部分试题修订版1

一．填空
1．生产装置中安装液封装置的目的：一是为了确保设备的安全，二是（防止气体泄漏）。

2.非牛顿性流体是指（不符合牛顿粘性定律的流体）。

3.流体在圆形直管内做稳定层流流动时，其平均速率于管内中心速率的比值为（0.5）。

4.边界层厚度的定义是（速度达到0.99u∞处与壁面的法向距离δ）。

5.两管路甲、乙串联，若两管路的长度相同，甲管内径是乙管内径的2倍，且两管内的流动均为稳定层流，则甲管的质量流量与乙管质量流量的比值为（1）
6.圆管内流体完全湍流流动时，当流体的速度增加1倍时，流体的阻力增加为原阻力的（4）倍。

7.孔板流量计是定（截面），变压差的流量计。

8.离心泵在开泵之前泵内没有充满液体，可能会发生（气缚）现象。

9……15看不清
16. 某列管式换热器的内外两侧流体的表面传热系数分别为5800W/(m2•℃)和640W/(m2•℃)，为强化过程的传热，应采用措施增加（外）侧的表面传热系数。

17. 当蒸汽管路的外直径（大于）临界半径时，在蒸汽管道外侧家保温层一定能够保温。

18.一球形小石英颗粒，在空气中在层流区沉降，若颗粒的直径减为为原来的80%，则其沉降速度将变为
原来的（0.64）倍。

19.液体沸腾的必要条件：一是要有（气化核心），二是液体必须过热。

20.一切物体的发射能力和吸收率的比值等于同温度下黑体的发射能力。

21.列管是换热器根据温度补偿方式的不同可以分为：（浮头式换热器），U型管是换热器，以及固定管
板式三种形式。

22.平流加料主要应用于蒸发过程中（液体易结晶）的场合。

23.改变旋风分离器的操作条件，使其临界直径减小，则其分离总效率（增大）。

24在蒸汽冷凝传热中，不凝气体的存在是冷凝表面的传热系数（降低）。

二、简答题
1.离心泵的部件（3个以上）
答：蜗壳，叶片，底阀，滤网，泵轴，调节阀等（见教材P86）
2.给出大容积饱和沸腾曲线，并表明相应的点及区域
答：见教材P277 图 4.4.23
3.蒸发操作中溶液沸点升高的原因有哪些？
答：1）溶液蒸汽压降低引起的沸点升高
2）液柱静压头引起的沸点升高，溶液内部沸点，按平均压力计算：
3）二次蒸汽阻力损失引起的沸点升高用冷凝器压力计算二次蒸汽温度时，需考虑。

（详见书P360）. 三，有一单壳程多管程换热器，换热管长为3m，直径为φ25*2.5mm。

水以0.7m/s的流速在管内流过，并从20℃被加热到60℃。

流量为13140kg/h，温度为97℃笨的饱和蒸汽在管外被冷凝成同温度的液体。

=10000w/(m2.℃)，管程污垢热阻为笨的相变热为400kj/kg。

已知壳程蒸汽冷凝表面传热系数h
0.0003m2℃/w，壳程污垢热阻为0.0002 m2℃/w。

水的有关物性为;密度为995kg/m3，定压比热容为4.18kj/（kg.℃）,粘度为0.3315*10-3Pa.s，热导率为0.678w/(m.℃)。

忽略管壁热阻和热损失，试求
(1)水用量
(2)管内表面传热系数
(3)完成换热任务所需的换热面积
(4)换热器的管程数（取整）
(5)维持该换热器结构参数不变，仅将其改为单管程列管换热器，定性分析在水流量和入口温度不变的
条件下，被冷凝的笨蒸汽流量和水出口温度如何变化？
四，一板框过滤机共有10个滤框，框的尺寸是800mm*800mm*25mm.过滤操作在20℃，恒压下进行，过
滤常数K=4*10-5 m2/s,介质单位过滤面积当量滤液量q
e
=0.02m3/m2,滤饼体积和滤液体积之比α=0.1m3/m3。

每次过滤后的卸渣，重装等辅助时间为15min，滤饼不洗涤，切不可压缩。

（1），求滤框全部充满所需的过滤时间。

（2），现用一回转真空过滤机代替上述半框过滤机，所用滤布与板框过滤机一样，过滤压差相同。

此回转真空过滤机的直径为1.5m,长度为1.0m,浸没角为120°。

求达到相同的生产能力时回转真空过滤机的转速为多少？
参考公式：V
h =3600[A)
&
(2Te
n
n
k -nV
e
]
五、（23分）用一台离心泵将敞口水池中的水密度为（1000kg/m3）送至一表压为62kpa的水洗塔塔顶。

其流程如题图所示，一直离心泵的入管段长度（包括局部阻力的当量长度）为60m，泵出口阀全开时排出管线长度为200m（包括除管路出口突然扩大以外的局部阻力），全部管路均用φ108*4mm的碳钢管，管内流体流动摩擦系数为0.025，泵的特性曲线方程为H=35-0.01qv2（其中H的单位为m3/h）其他数据如图所示。

试求：
（1）泵出口阀全开是管路的特性曲线方程。

（2）泵出口阀全开时的工作点。

若离心泵的效率为80%. 泵的轴功率。

（3）离心泵入口处的真空表的读数是多少？
（4）为满足生产的要求，输送水的流量需要增加15%，如果采用的叶轮直径比原直径增大5%，问该泵能
否满足要求？
（5）由于生产波动，塔顶表压降低，定性分析系统中输水系统中输送水的流量如何变化，并图示工作
点的变化。

一、（30分）填空题
1. 流体的压力处处与它的作用面，并且总是指向流体的作用面。

B
A. 平行
B. 垂直
C. 成45o夹角
D. 成60o夹角
2. 现场真空表的读数为8×104Pa，则该处绝对压力为（当时当地大气压为1×105Pa）。

3. 流体在圆直管内层流流动时，平均流速与最大流速的比值为__0.5____ 。

4. 管内流体处于完全湍流流动区，当流体的速度增加至原来的2倍时，流动阻力增加至原来的_______4____倍。

5. 转子流量计为__A____流量计。

（ A 定压差变截面式 B. 变压差定截面式 C. 变压差变截面式 D. 定压差定截面式）
6. 离心泵启动时应_关闭_____出口阀。

（A. 半开 B. 全开 C.关闭）
7. 当用离心泵输送50°C时的清水时，实际最高效率点处的流量比样本上给出的流量_减小_____。

（A. 减小 B. 增大）
8. 离心泵的安装高度大于其允许的安装高度，容易发生___汽蚀___ 。

9. 多级压缩时，为了节省轴功，多采用各级压缩比___B___ 。

（A. 逐渐减小 B. 相等 C. 逐渐增大 D. 不确定）
10. 流体层流流动时，动能校正因子为___________ 。

11.某一量纲一定的物理方程，物理量数目为7，用来表示这些物理量的基本量纲数目为4，则量纲为一（无因次）的数群数为 3
12. 离心泵内损失包括_____水力损失____，容积损失和机械损失。

13. 对于球形颗粒，其球形度__小于___1。

（A. 等于 B. 大于 C. 小于）
14. 对于非球形颗粒，其等体积当量直径__小于______其等比表面积当量直径。

（A. 等于 B. 大于 C. 小于）
15. 改变旋风分离器的操作条件，使其临界半径减小，则其分离总效率____B____
（A. 不变 B. 增大 C. 减小）
16. 通过流化床层的流体速度增加，床层阻力___A___。

（A. 基本不变B. 增大C. 减小）
17. 叶滤机的洗涤方法是____置换_______洗涤法。

18. 在流化床阶段，B系统易出现聚式流化现象。

（A. 液-固B. 气-固 C. 液-液）
19. 回转真空过滤机转速提高1倍，其它条件不变，其生产能力是原来的____1.41__ 倍。

20. 若小雨滴在下降过程中与其他雨滴发生合并，雨滴直径增大了20%，则雨滴合并前后的自由沉降速度比为1.44 （假设雨滴在下降过程中始终处于层流区）。

21. 流化床倾斜时，床层表面____B__。

（A.随之倾斜B.保持水平C.无法确定具体状态）
22 .蒸汽冷凝可分为滴状冷凝和____膜状冷凝____________ 冷凝两种。

23. 无相变的对流传热温度梯度集中在_________热边界层_______________以内。

24. 在蒸汽冷凝传热中，不凝性气体的存在使冷凝表面传热系数 C
（A.不变 B. 增大 C. 减小 D. 无法确定）
25. 气体辐射的特点是______对波长具有选择性___________和在整个体积内进行。

26. 传热基本方式有热传导、热辐射和___对流传热________三种。

27. 换热器中传热管常见的排列方式有正方形和______正三角形___________ 两种。

28．蒸发器工作一年后处理量下降，可能的原因是___管污垢热阻增大___________。

29. 平流加料流程主要适用于_____液体容易结晶______________________的场合。

30．蒸发操作溶液沸点升高的原因（1）____溶液蒸汽压降低____________，（2）液柱静压头,（3）二次蒸气阻力损失。

二、（28分）有一离心泵，其特性曲线为H=125-4.0×10-3qV2，（qV的单位：m3/h），转速为2900转/分，现拟用该泵将水库中的水送到高度为58.5m的常压高位水槽，输送管路的管内径均为150mm，当泵出口阀门全开时，管路总长（包括局部阻力当量长度）为900m。

已知水的密度ρ=1000kg/m3，摩擦系数为0.025。

1.5m 58.5m
1. 若该泵的实际安装高度为1.5m，吸入管总长（包括局部阻力当量长度）为60m，求系统流量在80m3/h时泵入口处的真空度为多少（kPa）。

2. 求出口阀门全开时管路的特性曲线。

3. 求该泵在出口阀门全开时的工作点，若泵的效率为70%，求泵的轴功率。

0.5m
4. 若用出口阀将流量调至80m3/h, 求由于流量调节损失在阀门上的压头是多少米。

5. 若降低泵的转数，图示说明在泵出口阀门全开的条件下，泵工作点的变化情况。

支路2
支路1
三、（7分）如图所示一管路系统，将水送至两同样高度的常压高位水槽，其中支路1的管长为50m（包括局部阻力当量长度，下同），管内径为100mm，支路2的管长为100m，管内径为150mm，两支路的摩擦系数均为0.023。

测得支路1中的流量为40m3/h，求支路2中的流量。

四（12分）有一板框过滤机的过滤面积为40 m2，在恒压下过滤某悬浮液2小时后得到滤液4m3，介质的阻力可忽略不计。

试求：
(1) 过滤常数K。

(2) 若滤饼不洗涤，且辅助时间为0.5小时，求该机的生产能力。

(3) 其他条件不变，但过滤压强加倍，滤饼的压缩指数为0.3，则过滤1小时后可得滤液量为多少？
五、（23分）一台新的列管换热器，其列管规格为F25´2.5，管长为4m，管总根数为488根，两管程。

用161°C、流量为443m3/h的热油将310m3/h的水从82°C加热到90°C，以满足热水用户的需求，水走管程。

已知操作条件下，水的物性：比热容cp=4.203kJ/(kg×°C)，密度r=968kg/m3，热导率l=0.678 W/(m×°C)，粘度h=0.3315´10-3Pa ×s；热油的物性：比热容cpo=2.202kJ/(kg×°C)，密度ro=945kg/m3。

碳钢管的热导率为lW=0.678
W/(m×°C)。

试求：
1. 管内表面传热系数。

2.开车时该换热器现场指示水的出口温度为97°C，该工况下换热器的传热系数及壳程的表面传热系数为多少（设物性不变，不计热损失）？
3.如果运行两年后，换热器管内侧污垢热阻为0.0004(m2×°C)/W，管外侧污垢热阻为0.0006(m2×°C)/W。

若物流流量及入口温度不变，该换热器能否满足生产要求？换热器还有多大裕度？通过计算说明。

姓名：__________ 大连理工大学
学号：__________ 课程名称：化工原理（上）试卷 A试卷共6 页
院系：__________ 授课院（系）：化工学院考试日期： 2006年1月6日
____ 级
10. 往复泵输送含少量细小固体颗粒的流体；（可以、不可以）
11. 多级压缩机的各级压缩比时，压缩机所消耗的总功最小；（依次减小、依次增大、相等）；
12. 由不规则颗粒装填的床层的空隙率一般球形颗粒床层的空隙率；
13. 一金属小球在流体中沉降，若沉降在层流区进行，则流体粘度增大后金属球的沉降速度；
14. 降尘室高度增加1倍，降尘室的生产能力；
15. 当旋转半径为r、旋转角速度为ω时，则离心分离因数可写成；
16. 若介质阻力不计，回转真空过滤机的浸没角由原来的120变成150，则在其它条件不变时，其生产能力变为原来
的倍；
17. 一般情况下，大多数的和固体组成的流化系统属于散式流化系统；（液体、气体、固体）
18.某平壁外有两层厚度相等的保温材料A和B，实验测得A保温层的温差为B保温层温差的2倍，则A保温层的热导
率是B保温层热导率的倍；
19. 黑体的发射能力与绝对温度的次方成正比；
20. 用饱和水蒸汽加热水，经过一定时间（短时间）后，发现传热的阻力迅速增大，这可能是由于所引起
的；
21. 气体热辐射的特点：(1)在整个体积内进行；（2）；
22. 某一套管换热器用管间饱和水蒸汽加热管内空气，已知蒸汽的温度为100C︒，空气进口温度为20C︒、出口温度为
60C︒，则此套管换热器的内壁温度应接近C︒；
23. 当热流体的热容量流率相对时，可用冷流体的传热效率εc表示换热器的传热效率；
24. 固定管板式列管换热器中用饱和蒸汽加热某高压液体，则高压液体应通过
程；
25. 大容积饱和沸腾的壁面如果被油脂玷污，则其表面传热系数会；
26. 当流体横向流过管束时，错列排列的管束的表面传热系数直列排列的管束的表面传热系数；
27. 蒸发操作溶液沸点升高的原因（1）溶液蒸气压降低，（2 _ ,（3）二次蒸气阻力；
28. 蒸发操作中生蒸汽的经济性指与使用的生蒸汽量的比值；
29. 写出两种生产上常用的多效蒸发流程：和。

二、(30 分) 如图所示，用离心泵将水送至敞口容器A、B，两水槽在相同的水平面上，所用管线规
格均为Φ159×4.5，泵吸入段管路总长（包括所有局部阻力当量长度，下同）为60m。

排除管线
的长度为：从泵出口到分支点C点处为300m，在阀门全开的条件下，C到A为200m,C到B为400m,
已知水的密度ρ=1000kg/m3，流动摩擦系数为0.02，其它数据见图示，试求：
1. 写出阀门1全开、阀门2完全关闭时的管路特性曲线方程；
2. 当阀门1全开、阀门2完全关闭时，测得系统的水流量为80m3/h，且泵的效率为70%，
求此时泵的压头和轴功率；
3. 现使阀门1、2 均处于全开状态，并读得泵入口真空表读数为25kPa，则系统的总流量
和送至水槽A和B的水量各多少m3/h；
4. 图示从阀门1全开、阀门2全关状态到阀门1和阀2均处于全开状态泵的工作点变化
三、（10分）在恒压下应用板框压滤机过滤某种悬浮液。

滤渣完全充满滤框所需的过滤时间是2小时，获得的滤液体积是
20m 3。

停止过滤后在相同压力下，采用横穿洗涤法用9%滤液量的清水洗涤滤饼。

清水的物性可视为与滤液相同，介质阻力忽略不计,滤饼不可压缩。

求：1、为保证该板框压滤机的生产能力是5m 3(滤液)/h ，每次卸渣、拆装等辅助操作必须控制到多长时间；
2、如果该机的每一滤框的厚度减半，长宽不变，滤框数加倍，使用的滤布相同，操作压力不变，试求多长时间过滤后滤渣才能完全充满滤框。

四、（20分）用一单管程单壳程列管式换热器，将质量流量为8000h kg /的常压空气于管程由C ︒20加热到85C ︒；该换热器装有φ19×2钢管300根，管长为1m 。

要求选用110C ︒饱和蒸汽于壳程冷凝加热之，该温度下蒸汽的汽化潜热（相变热）为2232kg kJ /。

若饱和蒸汽的表面传热系数
)/(101240K m W h ⋅⨯=，管材的热导率为
45)/(K m W ⋅，管程污垢热阻
W K m R i d /0004.02⋅=，壳程污垢热阻W
K m R d /0002.020⋅=。

已知空气在平均温
度
下
的
物
性
常
数
为
3
/2.1m kg =ρ，
)
/(1K kg kJ C P ⋅=，
)/(1085.22K m W ⋅⨯=-λ，s P a ⋅⨯=-51098.1η ，不计热损失，试求：
（1） 加热蒸汽的消耗量为多少？ （2） 空气在管内的表面传热系数？ （3） 通过计算说明该换热器能否满足需要？
（4） 若将该换热器变为双管程，且仍采用110C ︒蒸汽加热，则空气的实际
出口温度为多少？
2006（上）A 卷答案 一、30分 1. 0.5 2.不变 3.表面力
4.不符合牛顿粘性定律的流体
5. 0
6. 1.41
7. d 0/d
8.增大
9.减小 10.不可以 11.相等 12.小于 13.。

减小 14.不变 15.ω2
r/g 16.
12
/15
17.液体 18. 0.5 19.4 20.不凝气 21.对波长有选择性 22. 100 23.较大 24.管 25.减小 26.大于 27.液体静压力 28.。

蒸发水量 29.逆流、并流、平流
二、30分
1. 求管路特性曲线方程
)
h /m (q 109.41351 )..(q ...h Z .u ..h Z L v 4-v A f A A f A 322
22
02
03600150785081921
1502003006002
05181
921502003006002
051⨯+=⨯⨯⨯+++=+=⨯+++=+=∑∑--
2. m .109.41351)h /m (q 109.41351 L -4v -40257802
3=⨯+=⨯+=
kw 76.177
.043
.12N kw
43.123600
u 81.910008002.57g Hq N s 2
v e ==
=⨯⨯⨯==ρ 3. 总流量
/h
117m /837.181.9281.9215.06002.0181.9225181.920312121101==⨯+⨯++⨯-=++⨯=∑-总v q s m u u u h p
并联管路
有： ∑∑--=B C A c h h 得： B A u 2u = 管径相同，所以有：
h
/m 47.48q h
/m 53.68q 37
8.1u u 2u u u 3B 3A B B B A ===+=+=总
4.
三、解：
1） hr a w w 44.18==ττ
2）V 2=V 1=20m 3 K=2k P K 2= K 1 A 2=2A 1
V 2=KA
2 KA 2=200
四、解： （1）D=？
Dr t t c q c c pc mc =-=Φ)(12
=-=
r
t t c q D c c pc mc )
(12s kg h kg /0647.0/2332232
)2085(18000==-⨯⨯
W kW t t c q c c pc mc 51210444.14.144)2085(13600
8000
)(⨯==-⨯⨯=-=Φ
（4分） （2）h i =?
442
1010177.3785.03600Re >⨯=⨯⨯⨯=
==η
ηηρi
i mc
i i i i d n d q d G u d
6947
.0==
λ
η
p r c p
)2/(9.150Re 023
.04.08.0C m W pr d h i
i ︒⋅==λ
（4分）
（3）能否够用？
0000111h R d d b d d R d d h K d m w i di i i ++++=λ
K =108
)/(2K m W ⋅
（4分）
C t m ︒=-----=∆74.5085
11020110ln
)85110()20110(
hr
hr m V
V D D
D
w h 56.0/544.1220
3=→=++=
++=
τττττhr m KA KA /800)(4)(61222==hr
KA V 5.0222=→=ττ
m t KA ∆=Φ
25
35.2674
.5010810444.1m t K A m =⨯⨯=∆Φ=需
需要实际A m l d n A <==209.17π 所以换热器不能满足要求。

（4分） （4）变双管程
8.02''==i
i i i u u h h )/(73.262'2C m W h i ︒⋅=
00001'1'1h R d d b d d R d d h K d m w i di i i ++++=λ
)2/(176'C m W K ︒⋅=
（2分）
'')'('12m c c pc mc t A K t t c q ∆=-=Φ实际
'
11020110ln
)'110()20110(9.17176)20'(1013600
8000
2223c c c t t t -----⨯⨯=-⨯⨯⨯
C t c ︒=88'2
（2分）。