南京理工大学化工原理试卷及答案

南京理工大学2007-2008学年第一学期化工原理期末考试试题

一、填空题(25分，每空1分):

1、空气在内径一定的圆管中稳定流动，若气体质量流速一定，当气体温度升高时，Re值将___________。

2、流体在等径水平直管的流动系统中，层流区：压强降与速度的______次方成正比；完全湍流区：压强降与速度的_________次方成正比。

3、恒密度流体在水平等径直管中流动时的摩擦阻力损失Σhf所损失的是机械能中的_________项；恒密度流体在等径管中作稳定流动，流体由于流动而有摩擦阻力损失，流体的流速沿管长_________。

4、离心泵的工作点是曲线与曲线的交点。

5、离心泵常采用调节流量，往复泵常采用调节流量。

6、含尘气体通过长为4m，宽为3m，总高为1m内置4层隔板的除尘室，已知颗粒的沉降速度为0.03m/s，则该除尘室的生产能力为_________m3/s。

7、水与苯进行换热，水由20℃升到35℃，苯由80℃降至40℃。若苯的热容量流率比水的热容量流率小，此换热器的传热效率ε= _____，热容量流率比CR =____ 。

8、离心泵采用并联操作的目的是，采用串联操作的目的是。

9、在传热实验中，用饱和水蒸气加热空气，总传热系数Ｋ接近于_______侧的对流传热系数，而壁温接近于_______侧流体的温度。

10、当计算流体由粗管进入细管的局部阻力损失时，公式中的流速应该用_____管中的速度。流体在管内湍流流动时(不是阻力平方区)，其摩擦系数λ随_____和_____而变。

11、某悬浮液在离心机内进行离心分离时，若微粒的离心加速度达到9807m/s2，则离心机的分离因数等于。

12、在一套板框过滤机中，滤框厚度为16mm，板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间，设框刚充满，则在每一框中滤液穿过厚度为______的滤饼，而洗涤时，洗涤液则穿过厚度为______的滤饼，洗涤液穿过的滤布面积等于过滤面积的______。

13、两流体通过间壁换热，冷流体从20℃被加热到60℃, 热流体从100℃被冷却到70℃，则逆流时的Δtm=____℃；并流时的Δtm=_____℃。

三、简答题（共20分，每题5分）

1、什么是牛顿粘性定律？根据牛顿粘性定律写出黏度的物理意义。

2、简述离心泵的主要部件及工作原理。

3、恒压过滤时，如滤饼不可压缩，则加大操作压力或提高滤浆温度，过滤速率会发生什么变化？为什么？

4、一列管式换热器，用饱和水蒸气加热某易结垢的悬浮液，此换热器在流程安排上应使悬浮液走管程还是壳程？若在测试中发现此换热器在拆修清洗前、后蒸汽冷凝量之比为1:2，则清洗前垢层热阻与总热阻的比例为多少？设拆洗前后换热平均温差Δtm不变。

四、计算题（共55分）

1、（14分）水在垂直管中流动，如下图左图所示，已知h=100mm,1-2截面间距为1m，试求：(1)åhf,1-2（左图）；(2)（p1-p2）之值（左图）；(3)若水反向流动，流速及设备条件不变，如右图所示，h’的值是多少?（指示液Hg的密度为13.6*103kg/m3）

2、（14分）如下图所示的输水系统。已知管内径d=50mm，在阀门全开时输送系统的Σ(L+Le)=50m（包括所有局部阻力损失），摩擦系数可取λ=0.03, 泵的性能曲线, 在流量为6m3/h至15m3/h范围内可用下式描述：He=18.92-0.82V 0.8，此处He为泵的扬程，单位为m, V为泵的流量，单位为m3/h, 问：如要求流量为10m3/h，单位质量的水所需外加功为多少?单位重量的水所需外加功为多少?此泵能否完成任务?

3、（12分）以长3m、宽2m的重力沉降室除气体所含的灰尘。已知气体密度ρ= 1.2kg/m3、黏度μ= 1.81×10-5Pa·S；尘粒为球形，密度ρ=2300kg/m3；气体处理量为每小时4300m3。

求可全部除去的最小尘粒粒径dp 。

4、（15分）某列管换热器用109.2℃的饱和水蒸气加热管内空气，使它由20℃升至80℃，现空气流量须增加一倍，问在传热面积和空气进、出口温度不变情况下，蒸气侧热阻、管壁和污垢热阻均可忽略时，加热蒸汽温度应改变为多少？空气在管内皆为湍流且管内流动是充分发展的。

一、填空（共25分，每空1分）（基本题）

1、下降;

2、一，二；

3、静压能，不变；

4、离心泵的特性，管路特性；

5、出口阀门，旁路阀门；

6、1.8m3/s；

7、66.7%，0.375；

8、提高流量，提高扬程

9、空气，饱和水蒸气

10、细，Re，ε/d(相对粗糙度)

11、1000

12、8mm，16mm，1/2

13、44.8℃，33.7℃

二、问答题（共20分，每题5分）

1、实验证明，对于一定的液体，单位面积上的内摩擦力与两流体层的速度差Δu成正比，与两层之间的垂直距离Δy成反比，即，此式所显示的关系，称牛顿粘性定律。（3分）上式可改写为，即可得粘度的物理意义是促使流体流动产生单位速度梯度时剪应力的大小。（2分）

2、离心泵主要工作部件是旋转叶轮和固定的泵壳。叶轮是离心泵直接对液体做功的部件，其上有若干后弯叶片。（2分）离心泵工作时，叶轮由电机驱动作高速旋转运动，迫使叶片间的液体也随之作旋转运动。同时因离心力的作用，使液体由叶轮中心向外缘作径向运动。液体在流经叶轮的运动过程获得能量，并以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳内，由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转化为静压能，达到较高的压强，最后沿切向流入压出管道。（3分）

3、（综合题）由dq/dt=Δp/［rΦμ(q+qe)］知, （1分）加大操作压力，过滤速率变大。（2分）提高滤浆温度，使滤液黏度降低，过滤速率增大。（2分）

4、（综合、提高题）管程;1/2 （3分）

清洗后Q =Δtm/∑R；清洗前Q ’=Δtm/(∑R+Ra)

∵Q ’/Q =1/2，（2分）

四、计算题

1、（14分）（基本、综合题）(1) （6分）∵p1/r＋gz1= p2/r＋gz2＋Shf,1-2

∴Shf,1-2=( p1/r＋gz1)－(p2/r＋gz2)=( ri－r)gh/r

=(13.6－1)×9.81×0.10=12.36 J/kg

(2) （4分）p1－p2=( ri－r)gh＋rg(z2－z1)

=(13.6-1)×103×9.81×0.10+1000×9.81×1

=2.217×104 Pa

(3) （4分）p1/r＋gz1= p2/r＋gz2＋Shf,1-2

∵Shf,1-2不变，[( p1/r＋gz1)－(p2/r＋gz2)]值不变，

故h’=h=0.10m

2、（14分）（基本题）当V1=10m3/h，

所需外加功Ws=gDz＋Shf=9.81´10+8´0.03´50´(10/3600)2/(p2´0.0505) =128.1 J/kg（8分）He’=Ws/g=128.1/9.81=13.06 J/N （3分）

泵的扬程He=18.92－0.82´(10)0.8=13.75 J/N （3分）