一、 选择题(20分，每小题2分)1 离心泵的调节阀开大时， A 吸入管路阻力损失不变 B 泵出口的压力减小C 泵入口的真空度减小 D 泵工作点的扬程升高
2在完全湍流时（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数数值 A 与光滑管一样 B 只取决于Re C 取决于相对粗糙度 D 与粗3已知SO2水溶液在三种温度t1、t2、t3下的亨利系数分别为E1=0.0035atm、E2=0.011atm、E3=0.00625atm，则A t1 C 液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多； D 液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相必定同时发生。 5实际生产中沸腾传热过程应维持在＿＿＿＿区操作。A 自然对流 B 强制对流 C 膜状沸腾 D 泡状沸腾 6吸收塔的设计中，若填料性质及处理量（气体）一定，液气比增加，则传质推动力 ，传质单元数 ，传质单元高度 ，所需填料层高度 。 A 增大 B 减小 C 不变 D 不能判断 7已知湿空气的下列＿＿＿参数，利用H-I图可以查得其它未知参数。A (p,H) B (td,t) C (tw,t) D (I,tW) 8 精馏的操作线是直线，主要基于以下原因＿＿。A 恒摩尔流假定 B 理想物系C 塔顶泡点回流 D 理论板假定 9 离心泵开动之前必须充满被输送的流体是为了防止发生＿＿＿＿。A 汽化现象 B 汽蚀现象 C 气缚现象 D 气浮现象 10 对于一定的干球温度的空气，当其相对湿度愈低时，则其湿球温度＿ ＿＿。 A 愈高 B 愈低 C 不变 D 不一定二 填空题（20分） 1在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的＿＿次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的＿＿次方成正比。 2相对挥发度α=1，表示不能用 分离，但能用 分离。 3流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是 型曲线，其管中心最大流速为平均流速的 倍，摩擦系数与Re的关系为 。 4 离心泵的安装高度超过允许安装高度时会发生 现象5导热系数的单位为 ，对流传热系数的单位为 ，总传热系数的单位为 。 6精馏操作的依据是 ，实现精馏操作的必要条件包括 ____ 和 。7恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括＿＿＿＿＿＿＿＿阶段 和＿＿＿＿＿＿＿＿＿阶段。 8流体流动的连续性方程是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 9对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，吸收操作中温度不变，压力增加，可使相平衡常数 （增大、减小、不变），传质推动力 （增大、减小、不变），亨利系数 （增大、减小、不变）。 10在1atm下，不饱和湿空气温度为295K，当加热到375K时，相对湿度＿＿＿，露点＿＿＿。(增高、降低、不变)三 计算题（60分） 1 (15分) 用一精馏塔分离二元液体混合物，进料量100kmol/h，易挥发组分xF=0.5，泡点进料，得塔顶产品xD=0.9，塔底釜液xW=0.05（皆摩尔分率），操作回流比R=1.61，该物系平均相对挥发度α=2.25，塔顶为全凝器，求： (1) 塔顶和塔底的产品量（kmol/h）； (2) 第一块塔板下降的液体组成x1为多少；(3) 写出提馏段操作线数值方程；(4) 最小回流比。 2（15分）在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为20℃和110℃。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45℃和40℃，使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体 的流量和进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38℃，试求：（1）空气出口温度为多少？（2）总传热系数为原来的多少倍？（3）若使冷却水加大一倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度各为多少？（水>>空气）（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？HH1H2 3 （15分）如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为83×3.5mm，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H1为4.8m，压力表安装位置离贮槽的水面高度H2为5m。当输水量为36m3/h时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg，压力表读数为2.452×105Pa，泵的效率为70%，水的密度为1000kg/m3，试求：（1）两槽液面的高度差H为多少？（2）泵所需的实际功率为多少kW？（3）真空表的读数为多少kgf/cm2？ 4 （15分）某填料吸收塔用含溶质的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用液气比L/V=3，气体入口质量分数回收率可达。已知物系的平衡关系为y=2x。 今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数升至，试求：（1） 可溶组分的回收率下降至多少？（2） 液相出塔摩尔分数升高至多少？ 化工原理模拟试题（二） 一、填空题（20分，每空1分） 1 流体流动的连续性方程是___________________________；适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程是_______________________________。 2由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数越大，则该壁面的热阻愈_________ ，其两侧的温差愈___________。 3 一个工程大气压等于___________Pa；等于____________mmH2O柱。4 当地大气压为745mmHg，侧得一容器内的绝对压强为350mmHg，则真空度为_____________mmHg；侧得另一容器内的表压强为1360mmHg，则其绝对压强为___________mmHg。 5 离心泵的工作点是______________曲线与______________曲线的交点。 6 流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的______倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的_______倍。7 气体吸收计算中，表示设备（填料）效能高低的一个量是_________________，而表示传质任务难易程度的一个量是______________________。 8 恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括_______________和___________。 9 一般来说，两组分的等分子反向扩散体现在__________单元操作中，而A组份通过B组份的单相扩散体现在__________操作中。 10 间壁换热器管壁温度tw接近_______________ ；总传热系数K的数值接近________________________ 。二、选择题（20分，每题2分） 1 流体流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机械能中的_____项。 A位能 B静压能 C总机械能 D动能 2 已知q=1.1，则加料液中液体量与总加料量之比为__________。 A 0.1:1 B 1.1:1 C 1: 1.1 D 1:1 3 某二元混合物，α=3，全回流条件下ⅹn=0.3，则Уn-1=_______。A 0.9 B 0.3 C 0.854 D 0.794 4 某液体在内经为d0的水平管路中稳定流动，其平均流速为u0，当它以相同的体积流量通过等长的内径为d2(d2=d0/2)的管子时，其流速为原来的______倍。 A 2 B 4 C 8 D 16 5 离心泵开动之前必须充满被输送的流体是为了防止发生____。A 气缚现象 B 汽化现象 C 气浮现象 D 汽蚀现象6 傅立叶定律是_____的基本定律。 A 对流传热 B 热传导 C 总传热 D 冷凝 7已知湿空气的下列＿＿＿参数，利用H-I图可以查得其它未知参数。A (tw，t) B (I，tw ) C (p，H) D (td，H)8 为蒸发某种粘度随浓度和温度变化较大的溶液，应采用_____流程。 A 平流加料 B 并流加料 C 逆流加料 D 双效三体并流加料 9 在恒压过滤时，如介质阻力不计，过滤压差增大一倍时同一时刻所得滤液量__________。 A 增大至原来的2倍 B 增大至原来的4倍C 增大至原来的倍 D增大至原来的1.5倍 10 一定流量的液体在一Φ25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数αi=1000W/m2•℃；如流量与物性都不变，改用一Φ19×2mm的直管，则其α将变为______。 A 1259 B 1496 C 1585 D 1678 三、计算题（60分，每题15分） 1 在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热。进料量为1000kmol/h，含苯0.4，要求塔顶馏出液中含苯 0.9（以上均为摩尔分率），苯的回收率不低于90%，泡点进料，泡点回流。已知α=2.5，取回流比为最小回流比的1.5倍。求：(1) 塔顶产品量D、塔底残液量W及组成xw；(2) 最小回流比；(3) 精馏段操作线方程；（4）从与塔釜相邻的塔扳上下降的液相组成为多少？ 2 在一单程列管式换热器中，欲用水将15000kg/h的煤油从140℃冷却到40℃，水的进、出口温度分别为30℃和40℃，两流体逆流流动。煤油的平均比热容为2.3kJ/(kg•℃)，水的平均比热容为4.187 kJ/(kg•℃)。若换热器的总传热系数为300W/(m2•℃)，试求：（1）冷却水的流量；（2）换热器的对数平均温度差Δtm；（3）换热器的传热面积S。 3 在逆流填料吸收塔中，用清水吸收含氨5%（体积）的空气—氨混合气中的氨，已知混合气量为2826m3/h（标准状况），气体空塔速度为1m/s，平衡关系为Y=1.2X，以摩尔比为推动力的气相体积总传质系数KYa=180kmol/m3·h，吸收剂用量为最小用量的1.4倍，要求吸收率为98%，试求：（1）溶液的出口浓度X1（摩尔比）；（2）气相总传质单元高度HOG；（3）气相总传质单元数NOG； 4 用离心泵把20℃的水从储槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为Φ76mm×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66×103Pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按与 计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速m/s。排水管与喷头连接处的压强为98.07×103Pa（表压）。试求：（1）水在管内的流速u；（2）泵的有效功率； （3）已知泵的效率为60%，求操作条件下泵的轴功率。 化工原理模拟试题（三） 一、 选择题(20分，每小题2分) 1用一气蚀余量为3m的离心泵输送处于沸腾状态下的塔底液体，若泵前管路的全部流动阻力为1.5m液柱，则此泵的安装位置必须＿＿。A 高于塔底液面4.5m的上方 B 高于塔底液面1.5m的上方C 低于塔底液面4.5m的下方 D 低于塔底液面3.0m的下方2 过滤基本方程式是基于＿＿＿＿推导出来的。 A 滤液在介质中呈湍流流动 B 滤液在滤渣中呈层流流动C 滤液在滤渣中呈湍流流动 D 滤液在介质中呈层流流动 3在完全湍流时（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数λ数值＿＿＿＿。A 只取决于Re B 与光滑管一样C 取决于相对粗糙度 D 与粗糙度无关 4对流传热系数关联式中普兰特准数是表示＿＿＿＿的准数。A 物性影响 B 流动状态 C 对流传热 D 自然对流影响5实际生产中沸腾传热过程应维持在＿＿＿＿区操作。A 自然对流 B 强制对流 C 膜状沸腾 D 泡状沸腾 6已知SO2水溶液在三种温度t1、t2、t3下的亨利系数分别为E1=0.00625atm、E2=0.011atm、E3=0.0035atm，则＿＿＿。A t3＞t2 B t1＜t2 C t1＞t2 D t3＞t1 7已知湿空气的下列＿＿＿参数，利用H-I图可以查得其它未知参数。A (p,H) B (td,t) C (tw,t) D (I,tW)8 精馏的操作线是直线，主要基于以下原因＿＿。A 恒摩尔流假定 B 理想物系C 塔顶泡点回流 D 理论板假定 9 离心泵开动之前必须充满被输送的流体是为了防止发生＿＿＿＿。A 汽化现象 B 汽蚀现象 C 气缚现象 D 气浮现象 10 对于一定的干球温度的空气，当其相对湿度愈低时，则其湿球温度＿＿＿。 A 愈高 B 愈低 C 不变 D 不一定 二 填空题（20分，每空1分） 1在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的＿＿次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的＿＿次方成正比。 2对于接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，在吸收操作中温度不变，压力增加，可使相平衡常数＿＿＿，传质推动力＿＿＿。（增大、减小、不变） 3离心泵的工作点是＿＿＿＿＿曲线与＿＿＿＿＿＿＿曲线的交点。4水在管内作湍流流动，若流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的＿＿倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的＿＿倍。（设条件改变后仍在湍流范围） 5厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b1＞b2＞b3，导热系数λ1﹤λ2﹤λ3，在稳定传热过程中，各层的热阻＿＿＿＿＿＿，各层导热速率＿＿＿＿＿＿。 6分离任务要求一定，当回流比一定时，在五种进料状况中，＿＿＿进料的q值最大，分离所需的总理论板数＿＿＿。 7恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括＿＿＿＿＿＿＿＿阶段 和＿＿＿＿＿＿＿＿＿阶段。 8流体流动的连续性方程是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；适用于圆形直管 的不可压缩流体流动的连续性方程为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 9流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的＿＿倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的＿＿倍。 10在1atm下，不饱和湿空气温度为295K，当加热到375K时，相对湿度＿＿＿，露点＿＿＿。(增高、降低、不变)三 计算题（60分） 1 (15分)在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47，饱和蒸汽进料。已知进料量为200kmol/h，进料组成为0.4（摩尔分率），回流比为6，塔顶馏出液中苯的回收率为0.97，塔釜采出液中甲苯的回收率为0.95。试求：（1）塔顶馏出液及塔釜采出液组成；（2）精馏段操作线方程；(3)回流比与最小回流的比值；（4）若全回流操作时，塔顶第一块塔板的气相默弗里板效率为0.6，全凝器液相组成为0.98，求由塔顶第二块板上升的气相组成？ 2（15分）一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为6m，直径为φ25×2mm。冷却水在管内流过，并从17ºC被加热到37ºC。流量为1.25kg/s，温度为72ºC的烃饱和蒸汽在管外冷凝成同温度的液体，烃蒸汽的冷凝潜热为315KJ/Kg。已测得：蒸汽冷凝传热系数α0=800w/（m2·ºC），管内侧热阻为外侧热阻的40%，污垢热阻为管内侧热阻的70%。计算时可忽略管壁热阻及热损失。水的比热为4.18KJ/（Kg·ºC）。试计算：（1）冷却水用量；（2）换热管的总根数。（传热面积以外表面为基准）。H=20mH1=2m 3 （15分）在如图所示的输水系统中，已知 管路总长度（包括所有当量长度，下同）为100m，其中压力表之后的管路长度为80m，管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m，水的密度为1000Kg/m3，泵的效率为0.85，输水量为15m3/h。求：（1）整个管路的阻力损失，J/Kg； （2）泵轴功率，Kw；（3）压力表的读数，Pa。 4 （15分）一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分A.已知操作条件下气相总传质单元高度为1.5m，进塔混合气组成为0.04（A的摩尔分率，下同），出塔尾气组成为0.0066，出塔水溶液浓度为0.0134，操作条件下平衡关系为Y=2.5X。试求：（1）液气比为最小液气比的多少倍？（2）所需填料层高度？（3）若气液流量和初始组成不变，要求尾气浓度降至0.0033，求出此时填料层高度？ 化工原理模拟试题（四） 一、选择题（20分，每题2分） 1 流体流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机械能中的_____项。 A位能 B静压能 C总机械能 D动能 2离心泵开动之前必须充满被输送的流体是为了防止发生_____。A 气缚现象 B 汽化现象 C 气浮现象 D 汽蚀现象 3某液体在内经为d0的水平管路中稳定流动，其平均流速为u0，当它以相同的体积流量通过等长的内径为d2(d2=d0/2)的管子时，其流速为原来的______倍。 A 2 B 4 C 8 D 16 4 过滤基本方程式是基于＿＿＿＿推导出来的。 A 滤液在介质中呈湍流流动 B 滤液在滤渣中呈湍流流动C 滤液在介质中呈层流流动 D 滤液在滤渣中呈层流流动5 在蒸气—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的___________在工程上可行。 A 提高蒸气流速 B提高空气流速C 采用过热蒸气以提高蒸气温度 D 在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积 6 已知q=1.1，则加料液中液体量与总加料量之比为__________。 A 0.1:1 B 1.1:1 C 1: 1.1 D 1:1 7 精馏的操作线是直线，主要基于以下原因＿＿。A 理论板假定 B 理想物系 C 恒摩尔流假定 D 塔顶泡点回流8 物料的平衡水分一定是_________。 A 非结合水分 B 自由水分 C 结合水分 D 临界水分9 傅立叶定律是_____的基本定律。 A 对流传热 B 热传导 C 总传热 D 冷凝 10 精馏中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的方法是________。A 液相中易挥发组分进入汽相 B 汽相中难挥发组分进入液相 C液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但易挥发组分较多D液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相必定同时发生 二 填空题（20分，每空1分） 1在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的＿＿次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的＿＿次方成正比。 2相对挥发度α=1，表示不能用 分离，但能用 分离。 3流体在管内作湍流流动时（不是阻力平方区），其摩擦系数随 和 而变。完全湍流（阻力平方区）时，粗糙管的摩擦系数数值只取决于 。 4水在管内作湍流流动，若流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的＿＿倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的＿＿倍。（设条件改变后仍在湍流范围） 5导热系数的单位为 ，对流传热系数的单位为 ，总传热系数的单位为 。 6分离任务要求一定，当回流比一定时，在五种进料状况中，＿＿＿进料的q值最大，分离所需的总理论板数＿＿＿。 7恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括＿＿＿＿＿＿＿＿阶段 和＿＿＿＿＿＿＿＿＿阶段。 8流体流动的连续性方程是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ＿＿＿＿＿。 9易溶气体溶液上方的分压 ，难溶气体溶液上方的分压 ，只要组份在气相中的分压 液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行。 10在1atm下，不饱和湿空气温度为295K，当加热到375K时，相对湿度＿＿＿，露点＿＿＿。(增高、降低、不变)三 计算题（60分） 1 (15分) 一精馏塔，原料液组成为0.5（摩尔分率），饱和蒸气进料，原料处理量为100kmol/h，塔顶、塔底产品量各为50kmol/h 。已知精馏段操作线程为y=0.833x+0.15，塔釜用间接蒸气加热，塔顶全凝器，泡点回流。试求： （1） 塔顶、塔底产品组成； （2） 全凝器中每小时冷凝蒸气量；（3） 蒸馏釜中每小时产生蒸气量 （4） 若全塔平均α=3.0，塔顶第一块塔板默弗里效率Eml=0.6，求 离开塔顶第二块塔板的气相组成。 2（15分）有一换热器，管内通90℃的热流体，膜系数为1100，管外有某种液体沸腾，沸点为50℃，膜系数为5800。试求以下两种情况下的壁温：（1）管壁清洁无垢 ；（2）外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005 3 （15分）如本题附图所示，用泵2将储槽1中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器3内，储槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33×103Pa。蒸发器上部的蒸发室内操作压强为200mmHg（真空度）。蒸发器进料口高于储槽内的液面15m，输送管道的直径为Φ68mm×4mm，送料量为20m3/h，溶液流经全部管道的能量损失为120J/kg，试求：（1）泵的出口管路中流体的流速；（2）泵的有效功率；（3）若泵的效率为65%，求泵的轴功率。 4 （15分）有一填料吸收塔，在28℃及101.3kPa，用清水吸收200m3/h氨-空气混合气中的氨，使其含量由5%降低到0.04%（均为摩尔%）。填料塔直径为0.8m，填料层体积为3 m3，平衡关系为Y=1.4X，已知Kya=38.5kmol/h。问（1）出塔氨水浓度为出口最大浓度的80%时，该塔能否使用？（2）若在上述操作条件下，将吸收剂用量增大10%，该塔能否使用？（注：在此条件下不会发生液泛） 化工原理模拟试题（五） 1． （16分）选择题（每题只许选一个答案） （1）孔板流量计的孔流系数C0当Re增大时，其值 。 A 总在增大 B 先减小，后保持为定值 C 总在减小 D 不定 （2）某液体在内径为d0的水平管路中稳定流动，其平均流速为u0，当它以相同的体积流量通过等长的内径为d2(d2=d0/2)的管子时，若流体为层流，则压降p为原来的 倍。 A 4 B 8 C 16 D 32 （3）一定流量的液体在一25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热 系数i=1000W/m2·℃；如流量与物性都不变，改用一19×2mm的直管，则其将变为 。 A 1259 B 1496 C 1585 D 1678 （4）某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成xA=0.6，相应的泡点为t1，与之相平衡的汽相组成yA=0.7，相应的露点为t2，则A t1=t2 B t1 （5）精馏操作时，若F、D、xF、q、R、加料板位置都不变，而将塔顶泡点回流改为冷回流，则塔顶产品组成xD变化为A 变小 B 变大 C 不变 D 不确定 （6）已知SO2水溶液在三种温度t1、t2、t3下的亨利系数分别为E1=0.0035atm、E2=0.011atm、E3=0.00625atm，则A t1 A 塔顶 B 塔底 C 塔中部 D 不确定 （8） 已知湿空气的下列参数，利用H-I图可查得其他未知参数。A (tW，t) B (td，H) C (p，H) D (I，tW) 二．（14分）填空题 （1）精馏设计中，当回流比增大时所需理论板数，同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量，塔顶冷凝器中冷却介质消耗量，所需塔径。（2）精馏操作的依据是，实现精馏操作的必要条件包括和。 （3）吸收操作中温度不变，压力增加，可使相平衡常数，传质推动力。 （4）一般来说，两组份的等分子反相扩散体现在单元操作中，而A组份通过B组份的单相扩散体现在操作中。 （5）在1atm下，不饱和湿空气温度为295K，当加热到375K时，绝对湿度，相对湿度，湿球温度，露点。 （6）区分可除水份与不可除水份的分界点是。 （7）流体在管内作湍流流动时（不是阻力平方区），其摩擦系数随 和 而变。 （8）有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为 ，各项单位为 。 （9）离心泵的流量调节阀安装在离心泵的 管路上，开大该阀门 后，真空表读数 ，压力表读数 ，泵的扬程将 ，轴功率将 。 （10）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 侧的对流传热系数，而壁温接近于 侧流体的值。HH1H2 三．计算题（70分） 1．（15分）如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为83×3.5mm，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H1为4.8m，压力表安装位置离贮槽的水面高度H2为5m。当输水量为36m3/h时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg，压力表读数为2.452×105Pa，泵的效率为70%，水的密度为1000kg/m3，试求：（1）两槽液面的高度差H为多少？（2）泵所需的实际功率为多少kW？（3）真空表的读数为多少kgf/cm2？ 2．（15分）在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为20℃和110℃。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45℃和40℃，使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38℃，试求：（1）空气出口温度为多少？（2）总传热系数为原来的多少倍？（3）若使冷却水加大一倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度各为多少？（水>>空气）（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？ 3．（20分）某填料吸收塔进塔混合气体中含苯5%（体积百分数），其余为惰性气体。吸收塔操作压强为780mmHg，温度为25℃，进塔混合气体流量为1000m3/h，苯回收率为95%。吸收剂为不含苯的煤油，煤油耗用量为最小用量的1.5倍。气液逆流流动，系统平衡关系为Y=0.14X（式中Y、X均为摩尔比），气相体积总传质系数为 Kya=125kmol/m3·h，煤油的平均分子量为170kg/kmol，塔径为0.6m。试求：（1）煤油的耗用量为多少kg/h？（2）煤油出塔浓度X1为多少？（3）填料层高度为多少m？（4）吸收塔每小时回收多少kmol苯？（5）欲提高回收率可采用哪些措施？并说明理由。 4．（20分）在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热。进料量为1000kmol/h，含苯0.4，要求塔顶馏出液中含苯0.9（以上均为摩尔分率），苯的回收率不低于90%，泡点进料，泡点回流。已知=2.5，取回流比为最小回流比的1.5倍。试求：（1）塔顶产品量D、塔底残液量W及组成xw；（2）最小回流比；（3）精馏段操作线方程；（4）提馏段操作线方程；（5）若改用饱和蒸汽进料，仍用（4）中所用回流比，所需理论板数为多少 化工原理传热部分模拟试题及答案 一填空 (1) 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。(2) 热传导的基本定律是 傅立叶定律 。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻 大 （大、小）一侧的值。间壁换热器管壁温度tW接近于值 大 （大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈 大 （大、小），其两侧的温差愈 大 （大、小）。(3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈 小 ，其两侧的温差愈 小 。(4)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在 滞离层内（或热边界层内） ，减少热阻的最有效措施是 提高流体湍动程度 。(5) 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加 膨胀节 、 采用浮头式 或 U管式结构 ；翅片管换热器安装翅片的目的是 增加面积，增强流体的湍动程度以提高传热系数 。(6) 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b1>b2>b3，导热系数1<2<3，在稳定传热过程中，各层的热阻R1 > R2 > R3，各层导热速率Q1 = Q2 = Q3。 (7) 物体辐射能力的大小与 黑度 成正比，还与 温度的四次方 成正比。 (8) 写出三种循环型蒸发器的名称 中央循环管式 、 悬筐式 、 外加热式 。(9) 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括 自然对流 、 泡核沸腾 和 膜状沸腾 三个阶段。实际操作应控制在 泡核沸腾 。在这一阶段内，传热系数随着温度差的增加而 增加 。(10) 传热的基本方式有 传导 、 对流 和 辐射 三种。热传导的基本定律是傅立叶定律其表达式为dQ= -。(11) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的 1.74 倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的 3.48 倍。（设条件改变后仍在湍流范围） (12) 导热系数的单位为 W/（m·℃） ，对流传热系数的单位为 W/（m2·℃） ，总传热系数的单位为 W/（m2·℃） 。 二、选择 1 已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度＿D＿耐火砖的黑度。 A 大于 B 等于 C 不能确定 D 小于 2 某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动），使空气温度由20℃升至80℃，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的 A 倍。A 1.149 B 1.74 C 2 D 不定 3 一定流量的液体在一25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数i=1000W/m2·℃；如流量与物性都不变，改用一19×2mm的直管，则其将变为 D 。A 1259 B 1496 C 1585 D 16784 对流传热系数关联式中普兰特准数是表示 C 的准数。A 对流传热 B 流动状态 C 物性影响 D 自然对流影响 5 在蒸气—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的＿B＿在工程上可行。 A 提高蒸气流速 B 提高空气流速 C 采用过热蒸气以提高蒸气温度 D 在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积 6 在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度差为50℃，现因某种原因，两者的温度各升高100℃，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该＿B＿。 A 减小 B 增大 C 不变 7 在单效蒸发器中，将某水溶液从14%连续浓缩至30%，原料液沸点进 料，加热蒸汽的温度为96.2℃，有效传热温差为11.2℃，二次蒸气的温度为75.4℃，则溶液的沸点升高为 D ℃。A 11.2 B 20.8 C 85 D 9.6 8 为蒸发某种粘度随浓度和温度变化较大的溶液，应采用＿B＿流程。A 并流加料 B 逆流加料 C 平流加料 D 双效三体并流加料三、计算 1试推导出表示具有内部热源的实心球体的温度分布公式。已知： 球体半径，m； 球体表面的恒定温度，℃； 每单位球体体积在单位时间内所产生热量，； 球体材料的导热系数，。解： 球体积 ， 球表面积 根据傅立叶热传导公式： 所以 积分上式得： 2 一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为3m，直径为25×2mm。水以0.7m/s的流速在管内流过，并从17℃被加热到37℃。流量为1.25kg/s、温度为72℃烃的饱和蒸气在管外冷凝成同温度的液体。烃蒸气的冷凝潜热为315kJ/kg。已测得：蒸气冷凝传热系数0=800W/(m2·℃)，管内侧热阻为外侧的40%，污垢热阻又为管内侧热阻的70%，试核算：（1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准）；（2）换热管的总根数；（3）换热器的管程数。[计算时可忽略管壁热阻及热损失，水的比热为4.18kJ/(kg·℃)] 解： （1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准），S1； 由题意知，水以0.7m/s的流速在管内流过，欲求S1，需先知道每程的管子数，每程的管子数等于所需冷却水的总流量与单管内水的流量之比。 两流体交换的热量为： 又 ， ，则 单管内水的流量为：每程所需管子数为： 取每程管子数为20， 则每程所能提供的传热外表面积为： (2) 换热管的总根数； 由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。 由题给数据， 则任务所需的传热外表面积为： 换热管总根数为： 取 (2) 换热器的管程数。由题意管程数为： 3 在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为20℃和110℃。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45℃和40℃，使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38℃，试求：（1）空气出口温度为多少？（2）总传热系数为原来的多少倍？（3）若使冷却水加大一倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度各为多少？（水>>空气）（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？ 解： 使用初期 使用一年后 110℃ 40℃ 110℃ 45℃ 20℃ 38℃ 20℃ （1）空气出口温度 题意可得：使用初期 （1） 使用一年后 （2）两式相比（2）/（1），得 则：=59.6℃（2）总传热系数 方程(2)式/(1)式，得： 故 （3）冷热流体的出口温度一年后 （3） （4） 方程（4）式/（3），得： 整理前半式的方程 （5）又因 ，， 故 由等比定理 则 整理得， （6） 联立（5）和（6），可得： ， （4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？ 则 4 有一蒸汽加热器，热方：为饱和蒸汽冷凝，T=100℃；冷方：为生垢液体升温，，。 (1) 在测试中，维持以上温度条件不变，发现蒸汽凝液流量，在清洗前后之比为1：2。 问： a 那些是控制热阻？管程宜走那一方流体？简述理由；b 清洗前，污垢热阻约为该时总热阻的多少分数？ (2) 在操作中，若要求改为维持该加热器的热负荷不变。 问：随着污垢的增加，调节饱和蒸汽的温度和生垢液体的流量，是否都能达到要求？简述理由（定性分析）。 注：冷方流型为湍流、面积基准和物性变化可不考虑以及清洗后的垢阻为零。 解：(1) a 垢层是主要控制热阻，其次是垢层对液体的给热过程，因传热过程的传热量取决于热阻大的一方。管程宜走生垢液体，便于清洗，便于增大流速，可能减少垢层沉积在管子表面上，饱和蒸汽宜在管间（壳程）走，因流速对饱和蒸汽冷凝给热系数几乎无影响，而饱和蒸汽冷凝的表面又不要求清洗，且在壳程流动易于及时排除冷凝水和不凝性气体。 b 维持不变时： 清洗前传热量 （1） 清洗后传热量 （2）（1）式与（2）式比较得： 清洗前后总热阻的差值是污垢热阻 所以 % (2) 在操作中，调节生垢液体流量，企图减少垢层厚度来增加换热量，是不能满足的，因为生垢液体以为湍流，再增加流量时，所增加的换热量决不能与所需要的热量相当，这时会使出口温度下 降。只有调节饱和蒸汽的温度来增加，使其满足热负荷的要求。假设垢层热阻的增加，使其换热量减少一半，（换热量再减少即不能操作），这时蒸汽的温度提高到160℃即可满足要求。 假设垢层的生成，其传热面积的变化忽略不计，而传热系数下降一半，则推动力 增加一倍，这样即可满足其换热器的热负荷不变。 5有一换热器，管内通90℃的热流体，膜系数为1100，管外有某种液体沸腾，沸点为50℃，膜系数为5800。试求以下两种情况下的壁温：（1）管壁清洁无垢 ；（2）外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005解：忽略管壁热阻，并假设壁温为 （1） 当壁很薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得： 则 （2） 同理 则 由此可知，壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。 6 流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程流过，温度由150℃降至80℃；壳程冷却用水，进口温度为15℃，出口温度为65℃，与气体作逆流流动，两者均处于湍流。已知气体侧的对流传热膜系数远小于冷却水侧的对流传热膜系数，管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计，气体平均比热为1.02kJ/kg·℃，水的比热为4.17kJ/kg·℃，不计温度变化对比热的影响，试求：（1）冷却水用量；（2）如冷却水进口温度上升为20℃，仍用原设备达到相同的气体冷却程度，此时对数平均温差为多少？（3）此时的出口水温将为多少？（4）此时的冷却水用量为多少？ 解：（1）冷却水用量； （2）如冷却水进口温度上升为20℃，仍用原设备达到相同的气体冷却程度，此时对数平均温差为多少？ 原情况 (1) 新情况 (2) 因 ， ， 换热器与气体的情况未变，则 ， 故 则 ， （<2， 则用算术平均值合适）对新情况下的热量进行衡算，故 7在套管换热器中用120℃的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管内湍流的苯。苯的流量为4000kg/h，比热容为1.9kJ/(kg·℃)，温度从30℃升至60℃。蒸汽冷凝传热系数为1×104W/(m2·℃)，换热管内侧污垢热阻为4×10－4m2·℃/W，忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为54×2mm的钢管，有效长度为12m。试求：（1）饱和蒸汽流量（其冷凝潜热为2204kJ/kg）；（2）管内苯的对流传热系数i；（3）当苯的流量增加50%、但其他条件维持不变时，苯的出口温度为若干？（4）若想维持苯的出口温度仍为60℃应采取哪些措施？作出定量计算。 解：（1）饱和蒸汽流量； （2）管内苯的对流传热系数i； 整理得 （1） （2） （3）苯的流量增加50%，苯的出口温度为若干 将其代入（2）式得 代入（1）式得 解得 （4）若想维持苯的出口温度仍为60℃应采取哪些措施？作出定量计算。 （a） 将管子加长， 由（1）式得 （b） 提高加热蒸气压强（温度） 解得 8 一废热锅炉，由25×2锅炉钢管组成，管外为水沸腾，温度为 227℃，管内走合成转化气，温度由575℃下降到472℃。已知转化气一侧i=300W/m2·K，水侧o=10000W/m2·K，钢的导热系数为45W/m·K，若忽略污垢热阻，试求： (1)以内壁面为基准的总传热系数Ki;(2)单位面积上的热负荷q(W/m2);(3)管内壁温度TW及管外壁温度Ti; (4)试以计算结果说明为什么废热锅炉中转化气温度高达500℃左右仍可使用钢管做换热管。解：（1）Ki 所以 （2）q （3）管内壁温度TW 及 管外壁温度Ti 因为 由上述方程可解出 ， （4）由计算结果可知，钢管的内外壁温度接近水侧沸腾的温度，即接近于热阻小的一侧流体的温度。尽管废热锅炉中转化气温度高达500℃左右，而钢管的温度小于238℃，故仍可在此高温下使用钢管做换热管。 9 水以一定流速在直管中作湍流流动，若管壁温度不变为350K，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？解：求 =2， =？ 以知 ， ， ， 水湍流流动，需对水侧作热量恒算可求。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： （1） 流速改变后： （2） 流速改变前 流速改变后 350K 350K 350K 350K 290K 295K 290K 则 又 （3）因物性参数不变，则： （4） （1）/（2），并将各参数带入，可得： 10 现有一逆流冷却器，用冷水冷却油，使油温从420K降到370K，水进口温度为285K，出口温度为310K。设油和水的流率、进口温度保持不变，将冷却器长度增加一倍（其它尺寸不变），求油及水的出口温度。解： 420K 370K 310K 285K对体系进行热量恒算， 所以， （1） （2）冷却器长度增加一倍后， 420K T2 t2 285K假设： 则 所以， （3） （4） （1）=（3） 1.95= （5）（2）=（4） 3.9= （6） 解（5）和（6）方程，得： T2 =341.74K t2 =324.13K <2， 则用算术平均值合适。 11某工厂有一台列管式换热器，每小时将一定量的气体从80℃冷到60℃，冷却水温度由20℃升到30℃，气体在管内流过，冷却水在管外与气体成逆流。经核算，该换热器的传热系数，现生产需要气体出口温度更低，有人提出将一结构及大小与已用一台完全一样的换热器并联使用，气体量与原一台时相同，只是分成相等的两股送入，冷却水进出每个换热器的温度仍与原来的一样。试计算：（1）此时气体的出口温度为多少？（2）两台换热器应如何安排才能把气体冷却到更低的温度？设：气体处理量与冷却水进出口温度都不变，忽略管壁与冷却水热阻，气体温度改变引起的物性改变也忽略不计。解：一台换热器情况： 所以 又因 气体放出的热量与冷却水得到的热量相等，所以： 即 （1） （1） 两台相同换热器并联使用 由于管间为水，管内为气体， 故有 气膜控制又 所以 故 （2） 联立（1）式和（2）式解得： （2） 两台相同换热器串联使用时 （3） 联立（1）式和（3）式解得： 因此两台串联使用可使气体出口温度降低到更低。 12 某车间需要安装一台换热器，将流量为30m3/h、浓度为10%的NaOH水 溶液由20℃预热到60。加热剂为127℃的饱和蒸汽。该车间现库存一台两管程列管式换热器，其规格为φ25×2mm；长度为3m；总管数72根。试问库存的换热器能否满足传热任务？ 操作条件下，NaOH溶液的物性参数为 钢的导热系数污垢热阻总和 解：对库存换热器进行传热能力核算 其中 蒸汽冷凝宜走壳程，NaOH水溶液走管程。求管内NaOH水溶液一侧的 换热器的传热速率 该换热器的热负荷 因为 所以库存的换热器能够完成传热任务。另一种解法：由传热方程式求得完成传热任务所需要的传热面积为： 同上，换热器的热负荷 ，故 该库存换热器所提供的传热面积的传热面积为： 因为 所以 库存的换热器能够完成传热任务。 13热气体在套管换热器中用冷水冷却，内管为钢管，导热系数。冷水在管内湍流流动，给热系数，热气在环隙中湍流流动，给热系数。不计垢层热阻，试求： （1） 管壁热阻占总热阻的百分数； （2） 内管中冷水流速提高一倍，总传热系数有何变化？（3） 内隙中热气体流速提高一倍，总传热系数有何变化？ 解： （1） = =总热阻 W管壁热阻 =管壁热阻分率为（2）增加（3） 增加 由上可知，管壁热阻往往占分率很小，可忽略；提高K值，强化传热，应在小处着手。 15 的无缝钢管，内通过表压为0.2Mpa的饱和蒸汽。管外包30mm厚的保温层，该管设置于温度的大气中，已知管内壁与蒸汽的给热系数，保温层外表面与大气的给热系数。求蒸汽流经每米管长的冷凝量W及保温层外表面的温度 解： 每米管长的冷凝量W ， 不计管壁热阻 = =1.65 查（表）下，饱和蒸汽，== 16一内径的空心球形钢壳容器，其内壁表面温度，外壁外面用100热水加热。钢壳的导热系数，热水对外壁的给热系数500，试计算钢壳厚度是多少mm时传热速率达最大值？最大传热速率是多少？解： 对于所传热量有 其中，， ， （推导而得）当R最小时必有当 时得 化工原理流体流动部分模拟试题及答案 一填空 (1）流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的 2 倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的 1/4 倍。(2）离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 η-Q 和 N-Q 曲线，这些曲线表示在一定 转速 下，输送某种特定的液体时泵的性能。 (3) 处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须是 静止的 、 连通着的 、 同一种连续的液体 。流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用 皮托 流量计测量。(4) 如果流体为理想流体且无外加功的情况下，写出：单位质量流体的机械能衡算式为 ；单位重量流体的机械能衡算式为 ；单位体积流体的机械能衡算式为 ；(5) 有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为z1ρg+（u12ρ/2）+p1+Wsρ= z2ρg+（u22ρ/2）+p2 +ρ∑hf ，各项单位为 Pa（N/m2） 。 (6）气体的粘度随温度升高而 增加 ，水的粘度随温度升高而 降低 。(7) 流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能 减小 。 (8) 流体流动的连续性方程是 u1Aρ1= u2Aρ2=······= u Aρ；适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为 u1d12 =u2d22 = ······= u d2 。(9) 当地大气压为745mmHg测得一容器内的绝对压强为350mmHg，则真空度为 395mmHg 。测得另一容器内的表压强为1360 mmHg，则其绝对压强为2105mmHg。 (10) 并联管路中各管段压强降 相等 ；管子长、直径小的管段通过的流量 小 。(11) 测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧压差值将 增加 ，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值将 不变 。(12) 离心泵的轴封装置主要有两种： 填料密封 和 机械密封 。 (13) 离心通风机的全风压是指 静风压 与 动风压 之和，其单位为 Pa 。 (14) 若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头 降低，流量减小，效率降低，轴功率增加。降尘室的生产能力只与 沉降面积 和 颗粒沉降速度 有关，而与 高度 无关。 (15) 分离因素的定义式为 ut2/gR 。(16) 已知旋风分离器的平均旋转半径为0. 5m，气体的切向进口速度为20m/s，则该分离器的分离因数为 800/9.8 。(17) 板框过滤机的洗涤速率为最终过滤速率的 1/4 。(18) 在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 2 次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的 0.5 次方成正比。二选择 1 流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用A流量计测量。 A 皮托管 B 孔板流量计 C 文丘里流量计 D 转子流量计2 离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生A。 A 气缚现象 B汽蚀现象 C 汽化现象 D 气浮现象 3 离心泵的调节阀开大时， B A 吸入管路阻力损失不变 B 泵出口的压力减小C 泵入口的真空度减小 D 泵工作点的扬程升高 4 水由敞口恒液位的高位槽通过一 管道流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小后，管道总阻力损失 C 。A 增大 B 减小 C 不变 D 不能判断5 流体流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机械能中的 C 项。A 动能 B 位能 C 静压能 D 总机械能6 在完全湍流时（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数数值 C A 与光滑管一样 B 只取决于Re C 取决于相对粗糙度 D 与粗糙度无关 7 孔板流量计的孔流系数C0当Re增大时，其值 B 。A 总在增大 B 先减小，后保持为定值 C 总在减小 D 不定8 已知列管换热器外壳内径为600mm，壳内装有269根25×2.5mm的换热管，每小时有5×104kg的溶液在管束外侧流过，溶液密度为810kg/m3，粘度为1.91×10－3Pa·s，则溶液在管束外流过时的流型为 A 。A 层流 B 湍流 C 过渡流 D 无法确定 9 某离心泵运行一年后发现有气缚现象，应 C 。A 停泵，向泵内灌液 B 降低泵的安装高度C 检查进口管路是否有泄漏现象 D 检查出口管路阻力是否过大 10 某液体在内径为d0的水平管路中稳定流动，其平均流速为u0，当它以相同的体积流量通过等长的内径为d2(d2=d0/2)的管子时，若流体为层流，则压降p为原来的 C 倍。A 4 B 8 C 16 D 32 三计算 1 为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U形压差计读数为R=130mm，通气管距贮槽底面h=20cm，贮槽直径为2m，液体密度为980kg/m3。试求贮槽内液体的贮存量为多少吨？ 解：由题意得：R=130mm，h=20cm，D=2m，980kg/，。 （1） 管道内空气缓慢鼓泡u=0，可用静力学原理求解。 观察瓶 压缩空气 HRh （2） 空气的很小，忽略空气柱的影响。 2 测量气体的微小压强差，可用附图所示的双液杯式微差压计。两杯中放有密度为的液体，U形管下部指示液密度为，管与杯的直径之比d/D。试证气罐中的压强可用下式计算： 证明： 作1-1等压面，由静力学方程得： （1） 代入（1）式得： 即 3 利用流体平衡的一般表达式推导大气压p与海拔高度h之间的关系。设海平面处的大气压强为，大气可视作等温的理想气体。解： 大气层仅考虑重力，所以： X=0， Y=0， Z=-g， dz=dh 又理想气体 其中M为气体平均分子量，R为气体通用常数。 积分整理得HH1H2 4 如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为83×3.5mm，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H1为4.8m，压力表安装位置离贮槽的水面高度H2为5m。当输水量为36m3/h时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg，压力表读数为2.452×105Pa，泵的效率为70%，水的密度为1000kg/m3，试求：（1）两槽液面的高度差H为多少？（2）泵所需的实际功率为多少kW？（3）真空表的读数为多少kgf/cm2？解：（1）两槽液面的高度差H 在压力表所在截面2-2´与高位槽液面3-3´间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，得： 其中， , u3=0, p3=0, p2=2.452×105Pa, H2=5m, u2=Vs/A=2.205m/s代入上式得： （2）泵所需的实际功率 在贮槽液面0-0´与高位槽液面3-3´间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： 其中， , u2= u3=0, p2= p3=0, H0=0， H=29.4m代入方程求得： We=298.64J/kg，故 ， η=70%，（3）真空表的读数 在贮槽液面0-0´与真空表截面1-1´间列柏努利方程，有： 其中， , H0=0， u0=0, p0=0, H1=4.8m, u1=2.205m/s代入上式得， 5 两敞口贮槽的底部在同一水平面上,其间由一内径75mm长200m的水平管和局部阻力系数为0.17的全开闸阀彼此相连，一贮槽直径为7m，盛水深7m，另一贮槽直径为5m，盛水深3m，若将闸阀全开，问大罐内水平将到6m时，需多长时间？设管道的流体摩擦系数。 解：在任一时间t内，大罐水深为H，小罐水深为h 大罐截面积=， 小罐截面积=， 当大罐水面下降到H时所排出的体积为： ， 这时小罐水面上升高度为x；所以 而 在大贮槽液面1-1´与小贮槽液面2-2´间列柏努利方程，并以底面为基准水平面，有： 其中 大气压， u为管中流速， ， 代入方程得： 若在dt时间内水面从H下降H-dH，这时体积将变化为-38.465dH，则： 故 16m3m 6 用泵将20℃水从敞口贮槽送至表压为1.5×105Pa的密闭容器，两槽液面均恒定不变，各部分相对位置如图所示。输送管路尺寸为108×4mm的无缝钢管，吸入管长为20m，排出管长为100m（各段管长均包括所有局部阻力的当量长度）。当阀门为3/4开度时，真空表读数为42700Pa，两测压口的垂直距离为0.5m，忽略两测压口之间的阻力，摩擦系数可取为0.02。试求： (1)阀门3/4开度时管路的流量(m3/h)；(2)压强表读数（Pa）；(3)泵的压头（m）； (4)若泵的轴功率为10kW，求泵的效率； (5)若离心泵运行一年后发现有气缚现象，试分析其原因。解：（1）阀门3/4开度时管路的流量(m3/h)； 在贮槽液面0-0´与真空表所在截面1-1´间列柏努利方程。以0-0´截面 为基准水平面，有： 其中， , z0=0， u0=0, p0=0（表压）, z1=3m, p1=-42700Pa（表压） 代入上式，得： u1=2.3m/s， Q=(2)压强表读数（Pa）； 在压力表所在截面2-2´与容器液面3-3´间列柏努利方程。仍以0-0´截面为基准水平面，有： 解得， p2=3.23×105Pa（表压）（3）泵的压头（m）； 在真空表与压力表所在截面间列柏努利方程，可得，（4） 泵的有效功率 （5） 若离心泵运行一年后发现有气缚现象，原因是进口管有泄 露。 H=20mH1=2m 7 如图所示输水系统，已知管路总长度（包括所有当量长度，下同）为100m，压力表之后管路长度为80m，管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m，水的密度为1000kg/m3，泵的效率为0.8，输水量为15m3/h。求：（1）整个管路的阻力损失，J/kg；（2）泵轴功率，kw；（3）压力表的读数，Pa。 解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg；由题意知，则 （2）泵轴功率，kw； 在贮槽液面0-0´与高位槽液面1-1´间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： 其中， , u0= u1=0， p1= p0=0（表压）, H0=0， H=20m代入方程得： 又 故 ， η=80%， 8 用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两 槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为 57×3.5mm，泵出口垂直管段A、B截面上 B的测压口有软管与两支液柱压差计相连， 其上指示剂水银柱的读数分别为R=40mm及 R″ R′=1200mm。右边压差计的左侧指示剂液 A 面与截面A的垂直距离H=1000mm， 右侧开 口支管的水银面上灌有一段R″=20mm的清 H R′ R 水。A、B两截面间的管长（即垂直距离） t s为hAB =6m。管路中的摩擦系数为0.02。 当地大气压强为1.0133×105Pa，取水的密度为1000kg/m3，水银的密度为13600kg/m3。试求：（1）截面A、B间的管路摩擦阻力损失∑hf,AB,J/kg；（2）水在管路中的流速u, m/s；（3）截面B上的压强pB, Pa；（4）截面A上的压强pA, Pa。 解：（1）截面A、B间的管路摩擦阻力损失∑hf,AB, J/kg； 取截面A为上游截面，截面B为下游截面，并以截面A为基准水平面。在两截面之间列柏努利方程式，即： gZA + + = gZB + + + （1）则： = (ZA - ZB )g + + （2）其中： ZA - ZB =（0-6）=-6m =0 （pA - pB）=hABρW g + R（ρHg – ρW）g =6×1000×9.8 + 0.04（13600 – 1000）×9.8 =63800 Pa将诸值带入（2）式，得： =-6×9.8 +63800÷1000=4.94 J/kg（2）水在管路中的流速u, m/s； A、B之间的阻力损失与流速有关，可用如下公式表示： = （3） 其中，l=6m，d=0.05m，=0.02，=4.94 J/kg，带入（3）式： 4.94=0.02××可得， u=2.029 m/s （3）截面B上的压强pB, Pa； 在右边压差计的左侧指示剂液面处作t-s等压参考面，由流体静力学原理可知，Pt=Ps则： PB +（hAB +H）ρW g =Pa +ρW g +ρHg g整理得：PB = Pa + ρW g +ρHg g - （hAB +H）ρW g =1.0133×105 + 0.02×1000×9.81 + 1.2×13600×9.81-（6+1）×1000×9.81 =193000 Pa （4）截面A上的压强pA, Pa。 PA = PB +ΔPAB = PB + hAB ρW g =193000 + 6×1000×9.81 =256000 Pa 9 某石油化工厂每小时将40吨重油从地面油罐输送到20m高处的贮槽内，输油管路为φ108×4mm的钢管，其水平部分的长度为430m，已知在输送温度下，重油的部分物性数据如下： 平均比热，kJ/kg• 密度，kg/m3粘度，cP ℃ 15℃的冷油96034301.67550℃的热8901871.675油 （1） 试比较在15℃及50℃两种温度下输送时，泵所消耗的功率 （该泵的效率为0.60）。 （2）假设电价每千瓦小时（度）0.20元，每吨1.0atm（绝压）废热蒸汽1.80元，试比较用废热蒸汽将油加热到50℃再输送，比直接输送15℃冷油的经济效果如何？（1atm蒸汽潜热为2257.6kJ/kg） 解：（1）首先判断重油的流动类型， d=108 - 4×2=100mm，重油在管内流速为：15℃时 50℃时 雷诺准数：15℃时 50℃时 （2）摩擦阻力损失：由于重油在两种不同温度下是流动类型均为层流，故可用泊谡叶方程式求摩擦阻力造成的压头损失：15℃时 50℃时 （3）泵在两种温度下输送重油的压头：15℃时 50℃时 （4）泵的轴功率 输送15℃重油时 输送50℃重油时 （5）经济效果的比较： 输送15℃重油比输送50℃重油多消耗的功率为： 144.06 - 12.54=131.52kw 若按1小时计算，则多消耗131.52kwh（即132.52度），1小时多消耗电费： 1×132.52×0.20=26.304元 将重油从15℃加热至50℃，每小时所需热量为： 消耗蒸汽量 加热重油所需消耗蒸汽的费用：1.04×1.80=1.872元/时 从以上计算可知，在上述蒸汽和电能的价值条件下，将重油加热后再输送比直接输送冷油是有利的。 10 内截面为1000的矩形烟囱的高度为。平均分子量为、平均温度为的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值，大气温度为，地面处的大气压强为。流体流经烟囱时的摩擦系数可取为0.05，试求烟道气的流量为若干。 解： 取烟囱底端为上游截面、顶端内侧为下游截面，并以截面为基准水平面。在两截面间列柏式，即：式中 由于烟道气压强变化不大，烟道气的密度可按以： 因烟囱顶端内侧压强等于同高度处的大气压强，故 标准状况下空气的密度为时空气的密度为： 于是 将以上各值代入柏式，解得：其中 烟道气的流速为： 烟道气的流量为： 11 某工业燃烧炉产生的烟气由烟囱排入大气。烟囱的直径d=2m，。烟气在烟囱内的平均温度为200，在此温度下烟气的密度，粘度，烟气流量。在烟囱高度范围内，外界大气的平均密度，设烟囱内底部的压强低于地面大气压，试求烟囱应有多少高度？ 试讨论用烟囱排气的条件是什么？增高烟囱对烟囱内底部压强有何影响？ 解： 列烟囱底部（1截面）与顶部（2截面）柏努利方程 烟囱， ， ，查表得 1-2截面间柏努利方程为 烟囱得以排气的必要条件是， 若≮时，≮0，即无法起到抽吸作用。 增加，降低（即真空度增加），抽吸量增加。 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容