材料学院化工原理习题

选择题1流体在圆管内流动时，管中心流速最大，若为层流时，平均流速与管中心的最大流速的关系为（）。AA.Um＝1/2Umax；B.Um＝0.8Umax；C.Um＝3/2Umax。2为避免发生气蚀现象，应使离心泵内的最低压力（）输送温度下液体的饱和蒸汽压。AA.大于；B.小于；C.等于。3过滤推动力一般是指。BA．过滤介质两边的压差；B.过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差;C.滤饼两面的压差;D.液体进出过滤机的压差4恒压过滤，如介质阻力不计，过滤压差增大一倍时，同一过滤时刻所得滤液量。CA.增大至原来的2倍;B.增大至原来的4倍;C.增大至原来的1.414倍;D.增大至原来的1.5倍5离心泵最常用的调节方法是（）。BA.改变吸入管路中阀门开度；B.改变排出管路中阀门开度；C.安置回流支路，改变循环量的大小；D.车削离心泵的叶轮。6揭示了物体辐射能力与吸效率之间关系的定律是（）B。A、斯蒂芬-波尔兹曼定律；C、折射；B、克希霍夫；D、普郎克；7、有两台同样的管壳式换热器，拟作气体冷却器用。在气、液流量及进口温度一定时，为使气体温度降到最低应采用的流程为（）A、气体走管外，气体并联逆流操作；B、气体走管内，气体并联逆流操作；C、气体走管内，串联逆流操作；D、气体走管外，串联逆流操作；答案：D9湿空气经预热后，空气的焓增大，而（）。A.H，φ都升高；B.H不变φ降低；C.H，φ都降低答案：B10恒速干燥阶段，物料的表面温度等于空气的（）。A．干球温度；B.湿球温度；C.露点答案：B11.物料中非结合水分的特点之一是其产生的水蒸汽压（）同温度下纯水的饱和蒸汽压。A.大于；B.小于；C.等于答案：C计算题1在稳定流动系统中，水连续从粗管流入细管。粗管内径d1=10cm，细管内径d2=5cm，当流量为4×10－3m3/s时，求粗管内和细管内水的流速？解：根据定义式m/s51.01.041042311AVuS根据不可压缩流体的连续性方程u1A1=u2A2由此倍4510222112dduuu2=4u1=4×0.51=2.04m/s2静力学方程应用如图所示，三个容器A、B、C内均装有水，容器C敞口。密闭容器A、B间的液面高度差为z1=1m，pBpAz1BAz2paCR2H2110例1-1附图容器B、C间的液面高度差为z2=2m，两U形管下部液体均为水银，其密度0=13600kg/m3，高度差分别为R=0.2m，H=0.1m，试求容器A、B上方压力表读数pA、pB的大小。解如图所示，选取面1-1、2-2，显然面1-1、2-2均为等压面，即2211pppp，。再根据静力学原理，得：gHpHzgpaB02于是1.0281.910001.081.91360020HzggHppaB=–7259Pa由此可知，容器B上方真空表读数为7259Pa。同理，根据p1=p1及静力学原理，得：gRgzpgRpBA01)()(表表所以gRRzgppBA01)(()()表表2.081.9136002.0181.910007259=2.727104Pa3用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33×103Pa，蒸发器上部的蒸发室内操作压强为26670Pa（真空度），蒸发器进料口高于贮槽内液面15m，进料量为20m3/h，溶液流经全部管路的能量损失为120J/kg，求泵的有效功率。管路直径为60mm，设本题泵的效率为0.65。解：取贮槽液面为1―1截面，管路出口内侧为2―2截面，并以1―1截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程。fehpugZWpugZ2222121122式中Z1=0Z2=15mp1=0（表压）p2=－26670Pa（表压）u1=0m/s97.106.0785.036002022ufh=120J/kg将上述各项数值代入，则J/kg9.246120026670120297.181.9152eW泵的有效功率Ne为：Ne=We·qm式中kg/s67.63600120020smVqNe=246.9×6.67=1647W=1.65kW实际上泵所作的功并不是全部有效的，故要考虑泵的效率η，实际上泵所消耗的功率（称轴功率）N为eNN则泵的轴功率为：kW54.265.065.1N4料液自高位槽流入精馏塔，如附图所示。塔内压强为1.96×104Pa（表压），输送管道为φ36×2mm无缝钢管，管长8m。管路中装有90°标准弯头两个，180°回弯头一个，球心阀（全开）一个。为使料液以3m3/h的流量流入塔中，问高位槽应安置多高？（即位差Z应为多少米）。料液在操作温度下的物性：密度ρ=861kg/m3；粘度μ=0.643×10－3Pa·s。解：取管出口处的水平面作为基准面。在高位槽液面1－1与管出口截面2－2间列柏努利方程fhupgZupgZ2222222111式中Z1=ZZ2=0p1=0（表压）u1≈0p2=1.96×104Pam/s04.1032.0785.0360034222dVus阻力损失22udlhf取管壁绝对粗糙度ε=0.3mm，则：00938.0323.0d湍流43104641064308610410320....duRe由图1-23查得λ=0.039局部阻力系数由表1-4查得为进口突然缩小（入管口）ζ=0.590°标准弯头ζ=0.75180°回弯头ζ=1.5球心阀(全开)ζ=6.4故204.14.65.175.025.0032.08039.02fh=10.6J/kg所求位差m46.381.96.1081.9204.181.98611096.12242212ghgugppZf截面2－2也可取在管出口外端，此时料液流入塔内，速度u2为零。但局部阻力应计入突然扩大（流入大容器的出口）损失ζ=1，故两种计算方法结果相同。5选用某台离心泵，从样本上查得其允许吸上真空高度Hs=7.5m，现将该泵安装在海拔高度为500m处，已知吸入管的压头损失为1mH2O，泵入口处动压头为0.2mH2O，夏季平均水温为40℃，问该泵安装在离水面5m高处是否合适？已知海拔500m处大气压强9.74mH2O，水密度可视为不变。解：使用时的水温及大气压强与实验条件不同，需校正：当水温为40℃时pv=7377PaHa=9.74mH2OH's=Hs+（Ha－10）－24.01081.93vp=7.5+（9.74－10）―（0.75―0.24）=6.73mH2O泵的允许安装高度为：102'21fsgHguHH=6.73―0.2―1=5.53m＞5m故泵安装在离水面5m处合用。6用一离心泵输送酒精，当转速n=2900r/min时泵的特性曲线方程为206.040QH，已知出口阀全开时管路特性曲线方程为204.020Qhe。两式中Q的单位为m3/h，H、he的单位是m。问：(1)此时的输送量为多少？(2)若生产需要的酒精量为上述的80%，拟采用变速调节，转速如何变化？解：(1)根据ehH，即2204.02006.040QQ得输送量Q=14m3/h。(2)改变转速时，管路特性曲线不变，而泵的特性曲线将改变。根据管路特性曲线可知，当Q减少时，管路所需要的压头降低，即工作点向左方移动。而要实现此变化，泵的特性曲线也只能向左下方移动（如图中的虚线），即转速降低，此时泵所提供的压头也降低。7用降尘室除去矿石焙烧炉炉气中的氧化铁粉尘（密度4500kg/m3），操作条件下的气体体积流量为6m3/s，密度为0.6kg/m3，粘度为0.03cP，降尘室高2m，宽2m，长5m。试求能100%除去的最小尘粒直径。若将该降尘室用隔板分成10层（不计隔板厚度），而需完全除去的最小颗粒要求不变，则降尘室的气体处理量为多大？解（1）能100%除去的最小颗粒直径假设沉降服从斯托克斯公式，则：QH例2-1工作点示意图AgVdpsp18min(1)将=0.03cP=310-5Pas，Vs=6m3/s，p=4500kg/m3，=0.6kg/m3，A=25=10m2代入得：55min1057.8106.0450081.9610318pdm=85.7m检验雷诺数：根据式3-466.0106AVustm/s203.11036.06.01057.8Re55tppud可见假设正确。（2）若将该降尘室用隔板分成10层，且需完全除去的最小颗粒要求不变，即dpmin不变，则从式3-41知ut也不变，于是，每一小室的气体处理能力Vs=Aut不变，仍为6m3/s，故降尘室总的生产能力为：6061010ssVVm3/s由计算可见，将该降尘室用隔板分成10层后，若需完全除去的最小颗粒要求不变，则降尘室的气体处理量将变为原来的10倍。8、拟在9.81×103Pa的恒定压强差下过滤某悬浮液。已知该悬浮液由直径为0.1mm的球形颗粒状物质悬浮于水中组成，过滤时形成不可压缩滤饼，水的粘度为1.0×10－３Pa·s，过滤介质阻力可以忽略，若每获得1m3滤液所形成的滤饼体积为0.333m3。比阻为1.333*10101/m2试求：1）每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间；2）若将此过滤时间延长一倍，可再得滤液多少？解：1）求过滤时间已知过滤介质阻力可以忽略的恒压过滤方程为Kq2单位面积获得的滤液量q=1.5m3/m2对于不可压缩滤饼，则rvpK2已知Δp=9.81×103Pa，μ=1.0×10－3Pa·s，v=0.333m3/m2所以310331042.4333.010333.1100.11081.92Km2/s所以5091042.45.1322Kqs2）过滤时间加倍时增加的滤液量101850922's则12.210181042.4''3Kqm3/m262.05.112.2'qqm3/m2即每平方米过滤面积上将再得0.62m3滤液。8、某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm，其导热系数分别为0.9W/（m·℃）及0.7W/（m·℃）。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、导热系数为0.06W/（m·℃）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃，外表面温度为90℃。设两层砖的导热系数不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？解：加保温层前单位面积炉壁的热损失为1SQ此时为双层平壁的热传导，其导热速率方程为：22447.01.09.01.01307002211311bbttSQW/m2加保温层后单位面积炉壁的热损失为2SQ此时为三层平壁的热传导，其导热速率方程为：2332211412W/m7060600407010901090740......bbbttSQ故加保温层后热损失比原来减少的百分数为：%.%%SQSQSQ568100224470622441001219、热空气在冷却管管外流过，α2=90W/（m2·℃），冷却水在管内流过，α1=1000W/（m2·℃）。冷却管外径do=16mm，壁厚b=1.5mm，管壁的λ=40W/（m·℃）。试求：①总传热系数Ko；②管外对流传热系数α2增加一倍，总传热系数有何变化