09环境《化工原理实验》(上)试卷(A)1答案20111214

第1页共12页福州大学2011～2012学年第一学期考试A卷（评分标准）课程名称化工原理实验B（上）考试日期2011.12.29考生姓名学号专业或类别09环境工程题号一二三四五六七八总分累分人签名题分2318142916100得分考生注意事项：1、本试卷共12页，请查看试卷中是否有缺页。2、考试结束后，考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考场。教师注意事项：如果整门课程由一个教师评卷的，只需在累分人栏目签名，题首的评卷人栏目可不签名一、填空、选择、判断题（每个空或每个选项1分，共23分）得分评卷人绪论部分1、化工原理实验属于工程实验范畴，其实验的研究方法除因次分析法外，还有直接实验法和数学模型法。2、因次分析法的目的在于（C）A、得到各变量间的确切定量关系；B、得到各无因次数群确切的定时关系；C、用无因次数群代替变量，使实验与关联工作简化；D、用无因次数群代替变量，使实验结果更可靠。第2页共12页3、判断题：（正确的打“√”错误的打“×”）A、y值为0.008~0.1，x值为102~108，所以选用双对数坐标比较合适；（√）B、y值为0.55~0.66，x值为5×103~106，所以选用单对数坐标比较合适；（√）C、对于baxy函数关系，选择单对数坐标系比较合适。（×）离心泵实验1、离心泵实验结束时，应（A）A、先关出口阀后停电；B、先停电后关出口阀；C、先关出口阀或先停电均可。2、关于二台同型号离心泵的组合操作，判断以下说法的正误A、对低阻管路，串联泵流量、扬程小于并联泵的流量、扬程（√）B、对高阻管路，并联泵流量、扬程大于串联泵的流量、扬程（×）C、若管路两端的势能大于泵所能提供的最大压头，则必须用并联操作（×）3、离心泵开动前必须充满液体是为了防止气缚现象的发生。4、离心泵铭牌上标明的是泵在泵效率最高时的主要性能参数。离心泵启动时应该关闭出口阀,其原因是会发生电机起动电流过大。过滤实验1、过滤推动力一般是指（B）A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。第3页共12页2、判断正误：A、一个过滤周期中，“过滤时间越长，生产能力越大”的看法是正确的。（×）B、某悬浮液被恒压过滤时，若过滤介质阻力忽略不计，则获得的滤液量和过滤时间的21次方成正比。（√）3、过滤实验中，悬浮液储槽内壁上安装挡板的目的是（C）A、保护槽壁；B、增大搅拌功率；C、抑制打漩，改善搅拌效果；D、防止结垢传热实验1、对于本次传热实验（用饱和水蒸气来加热空气），为有效提高K值，关键在于（A）A、提高管内的；B、提高管外的；C、减小垢层热阻；D、提高管内流体流量。2、本实验中，在通入饱和蒸汽套管间时要排除不凝性气体，这是因为（B）A、不凝性气体存在可能会引起爆炸。B、不凝性气体存在会使蒸汽大大降低。C、不凝性气体存在会使空气大大降低。3、判断下列的说法是否正确A、本次传热实验的空气流量是用转子流量计测量的。（×）B、在空气与蒸汽间壁换热过程中可以采用提高蒸汽流速的方法来提高传热速率。（×）C、本实验用常压水蒸气冷凝加热空气，空气平均温度为20℃，则壁温约为60℃。（×）第4页共12页二、因此分析法（18分）得分评卷人在研究无相变化强制湍流下的对流给热系数时，已知其影响因素主要是定性长度l、流体的流速u、粘度、导热系数、比热Cp和密度。试用因次分析法把影响的因素归纳成几个准数。提示：（1）影响过程的独立变量有：)(、、、、、pculf7n（2）独立变量所涉及到的基本因次：长度[L]；时间[θ]；温度[T]；质量[M]。m=4其中部分因次为：—][13TML；Cp—][212TL；—][13TM解：将)(、、、、、pculf改为幂函数的形式：fepdcbacuKl（2分）其它因次为：l—][L；u—][1L；—][11LM；—][3ML（4分）（1）将上述各物理量的因次代入上式，得（1分）fedcbaMLTLTMLMLLLKTM][][][][][][32121311113（2）将相同因次的指数归纳在一起：（1分）cdfdcedcbfedcbaTMKLTM233213（3）根据因次一致性原则，上式等号两边各基本量的因次的指数必然相同，可得方程组：对基本因次[M]:c＋d＋f＝1对基本因次[θ]:－b－c－3d－2e＝－3（4分）第5页共12页对基本因次[T]:－d－e＝－1对基本因次[L]:a＋b－c＋d＋2e－3f＝0（4）设用其中两个末知数e、f表示为a、b、c、d的函数，则：（4分）a＝－b＋c－d－2e＋3fa＝f－1b＝3－c－3d－2eb＝fc＝1－d－fc＝e－fd＝1－ed＝1－eα＝Klf-1、uf、μe-f、λ1-e、Cpe、ρf（5）根据π定理可知，可以组成I=n-m=7-4=3个无因次数群。将相同指数的物理量归在一起，两边同时乘l得：fePluCKl)()(即：feKNuRePr（2分）三、简答题（14分）得分评卷人1、（4分）在恒压过滤过程中，要保证过滤常数为定值，实验中应注意哪些问题？答：在恒压过滤过程中，012rpKs，由此式可知，要保证过滤常数为定值，实验中应注意保持压力的恒定和悬浮液的温度不变、悬浮液的浓度不变。（公式、压力、温度、浓度每点1分）第6页共12页2、（5分）为什么本次离心泵实验所测出的管路特性曲线是一条无明显截距且近似通过原点的曲线？答:管路特性曲线方程为：2BQAHe式中：gpzAA值的大小决定了曲线的截距，它由管路两端实际条件决定。本次实验时，0p，所以zA，z指管路出口与水箱液面之间的高度，由于此高度很小，所以本次实验的A值很小，接近于零，因此所测出的管路特性曲线，是一条无明显截距且近似通过原点的曲线。(B代表管路系统的阻力特性，由管路情况决定，当液体处于高度湍动时，B为常数。)3、（5分）传热实验中，随着流量的增大，Re增大，增大，空气的出口温度却是下降的，为什么？因为本次实验8.08.01211ReuddK，（2分）8.0mutKAQ（1分）2212pscmQtt，2.022ucmQps（2分）所以随着流量的增大，出口温度却是下降的。第7页共12页四、数据处理（29分）得分评卷人1、（15分）本实验使用的离心泵为：WB70/055微型离心泵，流量1.2～7.2m3/h，电机功率0.55kW，扬程13～21m，转速2900r/min，两测压口间的垂直距离为0.45m，吸入管路的直径为0.025m，排除管路的直径为0.045m。表1为两台WB70/055微型离心泵并联组合处理后的部分实验数据表，图1为该型号的两台泵并联、串联组合的特性曲线。试求：（1）请将表1的第3组实验数据补齐，并写出具体的计算过程，包括计算用到的公式、物理量的单位；（2）现有一管路，需将20℃的清水从贮水池送至水塔，已知塔内水面高于贮水池水面5m。水塔及贮水池水面恒定不变，均与大气相通，输送管路为φ32mm×2mm的钢管，当管路上阀门全开时管的总长为40m（包括所有局部阻力在内），摩擦因素取0.02。请求出该管路特性曲线方程，将其画在图1中，并讨论对于该管路若采用两台WB70/055微型离心泵串联或并联组合来输送清水，应该采用哪种组合更适合？表1并联泵实验数据表序号Q/(m3/h)P入/MpaP出/Mpaρ/(kg/m3)u出/(m/s)u入/(m/s)He/m115.780.0190.100999.552.764.4712.0213.850.0140.122999.532.423.9213.8311.720.0090.145999.502.053.3215.849.840.0030.160999.481.722.7916.857.720.0000.175999.481.352.1918.1第8页共12页05101520253035404550012345678910111213141516Q,m3/hHe,mn=2900r.p.m图1串、并联泵特性曲线图解：(1)（7分）m/s32.3025.0785.02/3600/72.110.78522dQu入（2分）m/s50.2045.0785.03600/72.110.78522dQu出（2分）m8.1581.9232.305.281.950.99910)009.0145.0(45.0222622guugppZZH入出入出入出（3分）（2）（8分）22252222967.0581.92785.0028.04002.052)785.0/(QQgdQdlgpzbQAhe（4分）将其画在图上如图1所示（2分），由图可得对于该管路，并Q串Q,，并H串H，所以应该选串联组合。（2分）第9页共12页2、（14分）传热实验测得第4点数据见表1。定性温度下空气密度为1.100[kg/m3]，定压比热1005[J/kg.℃]，导热系数0.0281[w/m.℃]，粘度1.96×10-5[Pa.s]。换热管长度为1.0[m]，管内径0.019[m]，管外径0.022[m]。管壁和污垢热阻可忽略不计。（1）请计算出该点的Re和Nu的值并填入表2中。（2）请用双对数坐标作图，并整理出mANuRe的关联式。表1传热实验数据序号空气进口温度ｔ1(℃)空气出口温度ｔ2(℃)水蒸汽温度T(℃)空气体积流量V（m3/s）430661000.0104表2传热实验数据结果序号1234Re24801293013492039134Nu65.675.186.494.1解：（1）70.36019.00785.00104.0785.022dVum/s（1分）391341096.1100.170.36019.0Re5du（1分）第10页共12页)(90.413)3066(10050104.0100.122wtCpMQs（1分）21ln12tTstTsmttt=85.49)]66100()30100[(ln3066(℃)（2分）)(19.12085.491022.014.39.413121kmwtldQKm（1分）17.139019.0022.019.120212ddK（1分）1.940281.0019.017.13922dNu（1分）（2）线上取点正确（1分）7898.0RelogRelogloglog1212NuNum（2分）线中取100Nu时，42000Re42000log7898.0log100loga651.3log2A651.1logA0222.0A（2分）7898.0Re0222.0Nu（1分）或：用联立方程求解：mANu11RemANu22Re解得：7898.0m（2分）0222.0A（2分）7898.0Re0222.0Nu（1分）第11页共12页五、实验方案设计（16分）得分评卷人现需要用实验室的板框过滤机过滤含5.0%CaCO3的水悬浮液，并测定其在2×105pa压强差下的过滤常数K和qe。请你写出测定过滤常数K和qe的实验原理，并设计出原始数据记录表。答；根据恒压过滤方程：Kqqqe22（2分）将式（1）积分得eqKqKq21（2分）上式为一直线方程。实验时，在2×105pa压强差下进行过滤，测出过滤时间及滤液累计量V的数据（见表1），通过数据处理，然后在直角坐标纸上标绘q对q的关系，所得直线斜率为K1，截距为eqK2，从而求出K，eq。（4分）或：将式（1）微分得eqKqKq22（2分）上式为一直线方程。实验时，在2×105pa压强差下进