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一、选择题
1、 某液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不变，则
(1) 层流时，流动阻力变为原来的 C 。
A ．4倍
B ．8倍
C ．16倍
D ．32倍 (2) 完全湍流(阻力平方区)时，流动阻力变为原来的 D 。
A ．4倍
B ．8倍
C ．16倍
D ．32倍
解：(1) 由 2
22322642d
lu
u d l du u d l h f ρμμ
ρλ=??=??= 得
1624
4
212
212
212212121
2==???
? ??=???? ??????? ??==d d d d d d d u d u h h f f (2) 由 2
222u
d l d f u d l h f ?
???? ??=??=ελ 得
322 5
5
212142122112
21
2==???
? ??=????? ??==d d d d d d d u d u h h f f 2． 水由高位槽流入贮水池，若水管总长（包括局部阻力的当量长度在内）缩短
25%，而高位槽水面与贮水池水面的位差保持不变，假定流体完全湍流流动(即流动在阻力平方区)不变，则水的流量变为原来的 A 。
A ．1.155倍
B ．1.165倍
C ．1.175倍
D ．1.185倍
解：由 f h u p gz u p gz ∑+++=++2
222
22211
1ρρ
得 21f f h h ∑=∑ 所以 ()()2
222222
11
1u d l l u d l l e e ?+?=?+?
λλ 又由完全湍流流动
得 ??
?
??=d f ελ
所以 ()()2
22211u l l u l l e e ?+=?+
而 24
d u uA V π
?
==
所以 ()()1547.175
.01
2
11
212==
++=
=e e l l l l u u
V V 3． 两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降。已知
玻璃球的密度为2500kg/m 3，水的密度为998.2kg/m 3，水的粘度为1.005?10-3Pa ?s ，空气的密度为1.205kg/m 3，空气的粘度为1.81?10-5Pa ?s 。 （1）若在层流区重力沉降，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 B 。
A ．8.612
B ．9.612
C ．10.612
D ．11.612
（2）若在层流区离心沉降，已知旋风分离因数与旋液分离因数之比为2，则
水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 D 。
A ．10.593
B ．11.593
C ．12.593
D ．13.593
解：(1) 由 ()μρρ182g
d u s t -=
得 ()g
u d s t
ρρμ-=
18
所以 ()()()()612.91081.12.998250010005.1205.125005
3=??-??-=
--=--a
w s w a s a
w
d d μρρμρρ
(2) 由 ()R u d u T s r 2218?-=μρρ，gR
u K T
c 2
=
得 ()c s r gK d u ?-=μ
ρρ182，()c
s r
gK u d ρρμ-=18
所以 ()()()()593.131
1081.12.9982500210005.1205.1250053=???-???-=
--=
--cw
a w s ca
w a s a
w K K d d
μρρμρρ
4. 某一球形颗粒在空气中自由重力沉降。已知该颗粒的密度为5000kg/m 3，空气的密度为1.205kg/m 3，空气的粘度为1.81?10-5Pa ?s 。则
(1) 在层流区沉降的最大颗粒直径为 B ?10-5m 。
A ．3.639
B ．4.639
C ．5.639
D ．6.639 (2) 在湍流区沉降的最小颗粒直径为 C ?10-3m 。
A ．1.024
B ．1.124
C ．1.224
D ．1.324
解：(1) 由 μ
ρ
t du =
Re
得 ρ
μd u t Re
=
而 ()μρρ182g
d u s t -=
所以 ()()
()m g d s 532
5
3
210639.4807
.9205.15000205.11
1081.118Re 18--?=?-????=-=ρρρμ
(2) 由 ()ρ
ρρg
d u s t -=74
.1
得 ()ρ
μρ
ρρd g
d s Re
74
.1=
- ()2
222
274.1Re ρμρ
ρρd g
d s =
- 所以
()()()m g d d s 332
2
2
53
22210224.1807
.9205.15000205.174.11000
1081.174.1Re --?=?-????=-?=ρρρμ 5. 对不可压缩滤饼先进行恒速过滤后进行恒压过滤。
（1）恒速过滤时，已知过滤时间为100s 时，过滤压力差为3?104Pa ；过滤时间
为500s 时，过滤压力差为9?104Pa 。则过滤时间为300s 时，过滤压力差为 C 。
A ．4?104Pa
B ．5?104Pa
C ．6?104Pa
D ．7?104Pa
（2）若恒速过滤300s 后改为恒压过滤，且已知恒速过滤结束时所得滤液体积为
0.75m 3，过滤面积为1m 2，恒压过滤常数为K=5?10-3m 2/s ，q e =0m 3/m 2(过滤介质的阻力可以忽略)。则再恒压过滤300s 后，又得滤液体积为 D 。
A ．0.386m 3
B ．0.486m 3
C ．0.586m 3
D ．0.686m 3 解：(1) 由 b a p +=?θ
得
b
a b a +=?+=?5001091001034
4
两式相减，得 a
4001064
=?，150400
1064
=?=a 所以 150001*********=?-?=b
所以 Pa p 41066000015000300150?==+?=?
(2) 由 ()
()()R R e R K q q q q q θθ-=-+-22
2 得 ()
()R R K q q θθ-=-22
()()R R R R K A V K q q θθθθ-+??
? ??=-+=2
2
()4361.10625.230010575.032==
??+=
-
23/6861.075.04361.1m m q =-=?
6. 对某悬浮液进行恒压过滤。已知过滤时间为300s 时，所得滤液体积为0.75m 3，且过滤面积为1m 2，恒压过滤常数K=5?10-3m 2/s 。若要再得滤液体积0.75m 3，则又需过滤时间为 C 。
A ．505s
B ．515s
C ．525s
D ．535s 解：由 θK q q q e =+22
得 22q K q q e -=θ
所以 625.075
.0275.030010522
32=?-??=+=-q q K q e θ
8251055
.1625.025.12322=???+=+=-K q q q e θ
s 525300825=-=?θ
7. 水蒸汽在一外径为25mm 、长为2.5m 的水平管外冷凝。
(3) 若管外径增大一倍，则冷凝传热系数为原来的 C 。
A ．0.641倍
B ．0.741倍
C ．0.841倍
D ．0.941倍 (4) 若将原水平管竖直放置，且假定冷凝液层流流动，则冷凝传热系数为原
来的 A 。
A ．0.493倍
B ．0.593倍
C ．0.693倍
D ．0.793倍
解：(1) 由 ()4
1
3
2725.0???
???-=w s o t t d g r μλρα
得
841.0214
14
12112=??
? ??=???? ??=o o d d αα (2) 由 ()4
13
2
13.1???
??
?-=w s t t L g r μλρα
得 493.05.21025725.013.1725.013.14
134
1=???
?
????=??? ???=-L d o H V αα 8. 冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90?C ，出口温度为50?C ，冷水进口温度为15?C ，出口温度为53?C ，冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性为相同，则热损失占传热量的 C 。
A ．5%
B ．6%
C ．7%
D ．8% 解：由 ()21T T c W Q ph h h -=，()21t t c W Q pc c c -= 得
()()()()05.040
38
40509015535090211221=-=----=----=-T T t t T T Q Q Q h c h 二、 计算题
1. 如图所示，常温的水在管道中流过，两个串联的U 形管压差计中的指示液均为水银，密度为ρHg ，测压连接管内充满常温的水，密度为ρw ，两U 形管的连通管内充满空气。若测压前两U 形管压差计内的水银液面均为同一高度，测压后两U 形管压差计的读数分别为R 1、R 2，试求a 、b 两点间的压力差b a p p -。
解： 11gh p p w a ρ+=，11gh p p w a ρ-=
21p p =，132gR p p H g ρ+=，43p p =，254gR p p H g ρ+=
55gh p p w b ρ+=
52455gh gR p gh p p w H g w b ρρρ--=-=
()524113gh gR p gh gR p p p w H g w H g b a ρρρρ----+=- ()5121gh gh R R g w w H g ρρρ+-+= 而 211R h h +
=，2
25R h h -= 所以 ()??
?
??-+??? ??--+=-222121R g gh R g gh R R g p p w w w w Hg b a ρρρρρ
1
R 2
R 空气
a
b
H g
ρw
ρw
ρH g
ρ1
2
3
4
5
h
()()()g R R R R g R R g w Hg w Hg 2121212121+???
?
?-=+-
+=ρρρρ
2. 在如图所示的测压差装置中，U 形管压差计中的指示液为水银，其密度为ρHg ，其他管内均充满水，其密度为ρw ，U 形管压差计的读数为R ，两测压点间的位差为h ，试求a 、b 两测压点间的压力差b a p p -。
解：由 11gh p p w a ρ+= 321p p p == gR p p H g ρ+=43 54p p =
25gh gR p p w w b ρρ++=
所以 151413gh gR p gh gR p gh p p w H g w H g w a ρρρρρ++=++=+= 所以 21gh gR gh gR p p w w w H g b a ρρρρ--+=- ()21h h g gR gR w w H g -+-=ρρρ gh gR gR w w H g ρρρ--= ()h R g gR w H g +-=ρρ ()gh gR w w H g ρρρ--=
3. 某流体在水平串联的两直管1、2中稳定流动，已知2/21d d =，m l 1001=，
1800Re 1=。今测得该流体流径管道1的压力降为0.64m 液柱，流径管道2的压力降为0.064m 液柱，试计算管道2的长度2l 。
解：由 221d d =，得 41212
2
2112=??
?
??=???? ??=d d u u R
h
b
a
H g
ρw
ρw
ρ1
2
3
4
5
1
h 2
h
所以
2
1412Re Re 1212112212=?=?==u u d d u d u d μ
ρμ
ρ
所以 900Re 2
1
Re 12== 所以 0356.0180064Re 6411===
λ，071.0900
64
Re 6422===λ 又 22u d l h p
f ??==?λρ，g
u d l H g p f 22
?
?==?λρ 所以 1
2
2
1
1112
2
22222f f H H g
u d l g u d l =????λλ，1221212
21212f f H H d d u u l l =???λλ 所以 m H H d d u u l l f f 16064
.0064
.024211002121222212112=????=????=λλ
4. 密度为1000kg/m 3，粘度为1cP 的水，以10m 3/h 的流量在内径为45mm 的水平光滑管内流动，在管路某处流体的静压力为1.5?105Pa(表压)，若管路的局部阻力可忽略不计，则距该处100m 下游处流体的静压力为多少Pa(绝对压力)?
解： ()s m d V u /75.1045.0360010442
2=??
==ππ 7875010
11000
75.1045.03
=???=
=-μ
ρ
du R 0189.078750
3164
.0Re 3164.025
.025.0===
λ 由 f h u p gz u p gz ∑+++=++2
22
2
22211
1ρρ
得 2
2
112u d l p h p p f ρλρ??-=∑-=
275
.11000045.01000189.0105.12
5
??
??
? ???-?=
()()绝压表压2524/10870125.1/1056875.8m N m N ?=?=
5. 用一离心泵将冷却水由贮水池送至高位槽。已知高位槽液面比贮水池液面高出10m ，管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为400m ，管内径为75mm ，摩擦系数为0.03。该泵的特性曲线为2610
6.018Q H ?-=，试求：
(5) 管路特性曲线 (6) 泵工作时的流量和扬程 知： m h 10= m l l e 400=+
m d 075
.0= 03.0=λ
26106.018Q H ?-= 求：(1) ()e e Q f H = (2) Q 、H
解：(1) 由 242212
2121282e e e Q gd
d l l g u u g p p z z H ?????
??++-+-+-=πλρ
得 2
524
2101795.410075.08075.040003.010e e e Q Q g H ?+=?????? ???+=π (2) 而 26106.018Q H ?-=
所以 2625106.018101795.410Q Q ?-=?+ 解之： s m Q /108034.210
1795.108
335
-?=?=
所以 ()m
H 2846.13108034.2101795.4102
35=???+=- 6. 现有一台离心泵，允许吸上真空度m H s
6='， 用来输送20?C 的清水，已知流量为20m 3/h ，吸入管内径为50 mm ，吸入管的全部阻力损失为O mH H f 25.1=∑，当地大气压为10 mH 2O 。试计算此泵的允许安装高度g H 为多少米？
解： ()
s m d V u /831.205.0360020
44221=??
==ππ
f s
g H g
u H H ∑--'=221 m 091.45.1409.065.1807
.92831
.262=--=-?-
= 7. 远距离液位测量
欲知某地下油品贮槽的液位H ，采用图示装置在地面上进行测量。测量时控制氮气的流量使观察瓶内产生少许气泡。已知油品的密度为850 kg ／m 3。并铡得水银压强计的读数R 为150mm ，同贮槽内的液位 H 等于多少?
解：因观察瓶内只有少许气泡产生，这表明在管道内氮气的流速极小，可近似认为处
于静止状态。在静止流体内部各点的单 位总势能相等，故
B A p p =
（因2N ρ很小）， 贮槽内液位为
8. 管道两点之间压的测量
A 、
B 两断面分别位于直管段内，在此两断面间装有单U 形管和复式U 形管压强计(如附图所示)。单u 形管内指示液的密度为1ρ，复式U 形管的中间流体和直管内流体相同，密度均为ρ， 试证明R 1＝R 2十R 3。
解：在直管内垂直于流动方向的横断面上，
流体压强服从静压分布规律，其虚拟压强p 是常数。连接于管路A 、B 两点间压差计的读数直接反映两测压点所在断面的虚拟压强差。
对于单U 形管压强计
g R p p B A )(11ρρ-=- （1） 对于复式U 形管的左、右两U 形管可分别写出：
g R p p A )(12ρρ-=-
g R p p B )(13ρρ-=- 两式相加得
g R R p p B A ))((132ρρ-+=- （2） 由式1、式2可得 321R R R += 。
9. 虹吸管顶部的最大安装高度
利用虹吸管将池中温度为90℃热水引出，两容器水面 的垂直距离为2m ，管段AB 长5m ，管段BC 长10m(皆 包括局部阻力的当量长度)，管路直径为20mm ，直管阻 力系数为0.02。若要保证管路不发生汽化现象，管路顶点 的最大安装高度为多少？ (已知90℃热水的饱和蒸汽压 为7．01×104Pa)
解： 在断面1—1和2—2
之间列机械能衡算式，可求得 管内流速
设顶点压强V B p p =，在断面1—1和断面B —B 之间列机械能街算式，可求出B 点最大安装高度为：
10. 喷嘴的尺寸与喷出速度
附图所示管路由φ57×3．5钢管组成，管长18m ，有标准直角弯头两个，闸阀一个，直管阻力系数为0.029，高位槽内水面距管路出口的垂直距离为9m 。 当阀门全开 口，试求：
(1) 管路出口流速及流量；
(2) 若在管路出口装一直径为25mm 的喷嘴，喷嘴的局部阻力系数E ξ＝0.5，管路的出口流速和流量有何变化?
(3) 改变喷嘴尺寸，可能获得最大喷出速度为多少?(假设喷嘴的局部阻力系数
E ξ＝0．5不变)。
(4) 若将流体视为理想流体，安装咳嘴前后流量的变化如何？
解： (1) 管路中各管件的局部阻力系数分别是：
17.0 ,75.0 ,5.0====C D B A ξξξξ。由断面1—1和2—2之间的机械能衡算式，得
在管路出口安装喷嘴，缩小了出口流通面积并引入一个局部阻力，使管内流
量减少，管内流量的降低使沿程阻力损失大为减少，而且减少量远远超过喷嘴产生的局部阻力损失，因此，就整个管路而言，阻力损失不是增加而是减小了。喷嘴出口的流速之所以能够加快，其原因就在于此。在本例中，安装喷嘴后，出口的流通面积缩小了3／4，流量减少了：
（3）由(2)可知，喷嘴直径越小，管路沿程阻力损失亦越小，喷出速度越大。当喷嘴直径足够小时，管内流体可看成是静止的，沿程阻力损失为零。在此条件下可求得喷嘴的最大喷出速度为：
(4) 对于理想流体，安装喷嘴前后的出口流速皆为 gH u 2=，故安装喷嘴前后的流量之比为：
11. 从水塔管道输送水，水塔水面距出水管口的垂育距离为10m ，新管道全长500m ，管件的局部阻力可近似地等于水管全长的50％，水温为20℃，输水量为10m 3
/h 试求水管的最小直径。
[解] 取水塔水面为1—1截面，水管出水口为2—2截面，基准水平面通过出水管的水平中心线，在两截面间列柏努利方程式：
12. 在如图所示的平板导热系数测定装置中，试样直径mm d 120=，且由于试样厚度b 远小于直径d ，可以忽略试样径向的热损失。由于安装不好，试样与冷、热表面之间均存在着一层厚度为0.1mm 的空气隙。设热表面温度C t ?=1801，冷
表面温度C t ?=302。测试时测得的传热速率W Q 2.58=。
空气隙在1t 下的导热系数
)/(10780.321K m W ??=-λ，在2t 下的导热系数
)/(10675.222K m W ??=-λ。
试计算空气隙的存在给导热系数的测定带来的误差。（提示：不考虑空气隙计算得到的导热系数λ'为表观值，考虑空
d =120m m
1
t 2
t Q
气隙计算得到的导热系数λ为真实值，即要计算λλλ'
-） 解：由 b
t t S Q 2
1-?'=λ 得 ()()
()()
b b
d t t Qb
S
t t Qb
?=??-?=-=
-=
'3067.3412.0785.0301802.584
2
2
2121π
λ
又由 ()2
2112122112
1λλλλλλb b b S t t S b S b S b t t Q ++-=
++-=
得
()Q S t t b b
b 212
2
1
1
-=
+
+λλ
λ
所以
()2
2
11
21λλλ
b b Q
S t t b
---=
()()022765.010675.2101.010780.3101.02
.5812.0785.0301802
3232
=??-??-??-=
---- b ?=9271.43λ
所以 %90.212190.09271.433067
.349271.43==-='-λλλ
13. 外径为50mm 的不锈钢管，外包6mm 厚的玻璃纤维保温层，其外再包20mm 厚的石棉保温层，管外壁温为300?C ，保温层外壁温为35?C ，已知玻璃纤维和石棉的导热系数分别为0.07W/(m ?K)和0.3 W/(m ?K)，试求每米管长的热损失及玻璃纤维层和石棉层之间的界面温度。 解：
()()m W r r r r t t L
Q /9.35162102ln 3.015062ln 07.01353002ln 1ln 1223
212131=+-=+-=πλλπ
()m W r r t t L
Q /9.351ln 121
2121=-=λπ
所以 C t ?=?-=128207
.39.3513002π
14. 某液体在一直管内（忽略进口段的影响）稳定强制湍流流动，该管内径为20mm ，测得其对流传热系数为α，现将管内径改为27mm ，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。
(7) 若液体的流速保持不变，试问管内对流传热系数有何变化？ (8) 若液体的质量流量保持不变，试问管内对流传热系数有何变化？ 知： mm m d 20020.0== mm d 27= 求：
1
2
αα 解：(1) 由 12u u =，n
p c du d ???
? ??????
?
????=λμμρλα8
.0023.0 得 9417
.020*******
.08
.0122
1
1
8.0128
.02
12=??
? ???=???
?
???==d d d d
d d d d αα (2) 由 12W W =，uA V W ρρ==
得 1122A u A u =，2
2112???
? ??=d d u u
所以
()()8
.02
2
18
.0122
18
.011222
1
1
8.01128
.02212???
????????
?
?????
? ???=
???
? ???==d d
d d d d u d u d d d d u d d u d αα
5826
.027208
.18
.1216
.1218
.01
22
1
=??
? ??=???
? ??=???
? ?????
? ???=d d d d d d d d
15. 饱和温度为100?C 的水蒸汽，在外径为40mm 、长度为2m 的单根竖管 外表面上冷凝。管外壁温为94?C 。试求每小时的蒸汽冷凝量。
100?C 下水的汽化潜热r = 2258?103 J/kg ，97?C 下水的物性数据为： λ = 0.682 W/(m ?K)，μ = 2.82?10-4 Pa ?s ，ρ = 958 kg/m 3。
解：由 ()4
1
3
213.1??
?
???-=w s o t t L g r μλρα
得 ()()
K m W o ?=??
????-??????=-2
4
14
323/4659.74659410021082.2682.0807.995810225813.1α 又由 ()()W r t t L d t t S Q w s o o w s o =-??=-=παα 得 ()
()3
10225894100204.04659.7465?-????=
-=
ππαr
t t L d W w s o o
h kg s kg /9484.17/109857.43=?=-
16. 在管长为1m 的冷却器中，用水冷却油。已知两流体作并流流动，油由420K 冷却到370K ，冷却水由285K 加热到310K 。欲用加长冷却管的办法，使油出口温度降至350K 。若在两种情况下油、水的流量、物性、进口温度均不变，冷却器除管长外，其他尺寸也不变。试求加长后的管长。
知： m l 11=，K T 4201=，K T 3702=，K T 3502='，K t 2851=，K t 3102= 求： 2l
解：由 ()()1221t t c W T T c W pc c ph h -=- 得 ()()285310370420-=-pc c ph h c W c W
()()2853504202-'=-t c W c W pc c ph h 所以
2852853103504203704202-'-=--t ，285
2570502-'=
t K t 32050
70
252852
=?+=' 又由 ()()
2
21
12211ln t T t
T t T t T t m -----=
?
得 K t m 49.9260
135ln 60
1351=-=
? ()K t t t m 81.6930
135ln
30135350135ln 35013522
2=-='-'--=
?
又由 m m t l d n K t KS Q ????=?=π 得
1
2
1212m m t t l l Q Q ???
= 所以
8548.181
.6949.925070211212=?=???=m m t t Q Q l l
17. 在一内钢管为φ180?10mm 的套管换热器中，将流量为 3500kg/h 的某液态烃从100?C 冷却到60?C ，其平均比热为2380J/(kg ?K)。环隙逆流走冷却水，其进出口温度分别为40?C 和50?C ，平均比热为4174 J/(kg ?K)。内管内外侧对流传热系数分别为2000W/(m 2?K)和3000W/(m 2?K)，钢的导热系数可取为45 W/(m ?K)。假定热损失和污垢热阻可以忽略。试求： (9) 冷却水用量；
(10) 基于内管外侧面积的总传热系数； (11) 对数平均温差； (12) 内管外侧传热面积。
解：(1) 由 ()()1221t t c W T T c W pc c ph h -=- 得 ()()
()()
h kg t t c T T c W W pc ph h c /79824050417460100238035001221=-?-??=
--=
(2) mm d d d d d i
o i o m 80.169160180
ln 160
180ln
=-=-=
o m o i o i o d d b d d K αλα1
11+
?+?= 3101314.13000
1
8.1691804501.016018020001-?=+?+?=
所以 )/(8571.8832K m W K o ?= (3) C t t t t t m ?=-=???-?=
?75.322050
ln 20
50ln 1
2
12逆 (4)由 ()21T T c W t S K Q ph h m o -=?=逆
得 ()()3211975.375
.32857.88336006010023803500m t K T T c W S m o ph h =??-??=
?-=逆
18. 在列管换热器中，用120?C 的饱和蒸汽将存放在常压贮槽中的温度为20?C 、比热为 2.09)/(C kg kJ ??、质量为2?104kg 的重油进行加热。采用输油能力为6000kg/h 的油泵，将油从贮槽送往换热器，经加热后再返回贮槽中，油循环流动。若要求经4h 后油温升高至80?C ，试计算换热器的传热面积。设加热过程中K 可取为350)/(2C m W ??，且在任何时刻槽内温度总是均匀一致的。
知： C T ?=120，C t ?='201
，C t ?=''801 )/(2090C kg J c p ??=，kg m 4
102?=
s kg h kg W /3600
6000
/6000==
s 36004?=τ，)/(3502C m W K ??=。求：S 解：在τ时刻， ()()2
112122112121212ln ln ln ln t T t T t
t t T t T t t t T t T t T t T t t t t t m ---=---=-----=???-?=
? 又 ()2
11
212ln
t T t T t t KS
t KS t t Wc m p ---=?=- 所以 2
1ln
t T t T KS Wc p --=
，p Wc KS t T t T =--21ln p Wc
KS
e t T t T =--2
1，p Wc KS e t T t T 12-=-，p
Wc KS e t T T t 12--= 在d τ内， ττd t T t T t t KS d t KS dt mc m p ?---?
=??=2
11
21ln
T
T
2
t 1
t 1
t
所以 τd Wc KS t e t T T KS dt mc p
Wc KS p p
?---
?
=1
11τd e
t e
t T T e
KS
Wc KS p
p
p
Wc KS Wc KS Wc KS p ?-+-??
=1
1
τd e
t e T e Wc p
p p Wc KS
Wc KS Wc KS p ????? ??--???? ??-?=1
11()τd t T e
e Wc p
p Wc KS Wc
KS
p ?-?-?=11 所以
ττd e
e m
W t T dt p
p
Wc
KS
Wc KS
t t ?-?=-??
'''1
011
1
1
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??
-?=?-?=''-'-p p p
Wc
KS
Wc KS Wc KS e m W e e m W t T t T 111ln 2
1ττ 21ln 1
1t T t T W m e
p
Wc KS ''-'-=
-τ，21ln 11t T t T W m e p
Wc
KS ''-'--=τ 2
1ln
11
t T t T W m
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τ，
2
1ln
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Wc KS
p
''-'--=τ
所以 2
1
ln
11ln
t T t T W m K
Wc S p ''-'--=
τ
2
4
3526.1480
12020
120ln
360043600
600010211
ln
350
2090
36006000
m =--???-
?=
下册
1. 吸收剂用量对气体极限残余浓度的影响
用纯水逆流吸收气体混合物中的SO2(其余组分可视为惰性成分)，混合物中SO2的初始浓度为5％(体积百分数)，在操作
条件下相平衡关系x
，试分别计算液
y0.5
气比为4与6时气体的极限出口浓度。
解：当填料塔为无限高，气休出口浓度
达极限值，此时操作线与平衡线相交。对于
逆流操作，操作线与平衡线交点位置取决于
液
气比与相平衡常数m的相对大小。
当L／G＝4，（L／G＜m＝时，操作线
ab与平衡线交于塔底(见附图点b)，由相平
衡关系可以计算液体出口的最大浓度为：
由物料衡算关系可求得气体的极限出口浓度
为：
当L／G＝6时(L／G＞m)，操作线a＇b＇与平衡线交于塔顶(见附图中点a’)，由平衡关系可以计算气体极限出口浓度为：
由物料衡算关系可求得液体出口浓度为：
从以上计算结果可知，当L/G＜m时，气体的极限残余浓度随L／G增大而减小；当L/G＞m时，气体的极限浓度只取决于吸收剂初始浓度，而与吸收剂的用量无关。
2. 逆流与并流操作最小吸收剂用量
在总压为3．039×105 Pa(绝对)、温度为20℃下用纯水吸收混合气体中的SO2，SO 2的初始浓度为0.05(摩尔分率)，要求在处理后的气体中SO2含量不超过1％(体积百分数)。已
知在常压下20℃时的平衡关系为y＝13．9x，试求逆流与并流操作时的最小液气比(L／G) 各为多少?
解：由常压下20℃时的相平衡关系y＝13．9x，可求得p＝3．039×105Pa、
t=20℃时的相平衡常数为：
（1）逆流操作时，气体出口与吸收剂入口皆位于塔顶，故操作线的一个端点(y 2,x 2)的位置已经确定(附图b 中点b)。当吸收剂用量为最小时，操作线将在塔底与平衡线相交于点d ，即m y x /1max 1=。于是,由物料衡算式可求得最小液气比为
:
(2) 并流操作时，气体与液体进口皆位于塔顶，故操作线一端点(1y 、2x )的位置已确定（附图b 中点c ）。当吸收列用量最小时，气液两相同样在塔底达到平
衡，操作线与平衡线交于d 点，此时m
y x 2
max
1
=
'。由物料衡算式可得最小液气比
为
从以上计算结果可以看出，在同样的操作条件下完成同样的分离任务，逆流操作所需要的最小液气比远小于井流。因此，从平衡观点看，逆流操作优于并流操作。
3. 吸收塔高的计算
某生产过程产生两股含有HCl 的混和气体，一股流量1G '＇＝0.015kmo1／s ，HCI 浓度1.01=G y （摩尔分率），另一股流量1G '＝0．015kmo1／s ，HCl 浓度
04.02=G y (摩尔分率)。今拟用一个吸收塔回收二股气体中的HCl ，总回收率不
附图（a ）
附图（b ）
化工原理（上）复习题及答案 一、填空题 1.在阻力平方区内，摩擦系数λ与（相对粗糙度）有关。 2.转子流量计的主要特点是（恒流速、恒压差）。 3.正常情况下，离心泵的最大允许安装高度随泵的流量增大而（减少）。 4.气体在等径圆管内作定态流动时，管内各截面上的（质量流速相等）相等。 5.在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是（在同一种水平面上、同一种连续的流 体） 6.离心泵的效率η和流量Q的关系为（Q增大，η先增大后减小） 7.从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差与（指示液密度、液面高 度）有关。 8.离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生（气缚）现象。 9.离心泵在一定的管路系统工作，如被输送液体的密度发生变化(液体其余性质不变)，则 扬程（不变）。 10.已知列管换热器内外侧对流传热系数分别为αi和αo且αi>>αo,则要提高总传热系数， 关键是（增大αo）。 11.现场真空表的读数为8×104 Pa，该处绝对压力为（2×104 Pa ）（当时当地大气压为 1×105 Pa）。 12.为防止泵发生汽蚀，则要求装置的汽蚀余量（大于）泵的必需汽蚀余量。（大于、 小于、等于） 13.某流体于内径为50mm的圆形直管中作稳定的层流流动。其管中心处流速为3m/s，则 该流体的流量为（10.60 ）m3/h，管壁处的流速为（0 ）m/s。 14.在稳态流动系统中，水连续地从粗管流入细管。粗管内径为细管的两倍，则细管内水的 流速是粗管内的（4 ）倍。 15.离心泵的工作点是指（泵）特性曲线和（管路）特性曲线的交点。 16.离心泵的泵壳做成蜗壳状，其作用是（汇集液体）和（转换能量）。 17.除阻力平方区外，摩擦系数随流体流速的增加而（减小）；阻力损失随流体流速的 增加而（增大）。 18.两流体通过间壁换热，冷流体从20℃被加热到50℃，热流体从100℃被冷却到70℃， 则并流时的Δt m= （43.5 ）℃。 19.A、B两种流体在管壳式换热器中进行换热，A为腐蚀性介质，而B无腐蚀性。（A腐 蚀性介质）流体应走管内。
化工原理课后习题解答（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.） 第一章流体流动 1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。 解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到： 设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa =8.54×103 Pa 设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa 2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/?的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ， 问至少需要几个螺钉？ 分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即 P油≤σ螺 解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762 150.307×103 N σ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×n P油≤σ螺得 n ≥ 6.23 取 n min= 7
至少需要7个螺钉 3．某流化床反应器上装有两个U 型管压差计，如本题附 图所示。测得R1 = 400 mm ， R2 = 50 mm，指示液为水 银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的U 型管与大气 连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3= 50 mm。试求A﹑B 两处的表压强。 分析：根据静力学基本原则，对于右边的Ｕ管压差计，a– a′为等压面，对于左边的压差计，b–b′为另一等压面，分 别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。 解：设空气的密度为ρg，其他数据如图所示 a–a′处 P A + ρg gh1 = ρ水gR3 + ρ水银ɡR2 由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 即：P A = 1.0 ×103×9.81×0.05 + 13.6×103×9.81×0.05 = 7.16×103 Pa b-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1 P B = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103 =6.05×103Pa 4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测 定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两 吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示 液为水银，煤油的密度为820Kg／?。试求当 压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气 管出口距离ｈ。 分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1′和4－4′为等压面，2－2′和3－3′为等压面，且1－1′和2－2′的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解 解：设插入油层气管的管口距油面高Δh 在1－1′与2－2′截面之间
化工原理练习题一（流体流动与流体输送机械） 一、填空 1．用管子从高位槽放水，当管径增大一倍，则水的流量为原流量倍，假定液面高度、管长、局部阻力及摩擦系数均不变，且管路出口处的流体动能项可忽略。 2．某设备上，真空表的读数为80mmHg，其绝压＝kgf/cm2＝Pa。该地区大气压强为720mmHg。 3．常温下水密度为1000kg／m3，粘度为1cP，在d内=100mm管内以3m/s的速度速度流动，其流动类型为。 4．12kgf·m＝J。 5．空气在标准状态下密度为1.29kg／m3，在0.25MPa下(绝压)80 ℃时的密度为。6．20℃的水通过10m长，d内＝l 00mm的钢管，流量V0＝10m3／h，阻力系数λ＝0.02，阻力降ΔP＝。 ７．常用测量流量的流量计有、、。 8．无论滞流湍流，在管道任意截面流体质点的速度沿管径而变，管壁处速度为，到管中心速度为。滞流时，圆管截面的平均速度为最大速度的倍． 9．在流动系统中，若截面上流体流速、压强、密度等仅随改变，不随而变，称为稳定流动，若以上各量既随而变又随而变，称为不稳定流动。 10．流体在管内作湍流流动时，从中心到壁可以分、、三层。11．流体在圆形直管中滞流流动时，平均流速增大一倍，其能量损失为原来损失的倍。12．等边三角形边长为a，其当量直径是，长方形长2a，宽为a，当量直径是。13．管内流体层流的主要特点是；湍流的主要特点是。14．孔板流量计的流量系数α的大小，主要与和有关。当超过某一值后，α为常数。 l 5．直管阻力的表示式hf＝。管中流出ζ出＝，流入管内ζ入＝。16．气体的粘度随温度的升高而，水的粘度随温度的升高而。 17．在下面两种情况下，假如流体的流量不变，而圆形直管的直径减少二分之一，则因直管阻力引起的压降损失为原来的多少倍?A)两种情况都为层流，B)两种情况都在阻力平方区。 18、离心泵起动时要、。 19、原来输送水的离心泵，现改用于输送某种水溶液，水溶液的重度为水的1.2倍，其它的物理性质可视为与水相同，管路状况不变，泵前后两开口容器液面垂直距离不变，问(1)流量有无改变，(2)压头有无改变，(3)泵的功率有无改变。 20、离心泵在什么情况下容易产生气蚀(1) ，(2) ，(3) (4) 。 4、离心泵的工作点是曲线与曲线的交点。 21、离心泵的安装高度超过允许安装高度时，会发生现象。 22、在低阻管路系统中，适宜使用离心泵的联，主要用于增加；在高阻管路系统中，适宜使用离心泵的联，主要用于增加。 23、往复泵为泵，其流量调节应采用。 二．某离心泵将某种石油馏分自1.5Km外的原油加工厂，经一根φ160×5mm的钢管输送到第一贮缸中，送液量为每分钟2000L。问该泵所需的功率为若干(泵的效率为0.6，管的局部阻力略去不计)。ρ＝705kg／m3，μ=500×10-1Pa·s 。答案：112KW
化工原理例题与习题标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]
第一章流体流动 【例1-1】已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4 =（+）10-4=×10-4 ρ m =1372kg/m3 【例1-2】已知干空气的组成为：O 221%、N 2 78%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在 压力为×104Pa及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文 100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量 M m =32×+28×+× =m3 根据式1-3a气体的平均密度为： 【例1-3 】本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=、密度ρ 1 =800kg/m3，水层高度h2=、密度ρ2=1000kg/m3。 （1）判断下列两关系是否成立，即p A=p'A p B=p'B （2）计算水在玻璃管内的高度h。 解：（1）判断题给两关系式是否成立p A=p'A的关系成立。因A与A'两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上。所以截面A-A'称为等压面。 p B =p' B 的关系不能成立。因B及B'两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通 着的同一种流体，即截面B-B'不是等压面。 （2）计算玻璃管内水的高度h由上面讨论 知，p A=p'A，而p A=p'A都可以用流体静力学基本方程式计算，即 p A =p a +ρ 1 gh 1 +ρ 2 gh 2 p A '=p a +ρ 2 gh 于是p a+ρ1gh1+ρ2gh2=p a+ρ2gh 简化上式并将已知值代入，得 800×+1000×=1000h 解得h= 【例1-4】如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1'、2-2’）连一倒置U管压差计，压差计读数R=200mm。试求两截面间的压强差。 解：因为倒置U管，所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为ρg与ρ，根据流体静力学基本原理，截面a-a'为等压面，则 p a =p a ' 又由流体静力学基本方程式可得 p a =p 1 －ρgM
化工原理典型习题解答 王国庆陈兰英 广东工业大学化工原理教研室 2003
上 册 一、选择题 1、 某液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不变，则 (1) 层流时，流动阻力变为原来的 C 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 (2) 完全湍流(阻力平方区)时，流动阻力变为原来的 D 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 解：(1) 由 2 22322642d lu u d l du u d l h f ρμμ ρλ= ??=??= 得 1624 4 212 212 212212121 2==??? ? ??=???? ??????? ??==d d d d d d d u d u h h f f (2) 由 2222u d l d f u d l h f ? ??? ? ??=??=ελ 得 322 55 2121421 2211221 2==??? ? ??=????? ??==d d d d d d d u d u h h f f 2． 水由高位槽流入贮水池，若水管总长（包括局部阻力的当量长度在内）缩 短25%，而高位槽水面与贮水池水面的位差保持不变，假定流体完全湍流流动(即流动在阻力平方区)不变，则水的流量变为原来的 A 。 A ．1.155倍 B ．1.165倍 C ．1.175倍 D ．1.185倍 解：由 f h u p gz u p gz ∑+++=++2 22 2 22211 1ρρ 得 21f f h h ∑=∑ 所以 ()()2 222222 11 1u d l l u d l l e e ?+?=?+? λλ 又由完全湍流流动 得 ?? ? ??=d f ελ
【1-1】如习题1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中，管中水柱较水槽液面高出2m ，当地大气压力为101.2kPa 。试求：(1)管子上端空间的绝对压力；(2)管子上端空间的表压；(3)管子上端空间的真空度；(4)若将水换成四氯 化碳，管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米？ 解 管中水柱高出槽液面2m ，h=2m 水柱。 (1)管子上端空间的绝对压力 绝p 在水平面11'-处的压力平衡，有 .绝绝大气压力 1012001000981281580 （绝对压力） ρ+==-??=p gh p Pa (2)管子上端空间的表压 表p (3)管子上端空间的真空度 真p (4)槽内为四氯化碳，管中液柱高度'h 常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为/ccl kg m ρ=4 31594 【1-2】在20℃条件下，在试管内先装入12cm 高的水银，再在其上面装入5cm 高的水。水银的密度为/313550kg m ，当地大气压力为101kPa 。试求试管底部的绝对压力为多少Pa 。 解 水的密度/3水=998ρkg m 【1-3】如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为/31250kg m 的液体，液面高度为 3.2m 。容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为2m 及1m ，容器上部空间的压力（表压）为29.4kPa 。试求： (1)压差计读数（指示液密度为/31400kg m ）；(2)A 、B 两个弹簧压力表的读数。 习题1-1附图
解 容器上部空间的压力.29 4（表压） =p kPa 液体密度 /31250ρ=kg m ，指示液密度/301400ρ=kg m (1)压差计读数R=? 在等压面''1111上-=p p (2) ().....A p p g Pa ρ=+-=?+??=?333212941022125098156410 【1-4】常温的水在如习题1-15附图所示的管路中流动。在截面1处的流速为./05m s ，管内径为200mm ，截面2处的管内径为100mm 。由于水的压力，截面1处产生1m 高的水柱。试计算在截面1与2之间所产生的水柱高度差h 为多少（忽略从1到2处的压头损失）? 解 ./105=u m s 另一计算法 计算液柱高度时，用后一方法简便。 【1-5】在习题1-16附图所示的水平管路中，水的流量为./25L s 。已知管内径15=d cm , .225=d cm ，液柱高度11=h m 。若忽略压头损失，试计算收缩截面2处的静压头。 解 水的体积流量 ././33252510 -==?V q L s m s ， 截面1处的流速 ../.3 12 2 1 25101274005 4 4 π π -?= = =?V q u m s d 习题1-4附图 习题1-5附图
上 册 一、选择题 1、 某液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不变，则 (1) 层流时，流动阻力变为原来的 C 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 (2) 完全湍流(阻力平方区)时，流动阻力变为原来的 D 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 解：(1) 由 2 22322642d lu u d l du u d l h f ρμμ ρλ=??=??= 得 1624 4 212 212 212212121 2==??? ? ??=???? ??????? ??==d d d d d d d u d u h h f f (2) 由 2 222u d l d f u d l h f ? ???? ??=??=ελ 得 322 5 5 212142122112 21 2==??? ? ??=????? ??==d d d d d d d u d u h h f f 2． 水由高位槽流入贮水池，若水管总长（包括局部阻力的当量长度在内）缩短 25%，而高位槽水面与贮水池水面的位差保持不变，假定流体完全湍流流动(即流动在阻力平方区)不变，则水的流量变为原来的 A 。 A ．1.155倍 B ．1.165倍 C ．1.175倍 D ．1.185倍 解：由 f h u p gz u p gz ∑+++=++2 222 22211 1ρρ 得 21f f h h ∑=∑ 所以 ()()2 222222 11 1u d l l u d l l e e ?+?=?+? λλ 又由完全湍流流动 得 ?? ? ??=d f ελ 所以 ()()2 22211u l l u l l e e ?+=?+
干燥 一、填空 1．在101.33kPa的总压下，在间壁式换热器中将温度为293K，相对湿度为80%的是空气加热，则该空气下列状态参数的变化趋势是：湿度：_____________，相对湿度：__________,露点t d_________。 2．在101.33kPa的总压下，将饱和空气的温度从t1降至t2, 则该空气下列状态参数的变化趋势是：湿度：_____________，相对湿度：__________，露点t d_________。 3．在实际的干燥操作中，常用____________来测量空气的湿度。 4．测定空气中水汽分压的实验方法是测量__________。 5．对流干燥操作的必要条件是___________________；干燥过程是__________相结合的过程。 6．在101.33kPa的总压下，已知空气温为40℃，其相对湿度为60%，且40℃下水的饱和蒸汽压为7.38kPa，则该空气的湿度为_____________kg/kg绝干气，其焓为_______kJ/kg 绝干气。 7．在一定的温度和总压强下，以湿空气做干燥介质，当所用空气的湿度减少时，则湿物料的平衡水分相应__________，其自由水分相应___________。 8．恒定的干燥条件是指空气__________，____________，_____________均不变的过程。9．恒速干燥阶段又称__________控制阶段，影响该阶段干燥速度的主要因素是_________； 降速干燥阶段又称_________控制阶段，影响该阶段干燥速度的主要因素是_________。 10.在恒速干燥阶段，湿物料表面的温度近似等于__________。 11. 在常温和40℃下，测的湿物料的干基含水量X与空气的相对湿度之间的平衡关系为：当相对湿度=100%时，结合水含量为0.26kg/kg绝干料；当相对湿度=40%时，平衡含水量X*= 0.04kg/kg绝干料。已知该物料的初始含水量X1=0.43kg/kg绝干料，现让该物料在40℃下与与相对湿度为40%的空气充分接触，非结合水含量为______kg/kg绝干料，自由含水量为__________kg/kg绝干料。 12. 干燥速度的一般表达式为___________。在表面汽化控制阶段，则可将干燥速度表达式为_______________________。 13. 在恒定干燥条件下测的湿物料的干燥速度曲线如本题附图所示。其恒速阶段干燥速度为_________kg水（m2.h）,临界含水量为____________kg/kg绝干料，平衡含水量为____________kg/kg绝水量。 14. 理想干燥器或等焓干燥过程是指________________，干燥介质进入和离开干燥器的含焓值________________。 15. 写出三种对流干燥器的名称_________,_______________, _____________. 固体颗粒在气流干燥器中经历_______和_________两个运动阶段，其中_____是最有效的干燥区域。 二、选择题 1.已知湿空气的如下两个参数，便可确定其他参数( ) A. H，p B. H，t d C. H, t D. I，t as
一流体流动 流体密度计算 1.1在讨论流体物性时，工程制中常使用重度这个物理量，而在SI制中却常用密度这个物理量,如水的重度为1000[kgf/m3],则其密度为多少[kg/m3]? 1.2燃烧重油所得的燃烧气，经分析测知，其中含8.5％CO2,7.5％O2,76％N2,8％水蒸气（体积％），试求温度为500℃,压强为1atm时该混合气的密度。 1.3已知汽油、轻油、柴油的密度分别为700[kg/m3]、760[kg/m3]和900[kg/m3] 。试根据以下条件分别计算此三种油类混合物的密度（假设在混合过程中，总体积等于各组分体积之和）。 (1)汽油、轻油、柴油的质量百分数分别是20％、30％和50％； (2)汽油、轻油、柴油的体积百分数分别是20％、30％和50％。 绝压、表压、真空度的计算 1.4在大气压力为760[mmHg]的地区,某设备真空度为738[mmHg],若在大气压为655[mmHg]的地区使塔内绝对压力维持相同的数值, 则真空表读数应为多少？ 静力学方程的应用 1.5如图为垂直相距1.5m的两个容器，两容器中所盛液体为水，连接两容器的U型压差计读数R为500[mmHg],试求两容器的压差为多少？ρ水银＝13.6×103[kg/m3] 1.6容器A.B分别盛有水和密度为900[kg/m3]的酒精,水银压差计读数R为15mm,若将指示液换成四氯化碳（体积与水银相同），压差计读数为若干？ ρ水银＝13.6×103[kg/m3] 四氯化碳密度ρccl4＝1.594×103 [kg/m3] 习题 5 附图习题 6 附图 1.7用复式U管压差计测定容器中的压强,U管指示液为水银，两U管间的连接管内充满水。已知图中h1= 2.3m，h2=1.2m，h3=2.5m，h4=1.4m，h5=3m。大气压强Ｐ0=745[mmHg]，试求容器中液面上方压强P C=? 1.8如图所示,水从倾斜管中流过，在断面A和B间接一空气压差计，其读数R=10mm，两测压点垂直距离 a=0.3m，试求A,B两点的压差等于多少？ 流量、流速计算 1.9密度ρ=892Kg/m3的原油流过图示的管线,进入管段1的流量为V=1.4×10-3 [m3/s]。计算： (1)管段1和3中的质量流量； (2)管段1和3中的平均流速； (3)管段1中的质量流速。 1.10某厂用Φ125×4mm的钢管输送压强P=20at(绝压)、温度t=20℃的空气，已知流量为6300[Nm3/h] (标准状况下体积流量)。试求此空气在管道中的流速、质量流量和质量流速。 (注：at为工程大气压，atm为物理大气压)。 1.11压强为1atm的某气体在Φ76×3mm的管内流动，当气体压强变为5atm时，若要求气体以同样的温度、流速、质量流量在管内流动，问此时管内径应为若干？
三 计算题 1 （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/m 3，泵的效率为0.85， 输水量为15m 3/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， s m A V u s /12.2) 4 05.03600(15 2 =??==π 则kg J u d l h f /1.1352 12.205.010003.022 2=??=??=∑λ （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： ∑-+++=+++10,1 21020022f e h p u gH W p u gH ρ ρ 其中， ∑=kg J h f /1.135, u 0= u 1=0， p 1= p 0=0（表压）, H 0=0， H=20m 代入方程得： kg J h gH W f e /3.3311.1352081.9=+?=+=∑ 又 s kg V W s s /17.410003600 15 =?= =ρ 故 w W W N e s e 5.1381=?=， η=80%， kw w N N e 727.11727===η 2 （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φ83×3.5mm ，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H 1为4.8m ，压力表安装位置离贮槽的水面高度H 2为5m 。当输水量为36m 3/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×
有一套管式换热器，用冷却水将0.125kg/s 的苯由350K 冷却到300K ，冷却水在φ25×2.5mm 的内管中流动，其进出口温度分别为290K 和320K 。已知水和苯的对流传热系数分别为850 w/m 2?℃和1700 w/m 2?℃，两流体呈逆流流动，忽略管壁热阻和污垢热阻。试求：（1）所需要的管长；（2）冷却水的消耗量。定性温度下苯的比热为C P =1830J/kg ·K ，水的比热为C P =4200J/kg ·K (1)解法一： Q=m s Cp Δt=0.125×1830×50=11437.5 w ---------1分 m t A K Q ?=22=11437.5w --------1分 而2 1 21ln t t t t t m ???-?=? =18.2 ---------------------2分 221212111αλα++=m d d b d d K 代入数据得 K 2=485.7W/m 2·K 所以A 2=1.294m 2=3.14×0.025×L 解得L=16.48m 解法二：若计算基于内壳表面的K 1，则过程如下： 21211111d d d d b K m αλα++=令代入数据得 K 1=607.14W/m 2·K 所以A 1=1.035m 2=3.14×0.020×L 解得L=16.48m 结果完全一致。 (2)Q 1=Q 2=11437.5=4200×30×q L q L =0.09Kg/s 3. (12分) 常压下用连续精馏塔分离含苯44%的苯一甲苯混合物。进料为泡点液体，进料流率取100 kmol/h 为计算基准。要求馏出液中含苯不小于 94 %，釜液中含苯不大于8 %(以上均为摩尔百分率) 。该物系为理想溶液，相对挥发度为2.47。 塔顶设全凝器，泡点回流，选用的回流比为3。 试计算精馏塔两端产品的流率及精馏段所需的理论塔板数。 解：由全塔物料衡算：F ＝D ＋W ;FxF ＝DxD ＋WxW 将已知值代入, 可解得D ＝41.86kmol/h; W=58.14kmol/h 精馏段操作方程为: y n+1=0.75x n +0.235 泡点液体进料时q=1, y n+1=1.3472x n -0.0278 相平衡方程为 =y n /(2.47-1.47y n ) n n n x x y )1(1-+=ααn n n y y x )1(--=αα1 11+++=+R x x R R y D n n
·流体流动部分 1．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的孔，其中心距罐底1000 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为×106 Pa ，问至少需要几个螺钉（大气压力为×103 Pa ） 解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm 处的流体压力为 [] （绝压）Pa 10813.1Pa )0.15.9(81.9960103.10133?=-??+?=+=gh p p ρ 作用在孔盖上的总力为 N 10627.3N 76.04 π 10 3.10110813.1)(4233 a ?????-=＝）－＝（A p p F 每个螺钉所受力为 N 10093.6N 014.04 π 105.39321?=÷??=F 因此 ()（个）695.5N 10093.610627.3341≈=??==F F n 2．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm ，R 2=80 mm ，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 解：（1）A 点的压力 ()（表） Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ?=??+??=+=gR gR p ρρ （2）B 点的压力 ()（表） Pa 10 7.836Pa 5.081.91360010 165.14 4 1 汞A B ?=??+?=+=gR p p ρ 习题2附图 习题1附图
化工原理练习题 0 绪论 1. 化工原理中的“三传”是指④ ①动能传递、势能传递、化学能传递，②动能传递、内能传递、物质传递 ③动量传递、能量传递、热量传递，④动量传递、热量传递、质量传递 2. 下列单元操作中属于动量传递的有① ①流体输送，②蒸发，③气体吸收，④结晶 3. 下列单元操作中属于质量传递的有② ①搅拌，②液体精馏，③流体加热，④沉降 4. 下列单元操作中属于热量传递的有② ①固体流态化，②加热冷却，③搅拌，④膜分离 5、 l kgf/cm2=________mmHg=_______N/m2 6. 在 26 ℃和1大气压下 ,CO2在空气中的分子扩散系数 D 等于 0.164cm2/s, 将此数据换算成m2/h 单位 , 正确的答案为___④___ ① 0.164m2/h ② 0.0164 m2/h ③ 0.005904 m2/h, ④ 0.05904 m2/h 7. 己知通用气体常数 R=82.06atm.cm3/mol.K, 将此数据换算成用kJ/kmol.K所表示的量 , 正确的答案应为__③_____ ① 8.02 ② 82.06 ③ 8.314 ④ 83.14 第3 章机械分离
一、选择题 1. 下面过滤速率方程式中属于恒压过滤方程的是 ② ①dq/d θ=K/2(q+q e )；②q 2＋2q.q e =K.θ； ③q 2＋q.q e =2K.θ；④q 2＋q.q e =K.θ/2 2. 过滤速率基本方程为 ① ① dq/d θ=K/2(q+q e )；② dq/d θ=K/(q+q e )； ③dq/d θ=KA 2/2(V+V e )；④dV/d θ=K/2(V+V e ) 3 恒压过滤中单位面积累积滤液量q 与时间θ的关系可表示为下图中的 ① 4 对静止流体中颗粒的自由沉降而言，在沉降过程中颗粒所不会受到的力有：① ①牛顿力；②浮力；③曳力 (阻力)；④场力(重力或离心力) 。 5叶滤机洗涤速率与终了过滤速率之比为：④ ①1/2； ②1/3； ③1/4； ④1。 6恒压过滤中，当过滤时间增加1倍， ； /2； ③2； ④0.5。 7关于离心沉降速度和重力沉降速度，下述说法正确的是 ③ 。 ① ② ④
第4章 流体通过颗粒层的流动典型例题 例1：过滤机的最大生产能力 用一板框压滤机对悬浮液进行恒压过滤，过滤20分钟得滤液 20m 3 ，过滤饼不洗涤，拆装时间为15分钟，滤饼不可压缩，介质阻力可略。试求： （1） 该机的生产能力，以 m 3 （滤液）/h 表示 (2)如果该机的过滤压力增加 20℅，该机的最大生产能力为多少 m 3 （滤液）/h ？ 解：（1）h m V Q D /3.346015 2020 3=?+=+= θθ （2）根据恒压过滤方程V 2=KA 2θ 2020 202 2 2 ===θV KA 为了得到最大生产能力，则应 min 15==D f θθ 在原压力下对应的滤液量为 300152022 =?==f opt KA V θ 33.17m V opt = ΔP ’=1.2ΔP V ∝ΔP 1/2 395.183.172.1m V opt =?= h m V Q D f opt /9.376015 1595 .183max =?+= += θθ 例2：滤饼的洗涤问题 采用板框压过滤机进行恒压过滤，操作1小时后，得滤液 15m 3 ，然后用2m 3 的清水在相同的压力下对滤饼进行横穿洗涤。假设清水的粘度与滤液的粘度相同。滤布阻力可略，试求： （1） 洗涤时间 （2） 若不进行洗涤，继续恒压过滤1小时，可另得滤液多少 m 3 ？ 解：V 2=KA 2θ KA 2=152 采用横穿洗涤法，则有： E w d dV d dV ??? ??=??? ??θθ41 hr V KA V f w w 07.115 215 412 2412 2=??=?= θ 或者 hr J f w 07.114 1152 22=?? ==θδθ
化工原理
第一章 练习 1． 湍流流动的特点是 脉动 ，故其瞬时速度等于 时均速度 与 脉动速度 之和。 2．雷诺准数的物理意义是 黏性力和惯性力之比 。 3．当地大气压为755mmHg ，现测得一容器内的绝对压力为350mmHg ，则其真空度为405 mmHg 。 4．以单位体积计的不可压缩流体的机械能衡算方程形式为 ρρρρρρf s w p u gz w p u gz +++=+++22 2 212112 2。 5．实际流体在管道内流动时产生阻力的主要原因是 黏性 。 6．如图所示，水由敞口恒液位的高位槽流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小后，管路总阻力损失（包括所有局部阻力损失）将 （1） 。 (1)不变 (2)变大 (3)变小 (4)不确定 7．如图所示的并联管路，其阻力关系是 （C ） 。 （A ）(h f )A1B (h f )A2B （B ）(h f )AB =(h f )A1B +(h f )A2B （C ）(h f )AB =(h f )A1B =(h f )A2B （D ）(h f )AB (h f )A1B =(h f )A2B 8．孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒 截面 、变 压头 ，而后者是恒 压头 、变 截面 。 9．如图所示，水从槽底部沿内径为100mm 的水平管子流出，阀门前、后的管长见图。槽中水位恒定。今测得阀门全闭时，压力表读数p=。现将阀门全开，试求此时管内流量。 已知阀门（全开）的阻力系数为，管内摩擦因数=。 答：槽面水位高度m g p H 045.681 .91000103.593 =??==ρ 在槽面与管子出口间列机械能衡算式，得： 2 4.60.1 5.01.0203081.9045.62 u ??? ??++++=?λ 解得：s m u /65.2= h m s m u d V /9.74/0208.065.21.04 14 1 3322==??==ππ 反 应 器 题7附图 1 A B 2 题8附图 p 30m 20m 题1附图
1.外径为120mm的蒸汽管道，其外包扎一层厚度为400mm的保温层，保温层材料的导热系数为0.6W/(m?K)。若蒸汽管道的外表面面180℃，保温层的外表面温度为40℃，试求每米管长的热损失及保温层中的温度分布关系式。 2.在温度25℃的环境中横穿一外径为100mm的蒸汽管道，管道外包有两层保温材料，内层厚40mm，导热系数为0.05W/(m?k)；外层厚30mm，导热系数为0.1W/(m?k)。管道与环境间对流传热系数为6W/(m2?k)，与环境接触表面的温度为60℃。试求：管道单位长度散热量及保温层单位长度总热阻。
3.在间壁式换热器中，要求用初温为25℃的原油来冷却重油，使重油从170℃冷却至100℃。重油和原油的流量分别为1.2×104kg/h和1.5×104kg/h。重油和原油的比定压热容各为2.18 kJ/(kg?K)和1.93 kJ/(kg?K)，试求重油和原油采用逆流和并流时换热器的传热面积各为多少？已知两种情况下的总换热系数均为100W/(m2?k)。 4.有一列管式换热器，管束由管径Φ25mm×2mm的不锈钢管组成，管长2.5m。用饱和水蒸气在壳程加热管程空气，已知水蒸气的对流传热系数为10kW/(m2?k)，空气的普朗特数Pr为0.7，雷诺数Re为2×104，空气的导热系数为0.03W(m?k)。管壁及两侧污垢热阻可忽略，热损失也可忽略。试求：（1）空气在管内的对流传热系数；（2）换热器的总传热系数（以管外表面积为基准）。
5.在101.3kPa、20℃下用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的硫化氢。已知混合气进塔组成为0.055（摩尔分数，下同），尾气出塔组成为0.001。操作条件下系统的平衡关系为p*=4.89×104xkPa，操作时吸收剂用量为最小用量的1.65倍。试计算吸收率和吸收液组成。 6.在一填料塔层高度为8m的吸收塔中，用纯溶剂吸收某混合气体中的溶剂组分。已知进塔混合气体的流量为400kmol/h，溶质的含量为0.06（摩尔分数），溶质的回收率为95%，操作条件下的气液平衡关系为Y=2.2X，溶剂用量为最小用量的1.5倍。试计算气相总传质单元高度。
1、用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。已知进料中含乙烯0、88(摩尔分数,下同),流量为200kmol/h。今要求馏出液中乙烯的回收率为99、5%,釜液中乙烷的回收率为99、4%,试求所得馏出液、釜液的流量与组成。 2、例题:设计一精馏塔,用以分离双组分混合物,已知原料液流量为100kmol/h,进料中含轻组分0、2(摩尔分数,下同),要求馏出液与釜液的组成分别为0、8与0、05。泡点进料(饱与液体),物系的平均相对挥发度α=2、5,回流比R=2、7。试求:1)精馏段与提馏段操作线方程;2)从塔顶数第二块板下降的液相组成。 3、例题用一常压精馏塔分离某二元理想溶液,进料中含轻组分0、4(摩尔分数,下同),进料量为200kmol/h饱与蒸汽进料,要求馏出液与釜液的组成分别为0、97与0、02。已知操作回流比R=3、0,物系的平均相对挥发度α=2、4,塔釜当作一块理论板处理。试求:(1)提馏段操作线方程;(2)塔釜以上第一块理论板下降的液相组成。(从塔底向上计算) 4、例题:常压下分离丙酮水溶液的连续精馏塔,进料中丙酮50%(摩尔分数,下同),其中气相占80%,要求馏出液与釜液中丙酮的组成分别为95%与5%,回流比R=2、0,若进料流量为100kmol/h,分别计算精馏段与提馏段的气相与液相流量,并写出相应的两段操作线方程与q 线方程。 5、在连续精馏塔中分离苯—甲苯混合液。原料液组成为0、4(摩尔分数,下同),馏出液组成为0、95。汽--液混合进料,其中汽相占1/3(摩尔数比),回流比为最小回流比的2倍,物系的平均相对挥发度为2、5,塔顶采用全凝器。试求:(1)精馏段操作线方程;(2)从塔顶往下数第二层理论板的上升气相组成。 6、在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液,原料液流量为1000kmol/h,组成为含苯0、4(摩尔分数,下同),馏出液组成为含苯0、9,苯在塔顶的回收率为90%,泡点进料(q=1),操作回流比为最小回流比的1、5倍,物系的平均相对挥发度为2、5。试求:(1)精馏段操作线方程;(2)提馏段操作线方程。 7、板式精馏塔常压下分离苯-甲苯物系,塔顶采用全凝器,物系平均相对挥发度为2、 5,进料就是流量为150kmol/h,组成为0、4的饱与蒸汽,回流比为4、0,塔顶馏出液中苯的回收率为0、97,釜液中苯的组成为0、02。试求:(1)塔顶产品流率,组成与釜液流率;(2) 精馏段、提馏段操作线方程;(3)实际回流比与最小回流比的比值。 8、某二元连续精馏塔,进料量100kmol/h,组成为0、5(易挥发组分mol分率),饱与液体进料。塔顶、塔底产品量各为50kmol/h,塔顶采用全凝器,泡点回流,塔釜用间接蒸汽加热,物系平均相对挥发度为2、0,精馏段操作线方程为yn+1=0、714xn+0、257,试求:1 塔顶、塔底产品组成(mol分数)与塔底产品中难挥发组分回收率 ;2最小回流比;3提馏段操作线方程。 9用常压精馏塔分离某二元理想溶液,其平均相对挥发度α=3,原料液组成0、5(摩尔分率),进料量为200kmol/h,饱与蒸汽进料,塔顶产品量为100kmol/h。已知精馏段操作线方程为
化工原理习题文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
一流体流动 流体密度计算 在讨论流体物性时，工程制中常使用重度这个物理量，而在SI制中却常用密度这个物理量,如水的重度为1000[kgf/m3],则其密度为多少[kg/m3] 燃烧重油所得的燃烧气，经分析测知，其中含％CO2,％O2,76％N2,8％水蒸气（体积％），试求温度为500℃,压强为1atm时该混合气的密度。 已知汽油、轻油、柴油的密度分别为700[kg/m3]、760[kg/m3]和900[kg/m3] 。试根据以下条件分别计算此三种油类混合物的密度（假设在混合过程中，总体积等于各组分体积之和）。 (1)汽油、轻油、柴油的质量百分数分别是20％、30％和50％； (2)汽油、轻油、柴油的体积百分数分别是20％、30％和50％。 绝压、表压、真空度的计算 在大气压力为760[mmHg]的地区,某设备真空度为738[mmHg],若在大气压为655[mmHg]的地区使塔内绝对压力维持相同的数值, 则真空表读数应为多少 静力学方程的应用 如图为垂直相距的两个容器，两容器中所盛液体为水，连接两容器的U型压差计 ＝×103[kg/m3] 读数R为500[mmHg],试求两容器的压差为多少ρ 水银 容器分别盛有水和密度为900[kg/m3]的酒精,水银压差计读数R为15mm,若将指示液换成四氯化碳（体积与水银相同），压差计读数为若干 ρ水银＝×103[kg/m3] 四氯化碳密度ρccl4＝×103 [kg/m3] 习题 5 附图习题 6 附图 用复式U管压差计测定容器中的压强,U管指示液为水银，两U管间的连接管内
第一部分 概念题示例与分析 一、填空题 2-1 一球形石英颗粒，分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降，若系统温度升高，则其在水中的沉降速度将 ，在空气中的沉降速度将 。 答案：下降，增大 分析：由斯托克斯定律 μ ρρ18)(2g d u s t -= 对空气系统，s ρ 》ρ，故 u u u u t t '≈' 对水系统，水的密度随温度的变化可忽略，故同样有 u u u u t t '≈' 可见无论是气体还是液体，温度的改变主要是通过粘度变化来影响沉降速度。气体粘度随温 度升高而增加，故沉降速度下降；液体粘度随温度升高而减小，故沉降速度增大。但要注意此结论是通过斯托克斯定律得出，其他情况还需要具体分析。 2-2若降尘室的高度增加，则沉降时间 ，气流速度 ，生产能力 。 答案：增加；下降；不变 分析：因沉降距离增加，故沉降时间将增加。降尘室高度的增加使气体在降尘室内的流道截面 增大，故气流速度下降。生产能力的计算公式为： 可见，降尘室的生产能力只决定于沉降面积和沉降速度而与降尘室的高度无关。 2-3 选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据是 ； ； 。 答案：气体处理量，分离效率，允许压降 2-4 通常， 非均相物系的离心沉降是在旋风分离器中进行， 悬浮物系一般可在旋液分离器或沉降离心机中进行。 答案：气固；液固 2-5 沉降操作是指在某种 中利用分散相和连续相之间的 差异，使之发生相对运 动而实现分离的操作过程。沉降过程有 沉降和 沉降两种方式。 答案：力场；密度；重力；离心 2-6 阶段中颗粒相对于流体的运动速度称为沉降速度，由于这个速度是 阶段终了时颗粒 相对于流体的速度 ，故又称为“终端速度”。 答案：等速；加速 2-7 影响沉降速度的主要因素有① ；② ；③ ； 答案：颗粒的体积浓度；器壁效应；颗粒形状 2-8 降尘室通常只适合用于分离粒度大于 的粗颗粒，一般作为预除尘使用。 答案：50μm 2-9 旋风分离器的总效率是指 ，粒级效率是指 。 答案：全部颗粒中被分离下来的质量分率；各种粒度被分离下来的质量分率 2-10实现过滤操作的外力可以是 、 或 。 答案：重力；压强差；惯性离心力 2-11工业上常用的过滤介质主要有① ，② ，③ 。 答案：织物介质；堆积介质；多孔固体介质 2-12 在饼层过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是 而不是 。 答案：滤饼层；过滤介质 2-13 离心机是利用惯性离心力分离液态非均相混合物的机械。它与旋液分离器的主要区别在于离心力是由 而产生的。 答案： 设备本身旋转