化工原理典型习题解答

《化工原理》练习题一、简答题1、汽蚀现象2、真空度3、层流二、选择题1. 在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是( )A. 同一种流体内部B. 连通着的两种流体C. 同一种连续流体D. 同一水平面上，同一种连续的流体2. 离心泵的效率η和流量Q的关系为（）。

A. Q增大，η增大B. Q增大，η先增大后减小C. Q增大，η减小D. Q增大，η先减小后增加3. 双层平壁定态热传导，两层壁厚相同，各层的导热系数分别为λ1和λ2，其对应的温度差为△t1和△t2，若△t1＞△t2，则λ1和λ2的关系为（）。

A. λ1＜λ2,B. λ1＞λ2C. λ1=λ2D. 无法确定4. 在阻力平方区内，摩擦系数λ（）。

A. 为常数，与ε/d、Re均无关B.随Re值加大而减小C. 与Re值无关，是ε/d的函数D. 是Re值与ε/ d的函数三、计算题1.有一石油裂解装置，所得热裂物的温度300℃。

今欲设计一换热器，欲将石油从25℃预热到180℃，热裂物经换热后终温不低于200℃，试计算热裂物与石油在换热器中采用并流与逆流时的对数平均温差ΔΤm。

2.如图所示，水由常压高位槽流入精馏塔中。

进料处塔中的压力为0.1大气压（表压），送液管道为φ 45×2.5 mm、长8 m的钢管。

管路中装有180°回弯头一个(le/d =75)，90°标准弯头一个(le/d =35)。

塔的进料量要维持在3.6m3/h，试计算高位槽中的液面要高出塔的进料口多少米？参考数据：水的粘度为1cP Array《化工原理》练习题答案一、简答题1、汽蚀现象泵的入口处的压力低于被输送流体的饱和蒸汽压，形成大量气泡，气泡进入到离心泵的高压区破裂，液滴填充真空区击打器壁，形成汽蚀现象。

2、真空度真空度= 大气压力－绝对压力3、层流流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合二、选择题1.D2.B3.A4.C三、简答题1. 解：求得 ∆Tm1=97.2℃∆Tm2=145.7℃2.解： 由流量可求得流速为u=0.8 m/s(5分)。

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 Pa2．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) ×3.14×0.762150.307×103 Nσ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×nP油≤σ螺得 n ≥ 6.23取 n min= 7至少需要7个螺钉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P1 = P2 + ρ水银gR∵P1 = P4，P2 = P3且P3 = ρ煤油gΔh ， P4 = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）联立这几个方程得到ρ水银gR = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）-ρ煤油gΔh 即ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据1.0³×10³×1 - 13.6×10³×0.068 = h(1.0×10³-0.82×10³)ｈ= 0.418ｍ6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强ｐ。

第一章绪论习题1.热空气与冷水间的总传热系数K值约为42.99k c a l/（m2・h・℃），试从基本单位换算开始，将K值的单位改为W/（m2・℃）。

[答案:K＝50M（m2・C）]。

解：从附录查出：1k c a l＝1.1622×10-3K W·h=1.1622W·h所以：K=42.99K c a l/（m2·h·℃）＝42.99K c a l/（m2·h·℃）×（1.1622W·h/1k c a l）＝50w/（m2·℃）。

2.密度ρ是单位体积物质具有的质量。

在以下两种单位制中，物质密度的单位分别为:S I k g/m2；米制重力单位为：k g f.s2/m4;常温下水的密度为1000k g/m3，试从基本单位换算开始，将该值换算为米制重力单位的数值。

〔答案:p＝101.9k g f/s2/m4〕解：从附录查出：1k g f＝9.80665k g·m/s2，所以1000k g/m3＝1000k g/m3×[1k g f/(9.80665k g·m/s2)]=101.9k g f·s2/m4.3.甲烷的饱和蒸气压与温度的关系符合下列经验公式：今需将式中p的单位改为P a，温度单位改为K，试对该式加以变换。

〔答案:〕从附录查出：1m m H g=133.32P a，1℃＝K－273.3。

则新旧单位的关系为：P＝P’/133.32;t＝T－273.3。

代入原式得：l g（P’/133.32）＝6.421-352/（T－273.3+261）；化简得l g P=8.546－3.52/(T-12.3).4.将A、B、C、D四种组分各为0.25（摩尔分数，下同）的某混合溶液，以1000m o l/h 的流量送入精馏塔内分离，得到塔顶与塔釜两股产品，进料中全部A组分、96％B组分及4％C组分存于塔顶产品中，全部D组分存于塔釜产品中。

第一章 流体流动1.某设备上真空表的读数为 13.3×10 3Pa ，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 98.7×10 4Pa 。

解：略2.在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为 960 kg/m 3的油品，油面高于罐底 9.6m ，油面 上方为常压。

在罐侧壁的下部有一直径为 760mm 的圆孔，其中心距罐底 800mm ，孔盖用 14 的钢制螺钉紧固。

若螺钉材料的工作应力取为 39.23×106Pa ，问至少需要几个螺钉？解：设通过孔盖中心的水平面上液体的静压为 p ，则p 便 是罐内液体作用于孔盖上的平均压强。

根据流体静力学基本方程，知：p=p a +ρgh作用在孔盖外侧的是大气压强 p a ，故孔盖内外两侧所受 压强差为：Δp=p­ p a = p a +ρgh­ p a =ρgh∴Δp=960×9.81(9.6­0.8)=8.29×10 4Pa作用在孔盖上的净压力为：P=Δp ×πd 2 /4=8.29×10 4 ×π0.76 2 /4=3.76×10 4N每个螺钉能承受的力为：400×9.807×10 4 ×π/4×0.014 2 =6.04×10 3N螺钉的个数＝3.76×10 4 /6.04×10 3=6.23 个≈7 个 即至少要 7个螺钉。

3.某流化床反应器上装有两个 U 管压差计， 如本题附图所示。

测得 R 1=400mm,R 2=50mm, 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=50mm 。

试求 A 、B 两处的表压强。

解：U 管压差计连接管中是气体。

以ρg 、ρH2O 及 ρHg 分别表示气体、水与水银的密度。

化工原理习题及答案第一章流体流动姓名____________班级____________学号_____________成绩______________一、填空题：1.（3分）雷诺准数的表达式为________________。

当密度ρ＝1000kg.m ,粘度μ=1厘泊的水,在内径为d=100mm,以流速为1m.s 在管中流动时,其雷诺准数等于__________,其流动类型为______.***答案***Re=dｕρ/μ; 10 ; 湍流2.（2分）当地大气压为750mmHg时,测得某体系的表压为100mmHg,则该体系的绝对压强为_________mmHg,真空度为_______mmHg.***答案***850; -1003.（3分）测量流体流量的流量计主要有如下四种:___________,_______________,______________,_______________,测量管内流体点的速度,则用_________.***答案***转子流量计; 孔板流量计; 文丘里流量计;湿式气体流量计; 皮托管4.（2分）管出口的局部阻力系数等于________,管入口的局部阻力系数等于______.***答案***1.0; 0.55.（3分）流体体积流量用＿＿＿＿＿来计算；质量流量用＿＿＿＿＿来计算；而流体流速用＿＿＿＿＿来计算。

***答案***ｑ ＝u.A ｑ ＝u.A.ρu＝ｑ /A6.（3分）流体在园直管内流动，当Re≥4000时的流型称为＿＿＿，其平均速度与最大流速的关系为＿＿＿＿＿＿，而Re≤2000的流型称为＿＿＿，其平均速度为＿＿＿＿＿＿。

***答案***湍流，Wm＝0．8Wｍａｘ，滞流，Wm＝0.5Wｍａｘ。

7.（2分）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________。

***答案***不变；8.（3分）当Re 为已知时,流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数λ=__________,在管内呈湍流时,摩擦系数λ与____________、_____________有关。

化工原理课后习题答案1. 请计算下列物质的摩尔质量，(1) H2O (2) CO2 (3) NaCl。

(1) H2O的摩尔质量 = 21 + 16 = 18 g/mol。

(2) CO2的摩尔质量 = 12 + 216 = 44 g/mol。

(3) NaCl的摩尔质量 = 23 + 35.5 = 58.5 g/mol。

2. 一种化合物的分子式为C6H12O6，其摩尔质量为180 g/mol，请问这种化合物的分子量是多少？这种化合物的分子量就是其摩尔质量，即180 g/mol。

3. 在一次化学反应中，反应物A和B按化学方程式2A + 3B → C + D 反应，如果A的摩尔质量为20 g/mol，B的摩尔质量为30 g/mol，C的摩尔质量为40 g/mol，D的摩尔质量为50 g/mol。

请问，如果A和B分别以40 g和90 g的质量参与反应，求反应后C和D的质量各是多少？根据化学方程式2A + 3B → C + D，A和B的物质的摩尔比为2:3，因此A和B的摩尔数分别为40 g / 20 g/mol = 2 mol和90 g / 30 g/mol = 3 mol。

根据摩尔数的比例，C和D的摩尔数分别为21 = 2 mol和31 = 3 mol，所以C和D的质量分别为240 g/mol = 80 g和350 g/mol = 150 g。

4. 请问在下列反应中，哪些是氧化还原反应？(1) 2Mg + O2 → 2MgO。

(2) 2Na + Cl2 → 2NaCl。

(3) Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2。

(4) Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag。

(3) 和(4)是氧化还原反应。

在(3)中，Zn被HCl氧化生成ZnCl2，同时HCl被还原生成H2。

在(4)中，Cu被AgNO3氧化生成Cu(NO3)2，同时AgNO3被还原生成Ag。

5. 请问下列哪些是双原子分子？H2、Cl2、O2、N2、HCl、CO2。

化工原理习题答案问题一：质量守恒及干燥问题问题描述：一种含有30%水分的湿煤经过加热后，其水分含量降低到15%。

问：为了使1000kg湿煤的水分含量降到15%，需要排除多少千克水分？解答：根据质量守恒原则，该问题可以通过计算质量的变化来求解。

设湿煤的初始质量为m1，水分含量为w1，加热后的质量为m2，水分含量为w2。

根据题意可得到以下关系：m1 = m2 + m水分 w1 = (m水分 / m1) × 100% w2 = (m水分 / m2) × 100%根据题意可得到以下关系： w2 = 15% = 0.15 w1 = 30% = 0.30将以上关系代入计算，可得到： 0.15 = (m水分 / m2) × 100% 0.30 = (m水分 / m1) × 100%解得：m水分 = 0.15 × m2 = 0.30 × m1代入具体数值进行计算： m水分 = 0.15 × 1000kg = 150kg因此，需要排除150千克水分。

问题二：能量守恒问题问题描述：一个装有100升水的水箱，水温为20°C。

向该水箱中加热10000千卡的热量，水温升高到40°C。

问：热容量为1千卡/升·°C的水箱的温度升高了多少度？解答：根据能量守恒原理，可以通过计算热量的变化来求解。

热量的变化可表示为：Q = mcΔT其中，Q为热量的变化量，m为物体的质量，c为物体的比热容，ΔT为温度的变化。

根据题意可得到以下关系： Q = 10000千卡 = 10000 × 1000卡 m = 100升 = 100升 × 1千克/升 = 100 × 1千克 c = 1千卡/升·°C 代入公式计算温度的变化ΔT：10000 × 1000 = (100 × 1) × (ΔT) ΔT = (10000 × 1000) / (100 × 1) = 1000000 / 100 = 10000°C 因此，热容量为1千卡/升·°C的水箱的温度升高了10000度。

化工原理习题参考答案1. 题目一题目描述：在一个化工过程中，一种原料A通过反应生成一种产品B。

反应速率方程为：\[r = k \cdot C_A^n\]其中，r为反应速率，k为反应速率常数，C_A为原料A的浓度，n为反应级数。

请问：a)如果反应级数n=1/2，求反应速率与原料浓度的关系。

b)如果反应级数n=2，求反应速率与原料浓度的关系。

c)如果反应级数n=0，求反应速率与原料浓度的关系。

答案a)当反应级数n=1/2时，反应速率与原料浓度的关系为\[r = k \cdot \sqrt{C_A}\]即反应速率与原料浓度的平方根成正比。

这意味着原料浓度每增加一倍，反应速率将增加两倍。

b)当反应级数n=2时，反应速率与原料浓度的关系为\[r = k \cdot C_A^2\]即反应速率与原料浓度的平方成正比。

这意味着原料浓度每增加一倍，反应速率将增加四倍。

c)当反应级数n=0时，反应速率与原料浓度没有直接关系，即反应速率不随原料浓度的变化而变化。

这表示反应速率常数k是一个常数值，不受原料浓度的影响。

2. 题目二题目描述：在一座化工厂中，一个反应釜内发生了一个一级反应，反应速率方程为\[r = k \cdot C\]其中，r为反应速率，k为反应速率常数，C 为反应物的浓度。

初始时刻，反应物的浓度为\[C_0\]，经过一段时间后，浓度降低到一半。

请问：a)经过多长时间，反应物的浓度降低到初始浓度的1/4？b)经过多长时间，反应物的浓度降低到初始浓度的1/8？答案首先，由一级反应速率方程可知，反应速率与反应物浓度之间满足指数关系。

即\[C = C_0 \cdot e^{-kt}\]其中，t为时间。

根据题意可知，当\[C = \frac{C_0}{2}\]时，反应进行了一半。

代入公式中可得：\[\frac{C_0}{2} = C_0 \cdot e^{-kt}\]整理得：\[e^{-kt} =\frac{1}{2}\]取对数得：\[-kt = \ln{\frac{1}{2}}\]解得：\[t = \frac{\ln{2}}{k}\]即经过时间\[t =\frac{\ln{2}}{k}\]时，反应物的浓度降低到初始浓度的一半。

·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39.5×106 Pa ，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3×103 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 76.04π103.10110813.1)(4233a ⨯⨯⨯⨯⨯-=＝）－＝（A p p F每个螺钉所受力为N 10093.6N 014.04π105.39321⨯=÷⨯⨯=F因此)（个）695.5N 10093.610627.3341≈=⨯⨯==F F n2．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 107.836Pa 5.081.91360010165.1441汞A B ⨯=⨯⨯+⨯=+=gR p p ρ习题2附图习题1附图3、如本题附图所示，水在管道内流动。

为测量流体压力，在管道某截面处连接U 管压差计，指示液为水银，读数R=100毫米，h=800mm 。

为防止水银扩散至空气中，在水银液面上方充入少量水，其高度可忽略不计。

第三章机械分离一、名词解释每题2分1.非均相混合物物系组成不同,分布不均匀,组分之间有相界面2.斯托克斯式3.球形度s非球形粒子体积相同的球形颗粒的面积与球形颗粒总面积的比值4.离心分离因数离心加速度与重力加速度的比值5.临界直径dc离心分离器分离颗粒最小直径6．过滤利用多孔性介质使悬浮液中液固得到分离的操作7.过滤速率单位时间所产生的滤液量8.过滤周期间歇过滤中过滤、洗涤、拆装、清理完成一次过滤所用时间9.过滤机生产能力过滤机单位时间产生滤液体积10.浸没度转筒过滤机浸没角度与圆周角比值二、单选择题每题2分1、自由沉降的意思是_______;Ａ颗粒在沉降过程中受到的流体阻力可忽略不计Ｂ颗粒开始的降落速度为零,没有附加一个初始速度Ｃ颗粒在降落的方向上只受重力作用,没有离心力等的作用Ｄ颗粒间不发生碰撞或接触的情况下的沉降过程D2、颗粒的沉降速度不是指_______;Ａ等速运动段的颗粒降落的速度Ｂ加速运动段任一时刻颗粒的降落速度Ｃ加速运动段结束时颗粒的降落速度Ｄ净重力重力减去浮力与流体阻力平衡时颗粒的降落速度B3、对于恒压过滤_______;A滤液体积增大一倍则过滤时间增大为原来的2倍B滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的2倍C滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的4倍D当介质阻力不计时,滤液体积增大一倍,则过滤时间增大至原来的4倍D4、恒压过滤时,如介质阻力不计,滤饼不可压缩,过滤压差增大一倍时同一过滤时刻所得滤液量___; Ａ增大至原来的2倍Ｂ增大至原来的4倍倍Ｄ增大至原来的倍C5、以下过滤机是连续式过滤机_______;Ａ箱式叶滤机Ｂ真空叶滤机Ｃ回转真空过滤机Ｄ板框压滤机C6、过滤推动力一般是指______;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B7、回转真空过滤机中是以下部件使过滤室在不同部位时,能自动地进行相应的不同操作：______; Ａ转鼓本身Ｂ随转鼓转动的转动盘Ｃ与转动盘紧密接触的固定盘Ｄ分配头D8、非球形颗粒的当量直径的一种是等体积球径,它的表达式为______;A d p＝6V/A此处V为非球形颗粒的体积,A为非球形颗粒的表面积B d p＝6V/1/3C d p＝4V/1/2D d p＝kV/1/3k为系数与非球形颗粒的形状有关B9、在讨论旋风分离器分离性能时,分割直径这一术语是指_________;Ａ旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径Ｂ旋风分离器允许的最小直径Ｃ旋风分离器能够50%分离出来的颗粒的直径Ｄ能保持滞流流型时的最大颗粒直径C10、在离心沉降中球形颗粒的沉降速度__________;Ａ只与d p,p,,u T,r,μ有关Ｂ只与d p,p,u T,r有关Ｃ只与d p,p,u T,r,g有关Ｄ只与d p,p,u T,r,k有关题中u T气体的圆周速度,r旋转半径,k分离因数A11、降尘室没有以下优点______________;Ａ分离效率高Ｂ阻力小Ｃ结构简单Ｄ易于操作A12、降尘室的生产能力__________;Ａ只与沉降面积A和颗粒沉降速度u T有关Ｂ与A,u T及降尘室高度H有关Ｃ只与沉降面积A有关Ｄ只与u T和H有关A13、回转真空过滤机的过滤介质阻力可略去不计,其生产能力为5m3/h滤液;现将转速度降低一半,其他条件不变,则其生产能力应为____________;A5m3/hB2.5m3/hC10m3/hD3.54m3/h D14、要除去气体中含有的5μ～50μ的粒子;除尘效率小于75％,宜选用;A除尘气道B旋风分离器C离心机D电除尘器B15、等压过滤的滤液累积量q与过滤时间τ的关系为______________;B16、过滤基本方程是基于____________推导出来的;A滤液在过滤介质中呈湍流流动B滤液在过滤介质中呈层流流动C滤液在滤渣中呈湍流流动D滤液在滤渣中呈层流流动D17、一般而言,旋风分离器长、径比大及出入口截面小时,其效率,阻力;A高B低C大D小A18、在板框过滤机中,如滤饼不可压缩,介质阻力不计,过滤时间增加一倍时,其过滤速率为原来的_____________;A2倍B1/2倍C1/2倍D4倍C19、在长为L m,高为H m的降尘室中,颗粒的沉降速度为u T m/s,气体通过降尘室的水平流速为u m/s,则颗粒能在降尘室内分离的条件是：____;A L/u＜H/u LB L/u T＜H/uC L/u T≥H/uD L/u≥H/u TD20、粒子沉降受到的流体阻力________;Ａ恒与沉降速度的平方成正比Ｂ与颗粒的表面积成正比Ｃ与颗粒的直径成正比Ｄ在滞流区与沉降速度的一次方成正比D21、板框压滤机中,最终的滤液流率是洗涤液流率的_______;Δp E=Δp w,μ=μwＡ一倍Ｂ一半Ｃ四倍Ｄ四分之一C22、球形度形状系数恒小于或等于1,此值越小,颗粒的形状离球形越远,球形度的定义式可写为______;A=V p/V,V为非球形粒子的体积,V p为球形粒子的体积B=A p/A,A为非球形粒子的表面积,A p为与非球形粒子体积相同的球形粒子的表面积C=a p/a,a为非球形粒子的比表面积,a p为球形粒子的比表面积D=6a p/d B23、“在一般过滤操作中,实际上起到主要介质作用的是滤饼层而不是过滤介质本身”,“滤渣就是滤饼”则_______;Ａ这两种说法都对Ｂ两种说法都不对Ｃ只有第一种说法正确Ｄ只有第二种说法正确A24、旋风分离器的总的分离效率是指__________;Ａ颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率Ｂ颗粒群中最小粒子的分离效率Ｃ不同粒级直径范围粒子分离效率之和Ｄ全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率D25、降尘室的生产能力由________决定;A降尘室的高度和长度B降尘室的高度C降尘室的底面积D降尘室的体积C26、在板框过滤机中,如滤饼不可压缩,介质阻力不计,黏度增加一倍时,对同一q值,过滤速率为原来的_____________;A2倍B1/2倍C1/2倍D4倍B27、回转真空过滤机洗涤速率与最终过滤速率之比为;AlB1/2 C1/4D1/3 A28、以下说法是正确的;A过滤速率与S过滤面积成正比B过滤速率与S2成正比C滤速率与滤液体积成正比D过滤速率与滤布阻力成反比B29、板框压滤机中;A框有两种不同的构造B板有两种不同的构造C框和板都有两种不同的构造D板和框都只有一种构造B30、助滤剂应具有以下性质;A颗粒均匀、柔软、可压缩B颗粒均匀、坚硬、不可压缩C粒度分布广、坚硬、不可压缩D颗粒均匀、可压缩、易变形B三、填空题每题2分1、一球形石英颗粒,在空气中按斯托克斯定律沉降,若空气温度由20℃升至50℃,则其沉降速度将; 下降2、降尘室的生产能力与降尘室的和有关;长度宽度3、降尘室的生产能力与降尘室的无关;高度4、在除去某粒径的颗粒时,若降尘室的高度增加一倍,则沉降时间;增加一倍5、在除去某粒径的颗粒时,若降尘室的高度增加一倍,气流速度;减少一倍6、在除去某粒径的颗粒时,若降尘室的高度增加一倍,生产能力;不变7、在滞流层流区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的次方成正比;28、在湍流区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的次方成正比;1/29、在过滤的大部分时间中,起到了主要过滤介质的作用;滤饼10、过滤介质阻力忽略不计,滤饼不可压缩,则恒速过滤过程中滤液体积由V l增多至V2=2V l时,则操作压差由ΔP l增大至ΔP2=;2ΔP l11、已知q为单位过滤面积所得滤液体积V/S,q e为V e/S,V e为过滤介质的当量滤液体积滤液体积为V e时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力,在恒压过滤时,测得Δ/Δq=3740q+200则过滤常数K=;12、已知q为单位过滤面积所得滤液体积V/S,q e为V e/S,V e为过滤介质的当量滤液体积滤液体积为V e时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力,在恒压过滤时,测得Δ/Δq=3740q+200则过滤常数q e=;13、最常见的间歇式过滤机有和;板框过滤机叶滤机14、在一套板框过滤机中,板有种构造,框种构造;2115、板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间,设框已充满,则在每一框中,滤液穿过厚度为;框的厚度16、板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间,设框已充满,在洗涤时,洗涤液穿过厚度为;框厚度之半17、板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间,设框已充满,在洗涤时,洗涤液穿过的滤布面积等于;框的内面积18、旋风分离器性能的好坏,主要以来衡量;临界粒径的大小19、离心分离设备的分离因数定义式为Kc=;u T2/gR或u r/u t20、当介质阻力不计时,回转真空过滤机的生产能力与转速的次方成正比;1/221、间歇过滤机的生产能力可写为Q=V/,此处V为;一个操作循环中得到的滤液体积22、间歇过滤机的生产能力可写为Q=V/,此处表示一个操作循环所需的;总时间23、一个过滤操作周期中,“过滤时间越长,生产能力越大”的看法是否正确不正确的24、一个过滤操作周期中,“过滤时间越短,生产能力越大”的看法是否正确不正确的25、一个过滤操作周期中,过滤时间有一个值;最适宜26、一个过滤操作周期中,最适宜的过滤时间指的是此时过滤机生产能力;最大27、对不可压缩性滤饼dV/d 正比于ΔP 的次方,对可压缩滤饼dV/d 正比于ΔP 的次方;11-s28、对恒压过滤,介质阻力可以忽略时,过滤量增大一倍,则过滤速率为原来的;二分之一29、对恒压过滤,当过滤面积增大一倍时,如滤饼不可压缩,则过滤速率增大为原来的倍;对恒压过滤,当过滤面积增大一倍时,如滤饼可压缩,则过滤速率增大为原来的倍;4430、转鼓沉浸度是与的比值1转鼓浸沉的表面积转鼓的总表面积31、按ψ＝A p/A 定义的球形度此处下标p 代表球形粒子,最大值为＿＿＿;越小则颗粒形状与球形相差越＿＿＿;1大32、将固体物料从液体中分离出来的离心分离方法中,最常见的有和;将固体物料从液体中分离出来的离心分离设备中,最常见的为;离心过滤离心沉降离心机33、在Stokes 区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的_____次方成正比；在牛顿区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的______次方成正比;21/234、一个过滤操作周期中,“过滤时间越长生产能力越大”的看法是,“过滤时间越短,生产能力越大”的看法是;过滤时间有一个值,此时过滤机生产能力为＿＿＿＿＿＿;不正确的不正确的最适宜最大35、含尘气体通过长为4m,宽为3m,高为1m 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s m 3;0.36m 3/s四、问答题每题3分1、影响回转真空过滤机生产能力的因素有哪些过滤介质阻力可忽略当过滤介质阻力可忽略时2Q KA n ϕ=2/K p r φμ=∆可见,影响因素有：转筒的转速、浸没度、转筒尺寸、操作压强及处理物料的浓度及特性;2、有一旋风分离器,在正常的速度和阻力的范围内操作,但除尘效率不够满意,现在仓库里还有一个完全相同的旋风分离器,有人建议将这台备用的旋风分离器与正在用的那一台一起并联使用,问这种措施能否提高除尘效率为什么不行;因为速度降低,离心惯性力减小,使除尘效率下降;3、恒压过滤时,如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由d q /d t =Δp /rΦμq +q e 知,加大操作压力,过滤速率变大;提高滤浆温度,使滤液黏度降低,过滤速率增大;4、临界直径dc 及分割直径d 50,可以表示旋风分离器的分离性能,回答d c 与d 50的含义是什么d c 旋风分离器的分离分离颗粒最小直径;d 50分离效率50%时颗粒直径5、由过滤基本方程d q /d t =Δp /rΦμq +q e 分析影响过滤速率的因素影响过滤速率的因素有：①物性参数,包括悬浮液的性质φ、μ及滤饼特性r ；②操作参数Δp ；③设备参数q e6、试说明滤饼比阻的意义比阻r 表示滤饼对过滤速率的影响,其数值的大小反映滤液通过滤饼层的难易程度;五、计算题每题10分1、某板框过滤机框空的长、宽、厚为250mm×250mm×20mm,框数为8,以此过滤机恒压过滤某悬浮液,测得过滤时间为与15min 时的滤液量分别为0.15m 3及0.20m 3,试计算过滤常数K ;解：过滤面积A =8×2××=1.0 m 22分已知:τ1==0.15 m 3τ2=15min V 2=0.20 m 3∵V 2+2VVe =KA 2τ4分可得+2×=K×12×1+2×=K×12×1521、2式联立,解得K =0.0030 m 2/min=×10-5 m 2/s4分2、以板框压滤机恒压过滤某悬浮液,过滤面积10m 2,操作压差×105Pa;每一循环过滤15min 得滤液2.91m 3;过滤介质阻力不计;(1) 该机生产能力为4.8m 3/h 滤液,求洗涤、装拆总共需要的时间及过滤常数K ;(2) 若压差降至×104Pa,过滤时间及过滤量不变,其他条件不变,需多大过滤面积设滤饼不可压缩;3如改用回转真空过滤机,转一圈得滤液0.2m 3,转速为多少才可以维持生产能力不变解：1∵V 2=KA 2τ即=K ×102×15∴K =×10-3 m 2/min又Q =V /∑τ即60=15+τw +τD∴τw +τD =4分2V 2=KA 2τA 2=V 2/Kτ4分3Q =60=×nn-r/min ∴n =min2分3、用某叶滤机恒压过滤钛白水悬浮液;滤叶每侧过滤面积为2m 2,共10只滤叶;测得:过滤10min 得滤液1.31m 3；再过滤10min 共得滤液1.905m 3;已知滤饼与滤液体积比n =;试问:1过滤至滤饼厚为21mm 即停止,过滤时间是多少2若滤饼洗涤与辅助时间共45min,其生产能力是多少以每小时得的滤饼体积计解：1∵V 2+2VVe =KA 2t由题意得+2×=KA 2×10a+2×=KA 2×20ba 、b 联立,解得KA 2=0.2076 m 6/min,Ve=0.1374 m 33分又A =10×2×=13.12m 2过滤终了时,共得滤液量V E =×=2.755 m 3由+2××=,∴t E =3分2生产能力=nV E /t E +t w +t 辅=×+45=×10-3 m 3/min=0.194 m 3/h 滤饼4分4、在3×105Pa 的压强差下对钛白粉在水中的悬浮液进行过滤实验,测得过滤常数K=5×10-5m 2/s 、q e =0.01m 3/m 2,又测得滤饼体积与滤液体积之比v=;现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机处理此料浆,过滤推动力及所用滤布也与实验用的相同;试求：1过滤至框内全部充满滤渣所需的时间；2过滤完毕,以相当于滤液量1/10的清水进行洗涤,求洗涤时间；3若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15min,求每台过滤机的生产能力以每小时平均可得多少m 3滤饼计;解：1所需过滤时间A=×2×38=49.86m 2V c =××38=0.6233m 2()()2251120.156320.15630.01551510e q qq s K θ-=+=+⨯⨯=⨯4分 2洗涤时间30.10.156349.86/1.87410416s -=⨯⨯⨯=4分3生产能力30.62333600 1.2025514181560c Q m ⨯==++⨯滤饼/h2分 5、用板框过滤机过滤某悬浮液,一个操作周期内过滤20分钟后共得滤液4m 3滤饼不可压缩,介质阻力可略;若在一个周期内共用去辅助时间30分钟,求：（1） 该机的生产能力2若操作表压加倍,其它条件不变物性,过滤面积,过滤时间与辅助时间,该机生产能力提高了多少 解：滤饼不洗涤（1） 4分（2） 6分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=510-3m2/s;若要再得滤液体积0.75m 3,则又需过滤时间为多少2:2e q q K θ+=解由q 3分223225103000.750.625220.75e e q q K K q q θθ-=--⨯⨯-∴===⨯得q q 3分 2232 1.520.62515825510825300525e q q K sθθ-++⨯⨯===⨯=-=q 4分 7、一小型板框压滤机有框10块,长宽各为0.2m,在2at 表压下作恒压过滤共二小时滤框充满共得滤液160l,每次洗涤与装卸时间为1hr,若介质阻力可忽略不计,求：1过虑常数K,洗涤速率;2若表压增加一倍,其他条件不变,此时生产能力为若干解：15分A=××10×2=0.8m 225分故生产能力为1+1=0.08m 3/h8、某板框压滤机的过滤面积为0.4 m 2,在恒压下过滤某悬浮液,4hr 后得滤液80 m 3,过滤介质阻力可略去不计;试求：①若其它情况不变,但过滤面积加倍,可得多少滤液②若其它情况不变,但操作时间缩短为2hr,可得多少滤液③若在原表压下过滤4hr 后,再用5m 3水洗涤滤饼,需多长洗涤时间设滤液与水性质相近; 解：13分23分34分9、一小型板框过滤机,过滤面积为0．1m 2,恒压过滤某一种悬浮液;得出下列过滤议程式：q+102=250θ+0．4式中q 以l/m 2,θ以分钟计;试求：1经过249．6分钟获得滤液量为多少2当操作压力加大1倍,设滤饼不可压缩同样用249．6分钟将得到多少滤液量;解：1)4.0(250)10(2+=+θq当6.249=θ分时q=240L/M 2V=240×0;1=24L 5分2,P='K2P='K2343=⨯=5分5.LV3.341.0。

·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39.5×106 Pa;问至少需要几个螺钉大气压力为101.3×103 Pa解：由流体静力学方程;距罐底1000 mm 处的流体压力为作用在孔盖上的总力为每个螺钉所受力为因此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=80mm;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=100mm..试求A 、B 两点的表压力..解：1A 点的压力2B 点的压力3、如本题附图所示;水在管道内流动..为测量流体压力;在管道某截面处连接U 管压差计;指示液为水银;读数R=100毫米;h=800mm..为防止水银扩散至空气中;在水银液面上方充入少量水;其高度可忽略不计..已知当地大气压为101.3KPa 试求管路中心处流体的压力..解：设管路中心处流体的压力为pP A =P AP + ρ水gh + ρ汞gR = P 0P=p 0- ρ水gh - ρ汞gR=101.3×103-1000×9.8x0.8- 13600×9.8×0.1P=80.132kpa4、如本题附图所示;高位槽内的水位高于地面7 m;水从φ108mm ×4 mm 的管道中流出;管路出口高于地面1.5 m..已知水流经系统的能量损失可按∑h f =5.5u 2计算;其中u 为水在管内的平均流速m/s..设流动为稳态;试计算1A -A '截面处水的平均流速；2水的流量m 3/h..解：1A - A '截面处水的平均流速在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程;得习题2附图习题1附图22121b12b2f 1122p p gz u gz u h ρρ++=+++∑ 1式中 z 1=7 m;u b1～0;p 1=0表压z 2=1.5 m;p 2=0表压;u b2 =5.5 u 2代入式1得2水的流量以m 3/h 计5、如本题附图所示;用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离..已知储罐内液面维持恒定;其上方压力为1.0133⨯105 Pa..流体密度为800 kg/m 3..精馏塔进口处的塔内压力为1.21⨯105 Pa;进料口高于储罐内的液面8 m;输送管道直径为φ68 mm ⨯4 mm;进料量为20 m 3/h..料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg;求泵的有效功率..解：在截面-A A '和截面-B B '之间列柏努利方程式;得6、 某液体以一定的质量流量在水平直圆管内作湍流流动..若管长及液体物性不变;将管径减至原来的1/2;问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍解：流体在水平光滑直圆管中作湍流流动时f p ∆=f h ρ∑或 f h ∑=f p ∆/ρ=λ2b 2u L d ρ ∑∑f1f2h h=2b1b22112))()(u u d d λλ 式中 21d d =2 ;b2b1u u =21d d 2 =4 因此 ∑∑f1f2h h=221()(2)(4)λλ=3212λλ 又由于 25.0Re316.0=λ 12λλ=25021.)Re Re =0.251b12b2)d u d u =2×25041.)=0.50.25=0.841 故 ∑∑f1f2h h=32×0.84=26.97、用泵将2×104 kg/h 的溶液自反应器送至高位槽见本题附图..反应器液面上方保持25.9×103 Pa 的真空度;高位槽液面上方为大气压..管道为φ 76 mm ×4 mm 的钢管;总长为35 m;管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计局部阻力系数为4、五个标准弯头..反应器内液面与管路出口的距离为17 m..若泵的效率为0.7;求泵的轴功率..已知溶液的密度为1073 kg/m 3;黏度为6.3⨯10-4 Pa ⋅s..管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm..解：在反应器液面1-1;与管路出口内侧截面2-2;间列机械能衡算方程;以截面1-1;为基准水平面;得22b1b2121e 2f 22u u p p gz W gz h ρρ+++=+++∑ 1 式中 z 1=0;z 2=17 m;u b1≈0p 1=-25.9×103 Pa 表;p 2=0 表将以上数据代入式1;并整理得=9.81×17+24312.+1073109.253⨯+f h ∑=192.0+fh ∑ 其中 f h ∑=λ+e L L d +∑+∑ζ2b22u =Re b du ρμ=30.068 1.4310730.6310-⨯⨯⨯=1.656×105 根据Re 与e /d 值;查得λ=0.03;并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为闸阀全开： 0.43×2 m =0.86 m标准弯头： 2.2×5 m =11 m故 f h ∑=0.03×350.86110.068+++0.5+4kg J 243.12=25.74J/kg 于是 ()kg J 217.7kg J 74.250.192e =+=W泵的轴功率为s N =e W η/w =W 7.036001027.2174⨯⨯⨯=1.73kW 8、如本题附图所示;贮槽内水位维持不变..槽的底部与内径为100 mm 的钢质放水管相连;管路上装有一个闸阀;距管路入口端15 m 处安有以水银为指示液的U 管压差计;其一臂与管道相连;另一臂通大气..压差计连接管内充满了水;测压点与管路出口端之间的直管长度为20 m..1当闸阀关闭时;测得R =600 mm 、h =1500 mm ；当闸阀部分开启时;测得R =400 mm 、h =1400 mm..摩擦系数λ可取为0.025;管路入口处的局部阻力系数取为0.5..问每小时从管中流出多少水m 32当闸阀全开时;U 管压差计测压处的压力为多少Pa 表压..闸阀全开时L e /d ≈15;摩擦系 习题7附图 习题8附图数仍可取0.025..解：1闸阀部分开启时水的流量在贮槽水面1-1;与测压点处截面2-2;间列机械能衡算方程;并通过截面2-2;的中心作基准水平面;得22b1b21212f 1222u u p p gz gz h ρρ++=+++∑，－ a 式中 p 1=0表u b2=0;z 2=0z 1可通过闸阀全关时的数据求取..当闸阀全关时;水静止不动;根据流体静力学基本方程知2H O 1Hg ()g z h gR ρρ+= b 式中 h =1.5 m; R =0.6 m将已知数据代入式b 得将以上各值代入式a;即9.81×6.66=2b 2u +100039630+2.13 u b 2 解得 s m 13.3b =u水的流量为 ()s m 43.1m 13.31.0785.036004π3600332b 2s =⨯⨯⨯==u d V 2闸阀全开时测压点处的压力在截面1-1;与管路出口内侧截面3-3;间列机械能衡算方程;并通过管中心线作基准平面;得22b1b33113f 1322u u p p gz gz h ρρ++=+++∑，－ c 式中 z 1=6.66 m;z 3=0;u b1=0;p 1=p 32e b f,13c ()2L L u h d λζ-+∑∑=+=22b b 350.025(15)0.5 4.810.12u u ⎡⎤++=⎢⎥⎣⎦ 将以上数据代入式c;即9.81×6.66=2b 2u +4.81 u b 2 解得 s m 13.3b =u再在截面1-1;与2-2;间列机械能衡算方程;基平面同前;得22b1b21212f 1222u u p p gz gz h ρρ++=+++∑，－ d 式中 z 1=6.66 m;z 2=0;u b1≈0;u b2=3.51 m/s;p 1=0表压力将以上数值代入上式;则解得 p 2=3.30×104 Pa 表压·蒸馏部分1、在一连续精馏塔中分离苯的含量为0..5苯的摩尔分数;下同的苯-甲苯混合液;其流量为100kmol/h..已知馏出液组成为0..95;釜液组成为0.05;试求1馏出液流量及苯的回收率2保持馏出液组成0.95不变;馏出液最大可能流量..2、在连续精馏塔中分离A 、B 两组分溶液..原料液的处理量为100 kmol/h;其组成为0.45易挥发组分A 的摩尔分数;下同;饱和液体进料;要求馏出液中易挥发组分的回收率为96％;釜液的组成为0.033..试求1馏出液的流量和组成；2若操作回流比为2.65;写出精馏段的操作线方程；3提馏段的液相负荷..解：1馏出液的流量和组成由全塔物料衡算;可得 kmol/h=54.55 kmol/h kmol/h=45.45 kmol/h 2精馏段操作线方程3提馏段的液相负荷3、在连续操作的精馏塔中分离两组分理想溶液..原料液流量为50 kmol/h;要求馏出液中易挥发组分的收率为94％..已知精馏段操作线方程为y = 0.75x +0.238；q 线方程为y = 2-3x ..试求1操作回流比及馏出液组成；2进料热状况参数及原料的总组成；3两操作线交点的坐标值x q 及y q ；4提馏段操作线方程..解：1操作回流比及馏出液组成 由题给条件;得75.01=+R R 及238.01D =+R x 解得 R = 3;x D = 0.9522进料热状况参数及原料液组成 由于及21F =-qx 解得 q = 0.75气液混合进料;x F = 0.53两操作线交点的坐标值x q 及y q 联立操作线及q 线两方程;即解得 x q = 0.4699及y q = 0.59034提馏段操作线方程 其一般表达式为式中有关参数计算如下：kmol/h 68.24kmol/h 952.05.05094.0D F F n,A D n,=⨯⨯==x x q q η kmol/h = 25.32 kmol/hkmol/h =111.54 kmol/hkmol/h = 86.22 kmol/h则 4、 5、n,W 1.80.033q =()n,D n,F n,W 10054.55q q q =-=-31q q =--()n,W n,F n,D 5024.68q q q =-=-()n,L n,D n,F 324.680.7550q Rq qq '=+=⨯+⨯()n,V n,L n,W 111.5425.32q q q ''=-=-111.5425.320.0592 1.2940.0173986.2286.22y x x ''=-⨯=-6、。

化工原理典型习题解答————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:ﻩ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 222322642dlu u d l du u d l h f ρμμρλ=⋅⋅=⋅⋅= 得 162442122122122121212==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==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 55212142122112212==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==d d d d d d d u d u h h f f2、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 ∑+++=++2222222111ρρ 得 21f f h h ∑=∑所以 ()()2222222111u d l l u d l l e e ⋅+⋅=⋅+⋅λλ 又由完全湍流流动得 ⎪⎭⎫ ⎝⎛=d f ελ 所以 ()()222211u l l u l l e e ⋅+=⋅+而 24d u uA V π⋅==所以 ()()1547.175.01211212==++==e e l l l l u u V V3、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。

化工原理课后习题答案1. 题目题目：对于一个容器内的理想气体，假设质量为m，在压缩过程中体积由V1压缩至V2。

根据理想气体状态方程Pv = RT，求证在任意温度下，质量为m的理想气体在压缩过程中，做功的大小与压缩的速度无关。

1.1. 答案根据理想气体状态方程Pv = RT，我们可以推导出气体做功的表达式。

首先，设初始状态为(V1, T1)，压缩后气体的状态为(V2, T2)。

设气体在压缩过程中的压强变化为dp，由状态方程可得：P1V1 = mRT1 (1)P2V2 = mRT2 (2)根据理想气体的压强定义 P = F/A，其中A为气体受力的面积，F = Δp A 表示单位时间内气体受到的压力作用力。

假设气体在压缩过程中受到的作用力为 F，即Δp A = F。

由于压缩过程中气体的体积减小了ΔV = V1 - V2，所以做功可以表示为：W = F * ΔV = A * Δp * ΔV由理想气体状态方程可得：Δp = P2 - P1 = mRT2/V2 - mRT1/V1将其代入做功公式中可得：W = A * (mRT2/V2 - mRT1/V1) * (V1 - V2)化简上述式子可得：W = A * (mRT1 - mRT2) * (1/V1 - 1/V2)我们可以看到，做功量与压力、温度、质量以及体积之间都有关系。

当温度恒定时，即 T1 = T2 = T，上式可以进一步化简为：W = A * mR * T * (1/V1 - 1/V2)这个式子表示了在恒温条件下，做功量与压缩速度（即体积的变化率）无关。

因此，根据以上推导，可证明在任意温度下，质量为m的理想气体在压缩过程中做功的大小与压缩速度无关。

2. 结论在任意温度下，质量为m的理想气体在压缩过程中做功的大小与压缩速度无关。

这是因为在恒温条件下，做功量仅与压强、质量、温度和体积之间相关，并与压缩速度无关。

这个结论可以应用于化工工程中的压缩过程分析和设计，可以通过调节温度、压强和体积的组合来实现对压缩过程的控制，无需考虑压缩速度的影响。

绪论1解：换算因数： 1.010********/==⋅=⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅sm kg s m s cm g sN m scm g spa scm g∴1g ⋅cm -1⋅s -1=0.1pa ⋅s 2.解：51001325.1Paatm ⨯= 1m N Pa 2=⋅- 1m N J =⋅ 3310m L -= ∴2321001325.1m J m N m N atm L ⨯=⋅⋅⋅⋅⋅⋅-∴21001325.1J atm L ⨯=⋅以J ·mol -1·K -1表示R 的值R =0.08206×1.01325×102 J ﹒mol -1﹒K -1=8.315 J ﹒mol -1﹒K -1第一章 流体流动1. 表压=－真空度=－4.8×104Pa 绝压=5.3×104 Pa2.解：设右侧水面到B ′点高为h 3，根据流体静力学基本方程可知P B =P B ′ 则ρ油gh 2=ρ水gh 3mm mkg mmm kg h 4921000600820h 3323=⋅⨯⋅==--水油ρρ h=h 1+h 3=892mm5解:以图中截面a-a ′为等压面，则P 啊=Pa ′ρ油g(h 1+h 0)=ρ油g(h 2-R+h 0) + ρ水银gR （h 0为水银压差计高液面与容器底部的高度差） ∴ h 2=h 1 + R - ρ水银R/ρ油 = 4 +0.2-13600*0.2/860 = 1.04m6解：h=P(表压)/ ρ水g =81.9*10001000*10 =1.02 m7.解：由公式AVsu =可得 Vs=uA=u πd 2/4=0.8×π×(57-3.5×2)2×10-6/4=1.57×10-3m 3/sWs=Vs ρ=1.57×10-3×1840=2.89kg/ss m kg u AWsG ⋅=⨯===2/147218408.0ρ 9解：以地面以下的水管所在的平面为基准水平面，则：fh Pu gz u P gz ∑+++=++ρρ2222211122Z 1=9m, u 1=0, P 1=P 2=P 0 ,Z 2=4m,u 2=u∴9.81*9=9.81*4+222u +40*222u∴u=1.55m/s,Vs=uA=1.55*3.1415926*0.0252=10.95m3/h 若Vs'=Vs*(1+25%)=1.25Vs,则u'=1.25u=1.9375m/s ∴Z 1-Z 2=7.86m,即将水箱再升高7.86-5=2.86m 10解:Vs=8m3/h 时，该系统管路中水的流速为u 1=4Vs/3600πd 2=4*8/3600*3.1415926*0.0532=1.008m/s以压力表处为截面1-1'，水箱液面为截面2-2'，并以截面1-1'为基准水平面，则：f h Pu gz u P gz ∑+++=++ρρ2222211122Z2-Z1=24m P2=0 u2=0∴P1=(234.93+∑h f )*1000而3424.5001.01000*008.1*053.0Re===μρduε/d=0.2/53=0.00377查表得λ=0.0282 ∴∑h f = （h f + ξ）﹒u 12/2 =（0.0282*100/0.053 + 1）* 1.0082/2 =27.54J/Kg ∴P 1=(234.93+27.54)*1000=0.262MPa即压力表的读数为0.262MPa 时才能满足进水量为8m3/h 的需要。

化工原理课后习题答案1. 请计算下列问题：问题1，一个反应器中，A物质以一级反应速率消耗，反应速率常数为0.05分钟^-1。

初始时刻A物质的浓度为2mol/L，经过多长时间后，A物质的浓度降至0.5mol/L？答案，根据一级反应速率方程，-d[A]/dt = k[A]，可得到d[A]/[A] = -kdt。

将初始时刻A物质的浓度为2mol/L代入方程，得到ln(2/0.5) = -0.05t，解得t=27.7min。

问题2，一容积为10L的反应器中，A物质以二级反应速率消耗，反应速率常数为0.02L/(molmin)。

初始时刻A物质的浓度为0.5mol/L，经过多长时间后，A物质的浓度降至0.1mol/L？答案，根据二级反应速率方程，d[A]/dt = -k[A]^2，可得到1/[A] 1/[A0] = kt。

将初始时刻A物质的浓度为0.5mol/L代入方程，得到1/0.1 1/0.5 = 0.02t，解得t=25min。

问题3，在一反应器中，A物质以零级反应速率消耗，反应速率常数为0.1mol/(Lmin)。

初始时刻A物质的浓度为2mol/L，经过多长时间后，A物质的浓度降至1mol/L？答案，根据零级反应速率方程，-d[A]/dt = k，可得到[A] = [A0] kt。

将初始时刻A物质的浓度为2mol/L代入方程，得到1 = 2 0.1t，解得t=10min。

2. 请回答下列问题：问题1，在化工生产中，为什么要控制反应速率？答案，控制反应速率可以提高生产效率，减少能源消耗，降低生产成本，同时可以避免不必要的副反应和产物损失，保证产品质量。

问题2，什么是反应速率常数？它受哪些因素影响？答案，反应速率常数是在一定温度下，反应物浓度为单位体积的情况下，反应速率的比例系数。

它受温度、催化剂、反应物浓度等因素的影响。

问题3，零级反应速率方程和一级反应速率方程有何区别？分别举例说明。

答案，零级反应速率方程中反应速率与反应物浓度无关，如溶解固体的速率。

第四章传热一、名词解释1、导热若物体各部分之间不发生相对位移,仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导导热;2、对流传热热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递;热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象;3、辐射传热任何物体, 只要其绝对温度不为零度0K, 都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量, 同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能, 当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时, 该物体就与外界产生热量的传递;这种传热方式称为热辐射;4、传热速率单位时间通过单位传热面积所传递的热量W/m25、等温面温度场中将温度相同的点连起来,形成等温面;等温面不相交;二、单选择题1、判断下面的说法哪一种是错误的; BA 在一定的温度下,辐射能力越大的物体,其黑度越大；B 在同一温度下,物体吸收率A与黑度ε在数值上相等,因此A与ε的物理意义相同；C 黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强；D 黑度反映了实际物体接近黑体的程度;2、在房间中利用火炉进行取暖时,其传热方式为_______ ; CA 传导和对流B 传导和辐射C 对流和辐射3、沸腾传热的壁面与沸腾流体温度增大,其给热系数_________; CA 增大B 减小C 只在某范围变大D 沸腾传热系数与过热度无关4、在温度T时,已知耐火砖辐射能力大于磨光铜的辐射能力,耐火砖的黑度是下列三数值之一,其黑度为_______; AA B 0.03 C 15、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______耐火砖的黑度; DA 大于B 等于C 不能确定是否大于D 小于6、多层间壁传热时,各层的温度降与各相应层的热阻_____; AA 成正比B 成反比C 没关系7、在列管换热器中,用饱和蒸汽加热空气,下面两项判断是否正确： A甲、传热管的壁温将接近加热蒸汽温度；乙、换热器总传热系数K将接近空气侧的对流给热系数;A 甲乙均对B 甲乙均不对C 甲对,乙不对D 乙对,甲不对8、列管换热器管程常用流速范围为：一般液体_______,气体__________; A CA - 3 m/sB 3 - 15 m/sC 5 - 30 m/s9、一管壳式换热器,管内走液体,管间走蒸汽,由于液体入口温度下降,在流量不变情况下,仍要达到原来的出口温度t,此设备已不允许再提高蒸汽压力强度,采取简便有效措施______; AA 管内加扰流内件B 提高壳程数10、碳钢的导热率为_______；不锈钢的导热率为_______；铜的导热率为_______,常压常温空气的导热率为_______；常温水的导热率为_______; C, D, B, F, EA 151W/m℃B 370W/m℃C 45W/m℃D 16W/m℃E m℃F m℃11、套管冷凝器的内管走空气,管间走饱和水蒸气,如果蒸汽压力一定,空气进口温度一定,当空气流量增加时 A B B①传热系数K应 A 增大 B 减小 C 基本不变②空气出口温度 A 增大 B 减小 C 基本不变③壁温 A 增大 B 略有减小 C 基本不变12、一定流量的液体在一25×2.5mm的直管内作湍流流动,其对流给热系数＝1000W/m2·℃;如流量与物性都不变,改用一19×2mm的直管,则其值将变为__________ W/m2·℃; DA 1059B 1496C 1585D 167813、穿过三层平壁的稳定导热过程,如图所示;试比较第一层的热阻R1与第二、三层热阻R2、R3的大小____________; C A CA R1> R2+R3B R1< R2+R3C R1= R2+R3D 无法比较14、①在一列管式换热器中,用冷却水冷凝酒精蒸汽,换热器最好____________放置；冷却水应走____________; A CA 水平B 垂直C 管内D 管外②已知某平壁外两层不等厚b1<b2保温材料的温度分布曲线如图示, 则A层导热率__________B层的导热率; CA 小于B 不能确定是否大于C 大于D 等于15、稳定传热是指______; BA 传热系统中各点的温度不随位置和时间而变;B 传热系统中各点的温度仅随位置变,而不随时间变;C 传热系统中各点的温度不随位置变而随时间变;D 传热系统中各点的温度随位置和时间而变;16、棉花保温性能好,主要是因为______; CA 棉纤维素导热率小；B 棉花中含有相当数量的油脂；C 棉花中含有大量空气,而空气的运动又受到阻碍；D 棉花白色,因而黑度小;17、无相变强制对流α来自_______; CA 纯经验方法B 纯理论方法C 因次分析与实验结合半理论、半经验方法D 数学模型法E 因次分析法18、在蒸汽冷凝中,不凝气体的存在对α的影响是______; BA 使α值升高B 使α值大大降低C 使α值有一定影响D 对α值无影响19、红砖的黑度为,若温度为300℃,则红砖的发射能力为________W/m 2; BA W/m 2B 5684 W/m 2C W/m 2D 1000 W/m 220、换热器中冷热流体进出口温度一定时,下面说法中正确的是 ; DA t m 并<t m 逆<t m 折B t m 逆＝t m 并＝t m 折C t m 并<t m 逆＝t m 折D t m 并< t m 逆 >t m 折21、对在蒸汽与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; AA 提高空气流速B 提高蒸汽流速C 采用过热蒸汽以提高蒸汽温度D 在蒸汽一侧管壁上加装翅片,增加冷凝面积并及时导走冷凝液;22、在间壁换热器中,当两流体均变温时,采用折流的目的是 ; AA 提高KB 提高t mC 增加传热面积AD 使K 和A 均增加;23、100℃时铜的导热率为_____,18℃时钢的导热率近似为_______,20℃时空气的导热率近似为______,20℃水的导热率近似为______; C A B DA 45W/mKB mKC 377W/mKD mK24、在相同温度下,实际物体的吸收率A 与黑体的吸收率A 0的关系是 ; CA A A 0B A A 0C A A 0D 不一定25、判断下面关于系统进行稳定传热时的说法哪一个是错误的_______; CA 通过一定传热面的传热速率不随时间变化,为一定值；B 系统中任一点的温度维持恒定；C 总的传热速率等于通过垂直于热流方向的各传热面的传热速率之和；D 系统中任一传热面上的热通量在过程中不变;26、一管壳式换热器,管内走液体,管间走蒸汽,由于液体入口温度下降,在流量不变情况下,仍要达到原来的出口温度t ,此设备已不允许再提高蒸汽压力强度,采取简便有效措施______; AA 管内加扰流内件B 提高壳程数27、有一列管换热器,由38根252.5mm 无缝钢管组成,某有机蒸汽在管外冷凝,管内通冷却水,水流速0.5m/s,相应的R e=104及对流给热膜系数为;当水流量减为一半时,对流给热膜系数改变为,则 ; AA αα8.0)21(='B αα8.0)21(〉' C αα8.0)21(〈' D 不一定 28、两流体在一套管换热器中换热,热流体温度由90℃降至60℃,冷流体温度由20℃升至50℃;若逆流操作,t m ＝ ; DA 70℃B 30℃C 10℃D 40℃29、热传递的基本方式是： 、对流、辐射; AA 传导 ；B 传递；C 放射；D 流动;30、物体各部分之间不发生相对位移,仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为 ; AA 热传导；B 热传递；C 热放射；D 热流动;31、流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为 ; AA 对流；B 流动；C 传递；D 透热;32、物质导热系数的顺序是：; AA 金属＞一般固体＞液体＞气体；B 金属＞液体＞一般固体＞气体；C 金属＞气体＞液体＞一般固体；D 金属＞液体＞气体＞一般固体;33、吸收率1的物体称为黑体; CA 大于；B 小于；C 等于；D 近似于;34、等于1的物体称为白体; BA 吸收率；B 反射率；C 透过率；D 折射率;35、单原子气体和对称双原子气体均可视为; DA 白体；B 灰体；C 黑体；D 透热体;36、液体是; DA 白体；B 灰体；C 透热体；D 不透热体;37、在管壳式换热器中,不洁净和易结垢的流体宜走管内,因为管内; AA 清洗比较方便；B 流速较快；C 流通面积小；D 易于传热;38、在管壳式换热器中,腐蚀性的流体宜走管内,以免,而且管子也便于清洗和检修;AA 壳体和管子同时受腐蚀；B 流速过快；C 流通面积过小；D 传热过多;39、在管壳式换热器中,压强高的流体宜走管内,以免,可节省壳程金属消耗量;A 壳体受压；B 流速过快；C 流通面积过小；D 传热过多; A40、在管壳式换热器中,饱和蒸气宜走管间,以便于,且蒸气较洁净,它对清洗无要求;AA 及时排除冷凝液；B 流速不太快；C 流通面积不太小；D 传热不过多;41、在管壳式换热器中,有毒流体宜走管内,使; AA 泄漏机会较少；B 流速很快；C 流通面积变小；D 传热增多;42、在管壳式换热器中,被冷却的流体宜走管间,可利用外壳向外的散热作用, ;A 以增强冷却效果；B 以免流速过快；C 以免流通面积过小；D 以免传热过多; A43、在管壳式换热器中,黏度大的液体或流量较小的流体宜走,因流体在有折流挡板的壳程流动时,由于流速和流向的不断改变,在低Re值Re＞100下即可达到湍流,以提高对流传热系数;BA 管内；B 管间；C 管径；D 管轴;44、对于刚性结构的换热器,若两流体的温差较大,对流传热系数较大者宜走,因壁面温度与大的流体温度相近,可以减少热应力; BA 管内；B 管间；C 管径；D 管轴;45、在管壳式换热器中安装折流挡板的目的,是为了加大壳程流体的,使湍动程度加剧,以提高壳程对流传热系数; CA 黏度；B 密度；C 速度；D 高度;46、有一套管换热器,环隙中有119.6℃的蒸气冷凝,管内的空气从20℃被加热到50℃,管壁温度应接近; DA 20℃；B 50℃；C 77.3℃；D 119.6℃;47、已知在温度T时耐火砖的发射能力辐射能力大于铜的发射能力,则铜的黑度为,耐火砖的黑度为; A BA ；B ；C ；D ;48、两灰体间进行辐射换热,两者间的温度差为100℃;若将两灰体的温度各升高100℃,则此时的辐射传热量与原来的传热量相比,将; AA 增大；B 减小；C 不变；D 不一定;49、判断下面的说法哪一种是错误的 ; BA 在一定的温度下,辐射能力越大的物体,其黑度越大；B 在同一温度下,物体吸收率A 与黑度ε在数值上相等,因此A 与ε的物理意义相同；C 黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强；D 黑度反映了实际物体接近黑体的程度;50、当换热器中冷热流体的进出口温度一定时,判断下面的说法哪一个是错误的 ;BA 逆流时,Δt m 一定大于并流、错流或折流时的Δt m ；B 采用逆流操作时可以节约热流体或冷流体的用量；C 采用逆流操作可以减少所需的传热面积；D 温度差校正系数φΔ t 的大小反映了流体流向接近逆流的程度;三、 填空题1、对流给热的热阻主要在____________,此处的__________最大;滞流内层 温差2、热损失是_______损失和________损失之和;热辐射传热引起的 对流给热引起的3、列管式换热器中,壳程设有折流挡板,当两流体均无相变时,挡板能起强化传热的作用,其原因是①______________________________________________________________；②______________________________________________________________；③_____________________________________________________________ ;① 流速增大,使壳程α增大；② 流体大部分横穿流过管束,流道短,边界层薄,比顺着管子纵向流动α高；③ 流体在折流挡板间穿行时,流向及流速都在不断变化,增加了扰动,强化了传热;4、水蒸气冷凝时的α比气体无相变时的α大得多,其原因是气体的______________________________________________,而蒸汽冷凝,其凝液的_____________________________；且只有_______________才有热阻;导热率小、密度小,整个气体都呈现热阻 导热率和密度都比气体大 很薄的液膜5、在管式间壁换热器中,以外表面为基准的传热系数K 的计算式为_________________,与之对应的传热量Q ＝_______________;6、① 已知传热系数K =1250kcaL/m 2h ℃,在SI 制中,K =_____W/m 2K ；汽化潜热r =2200kJ/kg,在工程单位制中r =________________kcaL/kg;② 普兰德准数的定义式是__________________________;① 1453 525 ② λμp C =Pr 7、在压强恒定的条件下,空气黏度随温度升高而________________;增大8、厚度不同的三种材料构成三层平壁,各层接触良好,已知b 1b 2b 3,导热率1 2 3;在稳定传热过程中,各层的热阻R 1 R 2 R 3,各层导热速率Q 1 Q 2 Q 3;>, > ； =, =9、一包有石棉泥保温层的蒸汽管道,当石棉泥受潮后,其保温效果应_____________,主要原因是_______________________________________________________________;降低 因水的导热率大于保温材料的导热率,受潮后,水占据一定的孔隙空间,使保温层材料导热率增大,保温效果降低;8、 蒸汽冷凝放热时,要经常注意排放_________________,这是因为 ___________________________________________________________________________;不凝气和冷凝水 不凝气构成附加的气膜传热阻力,而冷凝水的积累减小换热面积;11、①设置隔热挡板是____________辐射散热的有效方法;挡板材料的黑度愈低,辐射散热量____________;②有一单层平壁如图所示;已知材料的导热率λ为常数,从左等温面1t 至右等温面2t 的稳定导热热流量为Q ,则平壁内的温度分布表达式为__________________________;① 减少 愈低 ② λλQx t t x t t Q -=→-=11)(12、某物体可近似为灰体在20℃时,其黑度为ε=,其吸收率为______________;0．813、浮头式或带膨胀节的换热器适用于____________ 与____________流体的温差很大的场合; 管程 壳程14、① 根据有无热补偿或补偿方法不同,列管式热器的一般结构型式有__________________、__________________、__________________;② 换热器中,热流体由200℃ 冷却到140℃,冷流体由20℃升高到35℃,热流体的热容量流率较小, 则传热效率为__________________;① 膨胀节；浮头式；U 型管 ② %15、消除列管换热器温差应力常用的方法有三种,即在壳体上加______________,采用______________结构或采用______________式结构;膨胀节 浮头式 U 型管16、如图所示,为尽量减少Ａ、Ｂ两个温度不同的固体表面间的辐射传热,可以采取的措施是________________________________________________;在两固体壁面间,平行放置多块黑度较小的遮热板;17、① 用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃,冷却水初温为15℃,在设计列管式换热器时,采用两种方案比较;方案Ⅰ是令冷却水终温为30℃,方案Ⅱ是令冷却水终温为35℃,则用水量W 1___W 2,所需传热面积A 1___A 2;② 如图所示,蒸汽在管束外冷凝,a 、b 两种排列方式的其它条件均一样,比较它们的冷凝给热系数的大小a α___b α,因为______________________________________;① 大于, 小于② 大于,因为冷凝液从上面各排流到下面各排,液膜逐排增厚,沿垂直方向管数愈多,液膜愈厚;18、两流体的间壁换热过程中t WC Q p ∆=计算式中,t 表示 ;T 1-T 2 或t 2-t 119、设备保温层外包一层表面_________、颜色_________的金属,可使设备的热损失减少;光滑 较浅20、举出五种间壁式换热器____________、____________、____________、____________、____________;套管式换热器,列管式换热器,夹套式换热器,板式换热器,螺旋板式换热器,蛇管式换热器,板翅式换热器等任选五种;21、导热率的物理意义是____________________________________,其SI 制的单位为_____________,工程制的单位为_______________;单位温度梯度、单位导热面积上所传导的热量 W/m ℃ 千卡/小时米℃22、① 定性温度是指____________________;② 沸腾传热可分为三个区域,它们是____________、____________和____________,生产中的沸腾传热过程应维持在____________区操作;① 确定准数中各物性参数的温度② 自然对流区 核状沸腾区 膜状沸腾区 核状沸腾23、对多层圆筒壁的热传导,通过各层的传热速率________,热通量________,沿圆筒壁的径向温度分布为____________线;相等 不相等 曲线24、① 已知导热率λ=×10-3Cal/cms ℃, 此值在SI 制中为__________W/mK;② 写出比热C p 的单位,工程制为____________,SI 制为____________;③ 物体的辐射传热速率与其绝对温度的_________次方成正比;① 1 ② kCaL/kg ℃, J/kg ℃ ③ 四25、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;蒸汽冷凝时的对流给热系数α较大;原因是__________________________;空气 饱和水蒸气 蒸汽冷凝时释放较大冷凝潜热26、① 估计列管式换热器中金属管壁的温度t w ,壳程为的饱和水蒸气冷凝;A 管程是平均温度为40℃的空气,t w 约为________；B 管程是平均温度为40℃的水,水的对流给热系数为2000W/m 2℃,基于内面积的总传热系数K i =1600W/m 2℃ ,t w 约为_______;② 在设计时,欲略为增大一卧式冷凝器的传热面积,从有利于传热角度看,宜采取的措施为_____________,因为_____________________________;① 1 100℃ 2 88℃② 增加管长; 如果采用增加管数的办法,则沿垂直方向管数也增加,冷凝液从上面各排流到下面各排,液膜逐渐增厚,α降低;27、管内湍流传热,流体内温度梯度最大的部分是在______________,原因是_________________________________________________;滞流底层 滞流底层的传热机理是导热, 流体的导热率一般比较低;28、在稳态传热中,凡热阻大处其温差也____________;滴状冷凝的给热系数_________膜状冷凝给热系数;大 大于29、沸腾传热时,在核状沸腾区壁面与沸腾流体的温差愈大,则α__________;越大30、对于间壁式换热器：m h h p c t KA T T C W t t C W ∆=-=-)()2112（等式成立的条件是 、 、 ;31、下列各种情况下的对流给热系数空气流速为6m/s 时的1α； 空气流速为25m/s 时的2α；水的流速为1.2m/s 时的3α； 水的流速为2.5m/s 时的4α； 蒸汽膜状冷凝时的5α之间的数值按自大而小的顺序为 ________ > ________ >________ > ________ > ________;32、不需要任何介质的传热称为 传热;辐射33、在列管式换热器中,流体在管内流动称为流经 ;管程34、列管式换热器中,流体在 流动称为流经壳程;管间35、能以相同的吸收率且部分地吸收由零到∞的所有波长范围的辐射能的物体称为 ;灰体36、在辐射传热中,气体的反射率为 ;37、在辐射传热中,黑体的透过率为 ;38、在辐射传热中,灰体的透过率为 ;39、灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比,称为物体的 ;黑度40、在列管换热器中,若用饱和蒸气加热空气,则传热管的壁温接近 的温度;饱和蒸气41、在列管换热器中,若用饱和蒸气加热空气,则总传热系数Ｋ接近 的对流传热系数;空气42、在列管换热器中,若用饱和蒸气加热空气,则空气应走 ;管内43、在列管换热器中,若用饱和蒸气加热空气,则饱和蒸气应走 ;管间44、判断下列物性数值大小金属 ____ 液 ___气;＞ ＞四、判断题 每题1分1、在辐射传热中,黑体的反射率为1; ×2、对流传热包括强制湍流传热和强制层流传热; ×3、滴状冷凝比膜状冷凝效果好; √4、圆筒壁热传导是传热速率与热通量相等 ×5、一般固体、液体和气体相比较,导热系数值的大小顺序为固体＞气体＞液体; ×6、夏季人们穿深色衣服不会感觉太热; ×7、对流传热仅发生在流体中; ×8、流体与固体壁面间对流传热的热阻主要集中在流动边界层; ×9、一套管换热器逆流操作与并流操作一样; ×10、虽然大气层包围着地球,但阳光仍能照射到地球表面,因为空气是透热体; √五、问答题1、在列管换热器中,拟用饱和蒸气加热空气,传热管的壁温接近哪一种流体的温度 为什么 3分答： 壁温接近饱和蒸气的温度; 因为oo wi i W A t t A T T αα11-=- , 饱和蒸气的o α＞＞空气的i α,则i α1＜＜o α1所以,W T T -＜＜t t w -,传热管的壁温接近饱和蒸气α大的温度;2、为什么内部孔隙多的材料保温效果好 3分因为大量的孔隙中包含着导热系数非常小的气体,对导热不利,从而起到了保温的作用;3、在强化传热的过程中,为什么要想办法提高流体的湍动程度 3分由于对流传热的热阻主要集中在层流底层内,提高流体的湍动程度能减薄层流底层的厚度,可以提高传热效果;4、在传热实验中,试分析说明饱和水蒸气与管壁间的对流给给热系数α如何确定的并指出相应测试的基本参量有哪些 4分答：)()(120t t C W t T A Q p c w s -=-=α∴ 012)()(A t T t t C W w s p c --=α即需测参数：空气流量c W ； 空气进、出口温度ｔ1、ｔ2； 饱和蒸汽压力,然后查出饱和蒸汽温度T s ；管壁温ｔw5、在蒸汽冷凝时,其冷凝液为层流流动,若要提高蒸汽冷凝的给热系数,可考虑采取哪些措施 4分答： 措施一：让液膜和蒸汽同向流动,则磨擦力使液膜流动加速,厚度减薄,从而使增大；措施二：若为单根管,将垂直放置改为水平放置;若为管束,则需减小垂直列上的管数,或把管子排列旋转一定的角度；措施三：及时排除不凝气体;6、 ① 作图定性示出沸腾传热系数α随相应的传热温差Δｔ壁面和沸腾液体之间的变化关系;② 列管换热器封头装置隔板的作用是什么 4分答：① 如图② 隔板将管子分成若干组,构成多程换热器, 增大流速, 以提高管程α;7、现场有一列管式加热器,管程有φd ×δmm 钢管n 根,每根长L 米,内通水;壳程为压力等于P Pa 绝的饱和水蒸气冷凝;今欲实测此换热器传热系数K ,试问① 需要测取哪些数据说出所用仪表;② 根据测得的数据列出计算K 值的有关公式及计算方法; 4分答： ① 需要测水的进、出口温度1t 和2t ,可使用温度计测量;需要的加热蒸汽温度,可使用热电偶测量, 需要测水的流量, 可使用转子流量计测量;② )(12t t C W Q p -=水水 换热器面积 L d n A 00π=平均推动力 2121ln(t t t t t m ∆∆∆-∆=∆ 12t T t -=∆ 21t T t -=∆ 基于外表面的总传热系数 mp m t L d n t t C V t A Q K ∆⨯-=∆=01200)πρ（水水 五、计算题1、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100 mm,其导热系数分别为 W/ｍ·℃及 W/ｍ·℃;待操作稳定后,测得炉壁的内表面温度为700℃, 外表面温度为130℃;为减少燃烧炉的热损失,在普通砖的外表面增加一层厚度为40 mm, 导热系数为 W/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℃;设两层材料的导热系数不变;计算加保温层后炉壁的热损失比原来减少百分之几 10分解：设单位面积炉壁的热损失为q S Q q =,加保温层前,是双层平壁的热传导22211311/22407.01.09.01.0130700m w b b t t q =+-=+-=λλ 4分 加保温层后,是三层平壁的热传导 2332211412/70706.004.07.01.09.01.090740m w b b b t t q =++-=++-=λλλ 4分 热损失减少的百分数%4.6822407072240121=-=-q q q 2分 2、外径为426 mm 的蒸气管道, 其外包扎一层厚度为426 mm 的保温层, 保温材料的导热系数可取为 W ／ｍ·℃;若蒸汽管道的外表面温度为177℃, 保温层的外表面温度为38℃, 求每米管长的热损失; 10分解：由已知 r 2 = 2 = 0.213 m, r 3 = + = 0.639 m 5分每米管长的热损失 m w r r t t L Q /489213.0639.0ln )38177(2ln )(22332=-=-=πλπλ 5分3、在一套管换热器中,用水蒸气加热空气,已知空气侧的对流给热系数为 40W/m 2℃,蒸汽冷凝侧的对流给热系数为5000W ／m 2℃,现欲提高此传热过程的总传热系数,应从何着手解决试用具体数据说明理由;注：管壁热阻及污垢热阻可忽略,空气湍流 15分解： 当忽略管壁及污垢热阻时 40150********+=+=ααK 39.7=K W/m 2℃ 4分由于1α>>2α,故应设法增大2α之值在管程允许的压力降范围内增大空气的流量,设将空气流量提高倍,则80402.44.20.828.02=⨯=='αα W/m 2·℃ 78.780150001111121=+=+='ααK W/m 2·℃ 5分 98.17.397.78=='K K 若将1α增大一倍100001='α W/m ℃ 3分 8.39='K W/m ℃ 98.17.398.39=='K K 3分 4、某厂精馏塔顶,采用列管式冷凝器,共有φ25×2.5mm 的管子60根, 管长为2m,蒸汽走管间,冷却水走管内,水的流速为1m/s ;进、出口温度分别为20℃和60℃,在定性温度下水的物性数据为:ρ=992.2kg/m 3 λ=m·℃ μ=× Pr =① 求管内水的对流给热系数② 如使总管数减为50根,水量和水的物性视为不变,此时管内水的对流给热系数又为多大 15分解: 100010025.31056.62.992102.0Re 44〉⨯=⨯⨯⨯==-μρdu 160Pr 6.0〈〈 5010002.02〉==d L 3分∴可采用下式计算对流给热系数 n Nu Pr Re 023.08.0=流体被加热 n = ∴5.158=Nu 2分50245.15802.06338.0=⨯=⨯=Nu d λα W/m 2·℃ 2分 2 当管子根数减少时,流速变大s m u n n u /2.11)5060()(=⨯='=' 4分 8.0)(uu '='αα 2分 ⋅=⨯='='28.08.0/(58132.15024)(m W u u αα℃ 2分5、一套管换热器,由φ48×3mm 和φ25×2.5mm 的钢管组成,两种流体在内管和环隙流过,分别测得对流给热系数为1α和2α,若两流体的流量保持不变,并忽略出口温度变化对物性所产生的影响;求将内管改φ32×2.5mm 后,管内对流给热系数有何变化假设流动状态皆为湍流 10分解: 原内管外径 25m m 1=d 内径 20m m 22.5-25 2=⨯=d新内管外径 32m m 1='d 内径27m m 22.5-322=⨯='d 设 改用φ32×钢管后,内管对流给热系数1α' 8.18.01)4(d d d μV ρα∝∝π 5分 583.0)2720('8.1==∴αα 5分 6、一套管换热器用 133℃的饱和水蒸汽将管内的氯苯从 33℃加热到 73℃,氯苯流量为 5500Kg/h;现因某种原因,氯苯流量减少到 3300Kg/h,但其进出口温度维持不变,试问此时饱和蒸汽温度应为多少才能满足要求此时饱和水蒸汽冷凝量为原工况的百分之几设两种工况下的蒸汽冷凝热阻,管壁热阻,垢层热阻及热损失均可略,且氯苯在管内作湍流流动,忽略两工况下蒸汽汽化潜热的变化 15分解：()())2()1(1212m PC Cm PC C t S K t t C W t KS t t C W '∆'=-'∆=- 3分 ()()2121ln ln33005500:21t T t T t T t T K K ---'-''=得 5分 76.121=-'-'t T t T 3分 6.0/='∆∆='mm h h t K t K W W 4分 7、重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动,两种油的初温分别为243℃和128℃；终温分别为167℃和157℃;若维持两种油的流量和初温不变,而将两流体改为逆流,试求此时流体的平均温度差及它们的终温;假设在两种流动情况下,流体的物性和总传热系数均不变化,换热器的热损失可以忽略;解： 以下标“′”表示并流的情况;由传热速率和热量衡算式知：)()(12210t t C W T T C W t K Q pc c ph h m -=-=∆= 3分两式相除,得： 1212212100t t t t T T T T t K t K Q Q m m --'=-'-=∆'∆=' a 将和比定律应用于下式,得：1212122112211221122147)128157()167243()()()()()()()()(t t t t t T t T t t T T t t T T t t T T t t m m ∆-∆=∆-∆---=----'-'-=----'-'-=∆'∆4310115ln )157167()128243(=---='∆m t ℃ 4分 所以 43147ln121212=∆-∆=∆-∆∆∆t t t t t t 093.14347ln 12==∆∆t t 98.2093.112==∆∆e t t 3分 或()222.98128243t T =--+ b由式a 得： 22243167157128243128T t --=-- 即： ()220.38243128t T =-+ c联立式b 和c 解得：2161.3t =℃ 2155.4T =℃7.49093.1)1284.155()3.161243(ln 1212=---=∆∆∆-∆=∆t t t t t m ℃ 5分 8、一套管式换热器管内流体的对流传热系数i α = 20 W/m 2·℃,管间流体的对流传热系数o α= 350W/m 2·℃;若将管内和管间两种流体的对流传热系数分别提高一倍,总传热系数K 分别相应增加多少管壁热阻及污垢热阻可忽略不计,管壁厚度按薄壁管处理10分解：原流动情况 m 2·℃/WK= W/ m 2·℃ 2分1管内对流传热系数增加一倍= 2 = 2×20= 40 W/ m 2·℃ m 2·℃/W K= W/ m 2·℃/ = % 4分2管外对流传热系数增加一倍= 2×350 = 700 W/ m 2·℃ m 2·℃/W K = W/ m 2·℃/ = % 4分9、在列管式换热器中用水冷却油,水在管内流动;已知管内水侧对流传热系数i α为349 W/m 2·℃,管外。