化工原理期中试题及答案.doc

湖北大学2010— 2011学年度第一学期课程考试 试题纸（第1页共8页）詡w 了课程考试试题纸课程名称： 化工原理（1） ________________ 期中试卷考试方式：（闭卷）印刷份数： 103 学 院： 化学化工学院任课教师： 杨世芳专业年级： 2008化学工程与工艺 1.满足方程式z -P-常数，则 处于静止状态 。

g2.离心泵的部件包括 叶轮、 泵壳、一轴封装置 。

3.流动边界层的含义是指 —在壁面附近存在较大速度梯度的流体层 ___ 。

4. 圆形直管内，d 一定，操作时若 V s 增加一倍，则层流时 h f 是原值的 2倍；高度湍 流时h f 是原值的=4_倍（忽略粗糙度的影响）。

5.测量流体流量时，随着流体流量增大，转子流量计两端压差值恒定 ；孔板流量计两端压差值变化 。

6.颗粒在静止流体中的沉降过程可分为两个阶段，第一阶段为 加速，第二阶段为 匀速。

7. 依靠离心力实现颗粒沉降的过程称为离心沉降；离心沉降分离悬浮物系比重力沉降有效的多，这是因为离心力场强度不是常数，它随 转速和位置 而变化& 过滤操作中，滤液是先浑浊而后变清，这是因为—刚开始有小颗粒穿过介质小孔 _______后来出现颗粒”架桥”现象 ______ 。

9. 工业上沉降室大部分采用扁平或多层式设计，这是因为降尘室的生产能力只取决于得 分一、填空（每空1分共20 分）* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ** * * * * * * *名 级 年 业 * * 姓专 * * * * * * * * *号 学院 学 * * ** * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *降尘室的面积与高度无关。

10. 旋风分离器可分离粒径在 5 一卩m以上的尘粒；如果气流中含有200卩m以上的固体颗粒，最好先用重力沉降除去以减少颗粒 对器壁的磨损三、简答题(10分) 什么是过滤操作？过滤操作有何优点?过滤是以多孔物质为介质， 在外力作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道， 固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的操作。

其突出优点是使悬浮液分离更迅速更彻 底(于沉降相比)，耗能较低(与干燥、蒸发相比)。

(A) 小管中的流速 U 1 (B) 大管中的流速 U 2 (C ) 小管中的流速 U 1与大管中的流速(D) 与流向有关U 2的平均值(U 1+ U 2)/2得 分得分、选择题(每小题 2分，共10 分)1. 内径为27mm 的自来水管其设计输水能力宜为(A ) 0.2m 3/h (B)2 m 3/h (C)20 m 3/hO(D)200 m 3/h2. 同一离心泵分别输送密度为1及2的两种流体，已知两者体积流量相等,1 =1.22 ,3. 则 Ao(A )扬程 比=山，轴功率N 1=1.2N 2 (C )扬程 H 1 = H 2,轴功率 N 2=N 1推导过滤基本方程式的一个最基本的依据是(A )滤液通过滤饼时呈湍流流动 (C )滤液通过滤饼时呈层流流动(B )扬程H 1=1.2H 2,轴功率 (D )扬程H 2=1.2H 1，轴功率 Co(B )假定滤渣大小均一(D )假设过滤介质的阻力可忽略N 2 = N 1 N 2=1.2N 121 . （10分）将含有石英微粒的水溶液置于间歇沉陷槽中，0.5h后用吸管在水面下10cm处吸取少量试样。

试问可能存在于试样中的最大微粒直径是多少微米？石英密度为2650 kg/m3水的密度为1000 kg/m3粘度为1cp。

四、计算题（48分）解：u t 1/ 10 10 25.55 10 5m/s 30 60假设为滞流沉降: d ( s )g U t18'18 U t ■ ( s - )g 「3 518 10 5.55 10,(2650 1000) 9.8077.86 10 6m 7.86 m验算：R et du t7.86 10 6 5.55 10 5 10000.0014.4 10 4<1，假设正确。

所以：可能存在于试样中的最大微粒直径是7.86微米2.（10分）已知含尘气体中尘粒的密度为s=2300 kg/ m3气体温度为377K，粘度为0.036cp, 流量为1000 m3h，密度p =0.36 kg/m3.现采用标准旋风分离器分离其中的尘粒，取D=400mm。

试计算理论上能分离出来的最小颗粒直径d c和压强降P。

解：对于标准型旋风分离器，有关参数为：进口管宽度: B D/4 0.4/4 0.1m ;进口管高度：h D/2 0.4/2 0.2m，气流旋转的有效圈数：N e 5,8.0进口气速为：5 V s/Bh 1000/(0.1 0.2 3600) 13.89m/s临界粒径d c Je B U i 9 3.6 10 5 0.1■ 3.14 5 2300 13.898.04 10 6m压强降P2U i28.00.36 13.8922278Pa3. (16分)如图所示贮水槽水位恒定，槽底放水管直径为$ 107 X 3.5 mm ，距管子入口 15m 处接一 U 形管水银压差计，其左壁上方充满水右壁通大气， 测压点距管子出水口 20m 。

其间装一闸阀控制流量。

(1)当闸阀关闭时测得 h=1510mm R=620mm 当闸阀部分开启时， h=1410mm R=400mm设管路摩擦系数0.02 ,管入口阻力系数为 0.5 ,则每小时从管中流出的水量及此时闸阀的当量长度为若干？ (2)当闸阀全开时(15, 0.018), U 形管压差计的度数为若干mm解：(1)水的流量及闸阀的当量长度首先根据闸阀全关时的 h 、R 值，用静力学方程求 H 。

在1 — 1与2-2两截面之间 列柏努利方程式求流速，然后再用连续性方程求流量、用阻力方程求l e 。

闸阀全关时，对 U 形管等压面列静力学方程得;（H h ） g R 0g当闸阀部分开启时，以管中心线为基准面， 在1—1与2—2两截面之间列柏努利方程式中：Z 1=6.92m,p 1（表压）=0, z 2=0, u 1=0P 2（表）（R 0 h ）g （0.42 13600 1.41 1000） 9.807 42203P a则：0.62 1360010001.51 6.92mP 12 U 1P 22gz 22 U 22h f 12带入数据解得 U 2=3.38m/s在2 — 2与3—3截面之间列柏努利方程并化简得:P 2 I 2 l e u 24220320 l e 3.382即 0.02d 210000.1 2解得 l e =16.9m（2）阀门全开时的压差剂读数以管中心线为基准面，在 1 — 1与3— 3两截面之间列柏努利方程求得管内速度，再 在2 — 2与3 — 3截面之间列柏努利方程求 P 2。

在1 — 1与3— 3之间列柏努利方程得式中：Z 1=6.92m,p 1（表压）=p 3（表压）=0 , z 3=0, U 1=022u 3 /15 20、 u 2gz 13h f13 [1 0.5 0.018 （15 ）] 22 0.1 2解得：u 3=4.1m/s 在2 — 2与3—3之间列柏努利方程并化简得:即P 20.018 200.1 4 12 15 ——1000232530P a （表压）P 2 gh R 0g h 1.511 （0.62 R ）/2 32530 1000 9.81 [1.51 （0.62 R ）/2] R 13600 9.81P 2d1522gZ iP 2 2 U2~2h fi2（1 0.5 0.02V S Au 20.12 .38 0.0265m 3/s 95.4m 3/hP 1gZ 12 U 32h f 13则R 0.345m 345mm4. （12分）用离心泵将20C 的清水送到某设备中，泵的前后分别装有真空表和压强表。

已知泵吸入管路的压头损失为 2.4m ,动压头为0.2m ,水面与泵吸入口中心线之间的垂直距离为2.2m ，操作条件下泵的允许气蚀余量为3.7m 。

试求：①真空表的读数为若干 KPa ?②当水温由20 C 升到60 C （此时饱和蒸汽压为 19.42KPa ）时，发现真空计与压强表的的饱和蒸汽压强，则可能出现气蚀现象，下面通过核算安装高度来验证: 20 C 清水时，泵的允许安装高度为：H g 应僅 h H f0 1 一 g 、 一 Hg ＞实际安装高度，故可安全运行。

当输送60 C 水时，水的密度为 983.2kg/m3,饱和蒸汽压19.92KPaP 0 P 1乙U 1H f 0 1g2g由题给数据知： Z 1=2.2m 2 U 12/2g 0.2m H f 0 12.4mP 0 P 1 (乙 U 12gH f0 1) g…，(2.2 0.2 2.4) 1000 9.8147074Pa整理上式得:2”匕y4/ nr". |~\r o2）判断故障及排除措施当水温由20C 升到60 C 时由于水的饱和蒸汽压增大，解：（1）真空表地读数在水面0— 0与泵入口 1—1之间列柏努利方程P 0 g2 U12gP 1 HH f 0 1g泵吸入口压强若低于操作温度下水(98.1 2.238) 1033.7 2.2 3.87m1000 9.81 读数跳动，流量骤然下降,98.1KPa 。

事情发生在1912年秋天，一艘当时世界上最大的远洋巨轮“奥林匹克”号，正在茫 茫的大海上航行。

距它100米左右的海面上，一艘比它小得多的铁甲巡洋船“豪客”号与 它几乎是平行地行驶着。

突然，“豪客”号像着了魔似的，扭转船头径直向“奥林匹克”号冲去。

情急之中，两船的水手们赶紧打舵，但无论他们怎样操纵也没用，只能眼睁睁地 看着“豪客”号的船头向“奥林匹克”号的船舷撞去，结果撞出了一个大洞。

在法庭审理 这桩奇案时，“豪客”号被判有过失的一方。

问：这个判决是否正确？试用所学流体流动原理分析此次事故的原因。

答：这个判决是错误的。

由伯努利方程可知，流体流动时，其动能与静压能可以相互转换，速度大的一侧压力低，而速度小的一侧压力大。

根据这一原理，两条船并排行驶时，由于内侧船舷 中间的流道较 窄，水流比两船的外侧快，因此水对内侧的压力比外侧压力要小 。

于是，船内外的 压力差像一双无形的巨手， 把两船推在一起，造成碰撞事故。

由于“’豪客”号吨位小，所以 被推得快，看起来是小船撞了大船。

H g3(98.1 19.92) 101000 9.813.7 2.2 2.07m五、应用题（工程案例分析）：（12分）。