当前位置：文档之家 › 第一章~第二章化工原理习题集

第一章~第二章化工原理习题集

  • 格式：doc
  • 大小：597.28 KB
  • 文档页数：25

第一章流体与流体中的传递现象1-1从力学角度来看，固体和流体、液体和气体的主要区别是什么？1-2设稀薄气体的分子自由程是几米的数量级，问下列两种情况连续介质假设是否成立？（1）人造卫星在飞离大气层进入稀薄气体层时；（2）假想地球在这样的稀薄气体中运动。

1-3指出下列作用在流体上的力中，哪些是体积力，哪些是面力？电磁力，重力，惯性力，静压力，固体边界作用于流体的力，粘性力。

1-4粘性流体的流动型态有几种？如何判别？1-5从时间和空间来判别下列运动属什么类型。

（1）u x=cy，u y=u z=0；（2）u x=cx，u y=-cy，u z=cxy；（3）u x=yzt，u y=zxt，u z=0；（4）u r=2k(t)cosυ/r3，uυ=k(t)sinυ/r3，uω=0。

1-6流体在园管中流动时，“进口段”与“流动已充分发展”的含义是什么？在什么情况下充分发展后的流动为层流，又在什么情况下充分发展后的流动为湍流？1-7比较三种扩散现象的类似性。

1-8扩散定律前面的负号的物理意义是什么？1-9粘性流体在静止时有没有剪应力？理想流体在运动时有没有剪应力？若流体静止时没有剪应力，那么它们是不是都没有粘性？1-10试分析理想流体与静止流体内部应力的特点。

1-11流线和迹线有什么区别？流体作定常流动，流线与迹线是否重合？流体作非定常流动，流线与迹线是否重合？为什么？1-12陨星下坠时在天空划过的白线是什么线？烟囱里冒出的烟是什么线？1-13设u≠0，说明D u/D t=0，∂u/∂t=0，(u• )u=0的物理意义。

第二章传递过程基本方程2-1一搅拌槽中原盛有浓度为60%（质量%，下同）的盐水2000kg。

今以2kg/s 的质量流率向槽中加入0.25%的盐水，同时以1.2kg/s的质量流率由槽中排出混合后的溶液。

设槽中溶液充分混合。

求槽中溶液浓度降至1%时所需要的时间。

（总质量衡算，分别按无化学反应和有化学反应考虑）2-2在下述情况下简化连续性方程，并指出简化过程的依据。

（连续）（1）不可压缩流体在重力作用下沿倾斜平板壁面作二维稳态流动；（2）不可压缩流体在水平园管中作轴对称的稳态流动（进口段与充分发展）；（3）不可压缩流体作球心对称的稳态流动；（4）不可压缩流体在两水平的平行平板间的稳态流动。

2-3下述不可压缩流体的运动可否存在。

（连续）（1）u=x i+y j+z k；（2）u=yzt i+xzt j+xyt k；（3）u x=2x2+y，u y=2y2+z，u z=-4(x+y)z+xy；（4）u x=-2x，u y=x+z，u z=2(x+y)。

2-4一不可压缩流体的流动，x方向的速度分量是u x=ax2+by，z方向的速度分量为零，求y方向的速度分量u y，其中a与b为常数。

已知y=0时u y=0。

（连续）2-5加速度向量可表为D u/D t，试写出直角坐标系中加速度分量的表达式，并指出何者为局部加速度项，何者为对流加速度项。

（随体）2-6已知成都和拉萨两地的平均大气压强分别为0.095MPa和0.062MPa。

现有一设备需保持设备内绝对压强为3.0kPa。

问这一设备若置于成都和拉萨两地，表上读数分别应为多少？2-7用如附图所示的U型管压差计测定反应器内气体在A点处的压强以及通过催化剂层的压强降。

在某气速下测得R1为750mmH2O，R2为80mmH2g，R3为40mmH2O，试求上述值。

2-8如附图所示，倾斜微压差计由直径为D的贮液器和直径为d的倾斜管组成。

若被测流体密度为ρ，指示液密度为ρ0，试导出用R1表示的压强差计算式。

如倾角α为300时，若要忽略贮液器内的液面高度h 的变化，而测量误差又不得超过0.1%时，试确定D/d 比值至少应为多少？2-9一水箱用如附图所示的锥阀封水，锥阀底直径为0.5m ，高为0.6m ，阀重50kg 。

当水位达1.5m 时，要求阀启动泄水，问外配锤重w 应为多少？ A B1R 2R 3R 催化剂D αdR 1R 1p 2p h 0ρ0.6mφ 0.5m W 习题2-7 附图 习题2-8 附图 习题2-9 附图2-10某流场可用下述速度向量式表达：u （x ，y ，z ，t ）=xyz i +y j -3zt k 。

试求点（2，1，2，1）处的加速度向量。

（随体）2-11国际标准大气压取海平面为基准（z=0）。

基准面上的物理量取为：t 0=288K ，p 0=101300Pa ，ρ0=1.225kg/m 3。

从海平面一直到11公里的高空是对流层。

对流层中温度与高度的关系可用下式表示：T=T 0-βz ，其中T 0=288K ，β=0.0065度/米。

11公里以上认为是温度不变（216.5K ）的同温层。

试分别求出对流层及同温层内压力、密度和高度的依赖关系。

可认为重力加速度为一恒量。

（静）2-12不可压缩粘性流体在两无限大平行平板间作稳态层流，试推导其速度分布、截面上的平均流速、壁面处的剪切力。

（运动）2-13不可压缩流体在两根同心的套管环隙间作轴对称的稳态层流，试导出其速度分布，截面上的平均流速，体积流量，壁面处的剪切力。

（运动）2-14不可压缩粘性流体在重力作用下，沿内径为R的圆筒内壁面向下流动。

设流动是定常的平行直线运动，流体厚度为δ。

求流体速度分布、流量、平均流速、最大流速及作用在圆筒内壁面上的摩擦力（忽略端效应）。

（运动）2-15具有等深度a的两层不相混合的不可压缩流体，在两个固定的水平板间作稳态层流，如图所示。

上层流体的粘度和密度为μ1和ρ1，下层流体的粘度和密度为μ2和ρ2。

压强梯度为∂p/∂x且与x和z无关。

求平板间的速度分布u=f(z)。

（注意在交界面上速度的大小是单值的，而且切应力τzx也是单值的）。

（运动）2-16温度为208C的水，以2kg/h的质量流率流过内径为10mm的水平园管，试求算流动充分发展以后：（1）流体在管截面中心处的流速和剪应力；（2）流体在壁面距中心半距离处的流速和剪应力；（3）壁面处的剪应力。

2-17一虹吸管放于水桶中，其位置如图所示。

如果水桶和虹吸管的截面积分别为A和B，且A>>B，试计算虹吸管的流量。

水看作是不可压缩理想流体，且受重力作用，运动是定常的。

（柏）2-18有一大桶内装有液体，液面距底面高为h。

问在桶侧壁什么位置处开出流小空，流体射柱的射程最远？a a u x zh h 习题2-15 附图 习题2-17 附图 习题2-18 附图2-19水以湍流形式流过一直径相等的908弯管，该管垂直放置。

入口处的压力为p 1、平均流速为u 1，出口压力为p 2、平均流速为u 2。

求水流对弯管的作用力。

（动量）2-20水从供水管流入水箱，再经水平管流出，如图所示。

流入与流出的流量相同。

箱中水面保持在离水管中心线以上距离h 处。

箱中各处流速与管中流速相比均可约而不计。

水箱与水管出口之间的阻力损失为h f 。

（1）求流量V （用h 、A 与h f 表示）；（2）如要保持水箱不动，需多大的水平推力F x ？（柏，动量）zhx F习题2-19 附图 习题2-20 附图 2-21温度为208C 的水稳态流过内径为25mm 的镀锌管，流动已充分发展。

试求算下述两种质量流率下的阻力损失：（1）120kg/h ；（2）1200kg/h 。

（直管阻力）2-22一钢球（ρ=7800kg/m3）直径为0.254mm，在水温为258C的水箱中降落，达到稳定的沉降速度为8.08cm/s。

如果一个钢球在温度为258C的甘油中降落，速度达到8.08cm/s（什么速度？）。

假定两种情况下球体周围的流动是动力相似的，钢球直径应为多少？（相似准则）2-23管流中热充分发展的含义是什么？热充分发展与流动充分发展有何不同？2-24试由柱坐标形式的能量方程出发，导出不可压缩流体在园管内进行稳态轴对称对流传热时，流动进口段的能量方程。

（能量）2-25温度为310.9K的油以0.0126kg/s的质量流率流过内径25.4mm的铜管，管长6.1m。

通过在管外冷凝水蒸汽使管内壁温度保持在374.8K。

假定在整个管长上管内流动都是充分发展的，油的物理性质可认为不变，其值如下：C p=2050J.kg-1.K-1，ρ=881kg.m-3，μ=5.87X10-4Pa.s，k=0.143W.m-1.K-1。

试计算：（1）R e；（2）Pr；（3）油的出口温度。

（园管内的对流传热，层流）2-26在长度为5m，内径为54mm的管内加热苯溶液。

苯的质量流速为175kg/s.m2。

苯在定性温度下的物性数据为：μ=0.49cP；k=0.14W/m.K；C p=1.8kJ/kg.K。

试求苯对管壁的给热系数。

（对流传热，湍流）2-27一根具有圆形截面的导线，半径为R，电阻率为ρ。

通过此导线的电流密度为I，导线表面温度为T0。

试导出截面温度分布和最大温度。

（有内热源的稳态导热）2-28有一半径为R的热圆球悬浮在大量的静止流体中，球表面温度为T0，远离球的流体温度为T 。

试确定稳态时：（1）周围流体的温度分布；（2）球表面与流体间的传热膜系数及鲁塞尔特数Nu。

（稳态导热）2-29有一厚度为L的固体大平板，其初始温度为t0，自某时刻起，突然将其两个侧面（哪两个侧面？最好给个图）的温度升至t s，并维持不变。

试由普遍化的能量方程简化成上述情况下的导热方程，并写出定解条件。

设导热只沿垂直于侧面的方向进行。

（一维不稳态导热）2-30试证明由A、B两组分组成的双组分系统中，在一般情况下进行分子扩散时（有主体流动，且N A≠N B），在总浓度C恒定的条件下，D AB=D BA。

（传质）2-31在一细管中，底部水在恒定温度298K下向干空气中蒸发。

干空气压力为0.1MPa、温度亦为298K。

水蒸汽在管内的扩散距离（油液面至管顶部）△z=20cm。

在0.1MPa和298K时，水蒸汽在空气中的扩散系数D AB=2.50X10-5m2/s。

试求稳态扩散时水蒸汽的摩尔通量、传质分系数及浓度分布。

（一维稳态扩散）2-32将温度为298K、压力为1.0atm的He和N2的混合气体装在一根直径为5mm、长度为0.1m的管中进行等摩尔反向扩散。

已知管子两端He的分压分别（保持）为0.06atm和0.02atm，在上述条件下的扩散系数D He-N2=0.687X10-4m2/s，式计算：（1）He和N2的扩散通量；（2）传质分系数；（3）在管中点截面上H e和N2的分压。

（等摩尔反向扩散）2-33在总压为2.0atm下，组分A由湿表面向大量的、流动的不扩散气体B中进行质量传递。

已知界面上A的分压为0.20atm，在传质方向上一定距离处可近似地认为A的分压为零。

合集下载

化工原理第一章习题库

化工原理第一章习题库

化⼯原理第⼀章习题库第⼀章习题库⼀、选择题1、流体静⼒学基本⽅程式的使⽤条件是④。

①重⼒场中静⽌流体②重⼒场中不可压缩静⽌流体③重⼒场中不可压缩连续静⽌流体④重⼒场中不可压缩静⽌、连通着的同⼀连续流体2、如图1-1所⽰的开⼝容器内盛有油⾼度为（h1-h2），⽔的⾼度为h2,B 与B ’点处于同⼀⽔平⾯，B 与B ’之间压强⼤⼩的关系为①。

①P B >P B ’② P B3、下⾯不能减少U 形压差计测量误差的⽅法有④。

①减少被测流体与指⽰液之间的密度差②采⽤倾斜式微压计③双指⽰液微压计④加⼤被测流体与指⽰液之间的密度差 4、不可压缩流体在均匀直管内作定态流动时，平均速度沿流动⽅向的变化为③①增⼤②减⼩③不变④⽆法确定 5、如图所⽰，若甲管路总长（包括阀门当量长度）为⼄管路的4倍，甲管内径为⼄管内径的2倍。

流体在两管中均呈层流，那么甲管内平均流速是⼄管的①倍①u 甲=u ⼄②u 甲=2u ⼄③u 甲=1/2u ⼄④u 甲=1/4u ⼄ 6、如图所⽰，已知流体在管道A 、B 中呈层流状态，两管长度相等，可确定AB 管道的流量之⽐q vA /q vB 为③①2 ② 4 ③8 ④167、在⼀个⼤⽓压下，40℃的空⽓流经Ф159×6mm 的钢管，⽤⽪托测速计测定空⽓的流量，测速计管压强计的读数为13mmH2O ，则管道内空⽓的体积流量为③ m 3/h①130 ② 620 ③733 ④6338、⽤Ф159×4.5mm 的钢管，输送20℃的苯，在管路上装有⼀个孔径为78mm 的孔板流量计，⽤来测量管中苯的流量，孔板前后连接的U 型管液柱压强计的指⽰液为⽔银。

当压强计的读数R 为80mm 时，则到管中苯的流量为① m 3/h()21121p p g z z p gh =+ρ-=+ρ①51.2 ② 47.5 ③82 ④1809、⽔以⼀定流速流经如图所⽰⽂丘⾥管，在喉颈处接⼀⽀管与下部⽔槽相通。

化工原理第一章习题课

化工原理第一章习题课


局部阻力系数ζ （进口为0.5，出口为1） 当量长度le 4.非圆形管当量直径
4A de C
管内湍流 Re 2000

机械能衡算方程
u 2 P we gz wf 2
J/kg
例：为了测出平直等径管AD上某泄漏点M的位置，采用 如图所示的方法，在A、B、C、D四处各安装一个压力表， 并使LAB=LCD 。现已知AD段、AB段管长及4个压力表读 数，且管内流体处于完全湍流区。试用上述已知量确定泄 漏点M的位置，并求泄漏量点总流量的百分数。
2.ρ——流体密度，kg/m3（平均值）
P1 P2 3.柏式应用于可压缩流体， P1 0.2 用平均压强来计算ρm代入
机械能衡算方程
u 2 P we gz wf 2
J/kg
w f w f w f ——管路总阻力，J/kg
'
1.静止流体或理想流体 w f 0

( Hg ) g
Hf , ab；

( Hg ) g
Hf , cd ;
机械能衡算方程
u 2 P we gz wf 2
J/kg
P

Байду номын сангаас
——静压能（流动力），J/kg
1.△P——两截面上压强差，若两容器开口，△P=0 绝压，表压，真空度（负表压）的概念 流体静力学基方方程式
P Pa gh
U形管压差计测两截面（容器）总势能差
gz P R( A ) g
如图所示，贮槽内水位维持不变。管路直径100mm，管路 上装有一个闸阀，距管口入口端15m处安有以水银为指示 液的U形管压差计。测压点与管路出口端之间的直管长度为 20m。求1）当闸阀关闭时，测得R=600mm，h=1500mm， 当闸阀部分开启时，测得R=400mm，h=1400mm。摩擦系 数可取0.025。问每小时流量？2）当闸阀全开时，U管压差 计的静压强为若干？闸阀全开时，le/d=15，摩擦系数不变。
化工原理第一章第二部分例题

化工原理第一章第二部分例题

例题1．用水泵向高位水箱供水〔如附图所示〕，管路流量为150m 3/h ，泵轴中心线距水池液面和水箱液面的垂直距离分别为和45m 。

泵吸入管与排出管分别为内径205mm 和内径180mm 的钢管。

吸入管管长50m 〔包含吸入管路局部阻力的当量长度〕，排出管管长200m 〔包含排出管路局部阻力的当量长度〕，吸入管和排出管的管壁粗糙度均为0.3mm ，水的密度1000 kg/m 3，粘度×10-3 Pa ﹒s ，泵的效率为65%，圆管内湍流摩擦系数用下式计算：试求：〔1〕吸入管和排出管内的流速、雷诺数各为多少？各属于哪种流动类型？〔2〕泵吸入口处A 点的真空表读数？〔3〕泵向单位质量流体所作的功为多少？泵的轴功率？例题2．如以下图，某一输油管路未装流量计，但在A 与B 点压力表读数分别为MPa 47.1=A p ,MPa 43.1=B p 。

试估量管路中油之流量。

管路尺寸为mm 4mm 89⨯φ的无缝钢管，A 、B 两点间长度为m 40，其间还有6个090弯头，油的密度为3m820kg -⋅，黏度为s mPa 121⋅。

习题1-14 附图 例题3某工厂从水塔引水至车间，管路为φ114×4mm 的钢管，管路中直管总长度为25m 。

水塔内液面维持恒定，并高于排水管口12m ，水塔液面及管子出口均通大气，试求水温为20℃时管路的输水量为多少m 3/h ？20℃时水的密度为998kg/m 3，粘度为1.005×10-3Pa·s ，管子绝对粗糙度ε为0.1mm 。

例题4.有两个液面高度相差6m 的贮槽，其底部彼此用管道连接〔此题附图所示〕。

A 槽底面出口连接一根直径为600mm 、长为3000m 的管道BC,在接点C 管路分为两支管分别与下槽相通，支路CD 和CE 的长度皆为2500m 、直径均为250mm ，假设摩擦系数值均为0.04，试求A 槽向下槽的流量为多少？〔忽略全部的局部阻力〕解：在分支点C 所在截面与F 水槽液面之间分别列支路CD 和CE 的机械能衡算式可确定： 由于d CD =dCE,故可推断出u CD =u CEVBC=2VCD 即220620.2544BC CD u u ππ⨯.⨯=⨯⨯⨯在两水槽液面之间列机械能衡算方程：2222A A F F A F fA F p u p u z z h g g g g ρρ-++=+++∑〔a 〕式中：p A =p F =0(表压)，u A =u F ≈0,z A -z F =6m,将以上数据代入〔a 〕式中，并整理解得0.183/BC u m s =.例题7．某工艺装置的局部流程如以下图所示。

化工原理复习题

化工原理复习题

化工原理复习题第一章蒸馏11.用一连续精馏塔分离由组分A¸B组成的理想混合液。

原料液中含A 0.44，馏出液中含A 0.957（以上均为摩尔分率）。

已知溶液的平均相对挥发度为2.5，最回流比为1.63，试说明原料液的热状况，并求出q值。

解：在最回流比下，操作线与q线交点坐标（x q，y q）位于平衡线上；且q线过（x F，x F）可以计算出q线斜率即 q/(1-q)，这样就可以得到q的值由式1-47 R min = [(x D/x q)-α(1-x D)/(1-x q)]/（α-1）代入数据得0.63 = [(0.957/xq )-2.5×(1-0.957)/(1-xq)]/（2.5-1）∴x q = 0.366 或x q = 1.07（舍去）即x q = 0.366 根据平衡关系式y = 2.5x/（1 + 1.5x）得到y q = 0.591q线 y = qx/（q-1）- xF/（q-1）过（0.44，0.44），（0.366，0.591）q/（q-1）= （0.591-0.44）/（0.366-0.44）得 q = 0.67∵ 0 < q < 1 ∴原料液为气液混合物12.在连续精馏塔中分离某种组成为0.5（易挥发组分的摩尔分率，下同）的两组分理想溶液。

原料液于泡点下进入塔内。

塔顶采用分凝器和全凝器，分凝器向塔内提供回流液，其组成为0.88，全凝器提供组成为0.95的合格产品。

塔顶馏出液中易挥发组分的回收率96％。

若测得塔顶第一层板的液相组成为0.79，试求：（1）操作回流比和最小回流比；（2）若馏出液量为100kmol/h，则原料液流量为多少？解：（1）在塔顶满足气液平衡关系式 y = αx/[1 +(α-1)x] 代入已知数据 0.95 = 0.88α/[1 + 0.88(α-1)] ∴α= 2.591 第一块板的气相组成 y 1 = 2.591x 1/（1 + 1.591x 1）= 2.591×0.79/（1 + 1.591×0.79）= 0.907 在塔顶做物料衡算 V = L + D Vy 1 = Lx L + Dx D0.907（L + D ）= 0.88L + 0.95D ∴ L/D = 1.593 即回流比为 R = 1.593由式1-47 R min = [(x D /x q )-α(1-x D )/(1-x q )]/（α-1）泡点进料x q = x F ∴R min = 1.031（2）回收率Dx D /Fx F = 96％得到F = 100×0.95/（0.5×0.96）= 197.92 kmol/h14在常压连续提馏塔中分离含乙醇0.033的乙醇—水混合液。