化工原理典型习题解答

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

1 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 222322642dluudlduudlhf

得 162442122122122121212ddddddduduhhff

(2) 由 2222udldfudlhf

得 322 55212142122112212ddddddduduhhff

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 fhupgzupgz2222222111

得 21ffhh

所以 2222222111udlludllee

又由完全湍流流动

得 df

2 所以 222211ullullee

而 24duuAV

所以 1547.175.01211212eelllluuVV

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/m3，水的密度为998.2kg/m3，水的粘度为1.00510-3Pas，空气的密度为1.205kg/m3，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 182gdust

得 gudst18

所以 612.91081.12.998250010005.1205.1250053awswasawdd

(2) 由 RuduTsr2218，gRuKTc2

得 csrgKdu182，csrgKud18

所以 593.1311081.12.9982500210005.1205.1250053cwawscawasawKKdd

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/m3，空气的密度为1.205kg/m3，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。

3 A．1.024 B．1.124 C．1.224 D．1.324

解：(1) 由 tduRe

得 dutRe

而 182gdust

所以 mgds53253210639.4807.9205.15000205.111081.118Re18

(2) 由 gdust74.1

得 dgdsRe74.1

2222274.1Redgds

所以

mgdds332225322210224.1807.9205.15000205.174.110001081.174.1Re

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0.75m3，过滤面积为1m2，恒压过滤常数为K=510-3m2/s，qe=0m3/m2(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．0.386m3 B．0.486m3 C．0.586m3 D．0.686m3

解：(1) 由 bap

得

baba50010910010344

两式相减，得 a4001064，1504001064a

4 所以 150001501001034b

所以 Pap41066000015000300150

(2) 由 RReRKqqqqq222

得 RRKqq22

RRRRKAVKqq22

4361.10625.230010575.032

23/6861.075.04361.1mmq

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0.75m3，且过滤面积为1m2，恒压过滤常数K=510-3m2/s。若要再得滤液体积0.75m3，则又需过滤时间为 C 。

A．505s B．515s C．525s D．535s

解：由 Kqqqe22

得 22qKqqe

所以 625.075.0275.03001052232qqKqe

8251055.1625.025.12322Kqqqe

s525300825

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 4132725.0wsottdgr

5 得 841.02141412112oodd

(2) 由 413213.1wsttLgr

得 493.05.21025725.013.1725.013.141341LdoHV

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 21TTcWQphhh，21ttcWQpccc

得 05.0403840509015535090211221TTttTTQQQhch

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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Hg，测压连接管内充满常温的水，密度为w，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R1、R2，试求a、b两点间的压力差bapp。

解： 11ghppwa，11ghppwa

21pp，132gRppHg，43pp，254gRppHg

55ghppwb

52455ghgRpghppwHgwb

524113ghgRpghgRpppwHgwHgba

5121ghghRRgwwHg

而 211Rhh，225Rhh

所以 222121RgghRgghRRgppwwwwHgba

gRRRRgRRgwHgwHg2121212121

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Hg，其他管内均充满水，其密度为w，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bapp。

解：由 11ghppwa 1R2R空气abHgwwHg12345hRhbaHgww123451h2h

7 321ppp

gRppHg43

54pp

25ghgRppwwb

所以 151413ghgRpghgRpghppwHgwHgwa

所以 21ghgRghgRppwwwHgba

21hhggRgRwwHg

ghgRgRwwHg

hRggRwHg

ghgRwwHg

3. 某流体在水平串联的两直管1、2中稳定流动，已知2/21dd，ml1001，1800Re1。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 221dd，得 4121222112dduu

所以 21412ReRe1212112212uuddudud