-
《化工原理
上》
期末
试
卷
专业班级
化学工程与工艺、环境
工程
学
号
姓
名
开课系室
化学工程系
考试日期
一、填空（每空
1
分，共
20
< p>分）
⒈牛顿型流体在圆直管道中作稳态层流流动时，
现保持流量不变，
管直
径变为原来的二分之一，
则管路 摩擦阻力系数是原来的
倍，
产
生的摩擦阻力为原来的
倍。
⒉某设备入口真空表上读数为
12 0mmHg
，当地大气压
0.98atm
，则入口
处绝压为
Pa
；出口压力表读数为< /p>
1.8kgf/cm
2
，则其绝对压力
为
Pa
。
⒊离心泵的工作点由
确定；
如关小离心泵出口阀
门开度则离心泵扬程
，轴功率
。
⒋固体颗粒在流体中呈层流自由沉降时，
则固体颗粒在气
Ａ卷
体
中
的
沉
降
速
度
< p>
；
固
体
颗
粒
在
液
体
中
的
沉
降
速
度
。
⒌对于连续转筒真空过滤机的操作，当转速提高时，
过滤机的生产能
力
、滤饼层厚度
。
< /p>
⒍
对
于
聚
式
固
体
流
态
化
，
常< /p>
出
现
的
不
正
常
操
作
现
象
有
，
。
⒎面积和厚度相同的三层导热平壁，
测得一维稳态导热时各层导热平壁
两
侧的温度差大小顺序为Δ
t
2
大于
Δt
3
大于
Δt
1<
/p>
，
则各层导热平壁的导热
系数大小顺序为
、各层导热平壁的导热热阻大小顺序
为
。
8.
液体在圆直管内作强制湍流对流 传热时，
如液体的流量和定性温度不
变，管直径减小为原来的二分之一，
则对流传热系数（给热系数）变为
原来的
倍。
9.
在铜质套管换热器中，
用饱和蒸汽冷凝加热空气，
总传热系数应接近
于
的对流传热系数（给热系数）
，传热壁面温度接近于
的温度。
10.
黑
体
的
定义
为
，
透
明
体的
定义
为
。
二、分析简答题（共
20
分）
⒈
（本小题
8
分）
试分析 影响加热炉热效率的因素有哪些？提出提高加
热炉热效率的措施。⒉（本小题
分）画出往复式压缩机工作循环的
P-V
图，标出 每一过程的名称。分析说明为何当压缩气体终压较高时采
用多级压缩？
⒊（本小题
4
分）试说明冷、热两流体在管壳式换热器中 换热时，安排
流体流程（管程或壳程）的基本原则。
（每项
1
分）
三、计算题（共
60
分）
：
⒈（
25
分）用离心泵将
40
℃的水从敞口储水池送入一敞口高位槽（当
< br>地气压为
1atm
）
。泵进出口分别安装真空表和压力表， 两表间垂直距离
可以忽略不计。
已知水的物性参数如下，
密度
ρ
为
992.7kg/m
3
，
粘度
μ
为
0.624 cP
，
水
的
饱
和
蒸
气
压
为
55.32mmHg
。
已知泵入口真空表读数为
400mmHg
，铭牌上泵 的允许吸上真空
度为
7.2m
，输送管路为
Φ108×4mm
的
钢管，总长度（包括当量长度）为
40m
，其中吸入管路为
6m
（包括当
量
长度）
，
储水池与高位槽高度差为
20m
，
管路摩擦阻力系数
λ
为
0.02
，
流量为
65m
3
/h
。
试问：⑴泵最大可能的安装高度；
（
8
分）
⑵泵的扬程；
（
6
分）
⑶泵出口处压力表的读数；
（
6
分）
⑷设摩擦阻力系数不随流量改变而改变，写出管路特性方程中。
（
5
分）
⒉（
分）用一板框过滤机过滤
CaCO
3
的水悬浮液，滤饼可视为不可
压缩。
压滤机的过滤面积为< /p>
20m
2
，
某过滤压强下测得过滤 常数
K=2×
10
-2
m
2
/h
。
试求：
⑴在此压强下将过滤进行至滤饼充满全部滤框时，
所获得的滤液
为
2m
3
，
滤布阻力可以忽略不计，
问此时所需过滤时间为多少小时？
（< /p>
6
分）
⑵现改用一种较厚的滤布
，
其常数为
q
e
=2×
10
-2
m
，
过滤完毕后 ，
洗
涤、拆装等辅助时间共为
30
分钟， 问此时的生产能力为多少？（
5
分）
⑶
如①，设
CaCO
3
的水悬浮液的浓度（以
m
3
滤饼
/m
3
滤液计）提
高一倍，此时所需的过滤时间为多少？（
4
分）
⒊（
20
分）一单管程、单壳程列管换热器，有多根
Φ
25×
2.5mm
的钢管
组成管束。管程走有机溶剂，流量为
1.
5
×
10
4
kg/h
，流速为
0.5m/s
；壳
程通入
130
℃的饱和蒸汽，将有机溶剂从
20
℃加热至
50
℃。已知在定
性
温< /p>
度
下
有
机
溶
剂
的
物
性
参
数
为
< p>：密
度
=884.2kg/m
3
，
比
热
Cp=1.76kJ/(kg
·
K)
，导热系数λ
=0.143W/(m
·
K)
，粘度μ
=0.8cP
；蒸汽
的冷凝对流传热系数为
10
4
W/(m
2
·
K)
；
钢的导热系数取
45
W/(m·
K)
；
污
垢热阻可以忽略不计。
求：⑴管内的对流传热系数
α，
W/(m
2
·
K)
；
（
6
分）
⑵换热器的总传热系数（以管束外表面积为基准）
K
，
W/(m
2
·<
/p>
K)
；
（
2
分）
< p>
⑶管子的根数和长度；
（
7
分）< /p>
⑷在有机溶剂的初始温度和流量不变的前提下，
若通过提 高加热蒸
汽温度将上述换热器的传热速率提高
10%
，< /p>
则加热蒸汽温度应为多少？
（
5
分）
注：蒸汽冷凝对流传热系数和有机溶剂的物性参数可看作常数。
《化工原理
下》期末
试题
答案
专业班级
化学工程与工艺、环境工
程
开课系室
化学工程系
考试日期
一、填空（每空
1
分，共
20
< p>分）
⒈
1/2
倍，
1
⒉
8.332
×
10
4
Pa
；
2.758
×
10
5
Pa
⒊
泵的特性曲线和管路特性曲线
；
增大
，
减小
⒋
增大
；
下降
⒌
增大
、
减小
⒍
沟流
，
节涌
⒎
λ
1
﹥λ
3
﹥λ
2
、
R
2
﹥
R
3
﹥
R
1
8. 3.482
9.
空气
，
饱和蒸汽
10.
具有黑表面的物体ε
=1
，
ρ
=1
A
卷
二、分析简答题（共
20
分）
⒈（本小题
8
分）
答：影响加热炉效率的因素有：炉墙损失的热量，烟气带走的热量，燃
料燃烧情况及
空气的入炉温度、过剩空气系数等。
提高加热炉热效率的措施有：
提高空气入炉温度；
尽量降低过剩空气系
数及降低其温度
，减少其带走热量；被加热流体选择适当的入炉温度；
选择合适的火嘴，改进燃烧状况，
使燃料燃烧完全。
⒉（本小题
8
分）
答：
1-2
压缩；
2-3
排气；
3-4
余隙膨胀；
4-1
吸气；
（图
1
分，每步
1
分）
压缩气体终压较高时，
< p>容积系数下降，使压缩机动力消耗增加；
排
出气体温
度增加；
造成机件损坏及可能导致的润滑油失效。
（每项
1
分，
共
3
分）
⒊（本小题
4
分）
答：有腐蚀性、高温及高压流体走管程，降低对壳体材质要求；
有毒、易燃流体走管程，降低泄露；
易于结垢的流体走易清洗一侧，便于清扫；
流量小，粘度大的流体走壳程，便于达到湍流；
需要被冷却流体，一般走壳程，便于散热；
蒸汽宜走壳程，便于冷凝液及不凝气排放。
三
、计算题（共
60
分）
：
⒈（
25
分）
u
?
4
Q
4
?
< p>65
?
?
2
.
299
m
/
s
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d
i
2
3600
?
< p>?
?
0
.
02
2
解
：（
1
< p>）
d
i
?
0
.
100
m
[1
分
]
Re
?
du
?
?
0
.
1
?
2
.
299
?
992
.
7
5
?
3
.
657
?
1 0
0
.
624
?
10
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3
?
[1
分
]
P
< br>a
'
P
v
'
?
H
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[
H
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(
10
.< /p>
33
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)
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(
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0
.
24
)]
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6
.
74
m
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g
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g
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'
s
[2
分
]
l
u
< p>2
?
H
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d
2
g
< p>?
0
.
324
m
[2
分
]
u
< br>1
2
2
.
3
2
H
g
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H
s
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?
?
H
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6
.
74
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0
.
324
?
6
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15
m
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g
2
*
9
.
81< /p>
'
[2
分
]
l
u
2
?
H
f
?
?
d
2
g
?
2
.
16
m
< p>（
2
）
在
两
槽
之
间
列
柏
努
利
< p>方程
，
得
：
[2
分
]
P
< br>1
?
?
gz
1
?
[2
分
]
< p>?
u
1
2
2
?
He
?
P
< br>2
?
?
gz
2
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u
2
2
2
?
?<
/p>
H
f
He
?
?
H
f
?
h
?
22
.
16
m
[2
分
]
（
3
）在两表之间列柏努利方程，忽略位差：
P
1
?
?
gz
1
?
[3
分
]
?
u
1
2
2
?
He
?
P
2
?
?
gz
2
?
?
u
2
2
2
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?
H
f
P
2
?
22
.
16
?
992
.
< p>7?
9
.
807
?
< p>400
?
133
.
2
?
1
.
624
?
10
5
Pa
760
[3
分
]
?
p
6
.
17
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10
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7
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l
2
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3
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51
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10
Q
e
e
2
5
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g
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d
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（
4
）
[1
分
]
⒉
（
15
分）
解
：
（
1
）
恒
压
过
滤
：
Ve=0
V
2
=KA
2
t
[3
分
]
V
2
4
t
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?
0
.
5
h
< p>2
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2
KA
2
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10
?
400
[3
分
]
(2)
[2
分
]
V
2
?
2
V
e
V
?
KA
2<
/p>
t
?
Q<
/p>
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[2
分
]
4
?
2
?
2
*
10
?
2
*
20
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2
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2
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1 0
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2
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400
t
[1]
t
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0
.
7
h
[1
分
]
2
?
1
.
67
m
3
/
h
0
.
7
?
0
.
5
'
(3)
滤饼结构不变，
比阻不变，
悬浮液浓度加倍，< /p>
饼液比加倍，
C
?
2
C
[1
分
]
2
?
?
P
1
?
s
K
?
r
'
?
c
[1
分
]
K
'
?
0
.
5
K
V
?
AL
C
V
'
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0
.
5
V
[1
分
]
V
2
t
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?
0
.< /p>
25
h
2
KA
[1
分
]
⒊（
20
分）
解
[1
分
]
< br>P
r
?
C
p
?
1760
?
0
< p>.8
?
10
?
3
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9
.
846
0
.
143
：
（
1
）
?
?
0
.
8
cP
?
[1
分
]
被加热：
n=0.4
Re
?< /p>
d
i
u
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0
.
02
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0
.
5
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.
2
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1
.
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?
10
?
10
湍流
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3
0
.
< p>8?
10
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[2
分
]
Nu
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0
.
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(Re)
0
.
8
(Pr)
0
.
4
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0
.
023
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(
1
.
105
?
10
4
)
0
.
8
?
(
9
.
846
)
0
.
4
?
98
.
58
?
?
i
d
i
?
[2
分
]
（
2
）计算过程中不计热损失，忽略管壁导热热阻及污垢热阻
< p>
?
1
b
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d
o
1
d
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K
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(
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m
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1
2< /p>
.
5
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1
25
?
?
?
4
?
(
)
?
45
?< /p>
22
.
5
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.
9
20
?
?
10
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1
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516
.
8
W
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m
2
.
K
)
[2
分
]
n
?
V
15000
/(
884
.
2
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3600
)
?
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2
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A
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5
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4
（
[2
分
]
3
）
Q
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m
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c
P
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2
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1
)
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15000
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1760
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(
50
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20
)
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2
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10
5
W
3600
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分
]
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t
2
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94
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2
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ln
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t
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80
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2
?<
/p>
[2
分
]
Q
2
.
2
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10
5
A
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4
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519
m
2
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L
K
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A
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8
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20
L
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A
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4
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519
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1
.
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m
n
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30
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025
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'
K
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1
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1
Q
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1
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t
m
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1
.
1
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94
.
20
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103
.
6
℃
m
；
[1
分
]
Q
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1
.
1
Q
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m
?
c
P
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(
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2
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1
)
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2
.
42
?
10
5
W
[2
分
]
?
t
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m
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t
2
?
52
℃
；
?
t
1
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?< /p>
t
2
52
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20< /p>
?
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103
.
6
< p>℃
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t
1
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T
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< p>53
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ln
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?< /p>
ln
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?
t
?
?
T
'
?
20
?
?
?<
/p>
2
?
℃
；
T
'
?
141
[2
分
]
《化工原理
上》
期末
试
卷
B
卷
专业班级
化学工程与工艺、环境
工程
学
号
姓
名
开课系室
化学工程系
考试日期
一、填空和选择题（每空
1
分，共
30< /p>
分）
⒈
0.5atm(
表 压
)
＝
kPa
＝
mmHg
。
⒉连续性方程是
，柏努利方程是
。
A
、物料衡算式
B
、能量衡算式
C
、相平衡式
D
、过程速率式
⒊空气在一等径水平圆直管中作等温、
稳定流动，
则沿流动方向其雷诺
准数将
（变大，变小，不变）
；若沿流动方向空气温度升高，
其
雷诺准数将
（变大，变小，不变）
。
⒋减小阀门开度，管中流体流量减小，这是因为
。
A
、减小了阻力系数；
B
、增加了当量直径；
C
、增加了当量长度；
D
、增加了流体动能。
⒌一台压缩机的工作循环包括
、
、
和
四个阶段。
< br>⒍
降
沉
室
内
颗
粒
沉
降
下
来
的
条
件
是
。
⒎固体流态化可分为
流化和聚式流化两种，聚式流化常出
现的不正常操作有
和
两种。
⒏传热方式主要有
、
、
三种。
⒐列管式换热器按照热补偿方式的不同可以分为：
、
和
。
⒑在饱和水蒸汽冷凝加热空气的套管换热器中，
传热壁面的温度接近于
__
的温度，总传热系数
K
接近于
___
__
的对流传热系数，
传热过程的热阻主要集中在
侧。
⒒管式加热炉的结构包括
、对流室、
、
和余热回收系统。
⒓过剩空气系数α的定义是
；
α越
高，出炉烟气温度越
（高、低）
；α过高，炉子热效率η
（升高、
降低）
。
二、简答题（每题
5
分，共
15
分）
⒈指出离心泵的气蚀与气缚现象有什么区别。
⒉简述强化换热器传热的途径，举出若干具体措施。
⒊试述罗伯－伊万斯假定的基本内容。
三、计
算题：
（共
55
分）
⒈
（
20
分）
如图所示输水系统，用泵将水池中的水输送到敞口高位
水
槽
，
已
知
水
的
密
度
为
1000k
g/m
3
，
管道直径均为φ
< br>45
×
2.5mm
，
泵的进、
出口管
路上分别安装有真空表及压
力表。真空表安装位置距贮
水池的水面高为
4.8m
，压力
表安装位置距贮水池的水面
高度为
5m
。
当输入量为
4m
3
/h
时，
进水管道的全部阻力损失为
10J/kg
，
出
水管道的全部阻力损失为
40J/kg
，压力表的读数为
2.5k gf/cm
2
。
泵的效率为
。
（忽略真空表到泵入口、泵出口到压力表的阻力损
< br>失）
。
试求：⑴泵扬程
H
，
m
；
（
10
分）
⑵两液面高度差
h
，
m
；
（
6
分）
⑶泵所需的轴功率
N
，
kW
。
（
4
分）
⒉（
15
分）
某厂用板框压滤机在恒压下过滤一种悬浮液，滤框的空间
尺寸为
1000
×
l000
×
4 0mm
，有
20
个滤框，经过
2h
过滤，滤框完全充
满滤饼，且每
m
2
过滤面积得到滤液
1.4m
3
。卸
饼、清理、组装等辅助时
间为
1.2h
，忽略过滤介质阻 力，滤饼未洗涤。
试求：⑴该扳框压滤机的生产能力；
（
6
分）
⑵过滤后用
l /8
滤液体积的洗涤水在同样压力差下进行横穿洗
涤滤饼时的生产能力<
/p>
(
设洗涤水与滤液粘度相近
)
。
（< /p>
9
分）
⒊（
20
分）
一内管尺寸为φ
25
×
2
..5mm
的套管换热器作为精馏塔顶全
凝器，
冷却水 走管程，
塔顶蒸汽走壳程。
已知塔顶蒸汽流量为
500kg/h< /p>
，
汽化潜热为
270kJ/kg
，饱和温度 为
80
℃；冷却水入口温度为
15
℃，出
口温度为
45
℃，忽略管壁及污垢热阻。此时蒸汽侧的对流传热系 数
α
o
=10
4
W/(m
2
·
K)
，水侧的对流传热系数
α
i
=4428.4
W/(m
2
·
K)
；水的
比热
C
< br>P
=4.174
kJ
/(
kg
?
K
)
，忽略热损失。
试求：⑴换热器的热负荷
Q
，
kW
；
（
3
分）
⑵冷凝水的用量
W
2
，
kg /h
；
（
2
分）
⑶换热过程的对数平均温差Δ
t
m
，
℃
；
（
6
分）
⑷换热过程的总传热系数
K
O
< br>，
W
/(
m
2
?
K
)
；
(
以内管的外表面积
为基准
)
（
5
分）
⑸若达到要求，换热器长度不短于几米？（
4
分）
《化工原理
上》
期末
试题
答
案
专业班级
化学工程与工艺、环境
工程
B
卷
开课系室
化学工程系
考试日期
一、填空和选择题（每空
1
分，共
30< /p>
分）
⒈
50.66 kPa
＝
380 mmHg
⒉
A
，
B
⒊
不变
变小
⒋
C
⒌
压缩
、
排气
、
余隙膨胀
和
吸气
⒍
L/u
≥
H/u
t
⒎
散式
，
沟流
和
节涌
⒏
传导
，
对流
，
辐射
⒐
固定管板式
、
浮头式
和
Ｕ型管式
< br>⒑
__
水蒸汽
_
，
___
空气
_
，
__
空气
_
侧
⒒
辐射室
、
燃烧器
、
通风系统
⒓
入炉空气量与理论空气量的比值
；
低
；
降低
二、简答题（每题
5
分，共< /p>
15
分）
⒈答：
气蚀是指 由于泵的安装高度太高而使泵吸入口的压力小于液体的
饱和蒸气压而引起的不正常操作；
气缚是由于启动时未灌泵或由于泵体密封不严而引起的不正常操
作。
⒉答：①增大总传热系数
K
：采用多管程或多壳程；在壳程设置折流挡
板；提高流体流速；及时清除污垢
等；采用相变、λ较大的流体等；
②增大传热面积
A< /p>
：增大换热器单位体积的传热面积，如采用波纹
管、翅片管等；
③增大传热温差△
t
m
< br>：尽可能逆流操作，或使温差校正系数ε＞
0.8
。
⒊答：
①炉膛内烟气充分混合，
各处烟气组成与温度 均相同且等于出辐
射室烟气的平均温度，即将炽热的烟气看成一发热面；
②将管排看成一吸热面，
管壁温度为管内介质平均温度加上
50
℃；
③对流给未敷设炉管炉墙的热量等于其散热
损失，
将炉墙看成一全
反射
面。
三、计算题：
（共
55
分）< /p>
⒈（
20
分）
解：⑴在
0-2
间列柏努利方程：
2
2
P
0
u
0
P
2
u
2
Z
0
< br>?
?
?
H
e
?
Z
2
?
?
?
?
g
2
g
?
g
2
g
?
< br>H
f
0
?
2
（
2
分）
P
0
=
0
，
P
2
=2.5kgf/cm
2
=2.4
52
×
10
5
Pa
（
2
分）
u
2
?
4
V
< p>4?
4
/
3600
?
?
0
.
8842
m
/
s
2
2
?
d
?
?
0
.
04
u
0
=
0
，
（
2
分）
?
H
f
0
?
2
h
?
?
f
0
?
2
g
?
10
?
1
.
02
m
9
.
81
;
（
2
分）
Z
0
=0
Z
2
=5
代
入
上
式
，
计
算
：
H=
31.06m
（
2
分）
⑵在
0-3
间列柏努利方程：
2
2
P
0
u
0
P
3
u
3
Z
0
?
?
?
H
e
?
Z
3
?
?
?
?
g
2
g
?
g
2
g
?
H
f
0
?
3
（
2
分）
P
0
=P
3
=
0 ,
u
0
?
u
3
?
0
, Z
3
-Z
0
=h,
（
2
分）
?
H
f
0
?
3
?
?
h
f<
/p>
0
?
3
g
?
?
h
f
0
?< /p>
2
?
g
?
h
f
2
?
3
?
10
?
40
?
.
098
m
9
.< /p>
81
h
=
31.06-5.098=25.96m
（
2
分）
⑶
Ne
?
HQ
?
g
?
31
.< /p>
06
?
?
338
.
55
W
?
0
.
34
KW
4
?
1000
?
9
.
81
3600
（
2
分）
N<
/p>
?
Ne
/
?
?
0
.
486
KW
（
2
分）
⒉（
15
分）
解
：
⑴
过
滤
面
积< /p>
A
?
1
?
1
?
2
?
20
?
40
m
2
（
3
分
）
Q
?
V
?
q
A
?
1
.
4
?< /p>
40
?
17
.
5
< p>m
3
h
?
4
.
681
?
10
?
3
m
3
s
2
?
1
.
2
?
?
?
?
（
3
分
）
dV
KA
2
?
d
?
2
V
⑵
（
2
分
）
< br>过
滤
终
了
速
率
：
采
用
横
穿
洗
涤
的
洗
涤
速
率
是
过
滤
终
了
速
率
的
1/4
，
即
1
?
dV
?
KA
2
?
dV
?
?
?
?
?
?
< p>?
d
?
4
d
?
?
W
?<
/p>
?
8
V
?
（
2
分
）
V
W
8
V
?
1
?
V
2
?
W
< br>?
?
?
?
?
2
h
?
V
?
?
KA
2
?
8
?
KA
2
?
dV
?
?
?
d
?
?
?
< p>W
（
3
分
）
Q
?
V
?
q
A
?
1
.
4
?< /p>
40
?
10
.
77
m
3
h
?
2
.
99
?
10
?
3
m
3
s
2
?
2
?
1
.
2
?
?
?
?
< br>
（
2
分
）
⒊（
20
分）
解：⑴换热器的热负荷：
Q=W
1
r
1
=500
×< /p>
270=1.35
×
10
5
kJ/h=37.5kW
（
3
分）
Q<
/p>
1
.
35
?
10
5
W
2
?
?
?
1078
.
1
kg
/< /p>
h
C
?
(
t
?
t
)
4
.
174
?
(
45
?
15
)
P
2
2
1
⑵冷却水用量：
（
2
分）
?<
/p>
t
m
?
⑶
传
热
过
程
的
对
数< /p>
平
均
温
差
：
（
2
分）
?<
/p>
t
1
?
?
t
2
?
t
ln(
1
)
?
t
2<
/p>
其中：
?
t
1
?
T
?
t
1
?
80
?
15
?
65
℃；
?
t
2
?
T
?
t< /p>
2
?
80
?
45< /p>
?
35
℃