化工原理复习题 谭天恩版

化工原理章复习题~期末考试前的复习资料!!

一、单项选择题

1、一定流量的水在圆形直管内呈层流流动，若将管内径增加一倍，流速将为原来的( )。

A. 1/2 B. 1/4 C. 1/8 D. 1/16

2、采用出口阀门调节离心泵流量时，开大出口阀门，离心泵的流量( )，压头( )。

A. 增大 B. 不变 C. 减小 D. 先增大后减小

3、球形固体颗粒在重力沉降槽内作自由沉降，当操作处于层流沉降区时，升高悬浮液的温度，粒子的沉降速度将( )。

A. 增大 B. 不变 C. 减小 D. 无法判断

4、两厚度相同但导热系数不同的双层平壁稳定热传导过程，已知两层温度差△t1>△t2，则通过两层传热量( )。

A. Q1>Q2 B. Q1=Q2 C. Q1<Q2 D. 无法判断

10、三个不同形状、底面积相等的敞口容器，各装相同的液体到相同的高度，则它们底部所受液体的作用力（ ）

① 相等 ② 不相等 ③ 无法判断

11、离心泵启动前先关闭出口阀，其目的是为了（ ）

① 防止发生气缚现象 ② 防止发生气蚀现象 ③ 降低启动功率

12、转子流量计测流量时，其流量大小随（ ）而改变。

A、 转子材质 B、转子位置高低 C、Ｕ管压差计读数

13、设计一单程列管换热器，用一热流体加热一易生垢的有机液体，热流体初温150℃，终温50℃；有机液初温15℃，要求加热到40℃。已知有机液75℃分解，应采用（ ）

① 逆流，冷流体走管内 ② 并流，冷流体走管外

③ 逆流，冷流体走管外 ④ 并流，冷流体走管内

14、离心泵的工作点是指（ ）

A、离心泵的最佳工况点 B、离心泵轴功率最小的工作点

C、管路特性曲线和泵性能曲线的交点

15、干燥过程是（ ）过程。

A、传热 B、传质 C、传热与传质相结合

16、有一并联管路如图2所示，两段管路的流量、流速、管经、管长及流动阻力损失分别为Ｖ(1)、u(1)、d(1)、L(1)、h(f1)及Ｖ(2)、u(2)、d(2)、L(2)、h(f2)。若d(1)=2d(2)，L(1)=2L(2)，则

（1）h(f1)/h(f2)＝（ ）

Ａ、2； Ｂ、4; Ｃ、1/2; Ｄ、1/4; Ｅ、1

（2）当管路中流体均作层流流动时，Ｖ(1)/Ｖ(2)=（ ）

Ａ、2； Ｂ、4; Ｃ、8; Ｄ、1/2; Ｅ、1

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（3）当两段管路中流体均作湍流流动时，并取λ(1)＝λ(2)，则Ｖ(1)/Ｖ(2)=（ ）。 Ａ、2； Ｂ、4; Ｃ、8; Ｄ、1/2; Ｅ、1/4

18、列管换热器内外侧对流传热系数分别是αi和αo且αi>>αo,要提高总传热系

数，关键是( )。

A. 减小αi B. 增大αi C. 减小αo D. 增大αo

19、升高温度时，液体的粘度将( )，而气体的粘度将( )。

A. 增大 B. 不变 C. 减小 D. 无法判断

20、离心泵启动前先将泵内灌满液体，其目的是为了（ ）

A.防止发生气缚现象 B.防止发生气蚀现象

C.降低启动功率 D.避免损坏叶轮

22、把一壳程用饱和水蒸汽加热管内水的列管换热器由单管程改为双管程，会引起（ ）

A、管内膜系数增加 B、管内膜系数减小

C、流动阻力减少 D、没有什么影响

23、用水吸收二氧化碳的传质过程属于（ ）。

A、气膜控制 B、液膜控制 C、无法判断

25、间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻（ ）

A 成正比 B 成反比 C 没关系

26、翅片换热器的翅片应安装在（ ）

A α小的一侧 B α大的一侧 C 管内 D 管外

27、离心机的分离因数α越大，说明它的分离能力愈（ ）

A 差 B 强 C 低

28、工业采用翅片状的暖气管代替圆钢管，其目的是（ ）

A 增加热阻，减少热量损失 B 节约钢材，增加美观

C 增加传热面积，提高传热效果

29、蒸汽冷凝时，膜状冷凝的α（ ）滴状冷凝的α。

A 等于 B 大于 C 小于

30、导热是（）热量传递的主要方式。

A 固体中 B 液体中 C 气体中

31、热量传递的基本方式是（C ）

A 恒温传热和稳态变温传热 B 导热给热和热交换

C 传导传热、对流传热与辐射传热 D 气化、冷凝与冷却

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32、在比较多的情况下，尤其是液－液热交换过程中，热阻通常较小可以忽略不计的是（ ）

A 热流体的热阻 B 冷液体的热阻

C 冷热两流体的热阻 D 金属壁的热阻

33、传热速率公式Q=KA△tm中，△tm的物理意义是（ ）

A 器壁内外壁面的温度差 B 器壁两侧流体对数平均温度差

C 流体进出口的温度差 D 器壁与流体的温度差

34、湍流体与器壁间的对流传热（即给热过程）其热阻主要存在于（ ）

A 流体内 B 器壁内 C 湍流体滞流内层内 D 流体湍流区域内

35、对一台正在工作的列管换热器，已知α1＝116W/m2.K，α2＝11600W/m2.K，要

提高传热系数（K），最简单有效的途径是（ ）

A 设法增大α1 B 设法增大α2 C 同时增大α1和α2

36、用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温接近（ ）

A 蒸汽的温度 B 空气的出口温度 C 空气进出口平均温度

37、间壁两侧流体的对流传热系数相差较大时，要提高K值，关键在于提高对流传热系数（ ）

A 大者 B 小者 C 两者

38、在间壁式换热器内用饱和水蒸汽加热空气，此过程的总传热系数K值接近于（）

A 蒸汽α B 空气α C 蒸汽α与空气α的平均值

39、对流传热仅发生在（ ）中

A 固体 B 静止的流体 C 流动的流体

40、稳定的多层平壁的导热中，某层的热阻愈大，则该层的温度差（ ）

A 愈大 B 愈小 C 不变

41、流体与固体壁面间的对流传热，当热量通过滞流内层时，主要是以（ ）方式进行的。

A 热传导 B 对流传热 C 热辐射

42、恒压过滤时过滤速率随过程的进行而不断（ ）

A 加快 B 减慢 C 不变

43、在列管式换热器中，用水冷凝乙醇蒸气，乙醇蒸气宜安排走（ ）

A 管程 B 壳程 C 管、壳程均可

44、稳定传热是指传热系统内各点的温度（ ）

A 既随时间而变又随位置而变 B 只随位置而变但不随时间而变

C 只随时间而变但不随位置而变

45、对于沸腾传热，工业生产一般应设法控制在（）沸腾下操作

A 核状 B 稳定的膜状 C 不稳定的膜状

46、蒸汽中不凝性气体的存在，会使它的对流传热系数α值（ ）

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A 降低 B 升高 C 不变

47、在稳定变温传热中，流体的流向选择（ ）时传热平均温度差最大。

A 并流 B 逆流 C 错流

49、用U型压差计测量压强差时，压强差的大小（ ）

A 与读数R有关，与密度差ρ0－ρ有关，与U形管粗细无关

B 与读数R无关，与密度差ρ0－ρ无关，与U形管粗细有关

C 与读数R有关，与密度差ρ0－ρ无关，与U形管粗细无关

D 与读数R有关，与密度差ρ0－ρ无关，与U形管粗细有关

50、为提高U形压差计的灵敏度较高，在选择指示液时，应使指示液和被测流体的密度差ρ0－ρ的值（ ）

A 偏大 B 偏小 C 越大越好

51、层流与湍流的本质区别是（ ）

A 湍流流速大于层流流速 B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流

C 层流的雷诺数小于湍流的雷诺数 D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动

52、在相同管径的圆形管道中，分别流动着粘油和清水，若雷诺数相等，二者的密度相差不大，而粘度相差很大，则油速（ ）水速

A 大于 B 小于 C 等于

53、压力表上显示的压力，即为被测流体的（ ）

A 绝对压 B 表压 C 真空度

54、流体在圆管内作湍流流动时，其平均流速u与管中心的最大流速umax的关系为（ ）A u=1.5umax B u=0.8umax C u=0.5umax

55、双液体U形压差计要求指示液的密度差（A ）

A 大 B 中等 C 小 D 越大越好

56、一般情况下，液体的粘度随温度升高而（ ）

A 增大 B 减小 C 不变

57、设备内的真空度越高，即说明设备内的绝对压强（ ）

A 越大 B 越小 C 越接近大气压

58、定态流动是指流体在流动系统中，任一截面上流体的流速、压强、密度等与流动有关的物理量（ ）

A 仅随位置变不随时间变 B 仅随时间变不随位置变

C 既不随时间变也不随位置变

59、流体在管内作湍流流动时，层流内层的厚度随雷诺数的增大而（ ）

A 增厚 B 减薄 C 不变

60、在稳定流动的并联管路中，管子长，直径小，而摩擦系数大的管段，通过的流量（ ）A 与主管相同 B 大 C 小

61、u2/2的物理意义是表示流动系统某截面处（ ）流体具有的动能

A 1kg B 1N C 1m

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62、某泵在运行时发现有气蚀现象应（C）

A 停泵，向泵内灌液 B 降低泵的安装高度

C 检查进口管路是否漏液 D 检查出口管阻力是否过大

63、用离心泵将水池的水抽到水塔中，若离心泵在正常操作范围内工作，开大出口阀门将导致（）

A 送水量增加，整个管路压头损失减少

B 送水量增加，整个管路压头损失增加

C 送水量增加，泵的轴功率不变

64、离心泵最常用的调节方法是（）

A 改变吸入管路中阀门开度 B 改变出口管路中阀门开度

C 安装回流支路，改变循环量的大小 D 车削离心泵的叶轮

65、当管路特性曲线写成H＝A+BQ时（ ）

A A只包括单位重量流体需增加的位能

B A只包括单位重量流体需增加的位能和静压能之和

C BQ2代表管路系统的局部阻力和

D BQ2代表单位重量流体动能的增加

66、以下说法正确的，当粘度较大时，在泵的性能曲线上（ ）

A 同一流量Q处，扬程H下降，效率上升

B 同一流量Q处，扬程H上升，效率上升

C 同一流量Q处，扬程H上升，效率下降

67、有两种说法（1）往复泵启动不需要灌水（2）往复泵的流量随扬程增加而减少则（ ）

A 两种说法都不对 B 两种说法都对

C 说法（1）正确，说法（2）不正确 D 说法（1）不正确，说法（2）正确

68、离心泵的调节阀的开度改变，则（ ）

A 不改变管路性能曲线 B 不会改变工作点

C 不会改变泵的特性曲线

69、离心泵效率最高的点是（ ）A工作点 B操作点 C设计点 D计算点

70、离心泵铭牌上标明的扬程是（ ）

A 功率最大时的扬程 B 最大流量时的扬程

C 泵的最大量程 D 效率最高时的扬程

84、在空气与蒸汽间壁换热过程中采取（ C） 方法来提高传热速率是合理的。

A.提高蒸汽流速；B.采用过热蒸汽以提高蒸汽的温度；C.提高空气流速；D.将蒸汽流速和空气流速都提高。

85、离心泵将水池的水抽吸到水塔中，若离心泵在正常操作范围内工作，开大出口阀门将导致（ A ）。

A.送水量增加，整个管路阻力损失减少；B.送水量增加，整个管路阻力损失增大； 2

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C.送水量增加，泵的轴功率不变； D.送水量增加，泵的轴功率下降。

86、为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是（ A）A.表面光滑，颜色较浅；B.表面粗糙，颜色较深；C.表面粗糙，颜色较浅；D.都可以。

87、用孔板流量计测量流体流量时，随流量的增加，孔板前后的压差值将 _____________， 改用转子流量计，转子前后压差值将 _____________。

二、简答题

1、产生气缚现象与气蚀现象的原因是什么？

答：缚现象产生的原因是泵内未灌满水，存有空气，空气的密度远小于水，产生的离心力小，泵轴中心处的真空不足以将水吸入泵内。

气蚀现象产生的原因是泵入口处的压强小于输送条件下的饱和蒸汽压时，就

会产生气泡，气泡在破裂过程中损坏叶片。

2、离心泵的操作三要点是什么？

答：操作三要点，一是灌水(防气缚)；二是泵启动前关出口阀(降低启动功率)；三

是停机前关出口阀(防高压液体倒流损坏叶轮)。

3、指出换热器强化有那些途径？其主要途径是什么？

换热器强化的途径：一是增大传热面积，二是增大传热推动力，三是增大传系数K。 其主要途径是增大传系数K。

4、在列管换热器中，拟用饱和蒸汽加热空气，试问：① 传热系数接近哪种流体的膜系数？② 传热管壁温接近哪种流体的温度？

答：传热系数接近膜系数小的流体，即空气的膜系数，传热管壁温接近膜系数大的那一侧流体温度，即饱和蒸汽的温度，因为空气的膜系数远远小于蒸汽的膜系数。

7、离心泵启动前要灌引水其目的是什么？泵启动后却没有水出来，其可能的原因又是什么？

答：启动前必须灌水，其目的是防止发生气缚现象。如果不灌液，则泵体内存有空气，由于 ρ空气<<ρ液， 所以产生的离心力很小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，达不到输液目的。

泵启动后却没有水出来，其可能的原因一管路堵塞，二是电机接线反了使叶轮倒转，三是泵的安装高度可能高了。

8、某厂刚完成大修任务，其中一台通过电机带动的离心泵在开启出口阀后不能送液，其可能的原因是什么？

答：原因可能有两个：其一，启动前没灌泵，此时应停泵、灌泵，关闭出口阀后再启动。其二，电机接线不正确，致使叶轮倒转。

10、某固体微粒从不同的高度落下，其沉降速度如何？为什么？

答：沉降速度相同，因为沉降速度只与颗粒直径、颗粒密度、流体性质有关，而

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与沉降高度无关。

13、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?

答：由于总热阻为对流热阻所控制，而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，降低热阻，从而可以提高传热效果。

14、产生气缚现象与气蚀现象的原因是什么？

答：缚现象产生的原因是泵内未灌满水，存有空气，空气的密度远小于水，产生的离心力小，泵轴中心处的真空不足以将水吸入泵内。

气蚀现象产生的原因是泵入口处的压强小于输送条件下的饱和蒸汽压时，就

会产生气泡，气泡在破裂过程中损坏叶片。

15、影响颗粒沉降速度的因素有哪些？

答：影响颗粒沉降速度包括如下几个方面：颗粒的因素：尺寸、形状、密度、是否变形等；介质的因素：流体的状态（气体还是液体）、密度、粘度等；环境因素：温度（影响ρ、μ）、压力、颗粒的浓度（浓度大到一定程度使发生干扰沉降）等。

16、离心泵的真空度随着流量的增大是增加还是减小，为什么？

答：增大，因为流量增大时，泵入口处的动能增大，同时流动阻力也增大，根据柏努利方程，总能量不变，则入口处的静压能将减小，也就是真空度增大。

17、简述离心泵的工作原理。

答：离心泵工作分吸液与排液过程。吸液过程的推动力是液面压力（常为大气压）与泵内压力（负压）之差，而泵内的负压是由于电机带动泵轴、泵轴带动关键部件叶轮旋转，产生离心力，叶片之间的液体从叶轮中心处被甩向叶轮外围，叶轮中心处就形成真空。排液过程的推动力则是由于液体以很高的流速流入泵壳的蜗形通道后，因截面积扩大，大部分动能转变为静压能而形成压差，将液体从压出口进入压出管，输送到所需的场所。

18、如图，1-1截面的压强必大于2-2截面的压强，1-1截面的压强必小于2-2截面的压强，上述两种说法不正确，你认为哪种正确？

2

流向2－2，管径减小，由连续性2 1-1截面的压强必大于2-2截面的

1

1

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压强；如果从2－2流向1－1，则需要讨论。

19、为什么随着过滤时间的增加，过滤速率减少？

答：随着过滤时间的增加，滤渣越厚，过滤阻力增大，从而过滤速率减小。

21、一台离心泵输送20℃清水时，泵操作正常。当用此泵输送70℃热水时，泵产生噪音，且流量与压头均降低，试定性分析其原因并从理论上提出改善办法。 答：其原因是产生了气蚀现象，此时泵入口处的压强小于输送条件下的饱和蒸汽压。

改善办法： 理论上提高安装高度，可以采取提高液面上方压强，减少弯头、管件与阀件，或是将泵安装在液面下方。

23、列管式换热器什么情况下需要有温度补偿装置？常用的热补偿装置有哪几种？

答：当壳体和管壁之间的温差在50℃以上时，由于两者热膨胀程度不同，产生温差应力，因此，要考虑温度补偿问题。

有三种形式温度补偿：补偿圈补偿；浮头补偿；U型管补偿。

三、计算题

1、密度为1200kg/m3，粘度为1.7mpa.s的盐水，在内径为75mm的钢管中的流量为25m3/h。最初液面与最终液面的高度差为24m，管道的直管长为112m，管上有2个全开的截止阀和5个90°标准弯头，其当量长度为200m，摩擦系数为0.03。求泵所需的实际功率, 设泵的效率η=50%。

解：在碱液面1-1与塔内液面2-2间列柏努利方程，并以碱液面为基准面 ：

u1≈0 u2≈0 p1=0(表压) p2=0(表压) z1=0 z2=24

Hf=【λ（l＋le）/d+∑ζ】u/2g

u=4qv/πd2=4×25/3.14×0.0752×3600=1.57m/s

进口ξ1=0.5 ,出口ξ2=1，λ=0.02

Hf=[0.03×(200+112)/0.075+1.5]×1.572/2×9.81=15.87m

He=Z2－Z1＋Hf=24＋15.87=39.87m

泵所提供的外加压头为39.87 m。若泵的效率为70%，则轴功率为：

P=Pe/η=qvHeρg/η=25×39.87×1200×9.81/3600×0.5=6519W

2、用一台离心泵将密度为1100 kg/m3的水溶液从敞口贮槽中送往表压强为300kPa的塔中，溶液管出口至贮槽液面间的垂直距离为20m，送液量为30m3/h，管路为Ф2

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68×4mm钢管，直管长度及局部阻力当量长度总计为140m，管路的摩擦系数λ为0.022，离心泵的效率为60％，求泵的轴功率。

解：在贮槽液面1-1与管出口外侧2-2间列柏努利方程，并以1-1为基准面 ：

u1≈0 u2≈0 p1=0(表压) p2=300kPa(表压) z1=0 z2=20

Hf=【λ（l＋le）/d+∑ζ】u2/2g

u=4qv/πd=4×30/3.14×0.06×3600=3.0m/s

Hf=[0.022×140/0.06]×3.02/2×9.8=23.6m

He=Z2－Z1＋Hf=20＋23.6=43.6m

泵所提供的外加压头为43.6 m。若泵的效率为60%，则轴功率为：

P=Pe/η=qvHeρg/η=30×43.6×1100×9.8/3600×0.6=6528W

3、某离心泵的额定流量为16.8m3/h，扬程为18m。试问此泵能否将密度为1100kg/m3、流量为250L/min的碱液自敞口碱池输送到表压为30kPa塔内？碱液面到塔液面间的垂直距离为10m，管路为Ф75×3.5mm钢管，泵的吸入管路和压出管路总长为120m(均包括局部阻力的当量长度)，管路的摩擦系数λ为0.03。 分析：能否完成输送任务，在此比较流量与压头大小就行。

流量Qe=250L/min=15m/h＜16.8 m/h(1分)

在碱液面1-1和塔液面2-2间列柏努利方程：

3322

u=4qv/πd2=4×15/3.14×0.0682×3600=1.15m/s

Hf=λ(l+le)u/2dg=0.03×120×1.15/2×9.81×0.068=3.57m

Z2-Z1=10，u1≈0, u2≈0, p2-p1=30kPa

He=10＋0＋30×1000/1100×9.81＋3.57=16.3m＜18m

故该泵能够完成输送任务。

4、将密度为1200kg/m3的碱液自碱池用离心泵打入塔内。碱液面到塔液面间的垂直距离为10m，塔内压力表读数为60kPa。管路为Ф68×4mm钢管，流量为30 m3/ h，泵的吸入管路和压出管路总长为120m (均包括局部阻力的当量长度)。管路的摩擦系数λ为0.02，若泵的效率为70%，试求泵的轴功率。

解：在碱液面1-1与塔液面2-2间列柏努利方程 ： 22

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Hf=【λ（l＋le）/d+∑ζ】u2/2g

u=4qv/πd=4×30/3.14×0.06×3600=2.95m/s

Hf=0.02×120×2.95/0.06×2×9.81=17.74m

He=Z2－Z1＋(p2－p1)/ ρg＋Hf

=10＋60×1000/1200×9.81＋17.74=32.84m

泵所提供的外加压头为32.84 m。

若泵的效率为70%，则轴功率为：

Pa=P/η=qmHeρg/η=30×32.84×1200×9.81/3600×0.7=4602W

5、（18分）欲用离心泵将20℃水以30m3/h的流量由水池打到敝口高位槽，两液面均保持不变，液面高差为18m，泵的吸入口在水池液面上方4.5m处。泵的吸入管路全部阻力为1mH2O柱，压出管路全部阻力为3mH2O柱，泵的效率为0.6，求泵的

轴功率。若已知泵的允许汽蚀余量为2.5m，问上述安装高度是否合适？（动压头可忽略）。水的密度可取1000kg/m，饱和蒸汽压为2.335kPa。

分析：水池液面为1-1， 高位槽液面为2-2，并以1-1为基准面

根据柏氏方程

Z1＋P1/ρｇ＋u1/2ｇ＋He ＝Z2＋P2/ρｇ＋u2/2ｇ＋∑Hf

u1≈0 u2≈0 p1=0(表压) p2=0(表压) z1=0 z2=18

H＝ΔZ＋∑H f( 1 – 2)＝18＋1＋3＝22m

∴P轴＝qvHρ/（102η）

＝(30/3600)×22×1000/(102×0.6)＝3kw

Hg=(p0-pv)/gρ --△h—Hf,0-1

=(101.3－2.335)×1000/1000×9.81－2.5－1.0 =6.59m

为防止发生气蚀现象，实际安装高度比理论值低1m，即为5.69m，而泵实际安装在液面上4.5m处，故泵能够正常操作。

6、用一台离心泵将密度为1100 kg/m3的水溶液从敞口贮槽中送往表压强为300kPa的塔中，塔液面至贮槽液面间的垂直距离为20m，送液量为30m3/h，管路为Ф68×4mm钢管，直管长度80m，弯头阀门等管件的当量长度总计为60m，管路的摩擦系数λ为0.022，离心泵的效率为60％，求泵的轴功率。

分析：贮槽液面为1-1， 塔液面为2-2，并以1-1为基准面。根据柏氏方程

gZ1 + (1/2)u12 + P1/ρ +W= gZ2 + (1/2)u22 + P2/ρ + ∑hf

u1≈0 u2≈0 p1=0(表压) p2=300(表压) z1=0 z2=20 ∑hf=∑hf1+∑hf2

223222

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∑hf1=λlu2/2d

∑hf2=(λle/d+∑ξ)u2/2

u=4qv/πd2=4×30/3600×3.14×0.062=2.95m/s

进口ξ1=0.5 ,出口ξ2=1，λ=0.022

∑hf=(0.022×140/0.06＋0.5+1.0)×2.952/2=229.9J/kg W=gz2＋P2/ρ＋∑hf=9.81×20＋300×1000/1100＋229.9=698.8J/kg

P=Wqvρ/η= 698.8×30×1100/3600×0.6=10676.1J/s

37、(18分) 用一离心泵以40m/h的流量将20℃的水从开口贮槽送到某开口容器，

贮槽和容器的水位恒定，液面高度差为30m。管道均为φ80×2.5mm的无缝钢管，吸入管长为20m，排出管长为100m(均包括局部阻力的当量长度)，摩擦系数为0.02。泵前后两测压口的垂直距离为0.5m，泵安装在液面上方4.5m处，允许汽蚀余量为

2.5m。20℃水的密度为1000kg/m3，饱和蒸汽压为2.335kPa。试求：①泵的效率为70%，水泵的轴功率；②泵能否正常操作？

解：(1)在开口贮槽液面1-1与开口容器液面2-2间列柏努利方程

Hf=【λ（l＋le）/d+∑ζ】u2/2g λ=0.02

u=4qv/πd= 40×4/(3.14×0.075×3600)=2.516m/s

Hf= 0.02×120×2.5162/0.075×2×9.81=10.32m

He=Z2－Z1＋(p2－p1)/ ρg＋Hf=30＋0＋0＋10.32=40.32m

P=qvHρg/η=40×40.32×1000×9.81/3600×0.7 =6278W

泵实际安装在液面上4.5m处，贮槽液面0-0与泵入口处1-1间允许安装高度为：Hg=(p0-pv)/gρ --△h—hf,0-1

Hf，0-1==0.02×20×2.5162/0.075×2×9.81=1.72m

Hg =(101.3－2.335)×1000/1000×9.81－2.5－1.72 =5.87m

为防止发生气蚀现象，实际安装高度比理论值低1m，即为4.87m，故泵能够正常操作。

8、（18分）图示吸液装置中，吸入管尺寸为 32mm 2.5mm，管的下端位于水

8u222

面下2m，并装有底阀及拦污网，该处的局部压头损失为2g 。若截面2-2 处

化工原理章复习题~期末考试前的复习资料!!

1u2

的真空度为39.2kPa，由1-1 截面至2-2 截面的压头损失为22g 。求：（1）吸入管中水的流量，m h3 1;（2）吸入口1-1 处的表压。

解：以水面0-0为基准面，在0-0与1-1 截面间列伯努利方程：

Z0g P0u022 Z1g P1 u1

22 hf

u12 Z0 0,P0 0（表压），u0 0，Z1 2m， hf 8

代入上式得：

0 2 9.8

P1P1222g， u122 8u12g

19.62 9u1

2 ……①

在1-1 截面与2-2 截面间列伯努利方程：

Z1g P1

2 u122 Z2g P2 u222 hf1 2， （表压），Z1 2m，u1 u2，Z2 3m，P2 39.2kPa

hf1 2 1u122g，

代入上式得：

P1

5 9.8 39.2 10

10003 u1

42 ……②

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由①与②解得：

u1 1.43m s 1，

2 2qV Au1 4du1 4 32 2.5 2 10 4 1.43 3600 4.95m h3 1；

由①式可以解得：

P1 1.04 104Pa(表压)。

9、用离心泵把水从贮槽送至附图所示，表压为1kgf.cm-2的水洗塔中，贮槽液面恒定，其上方为大气压。在某输送量下，泵对每kg水作的功为317.7J/kg，管内的摩擦系数为0.018。泵的吸入管路和压出管路总长分别为10m及100m（包括直管长及所有局部阻力当量长度）,管子采用Φ108×4mm的钢管。若在泵的出口处装一压力表，而测压处与泵入口处之间的位差和摩擦阻力均可忽略不计，试求压力表的

2

读数为多少kN/m

解：定贮槽液面为1-1，管出口外侧为2-2，液面为基准面。列柏式：

Z1g+P1/ρ+u12/2+we= Z2g+P2/ρ+u22/2+∑Wf

222而∑Wf =λ(L+Le) u/(2d)=0.018×(10+100) u/(2×0.1)=9.9 u

∴ 0+0+0+317.7=20×9.807+98100/1000+0+9.9 u22

∴u2 =1.5m/s

再在测压口3-3与2-2间列柏式：

Z3g+P3/ρ+u32/2= Z2g+P2/ρ+u22/2+∑Wf 

而 ∑Wf =λL u2/（2d)=0.018×100×1.52/ (2×0.1) =20.25J/kg

∴ 0+P3/1000+1.5/2=18×9.807+98100/1000+0+20.25

∴ P3=296.1×103N/m2=296.1 N/m2（表压）

10、用离心泵将水从储槽送至水洗塔的顶部，槽位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为 76×2.5 mm。在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66×103 pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按

2 Wf 2u与 Wf2 10u计算。由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的122

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流速m/s。排水管与喷头处的压强为98.07×10 pa（表压）。求泵的有效功率。（水的密度取为1000 kg/m3）

解：已知d＝0.071 m，p1 =-24.66×103 pa

在水面与真空表间列柏努利方程：

gz1 p13 u12

2 We gz2 p2 u2

22 Wf1;

3因为：u1 0,u2 u,p1 0,p2 24.66 10pa,z1 0,

z2 1.5m,Wf1 2u,We 0;

0 0 0 0 1.5 9.81 24.66 10/1000

u 2.0m/s;32u22 2u2

在水面与喷头间列柏努利方程：

gz1 p1 u12 2 We gz3 p3 u3

22 Wf1 Wf2

3因为：u1 0,u3 u,p1 0,p3 98.07 10pa,z1 0,z2 14m,

Wf1 Wf2 12u 47.7J/Kg,

We 14 9.81 98.07 10/1000

232 222 47.7 285.1J/Kg,ms 0.785 0.071 2 1000 7.9Kg/s

Ne We ms 2252.3W 2.25KW

11、（15分）在逆流换热器内，用20℃的水(比热容4.2kJ/(kg·K))将流量为4500kg/h的液体由80℃冷却30℃，其比热容为1.9kJ/(kg·K)，液体走壳程，对流传热膜系数为1700W/(m2·K)；已知换热器由直径为Ф25×2.5mm的钢管组成，钢管的导热系数λ=45 W/(m·K)；管程走水，对流传热膜系数为850 W/(m·K)，若水的出口温度不超过50℃。假设污垢热阻、热损失可忽略，试计算：(1)水的用量；(2)传热面积。 解：(1)水用量：qmrCPr(t2-t1)= qmlCPl(t2-t1)

4500×1.9×(80－30)= qml×4.2×(50－20) qml=3393kg/h

(2)传热面积A－－传热基本方程Q=KA △tm

①求传热速率（热负荷）：热损失不计，则

Q=Qr=qmrCPr(t2-t1)= 4500×1.9×(80－30)/3600=118.75kW

②求平均推动力△tm=〖(T－t2)－(T－t1)〗/ln(T－t2)/ (T－t1)

= (80－50)－(30－20)/In(30/10)=18.2K

③传热系数

21Ko do idi bdo dm 1 o 25850 20 2.5 10 3 2545 22.5 11700

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Ko=471.6 W/(m2·K)

④ 求传热面积A=118.75×1000/471.6×18.2=13.8m2

12、在单管程单壳程列管换热器中，用120℃的饱和水蒸汽加热管内的有机液体。管内液体总流量为15000kg/h，温度由20℃升至50℃，其比热容为

1.76kJ/(kg·℃)。测得有机液的对流传热系数为790W/(m·℃)，蒸汽冷凝传热系数为1×104 W/(m2·℃)，换热管的直径为Ф25×2.5mm。忽略管壁热阻、污垢热阻及热损失，试计算传热面积。

解：传热面积A－－传热基本方程Q=KA △tm

①求传热速率（热负荷）Q=QL=qmLCPl(t2-t1)= 15000×1.76×(50－20)/3600=220kW②求平均推动力△tm=〖(T－t2)－(T－t1)〗/ln(T－t2)/ (T－t1)

= (120－20)－(120－50)/In100/70=84.1K

③求传热系数

1/Ko=do/αi di +Ri＋ bdo/ λ dm +Ro＋ 1/αo

1/Ko=25/20×790＋1/10000

1/Ko=0.00168 Ko=595 W/(m2·K)

④ 求传热面积Ao=220×1000/595×84.1=4.39m

13、（10分）某列管式加热器由多根Ф25×2.5mm的钢管组成。将苯由20℃加热到50℃，苯在管内流动，其流量为15m/h，苯的比热为1.76kJ/(kg·K)，密度为858kg/m3。加热剂为130℃的饱和水蒸汽，在管外冷凝。已知加热器以外表面积为基准的总传热系数为700W/(m2·K)。试求换热器面积。

解：求A－－传热基本方程Q=KA △tm

（1）求传热速率（热负荷）Q=QL= qmLCPl(t2-t1)

= 15×858×1.76×(50－20)/3600=188.76kW

（2）求平均推动力△tm=〖(T1－t2)－(T2－t1)〗/ln(T1－t2)/ (T2－t1)

= (130－20)－(130－50)/In110/80=94.2K

（3）已知传热系数Ko=700W/(m2·℃)

（4）求传热面积Ao=188.76×1000/700×94.2=2.86m 2

14、某列管式加热器由18根长3米Ф25×2.5mm的钢管组成。将苯由20℃加热到60℃，苯在管内流动，其流量为16m3/h，苯的比热为1.76kJ/(kg·K)，密度为858kg/m3。加热剂为120℃的饱和水蒸汽，在管外冷凝。已知苯在管内的对流传热膜系数为

22900W/(m·K)，水蒸汽的对流传热膜系数为13000 W/(m·K)。试校核该换热器能否使用？

解：求A－－传热基本方程Q=KA △tm

①、求传热速率（热负荷）Q=QL= qmLCPl(t2-t1)

322

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= 16×858×1.76×(60－20)/3600=268.46kW

②、求平均推动力△tm=〖(T1－t2)－(T2－t1)〗/ln(T1－t2)/ (T2－t1)

= (120－20)－(120－60)/In100/60=78.3K(或80K) ③、已知蒸汽的膜系数远大于苯的膜系数，所以Ko≈900W/(m2·K)

④、求传热面积Ao=268.46×1000/900×78.3=3.81m2 (3.82m2)

⑤、校核：换热器的面积为AO*= nπdOL=18×3.14×0.025×3=4.24 m

故该换热器能满足要求 2

15、在逆流换热器内，用20℃的水将流量为4500kg/h的液体由80℃冷却30℃，其比热容为1.9kJ/(kg·K)，液体走壳程，对流传热系数为1700W/(m2·K)；已知换热器由直径为Ф25×2.5mm的钢管组成，钢管的导热系数λ=45 W/(m·K)；管程走水，对流传热系数为850 W/(m·K)，若水的出口温度不超过50℃。假设污垢热阻、热损失可忽略，试计算传热面积。

解：传热面积A－－传热基本方程Q=KA △tm

①求传热速率（热负荷）：热损失不计，则

Q=Qr=qmrCPr(t2-t1)= 4500×1.9×(80－30)/3600=118.75kW

②求平均推动力△tm=〖(T－t2)－(T－t1)〗/ln(T－t2)/ (T－t1)

= (80－50)－(30－20)/In(30/10)=18.2K

③传热系数 3

1Ko do2 idi bdo dm 1 o 25850 20 2.5 10 2545 22.5 11700

Ko=471.6 W/(m2·K)

2 ④ 求传热面积A=118.75×1000/471.6×18.2=13.8m

16、有一列管换热器由Ф25×2.5mm的120 根钢管组成。110℃的饱和水蒸气在壳方冷凝以加热在管内作湍流流动的某液体，且冷凝水在饱和温度下排出。已知液体平均比热为4.187 kJ/kg·K，由15℃加热到90℃。管内对流传热系数为ai=800W/m2·K，蒸气冷凝的对流传热系数ao=1.1×104W/m2·K，忽略污垢热阻、壁阻和热损失，每小时收集冷凝水2100kg，在饱和温度下蒸气冷凝潜热R=2232kJ/kg，试求传热面积。

解：求A－－传热基本方程Q=KA △tm

① 求传热速率（热负荷）Q=Qr= GrR= 2100×2232/3600=1302kw

② 求平均推动力△tm=〖(T1－t2)－(T2－t1)〗/ln(T1－t2)/ (T2－t1)

= (110－15)－(110－90)/In95/20=48.1K

③ 求传热系数

1/Ko=do/αi di＋1/αo 1/Ko=25/20×800＋1/11000

1/Ko=0.00165 Ko=606 或1/Ko=1 /αi＋1/αo

④ 求传热面积Ao=1302×1000/606×48.1=44.7m

2