化工原理试卷、习题及答案(2)

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成正比。

A. 流速的一次方； B. 流速的平方； C. 流速的三次方； D. 流速的五次方。

17. 在蒸汽—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中在工程上最有效的是 。 A. 提高空气流速 B. 提高蒸汽流速 C. 采用过热蒸汽以提高蒸汽流速 D. 在蒸汽一侧管壁上装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液

18. 在设计固定管板式列管换热器时，危险性大（有毒、易燃易爆、强腐蚀性等）的流体应走 。

A. 壳程； B. 管程； C. 壳程和管程均可 三、判断题

1．液体的黏度随温度升高而减小，气体的黏度则随温度升高而增大。（ ） 2. 流体作滞流流动时，摩擦系数与管壁粗糙度与雷诺数有关。（ ） 3. 转子流量计的刻度与被测流体的密度无关。（ ）

4. 离心泵的压头又称扬程，它是指离心泵对单位质量的液体所能提供的有效能量。（ ） 5. 离心泵的轴功率随液体密度而改变。（ ）

6. 一般情况下，离心沉降设备的分离效果比重力沉降设备的分离效果好。（ ） 7. 板框压滤机的洗涤速率大致等于过滤终了时的过滤速率。（ ） 8. 凡稳定的圆筒壁传热，热通量为常数。（ ）

9. 换热器的总传热系数主要决定于流体的特性、传热过程的操作条件及换热器的类型。

（ ）

10. 多效蒸发虽然提高了加热蒸汽的利用率，但降低了生产强度，二者是相互矛盾的。（ ） 四、名词解释题 1. 牛顿粘性定律 2. 质量流速 3. 汽蚀余量 4．过滤速率 5. 傅立叶定律 6. 蒸发强度 三、分析题

1．一定流量的20℃常压含尘气体在进入反应器之前需要尽可能除尽尘粒并升温至400℃。

答案参见我的新浪博客：http://blog.sina.com.cn/s/blog_3fb788630100muda.html

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可能的工艺安排为：

（1） 先除尘后升温； （2）先升温后除尘； 试分析那种安排更合理？

2．通过三层平壁稳定热传导中，若测得各面的温度t1、t2、t3和t4分别为500℃、400℃、200℃和100℃，试分析各平壁层热阻之比，假定各层壁面间接触良好。 3．如何强化换热器中传热过程。

4. 过滤的基本方程式为： d V A 2 ? p 1 ? s ，试根据该式分析强化过滤操作的途径。

d???r?v(V?Ve) 5. 某套管传热实验装置，传热管为薄壁紫铜管，现采用Ts=120 ℃的饱和水蒸气冷凝来加热管内呈湍流流动的空气，空气的进出口温度为t1=25.0 ℃和t2=55.0 ℃。有三位实验者测得的传热铜管的平均壁温tw分别为119.0 ℃、98.0 ℃、50.0 ℃。（忽略管壁热阻、可能的污垢热阻及物性参数随温度的变化）

（1）试计算说明三位实验者测得平均壁温的合理性；

（2）若增大空气流量，其他操作条件不变，试分析：空气出口温度应如何变化；传热管平均壁温应如何变化。

本题参考资料：气体强制对流传热系数的大致范围：20 ~ 100 W/(m2·℃)； 水蒸气冷凝传热膜系数的大致范围：5000 ~ 15000 W/(m2·℃)。

四、计算题

1. 用离心泵将水以12m3/h的流量由水池打到敞开的高位槽，两液面保持不变，液面高差为20m，管路总长度（包括所有当量长度）为100m，管路摩擦系数为0.025，管子内径为0.05m，水的密度为1000kg/m，泵的效率为80%。

（1） 计算泵的有用功； （2） 计算泵的轴功率；

（3） 分析如将泵的转速提高8%，则泵

的流量Q、压头H、以及功率N将如何变化？

2. 恒压下用板框压滤机过滤某悬浮液，已知正常生产时过滤面积为2.6m2 ，2小时后得滤液100 m3 。由于某种原因生产进度临时发生变化，要求2小时完成200 m3滤液的生产，请计算说明可以采取那些措施在2小时完成临时生产任务。（假设滤饼不可压缩，且过滤介质阻力忽略不计）。

答案参见我的新浪博客：http://blog.sina.com.cn/s/blog_3fb788630100muda.html

水池3

高位槽18m压强表20m真空表第 8 页 共 9 页

3. 某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm，其导热系数分别为0.9W/（m·℃）及0.7W/（m·℃）。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、导热系数为0.06W/（m·℃）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃，外表面温度为90℃。设两层砖的导热系数不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？

4. 某单程列管式换热器，其换热管为?25?2 mm的不锈钢管，管长为3 m，管数为32根。在该换热器中，用25℃的水将壳程的110℃的某有机蒸汽冷凝成同温度的液体，该有机蒸汽的冷凝传热系数为8.2?103 W/(m2·℃)。水的流量为15000 kg/h，平均比热容为4.18 kJ/(kg·℃)；管壁与水的对流传热系数为1000 W/(m2·℃)；不锈钢的导热系数为17 W/(m·℃)。试求：

1．总传热系数Ko； 2．水的出口温度。

5. 恒压下用板框压滤机过滤某悬浮液，已知过滤面积为0.6m2 ，3小时后得滤液60 m3 ，若滤饼不可压缩，且过滤介质阻力忽略不计，试求：

1．若其他条件不变，过滤面积加倍，可得多少m3滤液？

2．若其他条件不变，过滤时间缩短至原来的1/4，可得多少m3滤液？

6. 质量流量为7200kg/h的常压空气，要求将其温度由20℃加热到80℃，选用108℃的饱和水蒸气作加热介质。若水蒸气的冷凝传热膜系数为1×104W/(m2·℃)，且已知空气在平均温度下的物性参数如下：比热容Cp=1kJ/(kg·℃)，导热系数λ＝2.85×102 W/(m2·℃)，粘度μ＝

－

－5

1.98×10

Pa·s，ρ＝ 1.20kg/m3，普兰特准数Pr = 0.7

现有一单程列管式换热器，装有φ25mm×2.5mm钢管200根，管长为2m，核算此换热器能否完成上述传热任务？

计算中可忽略污垢热阻，不计热损失。低粘流体圆管强制对流时传热系数关联式可参考：

?n? ＝ 0.023R0.8ePr

di7. 用轴功率为0.55 kW的离心泵，将敞口储槽中的液体输送至表压为90 kPa的密闭高位槽中。已知液体的流量为4 m3/h，密度为1200 kg/m3、粘度为0.96?10?3Pa·s ；输送管路的内径为32 mm，管路总长度为50 m（包括管件、阀门的当量长度）；两槽液位维持恒定的高度差15 m。试计算该离心泵的效率。（若为湍流，摩擦系数可按柏拉修斯经验公式??来计算）

8、恒压过滤某悬浮液，已知过滤5min得滤液1L，若又过滤5min后，试求：

1. 得到滤液量（L）； 2. 过滤速率（L/min）。 设：过滤介质阻力可忽略。

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0.3164Re0.25第 9 页 共 9 页

9. 在一传热面积为50m2的单程列管换热器中，用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流动。冷却水的流量为36000 kg/h，其温度由20℃升高到38℃。溶液温度由110℃降到60℃。若换热器清洗后．在两流体流量和进口温度不变的情况下，冷却水的出口温度升到45℃。试估算换热器在清洗前传热面两侧的总污垢热阻。假设：

(1)两种情况下，流体物性可视为不变。水的平均比热容可取为4．187 kJ/(kg·℃)； (2)可按平壁处理，两种工况下αi、αo分别相同； (3)忽略管壁热阻和换热器的热损失。

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