浙江大学考研化工原理91-99真题答案

1991年（共两大题、十一小题）

一、 计算题：

1.（10分）如图所示，水自水面为大气压的高位槽经总管道流入分支管道A和B,然后排入大气。管道的内径均为27mm管内摩擦系数可取为λ=0.04，支管A上的全部管件及阀门(全开)的当量长度∑leA=9.8m，支管B上的全部管件及阀门(全开)的当量长度∑leB=9m,总管的全部管件和入口的当量长度∑leO=1.1m,当支管A上的阀Av全开，而支管B上的阀Bv部分开启到某一定程度时，测得支管A

33

中的水流量为0.5m/h,试求此时支管B中的水流量为多少m/h。??

(排入大气，d=27mm,λ=0.04,∑LeA=9.8m,∑LeB=9m, ∑Leo=1.1m;当

3

A全开, B部分开启，VA=0.5m/h，求此时VＢ)

SOLU: doe= deA = deB=27mm, V0=VA+VB

2

∴u０=uB+uB, uA=4V/πd=4×0.5/(π×0.027×3600)m/s=0.243m/s

Eto′= Eta+ Wfoe+ WfeA= EtB+ Wfoe+ WfeB ∴ Eta+ WfeA= EtB+WfeB

2

16＋{λ(LeA+∑LeA)/ deA）}(uA/2g)= {λ(LeB+∑LeB′)/ deB）}(uB2/2g)

2

20={λ(Loe+∑Loe)/ doe）}(u0/2g)+16+{λ(LeA+∑LeA)/

2

deA）}(uA/2g)

得 20={0.04(16+50+1.1)/ 0.027）}(u02/2g) +16+{0.04(16+5+9.8)/ 0.027）}(0.2432/2g) u0=0.873m/s

∴ uＢ = u０－uＡ＝0.63m/s

∴ ＶＢ＝uＢAＢ＝0.063×πd2/4=1.298m3/h

即此时Ｂ支管流量为1.3m/h.

2.（15分）如图所示，用离心泵将敞口水池中的水送到反应塔内，

5

出水管口高出水池液面4m，塔顶压力表读数为1.17×10Pa，输送

3

管道为内径50mm的钢管，已知管路调节阀全开喷水量为30m/h时，

2

管路总阻力为2mH2O柱。若该离心泵的特性方程为H=20-0.00055Q，

33

式中：H为泵的扬程m,Q为泵的流量m/h,设水的密度为1000kg/m。?

3

问：(1)此泵单独使用能否完成0.5m/min的输送任务??

(2)写出调节阀全开时的管路特性方程，以L=f(Q)函数式表示。?

3

式中:L为管路所需功头m,Q为管路输送流量m/h。?

(3)若将这种泵两台并联使用于该管路,当管路调节阀全开时,喷水

3

量为多少m/h

53

(Ｈ=4m,P=1.17×10Pa,d=50mm,当Q=30m/h时，Ｈf总＝２mH2O,泵

233

H=20-0.00055Q(H-m,Q-m/h),ρ=1000kg/m，求：（１）泵单独用，

3

能否完成Q=0.5m/min的输送任务？（２）写出阀全开时，管路特征方程，Ｌ＝f(Q)（３）两台泵并联于管路，阀全开时，Q＝？

3

2

4m

第2题

2

SOLU: (1)泵单独用时，管路特征曲线L=A+BQ,A=ΔZ+Δp/ρg

52

∴ Ａ=(4+1.17×10/1000×9.8)m≈15.93m,L=15.93+ BQ

32

Q=30m/h, Ｈf总={∑λ(L+∑Le)/ d）}(u/2g)=2mH2O

5222

∴ Ｂ=8/∑[λ(L+∑Le)/ d] πg, Ｈf总= BQ,B=Ｈf总/Q

22

∴ 管路曲线 Ｌ=15.93+(Ｈf总/Q)′Q

2222

=15.93+(3/30)Q=15.93+0.00222Q=20-0.00055Q

333

解出 Q＝38.33m/h=0.639 m/min>0.5 m/min

3

∴ 单独用泵时，能完成Q＝0.5m/min的输送任务。

2

(２)调节阀全开时，由（１）知管路特性曲线Ｌ＝15.39+0.00222Q (3)两台泵并联于管路，泵的特性曲线

22

Ｈ=20-0.0055(2Q)=20-0.0022Q

23

=15.39+0.00222Q,解出Q＝30.345m/h

3

即两台并联于管路，阀门全开时，喷水量θ为30.345 m/h 3.（15分）有一台管壳间不加折流挡板的列管式换热器,较高压强的气体在管内与管壳间的水成逆流换热,可将流量Gkg/h的气体自80℃冷却到60℃,冷却水的温度自20℃升高到30℃,总传热系数

K=40w/m·K。现需将气体的出口温度降到50℃以下。有人建议将水的流量Wkg/h增加一倍,有人建议增加一台规格完全相同的换热器,假设无论采用并联或串联操作,每一台换热器的冷却水都是单独使用,而且流量W相同。水的初始温度均为20℃,传热温差均可用算术平均值计算。请以计算结果说明这些建议中那些是可行的。已知:流体作强制对流时的对流传热系数关联式为αl/λ=0.023(lu

0.80.42

ρ/μ)·(Cp·μ/λ)式中:α:对流传热系数w/m·k,?

22

水的对流热系数为几千w/m·k；气体的对流热系数为几十w/m·k。?

λ:流体的导热系数 w/m·k, μ:流体的流速 m/s,?

32

ρ:流体的密度 kg/m, μ:流体的粘度 N·S/m,? Cp:流体的比热 kJ/kg·k, l:定性尺寸 m [逆流换热，ms1=akg/h,T1=80℃,

2

T2=60℃,t1=20℃,t2=30℃,K=40W/m·K,要求T２小于50℃。则：（１）ms２加倍；（２）并联；（３）串联 问哪种方案可行？]

SOLU:原状态下，CR1=(mscp)1/(mscp)2=( t2-t1)/ (T1-T2)=0.5

2

NTU1=KA/(mscp)1=(T1-T2)/Δtm=0.446 ε=(T1-T2)/ (T1-t1)=1/3=0.333

(1) ms２加倍，а２′＝２0.8а２, а1不变，ＣR1′=ＣR1/2=0.25

Ｋ=а1/[1+(а1/а2)( d0/di)] (а1<<а2) ∴ Ｋ≈а1不变 NTU1=KA/( mscp)1不变

∴ ε１′＝{１－exp[NTU1(1-CR1′)]}/ { CR1′－exp[NTU1(1-CR1′)]}=0.345, T2′=59.3℃>50℃

(2) 并联 就某个换热器而言, CR1不变, NTU1′=2NTU1=0.892, ε１′=0.529, T2 =48.25℃ < 50℃ (3) 串联 将两个换热器看作一个整体，则

CR1′＝0.5CR1,NTU1′= KA′/( mscp)1=2NTU=0.892

ε１′＝{１－exp[NTU1′(1-CR1′)]}/ { CR1′－exp[NTU1′(1-CR1′)]}=0.56,

T2′=46.30℃<50℃

比较上述三个结论可知，方案二、三可行，但方案三更好。

4.（15分）一座装10m高填料的吸收塔，用清水吸收气体中某一组分A，在气液相中的平衡关系为y*=1.5x(y,x均为摩尔分率，以下同)在操作情况下测得A组分在塔顶，底气液中的组成数据如图中的a塔所示。现要求将排出气流中A组分降低到0.002kmol/kmol,为此再接一座装6m高填料的吸收塔b，其塔顶填料等结构尺寸均与a塔相同，用与a塔等流率的清水吸收，两塔的传质系数可认为相等。试求排出气体中A组分的y2b能否达到要求?

[ha=10m,y=1.5x,x2a=x2b=0,hb=6m, La=Lb, Kxa=Kxa,则y2b<0.02?( y1b=0.02 y2a=0.02 x1a=0.008)]

SOLU:L/G=(0.02-0.004)/0.008=2=(0.004-2y2b)/ x1b , 1/A=mG/L=0.75

ha=NOG,a,HOG,a , hb=NOG,b HOG,b , HOG,a=G/Kya=HOG,b=G/Kyb

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