大学科目《化工原理装备》期末考试试卷和答案.docx
化工原理（I）试样卷（选用于材料学院、生命学院、理学院、机电学院、信息学院的学生） 班级： 学号： 姓名： 郭错 成绩：100 一、填空（40分）每空一分.绝压为154kPa,温度为21°C的空气，其密度P= 1.827 kRnP。1.826PMp =解：（P7）当气体压力不太大，温度不太低时，理想气体状态方程收P一绝压，Pa ； M=29kg/mol1 .表压强与绝对压强的换算关系为：表压强=绝对压强一大气压强。解：（P7）真空度=大气压力-绝对压力.柏努利方程式中退/2的单位是J/kg ,它的物理意义是 单位质量（ke）流体具有 的动能；u2/2r的单位是 m（J/N）,其物理意义是单位重量（牛顿）流体具有的动能; P u2/2的单位是J/nP ,其物理意义是单位体积（n?）流体具有的动能。解：（P18）以单位质量流体为基准，单位重量（1N）流体为基准的两种伯努利方程各局部含义及单位j 2，压头损失(m)hf = 2 , f digj 2，压头损失(m)hf = 2 , f dig2 .流体在圆形直管内层流流动，假设管径不变，而流量增加一倍，那么能量损失变为原来的. 两倍；假设为完全湍流，那么能量损失变为原来的一四 倍。I 2解：（P30）范宁公式：能量损失（J/kg）hf =22 d 2j 2压力损失（Pa）=4£上（层流、湍流均适用） a 2q = d2u4（P31）层流，哈根.泊谡叶方程：也、=必坐； pa(P32-33)湍流，范宁公式一Wf 二丸,2, 2 = 1/(Re,-) dd完全湍流（阻力平方区），2-Re图：2只与一有关，与Re无关，也就是 d与u无关5流体在管内流动时，从总体上说，随着流速的增加，摩擦系数（减小）；而当流动进入阻力平方区时，随着流速的增加，摩擦系数（基本不变）。（P33） XRe图6 .采用量纲分析法的目的是 减少实验工作量和简化数据关联。（P31）.转子流量计的主要特点为恒压差，变 截面。（P53）还有孔板流量计的特点7 .当流体在管内流动时一,如要测取管截面上流体的速度分布，应选毕托管测量。（P47）皮托管9当离心泵高于被输送的流体所在贮槽液面安装时，那么启动前需要（灌泵），否那么会产生（气缚）现象；如果安装高度过高，那么有可能产生（气蚀及抽空）现象。（P55）气缚现象，（P64-65）气蚀现象：如何产生、产生原因、如何防止.离心泵的工作点是泵特性和 管路特性曲线的交点。用出口阀门调节流量的实质是 改变管路特性曲线O（P60-61）改变工作点的措施：改变管路特性曲线、改变泵特性曲线.传热的三种基本方式是：热传导 、对流传热、辐射传热。（P115）10 .多层壁定态热传导时，各层的温度降与各相应层的热阻 呈正比 。（P123）解:解:(P123)Z加，一总推动力3I/=1A_4A总热阻Q二t tu3 04b24A11 .在多层圆筒壁稳定热传导中，由内层向外层通过各等温面的传热速率（Q）相同、 热流密度（q=Q/A）减小。（P123） 解：联?2,由内层向外层，d增大'那么A增大，q减小.圆筒设备外包有热导率不同的两层保温材料，为增加保温效果，应将热导率小 的保温材料放在里层。（课后题34）12 .某套管换热器环隙内为饱和水蒸气冷凝加热管内 的空气，此时k值接近于 冷流体（管内）侧流体的a值，壁温接近 热流体（内管外） 侧 流体的温度。假设要提高k值。应设法提高冷流体（管 内）侧流体的湍动程度。（P144例题）二一十一（忽略污垢热阻和管壁热阻），空气。产水蒸气。 K ax a2.间壁两侧冷、热流体的温度分布如下图，那么对流传热系数a 1小于a 2 （P125-126）牛顿冷却定律：流体被加热时（冷流体）Q = a2A（tw-t）流体被冷却时（热流体）Q = a1A（T-Tw）两侧的传热速率相等，冷流体与壁温的温差小，热流体与壁温的温差大。因此，a1<a2.计算a的准数关联式中，Gr准数的物理意义是自然对流对对流传热系数的影响o （P127） Nu、Re、Pr的物理意义.两种灰体A和B,发射能力Ea>Eb，那么其黑度值£ a大于s bo E解：辐射传热（P156）：克希霍夫定律一旦）= ,£= A ；温度不变时，Eo是定值；Ea>Eb, 所以£ a> £ B.列管式换热器消除热应力的方式有：在外壳上安装（膨胀节）、采用（U型管）结 构和（浮头）结构。（P161）产生热应力的原因，造成的影响，消除热应力的方式二、（10 分）如下图，常温水槽下连有一水平输水管。水管规格为“57X3. 5mm,当阀门A全闭 时，压力表B读数为0. 3atm。而阀门开启至某一开度时，压力表B读数降为0. 2atm,设 由储槽面到压力表处总压头损失为0.5m,求在管内水的流量。（简单管路计算）解：（P7） latm = 1.013xlO5Pa = 160mmHg = 10.33mH2O/10mH2O表压下,Pl=0, P2=0.3atm/0.2atm当阀门关闭时，压力表测定的是水的静压头为0.3atm=3mH2。阀门开启后，B点处为 0.2atm, 0.3-0.2=0.latm的静压头转化成动压头和压头损失。常温下latm对应10 m水柱, 0.1 atm为1m水柱，扣除损失的0.5m,转化成的动压头为0.5m。取水槽中液面处为1-1'截面，B处为2-2,截面，在 两截面之间列伯努利方程:3 = 0 + + 2 + 0.5 2gu = 3A32m / s q=-xd2xu = -x0.052x3A32 = 6A5><10-3m3.s-=22A4.h-v 44三、（20分）如下图，用离心泵将常温水由水池送往一密闭高位槽中，与高位槽相连通的U型 压差计以水为指示液，压差计的读数为0.5相。两液面高度差为15根，所有管子规格2均为。54x2m/n,全部管路能量损失为20x。/陶（未包括管道进、出口能量损失），u为管内水的平均流速。如果管内水的流量为10加3 /丸，请计算：（1）管内水的平均流速并判断流动的类型；（2）离心泵所需的轴功率（泵的效率为0.6）（3）如果离心泵的入口处装有一个真空表，请分析管内水的流量增大时，真空表的 读数如何变化。（给出分析过程）（计算中取水的密度夕= 1000 Kg/根3,水的粘度io-3Pa.s）解：1u = % =-=1.415m/s3 d2 3600x(0.05) N = a x We = 173.6 x 10x1000 = 482.2J - s-1 =482.2W e 'n3600Re = % =。5 " xlO。= 7 ()7 * 心4。W N = Ne / 7 = 482.2 / 0.6 = 803.6W3真空表读数增加。,自液面至真空表处流动阻力增加，需更大的泵进出口压差才能克服管路阻力，因此需要更高的真空度才能将水送到高 位槽中。流体为湍流流动2(1)求暝:(单位质量流体为基准)Z|g +且+叱=z2g+ +上+ 2% 2 p2 pZ=0% =0 Pi =0 z2 = 15m=02 = 0.5m，进口 =05 J出口 =1g222 叫="+W： =%+*=(20 + 0.5 + 1已i 41s2因为流量增大时,=(15 + 0.5)x9.81 +(20 + 0.5 + l)x-= 173.6JkgT四、（10分）有一稳定导热的平壁炉墙,墙厚240mm,热导率居0.2W/m. K,假设炉墙外壁温度为45 ,在距外壁100mm处的温度为100。，试求炉内壁温度。解：（P123）多层平壁、多层圆筒壁热传导令炉内壁温度为tJC“1 b一看3t2=100100mmt3=45240mm-45 _ 100-45240100tx =177五、（20分）有一套管式换热器，内管尺寸为054x2加九，外管尺寸为。108x4/7?/%。内管中空气被加热，空气进口温度为20。，出口温度为401,空气流量为100场/人环隙中为140K为的饱和水蒸汽冷凝，冷凝的对流传热膜系数4 =1000（/加2.。，管壁热阻及两侧的污垢热阻均忽略不计，也不计热损失。又空气在定性温度下的物性为：Cp =.0Q5KJ /Kg-,p = 1.165Kg/mA = 0.Q26TW/m-,ju = lS.6xl0-6Pa-s ,140K4饱和水蒸汽温度4=109.2o求：1 .空气在管内的对流传热膜系数；2 .以内管外外表为基准的总传热系数；3 .完成上述生产任务所需套管的有效长度;解：1（P128）流体在圆形直管内作强制湍流(1) =-d54+x =45.28 W mK-149.13 50-d54+x =45.28 W mK-149.13 504100一1u = 12.14m-s719(P142)(P142)4C、n dup 0.05x12.14x1.165 o o “4 1八八八八 天八、山)云(2) Re=一-= 3.8xl04 >10000,充分?而流18.6X10-6=18.6xl()-6 pa s < 2mPa.sp必=。, 6PK16。的条件20.0267->60?d因此可用下式计算。0 = 0.0234(如严(2)。<d ju 2-023x3x0.0518.6X10-6)、0.8X(L005x103x18.6x10-60.40.0267。=49.13¥111-2氏1或4911¥111-2（Re和Pr单独计算出来，再代入式中）形管dA=dAi11411=ax a2 d2 10000(P145-146)A =d/,A与K的基准面有关Art''t? _ (Tf )()_ (109.2 20)(109.2 40)m ArIn空A/2T-tInT 0in I。""。109.2-40= 78.780 =心2、金2乂«2G =100x1.005x(40-20)L = 0.558kW=558W3600Q = KAAtm0.558 xl 03 = 45.28 x A x 78.78A = 7rld = 0.1565m2A7id0.15650.1565 八八。=0.92m
