化工原理_肖稳发_化工原理(一)模拟试题A及答案
（勤奋、求是、创新、奉献）
2007 ～2008 学年第一学期期末考试试卷
学院化工学院班级姓名__________ 学号___________
《化工原理（一）》课程试卷A
（本卷考试时间120 分钟）
题号一二三四五六七八九十总得分
题分20 20 8 8 10 18 16
得分
一、填空题（每空1分，共20分）
1、沉降槽是利用的作用进行悬浮液分离；旋风分离器是利用的作用从气流中
分离出尘粒的设备。
2、流体在圆形直管内作滞流流动时的速度分布是形曲线，中心最大速度为平均速度的
倍。
3、降尘室内，颗粒可被分离的必要条件是。
4、蒸汽在管套换热器中的环隙中冷凝以加热管内的空气，则总传热系数K值接近于的
对流传热系数；管壁的温度接近于的温度。
5、在饼层过滤中，真正发挥拦截作用的主要是而不是。
6、传热和过滤过程都可以归结为推动力/阻力的形式，那么传热过程的推动力为；过滤
过程的推动力为。
7、对于多层平壁的稳态热传导，通过各层的热传导速率，热通量。（填相等或
不相等）
8、离心泵安装在一定管路上，其工作点是指。
9、当进气口气速一定时，旋风分离器的直径越大，其分离因数越。
10、在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在，减少热阻的最有效措施
是。
11、两台旋风分离器串联时增倍，并联时增倍。
12、局部阻力的计算方法分为阻力系数法和。
二、选择题（每题2分，共20分）
1、往复泵适用于（）
（A）大流量且要求流量均匀的场合（B）介质腐蚀性强的场合
（C）流量较小，压头较高的场合（D）流量较大，压头较高的场合
2、关于传热系数K下述说法中错误的是（）
（A）传热过程中总传热系数K实际是个平均值；
（B）总传热系数K随着所取的传热面不同而异；
（C）总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关；
（D）要提高K值，应从降低最大热阻着手；
3、粒径分别为16μm和8μm的两种颗粒在同一旋风分离器中沉降，则两种颗粒的离心沉降速度之
比为( )（沉降在斯托克斯区）。
（A）2（B）4
（C）1（D）1/2
4、下列那一项不属于评价旋风分离器性能的主要指标（）。
（A）压强降（B）临界粒径
（C）阻力损失（D）分离效率
5、管内介质的流速u对管内传热膜系数α有何影响？（）
（A）u增大，α增大（B）u增大，α减小
（C）u减小，α增大（D）无影响
6、对流传热系数关联式中格拉晓夫准数是表示（）的准数。
（A）对流传热（B）流动状态
（C）物性影响（D）自然对流影响
7、揭示了物体辐射能力与吸效率之间关系的定律是（）定律。
（A）斯蒂芬-波尔兹曼（B）折射
（C）克希霍夫（D）普郎克
8、欲减小间壁两侧流体传热的总热阻，关键是提高对流传热系数（）的α值。
（A）较小一侧（B）较大一侧
（C）两侧（D）无法确定
9、换热器中的折流挡板是用来（）的湍动程度。
（A）增加管程流体（B）减小壳程流体
（C）减小管程流体（D）增加壳程流体10、下述说法中正确的是（）。
（A）离心沉降速度u
r 和重力沉降速度u
t
是恒定的；
（B）离心沉降速度u
r 和重力沉降速度u
t
不是恒定的；
（C）离心沉降速度u
r 不是恒定值，而重力沉降速度u
t
是恒定值；
（D）离心沉降速度u
r 是恒定值，而重力沉降速度u
t
不是恒定值
三、（8分）本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h
1
=0.7m、密度ρ1=800kg/m3，水层高度h2=0.6m、密度ρ2=1000kg/m3，大气压为101.3kPa。试求：
（1）A点压强，Pa；（3分）
（2）计算水在玻璃管内的高度h，m。（5分）
四、（8分）用1705mm mm φ?钢管输送水蒸气，为减少热损失，钢管外包扎两层绝热材料，第一层厚度
为30mm ，第二层厚度为50mm ，管壁及两层绝热材料的平均导热系数分别为45/()W m K ?、0.093/()W m K ?和0.175/()W m K ?，钢管内壁面温度为300℃，第二层保温层外表面温度为50℃。 试求：（1）单位管长的热损失量q ，2
/W m ；（4分）
（2）钢管外壁与第一层保温材料之间的温度，℃；（2分） （3）第一层保温材料与第二层保温材料之间的温度，℃。（2分）
五、（10分）一降尘室，长5m ，宽3m ，高4m ，内部用隔板分成20层，用来除去烟气中m μ75以上
的颗粒。已知烟气密度为0.63
/m kg ，粘度为30.0310Pa s -??，尘粒密度为43003
/m kg ， 试求： （1）沉降速率，m/s ；（7分）
（2）可处理的烟气量，3/m s 。（3分）
六、（18分）在套管换热器中用饱和水蒸汽加热苯液，苯在542mm φ?的钢管内流动。196kPa 的饱和水
蒸汽在环隙冷凝。已测出苯的进口温度为30℃，出口温度为60℃，流量为4000/kg h ，苯和水蒸气的对流传热系数分别为2500/W m k ?和4210/W m k ?，管内壁的污垢热阻为0.00042
/W m k ?，忽略管壁及管外污垢的热阻。
试求：（1）饱和水蒸气的消耗量，/kg h ；（5分）
（2）基于外表面的总传热系数o K ，2
/()W m K ?；（5分） （3）套管的长度，m ；（8分）
注：（1）操作条件下苯的比热为1.9/kJ kg k ?
（2）196kPa 时的蒸汽温度为120℃，汽化潜热为2204/kJ kg 。
七、（16分）料液自高位槽流入精馏塔，如附图所示。高位槽液面和大气相通，塔内压强为1.96×104Pa
（表压），输送管道为φ36×2mm的光滑管，管长8m。管路中装有90°标准弯头两个，180°回弯头一个，球心阀（全开）一个。料液以3m3/h的流量流入塔中。
J kg；（9分）
试求：（1）从高位槽到输液管出口内侧的能量损失，/
（2）高位槽安置高度（即位差Z应为多少米），m。（7分）
已知：料液在操作温度下的物性：密度ρ=861kg/m3；粘度μ=0.643×10－3Pa·s。
局部阻力系数
进口突然缩小（入管口）ζ=0.5
90°标准弯头ζ=0.75
180°回弯头ζ=1.5
球心阀(全开) ζ=6.4
（勤奋、求是、创新、奉献）
2007 ～2008 学年第一学期期末考试试卷
学院化工学院班级姓名__________ 学号___________
《化工原理》课程试卷A标准答案
（本卷考试时间120 分钟）
题号一二三四五六七八九十总得分
题分20 20 8 8 10 18 16
得分
一、填空题（每空1分，共20分）
1、沉降槽是利用重力的作用进行悬浮液分离；旋风分离器是利用惯性离心力的作用从气
流中分离出尘粒的设备。
2、流体在圆形直管内作滞流流动时的速度分布是抛物线形曲线，中心最大速度为平均速
度的 2 倍。
3、降尘室内，颗粒可被分离的必要条件是气体的停留时间θ≥沉降时间θt。
4、蒸汽在管套换热器中的环隙中冷凝以加热管内的空气，则总传热系数K值接近于空气的对
流传热系数；管壁的温度接近于蒸汽的温度。
5、在饼层过滤中，真正发挥拦截作用的主要是滤饼层而不是过滤介质。
6、传热和过滤过程都可以归结为推动力/阻力的形式，那么传热过程的推动力为两端温差；过滤
过程的推动力为两端压差。
7、对于多层平壁的稳态热传导，通过各层的热传导速率相等，热通量相等。（填相
等或不相等）
8、离心泵安装在一定管路上，其工作点是指泵的特性曲线和管路曲线的交点。
9、当进气口气速一定时，旋风分离器的直径越大，其分离因数越小。
10、在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在滞离层内（或热边界层内），减少热阻
的最有效措施是提高流体湍动程度。
11、两台旋风分离器串联时压降增倍，并联时流量增倍。
12、局部阻力的计算方法分为阻力系数法和当量长度法。
二、选择题（每题2分，共20分）
1、往复泵适用于（ C ）
（A）大流量且要求流量均匀的场合（B）介质腐蚀性强的场合
（C）流量较小，压头较高的场合（D）流量较大，压头较高的场合
2、关于传热系数K下述说法中错误的是（ C ）
（A）传热过程中总传热系数K实际是个平均值；
（B）总传热系数K随着所取的传热面不同而异；
（C）总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关；
（D）要提高K值，应从降低最大热阻着手；
3、粒径分别为16μm和8μm的两种颗粒在同一旋风分离器中沉降，则两种颗粒的离心沉降速度之
比为( B )（沉降在斯托克斯区）。
（A）2（B）4
（C）1（D）1/2
4、下列那一项不属于评价旋风分离器性能的主要指标（ C ）。
（A）压强降（B）临界粒径
（C）阻力损失（D）分离效率
5、管内介质的流速u对管内传热膜系数α有何影响？（ A ）
（A）u增大，α增大（B）u增大，α减小
（C）u减小，α增大（D）无影响
6、对流传热系数关联式中格拉晓夫准数是表示（ D ）的准数。
（A）对流传热（B）流动状态
（C）物性影响（D）自然对流影响
7、揭示了物体辐射能力与吸效率之间关系的定律是（ C ）。
（A）斯蒂芬-波尔兹曼定律；（B）折射
（C）克希霍夫（D）普郎克
8、欲减小间壁两侧流体传热的总热阻，关键是提高对流传热系数（ A ）的α值。
（A）较小一侧（B）较大一侧
（C）两侧（D）无法确定
9、换热器中的折流挡板是用来（ D ）的湍动程度。
（A）增加管程流体（B）减小壳程流体
（C）减小管程流体（D）增加壳程流体
10、下述说法中正确的是（ C ）。
（A）离心沉降速度u
r 和重力沉降速度u
t
是恒定的；
（B）离心沉降速度u
r 和重力沉降速度u
t
不是恒定的；
（C）离心沉降速度u
r 不是恒定值，而重力沉降速度u
t
是恒定值；
（D）离心沉降速度u
r 是恒定值，而重力沉降速度u
t
不是恒定值
三、（8分）本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h
1
=0.7m、密度ρ1=800kg/m3，水层高度h2=0.6m、密度ρ2=1000kg/m3，大气压为101.3kPa。
（1）A点压强，Pa；（3分）
（2）计算水在玻璃管内的高度h，m。（5分）
解：（1）p A=p a+ρ1gh1+ρ2gh2 （1分）
＝101.3×103＋800×9.81×0.7＋1000×9.81×0.6＝112679.6 Pa （2分）（2）计算玻璃管内水的高度h
p A=p'A，而p A=p'A都可以用流体静力学基本方程式计算，即
p A=p a+ρ1gh1+ρ2gh2
p A'=p a+ρ2gh （1分）
于是p a+ρ1gh1+ρ2gh2=p a+ρ2gh （1分）
简化上式并将已知值代入，得
800×0.7+1000×0.6=1000h （2分）
解得 h =1.16m （1分）
四、（8分）用1705mm mm φ?钢管输送水蒸气，为减少热损失，钢管外包扎两层绝热材料，第一层厚度
为30mm ，第二层厚度为50mm ，管壁及两层绝热材料的平均导热系数分别为45/()W m K ?、0.093/()W m K ?和0.175/()W m K ?，钢管内壁面温度为300℃，第二层保温层外表面温度为50℃。 试求：（1）单位管长的热损失量q ，2/W m ；（4分）
（2）钢管外壁与第一层保温材料之间的温度，℃；（2分） （3）第一层保温材料与第二层保温材料之间的温度，℃。（2分） 解：（1）14324
112233
2()111ln ln ln L t t Q
q r r r L r r r πλλλ-=
=
++ （1分） 其中180r mm =，285r mm =，3115r mm =，4165r mm = （1分）
22(30050)
296/185********ln ln ln 45800.093850.175115
L q W m π-=
=++ （2分）
（2）21
21185
ln
296ln
803003002245
L r q r t t πλπ=-
=-
≈?℃ （2分） （3）32
322
115
ln
296ln
853********.093
L r q r t t πλπ=-=-
≈?℃ （2分）
五、（10分）一降尘室，长5m ，宽3m ，高4m ，内部用隔板分成20层，用来除去烟气中m μ75以上
的颗粒。已知烟气密度为0.63/m kg ，粘度为30.0310Pa s -??，尘粒密度为43003
/m kg ，试求（1）沉降速率，m/s ；（7分）
（2）可处理的烟气量，3
/m s 。（3分） 解：（1） m d 6
1075-?= 3/4300m kg s =ρ
3/6.0m kg =ρ s Pa ??=-3
1003.0μ （1分）
设沉降区为层流，则
2()18s t d g
u ρρμ
-= （2分）
623
(7510)(43000.6)9.810.44/180.0310m s --?-?==?? （2分）
验算 63
75100.440.6Re 0.6610.0310
t t du ρ
μ
--???=
==
s m A nu V t S /1323544.0203=???== （3分）
六、（18分）在套管换热器中用饱和水蒸汽加热苯液，苯在542mm φ?的钢管内流动。196kPa 的饱和水
蒸汽在环隙冷凝。已测出苯的进口温度为30℃，出口温度为60℃，流量为4000/kg h ，苯和水蒸气的对流传热系数分别为2500/W m k ?和4210/W m k ?，管内壁的污垢热阻为0.00042/W m k ?，忽略管壁及管外污垢的热阻。
试求：（1）饱和水蒸气的消耗量，/kg h ；（5分）
（2）基于外表面的总传热系数o K ，2
/()W m K ?；（5分） （3）套管的长度，m ；（8分）
注：（1）操作条件下苯的比热为1.9/kJ kg k ?
（2）196kPa 时的蒸汽温度为120℃，汽化潜热为2204/kJ kg 。 解：（1）饱和水蒸汽消耗量
122214000 1.9(6030)
()63.33/3600
p Q w r w C t t kW S ?-==-=
= （3分）
163.333600103.4/2204
Q w kg h r ∴=
=?= （2分） (2) 基于内表面的总传热系数o K
442111154541410500505010o o si o i i d d R K d d αα-?=++=+??+? （3分） 2371.5/o K W m ?=?℃（以内表面计） （2分）
（2）套管长度L ：
o o m Q K S t =? （1分）
2112
6030
74.012030
ln ln
12060m t t t T t T t --?=
==----℃ （3分）
3
263.3310
2.30371.574
o o m Q S m K t ?===?? （2分）
o o S d L π= 2.30
13.563.140.054
o o S L m d π=
==? （2分）
七、（16分）料液自高位槽流入精馏塔，如附图所示。高位槽液面和大气相通，塔内压强为1.96×104Pa
（表压），输送管道为φ36×2mm 的光滑管，管长8m 。管路中装有90°标准弯头两个，180°回弯头一个，球心阀（全开）一个。料液以3m 3/h 的流量流入塔中。
求：（1）从高位槽到输液管出口内侧的能量损失，/J kg ；（9分） （2）高位槽安置高度（即位差Z 应为多少米），m 。（7分）
已知：料液在操作温度下的物性：密度ρ=861kg/m 3；粘度μ=0.643×10－
3Pa ·s 。 局部阻力系数
进口突然缩小（入管口） ζ=0.5 90°标准弯头 ζ=0.75 180°回弯头 ζ=1.5 球心阀(全开) ζ=6.4
解：（1） ()m/s 04.1032.0785.036003
4
2
22===d V u s π （2分） 阻力损失
2
2
u d l h f ??? ??+=ζλ∑ （1分）
()湍流4
3
10
4641064308610410320?=???==-....du Re μρ （1分） 利用柏拉修斯公式 0.2540.25
0.31640.3164
0.022Re (4.4610)λ=
==? （2分）
局部阻力系数
进口突然缩小（入管口） ζ=0.5 90°标准弯头 ζ=0.75 180°回弯头 ζ=1.5 球心阀(全开) ζ=6.4 故
()2
1.0480.0220.520.75 1.5 6.40.0322f h ??∑=?++?++? ???
=8.33J/kg （3分）
（2）取管出口处的水平面作为基准面。在高位槽液面1－1与管出口截面2－2间列柏努利方程
f h u p gZ u p gZ ∑ρρ+++=++2
22
2
22211
1 （2分）
式中 Z 1=Z Z 2=0 p 1=0（表压）
u 1≈0 p 2=1.96×104Pa （2分） 所求位差
()2
24
212 1.041.96108.33
3.22m 28619.8129.819.81
f h p p u Z
g g g ρ∑-?=++=++=?? （3分）