【第一部分】化工原理计算题
化工原理复习选择及计算题答案
第一章流体流动与输送机械一、填空或选择1．牛顿粘性定律的表达式为dudyτμ=,该式应用条件为牛顿型流体作_层流流动;在SI制中,粘度的单位是流体的物性,在cgs制中,粘度的单位是泊; 2．某设备的表压强为100kPa,则它的绝对压强为kPa；另一设备的真空度为400mmHg,则它的绝对压强为_360mmHg ;当地大气压为kPa3．流体在圆形直管中作滞流流动时,其速度分布侧形是_抛物线型曲线;其管中心最大流速为平均流速的_2 倍,摩擦系数λ与Re关系为64Reλ=;层流区又称为阻力的一次方;4．流体在钢管内作湍流流动时,摩擦系数λ与_Re_和_ε/d 有关；若其作完全湍流,则λ仅与_ε/d 有关;完全湍流又称为阻力的平方区;5．流体作湍流流动时,邻近管壁处存在一_层流底层_,雷诺数愈大,湍流程度愈剧烈,则该层厚度_越薄；流动阻力越大;6．因次分析的依据是_因次一致性原则;7．从液面恒定的高位槽向常压容器加水,若将放水管路上的阀门开度关小,则管内水流量将_减小,管路的局部阻力将_增大,直管阻力将_减小,管路总阻力将_恒定;设动能项可忽略;8．根据流体力学原理设计的流量流速计中,用于测定大直径气体管路截面上速度分布的是测速管皮托管；恒压差流流量计有转子流量计；恒截面差压流量计有孔板流量计和文丘里流量计；能量损失最大的是孔板流量计；对流量变化反映最灵敏的是孔板流量计;A．孔板流量计B．文丘里流量计C．皮托管D．转子流量计9．当量直径的定义式为4⨯流通截面积润湿周边,水力半径为_1/4_倍当量直径;10．直管阻力的计算式22fl updρλ∆=；局部阻力的计算式有22fupρξ∆=和22efl updρλ∆=;11．水流经图示的管路系统从细管喷出;已知d1管段的压头损失H f1=1m包括局部阻力d2管段的压头损失H f,2=2m不包括出口损失;则管口喷出时水的速度u3=s,d1管段的速度u1=s,水的流量V=h;12．LZB-40转子流量计,出厂时用20℃空气标定流量范围为5m3/h~50m3/h,现拟用以测定40℃的空气,则空气流量值比刻度值_大_,校正系数为,实际流量范围为~ m3/h;13．一转子流量计,当通过水流量为1m3/h时,测得该流量计进、出间压强降为20Pa；当流量增加到h时,相应的压强降_20Pa ;14．水从内径为d1的管段流向内径为d2的管段,已知d2=,d1管段流体流动的速度头为,h1=1忽略流经AB段的能量损失,则h2= m,h3= m;2若流经AB段的能量损失为,则h2= m,h3= m;15．一敞口容器底部连接等径的进水管和出水管,容器内水面维持恒定,管内水的动压头均为,则进水管的点A、容器内的点C、出水管的点B的静压头分别为p A= m,p B= m,p C= m;16．在SI单位制中,通用气体常数R的单位为B ;A．atm·cm3/mol·K B．Pa·m3/mol·K C．kgf·kmol·K D．Ibf·ft/Ibmol·K 17．通常流体粘度μ随温度t的变化规律为C ;A．t升高、μ减小B．t升高、μ增大C．对液体粘度t升高μ减小,对气体则相反. D．对液体t升高μ增大,对气体则相反18．流体在圆形直管中湍流时,则摩擦系数λ随雷诺数Re的增大减小；若已进入阻力平方区,随雷诺数Re增大,摩擦系数λ基本不变;19．滞流和湍流的本质区别是D ;A．湍流流速大于滞流流速B．滞流时Re数小于湍流时Re数C．流道截面大时为湍流,截面小的为滞流D．滞流无径向脉动,而湍流有径向脉动20．因次方析的目的在于B ;A．得到各变量间的确切定量关系；B．用无因次数群代替变量,使实验与关联简化；C．得到无因次数群间定量关系；D．无需进行实验,即可得到关联式21．滞流内层越薄,则以下结论是正确的DA．近壁面处速度梯度越小B．流体湍动程度越低C．流动阻力越小D．流动阻力越大22．在一水平变径管路中,在小管截面A和大管截面B连接一U型压差计,当流体流过该管时,压差计读数R值反映 AA．A、B两截面间的压强差B．A、B两截面间的流动阻力C．A、B两截面间动压头变化D．突然扩大或缩小的局部阻力23．在一定管路中,当孔板流量计的孔径和文丘里流量计的喉径相同时,相同流动条件下,文丘里流量计的孔流系数C V和孔板流量系数C0的大小为C;A．C0=C V B．C0>C V C．C0<C V D．不确定24．流体流过两个并联管路管1和2,两管内均呈滞流;两管的管长L1=L2、管内径d1=2d2,则体积流量V2/V1为D;A．1/2 B．1/4 C．1/8 D．1/161．离心泵的泵壳制成蜗壳状,其作用是集液与转能 ;2．离心泵的主要特性曲线包括H~Q 、N~Q和η~Q三条曲线;3．离心泵启动前需要先向泵内充满被输送的液体,否则将可能发生气缚现象;而当离心泵的安装高度超过允许安装高度时,将可能发生气蚀现象;4．若离心泵入口真空表读数为700mmHg,当地大气压为,则输送42℃水时饱和蒸汽压为泵内将发生气蚀现象;5．离心泵安装在一定管路上,其工作点是指管路特性曲线与泵特性曲线的交点 ;用离心泵将储槽A内的液体送到一常压设备B,若B变为高压设备,则输液量减小 ,泵的压头增大 ,轴功率减小 ;6．离心泵通常采用改变出口阀的开度调节流量；往复泵采用旁路调节流量;某离心泵在Q=s时H=20m,管路性能Qe=s时需要的He=16 m,泵安在此输水管路,中调节流量为s,因调节阀门的压头损失为 4m ,消耗的功率 485W ; 7．离心泵在一管路系统中工作,管路要求流量为Q e,管路所需压头为H e,而与相对应的泵所提供的压头为H m,则阀门关小压头损失百分数为H m-H e/ H m ％;8．往复泵的往复次数增加时,流量增大 ,扬程不变 ;9．离心泵的效率η和流量Q的关系为 B增大,η增大增大,η先增大后减小增大,η减小增大,η先减小后增大10．离心泵的轴功率N和流量Q的关系为A增大,N增大增大,N先增大后减小增大,N减小增大,N先减小后增大11．离心泵停止操作时宜AA.先关出口阀后停电B.先停电后关阀C.先关出口阀或先停电均可D.单级泵先停电,多级泵先关出口阀12．往复泵适用于 CA.大流量且要求流量特别均匀的场合B.介质腐蚀性特别强的场合C.流量较小,压头较高的场合D.投资较小的场合13．在测定离心泵性能时,若将压力表装在调节阀以后,则压力表读数p2将B ,而当压力表装在调节阀以前,则压力表读数p1将A ,A.随流量增大而减小B.随流量增大而增大C.随流量增大而基本不变D.随真空表读数的增大而减小14．离心泵铭牌上标出的流量和压头数值是A ;A.最高效率点对应值B.操作点对应值C.最大流量下对应值D.计算数据15．离心泵的气蚀余量越小,则其抗气蚀能力越好 ;16．离心泵在一定管路系统下工作时,压头与被输送液体密度无关的条件是 D ;=0 B.ΣHf =0 C.Δu2/2g=0 D.p2-p1/ρg=017．往复泵具有正位移特性特性,有自吸能力,安装过高会发生气蚀现象;第二章非均相物系分离一．填空或选择1．固体粒子的沉降过程分__加速__阶段和__恒速__阶段;沉降速度是指__恒速__阶段颗粒相对于__流体__的速度;2．在重力场中,固粒的自由沉降速度与下列因素无关DA粒子几何形状B粒子几何尺寸C粒子及流体密度D流体的流速3．在降尘室中除去某粒径的颗粒时,若降尘室高度增加一倍,则颗粒的沉降时间__加长一倍,气流速度__为原来的1/2 ,生产能力不变;4．在斯托克斯区,颗粒的沉降速度与其直径的_2_次方成正比,而在牛顿区,与其直径的1/2 次方成正比;5．沉降雷诺准数Ret越大,流体粘性对沉降速度的影响__越小__;6．一球形石英粒子在空气中作滞流自由沉降;若空气温度由20℃提高至50℃,则其沉降速度将__减小__;7．降尘室操作时,气体的流动应控制在__层流__区;8．含尘气体通过长4m 、宽3m 、高1m 的降尘室,颗粒的沉降速度为s,则降尘室的最大生产能力为 __m 3/s;9．降尘室内,颗粒可被分离的条件是气体在降尘室的停留时间大于颗粒的沉降时间;10．理论上降尘室的生产能力与__底面积__和__沉降速度__有关,而与__高度__无关;11．在降尘室内,粒径为60μm 的颗粒理论上能全部除去,则粒径为42μm 的颗粒能被除去的分率为__49%__;沉降在滞流区12．在离心分离操作中,分离因数是指__ u T 2/Rg __;某颗粒所在旋风分离器位置上的旋转半径R ＝,切向速度u T =20m/s,则分离因数为;13．旋风分离器的分离效率随器身__直径 __的增大而减小;14．工业上应用最广泛的间歇压滤机有__板框过滤机__和__叶滤机__,连续吸滤型过滤机为__转筒真空过滤机__;15．用板框压滤机恒压过滤某种悬浮液,其过滤方程式为q 2+=5×10-5θ,式中q 的单位为m 3/m 2,θ的单位为s,则过滤常数值及其单位为：K ＝_5×10-5___,qe ＝,θe ＝ __; 若该过滤机由635×635×2mm 的10个框组成,则其过滤面积A ＝,介质的虚拟滤液体积Ve ＝;16．根据过滤基本方程式210()sdV A p d r V Ve θμν-∆=+说明提高过滤机生产能力的措施 是最少写出三条增大压差；提高温度；使用阻力小的滤布；s<1时在允许时使用助滤剂；清洗滤布等;17．在板框压滤机中,若过滤压力差增加一倍,则过滤速率变为原来的B 倍;过滤介质阻力忽略不计,滤饼不可压缩A21/2 B2 C1 D418．板框压滤机中横穿洗涤法的洗涤速率与最终过滤速率之比为A ；叶滤机置换洗涤法的洗涤速率与最终过滤速率之比为D ;Δp 、μ在过滤最终与洗涤相同 A1/4 B1/2 C4 D119．恒压过滤某种悬浮液介质阻力可忽略,滤饼不可压缩,已知10min 单位过滤面积上得滤液;若1h 得滤液2m 3,则所需过滤面积为 __m 2;20．叶滤机过滤某种悬浮液,介质阻力可忽略,滤饼不可压缩,K ＝×10-3m 2/s;若过滤终了时,q ＝m 2,每m 2过滤面积上用清水洗涤Δp 、μ与过滤终了相同,则所需过滤时间θ＝__2500__s,洗涤时间θw =__1000__s;第三章 传热一、填空或选择1. 多层壁稳定导热中,若某层的热阻最大,则该层两侧的温差 最大;2. 一定质量的流体在φ25×的直管内,作强制的湍流流动,其对流传热系数αi =1000W/m 2·℃,如果流量和物性不变,改在φ19×2mm 的直管内流动,其αi 为 D W/m 2·℃;A ．1259；B ．1496；C ．1585；D ．1678;3. 水与苯通过间壁换热器进行换热;水从20℃升至30℃,苯由80℃降至40℃,则热容流量小的流体为 苯 ,此换热器的传热效率ε= ;4. 列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于_提高壳程流体对流传热系数_ ;5. 有一套管换热器,在内管中空气从46℃被加热到50℃,环隙内有℃的水蒸气冷凝,管壁温度接近_ B _ ℃;A．35； B．℃ ； C． ;6. 对膜状冷凝传热,冷凝液膜两侧温差愈大,冷凝传热系数愈_愈小;7. 在列管换热器中饱和蒸气加热空气,有：甲传热管的壁温接近加热蒸气温度；乙换热器总传热系数K将接近空气侧的对流传热系数;则：AA．甲乙均合理； B．甲乙均无理； C．甲合理,乙无理； D．甲无理,乙合理;8. 在蒸气冷凝传热中,不凝气体的存在对α的影响是__ A ____ ;A．不凝气体的存在会使α大大降低； B．不凝气体的存在会使α升高；C．不凝气体的存在对α无影响;9. 对在蒸气-空气间壁换热过程中,为强化传热,下列方案中在工程上可行的是__A__ ;A．提高空气流速； B．提高蒸气流速； C．采用过热蒸气以提高蒸气流速；D．在蒸气一侧管壁上装翅片,增加冷凝面积并及时导走冷凝液;10. 在两灰体间进行辐射传热,两灰体的温度差50℃,现因某种原因,两者的温度各升高100℃,则此时的辐射传热量与原来的相比,应该_A__ ;A．增大； B．变小； C．不变； D．不确定;11. 在卧式列管换热器中用饱和水蒸气冷凝加热原油,则原油宜在_管程__流动,总传热系数接近原油的对流传热系数值,传热壁面的温度接近于__水蒸气_温度;12．进出口温度分别为85℃和40℃的热流体对进口温度为20℃的冷流体进行加热,规定冷流体出口温度不超过40℃,则必须采用并流操作;13．冷热两流体的对流传热系数相差较大时,提高总传热系数K值的措施是 A A. 提高小的h值； B. 提高大的h值；C. 两个都同等程度提高；D. 提高大的h值,同时降低小的h值; 14．蒸汽冷凝时的热阻 B ;A. 决定于汽膜厚度；B. 决定于液膜厚度；C. 决定于汽膜和液膜厚度；D. 主要决定于液膜厚度,但汽膜厚度也有影响;15、在一列管式换热器中用水来冷却某有机溶液;现希望有机溶液的出口温度降低一些溶液的流量、进口温度不变,可采取的措施有增加冷却水的流量或降低冷却水的进口温度 ;16、一台新换热器正常运转半年后,若冷热流体的流量和进口温度不变,但冷流体的出口温度下降了,你认为是下列 A 原因;A 运行时间长后,换热器内产生了污垢；B 换热器内压力升高；C 换热器内压力降低；D 换热器所在环境温度降低;17、为了减少室外设备的热损失,保温层外包的一层金属皮应采用 A ;A表面光滑,色泽较浅； B表面粗糙,色泽较深；C 表面粗糙,色泽较浅；D 表面光滑,色泽较深18、某一套管换热器,用管间饱和蒸汽加热管内空气,设饱和蒸汽温度为100℃,空气进口温度20℃,出口温度为80℃,此时套管换热器内壁温度应是 C ;A 接近空气的平均温度；B 接近饱和蒸汽与空气的平均温度；C 接近饱和蒸汽的温度;19、在包有二层相同厚度保温材料的园形管道上,应该将__导热系数小的_材料包在内层,其原因是___减少热损失__,___降低壁面温度__;20、热传递的三种基本方式是： 传导、对流与热辐射 ;第六章 蒸馏一、选择与填空1、精馏操作的依据是 混合液中各组分挥发度的差异 ;实现精馏操作的必要条件是 塔顶液相回流 和 塔底上升蒸汽 ;2、汽液两相呈平衡状态时,汽液两相温度_相同_,但液相组成_小于_汽相组成;3、用相对挥发度α表达的汽液平衡方程可写为1(1)x y xαα=+-;根据α的大小,可用来 判定用蒸馏方法分离的难易程度 ,若α=1则表示 不能用普通的蒸馏方法分离该混合液 ;4、在精馏操作中,若降低操作压强,则溶液的相对挥发度 增加 ,塔顶温度 降低 ,塔釜温度 降低 ,从平衡角度分析对该分离过程 有利 ;5、某二元物系,相对挥发度α=3,在全回流条件下进行精馏操作,对第n 、n+1两层理论板,已知 y n =,则 y n+1=;全回流通常适用于 开工阶段 或 实验研究 ;6、精馏和蒸馏的区别在于 精馏必须引入回流；平衡蒸馏和简单蒸馏的主要区别在于前者为连续的稳态过程而后者是间歇的非稳态过程 ;7、精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度,其原因是 塔底压强高 和 塔底难挥发组分含量高 ;8、在总压为、温度为85℃下,苯和甲苯的饱和蒸汽压分别为p A 0=,p B 0=46 kPa,则相对挥发度α= ,平衡时液相组成x A = ,气相组成y A = ;9、某精馏塔的精馏段操作线方程为y=+,则该精馏塔的操作回流比为,馏出液组成为;10、最小回流比的定义是 在特定分离任务下理论板数为无限多时的回流比 ,适宜回流比通常取 ~ R min11、精馏塔进料可能有 5 种不同的热状况,当进料为气液混合物且气液摩尔比为2:3时,则进料热状况q 值为 ; 注：23()550.6V V L VF V L V LI I I I I q I I I I -+-===-- 12、在塔的精馏段测得 x D =、x 2=、x 3=均为摩尔分率,已知R=3 ,α=,则第三层塔板的气相默弗里效率 %_;注：1*1n n MV n n y y E y y ++-=- 13、在精馏塔设计中,若F 、x F 、q 、D 保持不变,若增加回流比R,则x D 增加, x W 减小 ,V 增加,L/V 增加 ;14、在精馏塔设计中,若F 、x F 、x D 、x W 及R 一定,进料由原来的饱和蒸气改为饱和液体,则所需理论板数N T 减小 ;精馏段上升蒸气量V 不变 、下降液体量L 不变 ；提馏段上升蒸气量V ’ 增加 、下降液体量L ’ 增加 ;15、操作中的精馏塔,增大回流比,其他操作条件不变,则精馏段液气比L/V 增大 ,提馏段液气比L’/V’减小 ,xD 增加 , xW减小 ;16、操作中的精馏塔,保持F、xF 、q、V不变,增加W,则xD增加 , xW增加,L/V_增加_;17、在连续精馏塔中,若xF 、xD、R、q、D/F相同,塔釜由直接蒸汽加热改为间接蒸汽加热,则所需的理论板数NT 减小 ,xW增加;18、恒沸精馏与萃取精馏的共同点是都需要加入某种添加剂 ;两者的主要区别是恒沸精馏时添加剂需与被分离组分形成恒沸物和恒沸精馏的添加剂气化后由塔顶排出,耗能大 ;19、某二元混合物,若液相组成xA 为,相应的泡点温度为t1；汽相组成yA为,露点温度为t2,则 A ;A．t1< t2B．t1=t2C．t1>t2D．不能判断20、两组分物系的相对挥发度越小,则表示分离该物系 B ; A．容易 B．困难 C．完全D．不完全21、精馏塔的操作线为直线,其原因是 DA．理论板假定 B．理想物系C．塔顶泡点回流 D．恒摩尔流假定22、分离某两组分物系,进料量为10kmol/h,组成xF 为,若要求馏出液组成xD不小于,则最大馏出液量为 AA．h B．6 kmol/h C．9 kmol/h D．不确定23、精馏塔中由塔顶向下的第n-1、n、n+1层塔板,其汽相组成关系为_B_;A. yn+1>yn>yn-1； B. yn+1<yn<yn-1； C. yn+1=yn=yn-1； D. 不确定;24、在原料量和组成相同的条件下,用简单蒸馏得的气相总组成为xD1,用平衡蒸馏得的气相总组成为xD2,若两种蒸馏方法所得的气相量相同,则 AA. xD1> xD2； B. xD1= xD2； C. xD1<xD2； D. 不能判断25、在精馏塔的图解计算中,若进料热状态变化,将使 B A．平衡线发生变化 B．操作线与q线发生变化C．平衡线与q线变化 D．平衡线与操作线变化26、操作中的精馏塔,若选用的回流比小于最小回流比,则 DA．不能操作 B．xD , xW均增加 C．xD, xW均不变 D．xD减小, xW增加27、操作中的精馏塔,若保持F、q、xD 、xW、V’不变,减小xF,则 CA．D增大、R减小 B．D减小、R不变C．D减小、R增大 D．D不变、R增大28、用某精馏塔分离两组分溶液,规定产品组成xD 、xW,当进料组成为xF1时,相应的回流比为R1；进料组成为xF2时,相应的回流比为R2;若xF1< xF2,进料热状况不变,则 CA．R1< R2B．R1=R2C．R1> R2D．无法判断29、用精馏塔完成分离任务所需理论板数NT 为8包括再沸器若全塔效率ET为50%,则实际板数为 CA．16 B．12 C．14 D．无法确定30、在常压下苯的沸点为℃,环己烷的沸点为℃,欲使该两组分混合物得到分离宜采用 CA．恒沸精馏 B．普通精馏 C．萃取精馏 D．水蒸汽精馏计算题的范围：第一章：计算题14、17、20、36、43第二章：计算题4、6、7、8第三章：计算题20、21、25、28 本章例题3-2和例题3-10 第六章：计算题6、7、8、14、23。
化工原理第一章习题及答案
第一章流体流动问题1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件?答1．假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。
质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。
问题2. 描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?答2．前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。
问题3. 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降?答3．分子间的引力和分子的热运动。
通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主；温度上升，热运动加剧，粘度上升。
液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。
问题4. 静压强有什么特性?答4．静压强的特性：①静止流体中任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；③压强各向传递。
问题5. 图示一玻璃容器内装有水，容器底面积为8×10-3m2，水和容器总重10N。
(1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向)；(2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少？哪一侧的压力大？为什么？题5附图题6附图答5．1）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下大。
2）内部压强p=ρgh=1000××；外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa<内部压强。
因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。
问题6.图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一U形压差计，读数分别为R1、R2，两压差计间用一橡皮管相连接，现将容器A连同U形压差计一起向下移动一段距离，试问读数R1与R2有何变化？(说明理由)答6．容器A的液体势能下降，使它与容器B的液体势能差减小，从而R2减小。
化工原理计算练习题(含答案)
1．将浓度为95%的硝酸自常压罐输送至常压设备中去，要求输送量为36m 3/h, 液体的扬升高度为7m 。
输送管路由内径为80mm 的钢化玻璃管构成，总长为160（包括所有局部阻力的当量长度）。
现采用某种型号的耐酸泵，其性能列于本题附表中。
问：该泵是否合用？ Q(L/s) 0 3 6 9 12 15 H(m) 19.5 19 17.9 16.5 14.4 12 η(%)1730424644已知：酸液在输送温度下粘度为1.15⨯10-3Pa ⋅s ；密度为1545kg/m 3。
摩擦系数可取为0.015。
解：（1）对于本题，管路所需要压头通过在储槽液面（1-1’）和常压设备液面（2-2’）之间列柏努利方程求得：f e H gp z g u H g p z g u ∑+++=+++ρρ2222112122 式中0)(0,7,0212121≈=====u ，u p p m z z 表压 管内流速：s m dQu /99.1080.0*785.0*360036422===π管路压头损失：m g u d l l H e f06.681.9*299.108.0160015.0222==∑+=∑λ管路所需要的压头：()m H z z H f e 06.1306.6711=+=∑+-= 以（L/s ）计的管路所需流量：s L Q /1036001000*36==由附表可以看出，该泵在流量为12 L/s 时所提供的压头即达到了14.4m ，当流量为管路所需要的10 L/s ，它所提供的压头将会更高于管路所需要的13.06m 。
因此我们说该泵对于该输送任务是可用的。
3、如图用离心泵将20℃的水由敞口水池送到一表压为2.5atm 的塔内，管径为φ108×4mm 管路全长100m(包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内)。
已知： 水的流量为56.5m 3·h -1，水的粘度为1厘泊，密度为1000kg·m -3，管路摩擦系数可取为0.024，计算并回答： (1)水在管内流动时的流动形态；(2) 管路所需要的压头和有效功率；图2-1 解：已知：d = 108-2×4 = 100mm = 0.1mA=(π/4)d 2 = 3.14×(1/4)×0.12 = 0.785×10-2 ml+Σl e =100m Q = 56.5m3/h∴u = q/A = 56.5/(3600×0.785×10-2) = 2m/sμ= 1cp = 10-3 Pa·S ρ=1000 kg.m-3, λ= 0.024⑴∵Re = duρ/μ=0.1×2×1000/10-3 = 2×105 > 4000∴水在管内流动呈湍流⑵以1-1面为水平基准面,在1-1与2-2面间列柏努利方程：Z1 +(u12/2g)+(p1/ρg)+H=Z2+(u22/2g)+(p2/ρg)+ΣHf∵Z1=0, u1=0, p = 0 (表压), Z2=18m, u2=0p2/ρg=2.5×9.81×104/(1000×9.81)=25mΣHf =λ[(l+Σle )/d](u2/2g)=0.024×(100/0.1)×[22/(2×9.81)] = 4.9m∴H = 18+25+4.9 = 47.9mNe = HQρg = 47.9×1000×9.81×56.5/3600 = 7.4kw4．（12分）在内管为φ180×10mm 的套管换热器中，将流量为3.5×104 kg/h 的某液态烃从100℃冷却到60℃，其平均比热为2.38kJ/(kg .K)，环隙走冷却水，其进出口温度分别为20℃和30℃，平均比热为 4.174 kJ/(kg .K)， 两流体逆流流动，基于传热外表面积的总传热系数K o =2000W/(m 2.K)，热损失可以忽略。
【第一部分】化工原理 计算题()
【1-1】如习题1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中，管中水柱较水槽液面高出2m ，当地大气压力为101.2kPa 。
试求：(1)管子上端空间的绝对压力；(2)管子上端空间的表压；(3)管子上端空间的真空度；(4)若将水换成四氯化碳，管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米？解 管中水柱高出槽液面2m ，h=2m 水柱。
(1)管子上端空间的绝对压力绝p在水平面11'-处的压力平衡，有.绝绝大气压力1012001000981281580 （绝对压力）ρ+==-⨯⨯=p gh p Pa(2)管子上端空间的表压表p (3)管子上端空间的真空度真p(4)槽内为四氯化碳，管中液柱高度'h 常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为/cclkg m ρ=431594【1-2】在20℃条件下，在试管内先装入12cm 高的水银，再在其上面装入5cm 高的水。
水银的密度为/313550kg m ，当地大气压力为101kPa 。
试求试管底部的绝对压力为多少Pa 。
解 水的密度/3水=998ρkg m【1-3】如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为/31250kg m 的液体，液面高度为 3.2m 。
容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为2m 及1m ，容器上部空间的压力（表压）为29.4kPa 。
试求：(1)压差计读数（指示液密度为/31400kg m ）；(2)A 、B 两个弹簧压力表的读数。
习题1-1附图解 容器上部空间的压力.29 4（表压）=p kPa 液体密度 /31250ρ=kg m ，指示液密度/301400ρ=kg m (1)压差计读数R=? 在等压面''1111上-=p p (2)().....A p p g Pa ρ=+-=⨯+⨯⨯=⨯333212941022125098156410【1-4】常温的水在如习题1-15附图所示的管路中流动。
《化工原理I》计算试题考研真题1 (1)
《化工原理》上册考试题1.（20分）如图所示，油在光滑管中以u=2m/s的速度流动，油的密度ρ=920kg/m3，管长L=3m，直径d=50mm，水银压差计测得R=15.0mm。
试求：（1）油在管中的流动形态；（2）油的粘度；（3）若保持相同的平均流速反向流动，压差计读数有何变化？层流：λ=64/R e；湍流：λ=0.3164/R e0.25。
2. （20分）如图所示，已知：D = 100mm，d = 50mm，H = 150mm，ρ气体= 1.2kg/m3。
当U形管读数R = 25mm时，将水从水池中吸入水平管中，问此时气体流量V为多少m3/s （阻力可忽略）。
P a3. （16分）如图示循环管路，离心泵的安装高度H g=3m，泵特性曲线可近似表示为：H=23-1.43×105Q2，式中Q以m3/s表示。
吸入管长（包括全部局部阻力的当量长度）为10m，排出管长（包括全部局部阻力的当量长度）为120m，管内径均为50mm，假设摩擦系数λ=0.02，水温20℃。
试求：（1）管路内的循环水量为多少？（2）泵进、出口压强各为多少？4. （40分）如图所示，用清水泵将池A中水打到高位槽B中，泵的特性曲线可用H=25－0.004Q2表达，式中Q的单位为m3/h，吸入管路的阻力损失为4m水柱，泵出口处装有压力表，泵的阻力损失可忽略。
管路为Ф57×3.5mm钢管。
管路C处装有一个调节阀，调节阀在某一开度时的阻力系数ζ=6.0，两U形管压差计读数R1=800mm，R2=700mm，指示液为CCl4（密度ρ0=1600kg/m3），连通管指示液面上充满水，水的密度ρ=1000 kg/m3，求：（1）管路中水的流量为多少？（单台泵）（2）泵出口处压力表读数为多少？（单台泵）（3）并联一台相同型号离心泵，写出并联后泵的特性曲线方程；（4）若并联后管路特性曲线方程L=13.5＋0.006Q2，求并联后输水量为多少m3/hB45．（15分）某液体由一敞口贮槽经泵送至精馏塔，管道入塔处与贮槽液面间的垂直距离为12m，流体经换热器的压力损失为0.3kgf/cm2，精馏塔压强为1kgf/cm2（表），排出管路为Φ114×4mm的钢管，管长为120m（包括局部阻力的当量长度），流速为1.5m/s，液体比重为0.96，摩擦系数为0.03，其它物性参数均与水极为接近。
化工原理的计算题(最终版)
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∑-+++=+++10,2111200022f Hgu z g p H g u z g p ρρ 其中，z0=0，z1=16m ，p0= p1= 0（表压），u0=0，u1=02255225522210,1.23241806.010007.02081.914.302.08)(8g 2g 2vv v f q q q d l d lg u d l u d l H =+⨯⨯⨯=+=⋅+⋅=∑-）（排排入入排入πλλλ21.23241816vq H +=（2） He = 30-6×105×0.00412 = 19.914m ，Pa=Pe/=gHeqv/=1000×9.81×19.914×0.0041/0.65= 1232 W【2】将2×104 kg/h 、45℃氯苯用泵从反应器A 输送到高位槽B （如图所示），管出口处距反应器液面的垂直高度为15 m ，反应器液面上方维持26.7 kPa 的绝压，高位槽液面上方为大气压，管子为Ø76mm ×4mm 、长26.6m 的不锈钢管，摩擦系数为0.0293。
管线上有两个全开的闸阀ζ1 = 0.17、5个90°标准弯头ζ2 = 0.75。
45℃氯苯的密度为1075 kg/m3，粘度为6.5×10-4 Pa ·s 。
若泵轴功率为1.86kW ，求泵效率。
解：如图，取1-1、2-2界面，以1-1截面为基准面，∑-+++=+++21,2222211122f e H g u z g pH g u z g p ρρP 133410168.536001075102--⋅⨯=⨯⨯=s m q V123242.1068.0410168.5--⋅=⨯⨯=s m u π54106.1105.6107542.1068.0⨯=⨯⨯⨯=-e R∑-+++-=21,222122f e Hgu z g p p H ρ弯闸进局局直，,,,,,,21,52f f f f f f f H H H H H H H++=+=∑-m g u d l H f 178.181.9242.1068.06.260293.0222,=⨯⨯⨯=⋅=λ直mH f 4717.081.9242.1)75.0517.025.0(2,=⨯⨯⨯+⨯+=局4717.0178.181.9242.11581.9107510)7.263.101(23++⨯++⨯⨯-=e H =23.83m%9.691086.11030.133=⨯⨯==a e P P η【3】如图所示输水系统，已知管路总长度（包括所有当量长度，下同）为100m ，压力表之后管路长度为80m ，管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m ，水的密度为1000kg/m3，泵的效率为0.8，输水量为15m3/h （1）整个管路的阻力损失，J/kg ；（2）泵的轴功率，kW 。
化工原理习题1
化⼯原理习题1计算题1. 等压⾯的判断如附图所⽰，A与B两设备内充满⽔，两设备之间的U形压差计内的指⽰液为⽔银。
试说明：（1）1、2、3、4各点压强是否都相等？（2）5、6、7、8各点压强是否都相等？（3）9、10、11、12各点压强是否都相等？（4）两U形压差计读数R与H是否相同？为什么？答：略。
2. 液封⾼度的确定精馏塔底部⽤蛇管加热，液体的饱和蒸汽压为1.093×105N/m2，液体密度为950 kg/m3。
采⽤Π形管出料，Π形管顶部与塔内蒸汽空间有⼀细管AB连通（见附图）。
试求：（1）为保证塔底液⾯⾼度不低于1m，Π形管⾼度H 应为多少？（2）为防⽌塔内蒸汽由连通管逸出，Π形管出⼝液封⾼度H’⾄少应为多少？答：（1）略；（2）0.86m。
3.复式压差计的测量⽤⼀复式U形压差计测量某种流体流过管路中A、B两点的压⼒差。
已知流体的密度为ρ，指⽰液的密度为ρ0，且两U形管之间的流体与管内流体相同。
已知两个U形压差计的读数分别为R1、R2，试推导A、B两点压⼒差的计算式，并分析由此可得出什么结论？答：略。
4. 分层器中分界⾯的确定附图所⽰是⼀个油⽔分离器。
油⽔的界⾯依靠倒U形管调节。
已知ρ油=780 kg/m3，u ⽔=0.5m/s，OmH136.02fh。
求：（1）阀1关、阀2、3开时，H=？（界⾯位置）（2）阀1开、阀2、3开时，H=？（3）阀1关、阀2开、阀3关时，倒U形管中液⾯的⾼度为多少？（设容器中油⽔界⾯H为（1）计算值）（4）阀1关、阀2关、阀3开时，分离器内界⾯能维持吗？答：（1）3.81m；（2）1.09m；（3）0.15m；（4）略5．远距离液位测量为测定贮罐中油品的贮存量，采⽤附图所⽰的远距离液位测量装置。
已知贮罐为圆柱形，其直径为1.6m，吹⽓管底部与贮罐底的距离为0.3m，油品的密度为850 kg/m3。
若测得U形压差计读数R为150mmHg，试确定贮罐中油品的贮存量，分别以体积及质量表⽰。
化工原理计算题
化工原理试卷（计算题）班级姓名分数一、计算题( 共43题320分)1. 5 分(2823)如图，用泵将15 ℃的水从水池送至一敞口储槽中。
储槽水面与水池液面相距10 m，水面高度均保持不变。
输水管内径为68 mm，管道阻力造成的总能量损失为20 J·kg-1，试问泵需给每千克的水提供多少能量？2. 10 分(3758)一单程列管换热器, 平均传热面积A为200 m2。
310 ℃的某气体流过壳程，被加热到445 ℃, 另一种580 ℃的气体作为加热介质流过管程, 冷热气体呈逆流流动。
冷热气体质量流量分别为8000 kg·h-1和5000 kg·h-1, 平均比定压热容均为1.05 kJ·kg-1·K-1。
如果换热器的热损失按壳程实际获得热量的10%计算, 试求该换热器的总传热系数。
3. 5 分(2466)已知20℃水在φ109 mm×4.5 mm的导管中作连续定态流动（如图所示）,流速为3.0 m·s-1。
液面上方的压强p=100 kPa。
液面至导管中心的距离为4 m，求A点的表压强为多少千帕？（20℃水的密度ρ=1000 kg·m-3）。
4. 10 分(3711)在一列管式换热器中进行冷、热流体的热交换, 并采用逆流操作。
热流体的进、出口温度分别为120 ℃和70 ℃,冷流体的进、出口温度分别为20 ℃和60 ℃。
该换热器使用一段时间后,由于污垢热阻的影响,热流体的出口温度上升至80 ℃。
设冷、热流体的流量、进出口温度及物性均保持不变,试求:污垢层热阻占原总热阻的百分比?5. 10 分(4951)某连续精馏塔在常压下分离甲醇水溶液。
原料以泡点温度进塔，已知操作线方程如下：精馏段：y n +1=0.630 x n+0.361提馏段：y m +1=1.805 x m-0.00966试求该塔的回流比及进料液、馏出液与残液的组成。
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【1-1】如习题1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中，管中水柱较水槽液面高出2m ，当地大气压力为101.2kPa 。
试求：(1)管子上端空间的绝对压力；(2)管子上端空间的表压；(3)管子上端空间的真空度；(4)若将水换成四氯化碳，管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米？解 管中水柱高出槽液面2m ，h=2m 水柱。
(1)管子上端空间的绝对压力绝p 在水平面11'-处的压力平衡，有.绝绝大气压力1012001000981281580 （绝对压力）ρ+==-⨯⨯=p gh p Pa(2)管子上端空间的表压 表p (3)管子上端空间的真空度真p(4)槽内为四氯化碳，管中液柱高度'h常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为/ccl kg m ρ=431594【1-2】在20℃条件下，在试管内先装入12cm 高的水银，再在其上面装入5cm 高的水。
水银的密度为/313550kg m ，当地大气压力为101kPa 。
试求试管底部的绝对压力为多少Pa 。
解 水的密度/3水=998ρkg m【1-3】如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为/31250kg m 的液体，液面高度为3.2m 。
容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为2m 及1m ，容器上部空间的压力（表压）为29.4kPa 。
试求：(1)压差计读数（指示液密度为/31400kg m ）；(2)A 、B 两个弹簧压力表的读数。
解 容器上部空间的压力.29 4（表压）=p kPa习题1-1附图液体密度 /31250ρ=kg m ，指示液密度/301400ρ=kg m (1)压差计读数R=? 在等压面''1111上-=p p(2) ().....A p p g Pa ρ=+-=⨯+⨯⨯=⨯333212941022125098156410【1-4】常温的水在如习题1-15附图所示的管路中流动。
在截面1处的流速为./05m s ，管内径为200mm ，截面2处的管内径为100mm 。
由于水的压力，截面1处产生1m 高的水柱。
试计算在截面1与2之间所产生的水柱高度差h 为多少（忽略从1到2处的压头损失）?解 ./105=u m s另一计算法计算液柱高度时，用后一方法简便。
【1-5】在习题1-16附图所示的水平管路中，水的流量为./25L s 。
已知管内径15=d cm , .225=d cm ，液柱高度11=h m 。
若忽略压头损失，试计算收缩截面2处的静压头。
解 水的体积流量 ././33252510 -==⨯V q L s m s ， 截面1处的流速 ../.312212510127400544ππ-⨯===⨯Vq u m s d截面2处的流速 .../.2212120051274510025⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭d u u m s d 在截面1与2之间列伯努利方程，忽略能量损失。
截面2处的静压头 .20218=-h m 水柱 负值表示该处表压为负值，处于真空状态。
【1-6】如习题1-17附图所示的常温下操作的水槽，下面的出水管直径为.5735mm mm φ⨯。
当出水阀全关闭时，压力表读数为30.4kPa。
而阀门开启后，压力表读习题1-4附图习题1-5附图数降至20.3kPa 。
设压力表之前管路中的压头损失为0.5m 水柱，试求水的流量为多少/3m h ?解 出水阀全关闭时，压力表读数30. 4kPa （表压）能反映出水槽的水面距出水管的高度h阀门开启后，压力表读数 .2203=p kPa （表压）从水槽表面至压力表处的管截面列出伯努利方程，以求出水管的流速2u 水的流量【1-7】如习题1-19附图所示，有一高位槽输水系统，管径为.mm mm φ⨯5735。
已知水在管路中流动的机械能损失为2452∑=⨯f u h (u 为管内流速)。
试求水的流量为多少/3m h 。
欲使水的流量增加20%，应将高位槽水面升高多少米？解 管径.005=d m ，机械能损失2452∑=⨯f u h(1) 以流出口截面处水平线为基准面， 水的流量().../.V q d u m s m h ππ-==⨯⨯=⨯=22333200514628710103 ／44(2) ()'..10212=+=V V V q q q '..../221212146175 ==⨯=u u m s 高位槽应升高 ..m -=7185218【1-8】 如习题1-20附图所示，用离心泵输送水槽中的常温水。
泵的吸入管为.mm mm φ⨯3225，管的下端位于水面以下2m ，并装有底阀与拦污网，该处的局部压头损失为282u g ⨯。
若截面'22-处的真空度为39.2kPa ，由'11-截面至'-22截面的压头损失为2122⨯u g。
试求：(1)吸入管中水的流量，/3m h ；(2)吸入口'11-截面的表压。
解 管内径 (00320002520027)=-⨯=d m m ，水密度/31000ρ=kg m截面'-22处的表压.2392=-p kPa ，水槽表面10=p （表压） (1) 从'''---00至22， 00为基准面，压头损失 222222118+=822222⎛⎫∑=⋅⋅+ ⎪⎝⎭f u u u H g g g习题1-6附图习题1-7附图习题1-20附图水的流量 ()..223236000．0271433600295 ／44ππ=⨯=⨯⨯⨯=V q d u m h (2) 从'',,1211至2205--==Z Z【1-9】 20℃的水在mm mm φ⨯2196的直管内流动。
试求：(1)管中水的流量由小变大，当达到多少/m s 3时，能保证开始转为稳定湍流；(2)若管内改为运动黏度为./cm s 2014的某种液体，为保持层流流动，管中最大平均流速应为多少？解 (1) 水，20℃，./.,.339982，1005100207ρμ-==⨯⋅=kg m Pa s d m体量流量 ()../22430207001945 6.541044V q d u m s ππ-==⨯⨯=⨯(2) ././24201401410υ-==⨯cm s m s【1-10】水的温度为10℃，流量为330／L h ，在直径.mm mm φ⨯5735、长为100m 的直管中流动。
此管为光滑管。
(1)试计算此管路的摩擦损失；(2)若流量增加到990／L h ，试计算其摩擦损失。
解 水在10℃时的密度.39997／ρ=kg m ，黏度.,.,Pa s d m l m μ-=⨯⋅==3130610 005 100，光滑管。
(1) 体积流量 /.V q L h m h ==3330033／ 流速 ../.Vq u m s dππ===⨯⨯⨯2203300467 3600360000544雷诺数 . Re .30．050．046799971787层流130610ρμ-⨯⨯===⨯du摩擦系数 Re 64640．03581787λ=== 摩擦损失 (.)/.f l u h J kg d λ==⨯⨯22100004670．0358=0．0781 20052(2) 体积流量 /.3990099 ／==V q L h m h因流量是原来的3倍，故流速../u m s =⨯=004673014 雷诺数Re 178735360=⨯=湍流对于光滑管，摩擦系数λ用Blasius 方程式计算也可以从摩擦系数λ与雷诺数Re 的关联图上光滑管曲线上查得，.0037λ=。
摩擦损失 (.)/.22100014=0．037=0．725 20052f l u h J kg d λ=⨯⨯【1-12】把内径为20mm 、长度为2m 的塑料管（光滑管），弯成倒U 形，作为虹吸管使用。
如习题1-31附图所示，当管内充满液体，一端插入液槽中，另一端就会使槽中的液体自动流出。
液体密度为/31000kg m ，黏度为1⋅mPa s 。
为保持稳态流动，使习题1-12附图 习题1-13附图槽内液面恒定。
要想使输液量为./m h 317，虹吸管出口端距槽内液面的距离h 需要多少米？解 已知,,/330．02210,=1d m l m kg m mPa s ρμ===⋅，体积流量./317=V q m h 流速 ././.22173600150400244Vq u m s d ππ===⨯从液槽的液面至虹吸管出口截面之间列伯努利方程式，以虹吸管出口截面为基准面光滑管，查得.00235λ=，管入口突然缩小.ξ=05 U 形管（回弯头）.15ξ=【1-13】如习题1-32附图所示，有黏度为度为/3765kg m 的液体，从.17⋅mPa s 、密为mm mm φ⨯1144的钢管流高位槽经直径入表压为0．16MPa 的密闭低位槽中。
液体在钢管中的流速为m/1s ，钢管的相对粗糙度/0．002ε=d ，管路上的阀门当量长度50=e l d 。
两液槽的液面保持不变，试求两槽液面的垂直距离H 。
解 在高位槽液面至低位槽液面之间列伯努利方程计算H ，以低位槽液面为基准面。
,.p p Pa u u ==⨯==61212（0表压）01610，两槽流速 0，液体密度/.33765，黏度1710ρμ-==⨯⋅kg m Pa s 雷诺数.Re ..430106176547710湍流1710ρμ-⨯⨯===⨯⨯du管长30160190=+=l m ，阀门50=el d，高位槽的管入口0．5ξ=，低位槽管出口=1ξ，90°弯头.075ξ=【1-14】如习题1-34附图所示，在水塔的输水管设计过程中，若输水管长度由最初方案缩短25%，水塔高度不变，试求水的流量将如何变化？变化了百分之几？水在管中的流动在阻力平方区，且输水管较长，可以忽略局部摩擦阻力损失及动压头。
解 在水塔高度H 不变的条件下，输水管长度缩短，输水管中的水流量应增大。
从水塔水面至输水管出口之间列伯努利方程，求得22λ=∑=⨯f l u H H d g因水塔高度H 不变，故管路的压头损失不变。
管长缩短后的长度'l 与原来长度l 的关系为 '0．75=l l在流体阻力平方区，摩擦系数恒定不变，有 故流速的比值为 流量的比值为'.1155=VVq q 流量增加了15.5% 【1-15】用1689mm mm φ⨯的钢管输送流量为/60000kg h 的原油，管长为100km ，油管最大承受压力为.MPa 157。
已知50℃时油的密度为/3890kg m ，黏度为181⋅mPa s 。
假设输油管水平铺设，其局部摩擦阻力损失忽略不计，试问为完成输油任务，中途需设置几个加压站？解 .,,/m d m l km q kg h ===015 100 60000因为是等直径的水平管路，其流体的压力降为 油管最大承受压力为.MPa 157 加压站数 (273)174157==n 需设置2级加压，每级管长为50km ，每级的./.27321365∆==p MPa ，低于油管最大承受压力。