化工原理典型习题解答

化工原理典型习题解答

王国庆陈兰英

广东工业大学化工原理教研室

２00３

上 册

一、选择题 1、 某液体在一等径直管中稳态流动,若体积流量不变，管内径减小为原来的一半,假定管内的相对粗糙度不变,则

(1) 层流时,流动阻力变为原来的 C 。

A ．４倍 B.８倍 C ．16倍 D.32倍

(2) 完全湍流（阻力平方区)时，流动阻力变为原来的 D 。

A ．4倍

B ．８倍 Ｃ．1６倍 D.32倍

解:(1) 由222322642d lu

u d l du u d l h f ρμμ

ρλ=⋅⋅=⋅⋅=得 1624

4

212212

2122121212==⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛==d d d d d d d u d u h h f f (2) 由 2

22

2u d l d f u d l h f ⋅⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅⋅=ελ得 322 5

5

21214

2122112212==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==d d d d d d d u d u h h f f 2． 水由高位槽流入贮水池，若水管总长(包括局部阻力的当量长度在内）缩短２5％，而高位槽水面与贮水池水

面的位差保持不变，假定流体完全湍流流动（即流动在阻力平方区）不变，则水的流量变为原来的Ａ。

A.１.155倍 B ．1．165倍 C ．1.１75倍 Ｄ．1．１85倍

解:由 f h u p gz u p gz ∑+++=++2

22

222211

1ρρ得21f f h h ∑=∑ 所以 ()()2

222222

11

1u d l l u d l l e e ⋅+⋅=⋅+⋅

λλ 又由完全湍流流动,得⎪⎭

⎫

⎝⎛=d f ελ 所以 ()()2

22211u l l u l l e e ⋅+=⋅+,而 24

d u uA V π

⋅

==

所以

()()1547.175

.01

2

11

2

12==

++==e e l l l l u u V V 3． 两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降。已知玻璃球的密度为2５00kg/m 3，

水的密度为998.2kg/m 3，水的粘度为 1.005⨯10-3Pa ⋅s,空气的密度为１.２０5ｋg/ｍ3，空气的粘度为1.81⨯10-5Ｐa ⋅s 。

（１)若在层流区重力沉降,则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 B 。

A.8．６12

B.９.６1２ Ｃ．1０.６12 D ．11.6１2 （２)若在层流区离心沉降，已知旋风分离因数与旋液分离因数之比为2,则水中颗粒直径与空气中颗粒直

径之比为 D 。

A.1０.5９3

B.１１．5９3

C.1２.5９3

D.13.593

解：（1) 由 ()μ

ρρ182g

d u s t -=,得 ()g

u d s t

ρρμ-=

18

所以 ()()()()612.91081.12.998250010005.1205.125005

3=⨯⨯-⨯⨯-=

--=

--a

w s w a s a

w d d

μρρμρρ

(2) 由 ()R u d u T s r 2218⋅-=μρρ，gR u K T

c 2

=,得 ()c s r gK d u ⋅-=

μ

ρρ182,()c

s r

gK u d ρρμ-=18

所以 ()()()()593.131

1081.12.9982500210005.1205.1250053=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯-=

--=

--cw

a w s ca w a s a

w K K d d μρρμρρ

4． 某一球形颗粒在空气中自由重力沉降。已知该颗粒的密度为５0００kg ／m 3,空气的密度为１.205kg ／ｍ3，空气的粘度为1.８1⨯10-5P ａ⋅s 。则

(1) 在层流区沉降的最大颗粒直径为B ⨯1０-5ｍ。

A.３.63９

B.4．６39

C.5.63９ Ｄ.6．639

(2) 在湍流区沉降的最小颗粒直径为Ｃ⨯1０-３

m 。

A ．1.024 B.1.124 Ｃ.1.２2４ D.1.324 解：(１) 由 μ

ρ

t du =

Re ，得ρ

μd u t Re

=

而:()μρρ182g d u s t -=，所以 ()()

()m g d s 532

5

3

210639.4807

.9205.15000205.11

1081.118Re 18--⨯=⨯-⨯⨯⨯⨯=-=ρρρμ (2) 由：()ρ

ρρg

d u s t -=74

.1，得:()ρμρ

ρρd g

d s R

e 74

.1=-；()2

222274.1Re ρ

μρρρd g

d s =- 所以: ()()()m g d d s 332

2

2

53

22210224.1807

.9205.15000205.174.110001081.174.1Re --⨯=⨯-⨯⨯⨯⨯=-⋅=ρρρμ ５. 对不可压缩滤饼先进行恒速过滤后进行恒压过滤。

(1）恒速过滤时,已知过滤时间为10０s 时，过滤压力差为３⨯１０4Pa;过滤时间为5０0ｓ时，过滤压力差为9⨯

１０４

Pa 。则过滤时间为300s 时，过滤压力差为 Ｃ 。

A.４⨯1０4P ａ B ．5⨯104P ａ C ．６⨯10４Ｐa D.７⨯10４

Ｐａ

(2）若恒速过滤３００s 后改为恒压过滤,且已知恒速过滤结束时所得滤液体积为０.７5m ３

，过滤面积为1m 2，

恒压过滤常数为K=5⨯10-3m 2／ｓ，q e ＝０m ３

/m 2(过滤介质的阻力可以忽略)。则再恒压过滤300ｓ后,又得滤液体积为 D 。

A ．0.３86m ３

Ｂ．0.48６ｍ3 C.0.586m 3 D ．0.686ｍ3

解:(1) 由 b a p +=∆θ,得

b

a b a +=⨯+=⨯5001091001034

4

两式相减,得 a 4001064

=⨯，150400

1064

=⨯=

a 所以 150001*********

=⨯-⨯=b

所以 Pa p 4

1066000015000300150⨯==+⨯=∆

(2） 由 ()

()()R R e R K q q q q q θθ-=-+-222，得 ()

()R R K q q θθ-=-2

2