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自测题
化工原理上册
第一章流体流动
学生自测
一、填空或选择
1.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____。
(当地大气压为101.33kPa)
[答:
201.33kPa,360mmHg]
2.如图所示,容器中盛有ρ=800kg/m3的油品,U形管中指示液为水(ρ=1000kg/m3),a1、a2、a3在同一水平面上,b1、b2、b3及b4也在同一高度上,h1=100mm,h2=200mm,则各点的表压pa1=____,pa2=____,pb2=____,pb3=____,h3=____。
(表压值以mmH2O表示)
[答:
0,100,300,340,200]
3.流体在圆形直管中作滞流流动时,其速度分布是____型曲线。
其管中心最大流速为平均流速的____倍,摩擦系数λ与Re关系为____。
[答:
抛物线,2,=64/Re]
4.流体在钢管内作湍流流动时,摩擦系数λ与____和____有关;若其作完全湍流(阻力平方区),则λ仅与____有关。
[答:
Re,
;
]
5.流体作湍流流动时,邻近管壁处存在一____,雷诺数愈大,湍流程度愈剧烈,则该层厚度____。
[答:
滞流内层;愈薄]
6.因次分析的依据是____。
[答:
因次一致性]
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____,管路的局部阻力将____,直管阻力将____,管路总阻力将____。
(设动能项可忽略。
)
[答:
变小、变大、变小、不变]
8.牛顿粘性定律的表达式为____,该式应用条件为____流体作____流动。
[答:
,牛顿型,滞流]
9.水力半径的定义式为____,当量直径为____倍水力半径。
[答:
,4]
10.局部阻力的计算方法有____和____。
[答:
阻力系数法,当量长度法]
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Hf1=1m(包括局部阻力)d2管段的压头损失Hf,2=2m(不包括出口损失)。
则管口喷出时水的速度u3=____m/s,d1管段的速度u1=____m/s,水的流量V=____m3/h,水喷射到地面的水平距离x=____m。
[答:
7,1.75,1.98,8.06]
12.LZB-40转子流量计,出厂时用20℃空气标定流量范围为6m3/h~60m3/h,现拟用以测定40℃的空气,则空气流量值比刻度值____,校正系数为____,实际流量范围为____m3/h。
[答:
大,1.034,6.2~62]
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1.5m3/h时,相应的压强降____。
[答:
不变。
]
14.在SI单位制中,通用气体常数R的单位为(B)。
A.atm·cm3/mol·KB.Pa·m3/mol·K
C.kgf·kmol·KD.Ibf·ft/Ibmol·K
15.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
16.流体在圆形直管中流动时,若其已进入阻力平方区,则摩擦系数λ与雷诺数Re的关系为(C)。
A.Re增加,λ增大B.Re增加,λ减小
C.Re增加,λ基本上不变D.Re增加,λ先增加大后减小
17.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
18.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.
19.滞流内层越薄,则以下结论是正确的(D)。
A.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
20.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(A).
A.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
21.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CV和孔板流量系数C0的大小为(B)。
A.C0=CVB.C0>CVC.C0 22.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(C)。 A.1/2B.1/4C.1/8D.1/16 二.计算题 1.内截面为1000mm×1200mm的矩形烟囱的高度为30m。 平均摩尔质量为30kg/kmol、平均温度为400℃的烟道气自下而上流动。 烟囱下端维持49Pa的真空度。 在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值,大气温度为20℃,地面处的大气压强为101.33×103Pa。 流体流经烟囱时的摩擦系数可取为0.05,试求烟道气的流量为若干kg/h? [答: 4.62×104kg/h] 2.如本题附图所示,贮槽内水位维持不变。 槽的底部与内径为100mm的钢质放水管相连,管路上装有一个闸阀,距管口入口端15m处安有以水银为指示液的U形管压差计,其一臂与管路相连,另一臂通大气。 压差计连接管内充满了水,测压点与管路出口端之间的直管长度为20m。 (1)当闸阀关闭时,测得R=600mm,h=1500mm,当闸阀部分开启时,测得R=400mm,h=1400mm。 摩擦系数可取0.025,管路入口处局部阻力系数为0.5。 问每小时从管中流出水多少立方米? (2)当闸阀全开时,U管压差计的静压强为若干(Pa,表压)? 闸阀全开时,le/d=15,摩擦系数仍可取0.025。 [答: (1)88.5m3/h; (2)3.30×104Pa(表压)] 3.某油品的密度为800kg/m3,粘度为41cP,由附图中所示的A槽送至B槽,A槽比B槽的液面高1.5m。 输送管径为φ89×3.5mm、长50m(包括阀门的当量长度),进、出口损失可忽略。 试求: (1)油的流量,m3/h; (2)若调节阀门的开度,使油的流量减少20%,此时阀门的当量长度为若干,m? [答: (1)23m3/h; (2)12.37m] 4.本题附图所示为一输水系统,高位槽的水面维持恒定,水分别从BC与BD两支管排出,高位槽液面与两支管出口间的距离为11m。 AB管段内径为38mm、长为58m;BC支管的内径为32mm、长为12.5m;BD支管的内径为26mm、长为14m,各段长均包括管件及阀门全开时的当量长度。 AB与BC管段的摩擦系数均可取为0.03。 试计算: (1)当BD支管的阀门关闭时,BC支管的最大排水量为若干,m3/h? (2)当所有的阀门全开时,两支管的排水量各为若干,m3/h? BD支管的管壁粗糙度可取为0.15mm,水的密度为1000kg/m3,粘度为0.001Pa·s。 [答: (1)7.1m3/h (2)VBC=5.18m3/h,VBD=2.77m3/h] 第二章流体输送机械 学生自测 一.填空或选择 1.离心泵的主要部件有、和。 2.离心泵的泵壳制成蜗壳状,其作用是。 3.离心泵的主要特性曲线包括、和三条曲线。 4.离心泵特性曲线是在一定下,用常温为介质,通过实验测定得到的。 5.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,将可能发生现象。 6.若离心泵入口真空表读数为700mmHg,当地大气压为101.33kPa,则输送上42℃水时(饱和蒸汽压为8.2kPa)泵内发生汽蚀现象。 7.离心泵安装在一定管路上,其工作点是指。 8.若被输送的流体的粘度增高,则离心泵的压头、流量、效率、轴功率。 9.离心泵通常采用调节流量;往复泵采用调节流量。 10.离心泵允许汽蚀余量定义式为。 11.离心泵在一管路系统中工作,管路要求流量为Qe,阀门全开时管路所需压头为He,而与相对应的泵所提供的压头为Hm,则阀门关小压头损失百分数为%。 12.离心通风机的全风压是指,它的单位是。 13.离心通风机的特性曲线包括、、和四条曲线。 14.往复泵的往复次数增加时,流量,扬程。 15.齿轮泵的特点是,适宜于输送液体,而不宜于输送。 16.写出三种正位移泵的名称,即,,。 17.离心泵的效率η和流量Q的关系为() A.Q增大,η增大B.Q增大,η先增大后减小 C.Q增大,η减小D.Q增大,η先减小后增大 18.离心泵的轴功率N和流量Q的关系为() A.Q增大,N增大B.Q增大,N先增大后减小 C.Q增大,N减小D.Q增大,N先减小后增大 19.离心泵在一定管路系统下工作时,压头与被输送液体的密度无关的条件是() A.Z2-Z1=0B.∑hf=0 C.u22/2–u12/2=0D.p2-p1=0 20.离心泵停止操作时宜() A.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 21.往复泵适用于() A.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 22.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(),而当压力表装在调节阀以前,则压力表读数p1将(), 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 23.离心泵铭牌上标出的流量和压头数值是()。 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 24.有自吸能力的泵是() A.离心泵与旋涡泵B.往复泵与回转泵 C.齿轮泵与离心泵D.回转泵与旋涡泵 二.计算题 1.用离心泵将池中清水送至高位槽,两液面恒差13m,管路系统的压头损失∑Hf=3×105Qe2(Qe的单位为m3/s),流动在阻力平方区。 指定转速下,泵的特性方程为H=28-2.5×105Q2(Q的单位为m3/s) 试求: (1)两槽均为敞口时,离心泵的流量和轴功率; (2)两槽敞口,改送碱的水溶液(ρ=1250kg/m3),泵的流量和轴功率; (3)若高位槽密闭,其表压为4.91×104Pa,输送碱液和清水的流量; (4)库房有一台规格相同的离心泵,欲向表压为4.91×104Pa的密闭高位槽送碱液(ρ=1250kg/m3),试比较并联还是串联能获得较大流量。 [答: (1)Q=18.8m3/h,N=1.55kW; (2)Q=18.8m3/h,N=1.94kW;(3)Q水=15.35m3/h, Q碱=16.1m3/h;(4)串联流量大,Q串=25.13m3/h] 2.用离心泵将20℃的清水以30m3/h的流率送至吸收塔的塔顶(表压为4.91×104Pa),管路出口和水面之间的垂直距离为10m,管内径为81mm,直管长度18m,管路上阀门全开时,所有局部阻力系数之和为13。 泵的特性方程为H=22.4+5Q-20Q2(Q的单位为m3/min,下同) 泵的效率为η=2.5Q-2.1Q2 管路摩擦系数λ=0.01227+0.7543/Re0.38 试求: (1)泵的理论功率Ne; (2)泵的最高效率ηmax,并评价泵的适用性(Q,H和η); (3)因调节泵的出口阀多消耗的功率。 [答: (1)Ne=1418W; (2)ηmax=74.4%,η=72.5%=97.5%ηmax;Q=0.5952m3/min>Qe=0.5m3/min,H=19.9m>He=17.02m;(3)208.5W] 3.用4B15型的离心泵将常压、20℃的清水送往A、B两槽,其流量均为25m3/h,主管段长50m,管内径为100mm,OA与OB段管长均为40m,管内径均为60mm(以上各管段长度包括局部阻力的当量长度,OB段的阀门除外)。 假设所有管段内的流动皆进入阻力平方区,且摩擦系数λ=0.02。 分支点处局部阻力可忽略。 试求: (1)泵的压头与有效功率; (2)支路OB中阀门的局部阻力系数ζ; (3)若吸入管线长(包括局部阻力当量长度)为4m,泵的允许吸上真空度为5m,试确定泵的安装高度。 [答: (1)H=17.7m,Ne=2.41kW; (2)ζ=13;(3)Hg=4.71m] 4.用一往复泵将密度为1200kg/m3的液体从A池输送到B槽中,A池和B槽液面上方均为大气压。 往复泵的流量为5m3/h。 输送开始时,B槽和A池的液面高度差10m。 输送过程中,A池液面不断下降,B槽液面不断升高。 输送管路管内径为30mm,长为15m(包括局部阻力当量长度)。 A池截面积为12m2,B槽截面积为4.15m2。 液体在管中流动时摩擦系数为0.04。 试求把25m3液体从A池输送到B槽所需的能量。 [答: 所需能量为5300kJ 第四章传热 【学生自测题】 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。 2.一定质量的流体在f25×2.5mm的直管内,作强制的湍流流动,其对流传热系数ai=1000W/m2·℃,如果流量和物性不变,改在f19×2mm的直管内流动,其ai为W/m2·℃。 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℃,则最小值流体为,此换热器的传热效率e=____。 4.列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于_________。 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119.6℃的水蒸气冷凝,管壁温度接近___℃。 A.35;B.119.6℃;C.77.3。 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____。 7.在列管换热器中饱和蒸气加热空气,有: 甲)传热管的壁稳接近加热蒸气温度;乙)换热器总传热系数K将接近空气侧的对流传热系数。 则: A.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a的影响是______。 A.不凝气体的存在会使a大大降低;B.不凝气体的存在会使a升高; C.不凝气体的存在对a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.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.增大;B.变小;C.不变;D.不确定。 11.327℃的黑体辐射能力为27℃黑体辐射能力的____倍。 12.物体黑度是指在___温度下,物体的___与_____之比,在数值上它与同一温度下物体的_____相等。 13.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___流动,总传热系数接近的对流传热系数值,传热壁面的温度接近于___温度。 14.列管式换热器的壳程内设置折流挡板,以提高___程流速。 设置隔板以提高____程流速,以达到强化传热的目的。 管程流速的选取,对一般液体取___,气体取____,如果该换热器用水蒸气冷凝来加热原油,那么水蒸气应在____流动。 15.斯蒂芬─波尔茨曼定律的数学表达式是____,该式表明____。 二、计算题 1.有一套管换热器,长为6m内管内径为38mm。 环隙间用110℃的饱和水蒸气加热管内湍流的空气(Re>104)。 空气由25℃被加热到60℃。 若将内管改为f25×2.5mm,而长度仍为6m,试计算能否完成传热任务。 若欲维持气体出口温度,定性分析可采取的措施(计算时可作合理简化)。 2.设计由f25×2mm的136根不锈钢管组成的列管换热器。 平均比热为4187J/kg·℃的溶液在管内作湍流流动,流量为15000kg/h,并由15℃加热到100℃。 温度为110℃的饱和水蒸气在壳方冷凝。 已知单管程时管壁对溶液的对流传热系数为ai=520W/m2·℃,蒸气冷凝时的对流传热系数ao=1.16×104W/m2·℃,不锈钢管的导热系数l=17W/m·℃,忽略污垢热阻和热损失,试求: (1)管程为单程时的列管有效长度; (2)管程为四程时的列管有效长度(仍为136根)。 3.有一单程列管式换热器,内装有f25×2.5mm的钢管300根,管长为2m。 要求将质量流量为8000kg/h的常压空气于管程由20℃加热到85℃,选用108℃的饱和蒸气在壳方冷凝加热。 若蒸气的冷凝传热膜系数为1×104W/m2·K,忽略管壁及两侧污垢热阻和热损失。 已知空气在平均温度下的物性常数为Cp=1kJ/kg·K,l=2.85×10-2W/m·K,m=1.98×10-5Pa·s,Pr=0.7。 试求: (1)空气在管内的对流传热系数; (2)换热器的总传热系数(以管子外表面为基准); (3)通过计算说明该换热器能否满足需要; (4)计算说明管壁温度接近哪一侧的流体温度。 4.有一传热面积为3m2由f25×2.5mm的管子组成的单程列管式换热器,用初温为10℃的水将机油由200℃冷却到100℃,水走管内,油走管间。 已知水和油的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h,比热分别为4.18kJ/kg.K和2.0kJ/kg·K,水侧和油侧的对流传热系数分别为2000W/m2·K和250W/m2·K,两流体呈逆流流动,忽略管壁及两侧污垢热阻和热损失。 试求: (1)通过计算说明该换热器能否合用; (2)夏天,当水的初温达30℃时,该换热器能否合用? 如何解决? (假设传热系数及水的比热不变)。 5.有一传热面积为20m2换热器,用温度为20℃,流量为13200kg/h的冷却水,冷却进口温度为110℃的醋酸,两流体呈逆流流动。 换热器刚投入使用时,冷却水出口温度为45℃,醋酸出口温度为40℃,运转一段时间后,冷热流体流量、进口温度不变,冷却水出口温度降到38℃,水比热为4.2kJ/kg·℃,忽略管壁及两侧污垢热阻和热损失。 试求: 传热系数下降的百分率。 6.有一列管换热器由f25×2.5mm的120根钢管组成。 110℃的饱和水蒸气在壳方冷凝以加热在管内作湍流流动的某液体,且冷凝水在饱和温度下排出。 已知液体平均比热为4.187kJ/kg·℃,由15℃加热到90℃。 管内对流传热系数为ai=800W/m2·℃,蒸气冷凝的对流传热系数ao=1.1×104W/m2·℃,忽略污垢热阻、壁阻和热损失,每小时收集冷凝水2100kg,在饱和温度下蒸气冷凝潜热g=2232kJ/kg,试求: (1)每小时可处理的液体量; (2)管程单程时的列管有效长度; (3)其它条件均保持不变,将120根钢管改为两管程,列管有效长度为多少。 7.有一壁厚10mm为的钢制平壁容器,内盛80℃的恒温热水,水对内壁面的对流传热系数为240W/m2·℃。 现在容器外表面覆盖一层导热系数为0.16W/m2·℃、厚度为50mm的保温材料,保温层外为的空气所包围,外壁对空气的联合传热系数为10W/m2·℃,试求: (1)每小时所损失的热量kJ/h·m2; (2)容器的内表面温度TW。 (钢材的导热系数为45W/m2·℃)。 第二章气体吸收 【学生自测】 一、选择与填空(30分) 1.吸收操作的原理是__________________。 2.对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统,当总压增大时,亨利系数 将_____,相平衡常数 将_____,溶解度系数 将_____。 A.增大;B.不变;C.减小;D.不确定。 3.在吸收操作中,以液相浓度差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为_____。 A. ;B. ;C. ;D. 。 4.等分子反方向扩散通常发生在_______单元操作过程中;一组分通过另一停滞组分的扩散通常发生在_______单元操作过程中。 6.增加吸收剂用量,操作线的斜率_____________,吸收推动力_____________。 9.推动力( )与吸收系数_____相对应。 A. ;B. ;C. ;D. 。 二、计算题(70分) 1.在压力为101.3kPa、温度为30℃的操作条件下,在某填料吸收塔中用清水逆流吸收混合气中的NH3。 已知入塔混合气体的流量为220kmol/h,其中含NH3为1.2%(摩尔分数)。 操作条件下的平衡关系为Y=1.2X(X、Y均为摩尔比),空塔气速为1.25m/s;气相总体积吸收系数为0.06kmol/(m3·s);水的用量为最小用量的1.5倍;要求NH3的回收率为95%。 试求: (1)水的用量; (2)填料塔的直径和填料层高度。 (25分) 2.已知某填料吸收塔直径为1m,填料层高度为4m。 用清水逆流吸收某混合气体中的可溶组分,该组分进口组成为8%,出口组成为1%(均为mol%)。 混合气流率为30kmol/h,操作液气比为2,操作条件下气液平衡关系为 。 试求: (1)操作液气比为最小液气比的多少倍; (2)气相总体积吸收系数 ; (3)填料层高度为2m处的气相组成。 (25分) 3.在一逆流操作的填料塔中,用循环溶剂吸收某混合气体中的溶质。 气体入塔组成为0.025(摩尔比,下同),液气比为1.6,操作条件下气液平衡关系为 。 若循环溶剂组成为0.001,则出塔气体组成为0.0025。 现因脱吸不良,循环溶剂组成变为0.01,试求此时出塔气体组成。 (20分) 第一章蒸馏 【学生自测】 一、选择与填空 1.汽液两相呈平衡状态时,汽液两相温度__________,但汽相组成__________液相组成。 2.汽液两相呈平衡状态时,若汽液两相组成相同,则汽相露点温度_____液相泡点温度。 A.相等;B.大于;C.小于;D.不确定。 3.所谓理论板是指___________________________________,且____________________。 4.操作中的精馏塔,保持 、 、 、 不变,增加 ,则 _______, ______。 A.增加;B.不变;C.不确定;D.减小。 5.某二元物系,相对挥发度 ,对 、 两层理论板,在全回流条件下,已知 ,则 __________________。 6.精馏塔中由塔顶向下的第 、 、 层塔板,其汽相组成关系为_________。 A. ;B. ; C. ;D.不确定。 7.某精馏塔的精馏段操作线方程为 ,则该精馏塔的操作回流比为________,馏出液组成为________。 8.操作中的精馏塔,保持 、 、 、 、 不变,减小 ,则有_________。 A.D增加,R减小;B.D不变,R增加; C.D减小,R增加
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