食品工程期末试题.docx
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食品工程期末试题.docx
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食品工程期末试题
第一章流体流动
一、名词解释
1流体的黏性
2牛顿流体
3流体的稳定流动
4层流边界层
二、填空
1通常把()流体称为理想流体。
2牛顿黏性定律表明,两流体层之间单位面积的()与垂直于流动方向的()成正比。
3流体在管道中的流动状态可分为()和()两种类型。
4在过渡区内,流体流动类型不稳定,可能是(),也可能是(),两者交替出现,与()情况有关。
5流体的流动状态可用()数来判断。
当其>()时为();<()时为()。
6流体在管道中的流动阻力可分为()和()两类。
7当流体在圆管内流动时,管中心流速最大,滞流时的平均速度与管中心的最大流速的关系为()。
8根据雷诺数的不同,摩擦系数-雷诺数图可以分为()、()、()和()四个区域。
9管路系统主要由(),()和()等组成。
10局部阻力有()和()两种计算方法。
三、选择
1液体的黏性随温度升高而(),气体的黏性随温度升高而()。
A.升高,降低;B.升高,升高;C.降低,升高
2砂糖溶液的黏度随温度升高而()。
A.增大;B.减小;C.不变
3层流时流体在圆管内的速度分布规律为()形式。
A.二次曲线;B.直线;C.指数
四、简答
1推导理想流体的柏努利方程。
2举例说明理想流体柏努利方程中三种能量的转换关系。
3简述流体流动状态的判断方法及影响因素。
4如何用实验方法判断流体的流型?
5说明管壁的粗糙度对流体流动阻力的影响。
五、计算
1某真空浓缩器上真空表的读数为15.5×103Pa,设备安装地的大气压强为90.8×103Pa,试求真空浓缩器内的绝对压强。
2一敞口储槽内贮存有椰子油,其密度为910kg/m3,已知:
Z1=0.6m,Z2=1.8m;槽侧壁安装的测压管上段液体是水,测压管开口通大气。
求槽内油面的位置高度h。
3某设备进、出口的表压强分别为-13kPa和160kPa,当地大气压为101.3kPa,求该设备进、出口的压强差。
4用一串联U形管压差计测量水蒸气锅炉水面上的蒸气压pv,U形管压差计指示液均为水银,连接两U形管压差计的倒U形管内充满水,已知从右至左四个水银面与基准水平面的垂直距离分别为h1=2.2m、h2=1m、h3=2.3m、h4=1.3m。
锅炉水面与基准水平面的垂直距离为h5=3m。
求水蒸气锅炉水面上方的蒸气压pv。
5试管内盛有10cm高的水银,再于其上加入6cm高的水。
水银密度为13560kg/m3,温度为20℃,当地大气压为101kPa。
求试管底部的压强。
6在压缩空气输送管道的水平段装设一水封设备如图,其垂直细支管(水封管)用以排除输送管道内的少量积水。
已知压缩空气压强为50kPa(表压)。
试确定水封管至少应插入水面下的最小深度h。
7贮油槽中盛有密度为960㎏/m3的食用油,油面高于槽底9.6m,油面上方通大气,槽侧壁下部开有一个直径为500mm的圆孔盖,其中心离槽底600mm。
求作用于孔盖上的力。
8如本题图所示,用套管式热交换器加热通过内管的果汁,已知内管为Φ33.5mm×3.25mm,外管为Φ6mm×3.5mm的焊接钢管。
果汁密度为1060㎏/m3,流量为6000㎏/h;加热媒质为115℃的饱和水蒸气在外环隙间流动,其密度为0.9635㎏/m3,流量为120㎏/h。
求果汁和饱和水蒸气的平均流速。
9水流经一文丘里管如本题图示,截面1处的管内径为0.1m,流速为0.5m/s,其压强所产生的水柱高为1m;截面2处的管内径为0.05m。
忽略水由1截面到2截面流动过程的能量损失,求1、2两截面产生的水柱高差h为多少米?
10某植物油流过一水平渐缩管段,管大头内径为20mm,小头内径为12mm,现测得这两截面间的压强差为1000Pa,该植物油的密度为950kg/m3,不计流动损失。
求每小时油的质量流量。
11从高位槽向塔内加料。
高位槽和塔内的压力均为大气压。
要求料液在管内以1.5m/s的速度流动。
设料液在管内压头损失为2.2m(不包括出口压头损失)。
高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米?
1220℃下水在50mm内径的直管中以3.6m/s的流速流动,试判断其流动类型。
1337℃下血液的运动黏度是水的5倍。
现欲用水在内径为1cm的管道中模拟血液在内径为5mm的血管中以15cm/s流动过程的血流动力学情况,实验水流速度应取为多少?
14果汁在内径为d1的管路中作稳定流动,平均流速为u1,若将管径增加一倍,体积流量和其他条件均不变,求平均流速为原来的多少倍?
15如本题图示,将离心泵安装在高于井内水面5米的地面上,输水量为50m3/h,吸水管采用Φ114×4㎜的电焊钢管,包括管路入口阻力在内的吸水管路上总能量损失为∑hf=5J/kg,当地大气压强为1.0133×105Pa。
求该泵吸入口处的真空度。
16用泵输送某植物油,管道水平安装,其内径等于10mm,流量为0.576m3/h,油的粘度为50黏度0-3Pas,密度为950kg/m3。
试求从管道一端至相距30米的另一端之间的压力降。
17用离心泵将某水溶液由槽A输送至高位槽B,两槽液面维持恒定并敞开通大气,其间垂直距离为20m。
已知溶液密度为1200kg/m3,溶液输送量为每小时30m3,管路系统各种流动阻力之和∑hf=36J/kg,该泵的效率为0.65。
求泵的轴功率。
18某饮料厂果汁在管中以层流流动,如果流量保持不变,问:
(1)管长增加一倍;
(2)管径增加一倍;(3)果汁温度升高使黏度变为原黏度1/2(设密度变化极小)。
试通过计算说明三种情况下摩擦阻力的变化情况。
19植物油在圆形直管内作滞流流动,若流量、管长、液体物性参数和流动类型均不变,只将管径减至原来的2/5,由流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍?
20用泵将密度为930kg/m3、黏度为4黏度mPas的某植物油送至贮槽,管路未装流量计,但已知A、B两处压力表的读数分别为pA=1.2MPa,pB=1.12MPa,两点间的直管长度为25m,用管直径为Φ89×3.5mm的无缝钢管,其间还有3个90°的弯头。
试估算该管路油的流量。
21用一台轴功率为7.5kw的库存离心泵将溶液从贮槽送至表压为0.2×105Pa的密闭高位槽(见右图),溶液密度为1150kg/m3、黏度为1.2×10-3Pa·s。
管子直径为Φ108×4mm、直管长度为70m、各种管件的当量长度之和为100m(不包括进口和出口的阻力),直管阻力系数为0.026。
输送量为50m3/h,两槽液面恒定,其间垂直距离为20m。
泵的效率为65%。
。
试从功率角度考虑核算该泵能否完成任务。
22一台效率为0.65的离心泵将果汁由开口贮槽输送至蒸发器进行浓缩。
已知果汁密度为1030kg/m3,黏度为1.2×10-3Pa·s,蒸发器液面上蒸发空间的真空表读数为50kPa,果汁输送量为16m3/h。
进蒸发器的水平管中心线高于开口贮槽液面20m,管直径为Φ57mm×3mm的冷轧不锈钢管,不包括管路进、出口能量损失的直管及各管件当量长度之和为50m,管壁绝对粗糙度为0.02mm,当地大气压强为1×105Pa。
求泵的轴功率PZ。
23高位水槽底部接有一长度为30m(包括局部阻力的当量长度)、内径为20mm的钢管,该管末端分接两个处于同一水平面的支管,支管直径与总管相同,各支管均装有一相同的球阀(ζ=6.4),因支管很短,除球阀的局部阻力外,其他阻力可以忽略。
高位槽水位恒定,水面与支管出口的垂直距离为6m。
试求开一个阀门和同时开两个阀门管路系统的流量。
第二章流体输送机械
一、名词解释
1离心泵的气蚀现象
2泵的工作点
3离心泵的安装高度
4离心泵的切割定律和比例定律
二、填空
1产品样本上离心泵的性能曲线是在一定的()下,输送()时的性能曲线。
2离心泵的实际工作压头和流量不仅与()的特性曲线有关,还与()的特性曲线有关。
3离心泵压头的大小取决于()、()和()。
4离心泵的工作点由()曲线和()曲线共同决定。
5为防止发生()现象,泵的安装高度不能太高,可采取(),()等措施提高泵的安装高度。
6管路系统主要由(),()和()等组成。
7泵的内部损失主要由(),()和()引起。
三、选择
1离心泵铭牌上标明的扬程是指()。
A.功率最大时的扬程B.最大流量时的扬程
C.泵的最大扬程D.效率最高时的扬程
2一台试验用离心泵,开动不久,泵入口处的真空度逐渐降低为零,泵出口处的压力表也逐渐降低为零,此时离心泵完全打不出水。
发生故障的原因是()
A.忘了灌水B.吸入管路堵塞C.压出管路堵塞D.吸入管路漏气
3两台相同的泵串联工作时,其压头()一台泵单独工作时的两倍。
A.>B. 4正位移泵的流量与()有关。 A.泵的转速与结构B.管路阻力C.泵的压头 5离心泵的压头、流量均与流体的()无关。 A.黏度B黏度密度C.温度 6液体的黏性随温度升高而(),气体的黏性随温度升高而()。 A.升高,降低B.升高,升高C.降低,升高 7余隙系数越大,压缩比越大,则容积系数()。 A.越小B.越大C.不变 8正位移泵的压头与()有关。 A.泵的转速B.管路阻力C.流量 四、简答 1离心泵发生气蚀现象的原因是什么? 危害是什么? 应如何防止? 2根据离心泵的特性曲线图说明用其出口阀门调节管路流量的原理。 3简述实际流体柏努利方程的物理意义。 4简述离心泵的结构和工作原理。 5简述用旁路阀调节往复泵流量的原理。 五、计算 1已知离心泵吸入管内径为100mm,吸入管路总压头损失为12u2/2g(u为吸管内水的流速,m/s),泵入口处真空表读数为45.33kPa。 试求吸水管内的流量(m3/h)。 已知水的密度为103m3/kg。 2用泵将密度为1.15g/cm3的盐水,以0.0056m3/min的流量由一敞口大原料贮槽送敞口高位槽中,管道出口比原料贮槽的液面高23m,吸入管内径为90mm,泵出口管内径为52.5mm。 假如管路系统的摩擦损失为53.8J/kg,泵的效率为70%,试计算泵的扬程和功率。 3用泵将82.2℃的热水以0.379m3/min的流量从一出口贮槽中吸上来,泵的入口管为内径50.8mm,长6.1m的40号钢管,有三个弯头。 水从泵中流出来后经过一长61m,内径50.8mm的带两个弯头的管段后再排到大气中,排出口比贮槽的液面高6.1m。 (1)计算总摩擦损失; (2)计算泵所作的的功;3.泵的有效功率。 4用泵降体积流量为0.5m3/h的水以0.1m/s的速度从10m下的加热罐中抽至水龙头处。 假如罐的压力保持在600kPa的表压下,试求泵的能量。 忽略管道阻力。 第三章非均相物系的分离 一、名词解释 1非均相物系 2临界粒径 3重力沉降 4离心沉降 5沉降速度 6过滤速率 二、填空 1滤饼过滤有()和()两种典型的操作方式。 在实际操作中常用()的操作方式。 2沉降室应做成()形或在室内设置()。 3沉降室的生产能力与()和()有关。 4除尘系统可以由()、()和()组成。 5在除尘系统中,含尘气体可先在()中除去较大尘粒,然后在()中除去大部分尘粒。 6过滤有()和()两种基本方式。 7板框过滤机的工作过程主要有(),()和()等。 8滤饼过滤开始后会迅速发生()现象。 在滤饼过滤中,真正起过滤作用的是()。 9滤饼阻力的大小主要取决于(过滤介质)及其()。 10非均相物系的分离遵循()的基本规律。 三、选择 1在相同条件下,板框过滤机的洗涤速率为终了过滤速率的()。 A.1/2;B.1/3;C.1/4 2对于可压缩性滤饼,其压缩系数为()。 A.s=0;B.s<1;C.s>1 3过滤的推动力为()。 A.浓度差;B.温度差;C.压力差 4一台试验用离心泵,开动不久,泵入口处的真空度逐渐降低为零,泵出口处的压力表逐渐上升,此时离心泵完全打不出水。 发生故障的原因是()。 A.忘了灌水;B.吸入管路堵塞;C.压出管路堵塞;D.吸入管路漏气 四、简答 1简述旋风分离器的结构和设计原理。 2简述影响重力沉降的因素(以斯托克斯区为例)。 3设计一个含尘气体的分离系统,并简述各个设备的作用。 4简述降尘室的结构和设计原理。 5根据过滤基本方程,简述影响过滤的因素。 6简述板框压滤机的工作过程。 7设洗水的粘度和温度黏度液相同,试证明洗涤速率是最后过滤速率的1/4。 8简述先恒速后恒压过滤的特点。 9简述用试验法求过滤常数的方法。 五、计算 1试计算直径d90μm,密度ρs为3000kg/m3的固体颗粒分别在20℃的空气和水中的自由沉降速度。 已知20℃时空气的密度为1.205kg/m3,黏度为1.81×10-5Pa·s,水的黏度为1.5×10-3Pa·s。 2某悬浮液中固相密度为2930kg/m3,其湿饼密度为1930kg/m3,悬浮液中固相颗粒的质量分率为25g/升水。 该悬浮液于400mm汞柱的真空度下用小型转筒真空过滤机做试验,测得过滤常数K=5.15×10-6m2/s。 现用一直径为1.75m,长0.98m的转筒真空过滤机生产。 操作压力于试验相同,转速为1r/min,浸没角为125.5°,滤布阻力可忽略,滤饼不可压缩。 试求此过滤机的生产能力和滤饼的厚度。 3已知含尘气体中尘粒的密度为2000kg/m3。 气体温度为375K,黏度为0.6cP,密度为0.46kg/m3。 现用一标准型旋风分离器分离其中的尘粒,分离器的尺寸为D=400mm,h=D/2,B=D/4。 含尘气体在进入排气管以前在分离器内旋转的圈数为N=5,气体流量Q=1000m3/h。 试计算其临界粒径。 4预用沉降室净化温度为20℃流量为250m3/h的常压空气,空气中所含灰尘的密度为1800kg/m3,要求净化后的空气不含有直径大于10μm的尘粒,试求所需净化面积为多大? 若沉降室低面的宽为2m,长5m,室内需要设多少块隔板? 已知20℃时,空气黏度为1.81×10-5Pa·s。 5若分别采取下列各项措施,试分析真空转筒过滤机的生产能力将如何变化。 已知滤布阻力可以忽略,滤饼不可压缩。 (1)转筒尺寸按比例增大1倍; (2)转筒浸没度增大1倍;(3)操作真空度增大1倍;4.转速增大1倍。 6用单碟片的碟式离心机澄清含有颗粒的黏性液体,颗粒密度为1461kg/m3,溶液的密度为801kg/m3,黏度为10P,离心机转筒的r2=0.02225m,r1=0.00716m,碟片的半锥角为45。 ,如果转速为2300r/min,流量为0.002832m3/h。 计算出口流体中最大颗粒的直径。 第六章传热学 一、名词解释 1对流传热 2自然对流 3强制对流 4热辐射 5黑体 二、填空 1常用的列管换热器的温度补偿方式有()、()和()等。 2强化传热的途径主要有()、()和()等 3热传导是借助于()来进行热量的传递的。 热传导主要发生在()或()中。 4热量的传递是由于()而引起的。 根据传热原理,传热有()、()和()三种方式。 5在对流传热中,雷诺准数等于(),它表示()。 6在对流传热中,努塞尔准数等于(),它表示()。 7影响对流传热的因素主要有()、()、()和()等。 8用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃,冷却水初温为15℃,在设计列管式换热器时,采用两种方案比较,方案I是令冷却水终温为30℃,方案II是令冷却水终温为35℃,则用水量W1()W2,所需传热面积A1()A2(大于、小于、等于)。 9冷热水通过间壁换热器换热,热水进口温度为90℃,出口温度为50℃,冷水进口温度为15℃,出口温度为53℃,冷热水的流量相同,则热损失占传热量的()%(冷热水物性数据视为相同) 三、选择 1在与等温面垂直的方向上,() A.温度梯度最大B.温度梯度较小C.没有温度梯度 2液体的沸腾传热应控制在()区,以获得较大的传热膜系数. A.核状沸腾;B.膜状沸腾;C.自然对流 3在相同传热面积条件下,逆流操作时所需加热剂用量较并流操作(). A.多;B.少;C.相同 4间壁式换热器任一侧流体的对流换热过程中,热阻主要集中在(). A.间壁本身;B.层流底层;C.湍流主体 5已知圆筒壁(外半径为r3)上两层保温材料的温度分布曲线如图示: A层的导热系数()B层的导热系数;应将()放在内层保温效果好。 (A,B两层厚度相等)。 A.等于B.大于C.小于D.A层 四、简答 1简述影响对流传热系数的因素。 2举例说明板式换热器在食品中的应用。 3根据传热速率方程简述影响间壁式换热器的因素。 4举例说明套管式换热器在食品中的应用。 5简述套式换热器的特点及其应用。 五、计算 1某平壁厚度b=0.37m,内表面温度t1=1650℃,外表面温度t2=300℃,平壁材料热导率λ=0.815+0.00076t,W/(m2·℃)。 若将热导率分别按常量(取平均热导率)和变量计算,试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。 2用平板法测定材料的热导率。 平板状材料的一侧用电热器加热,另一侧用冷却水通过夹层将热量移走。 所加热量由加至电热器的电压和电流算出,平板两侧的表面温度用热电偶测得(见附表)。 已知材料的导热面积为0.02m2,其厚度为0.01m,测得的数据如下,试求: (1)材料的平均热导率 ; (1)设该材料的热导率为 ,试求 和a'。 电热器 材料表面温度/℃ 电压/V 电流/A 高温侧 低温侧 140 2.8 300 100 114 2.28 200 50 3某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成,两层的厚度均为100mm,其热导率分别为0.9W/(m·℃)及0.7W/(m·℃)。 待操作稳定后,测得炉膛的内表面温度为700℃,外表面温度为130℃。 为了减少燃烧炉的热损失,在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、热导率为0.06W/(m2·℃)的保温材料。 操作稳定后,又测得炉内表面温度为740℃,外表面温度为90℃。 设两层砖的热导率不变,试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几? 4红砖平壁墙,厚度为500mm,一侧温度为200℃,另一侧为30℃。 设红砖的平均热导率取0.57W/(m2·℃),试求: (1)单位时间、单位面积导过的热量; (2)距离高温侧350mm处的温度。 5某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次彻成。 耐火砖: 热导率 =1.05W/(m2·℃); 厚度b1=0.23m; 绝热砖: 热导率 =0.151W/(m2·℃) 每块厚度b2=0.23m; 普通砖: 热导率 =0.93W/(m2·℃) 每块厚度b3=0.24m; 若已知耐火砖内侧温度为1000℃,耐火砖与绝热砖接触处温度为940℃,而绝热砖与普通砖接触处的温度不得超过138℃,试问: (1)绝热层需几块绝热砖? (2)此时普通砖外侧温度为多少? 6在外径为140mm的蒸气管道外包扎保温材料,以减少热损失。 蒸气管外壁温度为390℃,保温层外表面温度不大于40℃。 保温材料的λ与t的关系为λ=0.1+0.0002t(t的单位为℃,λ的单位为W/(m2·℃))。 若要求每米管长的热损失Q/L不大于450W/m,试求保温层的厚度以及保温层中温度分布。 7φ60mm×3mm铝合金管(热导率按钢管选取),外包一层厚30mm石棉后,又包一层30mm软木。 石棉和软木的热导率分别为0.16W/(m2·℃)和0.04W/(m2·℃)。 又已知管内壁温度为-110℃,软木外侧温度为10℃,求每米管长所损失的冷量。 若将两保温材料互换,互换后假设石棉外侧的温度仍为10℃不变,则此时每米管长上损失的冷量为多少? 8空心球内半径为r1、温度为ti,外半径为r0、温度为t0,且ti>t0,球壁的热导率为λ。 试推导空心球壁的导热关系式。 9在预热器内将压强为101.3kPa的空气从10℃加热到50℃。 预热器由一束长度为1.5m,直径为φ86mm×1.5mm的错列直立钢管所组成。 空气在管外垂直流过,沿流动方向共有15行,每行有管子20列,行间与列间管子的中心距为110mm。 空气通过管间最狭处的流速为8m/s。 管内有饱和蒸气冷凝。 试求管壁对空气的平均对流传热系数。 10在长为3m,内径为53mm的管内加热香蕉浆。 香蕉浆的质量流速为172kg/(s·m2)。 若香蕉浆在定性温度下的物性数据如下: Pa·S; w/m·K; kJ/(kg·℃)。 试求香蕉浆对管壁的对流传热系数。 11有一列管式换热器,由38根φ25mm×2.5mm的无缝钢管组成。 果汁在管内流动,由20℃被加热至80℃,果汁的流量为8.32kg/s。 外壳中通入水蒸气进行加热。 试求管壁对果汁的传热系数。 当果汁的流量提高一倍时,传热系数有何变化。 12热空气在冷却管管外流过,2=90W/(m2·℃),冷却水在管内流过, 1=1000W/(m2·℃)。 冷却管外径do=16mm,壁厚b=1.5mm,管壁的λ=40W/(m2·℃)。 试求: ①总传热系数Ko; ②管外对流传热系数2增加一倍,总传热系数有何变化? ③管内对流传热系数1增加一倍,总传热系数有何变化? 13有一套管换热器,内管为φ25mm×1mm,外管为φ38mm×1.5mm。 冷水在环隙内流过,用以冷却内管中的高温气体,水的流速为0.3m/s,水的入口温度为20℃,出口温度为40℃。 试求环隙内水的对流传热系数。 14有一不锈钢制造的套管换热器,内管直径为φ89mm×3.5mm,流量为2000kg/h的糖浆在内管中从80℃冷却到50℃。 冷却水在环隙从15℃升到35℃。 糖浆的对流传热系数h=230W/(m2·K),水的对流传热系数c=290W/(m2·K)。 忽略污垢热阻。 试求: ①冷却水消耗量;②并流和逆流操作时所需传热面积;③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同,计算冷却水出口温度与消耗量,假设总传热系数随温度的变化忽略不计。 22某无相变的流体,通过内径为50mm的圆形直管时的对流传热系数为120W/(m2·℃),流体的Re=2×104。 假如改用周长与圆管相等,高与宽之比等于1∶2的矩形管,而流体的流速增加0.5倍,试问对流传热系数有何变化? 15某食品厂用冷水冷却奶油。 冷却器为φ14mm×8mm钢管组成的排管,水平浸于一很大的冷水槽中,冷水由槽下部进入,上部溢出,通过槽的流速很小。 设冷水的平均温度为42.5℃,钢管外壁温度为56℃,试求冷水的对流传热系数。 16室内有二根表面温度相同的蒸气管,由于自然对流两管都向周围空气散失热量。 已知大管的直径为小管直径的10倍,小管的(Gr·Pr)=108。 两水平管单位时间、单
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