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化工原理习题题库备课讲稿
◎第一章流体流动
◎第二章流体输送设备
◎第三章非均相分离
◎第四章传热
◎第五章蒸馏
◎第六章吸收
◎第七章萃取
第一章流体流动
一、单选题
1.单位体积流体所具有的()称为流体的密度。
A
A质量;B粘度;C位能;D动能。
2.单位体积流体所具有的质量称为流体的()。
A
A密度;B粘度;C位能;D动能。
3.流体是由无数分子集团所组成的连续()。
B
A空白;B连续;C辐射;D漂流。
4.气体是()的流体。
B
A可移动;B可压缩;C可流动;D可测量。
5.气体是可压缩的()。
C
A材料;B物质;C流体;D部分。
6.在静止的流体内,单位面积上所受的压力称为流体的()。
C
A绝对压强;B表压强;C静压强;D真空度。
7.以绝对零压作起点计算的压强,称为()。
A
A绝对压强;B表压强;C静压强;D真空度。
8.以()作起点计算的压强,称为绝对压强。
D
A大气压;B表压强;C相对零压;D绝对零压。
9.当被测流体的()大于外界大气压强时,所用的测压仪表称为压强表。
D
A真空度;B表压强;C相对压强;D绝对压强。
10.当被测流体的绝对压强()外界大气压强时,所用的测压仪表称为压强表。
A
A大于;B小于;C等于;D近似于。
11.当被测流体的绝对压强大于外界大气压强时,所用的测压仪表称为()。
A
A压强表;B真空表;C高度表;D速度表。
12.()上的读数表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值,称为表压强。
A
A压强表;B真空表;C高度表;D速度表。
13.压强表上的读数表示被测流体的()比大气压强高出的数值,称为表压强。
D
A大气压;B表压强;C相对压强;D绝对压强。
14.压强表上的读数表示被测流体的绝对压强比()高出的数值,称为表压强。
A
A大气压强;B表压强;C相对压强;D绝对压强。
15.压强表上的读数表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值,称为()。
B
A真空度;B表压强;C相对压强;D附加压强。
16.被测流体的()小于外界大气压强时,所用测压仪表称为真空表。
D
A大气压;B表压强;C相对压强;D绝对压强。
17.被测流体的绝对压强()外界大气压强时,所用测压仪表称为真空表。
B
A大于;B小于;C等于;D近似于。
18.被测流体的绝对压强小于外界()时,所用测压仪表称为真空表。
A
A大气压强;B表压强;C相对压强;D真空度。
19.被测流体的绝对压强小于外界大气压强时,所用测压仪表称为()。
B
A压强表;B真空表;C高度表;D速度表。
20.()上的读数表示被测流体的绝对压强低于大气压强的读数。
B
A压强表;B真空表;C高度表;D速度表。
22.真空表上的读数表示被测流体的绝对压强低于()的读数。
D
A大气压强;B表压强;C相对压强;D绝对压强。
23.真空表上的读数表示被测流体的绝对压强()大气压强的读数。
A
A低于;B等于;C高于;D近似于。
24.真空表上的读数表示被测流体的绝对压强低于()的读数。
A
A大气压强;B表压强;C相对压强;D真空度。
25.()等于大气压强与表压强之和。
A
A大气压强;B表压强;C相对压强;D绝对压强。
26.绝对压强()大气压强与表压强之和。
C
A大于;B小于;C等于;D近似于。
27.绝对压强等于()与表压强之和。
A
A大气压强;B表压强;C相对压强;D绝对压强。
28.绝对压强等于大气压强与()之和。
B
A大气压强;B表压强;C相对压强;D绝对压强。
29.绝对压强等于大气压强与表压强()。
C
A之积;B之商;C之和;D之差。
30.表压强()绝对压强减去大气压强。
C
A大于;B小于;C等于;D近似于。
31.表压强等于绝对压强()大气压强。
D
A乘以;B除以;C加上;D减去。
32.()等于绝对压强减去大气压强。
A
A表压强;B真空度;C相对压强;D流体压强。
33.表压强等于()减去大气压强。
A
A绝对压强;B真空度;C相对压强;D流体压强。
34.表压强等于绝对压强减去()。
D
A大气压强;B真空度;C相对压强;D流体压强。
35.真空度等于大气压强()绝对压强。
D
A乘以;B除以;C加上;D减去。
36.()等于大气压强减去绝对压强。
A
A真空度;B表压强;C湍流度;D粗糙度。
37.()内流过管道任意截面的流体量称为流量。
B
A无限时间;B单位时间;C长时间;D短时间。
38.单位时间内流过管道任意截面的流体量称为()。
C
A流速;B流线;C流量;D流函数。
39.()内流体在流动方向上所流过的距离称为流速。
B
A无限时间;B单位时间;C长时间;D短时间。
40.单位时间内流体在流动方向上所流过的()称为流速。
C
A宽度;B高度;C距离;D直线。
41.单位时间内流体在流动方向上所流过的距离称为()。
A
A流速;B流线;C流量;D流函数。
42.柏努利方程式中的()项表示单位质量流体所具有的位能。
A
Agz;B
;C
;Dwe。
43.柏努利方程式中的gz项表示单位质量流体所具有的()。
B
A位能;B动能;C静压能;D有效功。
44.柏努利方程式中的()项表示单位质量流体所具有的动能。
B
Agz;B
;C
;Dwe。
45.柏努利方程式中的
项表示单位质量流体所具有的()。
B
A位能;B动能;C静压能;D有效功。
46.柏努利方程式中的()项表示单位质量流体所具有的静压能。
C
Agz;B
;C
;Dwe。
47.柏努利方程式中的
项表示单位质量流体所具有的()。
C
A位能;B动能;C静压能;D有效功。
48.柏努利方程式中的()项表示单位质量流体通过泵(或其他输送设备)所获得的能量,称为有效功。
D
Agz;B
;C
;Dwe。
49.柏努利方程式中的we项表示单位质量流体通过泵(或其他输送设备)所获得的能量,称为()。
D
A位能;B动能;C静压能;D有效功。
50.柏努利方程式中的()项表示单位质量流体因克服流动阻力而损失的能量。
D
Agz;B
;C
;D
。
51.柏努利方程式中的
项表示单位质量流体因克服流动阻力而()的能量。
D
A增加;B扩大;C需求;D损失。
52.流体在直管中流动,当()≤2000时,流体的流动类型属于层流。
A
ARe;BPr;CNu;DGr。
53.流体在直管中流动,当Re()2000时,流体的流动类型属于层流。
A
A≤;B≥;C=;D≠。
54.流体在直管中流动,当Re≤()时,流体的流动类型属于层流。
B
A1000;B2000;C3000;D4000。
55.流体在直管中流动,当Re≤2000时,流体的流动类型属于()。
A
A层流;B湍流;C过渡流;D漩涡流。
56.流体在直管中流动,当()≥4000时,流体的流动类型属于湍流。
A
ARe;BPr;CNu;DGr。
57.流体在直管中流动,当Re()4000时,流体的流动类型属于湍流。
B
A<;B≥;C≤;D≠。
58.流体在直管中流动,当Re≥()时,流体的流动类型属于湍流。
D
A1000;B2000;C3000;D4000。
59.流体在直管中流动,当Re>4000时,流体的流动类型属于()。
B
A层流;B湍流;C过渡流;D漩涡流。
60.流体在直管中流动,当2000<()<4000时,流体的流动类型属于不稳定的过渡区。
A
ARe;BPr;CNu;DGr。
61.流体在直管中流动,当2000<Re<4000时,流体的流动类型属于不稳定的()。
C
A层流区;B湍流区;C过渡区;D涡流区。
62.流体在管内作()流动时,其质点沿管轴作有规则的平行运动。
A
A层流;B湍流;C过渡流;D漩涡流。
63.流体在管内作层流流动时,其质点沿管轴作有规则的()运动。
B
A垂直;B平行;C圆周;D绕行。
64.流体在管内作()流动时,其质点作不规则的杂乱运动。
B
A层流;B湍流;C过渡流;D漩涡流。
65.流体在管内作湍流流动时,其质点作不规则的()运动。
D
A垂直;B平行;C圆周;D杂乱。
66.流体在圆管内()流动时,平均速度是最大速度的一半。
A
A层流;B湍流;C过渡流;D漩涡流。
67.流体在圆管内层流流动时,()是最大速度的一半。
A
A平均速度;B最大速度;C中间速度;D瞬时速度。
68.流体在圆管内层流流动时,平均速度是()的一半。
B
A平均速度;B最大速度;C中间速度;D瞬时速度。
69.流体在圆管内层流流动时,平均速度是最大速度的()。
B
A四分之一;B一半;C二倍;D四倍。
70.流体在圆管内()流动时,最大速度是平均速度的二倍。
A
A层流;B湍流;C过渡流;D漩涡流。
71.流体在圆管内层流流动时,()是平均速度的二倍。
B
A平均速度;B最大速度;C中间速度;D瞬时速度。
72.流体在圆管内层流流动时,最大速度是()的二倍。
A
A平均速度;B最大速度;C中间速度;D瞬时速度。
73.流体在圆管内层流流动时,最大速度是平均速度的()。
C
A四分之一;B一半;C二倍;D四倍。
74.对于(),当量直径等于四倍的流通截面积除以润湿周边。
B
A圆形管;B非圆形管;C矩形管;D直管。
75.对于非圆形管,()等于四倍的流通截面积除以润湿周边。
C
A摩擦直径;B弯曲直径;C当量直径;D公称直径。
76.对于非圆形管,当量直径()四倍的流通截面积除以润湿周边。
C
A大于;B小于;C等于;D近似于。
77.对于非圆形管,当量直径等于()的流通截面积除以润湿周边。
D
A四分之一;B一半;C二倍;D四倍。
78.对于非圆形管,当量直径等于四倍的()除以润湿周边。
A
A流通截面积;B表面积;C流动体积;D流通体积。
79.对于非圆形管,当量直径等于四倍的流通截面积()润湿周边。
B
A乘以;B除以;C加上;D减去。
80.对于非圆形管,当量直径等于四倍的流通截面积除以()。
C
A流经周边;B直管周边;C润湿周边;D横截周边。
81.层流与湍流的本质区别是()。
A湍流流速>层流流速;B流道截面大的为湍流,截面小的为层流;
C层流的雷诺数<湍流的雷诺数;D层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。
二、简答题
1.如何判断一流体的流动类型?
Re≤2000的流动称为层流流动,Re>4000的流动称为湍流流动。
2.层流与湍流是如何定义的?
Re≤2000的流动称为层流流动,Re>4000的流动称为湍流流动。
3.简述层流与湍流的区别。
流体在管内作层流流动时,其质点沿管轴作有规则的平行运动,各质点互不碰撞,互不混合。
流体在管内作湍流流动时,其质点作不规则的杂乱运动,并相互碰撞,产生大大小小的漩涡。
4.什么是“当量直径”?
对非圆形截面的通道,可以找到一个与圆形管直径相当的“直径”来代替,此直径即称为“当量直径”。
5.当量直径是如何计算的?
当量直径等于四倍的流通横截面积除以润湿周边。
6.某液体分别在本题附图所示的三根管道中稳定流过,各管绝对粗糙度、管径均相同,上游截面1-1’的压强、流速也相等。
问:
在三种情况中,下游截面2-2’的流速是否相等?
答:
三种情况中,下游截面2-2’的流速相等。
7.某液体分别在本题附图所示的三根管道中稳定流过,各管绝对粗糙度、管径均相同,上游截面1-1’的压强、流速也相等。
问:
在三种情况中,下游截面2-2’的压强是否相等?
如果不等,指出哪一种情况的数值最大,哪一种情况的数值最小?
其理由何在?
答:
三种情况中,下游截面2-2’的压强不相等,其中(a)的压强最大,(c)的压强最小。
这是因为(c)管上不仅有一个阀门消耗能量,且管子末端垂直上升一段,又使得静压强降低。
三、计算题
1.一套管换热器的内管外径为80mm,外管内径为150mm,其环隙的当量直径为多少?
解:
de=4×
=4×
=150–80=70mm
2.某液体在一管路中稳定流过,若将管子直径减小一半,而流量不变,则液体的流速为原流速的多少倍?
解:
V=uA,u1A1=u2A2,A=
,当d1=2d2时
u1
=u2
,有
,
,即
得u2=4u1
3.一定量的液体在圆形直管内作滞流流动。
若管长及液体物性不变,而管径减至原有的一半,问因流动阻力产生的能量损失为原来的多少倍?
解:
流动阻力
,设管径改变后
,则根据u1A1=u2A2
可得u2=4u1,滞流时
,
=
,
,∴
4.某设备上真空表的读数为13.3×103Pa,计算设备内的绝对压强与表压强。
已知该地区大气压强为98.7×103Pa。
解:
绝对压强=大气压—真空度=98.7×103—13.3×103=85.4×103Pa
表压强=—真空度=—13.3×103Pa
5.甲乙两地的平均大气压强分别为85.3×103Pa和101.33×103Pa,在甲地操作的真空精馏塔塔顶的真空表读数为80×103Pa,在乙地操作时,若要求塔内维持相同的绝对压强,真空表读数应为多少?
解:
在甲地绝对压强=大气压—真空度=85.3×103—80×103=5.3×103Pa
在乙地真空度=大气压—绝对压强=101.33×103—5.3×103=96.03×103Pa
6.在兰州操作的苯乙烯真空精馏塔顶的真空表读数为80×103Pa,在天津操作时,若要求塔内维持相同的绝对压强,真空表的读数应为多少?
兰州地区的平均大气压强为85.3×103Pa,天津地区的平均大气压强为101.33×103Pa。
解:
在兰州绝对压强=大气压—真空度=85.3×103—80×103=5.3×103Pa
在天津真空度=大气压—绝对压强=101.33×103—5.3×103=96.03×103Pa
7.某设备的进、出口压强分别为1200mmH2O(真空度)和1.6kgf/cm2(表压)。
若当地大气压为760mmHg,求此设备进、出口的压强差。
(用SI制表示)
解:
进口P1(绝压)=P(大气压)-P(真空度)
出口P2(绝压)=P(大气压)+P(表压)
P1(真空度)=1200mmH2O=0.12kgf/cm2
P1(绝压)-P2(绝压)=-[P1(真空度)+P2(表压)]
=-(0.12+1.6)=-1.72kgf/cm2
=-1.72×9.81×104=-1.687×105N/m2
8.在附图所示的储油罐中盛有密度为960kg/m3的油品。
油面高于罐底9.6m,油面上方为常压。
在罐侧壁的下部有一直径为760mm圆孔,其中心距罐底800mm,孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作应力取为39.23×106Pa,问:
至少需要几个螺钉?
解:
设通过孔盖中心的水平面上液体的静压强为
p,则p就是管内液体作用与孔盖上的平均
压强。
由流体静力学基本方程式知
作用在孔盖外侧的是大气压强pa,故孔盖内外两侧所受压强差为
作用在孔盖上的静压力为
每个螺钉能承受的力为
螺钉的个数=3.76×104/6.04×103=6.23个
即至少需要7个螺钉。
9.某流化床反应器上装有两个U管压差计,如本题附图所示。
测得R1=400mm,R2=50mm,指示液为水银。
为防止水银蒸气向空间扩散,在右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水,其高度R3=50mm。
求A、B两处的表压强。
解:
U管压差计连接管中是气体,其密度远远小于水银及水的密度,由气柱高度所产生的压强差可以忽略。
设R2下端为C点,R1下端为D点,因此可认为PA≈PC,PB≈PD。
PA≈PC=ρH2OgR3+ρHggR2
=1000×9.81×0.05+13600×9.81×0.05
=7161N/m2(表压)
PB≈PD=PA+ρHggR1
=7161+13600×9.81×0.4
=6.05×104N/m2(表压)
10.根据本题附图所示的微差压差计的读数,计算管路中气体的表压强p。
压差计中以油和水为指示液,其密度分别为920kg/m3及998kg/m3,U管中油、水交界面高度差R=300mm。
两扩大室的内径D均为60mm,U管内径d为6mm。
当管路内气体压强等于大气压强时,两扩大室液面平齐。
解:
当管路内的气体压强等于大气压强时,两扩大室的液面平齐,则两扩大室液面差
Δh与微差压差计读数R的关系为
当压差计读数R=300mm时,两扩大室液面差为
m
则管路中气体的表压强为
p=(998-920)×9.81×0.3+920×9.81×0.003=257N/m2(表压)
11.有一内径为25mm的水管,如管中水的流速为1.0m/s,求:
(1)管中水的流动类型;
(2)管中水保持层流状态的最大流速(水的密度ρ=1000kg/m3,粘度μ=1cp)。
解:
(1)Re=duρ/μ=0.025×1×1000/0.001=25000>4000
流动类型为湍流。
(2)层流时,Re≤2000,流速最大时,Re=2000,即duρ/μ=2000
∴u=2000μ/dρ=2000×0.001/(0.025×1000)=0.08m/s
12.密度为850kg/m3、粘度为8×10-3Pa·s的液体在内径为14mm的钢管内流动,液体的流速为1m/s。
计算:
(1)雷诺准数,并指出属于何种流型;
(2)若要使该流动达到湍流,液体的流速至少应为多少?
解:
(1)Re=duρ/μ=0.014×1×850/8×10-3=1487.5≤2000
流动类型为层流
(2)湍流时,Re≥4000,流速最小时,Re=4000,即duρ/μ=4000
∴u=4000μ/dρ=4000×0.008/(0.014×850)=2.69m/s
13.用
108×4mm的钢管从水塔将水引至车间,管路长度150m(包括管件的当量长度)。
若此管路的全部能量损失为118J/kg,此管路输水量为若干m3/h?
(管路摩擦系数可取为0.02,水的密度取为1000kg/m3)
解:
能量损失
118J/kg
∴u=2.8m/s
流量V=uA=2.8×
79.13m3/h
14.用Φ168×9mm的钢管输送原油。
管线总长100km,油量为60000kg/h,油管最大抗压能力为1.57×107Pa。
已知50℃时油的密度为890kg/m3,粘度为181cp。
假定输油管水平放置,其局部阻力忽略不计。
问:
为完成上述输油任务,中途需设几个加压站?
解:
u1=u2,Z1=Z2,
u=V/A=(60000/890)/(3600×0.785×0.152)=1.06m/s
Re=duρ/μ=0.15×1.06×890/(181×10-3)=782
层流λ=64/Re=64/782=0.0818
ΔP=λ(l/d)(u2/2)ρ=0.0818×(105/0.15)×(1.062/2)×890=2.72×107Pa
n=2.72×107/(1.57×107)=1.73
中途应设一个加压站
15.用泵将水从水池送至高位槽。
高位槽液面高于水池液面50m,管路全部能量损失为20J/kg,流量为36m3/h,高位槽与水池均为敞口。
若泵的效率为60%,求泵的轴功率。
(水的密度取为1000kg/m3)
解:
设水池液面为1-1’截面,高位槽液面为2-2’,以水池液面为基准水平面,在两截面间列柏努利方程式。
Z1=0,Z2=50m,u1≈0,u2≈0,P1=P2=0(表压),Σhf=20J/kg
∴we=9.81×50+20=510.5J/kg
水的质量流率ws=36×1000/3600=10kg/s
有效功率Ne=we·ws=510.5×10=5105W
轴功率N=5105/0.6=8508.3W
16.高位槽内的水面高于地面8m,水从Φ108×4mm的管道中流出。
管路出口高于地面2m。
在本题特定条件下,水流经系统的能量损失可按Σhf=6.5u2计算(不包括出口的能量损失),其中u为水在管内的流速,m/s。
计算:
1.
截面处水的流速;
2.水的流量,m3/h。
解:
(1)以高位槽液面为上游截面1-1',管路出口内侧为下游截面2-2',并以地面为基准水平面。
在两截面间列柏努利方程式
Z1=8m,Z2=2m,u1≈0,P1=P2=0(表压)
Σ
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