1994年浙江大學(xué)考研化工原理真題及答案免費(fèi)下載

1、1994 年（共七大題）1 （ 12 分）用一條水管將兩個(gè)水位差為6m 的水庫連通。管線總長(zhǎng)為720m,在離高位水庫240m管線上的 c點(diǎn)處于管線的最高位置,c 點(diǎn)高出高位水庫的水面3m 。管線的直徑為1m,水在該管內(nèi)流動(dòng)的摩擦系數(shù) =0.04 。 試求 (1) 管內(nèi)的流量 , 以 m3/h 表示 ;(2) 點(diǎn) c的流體壓力。如果管線在點(diǎn)c發(fā)生破裂 , 將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象。lab=720mm, lac=240mm, hca=-3m, hcb=-6m, d=1m, =0.04, 求： (1)q ； （）pc, 若 c 破裂，發(fā)生什么現(xiàn)象？ solu: (1)列間的衡算式 et0= et1+wf0-

2、1即ca=cb+ wf0-1=cb+(lab/d)(u2/2g) u (2dg/lab)( ca- cb)0.5=2.02m/s q=au= ud2/4=1.59m3/s=5709m3/h 即管內(nèi)流量為 5709 m3/h (2)列間的衡算式 et0= etc+wf0-c即 pa/g= pc/ g+(lac/d)(u2/2g)+ (u2/2g)+hc pc= pa-（lac/d ) (u2)/2- g hc 80677pa 如果點(diǎn)破裂， pa= pc 假設(shè)此時(shí)水管中的水靜止則 u=0 那么 eta= pa/ etc =pc/+g (hc-ha ) 則etc eta 則水將由 c點(diǎn)回流至 a 2

3、 （ 12 分）用一直徑為200mm 的管道將一高位水庫中的水引到水庫水面以下 70m處排入大氣 , 管線全長(zhǎng)為 100m 。管線上裝有一水輪機(jī),用它來帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。已知管路的摩擦系數(shù)=0.03, 試求： (1)每 kg 水流經(jīng)水輪機(jī)時(shí) , 所能提供能量的表達(dá)式;(2) 管內(nèi)的水流經(jīng)水輪機(jī)時(shí) , 所能提供功率的表達(dá)式;(3) 如水輪機(jī) - 發(fā)電機(jī)組的效率為 60%,試求最大發(fā)電功率 .d=200mm,h=70m,l=100m,=0.03, 求：每 kg 水提供能量的表達(dá)式; 提供功率的表達(dá)式；=60% 時(shí)， nmax？ solu: 在間劃定衡算范圍，by bernoulli-law et0=

4、 et1+wf0-1, h0=(l/d)(u2/2g) 所以流速 u 2 0dg/ l0.5=9.57m/s 設(shè)水輪機(jī)置于距出口米處，在間進(jìn)行衡算，eta= et1+wf -1=pa/+(h u2/2d)=101.325 + 6.87h 每 kg 水提供能量的表達(dá)式為eta=101.325+6.87 提供功率的表達(dá)式為v eta,v=ua uaeta3.04 104+2.064 103h 0.6 時(shí) ， 5.07 104+3.44 103h max= (h=70m)=2.91 105w=291.466kw 每 kg 水 流 經(jīng) 水 輪 機(jī) 時(shí) ， 提 供 能 量 表 達(dá) 式 為 eta= 10

5、1.325+6.87h 每 kg 水流經(jīng)水輪機(jī)時(shí)，提供功率的表達(dá)式為3.04 104+2.064 103h =60% 時(shí)，最大發(fā)電為291.466kw 3 （ 12 分）有兩個(gè)銅質(zhì)薄球殼, 內(nèi)球殼外徑為0.05m, 外球殼內(nèi)徑為0.1m, 兩球殼間裝入一種其導(dǎo)熱系數(shù)待測(cè)的粉粒料。內(nèi)球內(nèi)用電加熱, 輸入電功率為50w,熱量穩(wěn)定地傳向外球, 然后散發(fā)到周圍大氣中。 兩球壁上都裝有熱電偶, 測(cè)得內(nèi)球殼的平均壁溫為120, 外球殼的平均壁溫為50，周圍大氣環(huán)境溫度為20, 設(shè)粉粒料與球壁貼合 , 試求: (1)待測(cè)材料的導(dǎo)熱系數(shù);(2) 外球壁對(duì)周圍大氣的傳熱系數(shù)。d=0.05,d=0.1,n=50w

6、,t1=50, t2=120, t0=20, 求： （） ； （） solu: (1)q=am(t2-t), 其中， am（ aa） ln(a1 /a2), a=4d2, a2=4d2, 2qln(d/d)/(d2-d2)( t2-t)=10.5w/m2. (2)q=kaw(tw-t)= ka1(t1-t0) k=q/a1(t1-t0)=50/4 0.12(50-20)=13.26w/m2. 待測(cè)材料的導(dǎo)熱系數(shù)為10.5w/m2. ；外球壁對(duì)周圍大氣的傳熱系數(shù)為 13.26w/m2. 4 （ 12 分） 一油槽內(nèi)裝有1 噸熱的重油 ,用冷卻水流經(jīng)裝于油槽內(nèi)的盤管式換熱器以冷卻重油。已知冷卻水的

7、流量2kg/s,水的進(jìn)口溫度維持為 20不變。由于油 -水間的換熱 ,2 小時(shí)內(nèi)將油從120冷卻到80,已知冷卻盤管的傳熱面積為2m2,試核算該換熱器的傳熱系數(shù)。4.18kj/(kgk),重油的比熱為3.00kj/(kgk),槽內(nèi)油溫均勻一致,并可略去熱損失。w=1t=103kg,ms2=2kg/s,t1=20 , =2hr, t1=120, t2=80 ,a=2m2, cp2=4.18kj/kgk, cp1=3.00kj/kgk,ql=0, 求 . solu: q=ka tm=wcp1(t1-t2)=ms2cp2(t2-t1) t2=t1+ wcp1(t1-t2)/ (ms2cp2)=22

8、tm=( t1-t2)-( t2-t1)/ln(t1-t2)/(t2-t1)=77.45 k= wcp1(t1-t2)/ a tm=0.1w/m2k 即該換熱器的傳熱系數(shù)為0.1w/m2k . 5 （ 12 分）有一面積為10cm2帶有保護(hù)套的熱電偶嵌入一輸送空氣的長(zhǎng)管內(nèi),用來測(cè)量空氣的溫度。已知熱電偶的溫度讀數(shù)為300, 輸氣管的壁溫為200, 空氣對(duì)保護(hù)套管的對(duì)流傳熱系數(shù)為 60w/(m2 k), 該保護(hù)套管的黑度為0.8, 試估算由于輻射所造成的氣體溫度測(cè)量誤差。并試述減小測(cè)量誤差的途徑. 已知stefan-boltzmann常數(shù) =5.67 10-8w/(m2 k4) 。 a=10cm

9、2, t1=300 , tw=200, 1=60 w/m2k, 1=0.8,co=5.67 10-8 w/m2k4, 求誤差及減小誤差途徑? solu: 設(shè)氣體溫度的真實(shí)值為tg, 遮墊罩表面溫度，熱電偶指示溫度，則： q =1(tg-t1)=1co(t1/100)4- (tw/100)4 , 得 tg=343.7 氣體以對(duì)流方式傳給遮熱罩內(nèi)外表面的傳熱速率，q1=21(tg-t1) 60(343.7-t2) 遮熱罩對(duì)管壁的散熱速率qco(t2/100)4- (tw/100)4 , q1=q2于是可從兩式用試差法求出遮墊壁溫590k 氣體對(duì)熱電偶的對(duì)流傳熱速率q=1(tg-t1) 60(343

10、.7 273.15-t1)=37011-60t1熱電偶對(duì)遮熱罩的輻射散熱速率 qco(t1/100)4- (t/100)4 4.536(t1/100)4- 5496.43 由 qq，求出熱偶的指示溫度 606.3k 此時(shí)，測(cè)溫誤差（絕對(duì)誤差）為606.3-573.15=33.15k,相對(duì)誤差為5.5%. 不用遮熱罩時(shí)的測(cè)溫絕對(duì)誤差為343.7-300=43.7k,相對(duì)誤差為7.1%. 所以采用遮墊罩可減小測(cè)量誤差；另外，可通過降低熱電偶黑度，提高氣體對(duì)熱電偶的局部給熱系數(shù)，加強(qiáng)管道保溫措施等方法以提高壁溫減小誤差。6 （ 12 分）有一常壓連續(xù)操作的精餾塔用來分餾苯- 甲苯混合液。塔頂設(shè)有一平

11、衡分凝器, 自塔頂逸出的蒸氣經(jīng)分凝后, 液相的摩爾數(shù)為氣相摩爾數(shù)的一倍,所得液相全部在泡點(diǎn)下回流入塔,所得氣相流經(jīng)全凝器冷后作為產(chǎn)品取出。已知產(chǎn)品中含苯為0.95 摩爾分率 , 苯對(duì)甲苯的相對(duì)揮發(fā)度可取2.5 平衡分凝器，xd=0.95, =2.5 求 y2 solu: r=l/d=1 所以精餾段操作線 y=rx/(r+1)+xd/(r+1),=0.5x+0.475 -(1) 平衡線 y= x/1+(-1)x=2.5x/1+1.5x,x=y/(2.5-1.5y)(2) y1=xd=0.95 (2) x1=0.884 (1) y2=0.917 即第二塊理論板上升蒸汽組成為0.917 頂逸出的蒸氣

12、經(jīng)分凝后, 液相的摩爾數(shù)為氣相摩爾數(shù)的一倍, 所得液相全部在泡點(diǎn)下回流入塔,所得氣相流經(jīng)全凝器冷后作為產(chǎn)品取出。已知產(chǎn)品中含苯為0.95 摩爾分率 , 苯對(duì)甲苯的相對(duì)揮發(fā)度可取2.57 （ 12 分）將20壓力為101.3kpa 、相對(duì)濕度為70% 的空氣經(jīng)間壁式換熱器加熱到120后 ,送入一對(duì)流式干燥器, 用來干燥400kg/h 的固體濕物料。 已知濕物料的初始濕含量為10%,最終濕含量為1%(皆為濕基百分率) 。 空氣離開干燥器時(shí)的溫度為60 , 相對(duì)濕度30%,試求 (1) 空氣自預(yù)熱器出口的相對(duì)濕度;(2) 產(chǎn)品量 ,kg/h;(3)干空氣用量 ,kg/h;(4)預(yù)熱器加熱量;(5)如

13、干燥器入口處 , 熱空氣的線速度為0.4m/s, 試求該圓筒形干燥器的直徑。已知：干空氣比熱為1.01kj/(kgk); 水汽比熱為1.88kj/(kgk); 水在0時(shí)的汽化熱為2492kj/kg,水的蒸汽壓方程為lnp=23.1964-3816.44/(t-46.13), p以 pa 表示 ,t 以k 表示 .t0=20 ,p=101.3kpa, 0=70%,t1=120 ,g1=400kg/h,w1=10%, w2=1%, t2=60 , 2=30%,ca=1.01kj/kg., cw=1.88kj/kg.,r0=2492kj/kg, lnp=23.1964-3816.44/(t-46.1

14、3),(t-k,p-pa),求：（）1;(2)g2;(3)l(kg/h);(4)qp;(5)u1=0.4m/s,d=? solu: (1)lnps,0=23.1964-3816.44/(t0+273.15-46.13) ps,0 2313.4pa,p0=ps,0=1619.4pa h0=0.622p0/(p-p0)=0.01=h1=0.622 p1/(p- p1), p0=p10ps,0=1ps,1lnps,1=23.1964-3816.44/(t1+273.15-46.13) ps,1=198520.5pa y0ps,0/ ps,1=0.816% (2)w=g1(w1-w2)/( 1-w2)= g2(w1-w2)/( 1-w1), g2= g1 ( 1-w1)/( 1-w2) g2=363.6kg/h (3)w= g1 (w1-w2)/(1-w2)=36.36kg/h lnps,2=23.1964-3916.44/( t1+273.15-46.13) ps,2=19922.92pa p2=2ps,2=5976.88pa,h2=0.622p2/(p-p2)=0.04 l=w/( h1-h2)=w/( h2-h0)=1254.2kg/h=0.35kg/s (4)