化工原理典型習題解答

1、、選擇題1、某液體在一等徑直管中穩(wěn)態(tài)流動,假設體積流量不變,管內(nèi)徑減小為原來的一 半,假定管內(nèi)的相對粗糙度不變,那么1層流時,流動阻力變?yōu)樵瓉淼腳C_oA. 4 倍 B. 8 倍C. 16 倍 D. 32 倍2完全湍流阻力平方區(qū)時,流動阻力變?yōu)樵瓉淼?D 0解:A. 4倍B. 8 倍 C. 16倍 D. 32倍(1)由 hfl u264 l u232lud 2du d 2:d2hf 2 hfiU2d；u1d:id1 - =24 -16 d2flMd ,1 dhf 2 hfiuM ju%2d2did2di、5=25 = 322、水由高位槽流入貯水池,假設水管總長包括局部阻力的當量長度在內(nèi)縮短25

2、%,而高位槽水面與貯水池水面的位差保持不變,假定流體完全湍流流動即流動在阻力平方區(qū)不變,那么水的流量變?yōu)樵瓉淼腳A_0A. 1.155 倍 B. 1.165 倍C. 1.175 倍 D. 1.185 倍22解：由gzj 也旦=gz2 匹生 三hf172272 f得三hf1 =三hf2所以2u12u2又由完全湍流流動=f -d所以l le 1 u2le 22u2所以2,那么=9.612d=pwzr 18y cgKc3、兩顆直徑不同的玻璃球分別在水中和空氣中以相同的速度自由沉降.玻 璃球的密度為2500kg/m3,水的密度為998.2kg/m3,水的粘度為1.00W 10-3Pas, 空氣的密度為

3、1.205kg/m3,空氣的粘度為1.81x10-5Pas.(1)假設在層流區(qū)重力沉降,那么水中顆粒直徑與空氣中顆粒直徑之比為A. 8.612 B, 9.612 C, 10.612 D, 11.612(2)假設在層流區(qū)離心沉降,旋風別離因數(shù)與旋液別離因數(shù)之比為 水中顆粒直徑與空氣中顆粒直徑之比為 D oA. 10.593 B. 11.593 C. 12.593 D. 13.593解：由ut=d2cgt 1818utdw=:s-：aw =2500 -1.2051.005 10,da- ：s-：wa - ： 2500 -998.2 1.81 10,d2(Ps-P) uT2說一18口R c . gR

4、所以dw_：s ：awKca _2500 -1.2051.005 1042da-,：s -：waKcw - : 2500 - 998.21.81 10,14、某一球形顆粒在空氣中自由重力沉降.3的密度為1.205kg/m ,空氣的粘度為(3)在層流區(qū)沉降的最大顆粒直徑為A. 3.639B. 4.639C.(4)在湍流區(qū)沉降的最小顆粒直徑為A. 1.024B, 1.124C.解：(1)由 Re =-duj-該顆粒的密度為5000kg/m3,空氣1.81 10-5Pas.那么_B_M10-5m.5.639D. 6.639C M10-3m.1.224D, 1.324Ut 二d：2 _d22 ：s；g

5、Ut 一18所以d =3182Re _35 218 1 81 101518101= 4.639 10 m Pl： Ps - - g 1.2055000 -1.2059.807ut =1.741.74 d：g 二火d-d 屋 一.g2 Re2所以J2 Re2 d 1.742 p( Ps - p g(1.8110 2 M10002_2 尹 1.741.205 5000 -1.205 9.807= 1.224 10 *m7.水蒸汽在一外徑為25mm、長為2.5m的水平管外冷凝.(1)假設管外徑增大一倍,那么冷凝傳熱系數(shù)為原來的 工.A. 0.641 倍 B. 0.741 倍 C. 0.841 倍 D

6、. 0.941 倍(2)假設將原水平管豎直放置,且假定冷凝液層流流動,那么冷凝傳熱系數(shù)解:為原來的AA. 0.493倍B. 0.593倍 C. 0.693倍 D. 0.793倍(1)由 a1rP2g 九3H= 0.725 |-gdo(ts -tw 23g.-0.8 4 1do21rP2g九1.74 d ： P =1.13 g-J 下L(ts -tw 0.7251.130.725_325 102.5=0.4938、冷熱水通過間壁換熱器換熱,熱水進口溫度為90,出口溫度為50,冷水進口溫度為15,出口溫度為53,冷熱水的流量相同,且假定冷熱水的物性為相同,那么熱損失占傳熱量的0A. 5% B. 6

7、% C. 7% D. 8%解：由 Qh =WhCph(Ti -T2 ), Qc=WcCpC(t1-t2)陽 Qh -QcTi -T2 - t2 -ti90 -50 - 53-15 40-38,寸 =0.05QhT1 -T290-5040所以Pa - Pb =fHg g RiR2)-wgh - ；gwgh - ；g計算題1.如下圖,常溫的水在管道中流過,兩個串聯(lián) 的U形管壓差計中的指示液均為水銀,密度為 PHg,測壓連接管內(nèi)充滿常溫的水,密度為小,兩 U形管的連通管內(nèi)充滿空氣.假設測壓前兩U形管 壓差計內(nèi)的水銀液面均為同一高度,測壓后兩 U 形管壓差計的讀數(shù)分別為Ri、R2,試求a、b兩 點間的

8、壓力差pa - pb 0解：Pi = Pa + Pwghi , Pa = Pi - PwghiPi =P2, P2 =P3+PHg gRi, P3 = P4 ,P4=P5+ PHg gR2P5 = Pbgh5Pb = P5 - g% = P4 - ：?HggR2 一 心91%Pa - Pb = P3：HggRi - 幾 一 P4 - ：HgR2 - ：w 匕=Ag Ri R2 - :ghighshh 旦,h5=hR2 22- i , i , ,仁 i 1,=%g(Ri +R2)；Pwg(Ri +R2)= PHg - pw |；R 十 R2 b22 J2.在如下圖的測壓差裝置中,U形管壓差計中

9、的指示液為水銀,其密度為0g,其他管內(nèi)均充滿 水,其密度為Pw, U形管壓差計的讀數(shù)為R,兩 測壓點間的位差為h,試求a、b兩測壓點間的壓 力差Pa - Pb 0b解：由Pa =Pi :wg%Pl = P2 = P3P3 = P4：Hg gRP4 = P5Pb = P5gR :wgh2所以Pa= P3：wg% =P4-gR ；ghi = P5；?Hg gRg%所以Pa- Pb= 7Hg gR:?wghi - gR - gh2=:?HggR - gR :g hi - h2=：?HggR - gR- gh=：HggR- ：wg R h二:Hg - ：w gR -:wgh3.某流體在水平串聯(lián)的兩直管

10、 1、2中穩(wěn)定流動,di =dz/2, li =100m ,Rei =1800.今測得該流體流徑管道I的壓力降為0.64m液柱,流徑管道2的壓力降為0.064m液柱,試計算管道2的長度I?解：由dii4d2U2 ：Re2 d2u2ii所以=-=2 一 =一Reidim- diui42所以所以iRe 2Rei = 900264Rei=0.0 3 5,6 九2i 8 0 064Re264900= 0.07iP . I u2p . I u2一 hf 一九,1Hf 一九,:d 27gd 2g所以2l2 U22d2 2g；2-li Ui1 一 -di 2gH f2fi12 l211li2U22Uid1H

11、 f 2d2H f i, i u2 d2 H f2i.2 o 0.064所以l2 = li區(qū)=i00421 6m2 U2 di Hfi20.644.密度為1000kg/m3,粘度為icP的水,以10m3/h的流量在內(nèi)徑為45mm的水平 光滑管內(nèi)流動,在管路某處流體的靜壓力為 1.5x 105Pa表壓,假設管路的局部阻力 可忽略不計,那么距該處100m下游處流體的靜壓力為多少 Pa絕對壓力4衛(wèi)解： u =3600 2 = 1.75m/s二d二 0.045du：0.045 1.75 10001 10,=787500.31640.31640.25- rcrLC0.25Re 78750= 0.0189

12、2R Uigzi = gz22P2U2.2Zhf:2 fl x2= 1.5 105-0.0189血J000.7520.045 J 2=8.56875 父 104 N / m2 表壓=1.870125M 105 N / m2 絕壓5.用一離心泵將冷卻水由貯水池送至高位槽.高位槽液面比貯水池液面高出 10m,管路總長包括局部阻力的當量長度在內(nèi)為 400m,管內(nèi)徑為75mm,摩擦 系數(shù)為0.03.該泵的特性曲線為H =18-0.6106Q2,試求：1 .管路特性曲線2 .泵工作時的流量和揚程知： h =10ml le =400md =0.0 7 m =0.03H =18-0.6 106Q2求：(1)

13、 He = f QeQ、H解：(1)由He =Z2 -Z1 +XP1 +丐回 +九eiPg2g 、d 八 gdHe =10 0.0340080.075； n2gx0.0754_ 25 _ 2Qe =10 4.1795 10 Qe(2)而 H =18-0.6m106Q2所以 10 4.1795 105Q2 =18-0.6 106Q2解之:10.1795 105= 2.8034 10,m3/s所以 H =10+4.1795父105 m(2.8034父 10二f =13.2 8 4n6 6.現(xiàn)有一臺離心泵,允許吸上真空度 H；=6m,用來輸送20七的清水,流 量為20m3/h,吸入管內(nèi)徑為50 mm

14、,吸入管的全部阻力損失為 工H f =1.5mH2., 當?shù)卮髿鈮簽?0 mH2.試計算此泵的允許安裝高度 Hg為多少米 g204解:u1 =&2 =36%= 2.8 3m/s二 d二 0.05Hg =Hs一一 一 22.8 3 1-1.5 = 6 -0.4 0 91.5 = 4.0 9m2 9.8 0 78.外徑為50mm的不銹鋼管,外包6mm厚的玻璃纖維保溫層,其外再包 20mm厚 的石棉保溫層,管外壁溫為300rC,保溫層外壁溫為35口C,玻璃纖維和石棉的 導熱系數(shù)分別為0.07W/(m K)和0.3 W/(m K),試求每米管長的熱損失及玻璃纖維層 和石棉層之間的界面溫度.解:2 二

15、ti -t32- 300 - 35i I2i I 3i ,In In Iniri220.0762 i , In50 0.3=3 5.9W/m i0262所以111nri=3 5.9W/mt2 =300 -351.9307 =i28 C9.某液體在一直管內(nèi)忽略進口段的影響 測得其對流傳熱系數(shù)為現(xiàn)將管內(nèi)徑改為 穩(wěn)定強制湍流流動,該管內(nèi)徑為20mm, 27mm,并忽略出口溫度變化對物性所產(chǎn)生的影響.(D(2)知:假設液體的流速保持不變,試問管內(nèi)對流傳熱系數(shù)有何變化假設液體的質(zhì)量流量保持不變,試問管內(nèi)對流傳熱系數(shù)有何變化?d = 0.020m =20mmd =27 mm求:解:八九 U2 =Ui ,

16、a =0.023 一 2 i 5d0.80.8d20.8三立與 20di0.8 - d2 di - 27di0.827、= i =0.94 i 720 J=；:V = ;?uAu2 A2 - Ui Ai,U2UidiS2 j所以.0.8d2U2：2 d2二 i 一 diUi 0.8did2d2U2du0.80.8 7di-.0.8didid2 di d2d2d2di J= 0.5 8 2 611 .在管長為1m的冷卻器中,用水冷卻油.兩流體作并流流動,油由 420K 冷卻到370K,冷卻水由285K加熱到310K.欲用加長冷卻管的方法,使油出口溫 度降至350K.假設在兩種情況下油、水的流量、

17、物性、進口溫度均不變,冷卻器除 管長外,其他尺寸也不變.試求加長后的管長.知： 11 =1mT1 =420KT2 =370K , T2 = 350Kt1 = 285K求:解：由所以又由t2= 310KWhcph T1 -T2=Wccpc t2-t1Whcph 420 -370 =Wccpc 310-285Whcph 420 - 350 =Wcc t2 -2854 2 0-3 7 0 3 1 0-2 8 5 50254 2 0-3 5 0 t2 -2 8 5 70t2 -28570t2 =285 25 = 32K50：tmT1 -t1 - T2 -t21nzT2 -t2二 tm1又由 :tm21

18、35 - 350 -t2135 -30 5=69.81KI 135 ln .350 -t2ln135 30Q = KS tm = K nd 1 tmm2Q2mlQ1所以l2hQ2Q-tm1-tm2705092.49 =1.8 5 4 869.811)2)3)4)WcWhCph Ti -T23500 2380 100-60Cpct2 -ti4174 50-40=7982kg/hdmdo -di 180-1601nd diin螫160=169.80mm12 .在一內(nèi)鋼管為1180m10mm的套管換熱器中,將流量為 3500kg/h的某液態(tài)姓從 1002冷卻到60rC,其平均比熱為2380J/(kgK).環(huán)隙逆流走冷卻水,其進出口溫度 分別為409和502,平均比熱為4174 J/(kgK).內(nèi)管內(nèi)外側(cè)對流傳熱系數(shù)分別為 2000W/(m2 K)和3000W/(m2 K),鋼的導熱系數(shù)可取為45 W/(m K).假定熱損失和污垢 熱阻可以忽略.試求： 冷卻水用量；基于內(nèi)管外側(cè)面積的總傳熱系