化工原理試題及答案

　　化工原理為清華大學精品課程“化工原理”的教材，在清華大學多個系所使用多年。以下是由陽光網小編整理關于化工原理試題的內容，希望大家喜歡!

　　化工原理試題及答案(一)

　　一、 名詞解釋(每題3分，共18分)

　　1、泵的氣縛與氣蝕

　　答：氣縛是離心泵在啟動前未充滿液體時，泵殼內存在的空氣所產生的離心力很小，造成吸

　　入口處所形成的真空不足以將液體吸入泵內的現象(1.5分)。汽蝕為離心泵葉輪入口最低壓力點處壓力降至液體在該溫度下的飽和蒸汽壓時，液體部分汽化并有部分氣體解吸，生成大量小汽泡。這些小汽泡在泵內流動過程的突然破裂產生很好的局部沖擊壓力造成葉輪呈現海綿狀、魚鱗狀的破壞現象(1.5分)。

　　2、運動相似與動力相似

　　答：運動相似指原、模型對應點兩流動相應流線幾何相似或流速大小成比例，方向相同。(1.5

　　分)原、模型對應點同名力作用下的流動，相同同名力大小成比例的現象稱動力相似。(1.5分)

　　3、節點與控制容積：

　　答：節點是數值模擬中需要求解未知量的幾何位置(1.5分)控制容積：數值模擬中用于控制方程的.最小幾何單位(1.5分)。

　　4、油的閃點與著火點

　　答：閃點：液體燃料受熱時表面出現油蒸汽，當蒸汽濃度增大到遇到很小的點火源即發生瞬

　　間閃火現象時的最低溫度(1.5分)。著火點為液體燃料自燃的最低溫度。(1.5分)

　　5、擴散傳質與對流傳質

　　答：在濃度差驅動下通過分子熱運動而引起的組分傳遞現象稱擴散傳質;(1.5分)流體中由

　　于流體宏觀流動引起物質從一處遷移到另一處的現象稱對流傳質。(1.5分)

　　6、恒定干燥條件與干燥曲線

　　答：恒定干燥條件是干燥介質(或熱空氣)的溫度、濕度、流速及與物料的接觸方式在整個

　　干燥過程中保持不變的條件(2分)。干燥曲線：表征相同干燥條件下，物料含水量X及物料表面溫度與干燥時間的關系曲線。

　　二、簡答題(每題6分，共36分)

　　1、根據所學流體力學知識，簡述減小管內流體流動阻力的途徑及措施。

　　答：途徑1：改進流體外部邊界，改善邊壁對流動的影響，具體措施有：(1)減小管壁粗造

　　度;(2)采用柔性邊壁代替剛性邊壁;(3)采用平順管道進口、漸擴管、突擴管;(4)減小支管與合流管間的夾角或將支管與合流管連接處的折角改緩，等。(4分)途徑2：在流體內部投加少量添加劑，使其影響流體內部結構實現減阻。具體措施有：在流體內部加入減小粘度的添加劑;加熱流體等。(2分)

　　2、 簡述離心泵的軸功率、效率定義及其離心泵功率損失的主要原因。

　　答：離心泵泵軸所需功率N稱為軸功率(1分);有效功率(單位時間內液體從泵中葉輪所

　　獲得的有效能量Ne)與軸功率之比稱為離心泵的效率(1分)。離心泵功率損失的主要原因有：(1)泵內流體流動的摩擦損失。(2)泵內高壓流體泄漏至低壓區造成的流量損失或容積損失。(3)泵軸與軸承間的機械摩擦損失。(三點共4分)。

　　3、簡述減少工業窯爐燃燒過程中NOx氣體產生的途徑。

　　答：(1)降低火焰溫度;(2)降低空氣系數;(3)緩慢冷卻高溫區內氣體;(4)燃燒系統中實現煙氣循環;(5)火焰根部噴水或水蒸汽;(6)盡量使煤氣完全燃燒;(7)采用含氮量低的煤氣燃料。(1)、(5)為1分，其他每點1分。

　　4、簡述換熱器的強化途徑及措施。

　　答：(1)增大平均傳熱溫度差：可通過增加熱流體溫度、降低冷流體溫度和盡可能保證或接近逆流操作實現;(2分)(2)增大換熱器單位體積的傳熱面積：可改進傳熱面結構和擴展傳熱面積，如表面加裝翅片等;(2分)(3)增大總傳熱系數K：可采取增大流體流速;管內插入旋流元件;改變傳熱面形狀和增加粗糙度。(2分)

　　5、簡述傳質中Schmidt(Sc)準數與Sherwood(Sh)準數的表達式及其物理含義。 答：Sc=/DA，其物理含義是流體中動量擴散能力與質量擴散能力之比，它與對流傳熱中的

　　Pr相對應(3分);Sh=kXX/DA，其物理含義是流體邊界層的擴散傳質阻力與對流傳質阻力之比，它與對流傳熱中的Nu相對應(3分)。上式中為流體運動粘度，DA為擴散系數，kX為對流傳質系數，X為擴散距離。

　　6、簡述直角六面體均勻網絡剖分情況下，非穩定傳熱顯示差分方程的穩定性條件及滿足穩定性條件的最小時間步長。

　　答：內部節點穩定性條件：(at/x2+at/y2+at/z2)1/2;或F01/2(3分)

　　滿足穩定性條件的最小時間步長：tmin=ρCp/2λ(1/x2+1/y2+1/z2)(2分) 上式中a為熱擴散系數，a=ρCp/λ，ρ為材料密度，Cp為材料定壓比熱，λ為材料導熱系數(1分)

　　三、計算題(第一題13分，其它每題11分，共46分)

　　1、下圖所示變徑管內有密度為1000kg/m3的水自上而下流過，測得U形管內水銀(密度為13.6g/cm3)的液面高度差R=44mm，已知變徑管，1-2面間阻力損失，試求速度u1。

　　解：(1)由連續性方程可得：(2分)

　　22dudu2 112

　　又因：d22d1 所以：u2u1

　　2

　　p12u12p2u2z1z2hl,122g2g(2)再由伯努利方程：(4分)

　　測壓管水頭之差為： (

　　p1z1)(p2

　　z2)(Hg)R/(Hg)R/

　　(13.61031000)44103/10000.5544Pa(3分)

　　代入伯努利方程得：

　　u12)u122.5u120.554429.8129.8129.81 (

　　求解得：u1=2.49m/s。(4分)

　　2、某輸送蒸汽管道，已知其外徑為100mm，外包兩層厚度均為15mm的保溫材料層，

　　最外面一層保溫材料的導熱系數為0.15W/m·℃, 里面一層的導熱系數為0. 5W/m·℃, 蒸汽管外表面溫度1為150℃，最外保溫層外表面溫度3為50℃，試求(1)蒸汽管tt

　　t(2)如蒸汽管外面的空氣溫道該每米管長的熱損失及兩保溫層交界處的溫度2。

　　度t4為20℃，空氣與保溫層外表面的對流換熱系數為多大?

　　50mm，里層與外層保溫層交界處半徑解：(1)蒸汽管外半徑r1Q

　　r2r11565mm; 外層保溫層外半徑r3r21580mm Qt1t3t2t3At (5分)󰀀332lln(1)ln(2)ln(2)22222 1

　　Ql 1505015050t250329W/m(2分)

　　0.08360.22040.220423.140.523.140.15

　　t23290.220450122.5℃, (1分)

　　(2)對流換熱系數求解：

　　QAt(2r31)(t3t4) (2分) l

　　Q(2r31)(t3t4)32921.8 W/m·℃, (1分) 23.140.08(5020)

　　3、 某物料在恒定干燥條件下從初始含水量0.4kg水/kg干料降至0.08kg水/kg干料，供需8小時。假定該物料的臨界含水量為0.15kg水/kg干料，平衡含水量為0.04kg水/kg干料，降速階段的干燥速率曲線可作為直線處理。計算(1)恒速干燥階段和降速干燥階段所需的時間各為多少?(2)若同樣條件下，繼續將該物料干燥至0.05kg水/kg干料，還需多少干燥時間。

　　解：(1) 設X由0.4kg水/kg干料降至0.08kg水/kg干料, 經歷的恒速干燥階段和降速干燥階段時間分別為1和2，則：

　　1=GC(X1-X0)/Au0 2=GC(X0-X*)ln(X0-X*)/(X2-X*)/Au0

　　1/2=( X1-X0)/ (X0-X*)ln(X0-X*)/(X2-X*)=2.247

　　因1+2=8h，所以，1=5.536h; 2=2.464h (6分)

　　(2) 設從X0=0.15kg水/kg干料降至X3=0.05kg水/kg干料所需時間為3, 則繼續將該物料干燥至0.05kg水/kg干料所需的時間為3-2：

　　3/2=ln(X0-X*)/(X3-X*)/ ln(X0-X*)/(X2-X*)=2.37

　　繼續干燥所需時間為3-2=1.372=3.376h (5分)

　　4、試根據Gililand經驗公式計算35C，2.5atm(表壓)時苯蒸氣在空氣中的擴散系數，并與實驗值進行比較其相對誤差。(已知空氣和苯蒸氣的分子體積分別為29.9和96 cm3/mol, 摩爾分子量分別為29和78，苯蒸氣在0C、1.0atm下空氣中的擴散系數D為0.077 cm2/s)。 解：(1) 按Gililand公式計算，令苯蒸氣為A, 空氣為B。

　　P=3.5101.32=354.62kPa (1分)

　　D=4.3610-5T1.5(1/MA+1/MB)0.5/[P(VA1/3+ VB1/3)2] (4分)

　　將已知數據換算為標準單位并代入上式可得D=2.45310-6m2/s (2分)

　　(2)D=D0(T/T0)1.5(P0/P)= 0.07710-4 (308/273)1.5(1/3.5)=2.63610-6m2/s (2分)

　　(3)計算值與實驗值的相對誤差為：(2.453-2.636)/2.636=-6.94% (2分)

　　化工原理試題及答案(二)

　　一、(20分)每小時將2×104kg、45℃氯苯用泵從反應器A輸送到高位槽B(如圖所示)，管出口處距反應器液面的垂直高度為15m，反應器液面上方維持26.7kPa的絕壓，高位槽液面上方為大氣壓，管子為Ø76mm×4mm、長26.6m的不銹鋼管，管壁絕對粗糙度為0.3mm。管線上有兩個全開的閘閥、5個90°標準彎頭。45℃氯苯的密度為1075 kg⋅m-3，粘度為6.5×10-4

　　Pa·s。泵的效率為70%，求泵的軸功率。

　　附：各局部阻力系數

　　全開閘閥 ζ1 = 0.17

　　90℃標準彎頭 ζ2 = 0.75

　　68ε摩擦系數計算式 λ = 0.1( + )0.23 Red

　　解：如圖，取1-1、2-2界面，以1-1截面為基準面

　　2p1u12p2u2+z1++He=+z2++ρg2gρg2g∑hf,1−2 (3分)

　　p1 = 26.7kPa(絕壓)，z1 = 0, u1 ≈ 0 (1分) p2 = 101.3kPa(絕壓)z2 = 15m (1分)

　　2×104

　　qV==5.168×10−3m3⋅s−1 (1分) 1075×3600

　　5.168×10−3

　　(1分) u2==1.42m⋅s−1 π2×0.0684

　　Re=0.068×1.42×1075=1.6×105 (1分) −46.5×10

　　2p2−p1u2∴ He=+z2++ρg2g∑hf,1−2 (1分)

　　∑hf,1−2 =hf,直+hf,直=hf,進+2hf,閘+5hf,彎 (2分)0.3680.23+=0.0293 (1分) 681.6×105λ=0.1×(

　　hf,直

　　hf,局lu226.61.422=λ⋅=0.0293××=1.178m (1分) d2g0.0682×9.811.422=(0.5+2×0.17+5×0.75)×=0.4717m (2分)

　　2×9.81

　　(101.3−26.7)×1031.422

　　He=+15++1.178+0.4717=23.83m ( 1分) 1075×9.812×9.81

　　Ne = HeqVρg = 23.83 × 5.168 × 10-3 × 1075 × 9.81 = 1.30 × 103W (2分)

　　Ne1.30×103

　　==1.86×103W=1.86kW (2分) Na = η0.7

　　二、(20分)用一離心泵將冷卻水由貯水池送至高位槽。已知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)為400m，管內徑為75mm，摩擦系數為0.03。該泵的特性曲線為H=18−0.6×106Q2，試求：

　　(1) 管路特性曲線

　　(2) 泵工作時的流量和揚程

　　解：分析知： h=10m l+le=400m d=0.075m

　　λ=0.03 H=18−0.6×106Q2

　　即求：(1) He=f(Qe) (2) Q、H (5分)

　　2p2−p1u2−u128l+le2(1) 由 He=z2−z1+++λ⋅24⋅Qe (4分) ρg2gdπgd

　　8400252得 He=10+0.03×⋅Q=10+4.1795×10Q (3分) ⋅2ee40.075πg×0.075

　　(2) 而由 H=18−0.6×106Q2

　　所以 10+4.1795×105Q2=18−0.6×106Q2 (2分) 解之： Q=8−33=2.8034×10m/s (3分) 510.1795×10

　　所以 H=10+4.1795×105×2.8034×10−3

　　()2=13.2846m (3分)

　　三、(20分)質量流量為7000kg·h-1的常壓空氣，要求將其由20℃加熱到85℃，選用108℃的飽和蒸汽作加熱介質。若水蒸氣的.對流傳熱系數為1×10 4W·(m2·K)-1，空氣在平均溫度下的物性數據如下：

　　比熱容為1kJ·(kg·K)-1，導熱系數為2.85×10 -2W(m·K)-1

　　粘度為1.98×10-5Pa·s，普蘭特準數為0.7 。

　　現有一單程列管式換熱器，裝有Ø25mm×2.5mm鋼管200根，長2m，此換

　　熱器能否完成上述傳熱任務?

　　7000解： Q=×1000×(85−20)=126389W (2分) 3600

　　∆Tm=(108−20)−(108−85)= 48.44ºC (2分) ln108−85

　　7000

　　3600×

　　Re=π×0.022×2004(1分) =30.95kg⋅m2⋅s−1 uρ=duρ0.02×30.95=31263 (1分)= µ1.98×10−5

　　λ0.80.4Repr (2分) dα空=0.023

　　2.85×10−2

　　×312630.8×0.70.4 (1分) =0.023×0.02

　　=112.1W⋅m−2⋅K−1 (1分)dδdd111 (2分) =2+2+≈2+Kα1d1λdmα2α1d1α2

　　=251+=0.0113 (1分) 112.1×201×104

　　K = 88.5W⋅m-2⋅K-1 (1分) A需=Q126398==29.48m2 (2分) K∆Tm88.5×48.44

　　A實 = nπd外l = 200 × π × 0.025 × 2 = 31.42m2 (2分)

　　A實

　　A需

　　(2分) =1.066≈ 1.1 ∴能完成上述傳熱任務。

　　三、(20分)已知某精餾塔操作以飽和蒸汽進料，操作線方程分別如下： 精餾線

　　提餾線

　　解：由精餾線得：R=0.7143，R = 2.500 (2分) R+1

　　x由提餾線得：D=0.2714，xD = 0.9499≈0.950 (2分) R+1

　　提餾線斜率L′L+qF==125.，得 F = 1.5D (3分) V′R+1D−1−qF

　　WF−D xW=0.01，xW=0.01， (3分)V′R+1D−F提餾線截距

　　得 xW = 0.04 (1分) 由 FxF = DxD+WxW 得： (2分) xf=DxD+(F−D)xWDD=xD+1−xW (3分) FFF

　　DD0.951xD+1−+1−×0.01 (2分) xW=151515.D.D15..=

　　= 0.647 (2分)

　　五、(括號內為選擇題，劃線部分為填空題，共20分)

　　1.(2分)柏努利方程式中的( D )項表示單位質量流體通過泵(或其他輸送設備)所獲得的能量，稱為 有效功。

　　A gz;B

　　壓強最小。這是因為(c)管上不僅有一個閥門消耗能量，且管子末端垂直上升一段，又使得靜壓強降低。

　　4. (3分)各種傳熱方式相比較，熱傳導的主要特點是對位移，對流的主要特點是僅發生在流體中，流體各部分之間發生相對位移，熱輻射的主要特點是不需要任何介質，可以在真空中傳播。

　　5.(2分)流體與固體壁面間對流傳熱的熱阻主要集中在底層內。

　　6.(3分)在列管換熱器中，擬用飽和蒸氣加熱空氣，空氣走( A )，飽和蒸氣走( B )，以便于冷凝液的排放。

　　A. 管內 B. 管間

　　7.(2分)回流比的下限值為( D )。

　　A 內回流;B 外回流;C 全回流;D 最小回流比。

　　8.(2分)為完成精餾操作，需要在塔頂設置 ，塔底設置 。

---

【化工原理試題及答案】相關文章：

鍋爐原理試題及答案04-02

電路原理試題及答案04-02

激光原理試題及答案04-02

通信原理試題及答案04-02

大學通信原理試題及答案04-02

激光原理及應用試題及答案04-02

《園林藝術原理》試題及答案12-02

高頻電路原理與分析試題及答案04-02

電化學原理試題及答案04-02