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郑州大学2004至2005第一学期化工原理期末考试试题及答案
A卷
一、选择题：（每题 2  分，共 24分）
1．利用因次分析法的目的在于  A   。
   A  减少实验工作量                 B  增加实验结果的可靠性
 C  建立数学表达式                 D  避免出现因次错误
2．牛顿流体在管内作层流流动，流体层之间的剪应力在   B  。
   A  管中心最大                     B  管壁处最大
 C  管中处处相等                   D  管壁处最小
3．流体通过离心泵所获得的能量主要表现为 B   。
 A 动能增加     B 静压能增加   C 位能增加     D 流量增大
4．用离心泵把地下贮槽中的液体送入高位槽，完好的离心泵却无法泵送液体，可能导致故障的原因是   C    。
A 贮槽内液面上升                 B 液体温度下降
C 吸入管堵塞                     D 容器内压强升高
5．回转真空过滤机的转速越快，单位时间所获得的滤液量就越_____，形成的滤饼层厚度就越_____，过滤阻力越______。C
 A 少，薄，小                      B 少，厚，大
 C 多，薄，小                      D 多，薄，大
6．离心沉降速度是 B   。 
 A 颗粒运动的绝对速度              B 径向速度
 C 切向速度                        D 气流速度
7、气力输送过程中，垂直管中稀相输送时气速的下限为   B  。
  A 颗粒的沉降速度     B 噎噻速度     C 起始流化速度    D 表观气速
8．穿过三层平壁的稳定导热过程，已知各层温差为Δt1＝40℃，Δt2＝35℃，Δt3＝5℃，则第一层的热阻R1与第二、三层热阻R2 、R3的关系为    B     。
A R1＞（R2＋R3）                  B  R1＝（R2＋R3）
C R1＜（R2＋R3）                  D 无法比较；
9．在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在______，减少热阻的有效措施是______。C   
  A 层流底层，使流体处于层流状态    B 流体湍动区域，使层流底层减薄
  C 层流底层，提高流体湍动程度      D 流体过渡区域，提高流体湍动程度
10．在蒸汽冷凝传热中，不凝性气体的存在对对流传热系数α的影响是___A___。
 A 不凝性气体的存在会使α值大大降低      B 不凝性气体的存在会使α值升高
 C 不凝性气体的存在与否，对数据无影响    D 不一定
11．把一壳程用饱和水蒸气加热管内水的列管式换热器由单管程改为双管程，会引起   B 。
A 管内对流传热系数减小                 B 对数平均温差减小
C 管内阻力减小                                D 总对流传热系数减小
12. 真空蒸发的优点有   C   。
   A  不凝气无需用泵即可从冷凝器中排除     B  溶液沸点升高
 C  溶液沸点降低                         D  沸腾给热系数大
二、填空题：（每空  1 分，共  16 分）
1.       流体在圆形直管中作层流流动，如果只将流速增加一倍，管径不变，则阻力损失为原来的  2  倍；如果只将管径增加一倍，流速不变，则阻力损失为原来的   1/4   倍。
2．在离心泵的运转过程中， 叶轮___是将原动机的能量传递给液体的部件，而__泵壳__则是将动能转变为静压能的部件。
3．离心泵的流量调节阀应安装在离心泵  出口管路 的位置上，而正位移泵调节阀只能安装在  旁路  位置上。
4．在操作压力相同的条件下，当滤液粘度与洗液粘度相同时，叶滤机洗涤速率与最终过滤速率的比值为  1    。 
5．流化床在正常操作范围内，随着操作气速的增加，流体在颗粒缝隙间的流速  不变   ，床层空隙率 增大    ，床层压降  不变    ，颗粒沉降速度   不变    ，床层高度    升高。
6. 对流传热过程中，在其它条件相同下，短管的对流传热系数比长管的对流传热系数 大    。
7．温度相差100℃的两灰体间进行辐射传热，现因某种原因，两者的温度各下降了10℃，则此时的辐射传热量与原来的相比将  小   。
8. 单效蒸发操作中，二次蒸汽温度低于生蒸汽温度的原因有溶质的存在      和传热的推动力        。
三、（18分）有一循环管路如图所示，管路内安装一台离心泵，安装高度Hg = 3 m，在高效范围内，此离心泵的特性曲线可近似表示为（式中qv以m3/s表示），管路总长为130 m，其中吸入管长为18 m（均为包括局部阻力的当量长度），管内径d = 50 mm，摩擦系数λ= 0.03。试求：
1、  管路内的循环水量；
2、  泵的进、出口压强；
解：1、在两水平截面之间列柏努利方程

其中：
     （1）
且
                                             （2）
（1）（2）两式联立，解得    

2、在1、B两截面间列柏努利方程：

则  
即 （真空度）        
在C、2两截面间列柏努利方程

（表压）       
四、（10分）用板框压滤机恒压过滤某悬浮液，20 min后每平方米过滤面积得滤液1.5 m3，继续过滤至1 h可充满滤框，共得滤液4 m3，然后每平方米洗涤面积用0.5 m3的清水在相同的压差下洗涤（水的粘度与滤液大致相等），其它辅助时间为12 min。试求：
1、  此过滤机每平方米过滤面的生产能力（以所得滤液量计）；
2、  若每次正式过滤之前，用5 min预涂一层助滤剂，使滤布当量滤液量降低一半，涂层厚度可以忽略，过滤机的生产能力可提高多少？
解：1、由恒压过滤方程    
则     解得  
且洗涤速率

2、当
由   得
且洗涤速率

增加了40.4％
五、（14分）采用降尘室除去矿石焙烧炉出口的炉气中含有的粉尘。在操作条件下炉气流量为25000 m3/h，在降尘室内的流速为2 m/s，密度为0.6 kg/m3，粘度为2´10-5 Pa·s，其中氧化铁粉尘的密度为4500 kg/m3。要求全部除掉直径大于80μm的粉尘。试求：
1、  所需降尘室的长和高（其宽为2m）；
2、  用上述计算确定的降尘室，要将炉气中直径为75μm的尘粒完全除掉，求炉气的最大允许处理量。
解：1、设沉降处于斯托克斯区

故假设成立

2、dp=75μm的尘粒（设沉降处于斯托克斯区）
    故假设成立

六、（18分）有一单管程列管换热器，传热面积为40 m2（按管外表面积计），共有φ25´2.5 mm的传热管86根，现用该换热器以循环水冷却流量为28000 kg/h的石油产品，石油产品走壳程，循环水走管程，两流体逆流换热。实际测得石油产品的进、出口温度分别为90℃和50℃，冷却水的进、出口温度分别是25℃和40℃，已知石油产品的比热容为Cp=2.8 kJ/(kg·K)，水的有关物性分别为：ρ＝995 kg/m3，Cp=4.17 kJ/(kg·K)，μ=0.8´10-3 Pa·s，λ=0.618 W/(m·K)。试求：
1、  冷却水用量；
2、  该换热器总传热系数；
3、  管程和壳程的给热系数（可忽略两侧的污垢热阻和管壁热阻）。
解：1、

解得  
2、
且         
3、

由

2004-2005第一学期  化工原理 课程试题（B卷）
题号
一
二
三
四
五
六
七
总分
分数

合分人：                     复查人：                  

一、选择题：（每题 2 分，共 22 分）
分数
评卷人

1．在阻力平方区（完全湍流区）时，粗糙管的摩擦系数值_____。
   A 与光滑管一样                    B 只取决于Re
   C  只取决于相对粗糙度             D 与粗糙度无关
2．离心泵工作时，通过改变出口阀的开度调节流量，其本质是      。
A 改变泵的工作特性曲线            B 改变管路的特性曲线；
C 改变泵的扬程                    D 调节泵的功率。
3．离心通风机的风压是指______。
 A 静压头与升举高度之和            B 动风压
 C 静风压                          D 动风压与静风压之和
4．在滤饼过滤操作中，实际上起到主要拦截固体颗粒作用的是___ __。
A 滤饼层   B 过滤介质    C 滤饼层与过滤介质   D 滤浆、滤饼层与过滤介质
5．在讨论旋风分离器分离性能时，分割直径这一术语是指       。
 A 旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径
 B 旋风分离器分离所允许的最小直径
 C 旋风分离器能够全部除去的最小颗粒的直径
D 经过旋风分离器后能被除下50％的颗粒直径
6、床层表观速度大于颗粒沉降速度的阶段是       。
 A 固定床     B 散式流化床     C 聚式流化床     D  载流床
7．在多层平壁定态导热中，通过最大热阻的一层平壁的热量      通过其余平壁的热量。  
  A 大于     B 小于     C 等于     D  不确定
8．冷热流体在套管换热器内换热，内管走冷流体，如果冷流体流量增大一倍，则总传热系数     ，冷流体的出口温度       。  
  A 增大，下降     B 增大，升高     C 减小，下降    D 减小，升高
9．在沸腾操作中，工业上一般维持在       。
  A 自然对流区    B  核状沸腾区    C   膜状沸腾区    D 三个区域都可
10．描述灰体辐射和吸收能力的定律是      。
A 普朗克定律    B 斯蒂芬－玻耳兹曼定律     C 蓝贝特定律     D 克希霍夫定律
11. 多效蒸发时，随着效数的增加，       。
A 能耗减少的趋势增大          B 传热温差增大
C 生产强度降低                D 操作费用减少
二、填空题：（每空 1 分，共 16 分）
分数
评卷人

1．在直管流体流动，管道截面上产生流速分布的原因是            和             而产生的。
2.       流体在圆形直管的流动系统中，假定管径不变；层流区：压降与速度的__ __次方成正比。阻力平方区：压降与速度的_____次方成正比。
3．变截面流量计工作时，当流量变大时，转子上、下的压差     。
4. 输送沸点      或温度     的液体，泵的允许安装高度将减小。
5. 流化床的流化数是             与              之比。
6. 在恒压过滤操作中，忽略过滤介质的阻力，且过滤面积恒定，则所得的滤液量与过滤时间的_____次方成正比，当滤液量一定时，需要的过滤时间与过滤面积的_____次方成反比。
6．一定流量液体在φ25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数为2000W/(m2·℃)。如果流量与物性都不变，改用φ19×2mm的直管，其对流传热系数为         W/(m2·℃)。
7、设置隔热挡板是      辐射传热的有效方法。挡板材料的黑度愈      ，热损失愈少。
8. 提高蒸发器生产强度的主要途径是                和          。
三、（18分）
分数
评卷人

如图所示，用泵将水送至吸收塔塔顶，水的密度为1000 kg/m3，该泵的特性曲线为（qv: m3/h）。塔顶操作压强为19.62 kPa（表压），泵入口段管路总长度（l+le）＝50 m，泵出口阀半开时，出口段管路总长度（l+le）＝200 m，摩擦系数为0.025，试求：
1、  泵出口阀半开时泵的工作点；
2、泵的入口真空表及出口压力表的读数。
四、（10分）
分数
评卷人

拟用一板框过滤机在恒压下过滤某悬浮液，要求在1.5小时内得到2 m3滤液，已知过滤常数，过滤介质阻力可忽略不计，试求：
1、  若用尺寸为900×900×30 mm的板框，则需要滤框和滤板各多少？
2、  过滤终了时，用0.4 m3的洗涤水进行洗涤，洗涤水的粘度和滤液粘度相同，洗涤压强差与最终过滤压强差相同，则洗涤时间为多少？
3、  过滤辅助时间为0.5小时，则该过滤机的生产能力为多少？
五、（15分）
分数
评卷人

采用降尘室除去矿石焙烧炉出口的炉气中含有的粉尘。在操作条件下炉气流量为16000 m3/h，在降尘室内的流速为2 m/s，密度为0.6 kg/m3，粘度为2´10-5 Pa·s，其中氧化铁粉尘的密度为4500 kg/m3。要求全部除掉直径大于80μm的粉尘。试求：
1、所需降尘室的底面积和高（其宽为2m）；
2、用上述计算确定的降尘室，要将炉气中直径为70μm的尘粒完全除掉，求炉气的最大允许处理量。
六、（19分）
分数
评卷人

有一列管式换热器，装有φ20´2.5 mm的钢管400根，管长为2 m。要将质量流量为7000 kg/h的常压空气由20℃加热到90℃，选用108℃的饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽的冷凝给热系数为1.0´104 W/(m2·K)，管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计，且不计热损失。已知空气在平均温度下的物性参数Cp=1.0 kJ/(kg·K)，λ=2.82´10-2 W/(m·K)，μ=2.0´10-5Pa·s。试求：1、空气在管内的对流给热系数；      2、换热器的总传热系数；
3、通过计算说明该换热器是否满足需要。

B卷答案
一、选择题：（每题 2 分，共 22 分）
1．在阻力平方区（完全湍流区）时，粗糙管的摩擦系数值__C___。
   A 与光滑管一样                    B 只取决于Re
   C  只取决于相对粗糙度             D 与粗糙度无关
2．离心泵工作时，通过改变出口阀的开度调节流量，其本质是  B   。
A 改变泵的工作特性曲线            B 改变管路的特性曲线；
C 改变泵的扬程                    D 调节泵的功率。
3．离心通风机的风压是指___D___。
 A 静压头与升举高度之和            B 动风压
 C 静风压                          D 动风压与静风压之和
4．在滤饼过滤操作中，实际上起到主要拦截固体颗粒作用的是__A___
A 滤饼层   B 过滤介质    C 滤饼层与过滤介质  D 滤浆、滤饼层与过滤介质
5．在讨论旋风分离器分离性能时，分割直径这一术语是指__D__。
 A 旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径
 B 旋风分离器分离所允许的最小直径
 C 旋风分离器能够全部除去的最小颗粒的直径
D 经过旋风分离器后能被除下50％的颗粒直径
6、床层表观速度大于颗粒沉降速度的阶段是        D。
 A 固定床     B 散式流化床     C 聚式流化床     D  载流床
7．在多层平壁定态导热中，通过最大热阻的一层平壁的热量       C通过其余平壁的热量。  
  A 大于     B 小于     C 等于     D  不确定
8．冷热流体在套管换热器内换热，内管走冷流体，如果冷流体流量增大一倍，则总传热系数     ，冷流体的出口温度       。 A    
  A 增大，下降     B 增大，升高     C 减小，下降    D 减小，升高
9．在沸腾操作中，工业上一般维持在（ B ）。
  A 自然对流区    B  核状沸腾区    C   膜状沸腾区    D 三个区域都可
10．描述灰体辐射和吸收能力的定律是   D  。
A 普朗克定律     B 斯蒂芬－玻耳兹曼定律        C 蓝贝特定律            D 克希霍夫定律
11. 多效蒸发时，随着效数的增加， C   。
A 能耗减少的趋势增大
B 传热温差增大
C 生产强度降低
D 操作费用减少
二、填空题：（每空 1 分，共 16分）
1．在直管流体流动，管道截面上产生流速分布的原因是  流体具有粘性 和  固体壁面的存在 而产生的。
2.       流体在圆形直管的流动系统中，假定管径不变；层流区：压降与速度的__1___次方成正比。阻力平方区：压降与速度的___2__次方成正比。
3．变截面流量计工作时，当流量变大时，转子上、下的压差   不变   。
4. 输送沸点低     或温度高    的液体，泵的允许安装高度将减小。
5. 流化床的流化数是  实际操作流速  与  起始流化速度  之比。
6. 在恒压过滤操作中，忽略过滤介质的阻力，且过滤面积恒定，则所得的滤液量与过滤时间的___1／2__次方成正比，当滤液量一定时，需要的过滤时间与过滤面积的___2__次方成反比。
6．一定流量液体在φ25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数为2000W/(m2℃)。如果流量与物性都不变，改用φ19×2mm的直管，其对流传热系数为   3356   W/(m2℃)。
7、设置隔热挡板是   减少辐射传热的有效方法。挡板材料的黑度愈    低，热损失愈少。
8. 提高蒸发器生产强度的主要途径是增大总传热系数  和增大温差。

三、（18分）如图所示，用泵将水送至吸收塔塔顶，水的密度为1000 kg/m3，该泵的特性曲线为（qv: m3/h）。塔顶操作压强为19.62 kPa（表压），泵入口段管路总长度（l+le）＝50 m，泵出口阀半开时，出口段管路总长度（l+le）＝200 m，摩擦系数为0.025，试求：
1、  泵出口阀半开时泵的工作点；
2、  泵的入口真空表及出口压力表的读数。
解：1、在0－2截面之间列柏努利方程

其中：

且     
  （1）
且泵特性曲线为                                           （2）
（1）（2）两式联立，解得    ，          …工作点
2、在0、3两截面间列柏努利方程：

其中：

在3、1两截面间列柏努利方程

四、（10分）拟用一板框过滤机在恒压下过滤某悬浮液，要求在1.5小时内得到2 m3滤液，已知过滤常数，过滤介质阻力可忽略不计，试求：
1、  若用尺寸为900×900×30 mm的板框，则需要滤框和滤板各多少？
2、  过滤终了时，用0.4 m3的洗涤水进行洗涤，洗涤水的粘度和滤液粘度相同，洗涤压强差与最终过滤压强差相同，则洗涤时间为多少？
3、  过滤辅助时间为0.5小时，则该过滤机的生产能力为多少？
解：1、由恒压过滤方程     且Ve=0

且
 个
则需要滤框15个，滤板16个
2、
3、

五、（15分）采用降尘室除去矿石焙烧炉出口的炉气中含有的粉尘。在操作条件下炉气流量为16000 m3/h，在降尘室内的流速为2 m/s，密度为0.6 kg/m3，粘度为2´10-5 Pa·s，其中氧化铁粉尘的密度为4500 kg/m3。要求全部除掉直径大于80μm的粉尘。试求：
1、所需降尘室的底面积和高（其宽为2m）；
2、用上述计算确定的降尘室，要将炉气中直径为70μm的尘粒完全除掉，求炉气的最大允许处理量。
解：1、设沉降处于斯托克斯区

故假设成立

2、dp=70μm的尘粒  （设沉降处于斯托克斯区）
    故假设成立

六、（19分）有一列管式换热器，装有φ20´2.5 mm的钢管400根，管长为2 m。要将质量流量为7000 kg/h的常压空气由20℃加热到90℃，选用108℃的饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽的冷凝给热系数为1.0´104 W/(m2·K)，管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计，且不计热损失。已知空气在平均温度下的物性参数Cp=1.0 kJ/(kg·K)，λ=2.82´10-2 W/(m·K)，μ=2.0´10-5Pa·s。试求：
1、  空气在管内的对流给热系数；
2、  换热器的总传热系数；
3、  通过计算说明该换热器是否满足需要。
解：1、

且

2、

3、

换热器的换热面积 > A
则该换热器可以满足需要