-
中
国
石
油
大
学
(
华
东
)
化
工 p>
原
理
题
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A卷
《化工原理
上》期末
试
卷
专业班级
化学工程与工艺、环境
工程
学
号
姓
名
开课系室
化学工程系
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考试日期
p>
一、填空(每空
1
分,共
20
分)
⒈牛顿型流体在圆直管道中作稳态层流流动时,现保持流量不变,
管
直径变为原来的二分之一,则管路摩擦阻力系数是原来的
倍,产
生的摩擦阻力为原来的
倍。
⒉某设备入口真空表上读数为
12 0mmHg
,当地大气压
0.98atm
,则入口
处绝压为
Pa
;出口压力表读数为< /p>
1.8kgf/cm
2
,则其绝对压力
为
Pa
。
⒊离心泵的工作点由
确定;如关小离心泵出口
阀门开度则离心泵扬程
,轴功率
。
⒋固体颗粒在流体中呈层流自由沉降时,如温度降低
,则固体颗粒在
气体中的沉降速度
;固体颗粒在液体中的沉降速
度
。
⒌对于连续转筒真空过滤机的操作,当转速提高时,
过滤机的生产能
力
、滤饼层厚度
。
< /p>
⒍对于聚式固体流态化,常出现的不正常操作现象
收集于网络,如
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有
,
。
⒎面积和厚度相同的三层导热平壁,测得一维稳态导
热时各层导热平
壁两侧的温度差大小顺序为Δ
t
2
大于
Δt
3
大于
p>
Δt
1
,则各层导热平壁的导
热系数大小顺序为
、各层导热平壁的导热热阻大小顺序
为
。
8.
液体在圆直管内作强制湍流对流 传热时,如液体的流量和定性温度
不变,管直径减小为原来的二分之一,则对流传热系数
(给热系数)
变为原来的
倍。
9.
在铜质套管换热器中,用饱 和蒸汽冷凝加热空气,总传热系数应接
近于
的对流传热系数(给热系数),传热壁面温度接近于
的温度。
10.
黑体的定义为
,透明体的定义
为
。
二、分析简答题(共
20
分)
⒈(本小题
8
分)试分析影响加热炉热效率的因素有哪些 ?提出提高
加热炉热效率的措施。⒉(本小题
8
分)画出 往复式压缩机工作循环
的
P-V
图,标出每一过程的名称 。分析说明为何当压缩气体终压较高
时采用多级压缩?
⒊(本小题
4
分)试说明冷、热两流体在管壳式换热器中换热时,安 p>
排流体流程(管程或壳程)的基本原则。(每项
1
分)
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三、计算题(共
60
分):
< p>
⒈(
25
分)用离心泵将
40
℃的水 从敞口储水池送入一敞口高位槽(当
地气压为
1atm
) 。泵进出口分别安装真空表和压力表,两表间垂直距
离可以忽略不计。已知水的物性参数
如下,密度
ρ
为
992.7kg/m
3
,粘
度
μ
为
0. 624cP
,水的饱和蒸气压为
55.32mmHg
。已 知泵入口真空表读数
为
400mmHg
,铭牌上泵的允许 吸上真
空度为
7.2m
,输送管路为
Φ1 08×4mm
的钢管,总长度(包括当量长度)为
40m
,其中吸入管路为
6m
(包括
当量长度),储水池与高位
槽高度差为
20m
,管路摩擦阻力系数
λ
为
0.02
,流量为
65m
3
/h
。
试问:⑴泵最大可能的安装高度;
(
8
分)
⑵泵的扬程;(
6
分)
⑶泵出口处压力表的读数;(
6
分)
< /p>
⑷设摩擦阻力系数不随流量改变而改变,写出管路特性方程
中。(
5
分)
⒉(
15
分)用一板框过滤机过滤
CaCO
3
的
水悬浮液,滤饼可视为不可
压缩。压滤机的过滤面积为
20m
< p>2
,某过滤压强下测得过滤常数
K=2×
10
-2
m
2
/h
。
< br>试求:⑴在此压强下将过滤进行至滤饼充满全部滤框时,所获得的滤
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液为
2m
3
,滤布阻力可以忽略不计
,问此时所需过滤时间为多少小
时?(
6
分)
< p>
⑵现改用一种较厚的滤布,其常数为
q
e
=2×
10
-2
m
p>
,过滤完毕后,
洗涤、拆装等辅助时间共为
30
分钟,问此时的生产能力为多少?(
5
分)
⑶如①,设
CaCO
3
的水悬浮
液的浓度(以
m
3
滤饼
/m p>
3
滤液计)提
高一倍,此时所需的过滤时间
为多少?(
4
分)
⒊(
20
分)一单管程、单壳程列管换热器,有多根
Φ
25×
2.5mm
的钢
管组成管束。管程走有机溶剂,流量为
5
×
10
4
kg/h
,流速为
0.5m/s
;
壳程通入
130
℃的饱和蒸汽,将有机溶剂从
< p>20℃加热至
50
℃。已知在
定性温
度下有机溶剂的物性参数为:密度
=884.2kg/m
3
,比热
Cp=1.76kJ/(kg
·
K)< /p>
,导热系数λ
=0.143W/(m
·
K)
,粘度μ
=0.8cP
;蒸汽的冷
凝对流传热系数
为
10
4
W/(m<
/p>
2
·
K)
;钢的导热系数取
45
W/(m·
K)
;污垢
热
阻可以忽略不计。
求:⑴管内的对流传热系数
α, p>
W/(m
2
·
K)
; (
6
分)
⑵换热器的总传热系数(以管
束外表面积为基准)
K
,
W/(m
2
·
K)
;(
2
分)< /p>
⑶管子的根数和长度;(
7
分)
⑷在有机溶剂的初始温度和流量不变的前提下,若通过提高加热
蒸汽温
度将上述换热器的传热速率提高
10%
,则加热蒸汽温度应为多
< br>少?(
5
分)
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注:蒸汽冷凝对流传热系数和有机溶剂的物性参数可看作常数。
《化工原理
下》期末
试题
答案
专业班级
化学工程与工艺、环境工程
开课系室
化学工程系
考试日期
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A
卷
精品文档
一、填空(每空
1
分,共 p>
20
分)
⒈
1/2
倍,
1
⒉
8.332
×
10
4
Pa
;
2.758
×
10
5
Pa
⒊
泵的特性曲线和管路特性曲线
;
增大
,
减小
⒋
增大
;
下降
⒌
增大
、
减小
⒍
沟流
,
节涌
⒎
λ
1
﹥λ
3
﹥λ
2
、
R
2
﹥
R
3
﹥
R
1
8. 3.482
9.
空气
,
饱和蒸汽
10.
具有黑表面的物体ε
=1
,
ρ
=1
二、分析简答题(共
20
分)
⒈(本小题
8
分)
答:影响加热炉效率的因素有:炉墙损失的热量,烟气带走的热量,燃料
燃烧情况及
空气的入炉温度、过剩空气系数等。
提高加热炉热效率的措施有:
提高空气入炉温度;尽量降低过剩空气系数
及降低其温度,减少其带走热量;被加热流体
选择适当的入炉温度;选择
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合适的火嘴,改进燃烧状况,使燃料燃烧完全。
⒉(本小题
8
分)
答:
1-2
压缩;
2-3
排气;
3-4
余隙膨胀;
4-1
吸气;(图
1
分,每步
1
分) p>
压缩气体终压较高时,容积系数下降,使压缩机动 力消耗增加;排出
气体温度增加;造成机件损坏及可能导致的润滑油失效。(每项
1
分,共
3
分)
⒊(本小题
4
分)
答:有腐蚀性、高温及高压流体走管程,降低对壳体材质要求;
有毒、易燃流体走管程,降低泄露;
易于结垢的流体走易清洗一侧,便于清扫;
流量小,粘度大的流体走壳程,便于达到湍流;
需要被冷却流体,一般走壳程,便于散热;
蒸汽宜走壳程,便于冷凝液及不凝气排放。
三、计算题(共
60
分):
⒈(
25
分)
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解:(
1
< p>)
d
i
?
0
.
100
m
[1
分
]
Re
?
du
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u
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4
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65
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2
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299< /p>
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.
0 2
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.
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2
.
299< /p>
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992
.
7
5
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3
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657
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10
0
.
624
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3
[1
分
]
P
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'
P
v
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H
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[
H
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(
10
.< /p>
33
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)
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(
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0
.
24
)]
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.
74
m
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'
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[2
分
]
l
u< /p>
2
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H
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d
2
g< /p>
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0
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324
m
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[2
分
]
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2
2
.
3
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H
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.
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15
m
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2
*
9
.
81< /p>
'
[2
分
]
< br>l
u
2
?
H
p>
f
?
?
d
2
g
?
2
.
16< /p>
m
(
2
)在两槽之间列柏努利方程,得:< /p>
[2
分
]
P
< br>1
?
?
gz
1
?
[2
分
]
< p>?
u
1
2
2
?
He
?
P
< br>2
?
?
gz
2
?
?
u
2
2
2
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?<
/p>
H
f
p>
He
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?
H
f
?
h
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22
.
16
m
[2
分
]
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(
3
)在两表之间列柏努利方程,忽略位差:
P
1
?
?
gz
1<
/p>
?
[3
分
]
?
u
1
2
2
?
He
?
P
2
?
?
gz
2<
/p>
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?
u
2
2
2
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H
f
P
2
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22
.
16
?
992
.
7
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9
.
807
?
400
?
133
.
2
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1
.
624
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10
5
Pa
760
[3
分
]
?
p
6
.
17
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7
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10
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p>
e
2
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d
g
(
4
)
[1
分
]
⒉
(
15
分)
解:(
1
)恒压过滤:
Ve=0 V< /p>
2
=KA
2
t
[3
分
]
V
< br>2
4
t
?
?
?
0
.
5
h
2
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[3
分
]
2
2
V
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2
V
V
?
KA
t
e
(2)
[2
分
]
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4
?
< p>2?
2
*
10
[1<
/p>
分
]
?
2
*
p>
20
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10
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t
[1]
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67
m
3
/
h
0
.
7
?
0
.< /p>
5
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[2
分
]
'
< br>C
(3)
滤饼结构不变,比阻不变,悬浮液浓度加倍,饼液比加倍 ,
?
2
C
[1
分
]
2
?
?
P
1
?
s
K
?
r
'
?
c
[1
分
]
K
'
?
0
.
5
K< /p>
V
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AL<
/p>
C
V
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0
.
5
V
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[1
分
]
V
2
t
?
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0
.< /p>
25
h
2
KA
[1
分
]
⒊(
20
分)
解:(
1
)
?
?
0
.
8
cP
[1
分
]
C
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?
1760
?
0
.
8
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10
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3
?
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9
.
846
0
.
143
P
r
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[1
分
]
被加热:
n=0.4
Re
?< /p>
d
i
u
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0
.
02
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0
.
5
?
884
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2
4
4
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1
.
105
?
10
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10
湍流
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3
0
.
< p>8?
10
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[2
分
]
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Nu
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0
.
023
(Re)
0
.
8
(Pr)
0
.
4
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0
.
023
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(
1
.
105
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10< /p>
4
)
0
.
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9
.
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)
0
.
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分
]
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Nu
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98
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58
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704
.
9
W
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m
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K
)
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i
0
.
02
(
2
)计算过程中不计热损失,忽略管壁导热热阻及污垢 热阻
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1
b
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1
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1
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5
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K
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[2
分
]
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V
15000
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884
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2
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)
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(
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分
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(
50
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20
)
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2
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分
]
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分
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.
8
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94
.
20
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L
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A
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℃
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[1
分
]
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5
W
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分
]
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℃
1
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20
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;
T
'
?
< p>141℃
[2
分
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B
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《化工原理
上》期末
试
卷
专业班级
化学工程与工艺、环境
工程
学
号
姓
名
开课系室
化学工程系
考试日期
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一、填空和选择题(每空
分,共
30
分)
⒈
0.5atm(
表压
)
=
kPa
=
mmHg
。
⒉连续性方程是
,柏努利方程是
。
A
、物料衡算式
B
、能量衡算式
C
、相平衡式
D
、过程速率
式
⒊空气在一等
径水平圆直管中作等温、稳定流动,则沿流动方向其雷
诺准数将
(变大,变小,不变);若沿流动方向空气温度
升高,其雷诺准数将
p>
(变大,变小,不变)。
⒋减小阀门开度,管中流体流量减小,这是因为
。
A
、减小了阻力系数;
B
、增加了当量直径;
C
、增加了当量长度;
D
、增加了流体动能。
⒌一台压缩机的工作循环包括
、
、
和
四个阶段。
⒍降沉室内颗粒沉降下来的条件
是
。
⒎固体流态化可分为
流化和聚式流化两种,聚式流化常出
现的不正常操作有
和
两种。
⒏传热方式主要有
、
、
三
种。
⒐列管式换热器按照热补偿方式的不同可以分为:
、
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和
。
⒑在饱和水蒸汽冷凝加热空气的套管换热器中,传热
壁面的温度接近
于
__
的温度,总传热系数
K
接近于
___
__
的对流传热系
数,传热过程的热阻
主要集中在
_ _
侧。
⒒管式加热炉的结构包括
、对流室、
、
和余热回收系统。
⒓过剩空气系数α的定义是
;α越
高,出炉烟气温度越
(高、低);α过高,炉子热效率η
(升
高、降低)。
二、简答题(每题
5
分,共
15
分 )
⒈指出离心泵的气蚀与气缚现象有什么区别。
⒉简述强化换热器传热的途径,举出若干具体措施。
⒊试述罗伯-伊万斯假定的基本内容。
三、计算题:(共
55
分)
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⒈(
20
< p>分)如图所示输水系统,用泵将水池中的水输送到敞口高位水
槽,已
知水的密度为
1000kg/m
3
,
管道直径均为φ
45
×
2.5mm
,泵的 进、出口管
路上分别安装有真空表及压
力表。真空表安装位置距
贮
水池的水面高为
4.8m
,压力
表安装位置距贮水池的水面
高度为
5m
。当输入量为< /p>
4m
3
/h
时,进水管道的全部阻 力损失为
10J/kg
,出水管道的全部阻力损失为
40 J/kg
,压力表的读数为
2.5kgf/cm
2
。泵的效率为
70%
。(忽略真空表到泵入口、泵出口 到压
力表的阻力损失)。
试求:⑴泵扬程
H
,
m
;(
10
分)
⑵两液面高度差
h
,
m
;(
6
分)
⑶泵所需的
轴功率
N
,
kW
。(
4
< p>分)
⒉(
15
分)
某厂用板框压滤机在恒压下过滤一种悬浮液,滤框的空间
尺寸为
1000
×
l000
×
40mm
,有
20
个滤框,经过
2h
过滤,滤框完全充
满滤饼,且每
m
2
过滤面积得到滤液<
/p>
1.4m
3
。卸饼、清理、组装等辅助时
间为
1.2h
,忽略过滤介质阻力,滤饼未洗涤。
试求:⑴该扳框压滤机的生产能力;(
6
分)
< p>
⑵过滤后用
l/8
滤液体积的洗涤水在同样压力差 下进行横穿洗
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涤滤饼时的生产能力
(
设洗涤水与滤液粘度相近
)
。(
9
分)
⒊(
20
分)
一 内管尺寸为φ
25
×
2
..5mm
的套管换热器作为精馏塔顶全凝
器,冷却水走管程,塔顶蒸汽走壳程。已知塔顶蒸汽流量
为
500kg/h
,
汽化潜热为
270k J/kg
,饱和温度为
80
℃;冷却水入口温度为
15
℃,出
口温度为
45
℃,忽略管壁及 污垢热阻。此时蒸汽侧的对流传热系数
α
o<
/p>
=10
4
W/(m
2
·
K)
,水侧的对流传热系数
α
i
=4428.4 W/(m
2<
/p>
·
K)
;水的比热
C
P
=4.174
kJ
/(
< p>kg?
K
)
,忽略热损失。
试求:⑴换热器的热负荷
Q
,
kW
;(
3
分)
⑵冷凝水的
用量
W
2
,
kg/h
;(
2
分)
⑶换热过程
的对数平均温差Δ
t
m
,℃
;(
6
分)
⑷换热过程
的总传热系数
K
W
/(
m
2
O
,
?
K< /p>
)
;
(
以内管的外表面
积为基准
)
(
5
分)
⑸若达到要求,换热器长度不短于几米?(
4
分)
《化工原理
上》期末
试题
< p>答
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B
卷
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案
专业班级
化学工程与工艺、环境
工程
开课系室
化学工程系
考试日期
p>
一、填空和选择题(每空
1
分,共
30
分)
⒈
50.66 kPa
=
380 mmHg
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⒉
A
,
B
⒊
不变
变小
⒋
C
⒌
压缩
、
排气
、
余隙膨胀
和
吸气
⒍
L/u
≥
H/u
t
⒎
散式
,
沟流
和
节涌
⒏
传导
,
对流
,
辐射
⒐
固定管板式
、
浮头式
和
U型管式
< br>⒑
__
水蒸汽
_
,
___
空气
_
,
__
空气
_
侧
⒒
辐射室
、
燃烧器
、
通风系统
⒓
入炉空气量与理论空气量的比值
;
低
;
降低
二、简答题(每题
5
分,共< /p>
15
分)
⒈答:气蚀是指由于泵的安装高
度太高而使泵吸入口的压力小于液体
的饱和蒸气压而引起的不正常操作;
气缚是由于启动时未灌泵或由于泵体密封不严而引起的不正常操
作。
⒉答:①增大总传热系数
K
:采用 多管程或多壳程;在壳程设置折流
挡板;提高流体流速;及时清除污垢等;采用相变、λ
较大的流体等;
②增大传热面积
A
:增 大换热器单位体积的传热面积,如采用波
纹管、翅片管等;
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③增大传热温差△
t
m
:尽可能逆流操作,或使温差校正系数ε>
< br>0.8
。
⒊答:①炉膛内烟气充分混合,各处烟
气组成与温度均相同且等于出
辐射室烟气的平均温度,即将炽热的烟气看成一发热面;<
/p>
②将管排看成一吸热面,管壁温度为管内介质平均温度加上
50
℃;
③对流给未敷设炉管炉墙的热量等
于其散热损失,将炉墙看成一
全反射面。
三、计算题:(共
55
分)
⒈(
20
分)
解:⑴在
0-2
间列柏努利方程:
p>
2
2
P
0
u
0
P
2
u
2
Z
0
< br>?
?
?
H
e
?
Z
2
?
?
?
?
g
2
g
?
g
2
g
?
< br>H
f
0
?
2
(
2
分)
P
0
=
0
,
P
2
=2.5kgf/
cm
2
=2.452
×
10 p>
5
Pa
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(
2
分)
u
2
?
4
V
< p>4?
4
/
3600
?
?
0
.
8842
m
/
s
?
d
2
?
?
0
.
04
2
u
0
=
0
,
(
2
分)
(
2
分)
?<
/p>
H
f
0
?
2
h
?
?
f
?
2
g
?
10
?
1
.
02
m
9
.
81
;
Z
0
=0
Z
2
=5
代入上式,计算:
H= 31.06m
(
2
分)
⑵在
0-3
间列柏努利方程:
2
2
P
0
u
0
P
3
u
3
Z
0
?
p>
?
?
H
e
?
Z
3
?
?
?
?
g
2
g
?
g
2
g
?
H
f
0
?
3
(
2
分)
P
0
=P
3
=
0 ,
u
0
?
u p>
3
?
0
, Z
3
-Z
0
=h,
?
H
f
0
?
3
h
?
?
f
0
?
3
g
h
?
?<
/p>
f
0
?
2
?
g
?
h
f
?
3
?
10
?
40
?
5
.
098< /p>
m
9
.
81
(
2
分)
h = 31.06-5.098=25.96m
(
2
分)
⑶
Ne
?
HQ
?
g
?
31
.< /p>
06
?
?
338
.
55
W
?
0
.
34
KW
4
?
1000
? p>
9
.
81
3600
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(
2
分)
N<
/p>
?
Ne
/
?
?
p>
0
.
486
KW
(
2
分)
⒉(
15
分)
2
解:⑴过滤面积
A
?
1
?
1
?
2
?
20
?
40
m
(
3
分)
Q<
/p>
?
V
?
qA
?
1
.
4
?
4 0
?
17
.
5
m
3
h
?
4
.
681
?
10
?
3
m
3
s
2
?
1
.
2
(
3
分)
?<
/p>
?
?
?
dV
KA
2
?
2
V
(
2
分)
⑵过滤终了速率:
d
?
采用横穿洗涤的洗涤速率是过滤终了速率的
1/4
,即
< p>
1
?
dV
?
KA
2
?
dV
?
?
?
?
?
?
?
d
?
4
d
?
?
W
?
?
8
V p>
(
2
分)
p>
?
V
W
8
V
?
1
?
V
2
?
W
?
?
V
?
?
? p>
?
?
2
h
2
?
2
dV
KA
?
8
?
KA<
/p>
?
?
?
?
?
d
?
?
W<
/p>
(
3
分)
Q<
/p>
?
V
?
qA
?
1
.
4
?
4 0
?
10
.
77
m
3
h
?
2
.
< p>99?
10
?
3
m
3
s
2
?
2
?
1
.
2
?<
/p>
?
?
?
(
2
分)
⒊(
20
分)
解:⑴换热器的热负荷:
Q=W
1
r
1
=500
×
2 70=1.35
×
10
5
kJ/
h=37.5kW
(
3
分)
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