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1、 1 化工原理（I）试样卷（选用于材料学院、生命学院、理学院、机电学院、信息学院的学生）班级：学号：姓名：郭锴 成绩：100 一、填空（40 分）每空一分 1绝压为 154kPa，温度为 210C 的空气，其密度=1.827 kg/m3。1.826 解：（P7）当气体压力不太大，温度不太低时，理想气体状态方程PMRT P绝压，Pa ；M=29kg/mol 2表压强与绝对压强的换算关系为：表压强 绝对压强大气压强。解:（P7）真空度=大气压力-绝对压力 3柏努利方程式中 u2/2 的单位是 J/kg ，它的物理意义是 单位质量（kg）流体具有的动能 ；u2/2g 的单位是 m(J/N)，其物理意
2、义是 单位重量(牛顿)流体具有的动能；u2/2 的单位是 J/m3 ，其物理意义是 单位体积(m3)流体具有的动能 。解:（P18）以单位质量流体为基准，单位重量（1N）流体为基准的两种伯努利方程 各部分含义及单位 4.流体在圆形直管内层流流动，若管径不变，而流量增加一倍，则能量损失变为原来的_两_倍；若为完全湍流，则能量损失变为原来的 四 倍。解:（P30）范宁公式：能量损失（J/kg）2h2fl ud，压头损失(m)2h2fl udg，压力损失(Pa)22flupd（层流、湍流均适用）24qd u（P31）层流，哈根-泊谡叶方程：232fluWd；（P32-33）湍流，范宁公式2flWud
3、，(Re,)d 完全湍流（阻力平方区），Re图：只与d有关，与 Re 无关，也就是与 u 无关 2 5 流体在管内流动时，从总体上说，随着流速的增加，摩擦系数（减小）；而当流动进入阻力平方区时，随着流速的增加，摩擦系数（基本不变）。（P33）-Re 图 6采用量纲分析法的目的是 减少实验工作量 和 简化数据关联。（P31）7.转子流量计的主要特点为恒 压差，变 截面。（P53）还有孔板流量计的特点 8.当流体在管内流动时，如要测取管截面上流体的速度分布，应选 毕托管 测量。（P47）皮托管 9 当离心泵高于被输送的流体所在贮槽液面安装时，则启动前需要（灌泵），否则会产生（气缚）现象；如果安装高
4、度过高，则有可能产生（气蚀及抽空）现象。（P55）气缚现象，(P64-65)气蚀现象：如何产生、产生原因、如何避免 10.离心泵的工作点是 泵特性 和 管路特性 曲线的交点。用出口阀门调节流量的实质是 改变管路特性曲线 。（P60-61）改变工作点的措施：改变管路特性曲线、改变泵特性曲线 11.传热的三种基本方式是：_ 热传导 _、_对流传热_、_辐射传热_。（P115）12.多层壁定态热传导时，各层的温度降与各相应层的热阻 呈正比 。（P123）解：（P123）12331Q=QiiiitQQbA总推动力总热阻 233412123123tttQ=tttbbbAAA 13在多层圆筒壁稳定热传导中
5、，由内层向外层通过各等温面的传热速率（Q）相同、热流密度（q=Q/A）减小。（P123）解：24Ad，由内层向外层，d 增大，则 A 增大，q 减小 14.圆筒设备外包有热导率不同的两层保温材料，为增加保温效果，应将热导率 小 的保温材料放在里层。（课后题 3-4）15 某套管换热器环隙内为饱和水蒸气冷凝加热管内的空气，此时 k 值接近于 冷流体（管内）侧流体的值，壁温接近 热流体（内管外）侧流体的温度。若要提高 k 值。应设法提高 冷流体（管内）侧流体的湍动程度。（P144 例题）3 12111=K（忽略污垢热阻和管壁热阻），空气1水蒸气2 16.间壁两侧冷、热流体的温度分布如图所示，则对流
6、传热系数1 小于 2。（P125-126）牛顿冷却定律：流体被加热时（冷流体）2(t)wQAt 流体被冷却时（热流体）1()WQA TT 两侧的传热速率相等，冷流体与壁温的温差小，热流体与壁温的温差大。因此，1EB，则其黑度值A 大于 B。解：辐射传热（P156）：克希霍夫定律0,=AEEA；温度不变时，E0是定值；EAEB，所以AB 19.列管式换热器消除热应力的方式有：在外壳上安装（膨胀节）、采用（U 型管）结构和（浮头）结构。（P161）产生热应力的原因，造成的影响，消除热应力的方式 二、（10 分）如图所示，常温水槽下连有一水平输水管。水管规格为573.5mm，当阀门 A 全闭时，压力
7、表 B 读数为 0.3atm。而阀门开启至某一开度时，压力表 B 读数降为 0.2atm，设由储槽面到压力表处总压头损失为 0.5m，求在管内水的流量。（简单管路计算）解：（P7）52211.013 1076010.33/10atmPammHgmH OmH O 表压下，P1=0，P2=0.3atm/0.2atm 当阀门关闭时，压力表测定的是水的静压头为 0.3atm=3mH2O。阀门开启后，B 点处为0.2atm，0.3-0.2=0.1atm 的静压头转化成动压头和压头损失。常温下 1atm 对应 10 m 水柱，0.1atm 为 1m 水柱，扣除损失的 0.5m,转化成的动压头为 0.5m。
8、4 取水槽中液面处为 1-1截面，B 处为 2-2截面，在 两截面之间列伯努利方程：2212223020.523.132/fpuzzhggugum s 2233131q0.053.1326.15 10.22.14.44vdum sm h 三、（20 分）如图所示，用离心泵将常温水由水池送往一密闭高位槽中，与高位槽相连通的 U 型压差计以水为指示液，压差计的读数为m5.0。已知两液面高度差为m15，所有管子规格均为mm254，全部管路能量损失为KgJu/2202（未包括管道进、出口能量损失），u为管内水的平均流速。如果管内水的流量为hm/103，请计算：（1）管内水的平均流速并判断流动的类型；（
9、2）离心泵所需的轴功率（已知泵的效率为6.0）（3）如果离心泵的入口处装有一个真空表，请分析管内水的流量增大时，真空表的读数如何变化。（给出分析过程）（计算中取水的密度3/1000mKg，水的粘度 10-3Pa.s）5 解：1 224310=1.415m/s36000.05440.05 1.415 1000Re7.07 1010 vquddu4000流体为湍流流动 222121122f111222ffff21e22(1)11 (22 0000,=0.5=1 200.51221.415 150.59.81200.5 1173.6J kg221150.5geeemWppz guWz guWzupu
10、uuWWWWWNqpmmWze进口出口求：单位质量流体为基准），（）110 100073.6482.2J s482.2W36003/482.2/0.6803.6WNNe（）3 真空表读数增加。因为流量增大时，(P60)2258efvllhqgd，自液面至真空表处流动阻力增加，需更大的泵进出口压差才能克服管路阻力，因此需要更高的真空度才能将水送到高位槽中。6 四、（10 分）有一稳定导热的平壁炉墙，墙厚 240mm，热导率=0.2W/m.K，若炉墙外壁温度为C45，在距外壁 100mm 处的温度为C100，试求炉内壁温度。解：（P123）多层平壁、多层圆筒壁热传导 令炉内壁温度为 t1 2132
11、3122111QQttttbbbAAA 114510045177 C240100tt 五、（20 分）有一套管式换热器，内管尺寸为mm254，外管尺寸为mm4108。内管中空气被加热，空气进口温度为C20，出口温度为C40，空气流量为hKg/100。环隙中为KPa140的饱和水蒸汽冷凝，冷凝的对流传热膜系数CmW21/10000，管壁热阻及两侧的污垢热阻均忽略不计，也不计热损失。又已知空气在定性温度下的物性为：CKgKJCp/005.1,3/165.1mKg,CmW/0267.0,sPa6106.18，KPa140饱和水蒸汽温度stC2.109。求：1 空气在管内的对流传热膜系数；2 以内管外
12、表面为基准的总传热系数；3 完成上述生产任务所需套管的有效长度；解：1(P128)流体在圆形直管内作强制湍流 t3=45 t 1 100mm 240mm t 2=100 7 2146-636p20.05 12.14 1.165Re=3.8 1010000,18.6 10=18.6 10.2m.1.(1)4100 005 1018.6 10 Pr=0.7,0.02676 12.14m s3600 1.1650.05402 vduPa sPa scddquu充分湍流 符合0.6Pr160的条件l（）?p0.80.40.40.8366 0.023()()0.02670.05 12.14 1.1651
13、.005 1018.6 10 0.0230.0518.6 100.0267cdud 因此可用下式计算 -2-1-2-149.13W m K49.11W m K或(Re 和 Pr 单独计算出来，再代入式中)2 （P142）圆形管 dA=dA1 122121KmW28.45505413.491100001111ddK 3 （P145-146）Adl,A 与 K 的基准面有关 1212m1122222132m109.220109.240()(T)78.78109.220lnlnln109.240T100 1.0054020()0.558kW=558W36000.558 1045.2878.780.1565m0.15650.054mpttTtttCtTtttQqcttQKA tAAldAld 0.15650.92m3.1416 0.054