化工原理典型习题解答

化工原理典型习题解答王国庆陈兰英广东工业大学化工原理教研室20031上册一、选择题1、某液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不变，则(1)层流时，流动阻力变为原来的C。A．4倍B．8倍C．16倍D．32倍(2)完全湍流(阻力平方区)时，流动阻力变为原来的D。A．4倍B．8倍C．16倍D．32倍解：(1)由222322642dluudlduudlhf得162442122122122121212ddddddduduhhff(2)由2222udldfudlhf得32255212142122112212ddddddduduhhff2．水由高位槽流入贮水池，若水管总长（包括局部阻力的当量长度在内）缩短25%，而高位槽水面与贮水池水面的位差保持不变，假定流体完全湍流流动(即流动在阻力平方区)不变，则水的流量变为原来的A。A．1.155倍B．1.165倍C．1.175倍D．1.185倍解：由fhupgzupgz2222222111得21ffhh所以2222222111udlludllee又由完全湍流流动，得df所以222211ullullee，而24duuAV所以1547.175.01211212eelllluuVV3．两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降。已知玻璃球的密度为2500kg/m3，水的密度为998.2kg/m3，水的粘度为1.00510-3Pas，空气的密度为1.205kg/m3，空气的粘度为1.8110-5Pas。（1）若在层流区重力沉降，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为B。A．8.612B．9.612C．10.612D．11.612（2）若在层流区离心沉降，已知旋风分离因数与旋液分离因数之比为2，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为D。A．10.593B．11.593C．12.593D．13.593解：(1)由182gdust，得gudst182所以612.91081.12.998250010005.1205.1250053awswasawdd(2)由RuduTsr2218，gRuKTc2，得csrgKdu182，csrgKud18所以593.1311081.12.9982500210005.1205.1250053cwawscawasawKKdd4.某一球形颗粒在空气中自由重力沉降。已知该颗粒的密度为5000kg/m3，空气的密度为1.205kg/m3，空气的粘度为1.8110-5Pas。则(1)在层流区沉降的最大颗粒直径为B10-5m。A．3.639B．4.639C．5.639D．6.639(2)在湍流区沉降的最小颗粒直径为C10-3m。A．1.024B．1.124C．1.224D．1.324解：(1)由tduRe，得dutRe而：182gdust，所以mgds53253210639.4807.9205.15000205.111081.118Re18(2)由：gdust74.1，得：dgdsRe74.1；2222274.1Redgds所以：mgdds332225322210224.1807.9205.15000205.174.110001081.174.1Re5.对不可压缩滤饼先进行恒速过滤后进行恒压过滤。（1）恒速过滤时，已知过滤时间为100s时，过滤压力差为3104Pa；过滤时间为500s时，过滤压力差为9104Pa。则过滤时间为300s时，过滤压力差为C。A．4104PaB．5104PaC．6104PaD．7104Pa（2）若恒速过滤300s后改为恒压过滤，且已知恒速过滤结束时所得滤液体积为0.75m3，过滤面积为1m2，恒压过滤常数为K=510-3m2/s，qe=0m3/m2(过滤介质的阻力可以忽略)。则再恒压过滤300s后，又得滤液体积为D。A．0.386m3B．0.486m3C．0.586m3D．0.686m3解：(1)由bap，得baba50010910010344两式相减，得a4001064，1504001064a所以150001501001034b所以Pap410660000150003001503(2)由RReRKqqqqq222，得RRKqq22RRRRKAVKqq224361.10625.230010575.03223/6861.075.04361.1mmq6.对某悬浮液进行恒压过滤。已知过滤时间为300s时，所得滤液体积为0.75m3，且过滤面积为1m2，恒压过滤常数K=510-3m2/s。若要再得滤液体积0.75m3，则又需过滤时间为C。A．505sB．515sC．525sD．535s解：由Kqqqe22，得22qKqqe所以625.075.0275.03001052232qqKqe8251055.1625.025.12322Kqqqes5253008257.水蒸汽在一外径为25mm、长为2.5m的水平管外冷凝。（1）若管外径增大一倍，则冷凝传热系数为原来的C。A．0.641倍B．0.741倍C．0.841倍D．0.941倍（2）若将原水平管竖直放置，且假定冷凝液层流流动，则冷凝传热系数为原来的A。A．0.493倍B．0.593倍C．0.693倍D．0.793倍解：(1)由4132725.0wsottdgr，得841.02141412112oodd(2)由413213.1wsttLgr，得493.05.21025725.013.1725.013.141341LdoHV8.冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90C，出口温度为50C，冷水进口温度为15C，出口温度为53C，冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性为相同，则热损失占传热量的C。A．5%B．6%C．7%D．8%解：由21TTcWQphhh，21ttcWQpccc得05.0403840509015535090211221TTttTTQQQhch二、计算题1.如图所示，常温的水在管道中流过，两个串联的U形管压差计中的指示液均为水银，密度为Hg，测压连接管内充满常温的水，密度为w，两U形管的连通管内充满空气。若测压前两U形管压差计内的水银液面均为同一高度，测压后两U形管压差计的读数分别为R1、R2，试求a、b两点间的压力差bapp。1R2R空气abHgwwHg12345h4解：11ghppwa，11ghppwa21pp，132gRppHg，43pp，254gRppHg55ghppwb52455ghgRpghppwHgwb524113ghgRpghgRpppwHgwHgba5121ghghRRgwwHg而211Rhh，225Rhh所以222121RgghRgghRRgppgRRRRgRRgwHgwHg21212121212.在如图所示的测压差装置中，U形管压差计中的指示液为水银，其密度为Hg，其他管内均充满水，其密度为w，U形管压差计的读数为R，两测压点间的位差为h，试求a、b两测压点间的压力差bapp。解：由11ghppwa321pppgRppHg4354pp25ghgRppwwb所以：151413ghgRpghgRpghppwHgwHgwa所以：21ghgRghgRpp21hhggRgRwwHgghgRgRwwHghRggRwHgghgRwwHg3.某流体在水平串联的两直管1、2中稳定流动，已知2/21dd，ml1001，1800Re1。今测得该流体流径管道1的压力降为0.64m液柱，流径管道2的压力降为0.064m液柱，试计算管道2的长度2l。RhbaHgww123451h2h5解：由221dd，得4121222112dduu，所以21412ReRe1212112212uuddudud所以900Re21Re12所以0356.0180064Re6411，071.090064Re6422又22udlhpf，gudlHgpf22所以12211112222222ffHHgudlgudl，122121221212ffHHdduull所以mHHdduullff16064.0064.0242110021212222121124.密度为1000kg/m3，粘度为1cP的水，以10m3/h的流量在内径为45mm的水平光滑管内流动，在管路某处流体的静压力为1.5105Pa(表压)，若管路的局部阻力可忽略不计，则距该处100m下游处流体的静压力为多少Pa(绝对压力)?解：smdVu/75.1045.03600104422，78750101100075.1045.03duR0189.0787503164.0Re3164.025.025.0由：fhupgzupgz2222222111，得22112udlphppf275.11000045.01000189.0105.125绝压表压2524/10870125.1/1056875.8mNmN5.用一离心泵将冷却水由贮水池送至高位槽。已知高位槽液面比贮水池液面高出10m，管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为400m，管内径为75mm，摩擦系数为0.03。该泵的特性曲线为26106.018QH，试求：（1）管路特性曲线；（2）泵工作时的流量和扬程知：mh10；mlle400；md075.0；03.0；26106.018QH。求：(1)eeQfH；(2)Q、H6解：(1)由2422122121282eeeQgddllguugppzzH得25242101795.410075.08075.040003.010eeeQQgH(2)而26106.018QH，所以2625106.018101795.410QQ解之：smQ/108034.2101795.108335所以mH2846.13108034.2101795.4102356.现有一台离心泵，允许吸上真