09化工原理(1)期中试题及答案

湖北大学2010—2011学年度第一学期课程考试试题纸（第1页共8页）说明：本试卷将作为样卷直接制版胶印，请命题教师在试题之间留足答题空间。课程考试试题纸课程名称：化工原理（2）期中试卷考试方式：（闭卷）印刷份数：103学院：化学化工学院任课教师：杨世芳专业年级：2009应用化学题号一二三四五六七八总分阅卷教师得分……………………………………………………………………………………………………一、填空（每空1分共20分）1．满足方程式常数gpz，则处于静止状态。2．离心泵的部件包括叶轮、泵壳、轴封装置。3．流动边界层的含义是指在壁面附近存在较大速度梯度的流体层。4．圆形直管内，d一定，操作时若sV增加一倍，则层流时fh是原值的2倍；高度湍流时fh是原值的4倍（忽略粗糙度的影响）。5．测量流体流量时，随着流体流量增大，转子流量计两端压差值恒定；孔板流量计两端压差值变化。6．颗粒在静止流体中的沉降过程可分为两个阶段，第一阶段为加速，第二阶段为匀速。7．依靠离心力实现颗粒沉降的过程称为离心沉降；离心沉降分离悬浮物系比重力沉降有效的多，这是因为离心力场强度不是常数，它随转速和位置而变化8．过滤操作中，滤液是先浑浊而后变清，这是因为刚开始有小颗粒穿过介质小孔后来出现颗粒”架桥”现象。9．工业上沉降室大部分采用扁平或多层式设计，这是因为降尘室的生产能力只取决于降尘室的面积与高度无关。10．旋风分离器可分离粒径在5μm以上的尘粒；如果气流中含有200μm以上的固体颗粒，最好先用重力沉降除去以减少颗粒对器壁的磨损。得分***********学号：姓名：********************************************学院：专业年级：**********************************************************湖北大学2010—2011学年度第一学期课程考试试题纸（第2页共8页）说明：本试卷将作为样卷直接制版胶印，请命题教师在试题之间留足答题空间。二﹑选择题（每小题2分，共10分）1．内径为27mm的自来水管其设计输水能力宜为B。（A）0.2m3/h(B)2m3/h(C)20m3/h(D)200m3/h2．同一离心泵分别输送密度为1及2的两种流体，已知两者体积流量相等，1=1.22，则A。（A）扬程H1=H2，轴功率N1=1.2N2（B）扬程H1=1.2H2，轴功率N2=N1（C）扬程H1=H2，轴功率N2=N1（D）扬程H2=1.2H1，轴功率N2=1.2N13．推导过滤基本方程式的一个最基本的依据是C。（A）滤液通过滤饼时呈湍流流动（B）假定滤渣大小均一（C）滤液通过滤饼时呈层流流动（D）假设过滤介质的阻力可忽略4．如图流体在倾斜变径管中流动，则U型压差计的读数R的大小反映情况B。（（三﹑简答题（10分）什么是过滤操作？过滤操作有何优点？过滤是以多孔物质为介质，在外力作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的操作。其突出优点是使悬浮液分离更迅速更彻底（于沉降相比），耗能较低（与干燥、蒸发相比）。得分得分RBAAB（A）A、B两截面间的动能变化和位能变化之和（B）A、B两截面间的流动阻力损失和动能变化之和（C）A、B两截面间的压差值（D）A、B两截面间的流动阻力损失5．局部阻力损失计算式22uhf中的u是指标A。（A）小管中的流速u1（B）大管中的流速u2（C）小管中的流速u1与大管中的流速u2的平均值（u1+u2）/2（D）与流向有关湖北大学2010—2011学年度第一学期课程考试试题纸（第3页共8页）说明：本试卷将作为样卷直接制版胶印，请命题教师在试题之间留足答题空间。四、计算题（48分）1．(10分)将含有石英微粒的水溶液置于间歇沉陷槽中，0.5h后用吸管在水面下10cm处吸取少量试样。试问可能存在于试样中的最大微粒直径是多少微米？石英密度为2650kg/m³,水的密度为1000kg/m³粘度为1cp。解：s/m1055.560031001/lu52t假设为滞流沉降：18g)(dus2t则m7.86m1086.79.807)10000652(1055.51018)g-(u18d653st验算：456tet104.4001.010001055.51086.7duR1，假设正确。所以：可能存在于试样中的最大微粒直径是7.86微米2．（10分）已知含尘气体中尘粒的密度为s=2300kg/m³气体温度为377K，粘度为0.036cp，流量为1000m³/h，密度ρ=0.36kg/m³。现采用标准旋风分离器分离其中的尘粒，取D=400mm。试计算理论上能分离出来的最小颗粒直径dc和压强降P。解：对于标准型旋风分离器，有关参数为：进口管宽度：0.1m0.4/4D/4B；进口管高度：0.2m0.4/2D/2h，气流旋转的有效圈数：5Ne，0.8进口气速为：s/m89.133600)0.21000/(0.1/BhVusi临界粒径m1004.889.132300514.31.0106.39uNB9d65isec压强降PauPi278289.1336.00.8222得分湖北大学2010—2011学年度第一学期课程考试试题纸（第4页共8页）说明：本试卷将作为样卷直接制版胶印，请命题教师在试题之间留足答题空间。3．（16分）如图所示贮水槽水位恒定，槽底放水管直径为φ107×3.5mm，距管子入口15m处接一U形管水银压差计，其左壁上方充满水右壁通大气，测压点距管子出水口20m。其间装一闸阀控制流量。（1）当闸阀关闭时测得h=1510mm，R=620mm；当闸阀部分开启时，h=1410mm，R=400mm。设管路摩擦系数02.0，管入口阻力系数为0.5，则每小时从管中流出的水量及此时闸阀的当量长度为若干？（2）当闸阀全开时（018.0,15dle），U形管压差计的度数为若干mm？解：（1）水的流量及闸阀的当量长度首先根据闸阀全关时的h、R值，用静力学方程求H。在1－1与2－2两截面之间列柏努利方程式求流速，然后再用连续性方程求流量、用阻力方程求el。闸阀全关时，对U形管等压面列静力学方程得；mhRHgRghH92.651.110001360062.0)(00当闸阀部分开启时，以管中心线为基准面，在1－1与2－2两截面之间列柏努利方程122222211122fhugzpugzp式中：z1=6.92m,p1(表压)=0，z2=0，u1=0则：21.01502.05.01(222122221uhupgzf）aPghRP42203807.9)100041.11360042.0()((02表）湖北大学2010—2011学年度第一学期课程考试试题纸（第5页共8页）说明：本试卷将作为样卷直接制版胶印，请命题教师在试题之间留足答题空间。带入数据解得u2=3.38m/s在2－2与3－3截面之间列柏努利方程并化简得：解得el=16.9m(2)阀门全开时的压差剂读数以管中心线为基准面，在1－1与3－3两截面之间列柏努利方程求得管内速度，再在2－2与3－3截面之间列柏努利方程求P2。在1－1与3－3之间列柏努利方程得132333211122fhugzpugzp式中：z1=6.92m,p1(表压)=p3(表压)=0，z3=0，u1=02]1.0201515018.05.01[22213231uhugzf）（解得：u3=4.1m/s在2－2与3－3之间列柏努利方程并化简得：gRhgp022/)62.0(51.1Rh81.913600]2/)62.0(51.1[81.9100032530RR则mmmR345345.0表压）即(32530100021.4151.020018.021522222aPPudlPhsmAuVS/m4.95/0265.038.1.043322238.31.02002.010004220322222eeludllP即湖北大学2010—2011学年度第一学期课程考试试题纸（第6页共8页）说明：本试卷将作为样卷直接制版胶印，请命题教师在试题之间留足答题空间。4．（12分）用离心泵将20℃的清水送到某设备中，泵的前后分别装有真空表和压强表。已知泵吸入管路的压头损失为2.4m，动压头为0.2m，水面与泵吸入口中心线之间的垂直距离为2.2m，操作条件下泵的允许气蚀余量为3.7m。试求：①真空表的读数为若干KPa？②当水温由20℃升到60℃（此时饱和蒸汽压为19.42KPa）时，发现真空计与压强表的读数跳动，流量骤然下降，试问出现了什么故障并提出排除措施。当地大气压为98.1KPa。解：（1）真空表地读数在水面0－0与泵入口1－1之间列柏努利方程得：整理上式得：由题给数据知：Z1=2.2m此即为真空表得读数。2）判断故障及排除措施当水温由20℃升到60℃时由于水的饱和蒸汽压增大，泵吸入口压强若低于操作温度下水的饱和蒸汽压强，则可能出现气蚀现象，下面通过核算安装高度来验证：20℃清水时，泵的允许安装高度为：Hg＞实际安装高度，故可安全运行。当输送60℃水时，水的密度为983.2kg/m3,饱和蒸汽压19.92KPa则:10121102fHgpguZgp10211102fHguZgppafPgHguZpp4707481.91000)4.22.02.2()2(1021110mgu2.02/21mHf4.210mHhgppHfvg87.32.27.381.9100010)238.21.98(3100mHg07.22.27.381.9100010)92.191.98(3湖北大学2010—2011学年度第一学期课程考试试题纸（第7页共8页）说明：本试卷将作为样卷直接制版胶印，请命题教师在试题之间留足答题空间。五、应用题（工程案例分析）：（12分）事情发生在1912年秋天，一艘当时世界上最大的远洋巨轮“奥林匹克”号，正在茫茫的大海上航行。距它100米左右的海面上，一艘比它小得多的铁甲巡洋船“豪客”号与它几乎是平行地行驶着。突然，“豪客”号像着了魔似的，扭转船头径直向“奥林匹克”号冲去。情急之中，两船的水手们赶紧打舵，但无论他们怎样操纵也没用，只能眼睁睁地看着“豪客”号的船头向“奥林匹克”号的船舷撞去，结果撞出了一个大洞。在法庭审理这桩奇案时，“豪客”号被判有过失的一方。问：这个判决是否正确？试用所学流体流动原理分析此次事故的原因。答：这个判决是错误的。由伯努利方程可知，流体流动时，其动能与静压能可以相互转换，速度大的一侧压力低，而速度小的一侧压力大。根据这一原理，两条船并排行驶时，由于内侧船舷中间的流道较窄，水流比两船的外侧快，因此水对内侧的压力比外侧压力要小。于是，船内外的压力差像一双无形的巨手，把两船推在一起，造成碰撞事故。由于“’豪客”号吨位小，所以被推得快，看起来是小船撞了大船。得分