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化工原理典型习题解答

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 222322642d luu d l du u d l h f ρμμρλ=⋅⋅=⋅⋅= 得162442122122122121212==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==d d d d d d d u d u h h f f (2) 由 2222ud l d f u d l h f ⋅⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅⋅=ελ 得322 55212142122112212==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==d d d d d d d u d u h h f f2、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 f h u p gz u p gz ∑+++=++2222222111ρρ得 21f f h h ∑=∑ 所以 ()()2222222111u d l l u d l l e e ⋅+⋅=⋅+⋅λλ 又由完全湍流流动得 ⎪⎭⎫⎝⎛=d f ελ所以 ()()222211u l l u l l e e ⋅+=⋅+而 24d u uA V π⋅==所以 ()()1547.175.01211212==++==e e l l l l u u V V3、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/m 3,水的密度为998.2kg/m 3,水的粘度为1.005⨯10-3Pa ⋅s ,空气的密度为1.205kg/m 3,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 ()μρρ182gd u s t -=得 ()gu d s tρρμ-=18所以 ()()()()612.91081.12.998250010005.1205.1250053=⨯⨯-⨯⨯-=--=--aw s w a s aw d dμρρμρρ(2) 由 ()R u d u T s r 2218⋅-=μρρ,gRu K Tc 2=得 ()c s r gK d u ⋅-=μρρ182,()cs rgK u d ρρμ-=18所以 ()()()()593.1311081.12.9982500210005.1205.1250053=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯-=--=--cwa w s caw a s aw K K d dμρρμρρ4、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/m 3,空气的密度为1.205kg/m 3,空气的粘度为1.81⨯10-5Pa ⋅s 。

则 (3) 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 (4) 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 μρt du =Re得 ρμd u t Re=而 ()μρρ182gd u s t -=所以 ()()()m g d s 53253210639.4807.9205.15000205.111081.118Re 18--⨯=⨯-⨯⨯⨯⨯=-=ρρρμ(2) 由 ()ρρρgd u s t -=74.1得 ()ρμρρρd gd s Re74.1=- ()2222274.1Re ρμρρρd gd s =- 所以()()()m g d d s 332225322210224.1807.9205.15000205.174.110001081.174.1Re --⨯=⨯-⨯⨯⨯⨯=-⋅=ρρρμ 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⎦⎤⎢⎣⎡-=w s o t t d g r μλρα得841.02141412112=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=o o d d αα (2) 由 ()413213.1⎦⎤⎢⎣⎡-=w s t t L g r μλρα得493.05.21025725.013.1725.013.141341=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=-L d o H V αα 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 ()21T T c W Q ph h h -=,()21t t c W Q pc c c -= 得()()()()05.0403840509015535090211221=-=----=----=-T T t t T T Q Q Q h c h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ρHg ,测压连接管内充满常温的水,密度为ρw ,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R 1、R 2,试求a 、b 两点间的压力差b a p p -。

解: 11gh p p w a ρ+=,11gh p p w a ρ-=21p p =,132gR p p H g ρ+=,43p p =,254gR p p H g ρ+=55gh p p w b ρ+=52455gh gR p gh p p w H g w b ρρρ--=-=()524113gh gR p gh gR p p p w H g w H g b a ρρρρ----+=- ()5121gh gh R R g w w H g ρρρ+-+= 而 211R h h +=,225Rh h -= 所以 ()⎪⎭⎫⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--+=-222121R g gh R g gh R R g p p w w w w Hg b a ρρρρρ()()()g R R R R g R R g w Hg w Hg 2121212121+⎪⎭⎫⎝⎛-=+-+=ρρρρ2. 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ρHg ,其他管内均充满水,其密度为ρw ,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b a p p -。

解:由 11gh p p w a ρ+=2321p p p == gR p p H g ρ+=43 54p p =25gh gR p p w w b ρρ++=所以 151413gh gR p gh gR p gh p p w H g w H g w a ρρρρρ++=++=+= 所以 21gh gR gh gR p p w w w H g b a ρρρρ--+=- ()21h h g gR gR w w H g -+-=ρρρ gh gR gR w w H g ρρρ--= ()h R g gR w H g +-=ρρ ()gh gR w w H g ρρρ--=3. 某流体在水平串联的两直管1、2中稳定流动,已知2/21d d =,m l 1001=,1800Re 1=。

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 。

解:由 221d d =,得 4121222112=⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=d d u u 所以21412Re Re 1212112212=⋅=⋅==u u d d u d u d μρμρ所以 900Re 21Re 12== 所以 0356.0180064Re 6411===λ,071.090064Re 6422===λ 又 22u d l h pf ⋅⋅==∆λρ,gu d l H g p f 22⋅⋅==∆λρ所以 12211112222222f f H H gu d l g u d l =⋅⋅⋅⋅λλ,122121221212f f H H d d u u l l =⋅⋅⋅λλ 所以 m H H d d u u l l f f 16064.0064.024211002121222212112=⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅⋅=λλ4. 密度为1000kg/m 3,粘度为1cP 的水,以10m 3/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: ()s m d V u /75.1045.03600104422=⨯⨯==ππ 78750101100075.1045.03=⨯⨯⨯==-μρdu R 0189.0787503164.0Re 3164.025.025.0===λ 由 f h u p gz u p gz ∑+++=++2222222111ρρ得 22112u d l p h p p f ρλρ⋅⋅-=∑-=275.11000045.01000189.0105.125⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-⨯= ()()绝压表压2524/10870125.1/1056875.8m N m N ⨯=⨯=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。

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