1. 如图2-1用离心泵将20℃的水由敞口水池送到一压力为
2.5atm的塔内，管径为φ108×4mm管路全长100m(包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内)。已知：水的流量为56.5m3·h-1，水的粘度为10-3 Pa·S，密度为1000kg·m-3，管路摩擦系数可取为0.024，计算并回答：
(1)水在管内流动时的流动形态；(2) 管路所需要的压头和功率；
解：已知：d = 108-2×4 = 100mm = 0.1m
A=(π/4)d 2 = 3.14×(1/4)×0.12 = 0.785×10-2 m l+Σl e =100m q v = 56.5m 3/h
∴u = q/A = 56.5/(3600×0.785×10-2) = 2m/s
μ = 1cp = 10-3 Pa ·S ρ=1000 kg.m -3, λ = 0.024 ⑴ ∵ Re = du ρ/μ=0.1×2×1000/10-3 = 2×105 > 4000 ∴水在管内流动呈湍流
⑵ 以1-1面为水平基准面,在1-1与2-2面间列柏努利方程： Z 1 +(u 12/2g)+(p 1/ρg)+H =Z 2+(u 22/2g)+(p 2/ρg)+ΣHf
∵Z 1=0, u 1=0, p = 0 (表压), Z 2=18m, u 2=0 p 2/ρg=2.5×9.81×104/(1000×9.81)=25m ΣHf =λ[(l+Σle )/d](u 2/2g)
=0.024×(100/0.1)×[22/(2×9.81)] = 4.9m ∴H = 18+25+4.9 = 47.9m
Ne = Hq v ρg = 47.9×1000×9.81×56.5/3600 = 7.4kw
2. 采用IS80-65-125水泵从一敞口水槽输送60℃热水。最后槽内液面将降到泵人口以下2.4m 。已知该泵在额定流量60m 3/h 下的(NPSH)r 为
3.98m ，60℃水的饱和蒸汽压Pv 为19.92kp a 、ρ为983.2kg/m 3，泵吸入管路的阻力损失为3.0m ，问该泵能否正常工作。
解：
∴该泵不能正常工作。
[]m m H NPSH g
p g p H f r v
g 4246.10.398.381
.92.9831092.1981.92.98310013.135100.?=--??-??=---∑-ρρ＝
，允许
说明安装高度偏高。
3.用泵将苯和甲苯的混合物送到精馏塔，精馏塔操作压强为0.5at，原料槽压强为0.1at。管路总长为20ｍ（包括全部局部阻力的当量长度），管路直径为50mm，摩擦系数为0.02。密度为800kg／ｍ3。离心泵的特性曲线可表示为Ｈe＝20－1.12×105V 2，式中V以ｍ3/s表示。试求原料输送量及泵的理论或有效功率为多少？
答：管路特性曲线:
H
=8+(0.5-0.1)×9.81×104/(800×9.81) +8×0.02×20×V 2/(π2×e
9.81×0.055)
=13+1.06×105V 2=20-1.12×105V 2
V=5.67×10-3m3/s
H
=20-1.12×105(5.67×10-3)2=16.4m
e
N
=H e Vρg=16.4×5.67×10-3×800×9.81=729.8 w
e
4以某离心泵自敞口水槽输水至塔内。升扬高度10m，泵的特性:H e=40-7.2×04V2(H e--m , V--m3/s)。塔内的p为1at (表).流量为11 L/s..若用此泵改输ρ=860kg/m3的油品,阀开启度、管路、液位差及P值不变,问:油品流量及离心泵的有效功率为多少?
答：(1)输水:V = 11L/s时,H e = 40-7.2×104×(11/1000)2 = 31.3 m 管路特性:H e′= (z2-z1)+(p2-p1)/(ρg)+KV 2,又H e′= H e
即 31.3=10+10+K(11/1000)2
K = 9.34×104 m/(m3/s)2
(2)输油品:泵的特性:H e = 40-7.2×104V 2
管路特性:H e′= 10+10/0.86+9.34×104V 2
由H e = H e′ 解得V = 0.0105 m3/s
则H e = 40-7.2×104×0.01052 = 32.1m
∴N e = H e V ′g = 32.1×0.0105×860×9.81 = 2.84×103W
5.用离心泵输水在n = 2900 r/min时的特性为H e = 30－0.01V 2，阀全开时管路特性为H e′= 10＋0.04V 2 (二式中H e、H e′--m , V--m3/h)。试求：(1)泵的最大输水量。(2)要求输水量为最大输水量的75%，且采用调速方法，泵的转速为多少？
答：(1) 泵：H e = 30－0.01V 2
管路：H e′=10+0.04V 2
∵H e = H e′，解得V= 20m3/h
(2) V′ =0.75V=15 m3/h
离心泵的比例定律为：V ′/ V=n/2900，H e′/H e=(n/2900)2
令调速后转速为n r/min
H e ’=(
n
2900
)2H e V’=
n
V
2900
∴泵: (29002/n2) H e’=30-0.01?(29002/n2)V’2
又因为管路曲线不变，又知流量可以求出压头：H e′= 10 + 0.04V 2= 10 + 0.04×152=19 m
∵H e = H e′
变速后的泵的特性方程中压头、流量已知，只有n为未知数。
即可求得：调速后的转速为2441 r/min。
6.有两台型号相同的离心泵，单泵性能：H e=42－8.7×105V2(H e--m，V--m3/s)。当此二泵串联操作，可将5.53L/s的水由低位槽输至高位槽。两槽皆敞口，两槽水位高度差12.5m。输水管终端浸没于水槽水中。问：若此二泵改为并联，水流量为多少？
答：(1) 二泵串联：
泵：H e = 2(42-8.7×105V 2) = 84-17.4×105×0.005532= 30.79m
管路：H e′= H0+K V 2 = 12.5+K×0.005532= 30.79m
∴K = 5.98×105 m/(m3/s)2
(2)二泵并联：
泵：H e = 42-8.7×105(V/2)2
管路：H e′= 12.5+5.98×105V2
∵H e = H e′ 解得V= 6.01×10-3 m3/s = 6.01L/s
7.用离心泵向水洗塔送水,在泵出口阀全开时,管路特性曲线方程为:
H =20+1.1×105V 2
式中:V ----管路中的流量,m3/s
在V=0.013m3/s流量下,泵提供的扬程为45m。为适应泵的特性,将泵出口阀关小以增加管路阻力。试求:因增加阻力而多消耗的功率,并写出关小阀门后管路的特性曲线方程。
答：H=20+1.1×105V2=20+1.1×105×0.0132=38.59m
ΔH =H e -H =45-38.59=6.41m
增加局部阻力多消耗的功率为:
ΔN e =V ρg ΔH =0.013×1000×9.81×6.41=817.5w
关小阀门后管路特性曲线方程为: 5分 H ′=20+k ′V 2
45=20+k ′×(0.013)2
解 k ′=1.479×105∴ H ′ =20+1.479×105V 2 V -m 3/s
8、用20℃清水测定某台离心泵性能时，在转速为2900r/min 下，得到的试验数据为：流量12.5L/s ，泵出口处压强表读数为255Kpa ，泵入口处真空表读数为26.66Kpa ，两测压点的垂直距离为0.5m ，功率表测得电机所耗功率为6.2Kw ，泵由电机直接带动，传动效率可视为1，电机效率为0.93，泵的吸入管路与排出管路的管径相同。求：(1)该泵的效率；（2）列出泵在该效率下的性能。 答案与评分标准
（1）求η 解：①求泵的压头H 。
以真空表和压强表所在的截面为1-1’和2-2’，列出以1N 为衡算基准的柏努力方程式： （2分）
2122
22121122-+++=+++f H g
p
g u z H g p g u z ρρ （2分）
确定各量：z 2－z 1＝0.5m ，u 1=u 2，p 1=-26.66Kpa （表压），p 2=255Kpa （表压）， 因两测压口距离短，故H f1-2≈0。（1分）
各量代入后可求出：H ＝0.5+81
.91000102666.01055.25
5??+?+0＝29.21m （2分）
②求泵的轴功率N ：已知N 电机＝6.2Kw ，η
电机
＝0.93，η传＝1
N 轴＝Kw Kw 77.5766.5193.02.6≈=?? （1分） ③求泵的效率：η＝％＝＝轴
1.62621.077
.5100081
.9100021.29105.1210003?????=
-N g QH ρ（2
分）
（2）列出该泵的主要性能：n ＝2900r/min ，Q ＝12.5L/s ，H ＝29.21m ，N ＝5.77Kw ， η＝62.1％。 （1分）
9、某离心泵性能实验中，当泵入口处真空表读数为56KPa 时，恰好出现气蚀现象，求在操作条件下的气蚀余量NPSH 和允许吸上真空度Hs ’。当地大气压为100KPa ，20℃时水的饱和蒸气压为2.238KPa 。动压头可忽略。 答案与评分标准
解：（1）求气蚀余量NPSH 可根据定义式：g
u g p p NPSH v 22
1
1+-=ρ（2分）
其中，p 1＝真空度p p a -＝100－56＝44KPa （2分）
题给：KPa p r 238.2=，动压头可略，则022
1≈g
u
（1分）
则：m NPSH 26.481
.9100010)238.244(3
=??-= （1分）
（2）求允许吸上真空度Hs ’。
m g p p H a s 71.581
.910001056'3
1=??=-=
ρ （2分） 10、某车间用3B33型离心泵将敞口贮槽中的水送至它处，槽内水位恒定，输送
量为45～55m 3/h ，在最大流量下吸入管路的压头损失为1m ，液体在吸入管路中的动压头可略。泵安装地区的大气压为9.81×104Pa 。3B33型离心泵的部分性能数据如下表。求：（1）输送20℃清水时泵的安装高度。（2）若改为输送65℃清水时，泵的安装高度。
答案与评分标准 解：（1）输送20℃清水时，泵的安装高度可由下式计算：
102
12---=f s g H g u H H （2分），题给：0212
110==-g
u m H f ，
且由泵的性能看出Q 升高、Hs 下降，应以最大输送量55m 3/h 所对应的Hs 值（＝3m ） 来确定泵的安装高度。且本题中输送条件与泵出厂时实验条件相符，故m H H s s 3'== （2分）代入上式可得：m H g 2103=--=。泵的实际安装高度还应比2m 低（0.5～1m ）。 （2）输送65℃水：应按此式校正：ρ1000
)].24.01081.9(
)10('[3
-?--+=v a s s p H H H （2分）。有关量的确定：m H s 3'=，O mH Pa H a 24
101081.9=?=，查附录65℃水的
Pa p v 4105.2?=，密度3/5.980m Kg =ρ，（2分）代入上式得：
m H s 705.05.9801000)]24.010
81.9105.2(03[3
4=?-??-+= （1分）
而
m H g
u
H H f s g 295.010705.02102
1-=--=--=-，实际安装高度还应比
-0.295m 低（0.5～1m ）。H g 为负值，表示泵应安装在液面下。
11、如图所示，某车间要将地面敞口贮槽内密度为1120Kg/m 3的溶液送至高位槽内，槽内表
压强为3.92×104
Pa ，需要的送液量为120 m 3/h ，输送管路为φ140×4.5mm 的钢管，其计算总长度为140m （包括直管长度和所有局部阻力的当量长度），两液面高度差Δz ＝11m ，摩擦系数λ为0.03。试问能否送用n ＝2900r/min 、Q ＝132m 3/h 、H ＝30m 的离心水泵？
答案与评分标准
解：（1）必须计算出输送系统所需的流量、压头与离心泵的Q 、H 进行比较后才能确定能否
选用该泵。在图（2分）中1-1’与2-2’间列 式：2122-+?+?+
?=f H g
p
g u z He ρ（2分） （2）各量确定：Δz ＝11m ，Δu ＝0，pa p p p 4
121092.3?=-=?(表压)
s m u /474.2)131.0(4
3600
/1202
==
π
（2分）
m g u d l l H e f 97.981
.92)474.2(131.014003.02.2
22
1=???=?∑+=-λ （2分）
（3） 求He 。
把以上各值代入，可得：m He 54.2497.981
.911201092.3114
=+??+
= （1分） （4） 确定能否选用。
输送系统所需的流量Q e ＝120 m 3/h ，压头H e ＝24.54m ，而离心泵能提供的流量Q ＝132 m 3/h>Q e ，提供的压头30m>H e ；且溶液的性质与水相近，故能选用该水泵。（3分）
12、离心泵在一定输送流量范围和转速下，压头和流量间关系可表示为H ＝25－2.0Q 2（式中H 单位为m ，Q 单位为m 3/min ）。若将该泵安装在特定管路内，该管路特性方程可表示为
2
86.120e e Q H +=。（式中H 单位为m ，Qe 为m 3/min ）。试求：（1）输送常温下清水时，
该泵的流量、压头和轴功率。
（2）输送密度为1200Kg/m 3的水溶液时，该泵的流量、压头和轴功率。
假设该泵的效率为60％。
答案与评分标准
解：根据离心泵的工作点定义可得：e Q Q =，e H H = （1分） （1） 求输送常温下清水时，该泵的性能。
①由e H H =可得：2
2
86.1200.225Q Q +=-，即586.32
=Q ，解出Q ＝1.138m 3/min =68.3m 3/h=0.019m 3/s 。（2分）
②m Q H 4.22)138.1(2250.2252
2
=?-=-= （2分）
③Kw QHP N 942.66
.01021000
4.2260138
.1102=???==η （2分） （2）求输送密度为1200Kg/m 3
的水溶液时，该泵的性能。
当输送液体的密度改变时，泵的流量和压头不变。故：
s m Q Q /019.0'3==，m H H 4.22'== （2分）
而轴功率发生变化，Kw QH N 345.86
.01021200
4.22019.0102'=???==ηρ
13、用离心泵将敞口水池内的水送到常压高位槽，两槽液面位差为8m ，液面保持恒定。特定管路的压头损失可表示为2
6
106.0e f Q H ?=（Q e 的单位是m 3/s ）。在特定转速下泵的特性方程为2
6
104.024Q H ?-=（Q 的单位为m 3/s ）。求该条件下水的流量为多少m 3/h 。
答案与评分标准
解：（1）据离心泵工作点的定义可得：Q ＝Q e ，H ＝H e 。（1分） （2）2
6106.008e f e Q H g
p Z H ?++=+?+
?=ρ （2分） （3）H ＝H e 可得：2
6
2
6
106.08104.024Q Q ?+=?-，即1610)6.04.0(2
6
=?+Q 可解出：h m s m Q /4.14/004.010
4333
==?=- （3分）
14、在某特定管路系统中，用离心泵输送清水。当泵的出口阀全开时，管路特性方程为
2
5103.118e Q He ?+=（Q e 单位是m 3/s ）。现关小阀门调节流量，当泵的流量为0.012m 3/s
时，对应的压头为44m 。试求： （1）关小阀门后的管路特性方程。
（2）关小阀门造成压头损失占泵提供压头的百分数。
答案与评分标准
解：（1）求关小阀门后的管路特性方程。
本题中，K 不发生变化，而B 值因关小阀门而变大。关小阀门后离心泵特性不变。（1分），
K 、Q 、H 值代入管路特性方程，可得：2
1844e BQ +=，即2)012.0(1844B +=
可解出510806.1?=B （2分），故关小阀门后管路特性方程为：
2
510806.118e e Q H ?+= （1分）
（2） 流量为0.012m 3/s 时，原管路所要求的压头为：
m H e 72.3672.1818)012.0(103.11825=+=??+= （2分）
故关小阀门多耗的压头为：m H H H e 28.772.3644=-=-=? （1分）
关小阀门造成的压头损失占泵提供压头的百分数为：
%55.16%10044
28
.7=?=?H H 15、某造纸厂抄纸车间一台扬克式纸机，原生产邮封纸，所配置得白水泵（离心水泵）其流
量为Q ＝20m 3/h ，扬程H 为31m ，轴功率N 为2.6Kw ，配套电机4.5Kw 。现因市场变化，该纸机转产卫生纸，白水泵流量比原来下降10％，扬程下降20％。若不更换泵，而将原白水泵叶轮外径切割5％，其它尺寸不变，改用3Kw 电机拖动。问此方案是否可行？
答案与评分标准
解：据离心泵得切割定律，可算出叶轮外径切割5％后，泵的Q ’、H ’和N ’： （1）由
22'
'D D Q Q =得：Q Q Q D D Q D D Q 9.095.095.0''2
222>=?=?= （1.5分） （2）由
222)'('
D D H H =得：H H H D D H D D H 8.0903.0)95.0()'('222222>=?=?=（1.5分） （3）由
322)'('
D D N N =得： N N D D N D D N 857.0)95.0()'('32
2322=?=?=（1.5分） 又因N ＝2.6Kw ，则Kw N N 23.26.2857.0857.0'=?== （1分）
取安全系数为1.2倍来配套电机，则所需配套电机功率为Kw Kw 368.223.22.1<=? （1.5分） （4）由计算结果知，原水泵叶轮外径切割5％后，流量、扬程、所配电机功率都适用，故此方案可行。（1分）
16、一常压贮槽，内盛有粘度不大的油品，今拟用一离心油泵将其以15m 3/h 的流量送往表压为150KPa 的高位槽内。输送管路为mm 257?Φ的钢管，在输送条件下，该油品的密度为760Kg/m 3，饱和蒸气压为79.8KPa 。升扬高度为5m ，吸入管路和排出管路的压头损失分别为1m 和4m 。求：（1）选择一台合适的离心泵油泵。（2）确定该泵的安装高度。
答案与评分标准 解：（1）选离心油泵 ① 题给：Q e =15m 3/h ，
而m H g p g u Z H f e 12.304181
.97600
1015005232=++?-?++=+?+?+?=ρ （3分） ② 据Q e ＝15m 3/h ，H e ＝30.12m 查上册教材附录24 （P303）选65Y －60B 型
离心油泵合适。其性能为：流量19.8m 3/h ，扬程38m ，转速2950r/min ，轴功率3.75Kw ，电动机功率5.5Kw ，效率55％，气蚀余量2.6m 。（3分） （2）确定安装高度
该油泵的气蚀余量m h 6.2=?，则有：
m H h g p p H f v a g 712.016.281
.976010)8.7933.101(3
10-=--??-=-?--=-ρ （3分）
为安全起见，该泵的实际安装高度应比（-0.712m ）要低0.5～1m 。（1分）
17、用离心泵从敞口贮槽向表压为9.81×104Pa 的密闭高位槽输送清水，两槽液面恒定，其间垂直距离为15m 。管径为 ，管长（包括流动系统所有局部阻力的当量长度）为120m ，流动在阻力平方区，摩擦系数为0.015，流量为40m3/h.。求：（1）管路的特性方程式；（2）泵的升扬高度与管路所需的压头。 答案与评分标准 解：（1）管路特性方程： 水的密度取1000Kg/m 3。
① m g p Z K 2581
.910000
1081.9154=?-?+=?+?=ρ （1.5分） ② 5
244242452/10027.281
.9)094.0(8094.0120015.08
)())(8(
m
s g
d d L L d d L L g B
e e ?=????=?
∑+∑+?=∑+∑+?
=ππζλζλπ （3分）
③ 可得管路特性方程为：2
4210027.225e e e Q Q B K H ?+=?+=（Q e 单位为m 3/s ）
（2）求泵的升扬高度与所需的压头：
① 泵的升扬高度即为两液面位差：m Z 15=? （1分） ② 管路所需得压头H e ：代入Q e ＝40m 3/h ，可得：
m He 7.27)3600
40(10027.2252
4=??+= （1.5分）
18、某单动往复压缩机压缩绝热指数为1.4的气体，吸入压强为101.33KPa ，体积为500m 3，
初温为10℃；压出气体压强为380KPa 。压缩机得实际排气量为10 m 3/min ，假设气缸的余隙系数为5％，求（1）压缩后气体的稳定T 2和体积V 2。（2）压缩机的容积系数λ0和理论
功率N d （此过程假设为绝热压缩）
答案与评分标准
解：（1）求T 2和V 2
对于绝热压缩过程：K p p T T k
k 413)
33
.101380
(283)
(4
.114.111
212===-- （2分）
求V 2可用理想气体状态方程式：
2
2
2111T V p T V p = 所以31221126.194283
413
38033.101500m T T p p V V =??=??
= （3分） （2）求λ0和N d
①922.0]1)33
.101380[(
05.01]1)[(14
.11
1
120=--=--=k p p ελ （2分） ②求N d
压缩机绝热压缩得理论功率60/]1)[(11
1
2min
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Kw w N d 2.272720060/]1)
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[(14.14.1101033.1014
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==--???=-（3分）
填空或选择题
1、离心泵的主要性能参数有（1） 、（2） 、（3） 、（4） 、（5） 等。 答案与评分标准
（1）流量 （2）压头 （3）轴功率 （4）效率 离心泵安装在一定管路上，其工作点是指------------ 答案与评分标准
泵的特性曲线和管路特性曲线的交点。（2分） 离心泵的压头（又称扬程）是指 ，它的单位是 。 答案与评分标准
泵对单位重量（1N ）液体所提供的有效能量（3分） m （1分）
若被输送的粘度大于常温下清水的粘度时，则离心泵的压头 、 流量 、效率 、轴功率 。 答案与评分标准
减小，减小，下降，增大 （每个1分，共4分）
离心泵将低位敞口水池的水送到高位敞口水槽中，若改送密度为1200Kg/m 3, 而其他性质与水相同的液体，则泵的流量 、压头 、 轴功率 。
答案与评分标准
不变，不变，增大 （每空1分，共3分）
管路特性曲线的形状由 和 来确定，与离心泵的性能 。 答案与评分标准
管路布置，操作条件，无关 （每空1分，共3分）
离心泵气蚀余量的定为 。
答案与评分标准
g
u g p p h v 22
1
1+-=?ρ （2分）
当液体的密度改变时，离心泵的压头H 和轴功率N 的变化为（ ）
A 、H 、N 均不变
B 、H 不变，N 改变
C 、H 改变，N 不变
D 、H 、N 均改变 答案与评分标准 （B ） （2分）
下列两设备，均须安装旁路调节流量装置（ B ）
A 、离心泵与往复泵
B 、往复泵与齿轮泵
C 、离心泵与旋涡泵
D 、离心泵与齿轮泵 离心泵的轴功率是（ ）
A 、在流量为零时最大
B 、在压头最大时最大
C 、在流量为零时最小
D 、在工作点处最小 答案与评分标准
（C ）
离心泵的效率η与流量Q 的关系为（ ） A 、 Q 增大则η增大 B 、Q 增大，η先增大后减小 C 、Q 增大则η减小 D 、Q 增大，η先减小后增大
答案与评分标准 （B ） （2分）
离心泵的必需气蚀余量Δh r 与流量Q 的关系为（ ） A 、Q 增大，Δh r 增大 B 、Q 增大，Δh r 减小
C 、Q 增大，Δh r 不变
D 、Q 增大，Δh r 先增大后减小
答案与评分标准 （A ） （2分）
往复泵适用于（ ）
A 、大流量且要求流量均匀的场合
B 、介质腐蚀性强的场合
C、流量较小，压头较高的场合
D、投资较小的场合
答案与评分标准
（C）
说明离心泵叶轮的构造和作用。
答案与评分标准
答：叶轮的构造：它是由若干弯曲的叶片构成。（1分）
作用：将原动机的机械能直接传给液体，使液体的静压能和动能均有所提高。（2分）（共3分）
用简单语言来说明离心泵的工作原理。
答案与评分标准
答：离心泵的工作原理是依靠高速旋转的叶轮，泵内液体在惯性离心力
作用下，自叶轮中心被甩向外界并获得能量，最终体现为液体静压能的增加。（4分）
为什么在启动和停止离心泵前，必须先关闭出口阀？
答案与评分标准
答：启动离心泵前应关闭出口阀，以减小启动电流，保护电机。（2分）停泵前先关闭出口阀是为防止高压液体倒流入泵损坏叶轮。（2分）
简述气蚀现象发生的原因及防止气蚀发生的有效措施。
答案与评分标准
答：气蚀现象发生的原因是叶轮入口附近处液体的绝对压强等于或低于该液体在工作温度下的饱和蒸气压。（2分）
有效措施是通常根据泵的抗气蚀性能，合理地确定泵的安装高度。（2分）
简述离心泵有哪些种流量调节方法？常用哪一种？
答案与评分标准
答：离心泵流量调节方法有：（1）改变泵出口阀门开度；（1分）
（2）改变泵的转速；（1分）
（3）减小叶轮直径。（1分）
生产中常用第（1）种方法。（1分）
简述选用离心泵的一般步骤。
答案与评分标准
答：一般步骤如下：
（1）根据输送液体的性质和操作条件，确定离心泵的类型。（1分）
（2）确定输送系统的流量Q e和压头H e。（1分）
（3）选择泵的型号，要求Q≥Q e，H≥H e，且效率η较高（在高效区）（2分）
（4）核算泵的轴功率。（当ρ
液>ρ
水
时）（1分）
5-1、在葡萄糖水溶液浓缩过程中，每小时的加料量为kg 3000，浓度由15%（质量）浓缩到70%（质量）。试求每小时蒸发水量和完成液量。（答：1h kg 2357-?，1h 43kg 6-?） 解：⑴蒸发水量10h kg 2357)70 .015.01(3000)1(-?=-=- =x x F W ； ⑵完成液量1h kg 64323573000-?=-=-W F 。 5-2、固体NaOH 的比热容为11K kg kJ 31.1--??，试分别估算NaOH 水溶液浓度为10%和25%时的比热。 （答：11K kg kJ 77.3--??，11K kg .47kJ 3--??） 解：⑴%10浓度的NaOH 溶液： 11K kg kJ 77.3)1.01(183.4)1(--??=-=-=x c c w ； ⑵%25浓度的NaOH 溶液： 11K kg kJ 47.325.031.1)25.01(183.4)1(--??=?+-=+-='x c x c c w 质。 5-3、已知单效常压蒸发器每小时处理kg 2000 NaOH 水溶液， 溶液浓度由15%（质量）浓缩到25%（质量）。加热蒸汽压力为92kPa 3（绝压），冷凝温度下排出。分别按20℃加料和沸点加料（溶液的沸点为113℃）。求此两种情况下的加热蒸汽消耗量和单位蒸汽消耗量。假设蒸发器的热损失可以忽略不计。（答：1h kg 1160-?、45.1，1h 50.9kg 8-?、06.1） 解：蒸发水量110h kg 800)25 .015.01(2000)1(-?=-=-=x x F W ， 92k P a 3时蒸气的潜热1kg kJ 2132-?=r ， N a O H 溶液的比热11K kg kJ 56.3)15.01(183.4)1(--??=-=-=x c c w ， ⑴原料于C 20?加入 二次蒸气的焓1kg kJ 2670-? 1h kg 11602132 2056.32000267080011356.3)8002000(-?=??-?+??-= D 45.18001160==W D ； ⑵沸点加料 1h kg 9.850213211356.32000267080011356.3)8002000(-?=??-?+??-=D 06.18009.850==W D 。 5-4、传热面积为52m 2的蒸发器，在常压下每小时蒸发2500kg 浓度为7%（质量）的某种水溶液。原料液的温度为95℃，常压下的沸点为103℃。完成液的浓度为45%（质量）。加热蒸汽表压力为96kPa 1。热损失为110000W 。试估算蒸发器的总传热系数。（答：12K m W 936--??） 解：查得96kPa 1时水蒸气饱和温度为C 9.132?， atm 1时水蒸气的潜热为1kg kJ 2258-?， 110h kg 2111)45 .007.01(2500)1(-?=-=-=x x F W ， 11K kg kJ 894.3)07.01(183.4)1(--??=-=-=x c c w ， 由传热方程及热量衡算式得： 损Q W t t Fc t t KA r ++-=-)()(0112
沉降与过滤一章习题及答案 一、选择题 1、 一密度为7800 kg/m 3 的小钢球在相对密度为1.2的某液体中的自由沉降速度为在20℃水中沉降速度的1/4000，则此溶液的粘度为 （设沉降区为层流）。D ?A 4000 mPa ·s ； ?B 40 mPa ·s ； ?C 33.82 Pa ·s ； ?D 3382 mPa ·s 2、含尘气体在降尘室内按斯托克斯定律进行沉降。理论上能完全除去30μm 的粒子，现气体处理量增大1倍，则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为 。D A ．m μ302?； B 。m μ32/1?； C 。m μ30； D 。m μ302? 3、降尘室的生产能力取决于 。 B A ．沉降面积和降尘室高度； B ．沉降面积和能100%除去的最小颗粒的沉降速度； C ．降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度； D ．降尘室的宽度和高度。 4、降尘室的特点是 。D A ． 结构简单，流体阻力小，分离效率高，但体积庞大； B ． 结构简单，分离效率高，但流体阻力大，体积庞大； C ． 结构简单，分离效率高，体积小，但流体阻力大； D ． 结构简单，流体阻力小，但体积庞大，分离效率低 5、在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列因素 无关。C A ．颗粒的几何尺寸 B ．颗粒与流体的密度 C ．流体的水平流速； D ．颗粒的形状 6、在讨论旋风分离器分离性能时，临界粒径这一术语是指 。C A. 旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径; B. 旋风分离器允许的最小直径; C. 旋风 分离器能够全部分离出来的最小颗粒的直径; D. 能保持滞流流型时的最大颗粒直径 7、旋风分离器的总的分离效率是指 。D A. 颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率; B. 颗粒群中最小粒子的分离效率; C. 不同粒级(直径范围)粒子分离效率之和; D. 全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率 8、对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的 。C A ．尺寸大，则处理量大，但压降也大； B ．尺寸大，则分离效率高，且压降小； C ．尺寸小，则处理量小，分离效率高； D ．尺寸小，则分离效率差，且压降大。 9、恒压过滤时， 如滤饼不可压缩，介质阻力可忽略，当操作压差增加1倍，则过滤速率为原来的 。 B A. 1 倍； B. 2 倍； C.2倍； D.1/2倍 10、助滤剂应具有以下性质 。B A. 颗粒均匀、柔软、可压缩; B. 颗粒均匀、坚硬、不可压缩; C. 粒度分布广、坚硬、不可压缩; D. 颗粒均匀、可压缩、易变形 11、助滤剂的作用是 。B A ． 降低滤液粘度，减少流动阻力； B ． 形成疏松饼层，使滤液得以畅流； C ． 帮助介质拦截固体颗粒； D ． 使得滤饼密实并具有一定的刚性 12、下面哪一个是转筒真空过滤机的特点 。B A ．面积大，处理量大； B ．面积小，处理量大； C ．压差小，处理量小； D ．压差大，面积小 13、以下说法是正确的 。B A. 过滤速率与A(过滤面积)成正比; B. 过滤速率与A 2 成正比; C. 过滤速率与滤液体积成正比; D. 过滤速率与滤布阻力成反比 14、恒压过滤，如介质阻力不计，过滤压差增大一倍时，同一过滤时刻所得滤液量 。C A. 增大至原来的2倍; B. 增大至原来的4倍; C. 增大至原来的 倍; D. 增大至原 来的1.5倍 15、过滤推动力一般是指 。 B
化工原理习题含答案 YUKI was compiled on the morning of December 16, 2020
·流体流动部分 1．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的孔，其中心距罐底1000 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为×106 Pa ，问至少需要几个螺钉（大气压力为×103 Pa ） 解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm 处的流体压力为 作用在孔盖上的总力为 每个螺钉所受力为 因此 2．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个 U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm ，R 2=80 mm ， 指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右 侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 解：（1）A 点的压力 （2）B 点的压力 习题2附图 习题1附图
3、如本题附图所示，水在管道内流动。为测量流体压力，在管道某截面处连接U 管压差计，指示液为水银，读数R=100毫米，h=800mm 。为防止水银扩散至空气中，在水银液面上方充入少量水，其高度可忽略不计。已知当地大气压为试求管路中心处流体的压力。 解：设管路中心处流体的压力为p P A =P A P + ρ水gh + ρ汞gR = P 0 P=p 0- ρ水gh - ρ汞gR =（×103-1000× - 13600××） P= 4、如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7 m ，水从φ108 mm ×4 mm 的管道中流出，管路出口高于地面1.5 m 。已知水流经系统的能量损失可按∑h f =计算，其中u 为水在管内的平均流速（m/s ）。设流动为稳态，试计算（1）A -A '截面处水的平均流速；（2）水的流量（m 3/h ）。 解：（1）A - A '截面处水的平均流速 在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程,得 22121b12b2f 1122p p gz u gz u h ρρ ++=+++∑ （1） 式中 z 1=7 m ，u b1～0，p 1=0（表压） z 2=1.5 m ，p 2=0（表压），u b2 = u 2 代入式（1）得 （2）水的流量（以m 3/h 计）
第五章蒸馏 一、名词解释： 1、蒸馏： 利用混合物中各组分间挥发性不同的性质，人为的制造气液两相，并使两相接触进行质量传递，实现混合物的分离。 2、拉乌尔定律： 当气液平衡时溶液上方组分的蒸汽压与溶液中该组分摩尔分数成正比。 3、挥发度： 组分的分压与平衡的液相组成（摩尔分数）之比。 4、相对挥发度： 混合液中两组分挥发度之比。 5、精馏： 是利用组分挥发度的差异，同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。 6、理论板： 气液两相在该板上进行接触的结果，将使离开该板的两相温度相等，组成互成平衡。 7、采出率： 产品流量与原料液流量之比。 8、操作关系： 在一定的操作条件下，第n层板下降液相的组成与相邻的下一层（n+1）板上升蒸汽的组成之间的函数关系。 9、回流比： 精流段下降液体摩尔流量与馏出液摩尔流量之比。 10、最小回流比： 两条操作线交点落在平衡曲线上，此时需要无限多理论板数的回流比。 11、全塔效率： 在一定分离程度下，所需的理论板数和实际板数之比。 12、单板效率： 是气相或液相通过一层实际板后组成变化与其通过一层理论板后组成变化之比值。 二、填空题： 1、在精馏塔的任意一块理论板上，其离开塔板的液相泡点温度与离开塔板的气相露点温度的大小相比是_________。相等 2、当塔板上____________________________________________________时，称该塔板为理论塔板。离开的汽相与液相之间达到平衡时 3、直接水蒸汽加热的精馏塔适用于 __________________________________________________的场合。 难挥发组分为水，且要求釜液中易挥发组分浓度很低 4、简单蒸馏过程中，釜内易挥发组分浓度逐渐________，其沸点则逐渐_________。
《化工原理》试题库答案 一、选择题 1．当流体在密闭管路中稳定流动时，通过管路任意两截面不变的物理量是（A）。 A.质量流量 B.体积流量 C.流速 D.静压能 2. 孔板流量计是( C )。 A. 变压差流量计，垂直安装。 B. 变截面流量计，垂直安装。 C. 变压差流量计，水平安装。 D. 变截面流量计，水平安装。 3. 下列几种流体输送机械中，宜采用改变出口阀门的开度调节流量的是（C）。 A．齿轮泵 B. 旋涡泵 C. 离心泵 D. 往复泵 4．下列操作中，容易使离心泵产生气蚀现象的是（B）。 A．增加离心泵的排液高度。 B. 增加离心泵的吸液高度。 C. 启动前，泵内没有充满被输送的液体。 D. 启动前，没有关闭出口阀门。 5．水在规格为Ф38×的圆管中以s的流速流动，已知水的粘度为1mPa·s则其流动的型态为（C）。 A.层流 B. 湍流 C. 可能是层流也可能是湍流 D. 既不是层流也不是湍流 6．下列流体所具有的能量中，不属于流体流动的机械能的是（D）。 A. 位能 B. 动能 C. 静压能 D. 热能 7．在相同进、出口温度条件下，换热器采用（A）操作，其对数平均温度差最大。 A. 逆流 B. 并流 C. 错流 D. 折流 8．当离心泵输送液体密度增加时，离心泵的（C）也增大。 A．流量 B.扬程 C.轴功率 D.效率 9．下列换热器中，需要热补偿装置的是（A）。 A．固定板式换热器 B.浮头式换热器型管换热器 D.填料函式换热器 10. 流体将热量传递给固体壁面或者由壁面将热量传递给流体的过程称为（D）。 A. 热传导 B. 对流 C. 热辐射 D.对流传热 11. 流体在管内呈湍流流动时B。 ≥2000 B. Re>4000 C. 2000 化工原理第一章习题及答案 第一章流体流动 问题1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件? 答1．假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。 质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。问题2. 描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点? 答2．前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。 问题3. 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降? 答3．分子间的引力和分子的热运动。 通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主；温度上升，热运动加剧，粘度上升。液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。 问题4. 静压强有什么特性? 答4．静压强的特性：①静止流体中任意界面 上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；③压强各向传递。 问题 5. 图示一玻璃容器内装有水，容器底面积为8×10-3m2，水和容器总重10N。 (1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向)； (2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少？哪一侧的压力大？为什么？ 题5附图题6附图 答5．1）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下 大。 2）内部压强p=ρgh=1000×9.81×0.5=4.91kPa ； 外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa<内部压强4.91kPa 。 因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。 问题 6. 图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一U 形压差计，读数分别为R 1、R 2，两压差计间 用一橡皮管相连接，现将容器A 连同U 形压差计一起向下移动一段距离，试问读数R 1与R 2有何变化？(说明理由) 答6．容器A 的液体势能下降，使它与容器B 的液体势能差减小，从而R 2减小。R 1不变，因为该 U 形管两边同时降低，势能差不变。 问题7. 为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好? 答7．由静力学方程可以导出Δp=H(ρ冷-ρ热)g ，所以H 增加，压差增加，拔风量大。 问题8. 什么叫均匀分布? 什么叫均匀流段? 答8．前者指速度分布大小均匀；后者指速度方向平行、无迁移加速度。 问题9. 伯努利方程的应用条件有哪些? 化工原理例题与习题标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N] 第一章流体流动 【例1-1】已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4 =（+）10-4=×10-4 ρ m =1372kg/m3 【例1-2】已知干空气的组成为：O 221%、N 2 78%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在 压力为×104Pa及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文 100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量 M m =32×+28×+× =m3 根据式1-3a气体的平均密度为： 【例1-3 】本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=、密度ρ 1 =800kg/m3，水层高度h2=、密度ρ2=1000kg/m3。 （1）判断下列两关系是否成立，即p A=p'A p B=p'B （2）计算水在玻璃管内的高度h。 解：（1）判断题给两关系式是否成立p A=p'A的关系成立。因A与A'两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上。所以截面A-A'称为等压面。 p B =p' B 的关系不能成立。因B及B'两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通 着的同一种流体，即截面B-B'不是等压面。 （2）计算玻璃管内水的高度h由上面讨论 知，p A=p'A，而p A=p'A都可以用流体静力学基本方程式计算，即 p A =p a +ρ 1 gh 1 +ρ 2 gh 2 p A '=p a +ρ 2 gh 于是p a+ρ1gh1+ρ2gh2=p a+ρ2gh 简化上式并将已知值代入，得 800×+1000×=1000h 解得h= 【例1-4】如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1'、2-2’）连一倒置U管压差计，压差计读数R=200mm。试求两截面间的压强差。 解：因为倒置U管，所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为ρg与ρ，根据流体静力学基本原理，截面a-a'为等压面，则 p a =p a ' 又由流体静力学基本方程式可得 p a =p 1 －ρgM 100kg/m 3 ° 0.05 x X ecu 1000 0 05 . 18 (1)甲醇的饱和蒸气压 p o A 24 25 浓缩液量为 100/0.5 200kg 200kg 浓缩液中，水的含量为 200 X0.48=96kg ，故水的蒸发量为 800-96=704kg 浓缩液中 NaCl 的含量为 200X0.02=4kg ，故分离的 NaCl 量为100-4=96kg 1574.99 几 16.9kPa 25 238.86 【0-1】1m 3 水中溶解0.05kmol CO 2, 试求溶液中C02的摩尔分数， 水的密度为 解水 1000 kg/ m 3 葺 kmol/ m 3 18 【0-2】在压力为 101325 Pa 、温度为25 C 条件下，甲醇在空气中达到饱和状态。 试求: (1)甲醇的饱和蒸气压 质量浓度 P A ； (2)空气中甲醇的组成，以摩尔分数 y A 、质量分数 A 、浓度 A 表示。 摩尔分数 y A 质量分数 浓度C A P A RT 质量浓度 【0-3 】1000kg 169 0.167 101.325 0.167 32 0.181 0.167 32 (1 0.167) 29 16.9 3 3 6.82 10 kmol/ m 8.314 298 3 3 C A M A = 6.82 10 32 0.218 kg / m 的电解液中含 NaOH 质量分数10%、NaCl 的质量分数 10%、H 2O 的质量 分数80%，用真空蒸发器浓缩，食盐结晶分离后的浓缩液中 含 NaOH 50%、NaCI 2%、 H 2O 48%，均为质量分数。试求: (1)水分蒸发量; (2)分离的食盐量；(3)食盐分离后的浓缩 解电 ［解液 1000kg 浓缩液中 NaOH 1000 xc.l=100kg NaOH =0.5 (质量分数) NaOH 1000X0.l=100kg NaCl =0.02 (质量分数) HaO 1000X 0.8=800kg H 2O =0.48 (质量分数) NaOH 量保持一定。 100kg 在全过程中，溶液中 NaOHt 保持一定，为 C02的摩尔分数 8.99 10 lg p o A 7.19736 液量。在全过程中，溶液中的 一、名词解释： 1、蒸馏： 利用混合物中各组分间挥发性不同的性质，人为的制造气液两相，并使两相接触进行质量传递，实现混合物的分离。 2、拉乌尔定律： 当气液平衡时溶液上方组分的蒸汽压与溶液中该组分摩尔分数成正比。 3、挥发度： 组分的分压与平衡的液相组成（摩尔分数）之比。 4、相对挥发度： 混合液中两组分挥发度之比。 5、精馏： 是利用组分挥发度的差异，同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。 6、理论板： 气液两相在该板上进行接触的结果，将使离开该板的两相温度相等，组成互成平衡。 7、采出率： 产品流量与原料液流量之比。 8、操作关系： 在一定的操作条件下，第n层板下降液相的组成与相邻的下一层（n+1）板上升蒸汽的组成之间的函数关系。 9、回流比： 精流段下降液体摩尔流量与馏出液摩尔流量之比。 10、最小回流比： 两条操作线交点落在平衡曲线上，此时需要无限多理论板数的回流比。 11、全塔效率： 在一定分离程度下，所需的理论板数和实际板数之比。 12、单板效率： 是气相或液相通过一层实际板后组成变化与其通过一层理论板后组成变化之比值。 二、填空题： 1、在精馏塔的任意一块理论板上，其离开塔板的液相泡点温度与离开塔板的气相露点温度的大小相比是_________。 相等 2、当塔板上____________________________________________________时，称该塔板为理论塔板。 离开的汽相与液相之间达到平衡时 3、直接水蒸汽加热的精馏塔适用于 __________________________________________________的场合。 难挥发组分为水，且要求釜液中易挥发组分浓度很低 4、简单蒸馏过程中，釜内易挥发组分浓度逐渐________，其沸点则逐渐_________。 降低，升高 5、间歇精馏操作中，若欲保持馏出液组成不变，必须不断______________，若保持回流比不变，则馏出液组成________________。 增加回流比，不断下降 6、在精馏塔设计中，若F D x x R q 、、、，D/F 相同时，直接蒸汽加热与间接蒸汽加热相比，T ，间N T ，直N ，W x ，间W x ，直。 < , > 7、总压、95℃温度下苯与甲苯的饱和蒸汽压分别为与，则平衡时汽相中苯的摩尔分率为_______，液相中苯的摩尔分率为_________，苯与甲苯的相对挥发度=_______。 、、 8、精馏操作的依据是__________________________________________________。实现精馏操作的必要条件包括____________________________________________和___________________________________________。 混合液中各组分挥发度的差异由塔板或填料层所构成的若干个接触级、塔顶有液相回流、塔底有上升气流。 9、精馏塔操作时，保持F 、x F 、q 、R 不变，增加塔底排液量W ，试定性画出变化前、后塔的操作线。 第三章习题 1）有两种固体颗粒，一种是边长为a的正立方体，另一种是正圆柱体，其高度 和形状系数的计 为h，圆柱直径为d。试分别写出其等体积当量直径 2）某内径为0.10m的圆筒形容器堆积着某固体颗粒，颗粒是高度h=5mm，直径 d=3mm的正圆柱，床层高度为0.80m，床层空隙率、若以1atm，25℃ 的空气以0.25空速通过床层，试估算气体压降。 [解] 圆柱体： 3）拟用分子筛固体床吸附氯气中微量水份。现以常压下20℃空气测定床层水力特性，得两组数据如下： 空塔气速0.2，床层压降14.28mmH2O 0.693.94mmH2O 试估计25℃、绝对压强1.35atm的氯气以空塔气速0.40通过此床层的压降。 （含微量水份氯气的物性按纯氯气计）氯气， [解]常压下， 欧根公式可化简为 3）令水通过固体颗粒消毒剂固定床进行灭菌消毒。固体颗粒的筛析数据是：0.5～ 0.7mm，12%；0.7～1.0mm，25.0%；1.0～1.3，45%；1.3～1.6mm，10.0%； 1.6～ 2.0mm，8.0%（以上百分数均指质量百分数）。颗粒密度为1875。 固定床高350mm，截面积为314mm2。床层中固体颗粒的总量为92.8g。以 20℃清水以0.040空速通过床层，测得压降为677mmH2O，试估算颗粒的形状系数 值。 4）以单只滤框的板框压滤机对某物料的水悬浮液进行过滤分离，滤框的尺寸为 0.20×0.20×0.025m。已知悬浮液中每m3水带有45㎏固体，固体密度为 1820。当过滤得到20升滤液，测得滤饼总厚度为24.3mm，试估算滤饼的含水率，以质量分率表示。 6）某粘土矿物加水打浆除砂石后，需过滤脱除水份。在具有两只滤框的压滤机中做恒压过滤实验，总过滤面积为0.080m2，压差为3.0atm，测得过滤时间与滤液量数据如下： 过滤时间，分：1.20 2.70 5.23 7.25 10.87 14.88 滤液量，升：0.70 1.38 2.25 2.69 3.64 4.38 《化工原理》复习材料 0绪论 0.1单元操作所说的“三传”是指__动量传递___、___热量传递__和___质量传递__。 0.2任何一种单位制都是由__基本单位__和__导出单位__构成的。 0.3重力单位制的基本单位是__长度__、__时间__和__力__。 0.4绝对单位制的基本单位是__长度__、__时间__和__质量__。 第一章 流体流动 一、填空题 1.1.流体静力学方程式仅适用于__连通着__的，__同一种连续__的，不可__压缩__静止流体。 1.2圆形直管内，流体体积流量一定，设计时若将d 增加一倍，则层流时h f 是原值的___16___倍；高度湍流时h f 是原值的___32___倍（忽略d ε变化的影响）。 1.3流量V q 增加一倍，孔板流量计的孔口速度为原来的____2__倍，转子流量计的阻力损失为原来的____1__倍，孔板流量计的阻力损失为原来的__4__倍，转子流量计的环隙通道面积为原来的____2__倍。 1.4流体在圆形管道中做层流流动，如果只将流速提高一倍，则阻力损失为原来的___2___倍，如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的_0.25__倍。 1.5处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须是__静止的___、_连通着的__、__同一种连续的液体__。流体流动时，要测取管截面上的流速分布，应选用___皮托管______流量计测量。 1.6如果流体为理想流体且无外加功的情况下，单位质量流体的机械能衡算式为 __常数=++ρp u gz 22_；单位重量流体的机械能衡算式为_常数=++g p g u z ρ22_；单位体积流体的机械能衡算式为___常数=++p u gz 22 ρρ_。 第五章 传热过程基础 1．用平板法测定固体的导热系数，在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却，同时在板两侧用热电偶测量其表面温度，若所测固体的表面积为0.02 m 2，厚度为0.02 m ，实验测得电流表读数为0.5 A ，伏特表读数为100 V ，两侧表面温度分别为200 ℃和50 ℃，试求该材料的导热系数。 解：传热达稳态后电热器的加热速率应与固体的散热（导热）速率相等，即 L t t S Q 2 1-=λ 式中 W 50W 1005.0=?==IV Q m 02.0C 50C 200m 02.0212=?=?==L t t S ，，， 将上述数据代入，可得 ()() )()C m W 333.0C m W 5020002.002 .05021??=??-??=-= t t S QL λ 2．某平壁燃烧炉由一层400 mm 厚的耐火砖和一层200 mm 厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500 ℃，外表面温度为100 ℃，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为10.80.0006t λ=+，绝缘砖的导热系数为 20.30.0003t λ=+，W /(m C)??。两式中的t 可分别取为各层材料的平均温度。 解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即 Q Q Q ==21 （5-32） 或 2 32212 11b t t S b t t S Q -=-=λλ （5-32a ） 式中 115000.80.00060.80.0006 1.250.00032t t t λ+=+=+?=+ 21000.30.00030.30.00030.3150.000152 t t t λ+=+=+?=+ 代入λ1、λ2得 2.0100)00015.0315.0(4.01500)000 3.025.1(-+=-+t t t t 解之得 C 9772?==t t ()()()C m W 543.1C m W 9770003.025.10003.025.11??=???+=+=t λ 则 () 221 11 m W 2017m W 4 .0977 1500543.1=-? =-=b t t S Q λ 3．外径为159 mm 的钢管，其外依次包扎A 、B 两层保温材料，A 层保温材料的厚度为50 mm ，导热系数为0.1 W /(m·℃)，B 层保温材料的厚度为100 mm ，导热系数为1.0 W /(m·℃)， 三 计算题 1 （15分）在如图所示的输水系统中，已知 管路总长度（包括所有当量长度，下同）为 100m ，其中压力表之后的管路长度为80m ， 管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m ， 水的密度为1000Kg/m 3，泵的效率为0.85， 输水量为15m 3/h 。求： （1）整个管路的阻力损失，J/Kg ； （2）泵轴功率，Kw ； （3）压力表的读数，Pa 。 解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg ； 由题意知， s m A V u s /12.2) 4 05.03600(15 2 =??==π 则kg J u d l h f /1.1352 12.205.010003.022 2=??=??=∑λ （2）泵轴功率，kw ； 在贮槽液面0-0′与高位槽液面1-1′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： ∑-+++=+++10,1 21020022f e h p u gH W p u gH ρ ρ 其中， ∑=kg J h f /1.135, u 0= u 1=0， p 1= p 0=0（表压）, H 0=0， H=20m 代入方程得： kg J h gH W f e /3.3311.1352081.9=+?=+=∑ 又 s kg V W s s /17.410003600 15 =?= =ρ 故 w W W N e s e 5.1381=?=， η=80%， kw w N N e 727.11727===η 2 （15分）如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定 不变，输送管路尺寸为φ83×3.5mm ，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H 1为4.8m ，压力表安装位置离贮槽的水面高度H 2为5m 。当输水量为36m 3/h 时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg ，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg ，压力表读数为2.452× 一、单选题 1．单位体积流体所具有的（）称为流体的密度。 A A 质量； B 粘度； C 位能； D 动能。 2．单位体积流体所具有的质量称为流体的（）。 A A 密度； B 粘度； C 位能； D 动能。 3．层流与湍流的本质区别是（）。 D A 湍流流速＞层流流速； B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C 层流的雷诺数＜湍流的雷诺数； D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。4．气体是（）的流体。 B A 可移动； B 可压缩； C 可流动； D 可测量。 5．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的（）。 C A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 6．以绝对零压作起点计算的压力，称为（）。 A A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 7．当被测流体的（）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。D A 真空度； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 8．当被测流体的绝对压力（）外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 A A 大于； B 小于； C 等于； D 近似于。 9．（）上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值，称为表压力。 A A 压力表； B 真空表； C 高度表； D 速度表。 10．被测流体的（）小于外界大气压力时，所用测压仪表称为真空表。 D A 大气压； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 11. 流体在园管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心 的最大流速的关系为（）。B A. Um＝1/2Umax； B. Um＝0.8Umax； C. Um＝3/2Umax。 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A A. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关； B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关； C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。 13.层流底层越薄( )。 C A. 近壁面速度梯度越小； B. 流动阻力越小； C. 流动阻力越大； D. 流体湍动程度越小。 14.双液体U形差压计要求指示液的密度差( ) C A. 大； B. 中等； C. 小； D. 越大越好。 15.转子流量计的主要特点是( )。 C A. 恒截面、恒压差； B. 变截面、变压差； C. 恒流速、恒压差； D. 变流速、恒压差。 16.层流与湍流的本质区别是：( )。 D A. 湍流流速>层流流速； B. 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C. 层流的雷诺数<湍流的雷诺数； D. 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 17.圆直管内流动流体，湍流时雷诺准数是（）。B A. Re ≤ 2000； B. Re ≥ 4000； C. Re = 2000～4000。 18.某离心泵入口处真空表的读数为200mmHg ，当地大气压为101kPa, 则 第五章 吸收 相组成的换算 【5-1】 空气和CO 2的混合气体中，CO 2的体积分数为20%，求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少？ 解 因摩尔分数=体积分数，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..02 0251102 y Y y = ==--． 【5-2】 20℃的l00g 水中溶解lgNH 3, NH 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时，各为多少？ 解 摩尔分数//117 =0．010*******／18 x = + 浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。 溶液中NH 3的量为 /3 11017n k m o l -=? 溶液的体积 /.33101109982 V m -=? 溶液中NH 3的浓度//.333 11017==0．581／101109982 n c kmol m V --?=? 或 . 39982 00105058218 s s c x kmol m M ρ= = ?=．．／ NH 3与水的摩尔比的计算 或 ..00105001061100105 x X x = ==--． 【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH 3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH 3的组成，以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。 吸收率的定义为 解 原料气中NH 3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11101) 01111101 y Y y = ==-- 吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 摩尔分数 (22200111) =0010981100111 Y y Y = =++ 气液相平衡 【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ，查得20℃时溶液上方3NH 的平衡分压为798Pa 。此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa )、溶解度系数H[单位为/()3kmol m kPa ?]和相平衡常数m 。总压为100kPa 。 解 液相中3NH 的摩尔分数/.//117 0010511710018 x = =+ 气相中3NH 的平衡分压 *.0798 P k P a ＝ 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 2003 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222322642d lu u d l du u d l h f ρμμ ρλ=??=??=得 1624 4 212212 2122 121212==??? ? ??=???? ??????? ??==d d d d d d d u d u h h f f (2) 由 2222u d l d f u d l h f ????? ??=??=ελ得 322 5 5 21214 212 2112212==???? ??=????? ??==d d d d d d d u d u h h f f 2． 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 ∑+++=++2 22 2 22211 1ρρ得 21f f h h ∑=∑ 所以 ()()2 222222 11 1u d l l u d l l e e ?+?=?+? λλ 又由完全湍流流动，得 ?? ? ??=d f ελ 所以 ()()2 2 2211u l l u l l e e ?+=?+，而 24 d u uA V π ?== 所以 ()()1547.175 .01 2 11 2 12== ++==e e l l l l u u V V 3． 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 ．8.612 B ．9.612 C ．10.612 D ．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 ．10.593 B ．11.593 C ．12.593 D ．13.593 解：(1) 由 ()μ ρρ182g d u s t -=，得 ()g u d s t ρρμ-= 18 31．黏度为30cP 、密度为900kg/m 3的某油品自容器A 流过内径40mm 的管路进入容器B 。两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门，阀前管长50m ，阀后管长20m （均包括所有局部阻力的当量长度）。当阀门全关时，阀前后的压力表读数分别为88.3kPa 和44.2kPa 。现将阀门打开至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m 。试求： （1） 管路中油品的流量； （2） 定性分析阀前、阀后压力表读数的变化。 解：（1）阀关闭时流体静止，由静力学基本方程可得： 1081.9900103.883 1=??=-=g p p z a A ρm 581 .9900102.443 2=??=-=g p p z a B ρm 当阀打开41开度时，在A 与B 截面间列柏努利方程： 其中： 0==B A p p (表压)，0==B A u u 则有 2 )(2 u d l l W g z z e f B A ∑+=∑=-λ （a ） 由于该油品的黏度较大，可设其流动为层流，则 代入式（a ），有 ρ μρμ2 2)(32264)(d u l l u d l l u d g z z e e B A ∑+=∑+=- 736.0) 203050(10303281 .9)510(90004.0)(32)(322=++????-??=∑+-=∴-e B A l l g z z d u μρm/s 校核： 20002.88310 30736 .090004.0Re 3 <=???= = -μ ρu d 假设成立。 油品的流量： （2）阀打开后： 题31 附图 在A 与1截面间列柏努利方程： 简化得 112121-∑++= fA A W p u g z ρ 或 2 ) 1(2 111 u d l p g z A ++=λρ 显然，阀打开后u 1 ↑，p 1↓，即阀前压力表读数减小。 在2与B 截面间列柏努利方程： 简化得 2 )1(2 2 22 u d l g z p B -+=λρ 因为阀后的当量长度l 2中已包括突然扩大损失，也即012 >-d l λ， 故阀打开后u 2 ↑，p 2↑，即阀后压力表读数增加。 当流体从管子直接排放到管外空间时，管出口内侧截面上的压力可取为与管外空间相同，但出口截面上的动能及出口阻力应与截面选取相匹配。若截面取管出口内侧，则表示流体并未离开管路，此时截面上仍有动能，系统的总能量损失不包含出口阻力；若截面取管出口外侧，则表示流体已经离开管路，此时截面上动能为零，而系统的总能量损失中应包含出口阻力。由于出口阻力系数1=出口ζ，两种选取截面方法计算结果相同。 34．如附图所示，高位槽中水分别从BC 与BD 两支路排出，其中水面维持恒定。高位槽液面与两支管出口间的距离为10m 。AB 管段的内径为38mm 、长为28m ；BC 与BD 支管的内径相同，均为32mm ，长度分别为12m 、 15m （以上各长度均包括管件及阀门全开时的当量长度）。各段摩擦系数均可取为0.03。试求： （1）BC 支路阀门全关而BD 支路阀门全开时的流量； （2）BC 支路与BD 支路阀门均全开时各支路的流量及总流量。 解：（1）在高位槽液面与BD 管出口外侧列柏努利方程： 简化 ： ∑=?fABD W zg 题34 附图 10 流体流动 一、单选题 3．层流与湍流的本质区别是（）。D A 湍流流速＞层流流速； B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C 层流的雷诺数＜湍流的雷诺数； D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 5．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的（）。 C A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 6．以绝对零压作起点计算的压力，称为（）。A A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 7．当被测流体的（）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。D A 真空度； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 8．当被测流体的绝对压力（）外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 A A 大于； B 小于； C 等于； D 近似于。 9．（）上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值，称为表压力。 A A 压力表； B 真空表； C 高度表； D 速度表。 10．被测流体的（）小于外界大气压力时，所用测压仪表称为真空表。D A 大气压； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 11. 流体在圆管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心的最大流速的 关系为（）。B A. Um＝1/2Umax； B. Um≈0.8Umax； C. Um＝3/2Umax。 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。A A. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关； B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关； C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。 13.层流底层越薄( )。C A. 近壁面速度梯度越小； B. 流动阻力越小； C. 流动阻力越大； D. 流体湍动程度越小。 14.双液体U形差压计要求指示液的密度差( ) C A. 大； B. 中等； C. 小； D. 越大越好。 15.转子流量计的主要特点是( )。C A. 恒截面、恒压差； B. 变截面、变压差； C. 变截面、恒压差； 16.层流与湍流的本质区别是：( )。D A. 湍流流速>层流流速； B. 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C. 层流的雷诺数<湍流的雷诺数； D. 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 18.某离心泵入口处真空表的读数为200mmHg ，当地大气压为101kPa, 则泵入口处的绝对压强为（）。A A. 74.3kPa； B. 101kPa； C. 127.6kPa。 19.在稳定流动系统中，水由粗管连续地流入细管，若粗管直径是细管的2倍，则细管流速是粗管的（）倍。C A. 2； B. 8； C. 4。化工原理 第一章 习题及答案
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