第一章 流体流动 一 基本概念 1、连续性方程
2、液体和气体混合物密度求取
3、离心泵特性曲线的测定 二、核心公式
第一章、流体流动与流体输送机械
(1)流体静力学基本方程 (例1-9)
U 型管压差计
(2)柏努利方程的应用(例1-14) (3)范宁公式
(4)离心泵的安装高度(例2-5) 三.问答题
1.
(7分)离心泵的特性曲线是如何测定的?其特性曲线主要由哪几条曲线构成?
答:离心泵的特性曲线是在一定转速和常压的清水为工质做实验测得的.主要曲线有:H-Q,N-Q,η-Q 三条曲线,在曲线中要注明泵型号、转速. 2. (8分)试说明层流和湍流的主要区别。
答:1.质点的运动运动方式不同,层流只有轴向的运动,没有径向的脉动,而湍流质点是杂乱无章的运动,两个方向的运动都存在. 2. 流体流动速度分布不同:层流为抛物线形式,而湍流则是严格的抛物线,它的速度分布线前端基本是平直的. 3.运动的受力情况不同:层流主要是内摩擦力,服从牛顿粘性定律,而湍流由湍流应力和内摩擦力共同作用,可以仿造牛顿粘性定律写为:dy
du )
e (+ν=τ 3. 离心泵启动前,为什么要先灌满水?与离心泵安装高度有关的性能指标有那些? 4.选择输送管路的管径时,从技术经济角度应考虑那些因素?如何选择?
5.离心泵的实验中,泵启动前与关闭时注意什么问题,为什么?流量调节采用什么方法,其优缺点各是什么? 6. 搞清楚离心泵的扬程与升扬高度、允许吸上高度和安装高度各组概念的区别和联系。(6分)
(1)扬程又称压头,是泵对1N 液体所提供的有效能J/N ;而升扬高度指泵上、下游两液面的垂直高度,它只是扬程中位能差一项。 (2)允许吸上高度Hg 是指上游贮槽液面与泵吸入口之间允许达到的最大垂直距离。 为保证泵的正常可靠运行,泵的实际安装高度要比Hg 再降低(0.5~1.0)m 。 7.什么是汽蚀余量?
答:为了防止离心泵汽蚀现象的发生,在离心泵的入口处液体的静压头与动压头之和(
g
u g p 22
1
1+ρ)必须大于操作温度下液体的饱和蒸汽压头
(
g
p v ρ)某一最小值,此最小值即为离心泵的允许汽蚀余量,即g
p g u g p NSPH v ρρ-+=
22
1
1 (NSPH 为离心泵的允许汽蚀余量)
8.何谓气缚现象?如何防止?
答:离心泵只能空转而不能输送液体的现象。离心泵启动前应灌满液体。 12. 什么是“气缚”现象?什么是“气蚀”现象?
13. 什么是离心泵的工作点?如何调节离心泵的工作点? 四.计算题
1、本题附图中所示的高位槽液面维持恒定,管路中ab 和cd 两段的长度、直径及粗糙度均相同。某液体以一定流量流过管路,液体在流动过程中温度可视为不变。问:(1)液体通过ab 和cd 两管段的能量损失是否相等?
(2)此两管段的压强差是否相等?并写出它们的表达式;
(3)两U 管压差计的指示液相同,压差计的读数是否相等?(10分)
解:(1)由2
u d L h 2
f ∑=λ
,管路相同,则d,u 相同,L 相同,
)d /,Re (f ελ= ,λ相同,
∑∑=fcd ab
f h h
流体过ab 和cd 两段的能量损失相同. (3分)
(2)ab 段:
∑+++=+
+
fab 2
b b b 2a a
a h u 2
1p gz u 21p gz ρρ
b a u u =
∑?-=-?z g h )
p p (fab b a ρ
(1)
Cd 段;
∑+++=+
+
fcd 2
d d d 2c c
c h u 21p gz u 21p gz ρρ
∑=-?fcd d c h )
p p (ρ
(2)由(1)(2),压强差不相等.
(3)ab 间压差:
gh gR gR p p 110b a ρρρ--=-
(1)与(3)
gh gR gR gh h 110fab ρρρρρ--=-∑
h z =? )(gR h 01fab ρρρ-=∑ (5)
Cd 间压差:
220d c gR gR p p ρρ-=- (4)
(2)与(4)
∑=-f c d 220h gR gR ρρρ
所以,
)(gR h 02fcd ρρρ-=∑ (6)
由(5)(6),
21R R = 压差计读数相同.
2、(20分) 在管路系统中装有离心泵,如图。管路的管径均为80mm ,吸入管直管长度为6m ,压出管直管长度为13m ,两段管路的摩擦系数均为0.03,
压出管装有阀门,其阻力系数为ζ=6.4,管路两端水面高度差为10m,泵进口高于水面2m ,管内流量为0.012m 3
/s 。试求:
(1) 泵的扬程? (2) 泵进口处断面上的压强为多少?
(标准弯头的局部阻力系数ζ=0.75,入口的局部阻力系数ζ=0.5,大气压强为760mm,高位槽液面维持不变) (1)选截面1-1’、2-2’如图,以1-1’面为基准
z 1=0 u 1=0 p 1=0(表压) z 2=10m u 2=0 p 2=0(表压)
列柏努利方程
f H g
p g u z He g p g u z +++=+++ρρ2212121122
即 H e =10+H f
而
??? ??++?
????
?
??=??? ??+=∑∑ζλπζλd l l g d V d l g u H s f 出
入21422
22
=
m
184.6375.015.006.013603.081.92106.0414.3012.02
2=??? ?
?+?++++?????????
?? ∴ H e =10+18=28m
(2)取3-3’截面 z 3=2m, u 3=u=
s m d V s
/25.44
2
=π
在1-1’,3-3’间列柏努利方程
0=
2
223
2333
u d u gz p ??? ??++++入入ζλλρ
∴]2
2[2
3
233
3u d u gz p ??? ??+++=入入ζλλ =?????
????? ??++?++?-225.45.075.006.0603.0225.4281.9100022 =-62970Pa(表压)
绝对压强 P 3’=P 3+P 0=-62970+1.0133x105=38360Pa
3 在图示管路中装有离心泵,吸入管直径d 1=80mm ,长L 1=6m,阻力系数λ1=0.02,压出管直径d 2=60mm ,长L 2=13m ,阻力系数 λ2 =0.03 。在管路
A 、
B 、E 、F 、G 处的局部阻力系数分别为ζA =0.5, ζB =0.75, ζE =6.4, ζF =0.75, ζG =1,管路两端水面高度差H=10m ,泵进口高于水面2m ,管内流量为12?10-3m 3/s ,试求:
i. 每千克流体需从离心泵获得多少机械能? ii. 泵进、出口断面的压强P C 和P D 各为多少?
解:(1)s m u /39.208
.010124d Q 42
3
21=???==-ππ吸 s m u u /24.406.039
.208.0d d 222
21=?==吸
压 在1-1'和2-2'之间
21,1221221
2)(2-∑+-+-+-=
f e h z z
g u u p p w ρ
因
01
2=-ρ
p p ,
02
2
122≈-u u
kg J gH z z g /1.981081.9)(12=?==-
kg
J u d l
u d l h G F E B A f /5.1392
24.4)175.04.606.01303.0(239.2)75.05.008.0602.0(2
)(2)(2
22
22221112
1,=?
+++?+?++?=++++++=∑-压
吸ζζζλζζλ
所以
kg J w e /6.2375.1391.98=+= (10分)
(2)在1-1'和C -C '之间
kg J h u gz p p c
f c a
c
/71239.2)75.05.008.0602.0(239.2281.9100010013.12
2251,2=?
++?--?-?=∑--
-=
-吸
ρ
ρ
Pa p c 4101.7?=
在断面D -D '和2-2'之间
J/kg
5.3022
24.4)1175.04.606.01303.0(100010013.188.92
)(2
522
,2=?
-+++?+?+?=-++
-=-压u h p z z g p D f a
D D
ρ
ρ
Pa p D 51002.3?= (10分)
4 如本题附图所示。每小时有12×104
Kg 水在倾斜放置的变径管内从下向上作定态流动。已知细管内径d 1
mm ,粗管内径d 2=240mm , 图中2—2’面比1—1’面高H 2=300 mm ,1—1’面与2—2差计相连,其上指示剂读数R=20 mm ,求2—2’面与1—1’面间的摩擦阻力。
注:水密度:1000 Kg/ m 3
,指示剂密度:13600 Kg/ m 3
,g=9.81m/s 2
在1-2截面间列柏努利方程:
22
1
122
12,1222
f p u p u gz gz h ρρ-++=+++∑ ① 12
114 4.25/s s W W u m s A d ρρπ=
== ,2
1212
()0.737/d u u m s d ==, 120.3Z Z m -=-
对u 型管压差计,mn 面为等压面,
m n p p =,即
11221()p gH p g H H R gR ρρρ+=++-+汞
122()10009.810.3(136001000)9.810.025415p p gH gR pa ρρρ-=+-=??+-??=汞
由①式得
22
121
2
,12
12()2f u u p p h
g z z ρ
---=-++∑
代入数值得
22,12
4.250.7375415
0.39.8111.2/21000
f h
J kg --=-?++=∑
5.用泵将贮液池中常温下的水送到吸收塔顶,贮液池水面维持恒定,各部分相对位置如图所示。输水管直径为76×3mm ,排水管出口喷头连接处的压强为6.15×104Pa (表压),送水量为34.5m 3/h ,水流经全部管道(不包括喷头)的能量损失为160J/Kg ,泵效率为75%,求①泵的有效功率②轴功率. 注:水密度:1000 Kg/ m 3
, g=9.81m/s 2
1.取水槽液面为1-1’截面,喷头连接处为2-2’截面,水槽液面为基准面 在1-2截面间列柏努利方程:
21,2
2
22211
12
2-∑+++=+++f e h u p gz w u p gz ρρ ①
10,
u =
,
01=z
224226z m
=+= ,
10a
p P =(表压),
42 6.1510a
p P =?(表压),
,12160/f h J kg -∑=
22
2434.5
2.49/36000.07
4
s V u m s d π
π=
==?? 由 ① 式,得
2221
2121,12()2
e f p p u u w g z z h ρ
---=-+
++∑
42
6.1510 2.499.8126160479.7/10002
e w J kg ?=?+++=
34.5
479.71000 4.63600
Ne We Ws We Vs KW ρ=?=??=??
=
2.
4.6 6.130.75
e e N N N kw N ηη=
?=== 6.(10分)用3B33型水泵从一敞口水槽中将水送到它处,槽内液面维持恒定。输水量为50.4m 3/h ,吸入管路阻力为1.2m ,吸入管内径为80mm ,
求该泵在输送65℃水时的安装位置。已知3B33型水泵的允许吸上真空度为3m ,泵工作地点的Ha 约为10m ,65℃水的饱和蒸汽压Pv=2.554×104
Pa ,密度为980.5 Kg/ m 3
,允许吸上真空度校正公式为:Hs=[Hs ’+(Ha-10)-(Pv/(9.81×103
)-0.24)] ×1000/ρ
解:
'
343
1000
[(10)(
0.24)]9.81102.554101000
[31010(0.24)]0.659.8110980.5
v s S a p H H H m ρ
=+---?
??=+---?=? (3分)
2
2
50.4 2.79/36000.084
4
s
V u m s d π
π=
==?
? (2分)
22
,01 2.790.65 1.20.95229.81
g s f u H H H m g -=--=--=-? (3分)
所以泵的安装位置应比水槽液面至少低0.95m 。 (2分)
7.如本题附图所示。每小时有12×104
Kg 水在倾斜放置的变径管内从下向上作定态流动。已知细管内径d 1=100 mm ,粗管内径d 2=240mm , 图中2—
2’面比1—1’面高H 2=300 mm ,1—1’面与2—2’面间有软管与水银压差计相连,其上指示剂读数为R ,2—2’面与1—1’面间的摩擦阻力为11.2J/Kg ,求R 。
注:水密度:1000 Kg/ m 3
,指示剂密度:13600 Kg/ m 3
,g=9.81m/s 2
1.在1-2截面间列柏努利方程:
221
122
12,1222
f p u p u gz gz h ρρ-++=+++∑ ①
12
114 4.25/s s W W u m s A d ρρπ=
== ,21212
()0.737/d
u u m s d ==
代入①式得
2
222
12
2121,120.737 4.246()9.810.311.2 5.4/22
f p p u u
g z z
h J kg ρ
----=-++=?++=∑
对u 型管压差计,mn 面为等压面,
m n p p =,即
11221()p gH p g H H R gR ρρρ+=++-+汞
12
21000
(
)(5.49.810.3)0.02()(136001000)9.81
p p R gH m g
ρ
ρ
ρρ-=-?
=-??
=--?汞
即R=20mm
8.用离心泵将密度为1200kg/m 3
的液体由敞口贮槽A 送至高位槽B 。已知离心泵吸入管路上各种阻力之和∑h f,a =10 J/kg 、输出管路上各种阻力之和∑h f,b =30 J/kg 。两槽液面维持恒定,其间垂直距离为20m,每小时液体的输送量为30m 3
。若离心泵效率为0.65,试求:
(3) 泵的扬程为多少? (4) 求泵的轴功率为多少?
1.(1)选截面1-1’、2-2’如图,以1-1’面为基准面
z 1=0 u 1=0 p 1=0(表压) z 2=20m u 2=0 p 2=0(表压)
列柏努利方程
f H g
p
g u z He g p g u z +++=+++ρρ2212121122
2
103020
24.1[]9.81
e f f a f b H Z H Z H H mH O +=?+=?++==+=∑∑∑
24.19.81120030
3634 3.6340.653600
e
e s
e s N W W H g W N W kW η
η
η???=
=
=
===?
五、计算题(20分)
如本题附图所示的输水系统,管路直径为Φ80×
入管路的能量损失为6 J/Kg ,排出管的压头损失为吸入管轴线到U 型管汞面的垂直距离为h=0.5m 取1000kg/m 3。试计算: 1、泵的升扬高度Z 与扬程; 2、泵的轴功率(η=70%) 3、泵吸入口压差计读数R 。
五.解: (20分)1 以0-0,1-1 列柏努利方程式:
-+++=++
+
1f0111200
0h u 2
p gz We u 21p gz ρρ
式中: Z 0=0 , Z 1=Z, P 0=P 1, U 0=U 1
∴
We=gz+6+0.8= 6.8+ gz (1) (4分)
以0-0,2-2 列柏努利方程式:
∑-+++=++
+
2f02
222200
0h u 2
1p gz We u 21p gz ρρ
式中: Z 0=0 , U 0=0
6u 2
110245p 5g We p 2
23
00
++
?++
=+ρ
ρ
∴
6
u 2
12455g We 2
2+?++=
(2) (4分)
φ80×2mm ,
3600
36u d 41h /36m V 23=
?==π m 3
/s ∴
s /2m .2u = 代入(2)式:
Kg /47J .30262.22
1
2455g We 2=+?++=
代入(1)式:
Zg 8.647.302+= Z=30.14 m
∴
m g 83.3081
.947
.302We He ===
(4分) 2.
KW g Q g
We
g
HQ Ne
N 3.4%
701000360036
47.302=??=
=
=
=
η
ρη
ρη
3. 以0-0,3-3 列柏努利方程式:
∑-+++=++
+
3f02
333200
0h u 2
1p gz We u 21p gz ρρ
式中: Z 0=0 ,
003P gR gh P =++ρρ
62.22
1
5.42000
++
--+
=ρ
ρρρ
gR
gh p g p
∴ 62.22
15.402
0+++-=ρρρgR gh g (4分)
由 h=0.5 m ∴ R=0.35 m
(4分)
9.某水泵在2900转/分转速下,测得流量为10m 3/h 。轴功率为1.05 KW ,泵的入口真空表读数为21.3 KPa ,出口压强表读数为170 KPa ,真空表与压强表垂直距离为0.3m 。试求该泵的有效功率及效率。吸入和排出管路的管径相同,水的密度取1000kg/m 3。
8m .1981
.910103.21101703.0g p p Z He 33
3211=??+?+=++=ρ (5分)
0.54KW 102
1000360010
19.8102
Q He Ne =??
=??=
ρ
(3分) 513.005
.154
.0N Ne ===
η (2分) 10.一套管换热器,内管与外管均为光滑管,直径分别为φ30×2.5mm 与φ56×3mm 。平均温度为40℃的水以10m 3/h 的流量流过套管环隙,水在40℃
时ρ=992kg/m 3
,μ=65.6×10-5
Pa ·s, λ=0.3164/Re 0.25计算: 1.环隙当量直径d e 、水流过套管环隙的Re 及λ。 2.水通过套管环隙每米管长的压降。 解:1.套管外管内径为d 1,内管外径为d 2
221231212()
0.050.034510()44
H d d d d m d d π
γπ----====?+ (2分)
40.02e H d m γ== (1分)
水流过环隙流通面积:
22
223212()(0.050.03) 1.26104
4
A d d m π
π
-=
-=
-=? (2分)
3
10
2.2/3600 1.2610u m s -=
=?? (1分)
45992 2.20.02
Re 6.651065.610
e ud ρμ-??=
==?? (2分) 0.2540.25
0.31640.3164
0.02Re (6.6510)λ=
==? (2分)
2.2
2
f l u p d ρλ
?=?
2
20.02992 2.2240020.022
f
a e p u p m l d λρ??=?=?=
(5分)
11.常压贮槽内盛有石油产品,密度为760Kg/m 3
,在贮存条件下的饱和蒸气压强为80*103
Pa ,现拟用65Y-60B 型油泵将油品以15m 3
/h 的流量送往表压为177*103
Pa 的设备内。贮槽液面维持恒定,设备的油品入口比贮槽液面高5m ,吸入管路和排出管路的全部压头损失分别为1m 和4m 。试问泵是否合用。 65Y-60B 型油泵性能如下:流量: 19.8 m 3
/h 扬程38 m
效率55% 轴功率3.75 KW 允许气蚀余量2.6 m
解:
在贮槽液面1-1和输送管出口外侧截面2-2间列柏努利方程式,并以截面1-1为基准平面。 ∑+++=+++f
H g
u g p Z He g u g p Z 222
2
222
111ρρ (2分)
式中:Z 1=0 Z 2=5m u 1=u 2=0 p 1=0(表压) p 2=177*103Pa (表压)
H f =1+4=5m
3/760m kg =ρ (1分)
将已知数据代入上式中:m He
7.33581
.9*76010*17753
=++= (3分)
m H He 38=< (1分)
而
h m Qe /153=〈 Q=19.8m 3
/h (2分)
故: 65Y-60B 型油泵合用。 (1分)
一液面维持恒定的敞口高位水槽A ,其中的水流经喉径为14mm 的文丘里管,B 槽中盛有碱液(密度为1400Kg/m 3
),高度如图所示。输水管规格为φ57×3mm ,自A 至文丘里管M 处管路总长(包括所有局部阻力)为20m ,摩擦系数为0.025,试确定: 1. 当水流量为8m 3
/h 时,由A 至M 处阻力损失。 2. 文丘里管喉管M 处真空度为多少mmHg? 3. 碱槽中碱液被吸上的高度h? 三、(20分)
1.管内流速:s m d V u
S /09.1051
.0785.036008
785.022=?== (1分) 则
Kg J u d l l h
e AM
f /82.52
09.1051.020025.0222,=??=+=∑∑λ (4分)
2.以A 槽液面为1-1’截面,M 截面为2-2’截面,M 所在水平面为基准面,列BE.(2分)
∑-+++=++21,2
2
2222111
12
2f h u p gz u p gz ρρ (3分)
s m d V u m S /4.14014
.0785.036008785.02
22=?== (1分)
代入上式,得
mmHg
Pa h u gz p p f 7.23231020)82.52
4.14881.9(1000)2(2
21,22121==++?-?=++-=-∑-ρ (4分)
3.由静力学基本方程得:
a m p gh p =+ρ m g p p h m a 26.281
.9140031020
=?=
-=ρ (5分)
12.用IS65-50-160型离心泵由敞口容器输送液体,流量为21m 3/h ,允许汽蚀余量为2.5m 。离心泵吸入管的总阻力损失为0.847m ,当地大气压为1.013?105Pa ,若此泵安装在距离液面以上3m 的位置,此泵在输送20?C 的水(p v =2.33?103Pa ,ρ=1000kg/m 3)时,此安装高度是否合适?
解:吸入管阻力损失为
m H f 847.010,=∑-
允许安装高度为
53
0,01 1.01310 2.33100.847 2.5 6.7410009.8110009.81
v g f p p H H NPSH m g g ρρ-??=---=---=??∑
(5分)
m m 374.6>
所以,3m 的安装高度合适。 (5分)
13.在离心泵的性能参数的测定实验中,泵的吸入管内径为100mm ,20℃条件下,以清水为介质测得数据:流量15L/s ,测得在此流量下泵入口真空度为60kPa 时发生气蚀现象,试求气蚀余量(NPSH)C 和允许吸上真空度H S ’。 当地大气压为98.1kPa ,20℃水的饱和蒸汽压为2.238kPa 。
解:(1)气蚀余量(NPSH)C :流速
s /m 91.11
.0*14.310*15*4d Q 4u 2
3
211==π=- (2分)
由公式:g
2u g p p )
NPSH (2
1
v 1C
+
ρ-= (2分) kPa
1.38601.98p p p a 1=-=-=真空度 (2分)
m 84.381
.9*291.181.9*100010*)238.21.38()NPSH (2
3C =+-=
(2分)
iii.
允许吸上真空度H S ’
m 12.681
.9*100010*60g p p H 31a /
s ==ρ-=
(2分)
一、(20分,08考研)用离心泵将20℃水从水池送至敞口高位槽中,流程如附图所示。两槽液面高度差
为12 m ,输送管为Ф57×3.5 mm 的钢管,吸入管路总长为20 m ,压出管路总长为155 m (均包括所有局部阻力的当量长度)。管路摩擦系数取为0.02,水密度为1000 kg/m 3。操作条件下此离心泵的特性方程为H=60-7.91×106Q 2(单位:H -m ,Q -m 3/s ),泵的轴功率为0.49kW 。
试求:(1)管路中水的流量,m 3/h ;(2)泵效率;(3)泵入口处真空表的读数,kPa 。
一、
(20分05考研)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为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 (均包括局部阻力),压力表读数为2.452×105
Pa ,泵的效率为70%,水的密度ρ为1000kg/m 3
,试求: (1) 两槽液面的高度H 为多少?
(2) 泵所需要的实际功率为多少kW ? (3)
真空表的读数为多少kgf/cm 2
?
一、(20分,06考研)水槽中水经管道可以从C 、D 两支管同时放出,水槽液面维持恒定,AB 段管长为6m (忽略
AB 间所有的局部阻力),管内径为41mm 。BC 段长6m ,当阀门全开时该段局部阻力总和的当量长度为9m (包括出口阻力损失);BD 段长9m ,当阀门全开时该段局部阻力总和的当量长度为15m (包括出口阻力损失),BC 和BD 段管道内径均为25mm 。如图所示。试求:(1)当D 管阀门关闭而C 管阀门全开时的流量;(2)当C 、D 两管阀门都全开时各自的流量和总流量。设管内摩擦系数均可取0.03不变。其余数据见图。
二、(10分,06考研)在一管路系统中,用一台离心泵将密度为1000kg/m 3的清水从敞口地面水池输送到高位密封
储槽(其表压为9.81×104Pa ),两端液面的位差Δz=10m ,管路总长L=50m (包括所有局部阻力的当量长度),管内径均为40mm ,摩擦因数λ=0.02。试求:(1)该管路的特性曲线方程。(2)若离心泵的特性曲线方程为
222240Q H -=(式中,H 为压头,单位为m ;Q 为流量,单位为m 3
/min ),求该管路的输送量(单位为m 3
/min )。
一、(10分,07考研)如附图所示,利用虹吸管将池中的某一液体引出。两敞口容器水面的垂直距离H
为3m ,管段AB 长4m ,管段BC 长12m (两段长度皆包括局部阻力的当量长度),管路直径为30mm ,测得此时的直管阻力系数为0.024,操作状况下该液体的饱和蒸汽压为47.38 kPa ,密度为971.8 kg/m 3,黏度为35.65×10
-4
Pa ?s 。
试求:(1)管路中液体的流量;(2)若要保证管路中不发生汽化现象,则管路顶点的最大安装高度为多少?(3)由于某种原因高度差H 发生了变化,导致液体以1m/s 的流速在管内层流流动。如果流体物性保持不变,确定H 值的大小。
二、(20分,07考研)如附图所示,用泵将20℃河水打入洗涤塔中经喷嘴喷出,喷淋下来后流入废水池。
已知管道尺寸为Φ114×4mm ,流量为85m 3/h ,泵的吸入和压出管路总长分别为5m 和35m(包括管路中所有局部阻力的当量长度),管内摩擦因子λ=0.023,水从塔中流入废水池的摩擦损失为8 J/kg ,水的密度为1000 kg/m 3。
试求:(1)洗涤塔内的压强;(2)泵的有效功率;(3)若需将进入塔的河水流量增加20%,泵对单位质量流体所作的有效功及其它条件均不变,则洗涤塔顶喷嘴的高度应如何调整?
一、(20分,09考研)如附图所示,用离心泵将蓄水池中20℃的水(密度为1000kg/m 3,黏度为1.0×10-3Pa.s )送到敞口高位槽中。管路为Φ57?3.5mm 的光滑钢管,直管长度与所有局部阻
力当量长度之和为250m 。在管路的A 点处装有一U 形管压差计,管中指示液为汞(密度为13600kg/m 3),并且从蓄水池面到A 点的管长(包括所有局部阻力当量长度)为100m 。过渡流和湍流时的摩擦系数可近似用λ=0.3164/Re 0.25计算。管路中水的流量为7.42m 3/h 。 试求:(1)每公斤水通过泵所获得的净功;(2)A 点的压强;(3)U 形管压差计的读数R 。 一、(20分)
解:(1)(8分)以低位槽水面为1-1’截面,高位槽水面为2-2’截面,列柏努利方程:
()∑-+-+
-+
-=212
12
21
2122
f e h u u p p z z
g W ρ
(4分) 截面1-1’处:u
1=0,p 1=0(表压),z 1=0 截面2-2’处:u 2=0,p 2=0(表压),z 2=5m 为计算λ,需首先计算Re : Re=du ρ/μ
其中,d=57-3.5×2=50mm=0.05m
s m d V u s
/05.105.04
14.33600
/42.74
2
2
==
=
π
所以Re=0.05×1.05×1000/10-3=52500>4000, λ=0.3164/Re 0.25=0.3164/525000.25=0.021(2分)
88.572
05.105.0250021.02222
1==+=∑∑-u d l l h
e f λJ/kg
所以
93.10688.57581.9=+?=e W J/kg (2分)
(2)(6分)(2)在A 点和高位槽液面间列柏努利方程:
∑-+++=++22
2
2222
2fA A A
A h u p gz u p gz ρρ (2分)
因为z 2-z A =1.0m ,u A =1.05m/s ,u 2=0,p 2=0(表压),
73.342
05.105.010*******.02222
=-=+=∑∑-u d l l h
e fA λJ/kg (2分)
所以
75.4398873.34205.10.181.910002222
=???
? ??+-??=???? ??+-?=∑-fA A A h u z g p ρPa (表压)(2分) (3)(6分)根据静力学基本方程:
()gR p R h g p Hg o A ρρ+=++ (4分)
因为p A =4.40×104Pa ,ρ=1000kg/m 3,h=1.5m ,ρHg =13600kg/m 3,p o =0(表压),所以
()()44.401010009.81 1.5
0.4751360010009.81A Hg p gh R m g
ρρρ+?+??===-?- (2分)
二、(20分)
解:(1)(8分)从已知条件看,不能从冷热流体的热量衡算中求出t 2,可考虑联合热量衡算方程和传热速率方程来求取t 2。 联立冷流体的热量衡算方程和传热速率方程:
()m pc c t KS t t c W Q ?=-=12 (2分)
因
()()2
1122
1
21ln
ln t T t T t t t T t T t T t T t m ---=
-----=
?
所以
()2
11212ln
t T t T t t KS
t t c W pc c ---=-
整理上式得:
pc
c c W KS
t T t T =
--21ln
则
pc
c c
W KS
e t T t T =--2
1 (2分)
其中:
76.74520
2510001101.111
1114=+
?=+=
i o i o d d K αα W/(m 2
.℃)
S=πd o Ln=3.14×0.025×3×32=7.536m 2 W C C pc =12500/3600×4.18×103=14513.9W/℃ KS/(W c C pc )=745.8×7.536/14513.9=0.387 (2分)
非均相分离 (1)重力沉降
滞流区的沉降公式、降尘室的沉降条件、在降尘室中设置水平隔板(例3-3)、流型校核、降尘室的生产能力 (2)离心沉降
旋风分离器的压强降、旋风分离器的临界粒径、沉降流型校核(离心沉降速度、层流)、多个旋风分离器的并联(例3-5) 旋风分离器的操作原理 三、简答题(10分)
含尘气体通过降尘室后,固体颗粒浓度降低。若其它条件不变,且颗粒沉降处在层流区,试分析气体的温度升高时出口气体的含尘量如何变化?
颗粒在层流区的沉降速度计算式为μ
ρρ18)(2g
d u s t -=
而气体的黏度随温度的升高而增大,所以t u 会减小。 (5分) 含尘气体通过沉降室,颗粒得到分离的必需条件为
t
u H u l ≥
对于临界最小沉降速度,由于气体黏度的增大,最小捕集颗粒直径增大,使得出口气体的含尘量增大(5分) 2. 临界粒径
3、分析颗粒的自由沉降过程 3、(10分)一种测定粘度的仪器由一钢球及玻璃筒组成。测试时筒内充被测液体,记录钢球下落一定距离的时间,球的直径为6mm ,下落距离为20cm ,测试一种糖浆时记下的时间间隔为7.32秒,此糖浆的密度为1300 kg/m 3,钢球的密度为7900 kg/m 3,求此糖浆的粘度。
七、计算题(10分)拟采用降尘室除去常压炉气中的球形尘粒。降尘室的宽和长分别为2m 和6m ,气体处理量为1标m 3/s ,炉气温度为427℃,相应的密度ρ=0.5kg/m 3,粘度μ=3.4×10-5Pa.s ,固体密度ρS =400kg/m 3操作条件下,规定气体速度不大于0.5m/s ,试求:
1.降尘室的总高度H ,m ; 2.理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸。 七、(10分) 解:1)降尘室的总高度H
s m t V V S /564.2273427
273127327330
=+?=+= (1)
m 564.25
.02564.2bu V H S -?=== (1)
2)理论上能完全出去的最小颗粒尺寸
用试差法由u t 求d min 。
s /m 214.06
2564.2bl V u s t =?==
(2) ()()m 1078.5807
.95.04000214.0104.318g u 18d 55s t min
--?=?-???=ρ-ρμ= (2)
假设沉降在斯托克斯区
()()
()s /m 103.010
4.318807
.95.04000104018g d u 5
2
6s 2t =???-?=μρ-ρ='-- (1)
1182.010
14.35.0214.01078.5du Re 5
5t t <=????=μρ=-- (2)
核算沉降流型, ∴原假设正确,最小粒径为5.78*10-5m 。 (1)
二、(10分)某厂炉气中含有最小直径为10μm 的尘粒,尘粒的密度为4000kg/m 3,炉气温度为700K 。在此温度下,气体黏度为3.4×10-5Pa.s ,密度为0.5kg/m 3。现要求炉气处理量为8000kg/h 。采用多层降尘室除尘粒,若降尘室中的隔板已选定长度为5m ,宽为3m ,且降尘室总高不超过4.8m 。试计算降尘室中隔板间的距离。
二、(10分,05考研)一种测定粘度的仪器由一钢球及玻璃筒组成。测试时筒内充被测液体,记录钢球下落一定距离的时间,
球的直径为6mm ,下落距离为200mm ,测试一种糖浆时记下的时间间隔为7.32秒,此糖浆的密度为1300 kg/m 3
,钢球的密度为7900 kg/m 3
,求此糖浆的粘度是多少厘泊。
传热
概念:
1、传热的三种基本方式
2、如何测定及如何提高对流传热的总传热系数K 4、如何强化传热 计算公式
(1)热量衡算(有相变、无相变)K 的计算、平均温度差、总传热速率方程、传热面积的计算(判别是否合用)(例4-8) (2)流体在圆形管内作强制湍流流动时α计算式(公式、条件),粘度μ对α的影响。 (3)实验测K (例4-9)
(4)换热器操作型问题(求流体出口温度,例4-10) 二 实验题(10)
1.利用过热蒸汽进行传热实验的过程中,若运行一段时间后,传热膜系数下降,可能的原因是什么?如何解决? 2. 蒸汽冷凝传热时,为什么要排放不凝性气体?内管壁温接近于哪一侧流体的温度? 3. 为了提高换热器的总传热系数K ,应提高空气侧,还是水侧的α和S ?为什么? 换热器中冷热流体的流动方向有几种,当选择流向时应如何考虑?
4.阐述液体沸腾曲线的基本形状,一般沸腾应处于什么状态才能达到较好的换热效果? 1、(4分)换热器中冷热流体的流动方向有:逆流,并流,折流和错流。 (1分)
当采用逆流时,在传热量和总换热系数一定的情况下,换热器的传热面积较小,另外,采用逆流还可以节省加热介质或冷却介质的用量。通
常,换热器尽可能采用逆流操作。 (1分)
当某些特殊工艺要求时,对流体的温度有所限制,如冷流体被加热时不能超过某一温度,或热流体被冷却时不能低于某一温度时,可采用并
流。 (1分)
采用折流或错流时,主要是为了满足换热器的结构要求,或提高总传热系数。 (1分)
2、(6分)液体沸腾曲线主要包括自然对流、泡状沸腾和膜状沸腾。 (3分)
一般沸腾应处于泡状沸腾状态才能达到较好的效果,此时传热系数和热通量都较大。(3分) 5.灰体的定义及特点 6、设计一套实验装置要求既可以测量总传热系数,又可同时测量对流传热系数,标注仪表、仪器名称。并简要说明试验步骤,需要测量那些参数。? 三 计算题 (60分)
3 (20分)在一列管式换热器内用水冷却苯。苯走管程,流量为1.5kg/s ,由80o C 被冷却至30o
C 。冷却水在壳程内呈湍流流动,且与苯逆流流动,
其进口温度为20o C ,出口温度为50o C 。已估算出苯侧和水侧的对流传热系数分别为900W/(m 2K)、1700W/(m 2
K);苯的平均比热为1.9kJ/(kg.K)。若
列管为φ25×2.5mm 的钢管,长3米,其导热系数为45W/(m 2
K),并忽略污垢热阻及换热器的热损失,试求: (1)所需换热器的列管数为多少?
(2)若其它条件不变,冷却水的流量变为原来的两倍,换热器的列管数又为多少?
2. 解:m m t L d Kn t KS Q
?=?=0π (3分)
其中,)(21T T C W Q
ph h -==1.5?1.9?103?(80-30)=142.5(kW ) (2分)
0001
11
αλα++=
m i i d d b d d K =
1700
1
5.224525105.220900251
3
+
???+?-=490.5[W/(m 2K)] (3分)
2
1
21ln t t
t t t m ???-?=
?=1030ln 1030-=18.2(C ?) (3分)
故 7.672
.18310255.49014.3105.1423
3
0=??????=?=-m t L Kd Q n π(根) (2分)
(2)若其它条件不变,冷却水的流量变为原来的两倍,则
87.2959170028.0'0
=?=α W/(m 2
K) (2分)
同理可得,'
K
'0
0111αλα++=
m i d d b =559.1 [W/(m 2.K)] (3分)
则
4.59''0=?=
m
t L d K Q
n π(根) (2分)
2、(20分)用一传热面积为3m 2(以外表面积为准),由Φ25?2.5mm 管子组成的单程列管式换热器,用初温为10℃的水将机油由200℃冷却至100℃,水走管内,油走管间。已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h 和1200kg/h ,其比热容分别为4.18kJ/(kg ?K)
和2.0kJ/(kg ?K),水侧和油侧的对流表面传热系数分别为2000W/(m 2?K)和250W/(m 2
?K),两侧可视为呈逆流流动,如不计算管壁及污垢热阻:
(1) 试计算说明该换热器是否合用? (2) 夏天,水的初温达到30℃时,该换热器是否合用?(假设K 不改变),如不合用,如何解决? 四。计算题:.(20分) 解: (1)m 00pc C ph h t A K t C W T C W Q
?=?=?=
3600
1000
)10t (18.4100036001000)100200(0.212002?
-??=?
-?? [W] ∴
4.67t 2=℃ (3分)
200 → 100
67.4 ← 10 3.1112
90
6.132t m =+=
?℃
132.6 90
K m /21W .21620252000125011
d d 111K 2i
i 00?=+=+
=
αα (3分)
∴A 3.11121.2163600
1000
)100200(0.21200??=?
-??
A= 2.77 m 2 < 题给3 m 2 , 合用. (3分) (2) 水初温30℃
3600
1000
)30t (18.4100036001000)100-200(0.21200Q 2?
-??=?
??=
4.87t 2=℃
200 → 100
87.4 ← 30 3.912
70
6.112t m =+=
?℃ (4)
112.6 70
A 3.9121.2163600
1000
)100200(0.21200??=?
-?? (3分)
A=3.37 m 2
>
3 m 2 不合用. 可增加换热面积,两台串联使用. (4分)
4.
(15分)某车间有一台运转中的单程列管换热器,热空气走管程,由120?C 降至80?C ,其对流传热系数α1=50 W/m 2??C 。壳程的水被加热,水进口温度为15?C ,出口升至90?C ,其对流传热系数α2= 2000W/m 2??C 。管壁热阻、壁厚及污垢热阻可不计,换热器系逆流操作,水的流量为2700kg/h ,平均比热为4.18kJ/kg ?K ,试计算换热器的传热面积。
解:(1)C m W K ??=+
=
+
=
22
1
/8.482000
1
50111
1
1αα
C t t t t t m ?=-----=???-?=
?3.459012015
80ln )
90120()1580(ln
2
121
p 5
C (9015)2700 4.18100075/36002.3510Q W W
=-=???=?水水
25
4.1063
.458.481035.2m t K Q A m =??=?= (10分)
六.(20分)逆流换热器中,用初温为20℃的水将1.25Kg/s 的液体(比热为1.9KJ/(Kg ·℃),密度为850 Kg/ m 3
),由80℃冷却
到30℃,换热器列管直径为φ25×2.5 mm ,水走管内。水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85和1.70 kw/(m 2
·℃),污垢热阻可忽略。
①若水的出口温度不能高于50℃,求换热器的传热面积;②换热器使用一段时间后,管壁两侧均有污垢生成,水侧污垢
热阻R si =0.00026 m 2·℃/w ,油侧污垢热阻R s0=0.000176 m 2
·℃/w ,求此时基于管外表面的总传热系数K 0。③产生污垢后热阻增加的百分数
注:管壁导热系数为λ=45 w/(m ·℃)
12() 1.25 1.9(8030)119h ph Q W C T T kW =-=??-= (3分)
000
2
00.0025252511
1
117004522.585020
1
1472/m i
i
d d b d d K W m C αλα=
=
=??+?+?+?+? (3分)
21122112
()()(8050)(3020)
18.28050
ln ln
3020m T t T t t C T t T t ------?=
==?---- (3分)
3
2001191013.947218.2
m Q S m K t ?===?? (3分)
2.
00
000
01
120.00252525251
1
17004522.58502020
1
1
381.53/0.0001760.00026i m i i
i d d d b s s d d d K R R W m C
αλα=
++?+?+?=
=??++?+?+? (5分)
3. 产生污垢后热阻增加百分数为:
4
25
200.0025252511
17004522.585020
0.0001760.00026 5.011023.63%0.00212-+??==+?+? (3分)
(20分)现有一列管式换热器,内有φ25×2.5 mm 钢管300根,管的有效长度为2m ,要求将8000Kg/h 空气于管程内由20℃加
热到85℃,采用108℃的饱和蒸汽于壳程冷凝加热,冷凝热在饱和温度下排出,蒸汽冷凝传热系数1×104 w/(m 2
·℃),空
气对流传热系数为90 w/(m 2
·℃),管壁及两侧污垢热阻可忽略,不计热损失,空气在平均温度下比热为1KJ/(Kg ·℃)。 1. 求基于管外表面的总传热系数K 0 2. 核算该换热器是否满足要求。
2. 用一段时间后管内产生了污垢,使空气出口温度变为50℃,求此时管内污垢热阻。
1.
W C m d d K i i ??=?+?=?+=2
4000014.020
259011011111αα
C m W K ??=2049.71 (3分)
2.
C t T t T t T t T t m ?=-----=-----=
?44.488510820
108ln )
85108()20108(ln
)()(2
121 (3分)
2312/1044.144)2085(10003600
8000
)(m W t t C W Q pc c ?=-??=
-= (3分)
23
071.4144
.4849.711044.144m t K Q S m =??=?= (2分)
201.472025.0300m l d n S =???==ππ实际 实际S S <0 所以,该换热器合用。
(2分) 3.'
'
32218000
()1000(5020)66.6710/3600
c pc Q
W C t t W m =-=
??-=? (2分)
'
'
121'
2
()()(10820)(10850)7210820
ln ln 10850m
T t T t t C T t T t ------?===?---- (2分)
0'00111i i i i
d d Rs K d d αα=+?+
'3'2
'66.671019.66/47.172
m Q K W m C S t ?===???? (1分)
20'000111201()(0.014)0.0295/2519.66
i i i i d d Rs m C W d K d αα=
--?=-=?? (2分) 3 (20分)在一列管式换热器内用水冷却苯。苯走管程,流量为1.25kg/s ,由80o
C 被冷却至30o
C 。冷却水在壳程内呈湍流
流动,且与苯逆流流动,其进口温度为20o C ,出口温度为50o C 。已估算出苯侧和水侧的对流传热系数分别为850W/(m 2
K)、
1700W/(m 2K);苯的平均比热为1.9kJ/(kg.K)。若列管为φ25×2.5mm 的钢管,长3米,其导热系数为45W/(m 2
K),并忽略污垢热阻及换热器的热损失,试求: (1)传热速率为多少? (3)总传热系数K 为多少?
(2)所需换热器的列管数为多少? 3解:m m t L d Kn t KS Q
?=?=0π
其中,)(21T T C W Q
ph h -==1.5*1.9*103*(80-30)=142.5(kW )
0001
11
αλα++=
m i i d d b d d K =
1700
1
5.224525105.220900251
3
+
???+?-=490.5[W/(m 2.K)]
2
1
21ln
t t t t t m ???-?=
?=1030ln 10
30-=18.2(C ?)
故 7.672
.18310255.49014.3105.1423
3
0=??????=?=-m t L Kd Q n π(根)
五、(20分)
有一逆流套管换热器,由φ57×3.5mm 与φ89×4.5mm 钢管组成。甲醇在管内流动,流量为5000kg/h ,由60℃冷却到30℃,
甲醇侧的对流传热系数为1512W/m 2
·℃,冷却水在环隙流过,入口温度20℃,出口温度35℃,忽略热损失、管壁及污垢热阻,
且已知甲醇平均比热为2.6kJ/kg·℃,定性温度下水的黏度为0.84cp ,导热系数为0.61W/m 2
·℃,比热为4.174kJ/kg·℃,密
度为1000Kg/m 3
,冷却水在环隙中流动的对流传热系数可由下式计算:
4
.08
.0)(023.0λ
μλ
αp e
e o C R d =,求:
1. 冷却水用量。 2. 总传热系数K 。 3. 所需套管长度。 五、(20分)
1. 冷热流体均无相变,且无热损失,所以:
W T t 5321ph h 12pc C 10083.1)3060(106.23600/5000)T (C W )t (C W Q ?=-???=-=-= (3分)
s Kg t t C Q W pc C /73.1)
2035(10174.410083.1)(35
12=-???=-= (2分)
2.环隙当量直径:m d D d o i e
023.0057.0)0045.02089.0(=-?-=-= (2分)
s m d D V u o i S /7.0)057.008.0(785.0100073
.1)(785.0222
2=-?=-?= (2分)
s m ud e /7.0)
057.008.0(785.0023
.07.01000Re 2
2=-???==
μρ
75.561
.010174.41084.033=???=-λμp C 则C m W C R d p e e
o
??=????==24.08.044.08.0/7.327975.5)1092.1(023
.061
.0023.0)(
023
.0λμλα
(2分) C ??=+=+
=
2i
i 00m /W 4.9445057151213279.711d d 111K αα (3分)
3.60
30 25 10
C t t t t t m ?=-=???-?=
?4.161025
ln 1025ln
2
121 (3分)
m m t l d K t KS Q ?∏=?=0
m t d K Q l m 1.394
.16057.014.34.94410083.15
0=????=?∏= (3分)
六、(20分) 在一台新套管换热器中,冷却水在φ25×2.5mm 的内管中流动,以冷凝环隙间的某饱和蒸汽。当冷却水的流速为0.4m/s 和0.8m/s 时,测得基于内管外表面的总传热系数分别为1200W/m 2?K 和1700W/m 2?K 。水在管内为湍流,管壁的导热系数为45w/m ?K 。水流速改变后可认为环隙间冷凝的传热膜系数不变,试求:
(1)当水的流速为0.4m/s 时,管壁对水的对流传热系数为多少? (2)管外蒸汽冷凝的对流传热系数为多少?
(3)若操作一段时间后,水流速仍维持0.4m/s ,但测得的总传热系数比操作初期下降10%,试分析可能的原因,并论述此时蒸汽的冷凝量是否也下降10%。 六、(20分)解:
对于新换热器,可忽略污垢热阻,有
o
m o i i o d bd d d K αλα11++=
其中
m d i 02.0)20025.0025.0(=?-=
m d o 025.0=
m d m 0224.0223.0005
.002
.0025.0ln
02.0025.0==-=
冷却水流速为
s m /4.0时
o i αα1
0224.045025.00025.002.0025.012001+??+?=
o
i
αα1
10620.025
.11033.844+?+=
?--
o
i
αα1
25
.11071.74+
=
?- (1)(5分)
流速为
s m /8.0时 u u 2='
i i i ααα74.128.0=='
o i αα1
0224.045025.00025.002.074.1025.017001+??+?=
o
i
αα1
10620.0718
.01088.544+?+=
?--
o
i
αα1
718
.01026.54+
=
?- (2)(5分)
(1)求水的流速为0.4m/s 时,管壁对水的对流传热系数
式(1)-式(2) ,得
i
α532
.01083.14=
?-
K
m W i ?=2/2907α (3分)
(2)求管外蒸汽冷凝的对流传热系数
将(1)的计算结果带入式(1)中,得
o
α1
290725.11071.74+=
?-
o
α1
1030.41071.744+
?=?--
K m W o ?=?-=
-24
/293310
)30.471.7(1
α (3分) (3)操作一段时间后,水流速仍维持0.4m/s ,但测得的总传热系数比操作初期下降10%,其原因可能是污垢热阻造成的。
根据r W t t Cp W t S K Q h c c m '=-'=?'='
)(12
K K 9.0='时,Q 也必定减小,而2
t '也会减小,从而m t ?也随之减小,所以 Q Q 9.0<',h h W W 9.0<'
即,蒸汽的冷凝量下降超过10%。 (4分)
三、(20分,08考研)有一单程管壳式换热器,内装有Φ25×2.5mm 的钢管300根,管长为2m 。要求将流量为8000kg/h 的常压空气于管程由20℃加热到85℃,壳方选用108℃的饱和蒸汽冷凝。若蒸汽侧冷凝的对流传热系数为1×104W/(m 2.℃),忽略管壁
及两侧污垢热阻和热损失。空气在平均温度下的物性常数为c p =1kJ/(kg.℃),λ=2.85×10-
2W/(m.℃),μ=1.98×10-5Pa.s 。 试求:(1)空气在管内的对流传热系数;(2)换热器的总传热系数(以管子外表面为基准);(3)通过计算说明该换热器能否满足要求;(4)计算说明管壁温度接近哪一侧的流体温度。 三、(20分,05考研)在套管换热器中用120℃的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管内湍流的苯。苯的流量为4000kg/h ,比热容为
1.9kJ/(kg ·℃),温度从30℃升至60℃。蒸汽冷凝传热系数为1×104W/(m 2·℃),换热管内侧污垢热阻为4×10-4m 2·℃/W ,忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为φ54×2mm 的钢管,有效长度为12m 。试求: (1)饱和蒸汽流量(其冷凝潜热为2204kJ/kg ); (2)管内苯的对流传热系数αi ;
(3)当苯的流量增加50%、但其他条件维持不变时,苯的出口温度为若干?
三、(20分,06考研)一列管式换热器,管径为φ25mm ×2.5mm ,传热面积为10m 2
(按管外径计)。今拟用于使80℃的饱和苯蒸
气冷凝、冷却到50℃。苯走管外,流量为1.25kg/s ;冷却水走管内与苯逆流,流量为6kg/s ,进口温度为10℃。现已估算
出苯冷凝、冷却时的对流传热系数分别为1600W/(m 2·K)和850 W/(m 2·K);水的对流传热系数为2500W/(m 2
·K)。忽略管壁
两侧污垢热阻和管壁热阻。已知水和苯(液体)的比热容分别为4.18×103J/(kg ·K)和1.76×103
J/(kg ·K),苯蒸气在80℃
的冷凝潜热为395×103
J/kg 。问此换热器是否合用?
三、(20分,07考研)有一套管换热器,某流体走壳程,水走管程,逆流换热。工艺上要求将流量为870kg/h 的此流体从120℃冷却
至70℃,其比热容为3.36 kJ/(kg ?℃),它对管壁的对流传热系数为2326W/(m 2?℃),并可视为不变。已知内管为Ф57×3.5mm 的钢管,水的进口温度为20℃。此换热器刚投入使用时很清洁,当流体出口温度为70℃时,测得水出口温度为50℃,管壁对水的对流传热系数为873 W/(m 2?℃) ,水的比热容为4.174 kJ/(kg ?℃),水的密度为994 kg/m 3。由于冷却水的水质问题,管内壁结垢,使用一年后致使水的出口温度降为45℃。管壁热阻及外壁污垢热阻可忽略不计,且管内外对流传热系数可视为不变。 试求:(1)新工况(结垢后)时的热流体出口温度;(2)该换热器面积;(3)新工况时的内壁污垢热阻系数。
解:(1)(8分)从已知条件看,不能从冷热流体的热量衡算中求出t 2,可考虑联合热量衡算方程和传热速率方程来求取t 2。 联立冷流体的热量衡算方程和传热速率方程:
()m pc c t KS t t c W Q ?=-=12 (2分)
因()()2
1122
1
21ln
ln
t T t T t t t T t T t T t T t
m
---=
-----=
?
所以
将T=110℃,t 1=25℃及上述条件代入得:
387.02
11025
110e t =--
解出:t 2=52.28℃。 (2分)
(2)(6分)忽略管壁热阻,所以管壁内外温度可认为相同。整个传热过程为管壁内外侧对流传热的串联:
()()w o o w i i t T S t t S Q -=-=αα(2分)
其中的t 为水的平均温度t=(t 1+t 2)/2=(25+52.28)/2=38.64℃,所以
i
o i w o w d d t
t t T αα11-=-(2分)
将T=110℃,t=38.64℃,αo =1.1×104W/(m 2.℃),αi =1000W/(m 2.℃),d i =20mm ,d o =25mm 代入上式:
20
251000164
.38101.111104-=
?-w w t t 解得:t w =105.16℃,接近管外侧蒸汽的温度。(2分)
(3)(6分)此时的冷水出口温度为t 2’=t 2-5=52.28-5=47.28℃,依照第一问的同样步骤得到:
pc
c c
W S
K e t T t T '21'
=--
变换为:
)'
ln(
'21
t T t T S
c W K pc
c --=
(2分)
将W C C pc =14513.9W/℃、S=7.536m 2、T=110℃、t 1=25℃、t 2’=47.28℃代入上式得:
K ’=585.43 W/(m 2.℃) (2分) 又因为水侧出现污垢,将影响总传热系数:
o
i o Si i o i d d b d d K αλα1
11
'++=
所以
541088.520
252.01101.1120251000143.5851111'1-?=?-
-=--=i o Si o i o i d d d d K b λααm (2分)
蒸馏练习
下册 第一章蒸馏 概念
1、精馏原理
2、简捷法
3、漏液
4、板式塔与填料塔 公式
全塔物料衡算【例1-4】、精馏段、提馏段操作线方程、q 线方程、相平衡方程、
单项选择题(每题2分,共50题) 成绩查询 第九章蒸馏1. 蒸馏是利用各组分______不同的特性实现分离的目的。 A:溶解度B:等规度C:挥发度D:调和度2. 在二元混合液中,沸点低的组分称为______组分。 A :可挥发B :不挥发C :难挥发D:易挥发 3. 某真空操作精馏塔,因故真空度减小,而F,D,xf,q,加料位置,回流比R都不变。则塔底残液xw______。 A :变小B :变大C :不变D:不确定 4. 某二元混合物,其中A为易挥发组分,液相组成xA=相应的泡点为t1,与之相平衡的汽相组成yA=,相应的露点为t2,则:____。 A:t1= t2B:t1< t2C:t1> t2D:不能判断 5. 某二元混合物,其中A为易挥发组分。液相组成xA=,相应的泡点为t1;汽相组成yA= 相应的露点为t2。则: ____ A:t1= t2B:t1< t2C:t1> t2D:不能判断 6. 原料的数量和浓度相同,用简单蒸馏得汽相总组成为xD1,用平衡蒸馏得汽相总组成为 xD2。若两种蒸馏方法所得的汽相量相同,则: ____ A:xD1> xD2B:xD1= xD2C:xD1< xD2D:不能判断 7. 精馏中引入回流,下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高,最恰当的说法是______________。 A:液相中易挥发组分进入汽相;
B:汽相中难挥发组分进入液相; C:液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相,但其中易挥发组分较多; D:液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相的现象同时发生。 8. 精馏理论中,“理论板”概念提出的充分而必要的前提是_____。 A:塔板无泄漏 B:板效率为 100% C :离开塔板的气液达到平衡D:板上传持推动力最大 9. 下列哪几条是指导精馏塔操作线方程的前提甲:恒摩尔流;乙:平衡精馏;丙:板式塔;丁:过程稳定(定常)。 A :甲、乙B :甲、丁C :丙、丁D:乙、丙 10. 已知q=,则加料中液体量与总加料量之比为_____。 A: :1B: 1:C: 1:1D::1 11. 精馏的操作线是直线,主要基于如下原因: ____ A :理论板假定B :理想物系C:塔顶泡点回流D:恒摩尔流假定 12. 操作中连续精馏塔,如采用回流比小于最小回流比,则 _____. A:xD,xw 均增加B:xD,xw均不变 C:不能操作 D:xD减小,xw增加 13. 再沸器的作用是提供一定量的________流。 A :上升物料B :上升组分C :上升产品D:上升蒸气 14. 冷凝器的作用是提供_____产品及保证有适宜的液相回流。 A :塔顶气相B :塔顶液相C :塔底气相D:塔底液相
2011-2012 1 大学物理(C 下)(Ⅰ卷) 数 理 学 院 10级理工科40学时各专业 考试时间:2012-1-5(答案写在答题纸上,写在试题纸上无效) 一、选择题(共36分,每题3分) 1.如图所示,一载流螺线管的旁边有一圆形线圈,欲使线圈产生图示方向的感应电流i ,下列 哪一种情况可以做到?[ ] (A) 载流螺线管向线圈靠近. (B ) 载流螺线管离开线圈. (C) 载流螺线管中电流增大. (D ) 载流螺线管中插入铁芯. 2. 如图,两根直导线ab 和cd 沿半径方向被接 到一个截面处处相等的铁环上,稳恒电流I 从a 端流入而从d 端流出,则磁感强度B 沿图中闭合路径L 的积分??L l B d [ ] (A) I 0μ. (B) I 03 1μ. (C) 4/0I μ. (D) 3/20I μ. 3. 在感应电场中电磁感应定律可写成 t l E L K d d d Φ-=?? ,式中K E 为感应电场的电场强度.此式表明:[ ] (A) 闭合曲线L 上K E 处处相等. (B) 感应电场是保守力场. (C) 感应电场的电场强度线不是闭合曲线. (D) 在感应电场中不能像对静电场那样引入电势的概念. 4. 轻弹簧上端固定,下系一质量为m 1的物体,稳定后在m 1下边又系一质量为m 2的是弹簧又 伸长了?x .若将m 2移去,并令其振动,则振动周期为[ ] (A) g m x m T 122?π=. (B) g m x m T 2 12?π=. 课程考试试题 学期学年拟题学院(系): 适 用 专 业:
(C) g m x m T 2121?π=. (D) g m m x m T )(2212+π=?. 5. 已知某简谐振动的振动曲线如图所示,位移的单位为厘米,时间单位为秒.则此简谐振动 的振动方程为:[ ] (A) )3 232cos(2π+π=t x . (B) )3232cos(2π-π=t x . (C) )3234c o s (2π+π=t x . (D) )3 234c o s (2π-π=t x (E) )4 134cos(2π-π=t x . 6. 一平面简谐波表达式为 )2(πsin 10.0x t y --= (SI),则该波的频率ν (Hz), 波速u (m/s)及波线上各点振动的振幅 A (m)依次为 [ ] (A) 21,21,-0.10. (B) 2 1,1,-0.10. (C) 21,2 1,0.10. (D) 2,2,0.10. 7. 在真空中波长为λ的单色光,在折射率为n 的透明介质中从A 沿某路径传播到B ,若A 、B 两点相位差为3π,则此路径AB 的长度为[ ] (A ) 1.5 λ. (B ) 1.5 λ/ n . (C ) 1.5 n λ. (D ) 3 λ. 8. 在单缝夫琅禾费衍射实验中,波长为λ的单色光垂直入射在宽度为a =8 λ的单缝上,对应 于衍射角为30°的方向,单缝处波阵面可分成的半波带数目为[ ] (A ) 2 个. (B ) 4 个. (C ) 6 个. (D ) 8 个. 9. 如图所示,平板玻璃和凸透镜构成牛顿环装置,全部浸入n =1.60 的液体中,凸透镜可沿O O '移动,用波长λ=500 nm (1nm=10-9m )的单色光垂直入射.从上向下观察,看到中心是一个暗斑,此时凸透镜顶点距平板玻璃的距离最少是[ ] (A ) 156.3 nm (B ) 148.8 nm (C ) 78.1 nm (D ) 74.4 nm (E ) 0 . 10. 在某地发生两件事,静止位于该地的甲测得时间间隔为8s ,若相对于甲作匀速直线运动的 乙测得时间间隔为10 s ,则乙相对于甲的运动速度是(c 表示真空中光速)[ ] (A ) (4/5) c . (B ) (3/5) c . (C ) (2/5) c . (D ) (1/5) c . 11. 在康普顿效应实验中,若散射光波长是入射光波长的1.2倍,则入射光光子能量ε与反冲 电子动能k E 之比/k E ε为[ ] (A ) 2. (B ) 6. (C ) 4. (D ) 5.
化工原理(下)期末考试试卷 一、 选择题: (每题2分,共20分) 1.低浓度难溶气体吸收,其他操作条件不变,入塔气量增加,气相总传质单元高度 H OG 、出塔气体浓度2y 、出塔液体浓度1x 将会有__A______变化。 A OG H ↑, 2y ↑, 1x ↑ B OG H ↑, 2y ↑, 1x ↓ C OG H ↑, 2y ↓, 1x ↓ D OG H ↓, 2y ↑, 1x ↓ 2.在吸收塔某处,气相主体浓度y=0.025,液相主体浓度x=0.01,气相传质分系 数k y =2kmol/m2h , 气相总传质系数Ky=1.5kmol/ m2h ,则该处气液界面上气相 浓度y i 应为__B______。平衡关系y=0.5X 。 A .0.02 B.0.01 C.0.015 D.0.005 3.下述说法中正确的是_B____。 A.气膜控制时有:*p p i ≈,L G Hk k 11<< B 气膜控制时有:*p p i ≈,L G Hk k 11>> C 液膜控制时有:i c c ≈*,G L k H k <<1 D 液膜控制时有:i c c ≈,G L k H k >>1 4.进行萃取操作时,应使溶质的分配系数___D_____1。 A 等于 B 大于 C 小于 D 都可以。 5.按饱和液体设计的精馏塔,操作时D/F 、R 等其它参数不变,仅将料液改为冷 液进料,则馏出液中易挥发组分浓度____A____,残液中易挥发组分浓度______。 A 提高,降低; B 降低,提高; C 提高,提高; D 降低,降低 6.某精馏塔的理论板数为17块(包括塔釜),全塔效率为0.5,则实际塔板数为 ____C__块。 A. 30 B.31 C. 32 D. 34 7.在馏出率相同条件下,简单蒸馏所得馏出液浓度____A____平衡蒸馏。 A 高于; B 低于; C 等于; D 或高于或低于 8.指出“相对湿度,绝热饱和温度、露点温度、湿球温度”中,哪一个参量与空 气的温度无关_____B___
826机械设计考试大纲 青岛科技大学硕士研究生入学考试机械设计考试大纲 一、本《机械设计》考试大纲适用于报考青岛科技大学机械工程类专业及过程装备与控制工程专业的硕士研究生入学考试。《机械设计》对于机械类专业是一门具有承前启后作用的主干技术基础课程。要求考生掌握通用机械零件的设计方法,了解机械设计的一般规律,具有综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 二、考试内容: 1.绪论 2.机械设计总论 3.机械零件的强度 4.摩擦、磨损及润滑概述 5.螺纹联接和螺旋传动 6.键、花键、无键联接和销联接 7.带传动 8.链传动 9.齿轮传动 10.蜗杆传动 11.滑动轴承 12.滚动轴承 13.轴 14.联轴器和离合器 15.弹簧 三、考试要求 1.绪论 了解本课程的研究对象、内容。 2.机械设计总论 了解机器的组成和设计机器的一般程序。了解机械零件的主要失效形式、设计准则以及机械零件材料的选用原则。了解机械零件的工艺性及标准化。对机械现代设计方法的新发展有所了解。 3.机械零件的强度 了解静强度和疲劳强度、材料的疲劳特性、单向稳定变应力和不稳定变应力以及复杂应力状态下的强度条件表达式。掌握影响机械零件疲劳强度的因素及接触应力计算公式。 4.摩擦、磨损及润滑概述 了解摩擦、磨损及润滑的基本知识。了解干摩擦、边界摩擦润滑机理及磨损曲线的意义。一般性了解润滑剂和添加剂的性能和应用。 5.螺纹联接和螺旋传动 掌握常用螺纹的类型及螺纹联接的主要类型和应用。能选用防松结构。掌握单个螺栓的强度计算,能对几种典型类型的螺栓组进行受力分析。了解改善螺纹联接强度的措施。了解螺旋传动的类型、特点和应用。了解滑动螺旋副材料及螺旋传动的设计计算。 6.键、花键、无键联接和销联接 了解键、花键和销联接的类型、特点和应用。掌握普通平键和花键的尺寸选择和强度校核。了解花键联接的类型、特点和应用。
青岛科技大学2005年研究生入学考试试卷 考试科目:化工原理A (答案全部写在答题纸上) 一、(20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为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 (均包括局部阻力),压力表读数为2.452×105Pa, 泵的效率为70%,水的密度ρ为1000kg/m 3,试求: (1)两槽液面的高度H 为多少? (2)泵所需要的实际功率为多少kW? (3)真空表的读数为多少kgf/cm 2? 二、(10分)一种测定粘度的仪器由一钢球及玻璃筒组成。测试时筒内充被测液体,记录钢球下落一定距离的时间,球的直径为6mm,下落距离为200mm,测试一种糖浆时记下的时间间隔为7.32 秒,此糖浆的密度为1300kg/m 3,钢球的密度为7900kg/m 3,求此糖浆的粘度是多少厘泊。 三、(20分)在套管换热器中用120℃的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管内湍流的苯。苯的流量为4000kg/h ,比热容为1.9kJ/(kg ·℃),温度从30℃升至60℃。蒸汽冷凝传热系数为1×104W/(m 2·℃),换热管内侧污垢热阻为4×10-4m 2·℃/W ,忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为φ54×2mm 的钢管,有效长度为12m 。试求: (1)饱和蒸汽流量(其冷凝潜热为2204kJ/kg ); (2)管内苯的对流传热系数αi ; (3)当苯的流量增加50%、但其他条件维持不变时,苯的出口温度为若干? 四、(20分)用连续精馏塔分离某双组分物系,原料液组成为0.20(摩尔分率,下同),流量为150kmol/h 。根据工艺要求,塔顶设分凝器,冷凝液部分入塔作回流L,部分作为产品D 2,由分凝器出来的气相经全凝器冷凝后作为产品D 1。要求产品D 1的组成不小于0.9,塔釜残液组成 不大于0.05。操作中取L/D 1=1.5,D 2/D 1=1/4,物系相对挥发 度为2.47,流程如图所示。试求:(1)馏出液流量D 1、D 2 及塔顶第一块理论板上升蒸汽流量V 1?(2)精馏段操作 线方程及塔顶第一块理论板上升蒸汽的组成?(3)若塔顶 只设全凝器,全回流操作时,测得相邻两板下降液体的组 成分别为0.82,0.75,求下一板的气相默弗里板效率? 五、(20分)一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害成分A。 已知操作条件下气相总传质单元高度为1.5m,进塔混合气 组成为0.04(A 的摩尔分率,下同),出塔尾气组成为0.0053, 出塔水溶液浓度为0.0128,操作条件下平衡关系为Y=2.5X。 试求:(1)液气比为最小液气比的倍数。(2)所需填料层高 度。(3)若气液流量和初始组成不变,要求尾气浓度降至 0.0033,需将填料层加高多少米? 六、(20分)某并流式干燥器的操作压力为101kPa ,湿物料流量为1200kg/h ,湿基含水量为15%,要求干燥产品的湿基含水量不超过0.5%。以温度为20℃、湿度为0.0723kg 水/Kg 绝干气的新鲜湿空气为干燥介质,在预热器中预热至90℃后送入干燥器,湿空气离开干燥器的温度仍为90F F x 22D x D 11D x D L 分凝器 全凝器11y V W W x
吸收 一填空 (1) 在吸收塔某处,气相主体浓度y=0.025,液相主体浓度x=0.01,气相传质分系数k y=2kmol/m2·h,气相传质总K y=1.5kmol/m2·h,则该处气液界面上气相浓度y i应为?0.01????。平衡关系y=0.5x。 (2) 逆流操作的吸收塔,当吸收因素A<1且填料为无穷高时,气液两相将在塔底达到平衡。 (3) 在填料塔中用清水吸收混合气中HCl,当水量减少时气相总传质单元数N OG增加。 (4) 板式塔的类型有;板式塔从总体上看汽液两相呈逆流接触,在板上汽液两相呈错流接触。 (5) 在填料塔中用清水吸收混合气中NH3,当水泵发生故障使上水量减少时,气相总传质单元数NOG (增加)(增加,减少)。 (6) 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统,吸收操作中温度不变,压力增加,可使相平衡常数???减小?(增大、减小、不变),传质推动力??增大?(增大、减小、不变),亨利系数??不变(增大、减小、不变)。 (7) 易溶气体溶液上方的分压(小),难溶气体溶液上方的分压(大) ,只要组份在气相中的分压(大于)液相中该组分的平衡分压,吸收就会继续进行。 (8) 压力(减小),温度( 升高),将有利于解吸的进行;吸收因素(A= L/mV ) ,当 A>1 时,对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔(顶)达到平衡。 (9) 在逆流吸收塔操作时,物系为低浓度气膜控制系统,如其它操作条件不变,而气液流量按比例同步减少,则此时气体出口组成y2将 (减小),液体出口组成将(增大),回收率将。 (10) 当塔板中(气液两相达到平衡状态),该塔板称为理论板。 (11) 吸收过程的传质速率方程N A=K G( )=k y( )。 (12) 对一定操作条件下的填料吸收塔,如将填料层增高一些,则塔的H OG将不变,N OG将增大。 (13)吸收因数A可表示为 mV/L,它在X–Y图上的几何意义是平衡线斜率与操作线斜率之比。 (14)亨利定律的表达式为;亨利系数E的单位为 kPa 。 (15) 某低浓度气体吸收过程,已知相平衡常数m=1 ,气膜和液膜体积吸收系数分别为k y a=2× 10-4kmol/m3.s, k x a=0.4kmol/m3.s, 则该吸收过程为(气膜阻力控制)及气膜阻力占总阻力的百分数分别为 99.95% ;该气体为易溶气体。 二选择 1.根据双膜理论,当被吸收组分在液相中溶解度很小时,以液相浓度表示的总传质系数 B 。 A大于液相传质分系数 B 近似等于液相传质分系数 C小于气相传质分系数 D 近似等于气相传质分系数 2.单向扩散中飘流因子 A 。
青岛科技大学 二○一一年硕士研究生入学考试试题 考试科目:机械设计 注意事项:1.本试卷共5道大题(共计37个小题),满分150分; 2.本卷属试题卷,答题另有答题卷,答案一律写在答题卷上, 写在该试题卷上或草纸上均无效。要注意试卷清洁,不要在 试卷上涂划; 3.必须用蓝、黑钢笔或签字笔答题,其它均无效。 ﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡ ﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡ 一、是非题:正确的以“T”表示,错误的以“F”表示(每小题3分,共30 分) 1.螺旋传动中的螺母、滑动轴承中的轴瓦、蜗杆传动中的蜗轮,多采 用青铜材料,这主要是为了提高导热能力。 2.齿轮外啮合传动中,将渐开线圆柱齿轮齿面间的凸--凸接触,改为 凸--凹接触(如双圆弧齿轮),有利于提高其表面接触强度。 3.螺纹的大径,在标准中定为公称直径。 4.V带剖面中两工作面的夹角为40°,所以V带轮轮槽的工作面的夹角 也是40°。 5.与滚子链相比,齿形链有传动平稳、噪声小,效率高,承受冲击载 荷能力较好和轮齿受力较均匀的优点。 6.直齿圆锥齿轮强度计算中,是以大端当量直齿圆柱齿轮为计算依据 的。 7.蜗杆传动的传动比等于蜗轮、蜗杆的直径比。 8.滑动轴承材料中,多孔质粉末冶金材料有自润滑性能。 9.自行车前轴属于固定心轴。 10.联轴器与离合器的主要作用是缓和冲击和振动。 2、选择填空(每小题3分,共30分) 1.在机械传动中,理论上能保证瞬时传动比为常数的是 。 A.带传动 B.链传动 C. 摩擦轮传动 D. 齿轮传动 2.运动粘度是动力粘度与同温下润滑油 的比值。
A.密度B.质量C.压力D.速度 3.当两个被联接件都比较薄,在被联接件上宜制成通孔,通孔的加工精度要求低,结构简单,装拆方便,往往采用 。 A.双头螺柱联接 B.绞制孔用螺栓联接 C.普通螺栓联接 D.螺钉联接 4.键的截面尺寸(键宽×键高)主要根据 来选择。 A.轴的直径 B.传递功率的大小 C.轮毂的长度 D.传递转矩的大小 5.带传动的主要失效形式之一是带的 。 A.松弛B.颤动C.疲劳破坏D.弹性滑动6.一材料为45钢,要求精度为6级的硬齿面齿轮,其制造工艺过程可在齿坯加工后顺序进行 。 A.滚齿、磨齿、表面淬火 B.滚齿、表面淬火、磨齿 C.渗碳淬火、滚齿、磨齿 D.渗碳淬火、磨齿、滚齿 7.蜗杆分度圆直径计算公式为 。 A.B.C.D. 8. 设计滚动轴承合理的配置时,对轴承跨距较大且工作温度较高的 轴,为了适应轴有较大的热伸长量,应考虑 。 A.双支点各单向固定 B.一支点双向固定,另一端支点游动 C. 两端游动支承 D.轴颈与轴承内圈采用很松的配 合 9. 增大轴在截面变化处的过渡圆角半径,可以 。 A.使零件的轴向定位比较可靠 B. 降低应力集中,提高轴的疲劳强度 C. 使轴的加工方便 10.轴的弯扭合成校核计算应力公式中,折合系数是考虑对的。 A.大小不同B.方向不同C.类型不同D.循环特性不 同 3、 简答题(每小题10分,共30分) 1. 何谓摩擦、磨损和润滑?它们之间的相互关系如何? 2.滑动轴承形成动压油膜的必要条件是什么? 其实际工作中处于什么润滑状态? 3.带传动的打滑经常在什么情况下发生?打滑多发生在大轮上还是小轮上?选择标准V带型号的主要依据是什么?
2019/2020 学年第一学期化工原理课程考试试题(C)卷 类别继续教育学院 适用专业化学工程与工艺 (答案写在答题纸上,写在试题纸上无效) 一填空题 10小题,每小题一空,每空2分,共20分。 1. 离心泵用出口阀调节流量实质上是改变______曲线. 2. 湍流区直管摩擦系数 仅是相对粗糙度的函数,与______ 无关。 3. 采用相同型号的离心泵串联或并联操作,对于低阻管路,宜采用___ 联操作。 4. 一稳定流动系统中,水由细管流入粗管,细管与粗管的流速分别为2m/s 与1m/s。两管连接处的局部阻力系数ζ=0.27,则水通过该局部所产生的压强降为______Pa。。 5. 随着温度的增加,空气的导热系数______。 6. 大容积中的饱和沸腾传热可分为三个阶段,工业生产中常在______阶段操作。 7. 精馏操作中的理想物系,其汽相为理想气体,服从______定律 8. 常压下用水吸收 CO2,该过程基本属于______膜控制。 9. 在吸收塔的设计中,气体流量,气体进出口组成和液相进口组成不变,若减少吸收剂用量,则传质推动力______。
10. 两组分理想溶液连续精馏,混合物进料的q值大于0小于1,则进料热状况为_____。 二选择题,10小题,每小题2分,共20分。 1、在完全湍流区,直管流动阻力与()成正比。 A、管内流动的雷诺数 B、管内平均速度的平方 C、管长L D、液体的粘度 2. 层流底层越薄,则以下结论正确的是()。 A、近壁处速度梯度越小 B、流动阻力越小 C、流动阻力越大 D、流体湍动程度越小 3.两台型号相同的泵串联操作的总压头()单台泵压头的两倍。 A、低于 B、等于 C、大于 D、不能确定 4.下列命题中不正确的为 A 。 A上升气速过大会引起漏液 B 上升气速过大会引起液泛 C上升气速过大会使塔板效率下降 D 上升气速过大会造成过量的液沫夹带 5. 二元溶液连续精馏计算中,进料热状态的变化将引起以下线的变化 B 。 A平衡线 B 提馏段操作线与q线 C平衡线与操作线 D 平衡线与q线 6. 对于易溶气体,H值______.
2010-2011 2 大学物理B 上(Ⅰ卷) 数理学院 48学时 各专业 (答案写在答题纸上,写在试题纸上无效) 一、选择题(每小题3分,共36分) 1. 质量为m =0.5 kg 的质点,在Oxy 坐标平面内运动,其运动方程为x =5t ,y =0.5t 2(SI ), 从t =2 s 到t =4 s 这段时间内,外力对质点作的功为:[ ] (A) 1.5 J . (B) 3 J . (C) 4.5 J . (D) -1.5 J . 2. 两辆小车A 、B ,可在光滑平直轨道上运动.第一次实验,B 静止,A 以0.5 m/s 的速率向右与B 碰撞,其结果A 以 0.1 m/s 的速率弹回,B 以0.4 m/s 的速率向右运动;第二次实验,B 仍静止,A 装上1 kg 的物体后仍以 0.5 m/s 1 的速率与B 碰撞, 结果A 静止,B 以0.5 m/s 的速率向右运动,如图.则A 和B 的质量分别为:[ ] (A) m A =2 kg , m B =3 kg (B) m A =3 kg , m B =2 kg (C) m A =3 kg , m B =5 kg (D) m A =5 kg, m B =3 kg 3. 设高温热源的热力学温度是低温热源的热力学温度的n 倍,则理想气体在一次卡诺循环中, 传给低温热源的热量是从高温热源吸取热量的:[ ] (A) n 倍. (B) n -1倍. (C) n 1倍. (D) n n 1 +倍. 4. 如图所示,一水平刚性轻杆,质量不计,杆长l =30 cm ,其上 穿有两个小球.初始时,两小球相对杆中心O 对称放置,与O 的距离d =10cm ,二者之间用细线拉紧.现在让细杆绕通过中心O 的竖直固定轴作匀角速度的转动,转速为ω 0,再烧断细线让两球向杆的两端滑动.不考虑转轴的和空气的摩擦,当两球都滑至杆端时,杆的角速度为:[ ] (A) 094ω (B) 049ω (C) 1 3 ω 0 (D)03ω 课程考试试题 学期 学年 拟题学院(系): 适 用 专 业: 1 kg v =0.5 m/s
word可编辑,欢迎下载使用! 1. 吸收塔的填料高度计算中,N OG反映吸收的难易程度。 2.在气体流量、气相进出口组成和液相进出口组成不变条件下,若减少吸收剂用量,则 操作线将靠近平衡线,传质推动力将减小,若吸收剂用量减至最小吸收剂用量时,意味着完成吸收任务需要的填料高度为无穷高。 3.精馏设计中,当回流比增大时所需理论板数减小增大、减小),同时蒸馏釜中所需加热 蒸汽消耗量增大(增大、减小),塔顶冷凝器中冷却介质消耗量增大(增大、减小)。 4.在精馏塔设计中,进料温度越高,进料状态参数q越小,完成相同的生产任务需 要的理论板数越多,塔底再沸器的热负荷越小。 5要分离乙醇-水共沸物,用恒沸精馏,所加入的第三组分为苯塔底的产物为无水乙醇。 6.在常压操作中,x A=0.2(摩尔分数,下同)的溶液与y A=0.15的气体接触,已知m=2.0,此时 将发生解析过程。 7.操作中的精馏塔,如果进料状态为泡点进料,进料组成为含轻组分0.4(摩尔分数)则 q线方程为:x=0.4 。 8.某二元混合物,进料量为100kmol/h,x F=0.6,要求塔顶产量为60 kmol/h,则塔顶组成 x D最大为100% 。 9.设计时,用纯水逆流吸收有害气体,平衡关系为Y=2X,入塔Y1=0.09,液气比(q n,l/q n,v) =3,则出塔气体浓度最低可降至0 ,若采用(q n,l/q n,v)=1.5,则出塔气体浓度最低可降至0.225 。 10.提馏塔的进料是在塔顶,与精馏塔相比只有提馏段。 11.吸收速率方程中,K Y是以Y- Y* 为推动力的气相总吸收系数,其单位是 kmol/m2 s 推动力。 1.在精馏操作中,进料温度不同,会影响_____B______。 A.塔顶冷凝器热负荷 B. 塔底再沸器热负荷 C. 两者都影响 2.某含乙醇12.5%(质量分数)的乙醇水溶液,其所含乙醇的摩尔比为(B )。 B .0.0559 C 0.0502 3. 填料塔的正常操作区域为 A 。 A.载液区 B .液泛区 C 恒持液量区 D 任何区域 4.某二元混合物,其中A为易挥发组分,液相组成x A=0.4,相应的泡点为t1,气相组成为y A=0.4,相应的露点组成为t2,则 D 。 A t1=t2 B t1 青岛科技大学硕士研究生入学考试化工原理考试大纲 一、?本化工原理考试大纲适用于报考青岛科技大学化工类专业的硕士研究生入学考试。 二、考试内容: (一)流体流动 1、流体静力学方程式 密度、压力、流体静力学基本方程式、静力学方程的应用(液柱压差计、液封、液面测量)。 2、流体流动基本方程 流量与流速、定态流动与非定态流动、连续性方程、柏努利方程、柏努利方程的应用。 3、流体流动现象 牛顿粘性定律、粘度、非牛顿型流体、流动型态和雷诺准数、管内层流与湍流的比较、边界层概念。 4、管内流动阻力损失 阻力计算通式、圆形直管内层流流动阻力损失、因次分析法、圆形直管内湍流流动损失、非圆形管内流动阻力、局部阻力。 5、管路计算 管路计算的类型和基本方法(设计型和操作型)、试差法、复杂管路计算(分支、并联)。6、流量测量 测速管、孔板流量计、转子流量计。 (二)流体输送机械 离心泵的工作原理及主要构件、基本方程式、主要性能参数、特性曲线、安装高度、工作点及流量调节、组合操作、类型与选用。 (三)机械分离和固体流态化 1、重力沉降 沉降速度、降尘室。 2、离心沉降 离心沉降速度、旋风分离器。 (四)传热 1、概述 2、热传导 付立叶定律、导热系数、平壁和圆筒壁的定态热传导。 3、对流传热 对流传热分析、传热边界层、对流传热系数的影响因数、因此分析在对流传热中的应用、流体作强制对流和自然对流时的对流传热系数、蒸汽冷凝和液体沸腾时的对流传热系数。 4、传热过程计算 总传热速率方程、热量衡算、总传热系数、平均温度差、传热面积、传热单元数法。 5、辐射传热 基本概念、物体的辐射能力、物体间的辐射传热、对流和辐射的联合传热。 6、换热器 换热器类型、换热器传热过程的强化途径、列管换热器的设计和选用。 (五)蒸馏 1、二元物系的气液平衡 相律和拉乌尔定律、理想溶液相图、相对挥发度。 2、蒸馏方式 大学物理作业本(上) 姓名 班级 学号 江西财经大学电子学院 2005年10月 质点动力学 练习题(一) 1.已知质点的运动方程为2 x= =,式中t以秒计,y t ,3t y x,以米计。试求:(1)质点的轨道方程,并画出示意图; (2)质点在第2秒内的位移和平均速度; (3)质点在第2秒末的速度和加速度。 2.质点沿半径R=0.1m 的圆作圆周运动,自A 沿顺时针方 向经B 、C 到达D 点,如图示,所需时间为2秒。试求: (1) 质点2秒内位移的量值和路程; (2) 质点2秒内的平均速率和平均速度的量值。 3.一小轿车作直线运动,刹车时速度为v 0,刹车后其加速度与速度成正比而反 向,即a=-kv ,k 为已知常数。试求: (1) 刹车后轿车的速度与时间的函数关系; (2) 刹车后轿车最多能行多远? A C 练习题(二) 1.一质点作匀角加速度圆周运动,β=β0,已知t=0,θ= θ0 , ω=ω0 ,求 任一时刻t 的质点运动的角速度和角位移的大小。 2.一质点作圆周运动,设半径为R ,运动方程为202 1 bt t v s -=,其中S 为弧长, v 0为初速,b 为常数。求: (1) 任一时刻t 质点的法向、切向和总加速度; (2) 当t 为何值时,质点的总加速度在数值上等于b ,这时质点已沿圆周 运行了多少圈? 3.一飞轮以速率n=1500转/分的转速转动,受到制动后均匀地减速,经t=50秒后静止。试求: (1)角加速度β; (2)制动后t=25秒时飞轮的角速度,以及从制动开始到停转,飞轮的转数N; (3)设飞轮的半径R=1米,则t=25秒时飞轮边缘上一点的速度和加速度的大小。 质点动力学 练习题(三) 1、质量为M的物体放在静摩擦系数为μ的水平地面上;今对物体施一与水平方向成θ角的斜向上的拉力。试求物体能在地面上运动的最小拉力。 新乡学院2011 —2012学年度第一学期 《化工原理》期末试卷A卷 课程归属部门:化学与化工学院试卷适用范围:09化学工程与工艺(本科) 题号-一一-二二-三总分 得分 111 1 8.吸收过程中的总阻力可表示为恳仁臥,其中-表 示,当H 时(很大、很小),1 1可忽略,则该过程 Hk L 近似为控制。 9.在常压下,X A 0.2 (摩尔分数,下同)的溶液与y A0.15的气体接触,已知 得分—.评卷人一、填空(每题1分,共30 分) 1. 吸收操作是依据_________________________________ ,以达到分离均相 气体混合物的目的。 2. 干燥速率曲线包括:恒速干燥阶段和___________ 阶段。在恒速干燥阶段,物料 的表面温度等于空气的__________ 温度,所干燥的水分为___________ 水分。 3. 二元理想物系精馏塔设计,若q n,F、X F、X D、X W、一定,将饱和液体进料改为 饱和蒸汽进料,则最小回流比___________ ,若在相同回流比下,所需的理论板 数_______ ,塔釜热负荷________ ,塔顶冷凝器热负荷_________ 。 4. 已知精馏段操作线方程 ______________ y=0.75x+0.2,则操作回流比R ,馏出液组成 X D=_____ ;提馏段操作线方程y 1.3x 0.021,则x w= . m 2,此时将发生_________ 。 10. 在分离乙醇和水恒沸物时,通常采用________ 精馏,加入的第三组分____ , 无水乙醇从塔 ____ (顶、底)引出。 11. 塔的负荷性能图中包括5条线,这5条线包围的区域表示________________ 。 12. 全回流操作时回流比R等于_________ ,精馏段操作线方程为 __________ 。 1 13.板式塔漏液的原因是______________ ,溢流堰的作用__________________ 。 14当空气相对湿度巾=98%寸.则空气的湿球温度t w、干球温度t、露点温度t d 之间的关系为 ____________________ 。 15.某两组份混合物的平均相对挥发度 2.0,在全回流下,从塔顶往下数对第 得分评卷人 选择题(每题2分,共30分) 5. 若x*-x近似等于X i - X,则该过程为_____________ 控制。 6. 用纯溶剂逆流吸收,已知q n,i /q n,v =m,回收率为0.9,则传质单元数 N D=_______ 。 7. 蒸馏在化工生产中常用于分离均相_____________ 混合物,其分离的依据是根据_____________________ 。1. 在恒定干燥条件下将含水20%(干基,下同)的湿物料进行干燥,开始时 干燥速度恒定,当干燥至含水量为5%寸,干燥速度开始下降,再继续干燥至物料衡重,并设法测得此时物料含水量为0.05%,则物料的临界含水量为(),平衡含水量()。 (A)5% (B)20% (C)0.05% (D)4.95% 2008-2009 2 大学物理B (上)(Ⅱ卷) 数 理 学 院 08级 48学时各专业 考试时间:2009-08-28 (答案写在答题纸上,写在试题纸上无效) 一、 选择题 (本题共36分,每小题3分) 1. 一质点作直线运动,某时刻的瞬时速度=v 2 m/s ,瞬时加速度2/2s m a -=,则一秒钟后质 点的速度 (A ) 不能确定. (B )等于 2 m/s . (C ) 等于2 m/s . (D )等于零. [ ] 2. 某人骑自行车以速率v 向西行驶,今有风以相同速率从北偏东30o方向吹来,试问人感到 风从哪个方向吹来? (A )北偏东30o. (B )南偏东30o. (C )北偏西30o. (D )西偏南30o. [ ] 3. 水平地面上放一物体A ,它与地面间的滑动摩擦系数为μ.现加一恒 力F ?如图所示.欲使物体A 有最大加速度,则恒力F ?与水平方向夹角θ应 满足 (A ) sin θ=μ. (B ) cos θ=μ. (C ) tg θ=μ. (D ) ctg θ=μ. [ ] 4. 质量为m 的质点,以不变速率v 沿图中正三角形ABC 的水平光滑轨道运动.质 点越过A 角时,轨道作用于质点的冲量的大小为 (A) m v . (B) 2m v . (C) 2m v . (D) 3m v . [ ] 5. 质量为m 的质点在外力作用下,其运动方程为 j t B i t A r ρρρ ωωsin cos += 式中A 、B 、 ω 都是正的常量.由此可知外力在t =0到t =π/(2ω)这段时间内所作的功为 (A) )(2 1 222B A m +ω (B) )(2 1 222B A m -ω F θ A 课程考试试题 学期 学年 拟题人: 校对人: 拟题学院(系): 适 用 专 业: A 第3章非均相物系分离 一、选择题 恒压过滤且介质阻力忽略不计时,如粘度降低20%,则在同一时刻滤液增加()。A、11.8%;B、9.54%; C、20%; D、44% 板框式压滤机由板与滤框构成,板又分为过滤板和洗涤板,为了便于区别,在板与框的边上设有小钮标志,过滤板以一钮为记号,洗涤板以三钮为记号,而滤框以二钮为记号,组装板框压滤机时,正确的钮数排列是(). A、1—2—3—2—1 B、1—3—2—2—1 C、1—2—2—3—1 D、1—3—2—1—2 与沉降相比,过滤操作使悬浮液的分离更加()。 A、迅速、彻底 B、缓慢、彻底 C、迅速、不彻底 D、缓慢、不彻底 多层隔板降尘室的生产能力跟下列哪个因素无关()。 A、高度 B、宽度 C、长度 D、沉降速度 降尘室的生产能力()。 A、与沉降面积A和沉降速度ut有关 B、与沉降面积A、沉降速度ut和沉降室高度H有关 C、只与沉降面积A有关 D、只与沉降速度ut有关 现采用一降尘室处理含尘气体,颗粒沉降处于滞流区,当其它条件都相同时,比较降尘室处理200℃与20℃的含尘气体的生产能力V的大小()。 A、V200℃>V20℃ B、V200℃=V20℃ C、V200℃ 判断 有效的过滤操作是()。 A、刚开始过滤时 B、过滤介质上形成滤饼层后 C、过滤介质上形成比较厚的滤渣层 D、加了助滤剂后 当固体粒子沉降时,在层流情况下,Re =1,其ζ为()。 A、64/Re B、24/Re C、0.44 D、1 含尘气体通过降尘室的时间是t,最小固体颗粒的沉降时间是t 0,为使固体颗粒都能沉降下来,必须(): A、t 青岛科技大学2005年研究生入学考试试题 考试科目: 机械设计(A 卷)(答案全部写在答题纸上) 一、选择填空(每小题2分,共20分) 1.蜗杆传动中,轮齿承载能力计算,主要是针对 来进行的。 A) 蜗杆齿面接触疲劳强度和蜗轮齿根弯曲疲劳强度 B) 蜗轮齿面接触疲劳强度和蜗杆齿根弯曲疲劳强度 C) 蜗杆齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度 D) 蜗轮齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度 2.齿轮传动的动载荷系数中,动载荷系数v K 的大小主要与 有关。 A) 制造精度 B) 齿轮模数 C) 端面重合度 D) 轮齿宽度 3.滚动轴承基本额定动载荷所对应的基本额定寿命是 。 A) 710; B) 2.5×710 C) 610 D)5×6 10 4.当轴上安装的零件要承受轴向力时,采用 来进行轴向定位,所能承受的轴向力较大。 A) 圆螺母 B) 紧定螺钉 C) 弹性挡圈 5.离合器与联轴器的不同点为 。 A) 过载保护 B) 可以将两轴的运动和载荷随时脱离和接合 C) 补偿两轴间的位移 6.滚动轴承的内外圈及滚动体的表面硬度为 ;软齿面齿轮的齿面硬度为 。 A) 150HBS B)(20~32)HBS C) ≤350 HBS D) (60~65)HRC 7. 某轴材料为45钢,两支点采用深沟球轴承支承,验算时发现轴的刚度不够,这时应 。 A )改为合金钢轴 B )改为滚子轴承 C) 增加轴径 D) 改为滑动轴承 8.带传动采用张紧轮的目的是 。 A) 调节带的初拉力 B) 提高带的寿命 C) 改变带的运动方向 D) 减轻带的弹性滑动 9.圆锥齿轮为了测量和计算方便标准模数取在 ,受力分析时模数取在 。 A) 分度圆锥面 B) 轮齿大端 C) 齿宽中点 D)锥距中点 10.当采用铰制孔用螺栓联接承受横向载荷时,螺栓杆受到 作用。 A) 剪切和挤压 B )拉伸和剪切 C) 弯曲和挤压 D) 扭转和弯曲 二、填空题(每空1分,共25分) 1.在普通平健联接中,平健的工作面是 ,其最主要的失效形式是 ,平健的剖面尺寸(h b ?)按 从标准中选取。 2.直齿圆柱齿轮齿根弯曲强度计算中,载荷作用于齿顶时的齿形系数Fa Y 与 有关。 3.影响单根V 带实际所能传递功率的主要因素有 、 、 、 。 4.有一非液体润滑的径向滑动轴承,宽径比5.1/=d B ,轴径=d 100mm,若轴承材料的许用值 5][=p MPa, 10][=pv MPa.m/s ,3][=v m/s ,轴的转速500=n r/min ,则该轴允许承受的载荷=max F 。(4分) 5.有一滚动轴承的代号为7211C/P5, 其类型为 ,尺寸系列为 ,轴承孔内径为 mm , 一填空题,1 管路特性 2 Re 3 并 4 540 5增加 6 核状沸腾7道尔顿 分压定律(或理想气体状态方程)8液膜9减小10 气液混合进料 1. 离心泵用出口阀调节流量实质上是改变______曲线. 2. 湍流区直管摩擦系数 仅是相对粗糙度的函数,与______ 无关。 3. 采用相同型号的离心泵串联或并联操作,对于低阻管路,宜采用___ 联操作。 4. 一稳定流动系统中,水由细管流入粗管,细管与粗管的流速分别为2m/s与1m/s。两管连接处的局部阻力系数ζ=0.27,则水通过该局部所产生的压强降为______Pa。。 5. 随着温度的增加,空气的导热系数______。 6. 大容积中的饱和沸腾传热可分为三个阶段,工业生产中常在______阶段操作。 7. 精馏操作中的理想物系,其汽相为理想气体,服从______定律 8. 常压下用水吸收CO2,该过程基本属于______膜控制。 9. 在吸收塔的设计中,气体流量,气体进出口组成和液相进口组成不变,若减少吸收剂用量,则传质推动力______。 10. 两组分理想溶液连续精馏,混合物进料的q值大于0小于1,则进料热状况为 _____。 二选择题,1、B 2、C 3、A 4、A 5、B 6、A 7、A 8、B 9、 A 10、B 1、在完全湍流区,直管流动阻力与()成正比。 A、管内流动的雷诺数 B、管内平均速度的平方 C、管长L D、液体的粘度 2. 层流底层越薄,则以下结论正确的是()。 A、近壁处速度梯度越小 B、流动阻力越小 C、流动阻力越大 D、流体湍动程度越小 3.两台型号相同的泵串联操作的总压头()单台泵压头的两倍。 A、低于 B、等于 C、大于 D、不能确定 4.下列命题中不正确的为 A 。 A上升气速过大会引起漏液 B 上升气速过大会引起液泛 C上升气速过大会使塔板效率下降 D 上升气速过大会造成过量的液沫夹带 5. 二元溶液连续精馏计算中,进料热状态的变化将引起以下线的变化 B 。 A平衡线 B 提馏段操作线与q线 C平衡线与操作线 D 平衡线与q线6. 对于易溶气体,H值______. 本卷共2页第2 页835化工原理考试大纲
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