化工原理试题

1 .某流化床反应器上装有两个U管压差计，如图所示，测得R1=400mm, R2=50mm,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R3=50mm。试求A、B两处的表压强。 解: 如图

据静力学基本原则，1-1’和2-2’为等压面。由静力学基本方程式，得

PAP1P1'水gR3HggR210009.80.0513.61039.80.05=7.16*103 Pa

PBP2P2'PAHggR1

7.1610313.61039.80.4

=6.05*104 Pa

所以，流化反应床中A处的表压强为7.16*103 Pa，B处的表压强为 6.05*104 Pa。

2 .常温的水在如图所示的管路中流动，为测量A、B两截面间的压力差，安装了两个串联的U形管压差计，指示液为汞。测压用的连接管中充满水。两U形管的连接管中，充满空气。若测压前两U形压差计的水银液面为同一高度，试推导A、B两点的压力差与液柱压力汁的读数之间的关系式。

解 设测压前两U形压差计的水银液面，距输水管中心线的距离为H。 在等压面22'处

RRR2p2pAH1水gR1汞g1气g22R2p'2pBH水gR2汞g

2因

p2p'2，由上两式求得

水气pApB(R1R2)汞2因

g气水

故

水 pApBR1R2汞-g2

3.高位槽内的水面高于地面8m，水从ф108mm*4mm的管道中流出，管路出口高于地面2m 在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按 h f  6 .5 u 2 算（不包括出口阻力损 失），其中u为水在管内的流速，m/s。试计算：（1）A-Aˊ截面处水的流速；（2）水的流量 以m3/h计。

解： 取高位槽水面为上游截面1-1’，取排出口内侧为下游截面2-2’，并以地面为基准面 ，在两截面间列伯努利方程，即

gz112p112p2u1Wegz2u2hf 222，又因高位槽截面比管道截面大得多，在体积流量 h6.5uf式中，We=0，P1=P2=Pa,

相同的情况下，高位槽内水的流速比管道中水的流速小得多，故可认为u1=0，即

gz1gz212u26.5u2 27u2g(z1z2)9.8(82)

u=2.9 m/s 由连续性方程, uAAAAu2A22

据题意,A2, AAA2,得出 uAu22.9m/s d=0.108-0.04*2=0.1m

1VSuAd2u413.140.122.93600482m3/h

4.如图所示，有一高位槽输水系统，管径为 d  0 . m 。已知水在管路中流动的机械205增加20%，应将高位槽水面升高多少米？

uh45能损失为 f 2 (u为管内流速)。试求水的流量为多少。欲使水的流量

m， 解 ：管径d0.05u2机械能损失hf452

(1) 以流出口截面处水平线为基准面，

Z15m,Z20,u10,u2？

22u2u2Z1g4522

水的流量

2Z1g59.81u21.46 m/s

462323qV42d2u40.05146.287.103m/10s3 .3／m

h(2)

q'V10.2qV1.2qV

'u21.2u21.21.461.75 m/s

Z'1g23(u'2)高位槽应升高

2

23(1.75)2Z'17.81 m

9.817.1852.18 m

5 .直径为ф60mm*3mm的钢管用30mm厚的软木包扎，其外又用100mm厚的保温灰包扎，以作为绝热层。现测得钢管外壁温度为-110℃，绝热层外表面温度为10℃。已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07 W/(m·℃)，试求每米管长的冷量损失量。 解：已知r1=0.06/2=0.03m, r2=0.03+0.03=0.06m, r3=0.06+0.1=0.16m,

t1=－110℃, t3=10℃,1=0.043 W/(m·℃), 2=0.07 W/(m·℃) 据多层热传导公式，可知

2(t1t3)Q1r21r3Llnln1r12r2 2(11010)

10.0610.16lnln0.0430.030.070.0625W/m即每米管长的损失量为25W/m。

6.某工厂用  mm  5 mm 的无缝钢管输送水蒸气，为了减少沿途的热损失，在管外包17011了两层绝热材料：第一层为厚30mm的矿渣棉，其导热率为 0.065W  m  K ；第二

11mK层为厚30mm的石灰棉，其导热率为 0.21W  。管内壁温度为 300℃，外层表面

温度为40℃。管道长50m。试求管道的散热量。无缝钢管导热率为 45Wm1K1解： 已知：棉0.065Wm1K1，灰0.21Wm1K1

45Wm1K1

查表得：钢

Q1l2t1t4d21d31d4lnlnln1d12d23d3d20.17ln0.0606， 其中：lnd10.16

d30.23lnln0.302， d20.17d40.29ln0.231 lnd30.23

Q230040284Wm1， 0.06060.3020.231l450.0650.21

Q284501.42104W14.2kW

7．在一单管程管壳式换热器中，用饱和蒸气加热原料油。温度为160℃的饱和蒸气在壳程冷凝（排出时为饱和液体），原料油在管程流动，并由20℃加热到106℃。管壳式换热器尺寸为：列管直径ф19mm*2mm、管长4m，共有25根管子。若换热器的传热量为125KW，蒸汽冷凝传热系数为7000 W/(m2·℃)，油侧污垢热阻可取为0.0005 m2·℃/W，管壁热阻和蒸汽侧垢层热阻可忽略，试求管内油侧对流传热系数。 解：先按逆流方式计算平均温度差,

t1Tt2=160-106=54℃ t2Tt1=160-20=140℃

t21402 t154 tmt2t11405490.3℃

140t2lnln54t12 Sindil253.140.01544.71m

由 QKiSitm, 可得 Ki Q Sitm125000295 W/(m2·℃)

4.7190.3由管内侧对流传热计算公式

bdidd11RsiRsoii Kiidmdoodo据题意，管壁热阻和蒸汽侧垢层热阻可忽略，则上式简化为

d11Rsii Kiiodo即i1d1RsiiKiodo

110.0150.000529570000.019

360 W/(m2·℃)

180mm8.在一套管式换热器中，内管为  mm  10 的钢管，内管中热水被冷却，热水流

量为 3000kg  h  1 ，进口温度为 90℃ ，出口为 60℃。环隙中冷却水进口温度为50℃，

1总传热系数 K  2000W  m  2  K 。试求：（1）冷却水用量；（2）并流流动时的平均温度差及所需的管子长度；（3）逆流流动时的平均温度差及所需的管子长度。 解：⑴cp

4.186kJkg1C1，

QG1cpt1t2G2cpT2T1 G230004.18690603000kgh1；

4.1865020 ⑵t1T1902070C， t2T2605010C，

7050t30.6C， m 70ln10Q30004.18610390601.71m2， AKtm3600200030.6A1.713.4m； Ld3.140.16 ⑶t1T2905040C， t2T1602040C，

404040240C， ，tm402

Q30004.1861039060A1.31m2， Ktm3600200040 LA1.31d3.140.162.6m。