化工原理試題庫及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.以下關(guān)于雷諾數(shù)（Re）的描述中，錯(cuò)誤的是（）A.Re是無量綱數(shù)，反映流體流動中慣性力與粘性力的比值B.對于圓管內(nèi)的流動，當(dāng)Re＜2000時(shí)為層流，Re＞4000時(shí)為湍流C.雷諾數(shù)的計(jì)算式為Re=ρvd/μ，其中d為管道當(dāng)量直徑D.流體的密度ρ越大、流速v越高，Re越小答案：D（解析：Re與ρ、v成正比，與μ成反比，因此ρ或v增大時(shí)，Re應(yīng)增大）2.離心泵啟動前需灌泵，主要目的是（）A.防止氣蝕現(xiàn)象B.防止氣縛現(xiàn)象C.提高泵的揚(yáng)程D.降低軸功率答案：B（解析：氣縛是因泵內(nèi)存在氣體導(dǎo)致葉輪無法形成足夠真空，無法吸液；灌泵可排除氣體，避免氣縛）3.關(guān)于對流傳熱系數(shù)α的影響因素，以下說法正確的是（）A.流體的導(dǎo)熱系數(shù)λ越大，α越小B.流體的流速u越高，α越大C.流體的粘度μ越大，α越大D.傳熱面的形狀不影響α答案：B（解析：流速提高可增強(qiáng)湍流程度，減少層流底層厚度，從而增大α；λ越大、μ越小，α通常越大；傳熱面形狀（如圓管、平板）會影響邊界層發(fā)展，故影響α）4.某二元理想溶液的相對揮發(fā)度α=2.5，若液相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)x=0.4，則與之平衡的氣相摩爾分?jǐn)?shù)y為（）A.0.571B.0.625C.0.723D.0.812答案：A（解析：理想溶液服從拉烏爾定律，y=αx/[1+(α-1)x]=2.5×0.4/[1+1.5×0.4]=1/1.7≈0.571）5.在逆流吸收塔中，若其他操作條件不變，僅增大吸收劑流量L，則（）A.吸收率η增大，出塔液體組成x?增大B.吸收率η增大，出塔液體組成x?減小C.吸收率η減小，出塔液體組成x?增大D.吸收率η減小，出塔液體組成x?減小答案：B（解析：增大L會提高傳質(zhì)推動力，吸收率η增大；但由于氣體流量G不變，溶質(zhì)吸收量增加，而L增大，故x?=（G/L）(y?-y?)會減?。?.以下關(guān)于干燥過程的描述中，錯(cuò)誤的是（）A.恒速干燥階段的干燥速率由表面汽化控制B.降速干燥階段的干燥速率由內(nèi)部擴(kuò)散控制C.臨界含水量是恒速段與降速段的分界點(diǎn)D.空氣的濕度H越大，干燥速率越快答案：D（解析：空氣濕度H越大，其吸濕能力越弱，干燥速率越慢）7.某流體在圓形直管中作層流流動，若流量增加一倍，管長不變，管徑不變，則沿程阻力損失（）A.增加一倍B.增加兩倍C.增加四倍D.不變答案：A（解析：層流時(shí)沿程阻力損失h_f=32μlu/(ρd2)，而流量Q=πd2u/4，u=4Q/(πd2)，故h_f與Q成正比，流量加倍則h_f加倍）8.列管式換熱器中，冷流體走管程、熱流體走殼程，若冷流體入口溫度降低，其他條件不變，則總傳熱系數(shù)K（）A.增大B.減小C.不變D.無法確定答案：C（解析：總傳熱系數(shù)K主要取決于流體的物性、流速和換熱器結(jié)構(gòu)，與流體入口溫度無直接關(guān)系）9.精餾塔操作中，若進(jìn)料熱狀況參數(shù)q=1（飽和液體進(jìn)料），則q線方程為（）A.y=xB.y=∞（垂直線）C.y=0（水平線）D.y=qx/(q-1)-x_F/(q-1)答案：B（解析：q=1時(shí)，q線斜率為q/(q-1)=∞，故q線為垂直于x軸的直線x=x_F）10.以下關(guān)于過濾操作的描述中，正確的是（）A.恒壓過濾時(shí)，過濾速率隨時(shí)間延長而減小B.過濾介質(zhì)的阻力可以忽略時(shí)，濾液體積與時(shí)間成正比C.濾餅的壓縮性指數(shù)s=0表示濾餅不可壓縮D.提高過濾壓力可增大過濾速率，因此壓力越高越好答案：A（解析：恒壓過濾時(shí)，濾餅厚度增加導(dǎo)致阻力增大，過濾速率逐漸減??；B錯(cuò)誤，此時(shí)濾液體積與時(shí)間平方根成正比；C錯(cuò)誤，s=0表示濾餅不可壓縮；D錯(cuò)誤，高壓可能導(dǎo)致濾餅壓縮，阻力反而增大）二、填空題（每空1分，共20分）1.流體靜力學(xué)基本方程的表達(dá)式為__________，其適用條件是__________、__________。答案：p=p?+ρgh；連續(xù)靜止；不可壓縮流體2.離心泵的主要性能參數(shù)包括__________、__________、__________和效率。答案：流量；揚(yáng)程；軸功率3.對流傳熱中，努塞爾數(shù)Nu的定義式為__________，其物理意義是__________。答案：Nu=αL/λ；壁面處無量綱溫度梯度（或?qū)α鱾鳠崤c導(dǎo)熱的相對強(qiáng)度）4.精餾操作中，全回流時(shí)的特點(diǎn)是__________、__________，此時(shí)所需理論板數(shù)__________（填“最多”“最少”或“不變”）。答案：塔頂無產(chǎn)品采出；塔底無物料排出；最少5.吸收過程的相平衡關(guān)系可用亨利定律表示，其常見形式有__________、__________（寫出兩種）。答案：p=Ex；y=mx6.干燥過程中，空氣的干球溫度為t，濕球溫度為t_w，露點(diǎn)為t_d，三者的大小關(guān)系為__________（不飽和空氣）。答案：t＞t_w＞t_d7.流體在管內(nèi)流動時(shí)，邊界層可分為__________和__________，湍流時(shí)管中心存在__________。答案：層流內(nèi)層；緩沖層；湍流核心8.列管式換熱器的熱補(bǔ)償方法主要有__________、__________和__________。答案：浮頭式；U型管式；補(bǔ)償圈（膨脹節(jié)）9.恒速干燥階段，物料表面溫度等于__________，此時(shí)干燥速率由__________控制。答案：空氣的濕球溫度；表面汽化速率三、計(jì)算題（共50分）1.流體流動計(jì)算（15分）某水平輸水管路由兩段組成，前段為φ57mm×3.5mm的鋼管（內(nèi)徑d?=50mm），后段為φ89mm×4.5mm的鋼管（內(nèi)徑d?=80mm）。水在前段的流速u?=2m/s，密度ρ=1000kg/m3，粘度μ=1mPa·s。試求：（1）后段管道內(nèi)的流速u?；（2）判斷兩段管道內(nèi)的流動型態(tài)；（3）若前段管道長度L?=50m，局部阻力系數(shù)Σζ?=2.5，計(jì)算前段的總能量損失（包括沿程阻力和局部阻力）。解答：（1）根據(jù)連續(xù)性方程u?A?=u?A?，A=πd2/4，故u?=u?(d?/d?)2=2×(50/80)2=2×0.3906=0.781m/s（2）前段Re?=ρu?d?/μ=1000×2×0.05/0.001=100000＞4000（湍流）后段Re?=ρu?d?/μ=1000×0.781×0.08/0.001=62480＞4000（湍流）（3）沿程阻力系數(shù)λ?：湍流時(shí)，鋼管的絕對粗糙度ε=0.2mm，相對粗糙度ε/d?=0.2/50=0.004。查莫迪圖得λ?≈0.032沿程阻力損失h_f1=λ?(L?/d?)(u?2/2)=0.032×(50/0.05)×(22/2)=0.032×1000×2=64J/kg局部阻力損失h_j1=Σζ?(u?2/2)=2.5×(4/2)=5J/kg總能量損失h_total=64+5=69J/kg2.傳熱計(jì)算（15分）某列管式換熱器用120℃的飽和水蒸氣加熱管內(nèi)流動的空氣，空氣入口溫度t?=20℃，出口溫度t?=80℃，流量G=1.2kg/s，空氣的定壓比熱容c_p=1.01kJ/(kg·℃)。換熱器的總傳熱系數(shù)K=80W/(m2·℃)，假設(shè)水蒸氣側(cè)的熱阻可忽略，試求：（1）換熱器的熱負(fù)荷Q；（2）對數(shù)平均溫差Δt_m；（3）所需的傳熱面積A（逆流操作）。解答：（1）熱負(fù)荷Q=Gc_p(t?-t?)=1.2×1010×(80-20)=1.2×1010×60=727200W=727.2kW（2）逆流時(shí)，熱流體（水蒸氣）溫度T=120℃（恒定），冷流體溫度t?=20℃→t?=80℃Δt?=T-t?=120-20=100℃，Δt?=T-t?=120-80=40℃對數(shù)平均溫差Δt_m=(Δt?-Δt?)/ln(Δt?/Δt?)=(100-40)/ln(100/40)=60/ln2.5≈60/0.916≈65.5℃（3）傳熱面積A=Q/(KΔt_m)=727200/(80×65.5)≈727200/5240≈138.8m23.精餾計(jì)算（20分）某連續(xù)精餾塔分離苯-甲苯混合液（可視為理想溶液），進(jìn)料量F=100kmol/h，進(jìn)料組成x_F=0.4（苯的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），泡點(diǎn)進(jìn)料（q=1），塔頂餾出液組成x_D=0.95，塔底釜液組成x_W=0.05。操作回流比R=2，苯對甲苯的相對揮發(fā)度α=2.5。試求：（1）塔頂餾出液流量D和塔底釜液流量W；（2）精餾段操作線方程；（3）提餾段操作線方程；（4）用圖解法計(jì)算理論板數(shù)（要求寫出關(guān)鍵步驟，假設(shè)塔頂為全凝器，塔底為再沸器）。解答：（1）物料衡算：F=D+W；Fx_F=Dx_D+Wx_W代入數(shù)據(jù)：100=D+W；100×0.4=0.95D+0.05W解得：W=100-D，代入第二式：40=0.95D+0.05(100-D)=0.95D+5-0.05D=0.9D+5→0.9D=35→D≈38.89kmol/h，W=61.11kmol/h（2）精餾段操作線方程：y=(R/(R+1))x+x_D/(R+1)=(2/3)x+0.95/3≈0.6667x+0.3167（3）提餾段操作線方程：q=1時(shí)，L'=L+qF=RD+F=2×38.89+100=77.78+100=177.78kmol/hV'=V-(1-q)F=V=R+1)D=3×38.89≈116.67kmol/h（因q=1，V'=V）提餾段操作線方程：y=(L'/V')x-(Wx_W)/V'=(177.78/116.67)x-(61.11×0.05)/116.67≈1.524x-0.0262（4）圖解法步驟：①繪制相平衡曲線：y=αx/[1+(α-1)x]=2.5x/(1+1.5x)，計(jì)算若干點(diǎn)（如x=0→y=0；x=0.4→y≈0.571；x=0.95→y≈0.982）并描點(diǎn)連線。②繪制精餾段操作線（R=2，過點(diǎn)(0.95,0.95)和(0,0.3167)）。③繪制q線（q=1，垂直于x軸的直線x=x_F=0.4）。④求精餾段操作線與q線的交點(diǎn)d（x=0.4，y=0.6667×0.4+0.3167≈0.2667+0.3167≈0.5834）。⑤繪制提餾段操作線（過點(diǎn)d和(0.05,0.05)）。⑥從點(diǎn)a(x_D=0.95,y_D=0.95)開始，在相平衡曲線和操作線之間作階梯：-第一板：y?=0.95，由相平衡曲線得x?=(y?)/(α-(α-1)y?)=0.95/(2.5-1.5×0.95)=0.95/(2.5-1.425)=0.95/1.075≈0.884-第二板：x?=0.884代入精餾段操作線，y?=0.6667×0.884+0.3167≈0.589+0.3167≈0.906（此處可能需更精確計(jì)算，實(shí)際階梯數(shù)需逐步繪制）-當(dāng)階梯跨過q線交點(diǎn)d后，改用提餾段操作線繼續(xù)作圖，直到x≤x_W=0.05。最終理論板數(shù)約為7塊（包括再沸器，若再沸器視為一塊理論板，則實(shí)際塔板數(shù)為6塊）。四、分析題（共10分）題目：某工廠用離心泵輸送清水，運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)流量顯著下降，試分析可能的原因（至少列出4種）。解答：（1）葉輪磨損或腐蝕：長期運(yùn)行導(dǎo)致葉輪表面受損，做功能力下降，流量減少。（2）吸入管路堵塞：入口閥門開度減小、過濾器堵塞或管路內(nèi)有雜物堆積，增大了吸入阻力，