广东工业大学：《化工原理》课程教学资源（习题解答）化工原理典型习题解答

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

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 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 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h=kd2=如hd2m h {a)(a (2)由h=2 d 2 得 d1(d1)d1 2a,(d,)d 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%,而髙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.1.155倍 倍C.1.175倍 85倍 PI p2 得 所以 (+1)=2d 又由完全湍流流动 得

1 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 2 2 2 32 2 64 2 d u lu d l du u d l hf     =    =   = 得 2 16 4 4 2 1 2 2 1 2 2 1 2 1 2 2 2 1 1 2 = =         =                  = = d d d d d d u d u d h h f f (2) 由 2 2 2 2 u d l d f u d l hf        =   =   得 2 32 5 5 2 1 2 1 4 2 1 2 2 1 1 2 2 1 2 = =          =         = = d d d d d d u d u d 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 hf p u gz p u gz + + = + + +  2 2 2 2 2 2 2 1 1 1   得 hf 1 = hf 2 所以 ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 u d u l l d l l e e  +  =  +    又由完全湍流流动 得       = d f  

所以 (+l)2·42=(+l)2l2 所以F 1.1547 V(+1)2V0.75 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/m3,水的密度为9982kg/m3,水的粘度为 1.005×10-3Pas,空气的密度为1.205kg/m3,空气的粘度为181×10-Pas (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.8612B.9612C.10612D.11612 (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 d2(e, -p)g 184 184l V(e, -plg 所以 =.(o-P2=12300120100912 do (e-p, )u (2500-998.2)×1.81×10 184R 得1=-18 18, V(e, -p)gi 所以d 2500-1.205)×1005×10×2 d,v(p-p )u,K =13.593 (2500-9982)×1.81×10-3×1 4.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/mn3,空气 的密度为1.205kg/m3,空气的粘度为181×105Pas。则 (1)在层流区沉降的最大颗粒直径为B×10°m A.3639B.4639C.5.639D.6.639 (2)在湍流区沉降的最小颗粒直径为C×10-m

2 所以 ( ) ( ) 2 2 2 2 l + l e 1 u1 = l + l e u 而 2 4 V uA u d  = =  所以 ( ) ( ) 1.1547 0.75 1 2 1 1 2 1 2 = = + + = = 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/m3 ，水 的密 度为 998.2kg/m3 ，水 的粘 度 为 1.00510-3Pas，空气的密度为 1.205kg/m3，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 ( )    18 2 d g u s t − = 得 ( )g u d s t    − = 18 所以 ( ) ( ) ( ) ( ) 9.612 2500 998.2 1.81 10 2500 1.205 1.005 10 5 3 = −   −   = − − = − − s w a s a w a w d d       (2) 由 ( ) R d u u s T r 2 2 18  − =    ， gR u K T c 2 = 得 ( ) c s r gK d u  − =    18 2 ， ( ) s c r gK u d    − = 18 所以 ( ) ( ) ( ) ( ) 13.593 2500 998.2 1.81 10 1 2500 1.205 1.005 10 2 5 3 = −    −    = − − = − − s w a cw s a w ca a w K K d d       4. 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/m3，空气 的密度为 1.205kg/m3，空气的粘度为 1.8110-5Pas。则 (1) 在层流区沉降的最大颗粒直径为 B 10-5m。 A．3.639 B．4.639 C．5.639 D．6.639 (2) 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Re 得 Re d2C 所以d=18 8×(81×102) p 1205×(50001.205)×98074639×105m (2)由 a4=1.740O.-k 得 d(, -plg d(p-p)g uRe P1.742d2p 所以 d 81×10 =i7D(2-p=1n4x125×003812407 5.对不可压缩滤饼先进行恒速过滤后进行恒压过滤。 (1)恒速过滤时,已知过滤时间为100s时,过滤压力差为3×10Pa;过滤时间 为500s时,过滤压力差为9×10Pa则过滤时间为300s时,过滤压力差为C A.4×104PaB.5×104PaC.6×104PaD.7×104Pa (2)若恒速过滤300s后改为恒压过滤,且已知恒速过滤结束时所得滤液体积为 075m3,过滤面积为1m2,恒压过滤常数为K=5×103m2/s,q=0m3/m(过滤介 质的阻力可以忽略)。则再恒压过滤300后,又得滤液体积为D。 A.0.386m3B.0486m3C.0.586m3D.0.686m 解:(1)由p=a0+b 3×104=100a+b 得 9×104=500a+b 两式相减,得6×104=400a,a 6×10 150

3 A．1.024 B．1.124 C．1.224 D．1.324 解：(1) 由  dut  Re = 得   d ut Re = 而 ( )    18 2 d g u s t − = 所以 ( ) ( ) ( ) m g d s 5 3 2 5 3 2 4.639 10 1.205 5000 1.205 9.807 18 Re 18 1.81 10 1 − − =   −     = − =     (2) 由 ( )  d   g u s t − = 1.74 得 ( )      d d s g Re 1.74 = − ( ) 2 2 2 2 2 1.74 Re      d d s g = − 所以 ( ) ( ) ( ) m g d d s 3 3 2 2 2 5 3 2 2 2 1.224 10 1.74 1.205 5000 1.205 9.807 1.81 10 1000 1.74 Re − − =    −    = − =      5. 对不可压缩滤饼先进行恒速过滤后进行恒压过滤。 （1）恒速过滤时，已知过滤时间为 100s 时，过滤压力差为 3104Pa；过滤时间 为 500s 时，过滤压力差为 9104Pa。则过滤时间为 300s 时，过滤压力差为 C 。 A．4104Pa B．5104Pa C．6104Pa D．7104Pa （2）若恒速过滤 300s 后改为恒压过滤，且已知恒速过滤结束时所得滤液体积为 0.75m3，过滤面积为 1m2，恒压过滤常数为 K=510-3m2 /s，qe=0m3 /m2 (过滤介 质的阻力可以忽略)。则再恒压过滤 300s 后，又得滤液体积为 D 。 A．0.386m3 B．0.486m3 C．0.586m3 D．0.686m3 解：(1) 由 p = a + b 得 a b a b  = +  = + 9 10 500 3 10 100 4 4 两式相减，得 6 10 400a 4  = ， 150 400 6 104 =  a =

所以b=3×104-100 所以Ap=150×300+15000=60000=6×104Pa )由(2-q2)+29.(q-q)=K(0-2) 得(q2-q2)≥=k(a-a2) K(- K(-6 =√075)+5×10×300=20625=14361 △q=14361-075=06861m3/m 6.对某悬浮液进行恒压过滤。已知过滤时间为300s时,所得滤液体积为0.75m3, 且过滤面积为1m2,恒压过滤常数K=5×103m2/s。若要再得滤液体积0.75m3,则 又需过滤时间为C A.505sB.515sC.525sD.535s 解:由q2+2qq=KO 得 Ke 所以 5×10 2×0.75 152+2×0.625×1.5 △O=825-300=525s 7.水蒸汽在一外径为25mm、长为25m的水平管外冷凝。 (3)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 (4)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 0.593倍C.0.693倍D.0793倍 解:(1)由 =0.72 rp g udo (s-t

4 所以 3 10 100 150 15000 4 b =  −  = 所以 p Pa 4  =150300 +15000 = 60000 = 610 (2) 由 ( ) ( ) ( ) q − qR + 2qe q − qR = K  − R 2 2 得 ( ) ( ) q − qR = K  − R 2 2 ( ) ( ) R R R R K A V q q K    +  −      = + − = 2 2 (0.75) 5 10 300 2.0625 1.4361 2 3 = +   = = − 3 2 q =1.4361− 0.75 = 0.6861m / m 6. 对某悬浮液进行恒压过滤。已知过滤时间为 300s 时，所得滤液体积为 0.75m3， 且过滤面积为 1m2，恒压过滤常数 K=510-3m2 /s。若要再得滤液体积 0.75m3，则 又需过滤时间为 C 。 A．505s B．515s C．525s D．535s 解：由 q + 2qeq = K 2 得 2 2qeq = K − q 所以 0.625 2 0.75 5 10 300 0.75 2 2 3 2 =    − = + = − q K q qe  825 5 10 2 1.5 2 0.625 1.5 3 2 2 =  +   = + = − K q qeq   = 825−300 = 525s 7. 水蒸汽在一外径为 25mm、长为 2.5m 的水平管外冷凝。 (3) 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 (4) 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 ( ) 4 1 2 3 0.725       − = o s w d t t r g    