化工原理试题及答案详解.pdf

文档介绍：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 。
倍 倍 倍 倍
(2) 完全湍流(阻力平方区)时,流动阻力变为原来的 D 。
倍 倍 倍 倍
l u 2 64 l u 2 32µlu
解:(1) 由 h = λ⋅⋅= ⋅⋅=
f d 2 duρ d 2 ρd 2
µ
2 2 4
h u d 2 ⎛ d ⎞⎛ d ⎞⎛ d ⎞
得 f 2 = 2 1 = ⎜ 1 ⎟⋅⎜ 1 ⎟= ⎜ 1 ⎟= 24 = 16
2 ⎜⎟⎜⎟⎜⎟
hf 1 u1d2 ⎝ d2 ⎠⎝ d2 ⎠⎝ d2 ⎠
l u 2 ⎛ε⎞ l u 2
(2) 由 h f = λ⋅⋅= f ⎜⎟⋅⋅
d 2 ⎝ d ⎠ d 2
4 5
h u 2 d ⎛ d ⎞ d ⎛ d ⎞
得 f 2 = 2 1 = ⎜ 1 ⎟⋅ 1 = ⎜ 1 ⎟= 25 = 32
2 ⎜⎟⎜⎟
hf 1 u1 d2 ⎝ d 2 ⎠ d2 ⎝ d 2 ⎠
,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 。
倍 倍 倍 倍
p u2 p u 2
解:由 gz + 1 + 1 = gz + 2 + 2 + Σh
1 ρ 2 2 ρ 2 f
得Σhf 1 = Σh f 2
(l + l ) u2 (l + l ) u 2
所以λ⋅ e 1 ⋅ 1 = λ⋅ e 2 ⋅ 2
1 d 2 2 d 2
又由完全湍流流动
⎛ε⎞
得λ= f ⎜⎟
⎝ d ⎠
1
2 2
所以(l + le )1 ⋅ u1 = (l + le )2 ⋅ u2
π
而 V = uA = u ⋅ d 2
4
V u (l + l ) 1
所以 2 = 2 = e 1 = =
V1 u1 (l + le )2
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 ,水的粘度为 ×10-
3Pa⋅s,空气的密度为 ,空气的粘度为 ×10-5 Pa⋅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 。

(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 。

d 2 (ρ−ρ)g
解:(1) 由 u = s
t 18µ
18µu
得 d = t
(ρ s −ρ)g
d (ρ−ρ)µ 2500 − ××10−3
所以 w s a w ( )
= = −5 =
d a (ρ s −ρ w )µ a (2500 − )××10
d 2 (ρ−ρ) u 2 u 2
(2) 由 u = s ⋅ T , K = T
r 18µ R c gR
2
d (ρ s −ρ) 18µur
得 ur = ⋅ gK c , d =
18µ (ρ s −ρ)gK c
d (ρ−ρ)µ K 2500 − ××10 −3 × 2
所以 w s a w ca ( )
= = −5 =
d a (ρ s −ρ w )µ a K cw (2500 − )××10 ×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/m3,空气
的密度为 ,空气的粘度为 ×10-5 Pa⋅s。则
(1) 在层流区沉降的最大颗粒直径为 B ×10-5 m。

(2) 在湍流区沉降的最小颗粒直径为 C ×10-3 m。
2
.