化工原理模拟题（带答案和解）

一、化工原理传热部分模拟试题及答案

一、填空题

(1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于 空气 侧的对流传热系数，而壁温接近于 饱和水蒸汽 侧流体的温度值。

(2) 热传导的基本定律是 傅立叶定律 , 其表达式为???dQ= -?ds?t???。 ?n(3) 间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻 大 （大、小）一侧的?值。间壁换热器管壁温度tW接近于?值 大 （大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈 大 （大、小），其两侧的温差愈 大 （大、小）。

(4)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈 小 ，其两侧的温差愈 小 。

(5)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在 滞流层内（或热边界层内） ，减少热阻的最有效措施是 提高流体湍动程度 。

(6) 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b1>b2>b3，导热系数?1 R2 > R3，各层导热速率Q1 = Q2 = Q3。 (7) 传热的基本方式有 传导 、 对流 和 辐射 三种。

(8) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的 1.74 倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的 3.48 倍。（设条件改变后仍在湍流范围）

(9) 导热系数的单位为 W/（m·℃） ，对流传热系数的单位为 W/（m·℃） ，总传热系数的单位为 W/（m·℃） 。 二、选择

1 某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动），使空气温度由20℃升至80℃，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的 A 倍。

A 1.149 B 1.74 C 2 D 不定

2 一定流量的液体在一?25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数?i=1000W/m·℃；如流量与物性都不变，改用一?19×2mm的直管，则其?将变为 D 。 A 1259 B 1496 C 1585 D 1678 3 对流传热系数关联式中普兰特准数是表示 C 的准数。

A 对流传热 B 流动状态 C 物性影响 D 自然对流影响

1

2

2

2

4 在蒸气—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的＿B＿在工程上可行。

A 提高蒸气流速 B 提高空气流速 C 采用过热蒸气以提高蒸气温度 D 在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积 三、计算

1有一换热器，管内通90℃的热流体，膜系数?1为1100w/m??C，管外有某种液体沸腾，沸点为50℃，膜系数?2为5800w/m??C。试求以下两种情况下的壁温：（1）管壁清洁无垢 ；（2）外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005m??C/w

解：忽略管壁热阻，并假设壁温为Tw

（1）当壁很薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得：

22290?TwTw?50T?TwTw?t? 则 Tw?56.4?C ?111111005800?1?2（2）同理

90?TwTw?50T?TwT?t? ?w1111?0.005?R011005800?1?2 则 Tw?84?C

由此可知，壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。

2 一废热锅炉，由?25×2锅炉钢管组成，管外为水沸腾，温度为227℃，管内走合成转化气，温度由575℃下降到472℃。已知转化气一侧?i=300W/m·K，水侧?o=10000W/m·K，钢的导热系数为45W/m·K，若忽略污垢热阻，试求：(1)以内壁面为基准的总传热系数Ki;(2)单位面积上的热负荷q(W/m);(3)管内壁温度TW及管外壁温度Ti; 解：（1）Ki

2

2

2

d11bdi10.002?0.0210.021 ???i???Ki?i?dm?0d030045?0.02310000?0.025所以

Ki?289.2W/m2?K

（2）q

Q?KiSi?tm

2

q?Ki?tm?289.2?(575?227)?(472?227)?289.2?293.5

575?227ln472?2272.2W/m?84.9kW/m ?84880（3）管内壁温度TW 及 管外壁温度Ti

2575?472?TWTW?TiTi?2272?? 因为

1b1?iSi?Sm?0S0575?472?TWT?TiT?2272 ?W?i10.0021300?2145?2310000?25由上述方程可解出 TW?237.8?C， Ti?234.2?C

3 现有一逆流冷却器，用冷水冷却油，使油温从420K降到370K，水进口温度为285K，出口温度为310K。设油和水的流率、进口温度保持不变，将冷却器长度增加一倍（其它尺寸不变），求油及水的出口温度。

解： 420K 370K ?tm? 310K 285K 对体系进行热量恒算，

WoCpo(420?370)?WwCpw(310?285)?KS?tm 所以， Wo?(420?301)?(370?285)?97.5

2KS?tmKS97.5KS （1） ???1.95Cpo(420?370)Cpo50CpoKS97.5KS （2） ??3.9Cpw(310?285)Cpw Ww?冷却器长度增加一倍后，

420K T2 t2 285K

??假设： ?tm???t2?135?T2?t2?t1? 22? 则 WoCpo(420?T2)?WwCpw(t2?285)?2KS?tm

3

所以， Wo??2KS?tmKS(135?T2?t2) （3） ??Cpo(420?T2)Cpo(420?t2)?2KS?tmKS(350?T2?t2) （4） ??Cpw(t2?285)Cpw(t2?285)(135?T2?t2) （5）

420?T2 Ww?（1）=（3） 1.95=

（2）=（4） 3.9=

(135?T2?t2) （6）

t2?285解（5）和（6）方程，得： T2 =341.74K t2 =324.13K

??420?324.13?95.87 ?t2??341.74?285?56.74 ?t1??t2?<2， 则?tm?用算术平均值合适。 ?t14热气体在套管换热器中用冷水冷却，内管为?25mm?2.5mm钢管，导热系数??45W/m?K。冷水在管内湍流流动，给热系数?1?2000W/m2?K，热气在环隙中湍流流动，给热系数

?2?50W/m2?K。不计垢层热阻，试求：

（1）管壁热阻占总热阻的百分数；

（2）内管中冷水流速提高一倍，总传热系数K?有何变化？ （3）环隙中热气体流速提高一倍，总传热系数K??有何变化？ 解： （1） K?[1d2d2d21?1?ln?]

?1d12?d1?110.0250.0250.0251?1??ln?] 20000.022?450.02502 =[ =48.3W/m?K 总热阻

1?0.021m2?/W K管壁热阻

d2d20.0250.025 ln?ln2?d12?450.02?52 =6.2?10m?K/W

6.2?10?5?3?10?3?0.3% ?管壁热阻分率为

0.021

4

（2）??u0.8

??20.8?1?20.8?2000?3.48?103W/m2?K ??110.0251?52??6.2?10?]?49.0W/m?K 30.02503.48?10K??K49?48.3??1.3% 增加

K48.3K??[??20.8?2?20.8?50?87.1W/m2?K （3）??210.0251??6.2?10?5?]?82.1W/m2?K 20000.0287.1K???K82.1?48.3??69.6% 增加

K48.3 K???[由上可知，管壁热阻往往占分率很小，可忽略；提高K值，强化传热，应在?小处着手。

二、化工原理吸收部分模拟试题及答案

一、填空

1气体吸收计算中，表示设备（填料）效能高低的一个量是 传质单元高度 ，而表示传质任务难易程度的一个量是 传质单元数 。

2如果板式塔设计不合理或操作不当，可能产生 漏液 、泡沫夹带及 液泛 等不正常现象，使塔无法工作。

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NOG 增加 。

4一般来说，两组份的等分子反相扩散体现在 精馏 单元操作中，而A组份通过B组份的单相扩散体现在 吸收 操作中。

5 板式塔的类型有 泡罩塔 、 浮阀塔 、 筛板塔 （说出三种）；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。

6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。 7压力 减小 ,温度 升高 ,将有利于解吸的进行。

8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kya=2×

10kmol/m.s, kxa =0.4kmol/m.s, 则及气膜阻力占总阻力的百分数分别约为 100% ；该气体为 易 溶气体，该吸收过程为 气膜控制 。 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 。

5

-4

3

3

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