2025年大學(xué)化工原理上冊(cè)模擬試題及參考答案一、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)B.Re反映流體流動(dòng)中慣性力與粘性力的比值C.圓管中Re≤2000時(shí)為層流，Re≥4000時(shí)為湍流D.流體密度增大，Re一定減小2.離心泵的工作點(diǎn)由（）決定A.泵的特性曲線B.管路的特性曲線C.泵的特性曲線與管路的特性曲線的交點(diǎn)D.泵的最大流量3.用板框壓濾機(jī)恒壓過濾某懸浮液，若過濾介質(zhì)阻力可忽略，當(dāng)過濾時(shí)間加倍時(shí)，濾液體積變?yōu)樵瓉淼模ǎ〢.2倍B.√2倍C.4倍D.1.5倍4.流體在圓形直管中作層流流動(dòng)時(shí)，管中心處的流速為平均流速的（）A.1倍B.2倍C.0.5倍D.1.5倍5.以下關(guān)于對(duì)流傳熱系數(shù)α的說法中，正確的是（）A.α越大，傳熱阻力越大B.流體的導(dǎo)熱系數(shù)λ增大，α減小C.湍流時(shí)的α大于層流時(shí)的αD.流體的粘度μ增大，α增大6.某液體在圓形直管中流動(dòng)，若流量不變，管長(zhǎng)不變，管徑減小為原來的1/2，則流動(dòng)阻力變?yōu)樵瓉淼模ǎㄔO(shè)流動(dòng)為湍流，摩擦系數(shù)λ不變）A.4倍B.8倍C.16倍D.32倍7.離心泵銘牌上標(biāo)注的揚(yáng)程是（）A.泵對(duì)單位質(zhì)量流體提供的能量B.泵在最高效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程C.泵的最大揚(yáng)程D.泵在額定轉(zhuǎn)速下的揚(yáng)程8.用U型管壓差計(jì)測(cè)量管道內(nèi)兩點(diǎn)的壓差，若指示液密度為ρ?，被測(cè)流體密度為ρ（ρ?>ρ），則壓差Δp與液柱高度差R的關(guān)系為（）A.Δp=(ρ?-ρ)gRB.Δp=ρ?gRC.Δp=ρgRD.Δp=(ρ-ρ?)gR9.以下關(guān)于熱傳導(dǎo)的描述中，正確的是（）A.熱傳導(dǎo)僅發(fā)生在固體中B.傅里葉定律的表達(dá)式為Q=-λA(dT/dx)C.導(dǎo)熱系數(shù)λ越大，材料的導(dǎo)熱性能越差D.平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)時(shí)，溫度梯度隨壁厚增加而增大10.恒壓過濾時(shí)，若過濾面積增大1倍，其他條件不變，則過濾速率變?yōu)樵瓉淼模ǎㄟ^濾介質(zhì)阻力可忽略）A.1倍B.2倍C.√2倍D.4倍二、填空題（每空2分，共20分）1.連續(xù)性方程的表達(dá)式為__________，其物理意義是__________。2.離心泵的主要性能參數(shù)包括流量、揚(yáng)程、功率和__________，其中__________是選擇泵的主要依據(jù)。3.傅里葉定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為__________，其中λ的物理意義是__________。4.恒壓過濾基本方程為__________，當(dāng)過濾介質(zhì)阻力不可忽略時(shí)，方程形式為__________。5.流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)阻力包括__________和__________。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.離心泵啟動(dòng)前為什么要灌泵？若未灌泵直接啟動(dòng)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？2.簡(jiǎn)述層流與湍流的主要區(qū)別（從流速分布、流動(dòng)阻力、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式三方面說明）。3.影響對(duì)流傳熱系數(shù)α的主要因素有哪些？4.恒壓過濾時(shí)，隨著過濾時(shí)間的延長(zhǎng)，過濾速率如何變化？為什么？四、計(jì)算題（共40分）1.（10分）水在水平鋼管中流動(dòng)，已知管內(nèi)徑為50mm，流量為5m3/h，水的密度為1000kg/m3，粘度為1mPa·s。試判斷流動(dòng)形態(tài)，并計(jì)算層流時(shí)的管中心流速和湍流時(shí)的平均流速（湍流時(shí)流速分布近似為u(r)=u_max(1-r/R)^(1/7)，u_max為管中心流速）。2.（10分）用離心泵將敞口儲(chǔ)槽中的水輸送至高位槽，兩槽液面高度差為15m，管路總長(zhǎng)度（包括局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度）為200m，管徑為50mm，摩擦系數(shù)λ=0.02。離心泵的特性曲線方程為H=30-0.05Q2（H單位：m，Q單位：m3/h）。求泵的工作點(diǎn)流量和揚(yáng)程。3.（10分）一列管式換熱器，管束由φ25×2.5mm（外徑×壁厚）的鋼管組成，管內(nèi)走熱水（α?=5000W/(m2·K)），管外走冷水（α?=1000W/(m2·K)）。已知鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)λ=45W/(m2·K)，忽略垢層熱阻，求基于管外表面的總傳熱系數(shù)K?。4.（10分）用板框壓濾機(jī)恒壓過濾某懸浮液，過濾面積為2m2，過濾10min得到濾液2m3，若過濾介質(zhì)阻力可忽略，試求：（1）過濾常數(shù)K；（2）過濾30min時(shí)的濾液總量；（3）若操作壓力提高1倍（假設(shè)濾餅不可壓縮），過濾10min的濾液量變?yōu)槎嗌伲繀⒖即鸢敢?、選擇題1.D（Re=duρ/μ，密度ρ增大，Re增大）2.C（工作點(diǎn)為泵特性曲線與管路特性曲線交點(diǎn)）3.B（恒壓過濾且介質(zhì)阻力忽略時(shí)，V2=KA2τ，τ加倍則V變?yōu)椤?倍）4.B（層流時(shí)u_max=2u平均）5.C（湍流時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)混合劇烈，α更大）6.D（湍流時(shí)阻力h_f=λ(l/d)(u2/2g)，流量Q=uπd2/4，u=4Q/(πd2)，d變?yōu)?/2則u變?yōu)?倍，h_f與d^(-5)成正比，故阻力變?yōu)?2倍）7.B（銘牌參數(shù)為最高效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)值）8.A（Δp=(ρ?-ρ)gR）9.B（傅里葉定律表達(dá)式正確；熱傳導(dǎo)可發(fā)生在固、液、氣中；λ越大導(dǎo)熱越好；平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)時(shí)溫度梯度為常數(shù)）10.B（過濾速率dV/dτ=KA2/(2V)，A增大1倍，V增大1倍時(shí)速率增大2倍，但初始速率與A2成正比，本題中“過濾速率”指初始速率，故為2倍）二、填空題1.u?A?=u?A?（或ρ?u?A?=ρ?u?A?）；流體在管道中作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)，單位時(shí)間通過任一截面的質(zhì)量流量相等2.效率；流量和揚(yáng)程3.Q=-λA(dT/dx)；材料的導(dǎo)熱系數(shù)（單位溫度梯度下的熱通量）4.V2=KA2τ；(V+V_e)2=K(A2)(τ+τ_e)（V_e為過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積，τ_e為當(dāng)量過濾時(shí)間）5.直管阻力（沿程阻力）；局部阻力三、簡(jiǎn)答題1.離心泵啟動(dòng)前灌泵是為了排出泵內(nèi)空氣，防止“氣縛”現(xiàn)象。若未灌泵，泵內(nèi)存在空氣，由于空氣密度遠(yuǎn)小于液體，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力不足以將空氣排出，無法在泵入口形成足夠的真空度，液體無法被吸入泵內(nèi)，導(dǎo)致泵無法正常輸液。2.主要區(qū)別：-流速分布：層流時(shí)流速呈拋物線分布，管中心流速為平均流速的2倍；湍流時(shí)流速分布較平坦，管中心流速約為平均流速的1.1~1.2倍（具體與Re有關(guān)）。-流動(dòng)阻力：層流時(shí)阻力由粘性力主導(dǎo)，與流速的一次方成正比；湍流時(shí)阻力由慣性力和粘性力共同主導(dǎo)，與流速的1.75~2次方成正比。-質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式：層流時(shí)質(zhì)點(diǎn)僅沿軸向作平行流動(dòng)，無徑向混合；湍流時(shí)質(zhì)點(diǎn)除軸向運(yùn)動(dòng)外，存在劇烈的徑向脈動(dòng)和混合。3.影響對(duì)流傳熱系數(shù)α的主要因素包括：-流體的物理性質(zhì)（如密度ρ、粘度μ、導(dǎo)熱系數(shù)λ、比熱容c_p）；-流體的流動(dòng)形態(tài)（層流或湍流，湍流時(shí)α更大）；-流體的流動(dòng)原因（強(qiáng)制對(duì)流或自然對(duì)流，強(qiáng)制對(duì)流α更大）；-傳熱面的形狀、尺寸和排列方式（如圓管、平板、管束的排列間距等）；-相變情況（有相變時(shí)α遠(yuǎn)大于無相變時(shí)，如沸騰、冷凝）。4.恒壓過濾時(shí)，隨著過濾時(shí)間延長(zhǎng)，過濾速率逐漸減小。原因：恒壓過濾時(shí)，濾餅厚度不斷增加，濾餅的比阻增大，濾液流動(dòng)的阻力（濾餅阻力+介質(zhì)阻力）逐漸增大；而過濾推動(dòng)力（操作壓力差）恒定，根據(jù)過濾基本方程dV/dτ=Δp/[μ(r'(V/A)+r_m)A]（r'為濾餅比阻，r_m為介質(zhì)比阻），當(dāng)τ增大時(shí)，V增大，分母增大，故過濾速率減小。四、計(jì)算題1.解：（1）判斷流動(dòng)形態(tài)：管內(nèi)徑d=0.05m，流量Q=5m3/h=5/(3600)=1.389×10?3m3/s平均流速u=Q/(πd2/4)=1.389×10?3/(0.785×0.052)=0.71m/s雷諾數(shù)Re=duρ/μ=0.05×0.71×1000/(1×10?3)=35500>4000，為湍流。（2）層流時(shí)管中心流速u_max=2u=2×0.71=1.42m/s（注：題目假設(shè)流動(dòng)形態(tài)為層流時(shí)的計(jì)算，實(shí)際本題中Re>4000為湍流，但需按題目要求計(jì)算）。（3）湍流時(shí)，流速分布u(r)=u_max(1-r/R)^(1/7)，平均流速u=∫(0到R)u(r)·2πrdr/(πR2)積分得u=(2/R2)∫(0到R)u_max(1-r/R)^(1/7)rdr令y=1-r/R，則r=R(1-y)，dr=-Rdy，積分限y=1→0u=(2u_max/R2)∫(1到0)y^(1/7)·R(1-y)·(-Rdy)=2u_max∫(0到1)y^(1/7)(1-y)dy計(jì)算積分：∫y^(1/7)(1-y)dy=∫y^(1/7)dy-∫y^(8/7)dy=[7/8y^(8/7)-7/15y^(15/7)]?1=7/8-7/15=49/120故u=2u_max×49/120=49u_max/60→u_max=60u/49≈60×0.71/49≈0.87m/s（實(shí)際湍流時(shí)u_max約為1.1~1.2u，此處按1/7次方定律計(jì)算）。2.解：管路特性曲線方程為H_e=Δz+(λl/d+Σζ)(u2)/(2g)其中Δz=15m，l=200m，d=0.05m，λ=0.02，Σζ為局部阻力系數(shù)之和（題目中總長(zhǎng)度包括當(dāng)量長(zhǎng)度，故Σζ=0）。u=Q/(πd2/4)=4Q/(π×0.052)=509.55Q（Q單位：m3/s），轉(zhuǎn)換為Q（m3/h）時(shí)，u=509.55×(Q/3600)=0.1415Qm/s則H_e=15+(0.02×200/0.05)×(0.1415Q)2/(2×9.81)計(jì)算得：0.02×200/0.05=80(0.1415Q)2=0.02002Q2故H_e=15+80×0.02002Q2/(2×9.81)=15+(1.6016Q2)/(19.62)=15+0.0816Q2（Q單位：m3/h）泵的特性曲線為H=30-0.05Q2工作點(diǎn)滿足H=H_e，即30-0.05Q2=15+0.0816Q2→15=0.1316Q2→Q2=113.98→Q≈10.68m3/h代入H=30-0.05×(10.68)2≈30-0.05×114.1≈30-5.7≈24.3m3.解：總傳熱系數(shù)K?基于管外表面，計(jì)算公式為：1/K?=1/α?+(d?/(2λ))ln(d?/d_i)+d?/(α_id_i)其中，d?=25mm=0.025m，d_i=25-2×2.5=20mm=0.02m，α?=1000W/(m2·K)（管外冷水），α_i=5000W/(m2·K)（管內(nèi)熱水），λ=45W/(m2·K)。計(jì)算各熱阻：管外熱阻：1/α?=1/1000=0.001m2·K/W管壁熱阻：(d?/(2λ))ln(d?/d_i)=(0.025/(2×45))ln(25/20)=(0.0002778)×0.2231≈6.20×10??m2·K/W管內(nèi)熱阻（以管外表面為基準(zhǔn)）：d?/(α_id_i)=0.025/(5000×0.02)=0.025/100=0.00025m2·K/W總熱阻：0.001+6.20×10??+0.00025=0.001312m2·K/W故K?=1/0.001312≈762W/(m2·K)4.解：（1）恒壓過濾且介質(zhì)阻力忽略時(shí)，V2=KA2τ已知τ=10min=600s，V=2m3，A=2m2，代入得：(2)2=K×(2)2×600→4=K×4×60