2025年專升本化學(xué)工程專業(yè)化工原理復(fù)習(xí)試卷（含答案）考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.某流體在圓形管道中做層流流動(dòng)，管道直徑增大一倍，其他條件不變，則雷諾數(shù)（Re）將（）。A.減小為原來的1/4B.減小為原來的1/2C.增大為原來的2倍D.增大為原來的4倍2.流體在管道內(nèi)做湍流流動(dòng)時(shí)，其內(nèi)摩擦系數(shù)（λ）主要與（）有關(guān)。A.流體的密度B.流體的粘度C.管道的絕對(duì)粗糙度D.流體的壓強(qiáng)3.對(duì)于不可壓縮流體，伯努利方程表達(dá)了（）。A.沿流線各點(diǎn)流速與壓強(qiáng)的關(guān)系B.管道入口處與出口處的流速與壓強(qiáng)關(guān)系C.流體靜力學(xué)關(guān)系D.流體動(dòng)能與勢(shì)能的轉(zhuǎn)換關(guān)系4.在傳熱過程中，以下哪種情況屬于穩(wěn)定傳熱？（）A.導(dǎo)熱過程中，物體內(nèi)部各點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化B.對(duì)流換熱過程中，壁面溫度隨時(shí)間變化C.輻射換熱過程中，熱源溫度恒定，物體溫度隨時(shí)間變化D.通過一端溫度恒定的長圓管進(jìn)行導(dǎo)熱5.以下傳熱方式中，傳遞熱量不依賴介質(zhì)的存在的是（）。A.導(dǎo)熱B.對(duì)流C.輻射D.擴(kuò)散6.某平壁厚度為δ，導(dǎo)熱系數(shù)為λ，兩側(cè)表面溫度分別為t?和t?（t?>t?），則通過該平壁的導(dǎo)熱熱流密度q?（W/m2）為（）。A.λ(t?-t?)/δB.λδ/(t?-t?)C.λ2(t?-t?)/δD.δ/[λ(t?-t?)]7.在一套管換熱器中，冷、熱流體的流向采用逆流布置，與并流布置相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是（）。A.可獲得相同的傳熱系數(shù)，但平均溫差較小B.可獲得相同的傳熱系數(shù)，但平均溫差較大C.平均溫差相同，但傳熱系數(shù)較小D.平均溫差較小，但傳熱系數(shù)較大8.在連續(xù)精餾塔中，當(dāng)回流比（R）大于最小回流比（R_min）時(shí)，塔頂產(chǎn)品的純度（x_D）與泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)的塔頂產(chǎn)品純度相比（）。A.相同B.更高C.更低D.不確定9.在恒定總壓下，使用普通精餾塔分離某理想二元混合物，當(dāng)塔頂溫度升高時(shí)，說明（）。A.塔頂餾出液組成（x_D）降低B.塔頂餾出液組成（x_D）升高C.塔底釜液組成（x_B）降低D.塔底釜液組成（x_B）升高10.某氣體在水中溶解符合亨利定律，亨利系數(shù)（H）的物理意義是（）。A.氣體分壓為1atm時(shí)，該氣體的溶解度B.氣體溶解度為1mol/m3時(shí)，對(duì)應(yīng)的氣體分壓C.氣體分壓增加1atm時(shí)，溶解度增加的量D.溶解了1mol氣體所需的水的體積二、填空題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.流體流動(dòng)類型根據(jù)雷諾數(shù)（Re）判斷，Re<2000時(shí)通常為______流。2.管道摩擦系數(shù)（λ）的表達(dá)式λ=64/Re適用于______流。3.離心泵的揚(yáng)程（H）是指單位重量流體通過泵后______的增加值。4.傳熱的基本方式有______、對(duì)流和輻射。5.通過圓管壁的穩(wěn)定導(dǎo)熱，熱流密度q?與溫度梯度（Δt/Δx）成______比。6.對(duì)流給熱系數(shù)（h）的單位是______。7.蒸餾操作依據(jù)混合物中各組分______的差異進(jìn)行分離。8.在吸收過程中，氣相中溶質(zhì)的分壓與液相中溶質(zhì)的平衡濃度之比稱為______。9.理想氣體遵循______定律和查理定律。10.填料塔是一種用于氣液傳質(zhì)操作的塔器，其基本構(gòu)件是______。三、判斷題（每小題1分，共10分。請(qǐng)將“√”或“×”填在括號(hào)內(nèi)）1.流體在管道中做層流流動(dòng)時(shí)，管道中心處流速最大。（）2.伯努利方程是能量守恒定律在流體流動(dòng)中的具體體現(xiàn)。（）3.管道越長，流體流過該管道的壓強(qiáng)降越大。（）4.導(dǎo)熱過程總是從高溫物體傳向低溫物體。（）5.自然對(duì)流是指由于流體內(nèi)部密度差引起的流動(dòng)。（）6.任何情況下，增加對(duì)流換熱的傳熱面積都能提高傳熱效率。（）7.蒸餾操作既可以分離液體混合物，也可以分離氣體混合物。（）8.精餾操作是分離均相混合物的物理過程。（）9.亨利定律表明，氣體的溶解度隨溫度升高而增大。（）10.吸收操作一定是在高壓下進(jìn)行的。（）四、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述流體靜力學(xué)基本方程F=ma=0推導(dǎo)出流體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律的過程。2.簡(jiǎn)述強(qiáng)化傳熱的基本途徑有哪些？3.簡(jiǎn)述精餾操作中，回流比（R）對(duì)分離效果和操作能耗的影響。五、計(jì)算題（每小題10分，共20分）1.某不可壓縮流體在直徑為0.1m的圓形管道內(nèi)做層流流動(dòng)，流量為0.02m3/s。流體密度為1000kg/m3，粘度為0.001Pa·s。試計(jì)算：（1）管道中心處的流速；（2）距管中心0.05m處流速。（提示：可先計(jì)算Re）2.在一套管換熱器中，內(nèi)管為Φ25mm×2.5mm的鋼管，外管為Φ38mm×3mm的鋼管。管內(nèi)通入冷卻水，流速為0.6m/s，入口溫度為15°C，出口溫度為35°C。管外用飽和水蒸氣進(jìn)行加熱，飽和水蒸氣溫度為120°C，冷凝水出口溫度為110°C。假設(shè)管內(nèi)水側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為1000W/(m2·K)，管外蒸汽側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為5000W/(m2·K)，管壁熱阻和管外污垢熱阻可忽略不計(jì)。試估算該換熱器的總傳熱系數(shù)K（W/(m2·K)）。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.A4.D5.C6.A7.B8.B9.B10.B二、填空題1.層2.層3.位能4.導(dǎo)熱5.正6.W/(m2·K)7.沸點(diǎn)（或飽和蒸汽壓）8.氣液平衡常數(shù)（或亨利系數(shù)）9.理想氣體狀態(tài)方程10.填料三、判斷題1.√2.√3.√4.√5.√6.×7.√8.√9.×10.×四、簡(jiǎn)答題1.解析思路：根據(jù)牛頓第二定律，對(duì)靜止流體微元進(jìn)行分析，列出在水平方向和垂直方向上的力平衡方程。由于流體靜止，加速度為零。水平方向受力平衡得到壓強(qiáng)不變；垂直方向受力平衡（重力向下，壓強(qiáng)差力向上），推導(dǎo)出壓強(qiáng)隨深度線性增加的規(guī)律，即p=p?+ρgh。2.解析思路：傳熱過程的熱阻串聯(lián)模型。提高傳熱系數(shù)K有兩種主要途徑：一是減小各項(xiàng)熱阻，包括導(dǎo)熱熱阻、對(duì)流給熱熱阻和輻射換熱熱阻；二是增加傳熱面積A。實(shí)際操作中常通過增加傳熱面積（如翅片管、增大設(shè)備尺寸）和強(qiáng)化傳熱過程（如提高流速、使用導(dǎo)熱液）來減小熱阻，從而提高K值。3.解析思路：分析回流比R的變化對(duì)操作線位置和塔板效率的影響。增大R，操作線遠(yuǎn)離平衡線，塔頂產(chǎn)品純度x_D提高；但同時(shí)，提餾段負(fù)荷增加，可能需要更多塔板或?qū)е滤桩a(chǎn)品純度x_B下降。從能耗角度看，增大R需要更多的泵送功率，即操作能耗增加。因此，存在一個(gè)最優(yōu)回流比，在滿足分離要求的前提下，使操作成本（包括能耗和分離效果）最低。五、計(jì)算題1.解析思路：(1)計(jì)算管道截面積A=πd2/4=π(0.1)2/4=0.00785m2。體積流量q_v=0.02m3/s，平均流速u=q_v/A=0.02/0.00785≈2.55m/s。層流時(shí)Re=duρ/μ=2.55*0.1*1000/0.001=25500。題目說層流Re<2000，說明流量或粘度可能需調(diào)整，或題目條件非層流。若按層流計(jì)算中心流速u_0=u/2=2.55/2≈1.28m/s。若按湍流計(jì)算，λ=0.3164/Re^0.25=0.3164/25500^0.25≈0.035。壓降Δp=λ(l/d)ρu2/2。但題目未給管長l，無法求壓降。(2)距管中心r=0.05m，層流中速度分布u(r)=u_0(1-r2/R2)。若按層流中心速1.28m/s計(jì)算，u(0.05)=1.28*(1-(0.05/0.05)2)=1.28*(1-1)=0m/s。此結(jié)果不合理，說明前提層流假設(shè)或給定條件有問題。若按湍流速度分布u(r)=(u_max/α)(1-(r/R)2)α為常數(shù)，通常小于1/7。若無明確分布，層流r=0.5R處速度為0，r=R處速度為0，這與層流公式矛盾。本題條件不足以準(zhǔn)確計(jì)算非中心處流速，且層流假設(shè)下Re=25500不成立。按層流公式中心速為1.28m/s，其他點(diǎn)需用精確公式且需管長等額外信息。（注：本題原始數(shù)據(jù)可能導(dǎo)致流動(dòng)狀態(tài)或問題設(shè)定矛盾，實(shí)際應(yīng)用中需檢查數(shù)據(jù)合理性。若必須給答案，可假設(shè)層流成立，中心速1.28m/s，r=0.05m處速度為0。）答案：（1）1.28m/s（假設(shè)層流）；（2）0m/s（假設(shè)層流）更嚴(yán)謹(jǐn)答案：題目數(shù)據(jù)矛盾，無法精確計(jì)算。2.解析思路：(1)計(jì)算內(nèi)管外徑do=di+2*壁厚=25+2*2.5=30mm=0.03m。外管內(nèi)徑di=do+2*壁厚=30+2*3=36mm=0.036m。計(jì)算內(nèi)管外表面積Ai=π*do*L=π*0.03*L。外管內(nèi)表面積Ao=π*di*L=π*0.036*L。環(huán)隙表面積Ao'=π*(do^2-di^2)/L=π*(0.03^2-0.036^2)/L=π*(-0.000144)/L?？倐鳠崦娣eA=Ai+Ao+Ao'=π*0.03*L+π*0.036*L-π*0.000144/L=π*(0.03+0.036-0.000144/L)*L。當(dāng)L足夠大時(shí)，A≈π*(0.03+0.036)*L=π*0.066*L。(2)計(jì)算熱阻。管壁導(dǎo)熱熱阻R_s=ln(do/di)/(π*λ*L)=ln(30/25)/(π*λ)=ln(1.2)/(π*λ)=0.182/λ。水側(cè)對(duì)流熱阻R_h=1/(h_i*A_i)=1/(1000*π*0.03*L)=1/(100π*L)。蒸汽側(cè)對(duì)流熱阻R_g=1/(h_o*A_o)=1/(5000*π*0.036*L)=1/(1800π*L)?？偀嶙鑂_total=R_s+R_h+R_g=0.182/λ+1/(100π*L)+1/(1800π*L)=0.182/λ+(1/100π+1/1800π)/L=0.182/λ+(1800+100)/(1800*100π*L)/L=0.182/λ+1900/(1800*100π*L^2)=0.182/λ+19/18000πL2。(3)計(jì)算總傳熱系數(shù)K。K=1/R_total=1/(0.182/λ+19/(18000πL2))。由于L未給出，K的表達(dá)式與L相關(guān)。若假設(shè)L足夠大，R_h和R_g可忽略，則K≈1/R_s=λ/(0.182)=5.48λ。若考慮水側(cè)R_h，K=1/(R_s+R_h)=1/(0.182/λ+1/(100π*L))。若考慮蒸汽側(cè)R_g，K=1/(R_s+R_g)=1/(0.182/λ+1/(1800π*L))。最