大學(xué)生食品工程原理考試題庫(kù)及答案一、選擇題1.流體在圓形直管中作層流流動(dòng)時(shí)，其管中心最大流速$u_{max}$與平均流速$u$的關(guān)系為（）A.$u_{max}=u$B.$u_{max}=2u$C.$u_{max}=3u$D.$u_{max}=4u$答案：B。根據(jù)層流流動(dòng)的速度分布公式$u(r)=u_{max}(1\frac{r^{2}}{R^{2}})$，通過(guò)積分計(jì)算流量并結(jié)合平均流速的定義$u=\frac{V}{A}$，可得出$u_{max}=2u$。2.離心泵銘牌上標(biāo)明的流量是指（）A.效率最高時(shí)的流量B.泵的最大流量C.揚(yáng)程最大時(shí)的流量D.最小揚(yáng)程時(shí)的流量答案：A。離心泵銘牌上的參數(shù)是指該泵在效率最高時(shí)的性能參數(shù)，所以標(biāo)明的流量是效率最高時(shí)的流量。3.多層平壁定態(tài)熱傳導(dǎo)時(shí)，各層的溫度降與各層的熱阻（）A.成正比B.成反比C.沒(méi)關(guān)系D.不確定答案：A。根據(jù)多層平壁熱傳導(dǎo)的溫度差與熱阻的關(guān)系$\Deltat=QR$，在定態(tài)熱傳導(dǎo)中熱流量$Q$不變，所以各層的溫度降與各層的熱阻成正比。4.精餾操作中，若其他條件都不變，只將塔頂?shù)倪^(guò)冷液體回流改為泡點(diǎn)回流，則塔頂產(chǎn)品組成$x_D$變化為（）A.變小B.變大C.不變D.不確定答案：A。過(guò)冷液體回流時(shí)，實(shí)際回流比大于泡點(diǎn)回流時(shí)的回流比，回流比增大有利于提高塔頂產(chǎn)品組成，所以將過(guò)冷液體回流改為泡點(diǎn)回流，塔頂產(chǎn)品組成$x_D$變小。5.在吸收操作中，若提高吸收劑用量，氣相出口組成$y_2$將（）A.增大B.減小C.不變D.不確定答案：B。提高吸收劑用量，吸收推動(dòng)力增大，吸收效果增強(qiáng)，氣相出口組成$y_2$將減小。二、填空題1.牛頓粘性定律的表達(dá)式為______，其比例系數(shù)（粘度）的物理意義是______。答案：$\tau=\mu\frac{du}{dy}$；促使流體流動(dòng)產(chǎn)生單位速度梯度的剪應(yīng)力。牛頓粘性定律描述了流體內(nèi)部剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系，粘度反映了流體抵抗流動(dòng)的能力，即促使流體流動(dòng)產(chǎn)生單位速度梯度所需的剪應(yīng)力。2.離心泵的主要性能參數(shù)有______、______、______和效率。答案：流量、揚(yáng)程、功率。離心泵的流量是指單位時(shí)間內(nèi)輸送液體的體積；揚(yáng)程是指單位重量液體從泵進(jìn)口到泵出口所獲得的能量；功率分為有效功率和軸功率；效率反映了泵對(duì)能量的利用程度。3.對(duì)流傳熱的熱阻主要集中在______，強(qiáng)化對(duì)流傳熱的關(guān)鍵是______。答案：層流內(nèi)層；減薄層流內(nèi)層的厚度。在對(duì)流傳熱中，層流內(nèi)層的傳熱方式主要是熱傳導(dǎo)，由于流體的導(dǎo)熱系數(shù)較小，所以熱阻主要集中在層流內(nèi)層。減薄層流內(nèi)層的厚度可以減小熱阻，從而強(qiáng)化對(duì)流傳熱。4.精餾塔的塔頂溫度總是低于塔底溫度，其原因一是______，二是______。答案：塔頂易揮發(fā)組分含量高；塔頂壓力低于塔底壓力。易揮發(fā)組分的沸點(diǎn)較低，塔頂易揮發(fā)組分含量高，所以溫度低；同時(shí)，精餾塔內(nèi)存在壓力降，塔底壓力高于塔頂壓力，壓力升高沸點(diǎn)升高，所以塔頂溫度低于塔底溫度。5.吸收過(guò)程的相平衡關(guān)系為______，當(dāng)氣相中溶質(zhì)的實(shí)際分壓高于與液相成平衡的溶質(zhì)分壓時(shí)，發(fā)生______過(guò)程。答案：$p^=Ex$；吸收。亨利定律$p^=Ex$描述了吸收過(guò)程的相平衡關(guān)系，當(dāng)氣相中溶質(zhì)的實(shí)際分壓$p$高于與液相成平衡的溶質(zhì)分壓$p^$時(shí)，溶質(zhì)會(huì)從氣相向液相轉(zhuǎn)移，發(fā)生吸收過(guò)程。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述離心泵的工作原理。答案：離心泵在啟動(dòng)前需先向泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體。當(dāng)離心泵啟動(dòng)后，泵軸帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，葉輪中的葉片驅(qū)使液體旋轉(zhuǎn)，使液體產(chǎn)生離心力。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向葉輪外緣，以較高的速度流入泵殼。液體在泵殼內(nèi)由于流道逐漸擴(kuò)大，流速逐漸降低，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，使液體的壓力進(jìn)一步提高，最后液體以較高的壓力從泵的排出口進(jìn)入排出管路，輸送到所需的場(chǎng)所。同時(shí)，在葉輪中心處，由于液體被拋出而形成低壓區(qū)，與吸入管路的壓力形成壓力差，在壓力差的作用下，液體不斷地從吸入管路進(jìn)入葉輪，從而使離心泵連續(xù)地工作。2.簡(jiǎn)述影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素。答案：影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素主要有以下幾個(gè)方面：（1）流體的種類和相變化情況：不同種類的流體，其物理性質(zhì)不同，對(duì)流傳熱系數(shù)差異較大。例如，液體的對(duì)流傳熱系數(shù)一般比氣體大；有相變化（如沸騰、冷凝）時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)比無(wú)相變化時(shí)大得多。（2）流體的物性：包括流體的密度$\rho$、粘度$\mu$、導(dǎo)熱系數(shù)$\lambda$和比熱容$c_p$等。一般來(lái)說(shuō)，密度和比熱容越大、粘度越小、導(dǎo)熱系數(shù)越大，對(duì)流傳熱系數(shù)越大。（3）流體的流動(dòng)狀態(tài)：層流時(shí)，流體主要以熱傳導(dǎo)方式傳熱，對(duì)流傳熱系數(shù)較??；湍流時(shí)，流體內(nèi)部有強(qiáng)烈的漩渦和混合，對(duì)流傳熱系數(shù)較大。（4）流體的流動(dòng)原因：自然對(duì)流是由于流體內(nèi)部溫度差引起的密度差而產(chǎn)生的流動(dòng)，對(duì)流傳熱系數(shù)較??；強(qiáng)制對(duì)流是通過(guò)外力（如泵、風(fēng)機(jī)等）使流體流動(dòng)，對(duì)流傳熱系數(shù)較大。（5）傳熱面的形狀、大小和位置：傳熱面的形狀（如管、板等）、大?。ㄈ绻軓?、板的面積等）和位置（如水平、垂直等）會(huì)影響流體的流動(dòng)情況，從而影響對(duì)流傳熱系數(shù)。3.簡(jiǎn)述精餾塔操作中塔頂產(chǎn)品采出量過(guò)大的危害。答案：精餾塔操作中塔頂產(chǎn)品采出量過(guò)大可能會(huì)帶來(lái)以下危害：（1）塔頂產(chǎn)品質(zhì)量下降：采出量過(guò)大，意味著回流比減小，精餾段的分離能力下降，塔頂產(chǎn)品中難揮發(fā)組分含量增加，導(dǎo)致塔頂產(chǎn)品純度降低，質(zhì)量達(dá)不到要求。（2）塔釜液位下降：為了維持物料平衡，當(dāng)塔頂采出量過(guò)大時(shí)，塔釜采出量也會(huì)相應(yīng)增加，可能導(dǎo)致塔釜液位過(guò)低，影響塔釜的正常操作，甚至可能使再沸器干燒，損壞設(shè)備。（3）塔的分離效率降低：過(guò)大的采出量會(huì)破壞塔內(nèi)的氣液平衡，使塔板上的氣液接觸情況變差，傳質(zhì)效率降低，整個(gè)精餾塔的分離效果變差。（4）操作不穩(wěn)定：塔頂采出量過(guò)大可能會(huì)引起塔內(nèi)壓力、溫度等參數(shù)的波動(dòng)，使精餾塔的操作不穩(wěn)定，難以控制產(chǎn)品質(zhì)量。四、計(jì)算題1.某流體在圓形直管中作層流流動(dòng)，已知管內(nèi)徑$d=50mm$，管長(zhǎng)$L=10m$，流體的流量$V=0.01m^3/s$，流體的粘度$\mu=0.001Pa\cdots$，密度$\rho=1000kg/m^3$。試求：（1）管內(nèi)流體的平均流速$u$；（2）管中心最大流速$u_{max}$；（3）流體在管內(nèi)流動(dòng)的阻力損失$h_f$。解：（1）根據(jù)平均流速的定義$u=\frac{V}{A}$，其中$A=\frac{\pi}{4}d^{2}$，$d=50mm=0.05m$，$V=0.01m^3/s$。$A=\frac{\pi}{4}\times(0.05)^{2}=0.001963m^{2}$$u=\frac{V}{A}=\frac{0.01}{0.001963}=5.09m/s$（2）對(duì)于層流流動(dòng)，$u_{max}=2u$，所以$u_{max}=2\times5.09=10.18m/s$（3）層流流動(dòng)時(shí)，摩擦系數(shù)$\lambda=\frac{64}{Re}$，$Re=\frac{du\rho}{\mu}$$Re=\frac{0.05\times5.09\times1000}{0.001}=254500$$\lambda=\frac{64}{254500}=0.000251$根據(jù)范寧公式$h_f=\lambda\frac{L}q6s6uyu\frac{u^{2}}{2}$$h_f=0.000251\times\frac{10}{0.05}\times\frac{5.09^{2}}{2}=0.64m$答：（1）管內(nèi)流體的平均流速為$5.09m/s$；（2）管中心最大流速為$10.18m/s$；（3）流體在管內(nèi)流動(dòng)的阻力損失為$0.64m$。2.在一連續(xù)精餾塔中分離某二元混合液，原料液流量$F=100kmol/h$，進(jìn)料組成$x_F=0.5$（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），要求塔頂產(chǎn)品組成$x_D=0.9$，塔釜產(chǎn)品組成$x_W=0.1$。試求：（1）塔頂產(chǎn)品流量$D$和塔釜產(chǎn)品流量$W$；（2）塔頂易揮發(fā)組分的回收率$\eta$。解：（1）根據(jù)物料衡算：總物料衡算：$F=D+W$易揮發(fā)組分物料衡算：$Fx_F=Dx_D+Wx_W$將$F=100kmol/h$，$x_F=0.5$，$x_D=0.9$，$x_W=0.1$代入上述方程：$\begin{cases}100=D+W\\100\times0.5=D\times0.9+W\times0.1\end{cases}$由第一個(gè)方程得$W=100D$，代入第二個(gè)方程：$100\times0.5=D\times0.9+(100D)\times0.1$$50=0.9D+100.1D$$0.8D=40$$D=50kmol/h$$W=F