环境工程原理试题

试题一

一：问答题（36分）

1、一定量的流体在圆形直管内作层流流动，若将其管径增加一倍，问能量

损 失变为原来的多少倍？ 2、何谓气缚现象？如何防止？

3、何谓沉降？沉降可分为哪几类？何谓重力沉降速度？

4、在列管式换热器中，用饱和蒸汽加热空气，问：

（1）传热管的壁温接近于哪一种流体的温度？

（2）传热糸数K接近于哪一种流体的对流传热膜糸数？ （3）那一种流体走管程？那一种流体走管外？为什么？

5、换热器的设计中为何常常采用逆流操作？ 6、单效减压蒸发操作有何优点？ 二：填空题（18分）

1、某设备上，真空度的读数为80mmHg，其绝压=________mH20,

__________Pa. 该地区的大气压为720mmHg。 2、常温下水的密度为1000Kg

3m

s

m

3

，粘度为1cp，在d内100mm的管内以

速度流动，其流动类型为 ______________。

3、流体在管内作湍流流动时，从中心到壁可以__________.___________._

_________________.

4、气体的粘度随温度的升高而_________，水的粘度随温度的升高_______。 5、水在管路中流动时，常用流速范围为_______________ms,低压气体在管

路中流动时，常用流速范围为_______________________ms。

6、离心泵与往复泵的启动与调节的不同之处是：离心泵_________________. __________________.往复泵___________________.__________________.

7、在非均相物糸中，处于____________状态的物质，称为分散物质，处于 __________状态的物质，称为分散介质。

8、间竭过滤操作包括______._______.________._________.__________。 9、传热的基本方式为___________.______________.__________________。 10、工业上的换热方法有_________.__________.__________.____________。 11、称为_______________，其物理意义为____________________________. __________________________，提高管内值的有效方法____________. 提高管外值的有效方法______________________________________。 12、蒸汽冷凝有二种方式，即_____________和________________ 。其中， 由于_________________________________________，其传热效果好。 三：计算题(46分)

1、如图所示，水在管内作稳定流动，设管路中所有直管管路的阻力糸数 为0.03，现发现压力表上的读数为5mH20，若管径为100mm,求流体 的流量及阀的局部阻力糸数？ 2、在一 列管式换热器中，用冷却 将1000C的热水冷却到500C，热水

流量为60m数

3

h

K为2000w

，冷却水在管内 流动，温度从200C升到450C。已 知传热糸

m.C

2

， 换热管为252.5mm的钢管，长 为3m.。求冷却水量

和换热管数 （逆流）。 已知：

热水960K

m

3

C热水C冷水4. 50m 25m 图1-1

试题一答案： 一、填充题 1、8.7mH20 2、Re

du

,8.53104pa.



0.1.3.10001.10

3



310

5

。湍流。

3、层流、过渡流和湍流。 4、增加、降低。 5、3-8m、8-15m

s

s

。

6、启动前应灌满液体，关出口阀门、用调节阀调节流量；往复泵启动前不

需灌液，开旁路阀、用旁路阀来调节流量的。 7、分散、连续。

8、过滤、洗涤、卸渣、清洗滤布、重整。 9、热传导、对流传热、热辐射。

10、间壁式、混合式、蓄热式、热管。

11、称为对流传热膜糸数。当流体与壁面温度差为1K时，通过单位面积单位时间内所传递热量的多少。增加流程、加拆流挡板。

12、滴状冷凝和膜状冷凝。滴状冷凝成小液滴沿壁面直接落下。 二：问答题 1、h11.

ld1

.u1

2

2g

。d22d1，u2

21。h22.

V..d24

2



14

u1，

264/

d2.u2.

ld2



.

u2

2

2g



116

h1。

2、离心泵只能空转而不能输送液体的现象。离心泵启动前应灌满液体。 3、沉降是指依靠外力的作用，利用分散物质与分散介质的密度差异，使之发生相对运动而分离的过程。沉降可分为重力沉降和离心沉降。颗粒以加速运动的末速度这一不变的速度作匀速沉降运动，这一速度称为重力沉降速度。

3、传热管的壁温接近于蒸汽的温度；传热糸数K接近于空气的对流传热膜

糸数；空气走管内，饱和蒸汽走管外。（蒸汽散热快）。

4、因为逆流操作：推动力大，所需的传热面积小；减少载热体的用量。 5、可以降低溶液的沸点，可以利用低压蒸汽或废气作为加热剂，可以浓缩

不耐高温的溶液，可以减少蒸发器的热损失。 三：计算题

1、 图示，在1-1，2-2面间列板努利方程 z1

u1

2

2g



p1

g

=z2

u2

2

2g



p2

g

h

2

2

'

luu

100005 ..进.

29.81d2g2g

u

2

5u2.

1

29.81

0.03.

5014

2

0.129.81

.

1

0.5.





29.81

3

1

u2.44m V

s

2

2

..du0.019m

s

68.9m

3

h

2

。

2

2

在2-2，3-3面间列板努利方程

luuu

z2 h，050..=z3出.

2gg2ggd2g2g2g

'

u2

p2

u3

p3

2

52.44





29.81

0.03.

25

0.129.81

,68.9m

2

.

1





 ， 8。

29.81

1

3

即流体的流量为0.019m

2

2

3

sh

局部阻力糸数为8。

2

6

2、 （1）、VK.A. 2.4K.30.3060 K3.5610 V23.210 （2）、V （3）、V

V

''2

2

'2

m

2

s

3

.

122

K.A.

21

2



V1.7m

'

3

''2

2K.A.

6

2

，

30.23600

2

2K.A.23.5610

V''6.8m3。

3、 G1C1T1T2= ，G232Kg

s

t42.50C AG2C2t2t1/K.t=39.4m2。 n167. 即冷却水的流量为32Kg

s

和管子根数为167根。

试题二 一：填充题（20分）

1、牛顿粘性定律_____________，粘度在SI制中的单位是___________。 2、常用测定流量的流___________._____________._________________。 3、在流动糸统中，若截面上流体的流速、压强、密度等仅随__________而变，不随__________而变，称为稳定流动。若以上各量既随__________而变，又随__________而变，称为不稳定流动。

4、等边三角形的边长为a，其当量直径为____________________。 5、流体在圆形直管内滞流流动时，其速度分布是_____________ 型曲

线，其管中心的最大流速为平均流速的___________ ，縻擦糸数与Re的关系为______________。 6、泵是指_______________________________，按其工作原理来分可分为 __________._____________._____________.__________________。 7、气体按压缩比来分，可分为________._______._________._________。 8、降沉室内颗粒得以沉降的条件________________________________。 9、过滤操作实际上是滤液通过_________和__________ 的流动过程，

过滤速率是指___________________________________________。 10、传热一般采用逆流操作，但为__________________.________________ 时采用并流操作。

11、用二种厚度相同的材料保温时，往往把_____________ 的材料包在内 层，以达到好的保温效果。

12、蒸发是利用溶液中溶质的________，用加热的方法使部分溶剂汽化并除去 ___________溶液的浓度或析出溶质。

13、金属的导热糸数大都随其纯度的增加而_____，随其温度的升高___。 14、对流传热的热阻主要集中在______________,因____________________ 强化对流传热的重要途径。

15、 工程上流体流经换热器的压降通常限定在__________Kpa。

二：问答题（30分）

1、流体的流动形态有哪几种？如何判断？

2、何谓层流内层？其厚度受哪些因素影响？ 3、采用多级压缩的优点有哪些？

4、列管式换热器为何要进行热补偿？

5、单层圆筒壁的内、外半径分别为r1和r2，壁表面温度分别为T'

和t'，若t'〈T'，试写出圆筒任意半径r处的温度表达式？ 三：计算题（50分） 1、流量为

5000m

3

h

的水通过一根20Km长的水平管，总压降为0.5Mpa。

3

现在中央接一完全相同的平行管到中点。问总流量变为多少m

h

？

（设总压降始终不变，流动始终为高度湍流，局部阻力忽略）。 2、泵将200C的水由一贮槽打到另一贮槽，其中吸入管和排出管的管径为

984mmm的无缝钢管。吸入管长为50m，排出管长为160m。且泵到

管出口的距离为10m，其中流量为35m

3

h

。（已知：p01atm，

Kg

m

3

0.02,Hs3.0m,N电2Kw,电0.94）.(200C时水，1000

，

1.2410

3

N.s

m

2

3

，p02.410N

m

2

)

求：忽略动压头，求泵的安装高度？ 泵的轴功率和效率？

3、一列式换热器规格如下：管长3m,管数30根，管径为252.5mm，管

程为 1，现拟选用此换热器冷凝、冷却CS2饱和蒸汽，使之从饱和温度460C降至100C。CS2走管外，其流量为G10.07Kg为356Kj

Kg

s

，其冷凝潜热

，比热为1.05Kw

Kg.C

。水走管内，且与CS2成逆流流

动。冷却水的进出口温度分别为50C和300C。已知冷凝和冷却段基于外表面的总传热糸数分别为K12000W此换热器是否造适用？

4、用一传热面积为10m2的蒸发器将某溶液由15%浓缩到40%，沸点进

料，要求每小时蒸得375Kg浓缩液，已知加热蒸汽压强为200Kpa，蒸发室的操作压强为20Kpa,此操作条件下的温度差损失可取80C，热损失可忽略不计。试求：（１）开始设入使用时，此蒸发器的传热糸数为多少？

（２）操作一段时间后，因物料在传热面上结垢，为完成同样蒸发任务，需将加热蒸汽的压力提高到350Kpa，问此时蒸发器的传热糸数为多少？

查得20Kpa水蒸汽的饱和温度为60.10C，汽化潜热为2354.9Kj 查得200Kpa水蒸汽的饱和温度为120.20C 查得350Kpa水蒸汽的饱和温度为138.80C

Kg

m.C

20

和K2100W

m.C

20

。问

试题二的答案

一：填充题

1、.

dwdy

、N.s

m

2

。

2、孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计。 3 、位置、时间、时间、位置。 4、3

3a。

Re

5、抛物线、0.5、64

。

6、为液体提供能量的输送机械，离心式、往复式、旋转式和流体作用式。

7、通风机、鼓风机、压缩机。

8、颗粒的停留时间大于沉降时间。

9、介质和滤渣层的流动，单位时间内所获到的滤液量。 10、控制温度、降低粘度、减少阻力。 11、导热糸数小的。 12、不挥发性、提高。 13、增加、增加。

14、层流内层、减薄层流内层的厚度。 15、10.13-101.3. 二：问答题

1、流体的流动形态有两种：层流和湍流；用雷诺准数来判断，当Re2000，为层流，当Re4000为湍流。

2、 在湍流主体内靠近管壁处始终存在着一层作层流流动 的流体薄层，此

薄层称为层流内层。受管径、流速、粘度和密度。

3、 避免压缩后气体温度过高，提高气缸容积糸数，减小功率，使压缩机

结构更为合理。

4、 列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不

相同，因此它们的热膨胀程度也有区别。若两流体的温度差较大

（500C以上）时，由于热应力会引起设备的变形，甚至弯曲和破裂。因此我们要考虑热补偿。 5、 Q

2.L..Tt

lnr2r1



''

=2.L..T't tT'

lnrr1

.Tt.ln

lnr2r1



''



rr1

三：计算题

3

1、 设接平行管道后，总流量为Vm

。 h3

33

二平行管流量为Vm和Vm。

hh12

板努利方程：

22 p3p1u1u3

hf1 

22

22

ppuu 3322hf2

22

总压降相同得：

2lul3u32l1u1

 1.. 3..=..

d2d2d2

2

，

2

1

123，l1l2l3l。u1u3

2

u32、u1

85

u V



35

'

85

2

6330m

3

h

s

。。

V

2

.d4

u21.53m

..0.09.36004

1.53m

3 2 图2-1

图2-2

s

。

u

2

2

2

2

lu1.53501.53

ZHshfHs..3.00.02..1.555m

2g2gd2g2.9.810.092.9.81

'

u

2

考虑0.5m的安装安全糸数。则泵的安装高度为1m. N轴N电电2.0.941.88Kw.

luu

. HZhZ..进出

d2g2g

'

2

2

160501.53

. H16.75m. H110.0210.5.

0.092.9.81

85%. NHQg16.75.35.1000.9.81/36001.6Kw . N

N电

2

3、换热器已有的传热面积：An..dl30.3.14.0.025.37.07m2。

求所需的传热面积：

冷凝段的热量：Q1 =w.r0.07.35624.9Kw

冷却段的热量：Q2w.C1.T1T20.07.1.05.362.65Kw。 总热量为：Q=Q1+Q2=27.55Kw

冷却水的用量：G水

QC.t2t1



27.554.187.305

0263

Kg

s

冷却水离开冷却段的温度：tt1冷凝段的温度差：t

QG水C比

5

2.650.263.4.187

7.4C

467.44630ln

467.4

25.7C

冷却段的温度差：t

4630

467.4105ln

467.4

16.4C

105Q24.9.10002

冷凝段所需传热面积：A14.84m

K.t200.25.7Q2.65.10002

冷却段所需传热面积：A21.61m

K.t100.16.4

所需的总的传热面积：A=6.45m2.

x0

0.625F，FW375. WF.14、水分蒸发量：x1

F=1000Kg , W=625Kg

溶液的沸点为 t60.1868.10C。 传热糸数K为：K

QAt



625.2354.9.100010.3600.120.268.1578w

785w

m.C

20

改变压力后的传热糸数：

K

'

QAt



625.2354.9.100010.3600.138.868.1

m.C

20

。

可见结垢以后的传热糸数降低。

试题三 一：填充题（20分）

1、边界层的形成是流体具有_________结果。

2、用阻力糸数法来计算突然扩大和突然缩小的损失时，按_____管内的流速来计算动能项。

3、长方形的长为2a，宽为 a，其当量直径为_________________ 4、粘度的物理意义是促使流体产生单位速度梯度的___________. 5、经内径为158mm的钢管输送运动粘度为90m

2

s

的燃料油，若保持油品

作层流流动，则最大流速不能超过________。

6、用离心泵在两个敞开容器间输液，若维持两容器的液面高度不变，当关小输送管道的阀门后，管道的总阻力将___________。

6、离心泵的工作点是___________曲线与________________曲线的交点。 8、往复式压缩机的余隙糸数=___________,_______-，则容增大，生产 能力_______________。

9、沉降操作是指在某种______中利用分散相和连续相之间的________,使之发生相对运动而实现分离的操作。沉降过程有_____和_____沉降两种方式。 10、工业上常用的过滤介质主要有________、__________、___________。 11、在过滤操作中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是_______而不是______。 12、在平壁稳定热传导过程中，通过三层厚度相同的材料，三层间的温度差变 化是依次降低，则三层材料的导热糸数的大小顺序__________________。 13、沸腾传热可分为三个区域，它们是_______、_________、_________ 。应维持在_____________区内操作。

14、用饱和蒸汽加热水，经过一段时间后，发现传热阻力迅速加大，这可能是由于___________________________________所引起的。

15、温度差损失包括__________________________、___________________、 ____________________________。 二：选择题

1、层流和湍流的本质区别是（ ）

A、流速不同； B、流通截面积不同；

C、雷诺数不同； D、层流无径向流动，湍流有径向流动； 2、选择下述流体在管路中常用的流速

（1）、过热水蒸汽（ ），（2）、水及一般流体（ ）； （3）、压强较高的气体（ ），（4）、粘度较大的液体（ ）； _ A、1-3ms，B、0.5-1ms,C、15-20ms,D、30-50ms 3、离心泵铭牌上标明的是泵在（ ）时的主要性能参数。 A、流量最大； B、压头最大； C、效率最高； D、轴功率最小； 4、下列结论正确的是（ ）。

A、 液体的粘度随温度的升高而减小； B、 气体的粘度随温度的升高而增大； C、 液体的粘度基本上不随压强变化；

D、 气体的粘度随压强增大而减小。

5、离心泵吸入管路底阀的作用是（ ）。

A、阻拦液体中的固体颗粒； B、避免出现气蚀现象；

C、维持最低的允许吸上高度；D、防止启动前充入的液体从泵内漏出； 6、在一个过滤周期中，为了达到最大生产能力应（ ）

A、过滤时间应大于辅助时间； B、过滤时间应小于辅助时间；

C、过滤时间应等于辅助时间； D、过滤加洗涤所需时间等于1/2周期； 7、下述说法中正确的是（ ）。

A、过滤速率与过滤面积成正比；B、过滤速率与过滤面积的平方成正比； C、过滤速率与滤布阻力成反比；D、过滤速率与操作压差的平方成正比； 8、在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列因素无关的是（ ）。 A、颗粒的几何尺寸； B、颗粒与流体的密度； C、流体的水平流速； D、颗粒的形状； 9、旋液分离器是利用离心力分离（ ）。

A、离心机可分离液液混合物； B、离心机可分离液固混合物； C、离心机可分离气固混合物；

D、 离心机所分离的不均匀混合物中至少有一相是液相；

10、传热过程中当两侧流体的对流传热糸数都较大时，影响传热过程的将是 （ ）。

A、管壁热阻； B、管内对流传热热阻； C、污垢热阻； D、管外对流传热热阻；

11、下述措施中对提高换热器壳程对流传热糸数有效的是（ ）。 A、设置折流挡板； B、增大板间距；

C、增加管程数； D、增加管内流体的流速；

12、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ），走壳程的有（ ）。

A、高压流体； B、蒸汽； C、易结垢的流体； D、腐蚀性流体； E、粘度大的流体； F、被冷却的流体；

13、采用多管程换热器，虽然能提高管内流体的流速，增大其对流传热糸数，但同时地导致（ ）。

A、管内易结垢； B、壳程流体流速过低； C、平均温差下降； D、管内流动阻力增大； 14、增大换热器传热面积的办法有（ ）。

A、选用粗管排列； B、选用翅片管； C、增加管程数； D、增加壳程数； 15、关于传热糸数K下述说法中错误的是（ ）。

A、 传热过程中总传热糸数K实际上是个平均值； B、 总传热糸数K随着所取的传热面不同而异；

C、 总传热糸数K可用来表示传热过程的强弱，与冷热流体的物性

无关；

D、 要提高K值，应从降低最大热阻着手；

三：计算题

1、 图示为一输油管路，未装流量计，但在A、B分别测得压强为

PA150Kpa，PA140Kpa，试估算管道中油的流量？ 已知：管为894mm，A、B间距为10m,

其中管道的当量长度为9.3m， 820Kg

m

3

，121cp。

2、试证明球形颗粒在重力场中作自由

沉降时，层流区域内的沉降速度公式 为：

u0

d.s.g

18.

2

。

3、用一板框压滤机在300Kpa压强差下过滤 图4-2

5

某悬浮液。已知过滤常数K为7.510

3

qe 为0.012m

m

2

s

，

m

38m 。要求每一操作周期得滤液，过滤时间为0.5h。2

设滤

饼不可压缩，且滤饼与滤液体积之比为0.025。试求：过滤时间；若操作压强

差提高至600Kpa，现有一台板框过滤机，每框的尺寸为63563525mm ，若

要求每个过滤周期仍得8m3滤液，则至少需要多少个框能满足要求？过滤时间

又为多少？

4、一卧式列管换热器，钢质换热管长为3m,直径为252mm。水以

0.7m

s

的

s

流速在管内流动，并从170C被加热到370C。流量为1.25Kg

72C

、温度为

烃的饱和蒸汽在管外冷凝成同温度的液体。烃蒸汽的冷凝潜热为

315

KjKg

。

m.C

20

已测得：蒸汽冷凝传热糸数为800w

，管内侧热阻为个侧热阻的

40%，

污垢热阻又为管内侧热阻的70%，试核算换热管的总根数及换热器的管程数。

计算时可忽略管壁热阻及热损失。

试题三答案 一：填充题

1、粘性。 2、细。 3、4a。 4、剪应力。

3

5、1.14m。 6、不变。 7、管路特性曲线、离心泵特性曲线。

s

8、

V3

1V3

、 小、大。 9、力场、密度、重力、离心。

10、 织物介质、粒状介质、多孔性固体介质。 11、滤饼层、过滤介质。 12、依次增加。 13、自然对流、膜状对流、核状对流、 核状对流。 14、冷凝水未排出、不凝性气体未排

15、溶液沸点升高、静压力、流体阻力所引起的温度差损失。 二：判断题

1、D． 2、D、A、C。 3、C。 4、A、B、C． 5、B。 6、D 7、B． 8、C。 9、B。

10、B． 11、A。 12、A、C、D；B、E、F。 13、C、D． 14、B。 15、C。 三：计算题

1、在A-B两点间列板努利方程：

lleu2

ZA。 ZB.

.g2g.g2gd2g

PA

u

2

PB

u

2

0

15010

3

0.0812.9.81

0.11764

设流体在管路中作层流流动，则： ， 。

uRe

820.9.81

1

14010

3

820.9.81



19.3

.

u

2

. .u20.02.

.u20.02

0.117u

.u0.02

2

。 u1.7ms。

核算雷诺准数：Re

d.u.



14

9332000。

3

则：油品的流量为V

2

..d.u31.52m

h

。

16

..d.g

3

2、颗粒作自由沉降，受力：F1 F3 u

14

2

16

..d.sg

3

，F2

..d

.u2

2

，ma。F1F2F30 ，层流：24

Re

4.d.s.g

3.

，u

d.s.g

18.

2

。

3、过滤面积：qqe2K. ，8A0.01227.5.105.05.3600，

A22.5m

2

。

滤饼体积：V8.0.0250.2m3，框数n

0.2

0.635.0.635.0.025

20

。

过滤总面积：A0.6352.2.2016.13m2。

qqe2

K.

，8

.13

0.012

21.5.104，

0.478h。

3、传热量为：Q394Kw。 所需水量：W4.713Kg单管水量：W0.243Kg

s

。t44.250C。

，每程所需管子数为：n20。

每程传热面积：所需传热面积：s

A4.71m2，传热糸数：K476.2W

m2.0

C

A'18.7m2 管程数为：n=4.总管数为80根。