【考研类试卷】农学硕士联考食品工程原理-3及答案解析.doc
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1、农学硕士联考食品工程原理-3 及答案解析(总分:94.00,做题时间:90 分钟)一、B计算题/B(总题数:2,分数:94.00)20(密度为 1000kg/m3)的清水在本题附图所示的水管(称为虹吸管)内做稳定连续流动,水槽(直径为 2m)水面维持恒定,管子内径为 0.05m,水流经管路的全部能量损失可以忽略,环境压强为标准大气压。求:(分数:24.00)(1).水在虹吸管中的流量;(分数:3.00)_(2).A-A 截面处的真空度;(分数:3.00)_(3).若停止向水槽内注水,问水面下降 1m 需多长时间。(分数:3.00)_(4).用泵输送密度 =867kg/m 3的某溶液,输送流量为
2、 510-3m3/s。高位槽液面高出低位槽液面 10m。泵吸入管用 89mm4mm 的无缝钢管,其管总长为 19m,摩擦系数取为 0.027。泵排出管用 (分数:3.00)_(5).某离心泵在一定转速下的特性曲线方程为:H=38.5-1.5810 5Q2,式中:H 的单位为 m,Q 的单位为m3/s。今有一输水系统,其吸入设备中液面上方的真空度为 20kPa,排出设备中液面上方的表压强为100kPa,排出设备中液面比吸入设备中液面高 5.0m,两设备间用 (分数:3.00)_(6).要将某减压精馏塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽。釜中真空度为 66.7kPa(其中液体处于沸腾状态,即其饱和
3、蒸汽压等于釜中绝对压强)。泵位于地面上,吸入管总阻力为 0.87m 液柱,液体的密度为 986kg/m3。已知该泵的允许汽蚀余量为 4.2m,问该泵的安装位置是否合适?如不合适应如何安排?(分数:3.00)_(7).拟用一台 3857 型离心泵以 60m3/h 的流量输送常温的清水,已查得在此流量下的允许吸上真空Hs=5.6m,已知吸入管内径为 75mm,吸入管段的压头损失估计为 0.5m。试求:(1)若泵的安装高度为 5.0m,该泵能否正常工作?该地区大气压为 9.81104Pa;(2)若该泵在海拔高度 1000m 的地区输送 40的清水,允许的几何安装高度为若干米?当地大气压为9.0210
4、4Pa。(分数:3.00)_(8).某工业用炉每小时产生 2105m3(标准)的烟道气,通过烟囱排向大气。烟囱由砖砌成,内径为3.5m,烟道气在烟囱中的平均温度为 260,密度为 0.6kg/m3,黏度为 0.02810-3Pas。要求烟囱下端维持 196Pa 的真空度。已知在烟囱高度范围内,大气的平均密度为 1.10kg/m3,地面处为标准大气压。求烟囱的高度。砖砌烟囱内壁粗糙度较大,其摩擦系数为 =1.46/Re 0.25。(分数:3.00)_本题附图所示为冷冻盐水循环系统。盐水的密度为 1100kg/m3,循环量为36m3/h。管路的直径相同,盐水由 A 点流经两个换热器而至 B 点的能
5、量损失为98.1J/kg,由 B 点流至 A 点的能量损失为 49J/kg,B 点比 A 点高 7m。求:(分数:70.00)(1).泵的轴功率(泵的效率为 70%);(分数:3.50)_(2).若 A 点的压强表读数为 245.2kPa 时,B 点的压强表读数为多少?(分数:3.50)_(3).某溶液由开口高位槽经附图所示的管路流到开口低位槽,两槽液面恒定,其问垂直距离为 z。两条并联管路与总管的长度(包括一切局部阻力的当量长度)以及管径均相等,即l a=l b=l T=l;d a=db=dT=d。下标 a、b 及 T 分别表示并联管路 A、B 及总管路。求阀门 A 和 B 全开时总流量与关
6、闭任一阀门时总流量间的关系。已知两种流动情况时的流态均为层流。(分数:3.50)_(4).流量为 5000m3/h 的清水通过一 20km 长的水平钢管,总压降为 500kPa。因用水量增大,现在其中点接一完全相同的平行管路至终点(长 10km),求输水量增加多少?(注:总压降不变,流动状态为完全湍流)。(分数:3.50)_(5).试推导出中空球壁稳定热传导的关系式。现有一球形液氧储罐,内径为 2m,内装液氧量占储罐容积的 80%,储罐外用氧化镁保温,要求在 104s 内液氧蒸发量不超过 1%,问保温层应多厚(忽略内侧及罐壁的热阻)?已知氧化镁的热导率为 0.07W/(mK),液氧的蒸发潜热为
7、 215kJ/kg,液氧的沸点为 90K,液氧的密度为1140kg/m3,保温层外壁面温度为 280K。(分数:3.50)_(6).某平壁炉的炉壁由内层为 460mm 厚的耐火砖,外层为 230mm 厚的绝缘砖所组成。炉的内壁面温度为1400,外壁面温度 100。已知耐火砖和绝缘砖的热导率与温度的关系分别为0.9+0.0007T,0.3+0.0003TW/(mK)。式中 T 可取为相应层材料的平均温度,单位为。求导热的热通量及两砖接触面处的温度。(分数:3.50)_(7).有一蒸汽管外径为 25mm,管外包有两层保温材料,每层厚均为 25mm。外层与内层保温材料的热导率之比为 5,此时的热损失
8、为 Q。今将内、外两层材料互换位置,且设管外壁与外层保温层外表面的温度均不变,则热损失为 Q,求 Q/Q,说明何种材料放在里层为好。(分数:3.50)_(8).两大平行平板的温度分别为 T1=400、T 2=150,黑度分别为 1=0.65、 2=0.90。今在两板之间插入第 3 块大小相同的平行平板,该板极薄,两侧面温度均一,但黑度不同。当板 3 的一面朝向 400的高温面,达到稳定时其平衡温度为 327。当板 3 的另一面朝向 400的高温面,达到稳定时其平衡温度为277。设各板之间距离很小,求板 3 两面的黑度各为多少?(分数:3.50)_(9).试证明在稳定传热过程中,在两高、低温的固
9、体平行平面间装置 n 片很薄的遮热板时,辐射传热量减少到原来未安装遮热板时的 1/(n+1)倍。设所有平面的表面积、黑度均相等,平板之间的距离很小。(分数:3.50)_(10). (分数:3.50)_(11).在一单程列管换热器中用饱和水蒸气加热食用油。温度为 160的饱和蒸汽在壳程冷凝,冷凝液在饱和温度下排出。食用油在管程流动,并由 20加热到 106。列管换热器尺寸为:列管直径为(分数:3.50)_(12).热气体在套管换热器中用冷水冷却,内管为 (分数:3.50)_(13).在套管换热器中采用并流的方式用水冷却油。水的进、出口温度分别为 15和 40,油的进、出口温度分别为 150和 1
10、00。现因生产任务要求油的出口温度降至 80,假设油和水的流量、进口温度及物性均不变,且仍为并流,换热器除管长外,其他尺寸不变,若原换热器的管长为 1m,求现在需要的管长。设换热器的热损失可忽略。(分数:3.50)_(14).有一套管换热器,内管为 (分数:3.50)_(15).热空气在内径为 408mm 的钢管中流过。在钢管的中部装置一热电偶以测量空气的温度,热电偶的温度读数为 220,钢管内壁面温度为 110。求因热电偶的热接头向管壁的辐射传热而引起的热电偶读数误差。已知热电偶接头的黑度为 0.8,空气向热电偶热接头的对流传热系数为 52W/(m2K)。(分数:3.50)_(16).用稳态
11、平板导热法以测定材料的热导率。将待测材料制成厚度 ,直径为 120mm 的圆形平板,置于冷热表面之间。热侧表面用电热器维持表面温度 T1=200,冷侧表面用水夹套冷却,使表面维持在T2=80,电热器的功率为 40.0W。由于安装不当,待测材料的两边各有一层 0.1mm 的静止空气层 a=0.030W/(mK),使待测的材料热导率 与真实值 不同。不计热损失,求测量的相对误差(-)/。(分数:3.50)_(17).用热线法测定气体的热导率,实验装置如图所示,在细管的轴心位置上装一条加热导线,并将管子两端封闭,用流过导线的电流作热源。操作稳定后,某次的实验数据为:管长为 400mm、管内径为2.5
12、mm。导线表面黑度为 0.7,直径为 0.05mm,两端电压为 4.8V,电流强度为 0.3A,导线温度为 167,管内壁面温度为 75。试根据以上数据求气体的热导率。 (分数:3.50)_(18).某厂有两个规格完全一样的列管换热器,拟作为气体冷却器用。曾以其中一个进行实验,每小时可将一定量的气体自 80冷却到 60;冷却水温度自 20升到 30。气体在管内与冷水呈逆流流动。经计算知基于列管内表面的总传热系数 Ki为 40W/(m2)。现请你给出这两个换热器的流程安排,使气体的出口温度最低。其他已知条件:(1)气体处理量及冷却水进、出每个换热器的温度不变;(2)可忽略管壁、冷却水对流热阻及管
13、壁两侧的污垢热阻;(3)气体温度改变引起的物性变化可忽略;(4)传热温差可按算术平均温差计;(5)气体的对流传热系数可按下式计算:(分数:3.50)_(19).某搅拌槽中盛有 6000kg 的料液,其比热容为 4.00kJ/(kgK),初温为 100。槽内设有蛇管,管内通有冷水用以冷却槽中的液体,冷却水的进口温度为 25,流量为 1500kg/h。换热面积为 6m2,总传热系数为 230W/(m2K)。槽内料液温度均一,求将料液冷却到 60所需时间。(分数:3.50)_(20).初温为 93.33、直径为 0.792mm 的细铜丝被突然浸入恒温 37.8的液体中。对流传热系数为85.2W/(m
14、2K)。假定铜丝的物性为常数,热导率为 374W/(mK),比热容为 389J/(kgK),密度为8890kg/m3。(1)确定铜丝平均温度降到 65.8所需时间;(2)若对流传热系数为 11.36W/(m2K),其他条件不变。求铜丝温度降至 65.8所需时间。(分数:3.50)_农学硕士联考食品工程原理-3 答案解析(总分:94.00,做题时间:90 分钟)一、B计算题/B(总题数:2,分数:94.00)20(密度为 1000kg/m3)的清水在本题附图所示的水管(称为虹吸管)内做稳定连续流动,水槽(直径为 2m)水面维持恒定,管子内径为 0.05m,水流经管路的全部能量损失可以忽略,环境压
15、强为标准大气压。求:(分数:24.00)(1).水在虹吸管中的流量;(分数:3.00)_正确答案:(管中水的流量 Q。在水槽水面(1-1)至出水管口(2-2)两截面间列柏努利方程,即* (1)式中,p=0,u 1=0,=L f=0,z=-2将以上数值代入式(1),得:*所以 u 2=6.26(m/s)*)解析:(2).A-A 截面处的真空度;(分数:3.00)_正确答案:(A-A 截面处的真空度 PAV。在水槽水面(1-1)至 A-A 截面(2-2)两截面间列柏努利方程,得*pA=-2.94104(Pa)=-29.4(kPa)所以 pAV=-pA=29.4(kPa)解析:(3).若停止向水槽内
16、注水,问水面下降 1m 需多长时间。(分数:3.00)_正确答案:(求水面下降 1m 需多长时间。设在任意时刻 t,水面至出水管口的高度为 h。在 dt 时间间隔内作水的衡算:(0-u0A0)dt=Adh* (2)又*所以*代入式(2),并积分可得:*)解析:(4).用泵输送密度 =867kg/m 3的某溶液,输送流量为 510-3m3/s。高位槽液面高出低位槽液面 10m。泵吸入管用 89mm4mm 的无缝钢管,其管总长为 19m,摩擦系数取为 0.027。泵排出管用 (分数:3.00)_正确答案:(取低位槽液面为 1-1截面,高位槽液面为 2-2截面,在两截面问列柏努利方程,有:-L f=
17、gz+p/+u 2/2 (1)其中:z=10m,p=0,u 1=u2=0,L f=L fS+L fD以下分别计算吸入管和排出管的能量损失。(1)吸入管的能量损失。吸入管中流速:*管进口局部阻力系数取 0.5。*(2)排出管的能量损失。排出管中流速:*管出口局部阻力系数取 1.0。*(3)管路总能量损失。L f=L fS+L fD=3.21+90.6=93.81(J/kg)将以上各值代入式(1)可得:-93.81=9.8110+0所以 =191.9(J/kg)轴功率 N:*)解析:(5).某离心泵在一定转速下的特性曲线方程为:H=38.5-1.5810 5Q2,式中:H 的单位为 m,Q 的单位
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