2025年大学大一（过程装备与控制工程）过程设备设计基础试题及答案.doc

2025年大学大一（过程装备与控制工程）过程设备设计基础试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第 I 卷（选择题，共30分）
每题只有一个正确答案，请将正确答案填在题后的括号内。（总共6题，每题5分）
1. 过程装备设计中，以下哪种材料的强度较高且塑性较好？（ ）
A. 铸铁
B. 碳钢
C. 铝合金
D. 不锈钢
2. 在薄壁圆筒的应力计算中，周向应力是轴向应力的（ ）。
A. 1/2倍
B. 1倍
C. 2倍
D. 4倍
3. 对于外压圆筒，当计算长度L与圆筒外径D0之比L/D0大于（ ）时，需考虑稳定性问题。
A. 5
B. 10
C. 15
D. 20
4. 以下哪种封头的受力性能最好？（ ）
A. 平板封头
B. 半球形封头
C. 椭圆形封头
D. 碟形封头
5. 搅拌器的搅拌功率与以下哪个因素关系不大？（ ）
A. 搅拌器直径
B. 搅拌转速
C. 搅拌介质密度
D. 搅拌器颜色
6. 列管式换热器中，壳程流体的流动方式不包括（ ）。
A. 单程
B. 双程
C. 多程错流
D. 折流

w第 II 卷（非选择题，共70分）
7. 简答题：简述过程装备设计的一般步骤。（10分）
8. 简答题：说明外压圆筒失稳的形式及影响因素。（15分）
9. 计算题：已知一薄壁圆筒，内径Di = 1000mm，壁厚δ = 10mm，承受内压p = 2MPa，材料的许用应力[σ] = 120MPa，试校核该圆筒的强度。（15分）
10. 分析题：有一碳钢制的压力容器，在使用过程中发现焊缝处出现裂纹。请分析可能导致裂纹产生的原因，并提出相应的预防措施。（15分）
11. 设计题：设计一台搅拌釜式反应器，已知反应物料的体积流量为5m³/h，密度为1000kg/m³，要求搅拌功率为10kW。请确定搅拌器的类型、尺寸及转速等参数。（15分）

答案：
1. B
2. C
3. C
4. B
5. D
6. B
7. 过程装备设计一般步骤：首先明确设计任务和要求，收集相关资料；然后进行工艺计算，确定设备的基本尺寸和参数；接着进行结构设计，选择合适的结构形式；再进行强度、刚度等计算，确保设备安全可靠；之后进行零部件设计和选型；最后绘制图纸，编写设计文件。
8. 外压圆筒失稳形式主要有轴向失稳（如长圆筒的压缩失稳）和周向失稳（如短圆筒的鼓胀失稳）。影响因素有材料性能（弹性模量、泊松比等）、圆筒的几何尺寸（直径、壁厚、长度）、制造质量（如圆度、直线度等）、支撑条件等。
9. 圆筒的计算压力pc = p = 2MPa，圆筒的平均直径Dm = Di + δ = 1010mm，圆筒的应力σ = pcDm/2δ = 2×1010/(2×10) = 101MPa＜[σ] = 120MPa，该圆筒强度满足要求。
10. 可能原因：焊接工艺不当，如焊接热影响区产生过大的残余应力；材料质量问题，如材料存在缺陷；使用过程中压力、温度波动大等。预防措施：优化焊接工艺，控制焊接参数；严格检验材料质量；合理操作，避免压力、温度大幅度波动。
11. 搅拌器可选三叶后掠式搅拌器。根据经验公式估算搅拌器直径D = 0.3 - 0.5m³/h^(1/3)×1000^(1/3)≈1.7m。转速可根据搅拌功率公式计算得出，通过调整转速使搅拌功率达到10kW，同时要考虑搅拌器的叶宽等其他尺寸参数，以满足物料搅拌均匀的要求。