化工原理答案

1、廣州 祁存謙 丁楠 呂樹申 第1章 流體流動(dòng) 第2章 流體輸送 第3章 沉降過(guò)濾 第4章 傳熱 第5章 蒸發(fā) 第6章 蒸餾 第7章 吸收 第9章 干燥 第8章 萃取 第 10 章 流態(tài)化 中山大學(xué)化工學(xué)院 （510275） 2008/09/28 第1章流體流動(dòng) 1-1 .容器A中氣體的表壓力為 60kPa,容器B中的氣體的真空度為1.2 104 Pa。試分 別求出A、B二容器中氣體的絕對(duì)壓力為若干Pa。該處環(huán)境大氣壓等于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。（答： A,160kPa ； B,88kPa ） 解：取標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為100kPa,所以得到： Pa 60 100160kPa ； PB 100 1288kPa。 1

2、-2 .某設(shè)備進(jìn)、出口的表壓分別為 求此設(shè)備進(jìn)、出口的壓力差為多少 Pa。 解：P P進(jìn) P出12 157 1-3.為了排除煤氣管中的少量積水， 出，已知煤氣壓力為 1.02m） 10kPa （表壓）。 -12k Pa和157k Pa，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3k Pa,試 （答：-169kPa） 169kPa。 用如圖示水封設(shè)備，水由煤氣管道上的垂直支管排 問(wèn)水圭寸管插入液面下的深度 h最小應(yīng)為若干？（答: P 解：H g 3 103 101.02m 103 9.8 4| I I 習(xí)題1-3附圖 1-4 .某一套管換熱器，其內(nèi)管為33.5mm 3.25mm,外管為 60mm 3.5mm。內(nèi)管 3

3、1 流過(guò)密度為1150kg m ，流量為5000kg h的冷凍鹽水。管隙間流著壓力（絕壓）為 0.5MPa ,平均溫度為00C ,流量為160kg h 1.2kg （答： 3 m ，試求氣體和液體的流速分別為若干m 1 1 Ul 2.11m s ； Ug 5.69m s ） 1的氣體。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體密度為 s 1 ? 解: it 水 d 內(nèi) 33.5 3.25 2 對(duì)液體: Ui Vi 對(duì)氣體: 旦 Po u 氣體 習(xí)題1-4附圖 27mm , d外 603.5 2 ml/ l 4 5000/3600 2_7C d 內(nèi)2/ 11500.027 4 P0 1.2 0.5 106 1.01325

4、105 53mm ； 2.11m s 1 ; 5.92kg m 3， 1 0 AgA外 A內(nèi) d 4 mg/ g Ag 2232 0.0530.03351.32 10 m , 4 1-5 . (答： 解: Vg ug A 250C水在內(nèi)徑為50mm的管內(nèi)流動(dòng)，流速為 1.12 105 ） Re -du1.12 105。（ 250C 下水的, 160/3600 1.32 10 3 5.92 5.69m s1。 2m s 1。試求雷諾準(zhǔn)數(shù)為若干? 查物性手冊(cè)） 57mm 3.5mm，試判斷流動(dòng)類型。 （2）條件與上相同，但管中流過(guò)的是某種油類，油的運(yùn)動(dòng)黏度為4.4 cm2 動(dòng)類型。（答：（1） 1

5、.01 105，湍流；（2） 231 2000，層流） 解：d 57 1-6 .（1）設(shè)流量為4L s 1，水溫200 C，管徑為 s ，試判斷流 3.5 2 50mm , 3 4qv4 4 10 F2 d0.05 qV u 一 A 查物性手冊(cè)得200 C下水的密度和粘度分別為: 33 998.2kg m ,1.004 10 Pa du 998.2 0.05 2.04 Re 3一 1.01 2.04m s 1, 3 1.004 10 3 所以流體在管內(nèi)的流動(dòng)類型為湍流； C du du 0.05 2.04 Re 1054000 2312000 4 4.4 10 4 所以流體在管內(nèi)的流動(dòng)類型為層

6、流。 1-7 .密度為1800kg m 3的某液體經(jīng)一內(nèi)徑為 60mm的管道輸送到某處, 1311 0.8m s，求該液體的體積流量 m h ，質(zhì)量流量kg s和質(zhì)量流速kg （答：8 若其流速為 2 1 m s 。 解: qv 14m3 h 1 ； 4 07kg s 1 ； 1440kg d2u 0.0620.8 Au 44 2.26 10 3m3 s 18 14m3 h 1, qV2.26 10 3 1800 4 07kg qm / A 4.07/(0785 0.062) 1440kg m .有一輸水管路，200C的水從主管向兩支管流動(dòng), 1與支管2的水流量分別為20 103kg (2)支

7、管 Um 1-8 支管 89mm 3.5mm。試求：（1）主管的內(nèi)徑； （答：（1）d 0.1m ；（ 2）1.053m s 1） 主管內(nèi)水的流速為 h 1 與 10 103kg 1內(nèi)水的流速。 1.06m s 1, h 1。支管為 V1 習(xí)題1-8 附圖 解：q Au , q1 q u 4 AU1 , q1 q2 (20 10) 1O3/36OO 998.2 f4A 1.06 j4 7.88 10 3 7.88 10 3m2， 0.1m ； U1 q1 A 20 1O3/36OO 998.2 2 1.053kg m s 1-9 .已知水在管中流動(dòng)。在截面 89 3.5 2 2 10 4 1

8、。 1處的流速為0.5m s 1。管內(nèi)徑為0.2m，由于水的 2 壓力產(chǎn)生水柱高為1m ;在截面2處管內(nèi)徑為0.1m。試計(jì)算在截面1、2處產(chǎn)生水柱高度差 h為多少？ 2 解：U2 u1 蟲 d2 竺 0.1 對(duì)截面1與截面2列伯努利方程: 2 U1 2g P1 0.5 2m s g P2 2 U2 2? 2 U2 g P P h上 g P2 P1 g 2 U1 2g， gh , L22 P2 U2 _U1 g2g 0.52 2 9.8 0.191m。 1-10 .圖示吸液裝置中，吸入管尺寸為 并裝有底閥及攔污網(wǎng)，該處的局部壓頭損失為 32mm 2 8 2g 2.5mm，管的下端位于水面下 2m

9、， 。若截面2-2處的真空度為39.2kPa， 1 u2 由1-1截面至2 - 2截面的壓頭損失為 2 2g ( 答：(1) 2.95m3 吸入口 1-1處的表壓。 。求: (1)吸入管中水的流量，m3 h 1; (2) h 1 ； (2)1.04 104 Pa) 解：以水面為基準(zhǔn)面，在基準(zhǔn)面與 2 u0Z g 乙g 習(xí)題i-i0附圖 i-i截面間列伯努利方程: 2 Ui hf， Zo 0, Po 0 （表壓）， Uo 乙 2m , hf 2 2g 代入上式得: 02 9.8 PiUi2 2 8比 2g Pi 在1-1 Zig 2 2 ui 19.62 9 丄 2 截面與2-2截面間列伯努利方

10、程: 2 u2 2 巴ui2 2 P2 hfi 2， Zi 2m , Ui U2, Z2 3m , P2 39.2kPa （表壓），hfi 2 2 2g 代入上式得: 巴 5 9.8 39.2 1000 i03 2 Ui 由與解得： ui i .43m s 2 qVAui d ui 32 44 由式可以解得： P i.04 i04Pa。 2.5 243 2 i0 4i.43 36004.95m3 57mm 3.5mm 。當(dāng)閥門全閉時(shí)，壓力表讀數(shù) 20.3kPa，設(shè)總壓頭損失為 0.5m （水柱）， m3 h i ?（答：22.8m3 h i ） i-ii .在圖示裝置中，出水管直徑為 為30.

11、4kPa,而在閥門開啟后，壓力表讀數(shù)降至 求水的流量為若干 解：取水面為0 0截面，壓力表處為1 1截面，以壓力表管中心線為基準(zhǔn)面。 故P0 0， 乙 0。 當(dāng)閥門全關(guān)閉時(shí)：p 30.4kPa , 由流體靜力學(xué)原理得： Zog Z0 Pi g 當(dāng)閥門打開后, Z0 P0 3 30.4 10 1000 在 2 u。 g 2g 式中U00，P u13.22m s 3.1m， 9.8 0截面與1 Ru12 g 2g 20.3kPa，hf 1 1截面間列伯努利方程: hf 0.5m水柱, 573.5 2 23 22 360022.8m3 h 1。 qv Au1d 2U1 0.05 2 0.05 2.5

12、cm, 若忽略能量損失，問(wèn)聯(lián)接于該管收縮斷面上的水管，可將水自容器內(nèi)吸上高度 44 1-12 .在水平管道中，水的流量為2.5 10-3m3 s 1,已知管內(nèi)徑d15cm d2 及 h1 1m。 h2為多少？ A d 2 d1 U1 J d 2 解：u1 U2 1.27 0.025 5.08m s 1， 以管中心線為基準(zhǔn)面，取 間列伯努利方程： di處為1-1面，d2處為2-2面，在1-1面與2-2面 2 g 又有Z1 P1P2 g h2丄 U1 2g Z20 2 U2 飛 2 2 U2U1 2g Z2 2 U1 P2 2 U2 2g g 1-13.求常壓下350C的空氣以 hi 5.082

13、1.272 2 9.8 12m s 1的流速流經(jīng) 10.234m。 120m長(zhǎng)的水平通風(fēng)管的能量損失, 管道截面為長(zhǎng)方形，高 300mm，寬200mm。（設(shè)一 d 0.0005)(答：66.1m 氣柱, 這個(gè)答案與讀圖很有關(guān)系） 初,4ab 解：de 2 a b deu Re 4 0.3 0.2 0.24m , 2 0.30.2 1.1465 0.24 12, C 1.8 18.35 10 6 105， 由/d 0.0005，查圖得 0.018, hf 2 2 l u12012 0.018 de2g0.24 2 9.8 66.1m氣柱。 1-14 .如圖所示，某一輸油管路未裝流量計(jì)，但在A與B

14、點(diǎn)壓力表讀數(shù)分別為 ,Pb 1.43MPa 。試估計(jì)管路中油之流量。已知管路尺寸為 的無(wú)縫鋼管，A B兩點(diǎn)間長(zhǎng)度為40m，其間還有6個(gè)900彎頭，油的密度 黏度為 121 mPa s。（答：17.6m3 h 1 ） Pa 1.47 MPa 89mm 為 820kg 4mm 3 m ， 解：取 習(xí)題1-14 A點(diǎn)的水平面為基準(zhǔn)面，在A與B間列伯努利方程: 2 UB 2 附圖 rPa 2 Uar Pb ZAg 2 ZB g 式中：Ua Ub , Za 0 , Z hf ZBgPa Pb 1.47 1 1 9.8 B 1.5 hf 0.5 1m .431038.98J kg 1 , 820 635

15、l le 代入得： hf , 38.98 40 0.081 u20.111 假設(shè)為層流，則： 6464 2 351.91 u2 2 , 64 121 10 3 0.117 Re du 將代入中得: u 0.949m 校核Re _ du Re 0.081 820U 820 0.081 0.952 121 10 3 , 522.6與假設(shè)相符, qv Au 31 360017.6m3 h 1。 1-15 .水從水塔用 位差為12m , 管路長(zhǎng)度為 -0.081 20.949 4 108mm 4mm有縫鋼管引至車間的低位水槽中，水槽與水塔的液 150m （包括管件的當(dāng)量長(zhǎng)度）。水溫為120C，試求此管

16、路輸水 量為若干m3 h 1 （設(shè)一 d 12 C查得: 0.002 ）。 （答：72.3m3 h 1） 0.00124Pa s， 解：由t 取低位水槽水面為基準(zhǔn)面，在低位水槽和水塔間列伯努利方程: 2 Ua 2 Zb ZAg 式中: Pa Za Za Zb 12g 150 ZB g 12m hf Pb Pa 2 Ub 2 PB , u A 2 hf Ub 2 u _ du Re 0.1 2 0.157， 999.4 0.1u 0.00124 8.06 104u， 由 /0.002查圖并用試差法求得: 0.024, qV Au u 2.56m s 1 , 231 -0.12.56 3600 7

17、2.3m3 h 1 。 4 1-16 .在管徑為 量，空氣溫度為 210C，壓力為1.47 105Pa （絕壓），用斜管壓差計(jì)測(cè)量，其讀數(shù)為 200mmH 2O。斜管壓差計(jì)的傾斜角度為 20度。問(wèn)這時(shí)空氣質(zhì)量流量為若干？ （答：2.98kg s 1） 325mm 8mm的管道中心裝一皮托管，以測(cè)定管道中流過(guò)的空氣流 解：R R sin PT PT 1.01 105 Umax f2gR 0 p 9.8 0.06841000 1.75 1.75 27.7m s 1 , Re max du max 1.75 0.309 27.7 1.81 10 5 8.3 105 , 查圖得: 0.82 , u m

18、ax U0.82umax 0.82 27.7 22.7m s 200sin 2068.4mm , 1.47 105 273 1.293 2 2 45 1 22.7 1.752.98kg s。 qm Au 2 0.309 4 1-17 .密度為1000kg m 3的液體，以319kg s 1的流量流經(jīng)一內(nèi)徑為 0.5m的管道, 該液體的黏度為1.29mPa s ,若流過(guò)孔板的壓力降不超過(guò) 24.5kPa,問(wèn)孔板的孔徑為若干 （答：d00.3m） 解qV CEP 式中：qv 如 0.319m3 s 1000 P 24.5kPa, 1000kg m 0.319 Qd _ 12 24.5 103 41

19、000 5.495 Cod 0 00.06 , 5.495 2 d。2 0.25 查圖并用試差法得： 20.36, C0 0.67 , 故 d00.3m , 驗(yàn)證： dudqv rxC 4 1000 0.5 0.319 0 2 A 1.29 10 4d02 所以得到：d00.3m。 0.5 d1 6.3 105 （在直線段）， 體積流量為540m3 h 1，泵出口壓力表讀 若壓力表和真空表測(cè)壓截面間的垂直距離為 流體輸送 2-1 .某離心泵以150C水進(jìn)行泵性能實(shí)驗(yàn)， 數(shù)為350kPa，泵入口真空表讀數(shù)為 30kPa。 350mm，吸入管和壓出管內(nèi)徑分別為 350mm及310mm，試求泵的揚(yáng)程

20、。（答：39.2m） 解：qV 540m3 h 10.15m3 s 1 U2 qV A2 4 0.152 1.99m 0.31 U1 qV a 4 0.1521.56m 0.35 ho H1 H2 2 2 U2U1 2g ho 3 CCL 350 10 0.35 1000 9.8 3 30 10 ff22 P P U2 U1 g g2g 2 2 倔侮39.2m。 1000 9.8 2 9.8 2-2.在一化工生產(chǎn)車間，要求用離心泵將冷卻水由貯水池經(jīng)換熱器送到另一個(gè)高位槽。 已知高位槽液面比貯水池液面高出10m，管路總長(zhǎng)（包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi)）為 2 400m，管內(nèi)徑為75mm，換熱器的壓

21、頭損失為32 ，在上述條件下摩擦系數(shù)可取為 2g 0.03，離心泵在轉(zhuǎn)速n 2900r min 1時(shí)的H qv特性曲線數(shù)據(jù)如下表所示。 qV /m3 s 1 0 H /m 26 23 21 12 （2）泵的工作點(diǎn)及其相應(yīng)流量及壓頭。 （答： 試求：（1）管路特性曲線； H 20m, qV 0.0045m 3 s 1 ： 解：設(shè)管路特性曲線為 H A Bqv2， 2 u qV u 一 a 32 10 2g q_ 2 0.075 0.03竺 0.075 32 2 2 9.8109.8U， 代入上式得: 2 qV 10 9.8 學(xué) 4 20.075 10 5.03 105qv2， 計(jì)算列表如下: q

22、V /m3 s 1 0 H /m 10 12 18 作泵的特性曲線和管路特性曲線圖得: 工作點(diǎn)：H 20m， qV 0.0045m3 s 1。 2-3 .某離心泵的額定流量為16.8m3 h 1，揚(yáng)程為18m。試問(wèn)此泵是否能將密度為 331 1060kg m 、流量為15m h 的液體，從敞口貯槽向上輸送到表壓為 敞口貯槽與高位設(shè)備的液位的垂直距離為 管長(zhǎng)為124m （包括直管長(zhǎng)度與所有管件的當(dāng)量長(zhǎng)度） 泵合用） 8.5m。已知管路的管徑為 摩擦系數(shù)為 30k Pa的設(shè)備中， 75.5mm3.75mm , 0.03。 （答：此 解：u Qv A 4 15 1.15m s 0.0755 0.00

23、375 2 2 3600 丄30 103 d 2g CL - ccc 124 1.152 8.5 0.03 1060 9.80.068 2 離心泵的送液能力和揚(yáng)程都大于管路系統(tǒng)所要求的，故此泵合用。 2-4 .由山上的湖泊中引水至某貯水池，湖面比貯水池面高出 0.085m 3 s 1,試選擇管直徑為多少？假定所選管道的磨檫系數(shù) 水管內(nèi)壁銹蝕，其磨檫阻力系數(shù)增大至 31 d 0.235m, Qv 0.069m s ） 解：u亞竺,4 0.085 A d2 d2 因?yàn)樗诠軆?nèi)的流速一般取 此時(shí)：d0.235m，選用 在湖面和貯水池面之間列伯努利方程得： 2 u2 0.11 1 - 3m FL 2

24、u1 P2 式中: 45m , p P2, U1 15.1m18m 9.8 45m，管道流量達(dá)到 0.02。經(jīng)長(zhǎng)期使用，輸 0.03。問(wèn)此時(shí)水的流量減至若干？（答： 1，我們?nèi) 2m s 1， 273 19mm的熱軋無(wú)縫鋼管。 hf U2， Z20， hf 丄匚又 d 2g qv 4qV d2 2 2 1qV12qV2 ， qv2（qv1 #黯 0.085 0.069m 2-4 .由山上的湖泊中引水至某貯水池，湖面地面高出 45m 管道總長(zhǎng)4000m （包括直 管長(zhǎng)度和局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度），要求流量達(dá)到 0.085 m 1 。若使用新鑄鐵管，其 摩擦阻力系數(shù)0.02，則鑄鐵內(nèi)徑需多大？經(jīng)長(zhǎng)期使

25、用，鑄鐵管內(nèi)壁腐蝕，其摩擦阻力 系數(shù)增大至0.03，問(wèn)此時(shí)水流量減至若干？ 解：在湖面和貯水池面之間列伯努利方程得： Z1 P1 2 u1 2g Z2 2 P2 U2 g 2g l u2 dig 因?yàn)?P1 P2 0 （表壓），Ui 0, U2 所以 45 0.02 型0 u2 d 2g (1) 0.085 所以u(píng) 0.1082 d2 代入式（1）得 d5 0.00106 所以 d 0.254m: 2 當(dāng)O.。3時(shí),代入式得45 O.。3牆話 u 1.367m s 1 V 0.785 02542 1.367 0.0692m3 s 1 2-5 .某工藝裝置的部分流程如下圖所示。已知各段管路均為5

26、7mm 3.5mm的無(wú)縫鋼 管，AB段和BD段的總長(zhǎng)度（包括直管與局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度）均為 200m，BC段總長(zhǎng)度為 3 120m。管中流體密度為800kg m ,管內(nèi)流動(dòng)狀況均處于阻力平方區(qū)，且0.025，其 在E和F之間列伯努利方程得: 2 Ue Ze Pe Zf Pf 2 Uf 2g hf E F 其中: Ze Zf Pe PF , UE UF , hf E F 2 也 2g 2 Uf 石 即在BD段中流體的流速 Uf f2 9.8 0.23 Y 一 ” U 1.00m 4.5 1 1.00m s 1 , 在B與右側(cè)貯液器之間列伯努利方程得: 2 Ur 無(wú) Zb Pb 2 UB 2? Pr

27、 g 在B與C之間列伯努利方程得: 2 Ub 2g Zb Pb Zc Pc hfBr g 由得: 2 Uc 2g hfBC 其中: 2 Ur 2g 4m hf B r g ,Pr 1.01 105 Pa, 2 Uc 2g hfB Ur Zc Pc 94 760 1.01 105Pa , hfB 0.025 14.5m， 2 200 Up 0.05 2g 4 800 9.8 120 Uc2 0.05 2g 2 C CCCL 2001.002 0 0.025 0.05 2 hfB r 0.025 9.8 14.5 94 1.01 105 760 800 9.8 2 Uc 2 9.8 0.025迺仝

28、 0.05 2 9.8 22.0 2 16.13.1uc Uc 2231.38m d2Uc Ub 1.38 1.002.38m s 1， 在B與左側(cè)貯液器之間列伯努利方程得: 2 Ub 2g 由分支管路特性知：d2 u B Zb Pb hfBi 乙 P 其中: Zb 4m , Pl 1.01 105Pa , Pb 3.1 2Ud 2 虬H 2g 200 2 Ub 0.05 2g Ub 22.0 m 12g 200 2.382 1.01 105 0.025 4 034.0m 0.05 2 9.8 800 9.8 Au .2 d Ub 0.05 2 2.38 3 360016.8m 2 g 泵的流

29、量qv 22.0 h1 U1 0， hfB I 0.025 4 4 沉降過(guò)濾 3-1、試求直徑70 口 m,密度為2650kg 空氣中的沉降速度。(答：4.38 10 3m s 解：在20 C水中的沉降速度 先假定此沉降屬層流區(qū)，可按斯托克斯定律求 998.2kg m 3, 70 10 6 8 1.004 10 3 70 10 66.79 10 3998.2 3 m 3的球形石英粒子, 1 ,3.97 1 10 m 在200C水中及在200C 1) 查表得20 C水的 d2 s g 18 Ut 復(fù)核：Ret 2650 1.004 10 在20 C空氣中的沉降速度 先假定此沉降屬層流區(qū)，按按斯托

30、克斯定律求 查表得20 C空氣的 d2 s g Ut 18 4亠 f du t 復(fù)核：Ret Ut , 1.004 10 3Pa s, 998.29.8 4.38 10 3m s1 0.471與假定相符; Ut , 5 _ Pa s, 1.205kg m 6 2 70 10 6 18 1.81 10 5 6 70 100.39 1.2051.821 與假定不符, 2650 1.81 10 5 再設(shè)該沉降屬于過(guò)渡區(qū)，按艾倫定律求ut, Ut 一 Ret06 0|70 106 2650 1.2059.8 U.27 1 0.397m s dut 復(fù)核：Ret 1.81 10 1.205 980.39

31、m s 1 ,0.6 1.82 1.205 1 1 3.97 10 m s 6 70 100.3971.2051.864屬于過(guò)渡區(qū)，與假定相符。 1.81 10 5 3-2、有一玉米淀粉水懸浮液，溫度200 C ,淀粉顆粒平均直徑為 15 口 m , 水后的密度為1020kg m 3，試求顆粒的沉降速度。(答：5 2.66 10 6m 淀粉顆粒吸 1) 解：先假定此沉降屬層流區(qū)，按按斯托克斯定律求 Ut , 已知：d 15 m 15 10 6m, s 1020kg m 查表得20 C的水的 998.2kg m 3, 1.004 10 3 Pa s, d s g Ut 18 (15 10 6)2

32、(1020 998.2) 18 1.004 10 98 2.66 10 檢驗(yàn)Ret值: 3 Ret虬 15 10 6 2.66 1036 2 3.96 10 51 1.005 10 3 計(jì)算結(jié)果表明，與假設(shè)相符，故算得的 Ut 2.66 10 6m s 1 正確。 3-3、密度為2650kg m 3的球形石英微粒在200C空氣中自由沉降，計(jì)算服從斯托克 斯公式的最大微粒直徑及服從牛頓公式的最小微粒直徑。 (答: 57.3 口 m , 1510 口 m ) 解：層流區(qū)Re的上限值：Ret 業(yè) Ut dcs g 18 dc 查表得20 C空氣的1.205kg m 1.81 10 5Pa 5 2 1

33、8 1.81 10 3 V 2650 1.2051.205 9.8 湍流區(qū)Re的下限值：Ret 蟲 5.73 1000 , Ut 1000, 一 Jdc s -1.74 dcV ( 1.74 2106 2 v 2 J 1.74 2 1061.81 10 5 V 2650 1.205 1.205 9.8 3-4、氣流中懸浮某種球形微粒，其中最小微粒為 1.510 今用一多層隔板降塵室以分離此氣體懸浮物。已知降塵室長(zhǎng)度 每層高100mm,氣體密度為1.1kg m 3,粘度 試問(wèn)：（1）為保證最小微粒的完全沉降， 3 多每小時(shí)能處理多少 m氣體？ d2 s g 18 解：ut (答: 10 10 1

34、0 m 57.3 3 3m 1510 10 口m,沉降處于斯托克斯定律區(qū)。 10m，寬度5m，共21層， 3 0.0218cp ,微粒密度為 4000kg m 。 可允許的最大氣流速度為多少？ （2）此降沉室最 1m s 1, 37800m3 h 1 ） 10 64000 1.19.81 0.01m s 18 0.0218 10 3 0.01 10 1m s 1 ； 0.1 水平流速U u丄 H qVAut 10 5 21 0.01 3600 37800m3 h 1。 3-5、一除塵室用以除去爐氣中的硫鐵礦塵粒。礦塵最小粒徑8 口m,密度為 4000kg m 3。除塵室內(nèi)長(zhǎng)4.1m，寬1.8m

35、，高4.2m。室內(nèi)溫度為4270C，在此溫度下 爐氣的黏度為3.4 10 5Pa s，密度為0.5kg 試計(jì)算除塵室隔板間的距離及除塵室的層數(shù)。 的- 2160 273 4273 解：qV 1.54m3 3600 m 3。若每小時(shí)需處理爐氣 2160標(biāo)準(zhǔn)m3, （答：0.084m，50） 273 水平流速U 亞 bH 假定此沉降屬層流區(qū), Ut d2 sg 1.540.20m s 1, 1.8 4.2 按按斯托克斯定律求ut, 6 2 8 10 64000 0.59.8 每層間距 層數(shù)n 18 4.1 10 3m s 1， 18 3.4 10 5 4 110 3 4 1104.10.084 m

36、 , 0.20 ULl: u 4.2 0.084 dut 50, 8 10641叮O.54.8 10 41與假定相符。 3.4 10 5 3-6、用一個(gè)截面為矩形的溝槽，從煉油廠的廢水中分離所含的油滴。擬回收直徑為 200 口 m以上的油滴。槽的寬度為 4.5m，深度為 部排出，而匯聚成層的油則從頂部移去。油的密度為 鐘處理廢水20 m3，求所需槽的長(zhǎng)度 L。 解：假定此沉降屬層流區(qū)， 復(fù)核: Ret （答: 按按斯托克斯定律求 0.8m。在出口端，除油后的水可不斷從下 870kg m 3，水溫為200C。若每分 26.6m） Ut， 查表得20 C的水的 3 998.2kg m ， 3 1.

37、004 10 Pa s， 6 2 200 10 d2 s g 負(fù)號(hào)代表油滴向上運(yùn)動(dòng)， dUt200 106 2.79 10 3 998.2 0.557 1 與假定相符, Ut 870 18 1.004 10 3 998.2 9.82.79 10 3m s1 復(fù)核：Ret 油滴從槽底升至表面所需的時(shí)間 故廢水在槽中通過(guò)的時(shí)間應(yīng)大于 廢水在槽內(nèi)通過(guò)的時(shí)間 3 1.004 10 3 t 287s, 2.79 10 287s，即： L287 20/60 4.5 0.8 L 26.6m 固相的水懸浮液，得到15m3濾液。濾渣內(nèi)含有30%水分。 3-7、過(guò)濾含20% （質(zhì)量） 求所得干濾渣的量。 解：設(shè)懸

38、浮液量 （答：4200kg） G1，濕濾渣量G2，干濾渣量G3 G2 1 0.30 G1G2 G1 0.20 15 1000 G3 G2 10.30 由上面兩式可得：G121000kg , G26000kg , G34200kg。 3-8、用一臺(tái)BMS50/810-25型板框壓濾機(jī)過(guò)濾某懸浮液，懸浮液中固相質(zhì)量分率為 0.139 ,固相密度為2200kg m 3,液相為水。每一 m3濾餅中含500kg 水,其余全為固相。 已知操作條件下的過(guò)濾常數(shù)K 2.72 10 5m2s 1 , qe 3.45 10 3m3 m 2。濾框尺寸 為810 25mm，共38個(gè)框。試求：（1）過(guò)濾到濾框內(nèi)全部充滿

39、濾渣所需的時(shí)間及所得濾 液體積；（2）過(guò)濾完畢用0.8m3清水洗滌濾餅，求洗滌時(shí)間。洗水溫度及表壓與濾漿的相 同。（答：4.04min , 3.88m3, 6.38min ） 解：濾框尺寸：810 810 25mm，共38個(gè)框， 框內(nèi)實(shí)際總?cè)莘e為0.615m3， 濾餅體積等于全部濾框內(nèi)的實(shí)際總?cè)莘e即0.615m3， 濾餅中含水量0.615 500307.5kg，體積為0.3075m3， 濾餅中固相體積0.615 0.30750.3075m， 濾餅中固相質(zhì)量676.5 307.5984kg， 懸浮液的質(zhì)量 676.5/0.1394866.91kg， 濾液的質(zhì)量 4866.91 9843882.9

40、1kg O 濾液的體積 V 3882.91/10003.88m， 3 3.8829/49.90.0778m 過(guò)濾面積 A 0.81 0.81 38 249.9m2， 單位面積的濾液量 由 q qe 2 K 式中: K 2.72 10 s 1，qe 3.45 10 3 2 qe K 242.2s 4.04min （過(guò)濾時(shí)間） 清洗時(shí)間 w 8 q qe Vw 8 0.0178 3.45 10 3 KA 0.8 2.72 10 5 49.9 383s6.28mn。 傳熱 4-1、燃燒爐的平壁由下列三種材料構(gòu)成 厚度b 230mm ；絕熱磚的熱導(dǎo)率為 1 1 0.93W m K 。若耐火磚內(nèi)側(cè)溫度為

41、 為940 0C ,絕熱磚與普通磚間的最高溫度不超過(guò) 面上的溫度相等）。試求：（1）絕熱磚的厚度。絕熱磚的尺寸為： 普通磚外測(cè)的溫度。普通磚的尺寸為：50mm b20.460 m ；（2） :耐火磚的熱導(dǎo)率為1.05W m 1 K 1, 1 1 0.151W m K ；普通磚的熱導(dǎo)率為 10000 C ,耐火磚與絕熱磚接觸面最高溫度 130 C （假設(shè)每?jī)煞N磚之間接觸良好界 65mm 113mm 230mm; 120mm 240mm。（答： 解：第一層: t4 Q A 34.6 C ) b t2 1 第二層: t2 七3 b2 t1 b1 1.05 0.23 t2 1000 2 t2t3 b2

42、 940 b2 b20.446m 因?yàn)榻^熱磚尺寸厚度為 230mm，故絕熱磚層厚度 b2 取 0.460m， 105.3 C ； 校核： 105 1000 940 0.23 t3 吐1 940 t3 0.460 t1 b1 t4 4-2、某工廠用 t2一 t3 b3 34.6 C。 170mm 5mm的無(wú)縫鋼管輸送水蒸氣。為了減少沿途的熱損失，在 t4 管外包兩層絕熱材料：第一層為厚30mm的礦渣棉，其熱導(dǎo)率為 0.065W m 1 K 1 ；第二 層為厚30mm的石棉灰，其熱導(dǎo)率為 0.21W m 1 K 1。管內(nèi)壁溫度為3000C，保溫層外 表面溫度為400C。管道長(zhǎng)50m。試求該管道的散

43、熱量。 無(wú)縫鋼管熱導(dǎo)率為 45W m 1 K 1 （答：Q 14.2kW） 解： 已知: 棉 0.065W m 1 K 1，灰 查表得：鋼 45W m 1 K 1 Q 2 t1t4 T 1lnd2 1d1 1 . d3 ln 2 d2 1lnd4 3d3 其中 1 d2 :In d1 0.17 ln 0.16 0.0606， ,d3 d2 ,0.23 ln 0.17 0.302， ln d4 d3 ,0.29 ln 0.23 0.231 Q 2 300 40 OQAM l 0.0606 厶OHV V 0.3020.231 45 0.065 0.21 Q 284 50 1.42 10 4W 14

44、.2kW 1 m 288K升至298K。求管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)。 解：設(shè)為湍流 0.21W m 1 K O 4-3、冷卻水在19mm 1mm，長(zhǎng)為2.0m的鋼管中以1m s 水的定性溫度 293K , （答：4260W 1的流速通過(guò)。水溫由 m 2 K 1） 2 4.183kJ kg 1 0.5985W m 1 1.004 10 3Pa ! 3 998.2kg m ， 0.017m， 0.017117.750， Re0.017 1 998.21.69 104104 與假設(shè)相符, 1.004 10 6 查表得：Cp l 2m, d /d %- Pr 二 4.183 103O。4 103 7.0

45、1 , 0.5985 0.023Re0 d c c 0.5985 0.023 0.017 _ 0.4 Pr 1.69 104 08 7.01 0.4 2 1 4260W m 2 K 1。 75.5mm 4-4、空氣以4m s 1的流速通過(guò)一 溫度為320C，出口為680C。試計(jì)算空氣與管壁間的對(duì)流傳熱系數(shù)。 其它條件不變，對(duì)流傳熱系數(shù)又為多少？(答： 解：設(shè)為湍流 3.75mm的鋼管，管長(zhǎng)20m。空氣入口 如空氣流速增加一倍。 m 2 K 1 ，31.7 W 18.3W t 32 68 2 1.005kJ kg 2.83 10 2W 1.96 10 5 Pa 1.093 kg m 3 50 1

46、 C 1 m s, 查表得：cp I 20m，d 75.5 2 3.75 / 2収294 50， /d70.068 0.068 4 1.093 68mm , Re du Pr Cp 2.83 10 5 1.005 103 1.96 1.517 10 5 104 104與假設(shè)相符, 2.83 10 0.698, 0.023Re0.8 Pr0.4 d 2.83 10 2 0.023 1.5 仃 0.068 2u時(shí) 104 0.8 0.698 0.4 18.3W m _ _0.8 0.4 0.023 Re Pr d 20.8 ._ - _ 0.8 18.3 2 31.7W m 0.293 1.86

47、976 200 0.02 4-5、有一套管式換熱器，外管尺寸為 鋼管，冷水在管內(nèi)以 0.3m s 壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)。 解：設(shè)為湍流 (答: 水的定性溫度 20 查表得：Cp 0.02 3 0.0555 0.14 199W m 25mm 2.5mm 的 的流速流動(dòng)。 1640W m 40 30 2 4.174kJ kg 0.618W m 1 38mm 2.5mm，內(nèi)管為 水進(jìn)口溫度為20 C，出口為400C。試求管 2 K 1) C1, 1 801.5 10 6Pa s， 3 995.7kg m ， Re du 0.02 0.3 995.77456104與假設(shè)不符，為過(guò)度流, Pr Cp 8

48、01.5 10 6 4.174 103 801.5 10 6 匚川 5.41 , 0.618 0.023 Re0 Pr0 d c ccc 0.618 0.023 0.02 6 105 1 0.8 Re f 湍 7456 0.8 5.41 0.41753W m 6 105 1 0 0.9358, 7456 . 0.935817531640 W 4-6、現(xiàn)測(cè)定套管式換熱器的總傳熱系數(shù)，數(shù)據(jù)如下：甲苯在內(nèi)管中流動(dòng)，質(zhì)量流量為 5000kg h 1 ,進(jìn)口溫度為 出口為30Co逆流流動(dòng) 737W 800C，出口溫度為500C ;水在環(huán)隙中流動(dòng)，進(jìn)口溫度為150C , 冷卻面積為 2.5m2。問(wèn)所測(cè)得得

49、總傳熱系數(shù)為若干? （答: m 2 K 1 ) 甲苯的定性溫度+ 8050 65 C 2 匕, 查表得： Cp 1.88kJ kg 1 C 1 Q GCp t1 t2 5000 1.88 3600 103 t1 T2 80 30 50 C , t2 T1 50 15 35 C , o 50 2, 解: 80 5078.3kW , tm 50 3542.5 C , 35 K A tm 78.3 2 世 737W m 2 2.5 42.5 4-7、在一套管式換熱器中，內(nèi)管為 180mm 水流量為3000kg h 1，進(jìn)口溫度為900C，出口為 出口溫度為500C，總傳熱系數(shù)K 2000W m 2

50、(1) 冷卻水用量； (2) 并流流動(dòng)時(shí)的平均溫度差及所需的管子長(zhǎng)度； (3) 逆流流動(dòng)時(shí)的平均溫度差及所需的管子長(zhǎng)度。 (答：(1) 3000kg h 1 ; (2) 30.6 C , 3.4m ; (3) 40 C , 2.6m ) 4.186kJ kg 1 C 1, G1C pt t2 G2Cp T2 T1 3000 4.18690 60 10mm的鋼管，內(nèi)管中熱水被冷卻，熱 600C。環(huán)隙中冷卻水進(jìn)口溫度為 200C， K 1 o試求： 解：cp Q G2 ti t2 4.1865020 T190 2070 C , T2 60 50 10 C , 丄 70 50 cc c c 3000

51、 kg h 1； tm K 30.6 C， In 10 3000 4.186 10390 60 K tm A 3600 2000 30.6 1.71 1.71m2, t1 t2 d T2 T1 40 40 Q 3.4m ; 3.14 0.16 90 60 K tm A 5040 C , 2040 C tm 3000 1.31 g 40C , 2 4.186 10390 60 3600 2000 40 1.31m2, 2.6m d 3.14 0.16 4-8、一套管式換熱器內(nèi)流體的對(duì)流傳熱系數(shù)1 200W m 2 K 1，管外流體的對(duì)流 2 1 K 。已知兩種流體均在湍流情況下進(jìn)行換熱。試回答下

52、列問(wèn) 傳熱系數(shù) 2350W m 題： （1）假設(shè)管內(nèi)流體流動(dòng)增加一倍； （2）假設(shè)管外流體流速增加二倍。 其它條件不變，試問(wèn)總傳熱系數(shù)是原來(lái)的多少倍？管壁熱阻及污垢熱阻可不計(jì)。 （答: （ 1）1.37倍；（2）1.27倍） 2 1 解：1200W m K ，2 12200 350 12200 350 管內(nèi)流速增加一倍，即 u1 因?yàn)槭峭牧髑闆r下的換熱，故： 0.8 350W m 127W m 2ui , U1 20.81.74 , U1 1.74 1.74 200 348W 348 350 1 2 174.5 348 350 174.5W 127 1.37倍; K 管外流速增加二倍，即 U2

53、 因?yàn)槭峭牧髑闆r下的換熱，故: 0.8 3u2 , U2 30.82.408, U2 2.41 2.41 350842.8W 1 2 161.6 127 d僭 161.6W 200 842.8 1.27 倍。 4-9、有一套管式換熱器，內(nèi)管為54mm 2mm，外管為116mm 內(nèi)管中苯被加熱，苯進(jìn)口溫度為 500C，出口為800C。流量為4000kg P 196.1kPa的飽和水蒸氣冷凝，冷凝的對(duì)流傳熱系數(shù)為 壁的垢阻為0.0004m2 r I 試求：（1）加熱水蒸氣用量；（2）管壁對(duì)苯的對(duì)流傳熱系數(shù)； 有效長(zhǎng)度。（答：（1） 4mm的鋼管。 h1。套管中為 K1。已知管內(nèi) 3 880kg m

54、 。 10000W m 2 K W ，管壁及管外側(cè)熱阻均可不計(jì)。苯的密度為 （3）完成上述處理所需套管的 ；（3）10.6m） 解：苯的定性溫度 查表得：cp 100kg h 1 ； t 80 50 2 1.86kJ kg (2) 985W 65 C 0.145W m 0.39 10 3 Pa 880kg m 3 p 196.1k Pa 下： 飽和水蒸氣的飽和溫度ts Q G蒸氣r G苯Cp t2 G苯 cp t2 t1 G蒸氣 119.6 C , t1 汽化熱r 1 2205kJ kg 4000 1.8680 2205 50100 kg h 1 設(shè)為湍流 qm A Re du Pr Cp 4

55、 4000 36000.05 2 880 0.05 0.645 8807 34 37.310 0.39 10 3 1.86 103 0.39 10 3 0.145 0.645m s 1 104與假設(shè)相符, t1 t2 69.6 39.6 _ _0.8 0.4 0.023Re Pr d 0.023. 7.3 0.05 119.6 119.6 104 0.80.4 5 985W K1 T1 T2 50 80 tm 69.6 39.6 C 39.6 69.6 2 54.6 C , 1 1c cc 0.05 0.0004 98510000 0.108 4000 1.86 10380 50 2 1.66

56、m ， R出 2d2 684W m 2 K1 3600 684 54.6 1.66 10.6m d 0.05 4-10、空氣在預(yù)熱器內(nèi)從200C加熱至800C， 空氣進(jìn)出口溫度不變，而將預(yù)熱器內(nèi)的空氣流量增加 計(jì)算來(lái)說(shuō)明采用什么措施來(lái)完成新的生產(chǎn)任務(wù)？假定空氣在管內(nèi)做湍流流動(dòng), 1160C的飽和蒸汽在管外冷凝， 20%，而預(yù)熱器不更換。試通過(guò)定量 且總傳熱系數(shù) 若保持 K約等于空氣一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)。(答：管徑縮小為原來(lái)管徑的0.955倍；管長(zhǎng)增加為原 來(lái)管長(zhǎng)的1.037倍；將加熱蒸氣的溫度升為 118.1 C) 解：Wc 1.2WC 故 Q Wccp c(t2 t1) 根據(jù) Q KS tm，

57、且 Q 1.2Q， 故可從以下三方面著手提高生產(chǎn)能力： 增大K值，即提高空值， 0.8 u甬 0 2，而 U d 物性不變: Vs Vs0.8 dL 可減小d , 1.2Q , tm KS t? KS 而Vs Vs d_ d 1.2 , 0.955 , tm不變 Vs d_1 2 d 1.8Vs0.8d 1.2， 0.8 0.8 1.2 Vs Vs 丿 c 0.2 1.2 即管徑縮小為原來(lái)管徑的 增大S : 由S 0.955倍; dL,故 S 08 因管徑d不變, tm也不變, Vs Vs K S KS Vs Vs 1.2 , 0.8 L 1.2， L 0.8 1.2 Vs1.2 0.2 Vs

58、 而一 Vs 即管長(zhǎng)增加為原來(lái)管長(zhǎng)的 1.037 倍; 提高tm: 由于t1， 1.037 , tm t2不變，故只能升高加熱蒸氣的溫度 0.8 Vs K tm K tm (116 20) (116 80) 612 C T ,此時(shí)S不改變, 1.2 tm 1.2 08 .116 20 ln 116 80 1.2 0.8 丄， 61.2 1.2 0.2 61.263.47 C， 即(T 20) (T_ 80)63.47 C， (答: 360W m 2 K 1 , t299.5 C) 試求管內(nèi)油側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為多 試求油的出口溫度，設(shè)油的 ,T 20 ln T 80 T 20 In 0.945，

59、T 80 T 118.1 C， 即將加熱蒸氣的溫度升為 118.1 C O 4- 11、在列管換熱器中，用飽和蒸汽加熱原料油，溫度為1600C的飽和蒸汽在殼程冷 凝，原料油在管程流動(dòng)并由 200C加熱到1060C。操作溫度下油的密度為920kg m 3，油 在管中的平均流速為 0.75m s 1，換熱器熱負(fù)荷為125kW。列管換熱器共有25根 19 2mm的管子，管長(zhǎng)為4m。若已知蒸汽冷凝系數(shù)為 7000W m 2 K 1，油側(cè)污垢熱 阻為0.0005m2 K W 1 ,管壁和蒸汽側(cè)污垢熱阻可忽略。 少？若油側(cè)流速增加一倍，此時(shí)總傳熱系數(shù)為原來(lái)的1.75倍， 物性常數(shù)不變。 解：tm吏0 20

60、160106 cc c 160 20 90 C， ln 160 106 基于管內(nèi)表面總傳熱系數(shù)： Q Ki S 125 103 tm 25 3.14 0.015 4 90295W Rs di 0d0 即丄 295 0.015 O.00057000 0.019 由原熱負(fù)荷: WCcp(106 20)1.25 105 , 得：WcCpc 1.45 1 03W K 1, 現(xiàn)熱負(fù)荷: Q 2WCc pc(t220)2 1.45 103 (t2 20)2900(t2 20), 又傳熱速率方程: QKiAi tm 1.75 295 25 3.14 0.015 4 160 20160 t2 ,160 20