江南大學化工原理習題

1、化工原理習題集第一章 流體傳遞過程基本方程2-1一攪拌槽中原盛有濃度為60%（質量%，下同）的鹽水2000kg。今以2kg/s的質量流率向槽中加入0.25%的鹽水，同時以1.2kg/s的質量流率由槽中排出混合后的溶液。設槽中溶液充分混合。求槽中溶液濃度降至1%時所需要的時間。（總質量衡算，分別按無化學反應和有化學反應考慮）2-2在下述情況下簡化連續(xù)性方程，并指出簡化過程的依據。（連續(xù)）（1）不可壓縮流體在重力作用下沿傾斜平板壁面作二維穩(wěn)態(tài)流動；（2）不可壓縮流體在水平園管中作軸對稱的穩(wěn)態(tài)流動（進口段與充分發(fā)展）；（3）不可壓縮流體作球心對稱的穩(wěn)態(tài)流動；（4）不可壓縮流體在兩水平的平行平板間的穩(wěn)

2、態(tài)流動。2-3下述不可壓縮流體的運動可否存在。（連續(xù)）（1）u=xi+yj+zk；（2）u=yzti+xztj+xytk；（3）ux=2x2+y，uy=2y2+z，uz=-4(x+y)z+xy；（4）ux=-2x，uy=x+z，uz=2(x+y)。2-4一不可壓縮流體的流動，x方向的速度分量是ux=ax2+by，z方向的速度分量為零，求y方向的速度分量uy，其中a與b為常數。已知y=0時uy=0。（連續(xù)）2-5加速度向量可表為Du/Dt，試寫出直角坐標系中加速度分量的表達式，并指出何者為局部加速度項，何者為對流加速度項。（隨體）2-6已知成都和拉薩兩地的平均大氣壓強分別為0.095MPa和0.

3、062MPa?，F有一設備需保持設備內絕對壓強為3.0kPa。問這一設備若置于成都和拉薩兩地，表上讀數分別應為多少？2-7用如附圖所示的U型管壓差計測定反應器內氣體在A點處的壓強以及通過催化劑層的壓強降。在某氣速下測得R1為750mmH2O，R2為80mmH2g，R3為40mmH2O，試求上述值。2-8如附圖所示，傾斜微壓差計由直徑為D的貯液器和直徑為d的傾斜管組成。若被測流體密度為，指示液密度為0，試導出用R1表示的壓強差計算式。如傾角為300時，若要忽略貯液器內的液面高度h的變化，而測量誤差又不得超過0.1%時，試確定D/d比值至少應為多少？2-9一水箱用如附圖所示的錐閥封水，錐閥底直徑為0

4、.5m，高為0.6m，閥重50kg。當水位達1.5m時，要求閥啟動泄水，問外配錘重w應為多少？習題2-7 附圖習題2-8 附圖習題2-9 附圖2-10某流場可用下述速度向量式表達：u（x，y，z，t）=xyzi+yj-3ztk。試求點（2，1，2，1）處的加速度向量。（隨體）2-11國際標準大氣壓取海平面為基準（z=0）?；鶞拭嫔系奈锢砹咳椋簍0=288K，p0=101300Pa，r0=1.225kg/m3。從海平面一直到11公里的高空是對流層。對流層中溫度與高度的關系可用下式表示：T=T0-bz，其中T0=288K，b=0.0065度/米。11公里以上認為是溫度不變（216.5K）的同溫層

5、。試分別求出對流層及同溫層內壓力、密度和高度的依賴關系。可認為重力加速度為一恒量。（靜）2-12不可壓縮粘性流體在兩無限大平行平板間作穩(wěn)態(tài)層流，試推導其速度分布、截面上的平均流速、壁面處的剪切力。（運動）2-13不可壓縮流體在兩根同心的套管環(huán)隙間作軸對稱的穩(wěn)態(tài)層流，試導出其速度分布，截面上的平均流速，體積流量，壁面處的剪切力。（運動）2-14不可壓縮粘性流體在重力作用下，沿內徑為R的圓筒內壁面向下流動。設流動是定常的平行直線運動，流體厚度為d。求流體速度分布、流量、平均流速、最大流速及作用在圓筒內壁面上的摩擦力（忽略端效應）。（運動）2-15具有等深度a的兩層不相混合的不可壓縮流體，在兩個固定

6、的水平板間作穩(wěn)態(tài)層流，如圖所示。上層流體的粘度和密度為m1和r1，下層流體的粘度和密度為m2和r2。壓強梯度為¶p/¶x且與x和z無關。求平板間的速度分布u=f(z)。（注意在交界面上速度的大小是單值的，而且切應力tzx也是單值的）。（運動）2-16溫度為208C的水，以2kg/h的質量流率流過內徑為10mm的水平園管，試求算流動充分發(fā)展以后：（1）流體在管截面中心處的流速和剪應力；（2）流體在壁面距中心半距離處的流速和剪應力；（3）壁面處的剪應力。2-17一虹吸管放于水桶中，其位置如圖所示。如果水桶和虹吸管的截面積分別為A和B，且A>>B，試計算虹吸管的流量。

7、水看作是不可壓縮理想流體，且受重力作用，運動是定常的。（柏）2-18有一大桶內裝有液體，液面距底面高為h。問在桶側壁什么位置處開出流小空，流體射柱的射程最遠？習題2-15 附圖習題2-17 附圖習題2-18 附圖2-19水以湍流形式流過一直徑相等的908彎管，該管垂直放置。入口處的壓力為p1、平均流速為u1，出口壓力為p2、平均流速為u2。求水流對彎管的作用力。（動量）2-20水從供水管流入水箱，再經水平管流出，如圖所示。流入與流出的流量相同。箱中水面保持在離水管中心線以上距離h處。箱中各處流速與管中流速相比均可約而不計。水箱與水管出口之間的阻力損失為hf。（1）求流量V（用h、A與hf表示）

8、；（2）如要保持水箱不動，需多大的水平推力Fx？（柏，動量）習題2-19 附圖習題2-20 附圖2-21溫度為208C的水穩(wěn)態(tài)流過內徑為25mm的鍍鋅管，流動已充分發(fā)展。試求算下述兩種質量流率下的阻力損失：（1）120kg/h；（2）1200kg/h。（直管阻力）2-22一鋼球（r=7800kg/m3）直徑為0.254mm，在水溫為258C的水箱中降落，達到穩(wěn)定的沉降速度為8.08cm/s。如果一個鋼球在溫度為258C的甘油中降落，速度達到8.08cm/s（什么速度？）。假定兩種情況下球體周圍的流動是動力相似的，鋼球直徑應為多少？（相似準則）2-23管流中熱充分發(fā)展的含義是什么？熱充分發(fā)展與流

9、動充分發(fā)展有何不同？2-24試由柱坐標形式的能量方程出發(fā)，導出不可壓縮流體在園管內進行穩(wěn)態(tài)軸對稱對流傳熱時，流動進口段的能量方程。（能量）2-25溫度為310.9K的油以0.0126kg/s的質量流率流過內徑25.4mm的銅管，管長6.1m。通過在管外冷凝水蒸汽使管內壁溫度保持在374.8K。假定在整個管長上管內流動都是充分發(fā)展的，油的物理性質可認為不變，其值如下：Cp=2050J.kg-1.K-1，r=881kg.m-3，m=5.87X10-4Pa.s，k=0.143W.m-1.K-1。試計算：（1）Re；（2）Pr；（3）油的出口溫度。（園管內的對流傳熱，層流）2-26在長度為5m，內徑為

10、54mm的管內加熱苯溶液。苯的質量流速為175kg/s.m2。苯在定性溫度下的物性數據為：m=0.49cP；k=0.14W/m.K；Cp=1.8kJ/kg.K。試求苯對管壁的給熱系數。（對流傳熱，湍流）2-27一根具有圓形截面的導線，半徑為R，電阻率為r。通過此導線的電流密度為I，導線表面溫度為T0。試導出截面溫度分布和最大溫度。（有內熱源的穩(wěn)態(tài)導熱）2-28有一半徑為R的熱圓球懸浮在大量的靜止流體中，球表面溫度為T0，遠離球的流體溫度為T¥。試確定穩(wěn)態(tài)時：（1）周圍流體的溫度分布；（2）球表面與流體間的傳熱膜系數及魯塞爾特數Nu。（穩(wěn)態(tài)導熱）2-29有一厚度為L的固體大平板，其初始

11、溫度為t0，自某時刻起，突然將其兩個側面（哪兩個側面？最好給個圖）的溫度升至ts，并維持不變。試由普遍化的能量方程簡化成上述情況下的導熱方程，并寫出定解條件。設導熱只沿垂直于側面的方向進行。（一維不穩(wěn)態(tài)導熱）2-30試證明由A、B兩組分組成的雙組分系統(tǒng)中，在一般情況下進行分子擴散時（有主體流動，且NANB），在總濃度C恒定的條件下，DAB=DBA。（傳質）2-31在一細管中，底部水在恒定溫度298K下向干空氣中蒸發(fā)。干空氣壓力為0.1MPa、溫度亦為298K。水蒸汽在管內的擴散距離（油液面至管頂部）z=20cm。在0.1MPa和298K時，水蒸汽在空氣中的擴散系數DAB=2.50X10-5m2

12、/s。試求穩(wěn)態(tài)擴散時水蒸汽的摩爾通量、傳質分系數及濃度分布。（一維穩(wěn)態(tài)擴散）2-32將溫度為298K、壓力為1.0atm的He和N2的混合氣體裝在一根直徑為5mm、長度為0.1m的管中進行等摩爾反向擴散。已知管子兩端He的分壓分別（保持）為0.06atm和0.02atm，在上述條件下的擴散系數DHe-N2=0.687 X10-4m2/s，式計算：（1）He和N2的擴散通量；（2）傳質分系數；（3）在管中點截面上He和N2的分壓。（等摩爾反向擴散）2-33在總壓為2.0atm下，組分A由濕表面向大量的、流動的不擴散氣體B中進行質量傳遞。已知界面上A的分壓為0.20atm，在傳質方向上一定距離處可

13、近似地認為A的分壓為零。已測得A和B在等分子方向擴散時的傳質系數ky0=6.78X10-5kmol/m2.s(y)。求傳質系數ky、kg及傳質通量NA。（傳質系數）2-34在直徑為25mm、長度為6m的園管內壁面上有一薄層水膜，將30、1atm的空氣以0.5 m/s的速度吹入管內，試計算傳質系數、出口濃度和傳質速率。由于在空氣中水分的分壓很低，氣體的物性可以近似的采用空氣的物性值。（管內層流傳質）2-35在常壓下大量的干燥空氣吹過濕球溫度計，當濕球溫度為25時，試求算干空氣的溫度。（湍流傳質，柯爾本）第二章 流體輸送與流體輸送機械3-1煙道氣的組成約為N277%，CO213%，O25%，H2O

14、5%（體積百分數）。試計算常壓下400時，該混合氣體的密度和粘度。3-2用一畢托（測速）管測定空氣在管道中的流速，用水作指示劑的U型管壓差計顯示的壓差R讀數僅為8mmH2O（附圖），為了提高讀數精度，擬采用以酒精水溶液和煤油為指示劑的雙液柱微壓差計。試計算若要使壓差讀數放大15倍，酒精水溶液的密度以及質量分率為多少？（水、酒精和煤油的密度可分別取為1000kg/m3、789 kg/m3和850 kg/m3）3-3蒸汽鍋爐上裝有一復式U型水銀測壓計（附圖所示），已知對某基準面而言各點的標高為：z0=1.8m， z1=0.9m，z2=2.0m，z3=0.7m，z4=2.5m，截面1、2之間充滿了水

15、。試計算鍋爐上方水蒸汽壓力。3-4硫酸流經大小管組成的串聯管路，硫酸的密度為1830kg/m3，體積流量為9m3/h。大小管尺寸分別為57×3.5mm和76×4mm，試分別求硫酸在大管和小管中的（1）質量流量；（2）平均流速；（3）質量流速。3-5如附圖將槽A中的NaOH和NaCl的混合水溶液放入反應槽B中，閥C和D同時打開。問如A槽液面降至0.3m需要多少時間？已知槽A和槽B的直徑為2m，管道尺寸為32×2.5mm，溶液在管中的瞬時流速，式中Z為該瞬時兩槽的液面高差。習題3-2 附圖習題3-3 附圖習題3-5 附圖3-6直徑為1.0m的水箱底部有一泄水孔，其孔徑

16、為25mm。當以5.0m3/h的固定流量向水箱加水的同時底部泄水孔也在向外泄水。若小孔的流量系數Cd為0.62（Cd為孔口實際流量與理想流量之比），試求：（1）達到出水與進水流量相等時水箱的水位；（2）達到與上述水位相差0.1m時所需的（假設水箱最初是空的）時間。3-7用一長度為0.35m的漸縮管將輸水管路由內徑100mm縮至30mm。當管內水流量為0.52m3/h，溫度為10時，問：（1） 在該漸縮管段中能否發(fā)生流型轉變；（2） 管內由層流轉為過渡流的截面距漸縮管大端距離為多少？3-8用壓縮空氣將密度為1513kg/m3的硝酸從密閉容器中送至高位槽，要求每批的壓送量為0.5m3，10分鐘壓完

17、，管路能量損失為15J/kg，管內徑為25mm，求壓縮空氣的壓力為多少Pa（表壓）?（計算時密閉容器中近似以最終液面為準）。3-9高位槽內的水面離地面10m，水從108×4mm的導管中流出。導管出口與地面距離為2m，在本題特定條件下，管路摩擦損失可按hf=6.5u2J/kg(不包括導管出口的局中阻力)計算，u為水在管內的流速m/s。試計算：（1）AA截面處水的流速；（2）水的流量。3-10如附圖所示，水從離地面18m處用273×5mm，長35m（包括局部阻力損失的當量長度）的管道連接到離地面10m處，并測得高低兩處壓強分別為345kPa和415kPa（表壓）。試確定：（1）

18、水的流動方向；（2）若管路摩擦系數取0.026，管路中水的流量為多少？習題3-8 附圖習題3-9 附圖習題10 附圖3-11欲在一內徑為200mm的輸水管路中安裝一文丘里流量計（附圖）。若輸水量為180m3/h時，要求在文丘里流量計的入口和喉口兩截面間檢測的R讀數不大于700mmHg，且允許的阻力損失不大于靜壓能差的5%。試計算該流量計的喉口直徑d0和流量系數Cv。3-12如圖所示的一冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)，鹽水循環(huán)量為40m3/h時，鹽水由A流至B的阻力損失為100J/kg，由B流至A的阻力損失為50J/kg。管路系統(tǒng)采用同直徑管子，鹽水密度為1100kg/m3（忽略泵進、出口的高差），試計算：(

19、1)若泵的效率為68%，泵的軸功率為多少kW？(2)若泵出口壓力為0.26MPa（表壓），B處壓力表讀數為多少Pa？習題3-11 附圖習題3-12 附圖3-13水庫引水發(fā)電，水流經水輪機后經尾水管流入下水池（如附圖所示）。已知H=60m，h=4m，引水和尾水管內徑d=1.2m，引水管阻力損失可取管路動能的8.5倍，尾水管的阻力損失取該管動能的1.0倍。試求：流量為1.5m3/s時，水輪機進、出口處的壓強以及水輪機的功率。3-14如圖所示，槽內水位維持不變，槽底部與內徑為100mm的鋼管聯結，管路中B處裝有一U型管壓差計（指示劑為水銀）。當閥門關閉時讀數R=600mm，h=1500mm。 （1）

20、閥門部分開啟時，測得R=500mm，h=1450mm，若AB段能量損失為10J/kg，問管內流量為多少m3/h？（2）閥門全開時，若AB段與AC段的能量損失分別按hfAB=1.6u2J/kg，hfAC=7u2J/kg計算（不包括管出口阻力），u為管內流速。問壓差計測壓點B處水的靜壓強為多少？3-15如附圖所示，高25m,內徑0.6m的煙囪，煙氣的密度為0.6 kg/m3，外部的空氣密度為1.2 kg/m3，爐膛流通面積為煙囪流通面積的2倍，煙囪內壁煙氣流動的摩擦系數可取0.025，煙氣由爐膛進入煙囪的局部阻力系數為0.65。試求：（1）、當測得爐膛內外氣體流動的壓強差為12mmH2O時，煙囪通

21、過的燃氣質量流量為多少？（2）、若每小時需排出燃氣7000 m3/h，考慮爐膛真空度仍為12mmH2O，則煙囪的高度為多少？習題3-13 附圖習題3-14 附圖習題3-15 附圖3-16如附圖所示，活塞以一定的速度將油缸中的油推至排油口。已知油的密度為920kg/m3，缸內徑為100mm，排油口直徑為30mm，油由油缸進入排油口的局部阻力系數為0.46。求當活塞上受力6000N時，排油流量及作用在油缸上的力（活塞與缸壁的摩擦可不計）。3-17試求如附圖所示管路中長為L的連續(xù)泄流管段的阻力損失。已知管內徑為100mm，泄流管段長10m，水流入該管段流量為0.1 m3/s，流出流量為0.02 m3

22、/s。假設沿管長單位長度泄出的水流量相同，且沿管長摩擦系數可取為0.027。習題3-16 附圖習題3-17 附圖3-18要求向精餾塔中以均勻的速度進料，現裝設一高位槽，使料液自動流入精餾塔中（如附圖所示）。高位槽內的液面保持距槽底1.5米的高度不變，塔內的操作壓力為0.04MPa（表壓），塔的進料量須維持在每小時為50m3，則高位槽的液面要高出塔的進料口多少米才能達到要求？已知料液的密度為900kg/m3，粘度為1.5cp，連接管的尺寸為108×5mm的鋼管，其長度為（x-1.5）+3m，管道上的管件有180°回彎管一個，截止閥一個及90°彎頭一個。3-19水由水

23、箱A經一導管路流入敞口貯槽B中，各部分的相對位置如圖所示。水箱液面上方壓力為0.02MPa（表壓），導管為108×4mm的鋼管，擴大管D內徑為200mm，管路中裝有一閘閥（1/2開），轉彎處均為90°標準彎頭，試計算：（1）水的流量（設輸水管很短，即直管阻力可忽略不計）；（2）若此系統(tǒng)其它條件不變，僅輸水管增長200m，此系統(tǒng)阻力為若干？習題3-18 附圖習題3-19 附圖習題3-20 附圖3-20如附圖所示含有少量可溶物質的廢氣，在放空之前令其通過一洗滌塔，以避免環(huán)境污染。該氣體物理性質與50的空氣基本相同，鼓風機入口處氣體壓力為30mmH2O（表壓），流量為3600m3

24、/h。輸氣管與放空管的內徑均為250mm，管長與管件、閥門的當量長度之和為50m（不包括進、出塔及管出口阻力），放空口與鼓風機進口的垂直距離為20m，估計氣體通過塔內填料層的壓力降為200mmH2O，管壁絕對粗糙度可取為0.15mm，大氣壓為0.1MPa。求鼓風機的有效功率。3-21用60×3.5mm鋼管從敞口高位槽中引水至一常壓吸收塔內。高位槽液面與水噴頭出口高差10m，管路流量最大可達15 m3/h?，F需將流量增加到25 m3/h，試求：（1）管路不變，在管路中增加一臺泵，該泵的功率；（2）管路布局不變，換新的管子，管子的直徑。以上計算中摩擦系數可視為不變。3-22用鋼管將密度為

25、1010kg/m3的稀水溶液由敞口貯槽甲送往敞口貯槽乙。貯槽乙的液面較貯槽甲的液面低8m，管路總長1500m（忽略局部阻力損失），摩擦系數均取0.029，每天輸液量為110噸，每日工作8小時，泵的軸功率10kW，效率60%，試計算： （1）若流量增加20%，仍用原管路，問需耗軸功率多少kW（設保持不變）？（2）流量增加后，管道總長及兩貯槽位置不變，而將輸水管改作內徑為100mm的鋼管，問能否利用位差來完成輸送任務。3-23從山上的湖泊中引水至貯水池，湖面與池面的高差為45米，管道長度約為4000m，要求的流量是306m3/h，湖水溫度可取為10，如采用新鑄鐵管，問需多大直徑的管子？如果長期銹蝕

26、變?yōu)?mm，你所選的管子能否繼續(xù)使用？3-24距水箱A液面2.5m深處用一根水管向水箱B放水，連接AB水箱的水管由60×33.0mm與45×2.5mm不銹鋼管組成，長度分別為10m與15m，水出口距水箱B液面0.5m，如附圖所示。兩液面高度穩(wěn)定不變時，求流經管道的流量。3-25為了調節(jié)溫度，在空氣加熱器的進出口并聯一旁路（附圖）。已知鼓風機出口壓強為0.03MPa（表）,溫度為25，流量為每小時340m3/h，空氣通過換熱器的壓降為0.01MPa。若旁路管長6m，管路上標準彎頭兩個，調節(jié)閥一個（按1/2開計），試確定當旁路通過最大氣量為總氣量的15%時，所用管子的規(guī)格。習題

27、3-24 附圖習題3-25 附圖3-26溫度為20的空氣以2000m3/h的流量通過194×6mm的鋼管管路ABC于C處進入一常壓設備，如附圖所示?，F因生產情況變動，C處的設備要求每小時送風量減少為1200m3/h。另需在管道上的B處接出一支管BD，要求從此支管按每小時800m3的流量分氣，于D 處進入另一常壓設備。設管道BC間和BD間各層局部阻力系數之和分別為7及4，試計算BD分氣支管的直徑。3-27如附圖所示，齒輪泵同時從A、B兩油箱吸油，油的密度為850kg/m3，粘度為2.5×10 -3 Pa.s,吸入流量為3L/s。A、B兩油箱液面差0.6m, A、B兩油箱出口到

28、匯合點M處油管長分別為20m和8m，油管內徑均為50mm。不計局部阻力損失。試求（1）若兩油箱液面保持不變，每個油箱流出油的流量；（2）若保持A油箱液面高度不變，當B油箱流出流量為零時，兩油箱液面差為多少?（VA=V時，可取A=0.03）3-28附圖所示的雙擴散管汽化器。已知內擴散管喉管直徑d1為25mm，出口直徑d2為42mm，外擴散管喉管直徑d3為60mm。內擴散管收縮阻力系數1為0.06，擴散阻力系數2為0.12（對d1處流速而言），外擴散管收縮阻力系數3為0.08。試驗測得空氣在內擴散管喉管處的真空度 R為150mmHg?？諝庥纱髿馕耄芏葹?.2 kg/m3，入口阻力可不計。試求由

29、管子入口處吸入的空氣質量流量。習題3-26 附圖習題3-27 附圖習題3-28 附圖3-29溫度為20的軟水由高位槽分別流入反應器B和吸收塔C中，如附圖所示。器B內壓力為0.05MPa（表壓），塔C中真空度為0.01MPa?？偣転?7×3.5mm，管長（20+ZA）m，通向器B的管路為25×2.5mm，長15m，通向塔C的管路為25×2.5mm，長20米（以上各管長均包括各種局部阻力的當量長度在內）。所有管道皆為無縫鋼管，絕對粗糙取為0.15mm。如果要求向反應器供應0.314kg/s的水，向吸收塔供應0.471kg/s的水，問高位槽液面至少應高于地面多少米？習題

30、3-29 附圖3-30用泵將水送至蓄水池，輸水管長2000m，管內徑為0.2m，流量為0.05 m3/s。當發(fā)現進蓄水池流量減少為0.04 m3/s時，測得泵出口流量略有增加為0.052 m3/s，而出口壓力則下降了0.035 MPa。試確定：（1）泄漏發(fā)生點距泵出口的大致距離：（2）泄漏孔口與圓孔相當的直徑。（摩擦系數可視為不變，局部阻力忽略不計）。3-31壓力為0.35MPa（表壓），溫度為25的天然氣（以甲烷計）經過長100m（包括局部阻力的當量長度）25×3mm的水平鋼管后，要求壓力保持0.05MPa（表壓）。如視為等溫流動，天然氣的粘度為0.011cp，鋼管的絕對粗糙度取為

31、0.15mm，大氣壓力為0.1MPa。求天然氣的質量流量。習題3-34 附圖3-32進吸收塔的空氣管道上安裝一畢托管用于測量其流量。已知管道的內徑為350mm，空氣溫度為35，壓強為0.1MPa。檢測壓差用習題2所示的雙液柱壓差計。試求所測管中心處雙液柱壓差計讀數為300mm時，管道內空氣的流量。3-33用20、0.1MPa空氣標定其刻度，轉子材料為鋁材的轉子流量計測定溫度為60，壓力為0.3MPa的二氧化碳氣體。當轉子流量計上讀數為5 m3/h時，二氧化碳的實際流量應為多少？若將轉子換為同形狀、同大小的不銹鋼轉子，在此讀數下二氧化碳的流量又為多少？3-34用離心泵將敞口貯槽中溫度為20的水送

32、住一容器中，如附圖所示。容器內壓力保持0.01MPa（表壓），貯槽液面與容器入口之間的垂直距離為40m，管路為83×4mm的鋼管（=0.2mm），管道總長45m，其上裝有孔徑d0=30mm的孔板流量計，1/2開閘閥和1/2開球心閥各一個，此外還有4個90°標準彎頭。今測得連接孔板的指示劑為水銀的U型管差壓計的讀數R=320mm，孔板阻力可取所測得壓差的80%。試求泵消耗的軸功率，泵的效率取為65%。貯槽很大，液面視為穩(wěn)定。3-35擬用泵將20水由貯池打入一常壓洗滌塔內。貯池液面距塔內水噴淋器出口有10m位差，管路為76×4mm鋼管，絕對粗糙度為0.2mm。出口管路

33、上有一調節(jié)閥，管路總長40m（包括除調節(jié)閥以外的所有局部阻力的當量長度）。試求：（1）在閥1/2開度和全開兩種情況下，流動處于阻力平方區(qū)時管路特性方程；（2）流量為30m3/h時，兩種情況下管路所需的壓頭及功率。3-36某油田用300×15mm的鋼管，將原油送到煉油廠。管路總長160公里，送油量為240000kg/h，油管允許承受的最大壓力為6.0MPa（表）。已知原油粘度為1.87×10-3Pa.s，密度890kg/m3，忽略兩地高差和局部阻力損失，試求中途需要多少個泵站？習題3-38 附圖3-37在用水測定離心泵的性能中，當排水量為12m3/h時，泵的出口壓力表讀數為0

34、.38MPa，泵入口真空讀者數為200mmHg，軸功率為2.3kW。壓力表和真空表兩測壓點的垂直距離為0.4m。吸入管和壓出管的內徑分別為68mm和41mm。兩測點間管路阻力損失可忽略不計。大氣壓力為0.1MPa。試計算該泵的效率，并列出該效率下泵的性能。3-38擬用泵將20的軟水由A槽同時打入B、C兩塔中（附圖）。已知塔B內壓力為0.04MPa（表壓）。塔C中真空度為0.01MPa?？偣転?8×3.5mm，管長10m。兩支管均為42.25×3.25，DB與DC管段長度分別為10m和13m（以上各管長均包括局部阻力的當量長度）。A槽液面與塔B和塔C的噴淋器出口垂直距離分別為

35、4m和6m。管路摩擦系數均可取為0.036。如要求向塔B供水3500kg/h，向塔C供水4800kg/h。試選用一合適的離心泵。3-39某廠根據生產任務購回一臺離心水泵，泵的銘牌上標著：V=30m3/h、H=24mH2O、n=2900r·p·m、Hs=5.7m?，F流量和揚程均符合要求，且已知吸入管路的全部阻力為1.5m水柱，當地大氣壓為736mmHg。試計算：（1）輸送20的水時，離心泵允許的安裝高度？（2）若將水溫提高到80時，離心泵允許的安裝高度又為多少？3-40在海拔為2000米的高原上，使用一臺離心泵輸送水。已知吸入管路的全部阻力損失為3mH2O，在操作條件下泵的汽

36、蝕余量為2.5mH2O。今擬將該泵安裝于水源水面以上3米處，問此泵能否正常操作？（該處夏季水溫為20）。3-41某廠為節(jié)約用水，用一離心泵將常壓熱水池中60的廢熱水經89×3.5mm的管子輸送至涼水塔頂，并經噴頭噴出而入涼水池，以達冷卻目的，水的輸送量為42m3/h，噴頭入口處需維持0.05MPa（表壓），噴頭入口的位置較熱水池液面高5m，吸入管和排出管的阻力損失分別為1mH2O和4mH2O。試選用一臺合適的離心泵。并確定泵的安裝位置。（當地大氣壓為740mmHg）3-42 某離心泵經試驗測得特性數據如下:V , m3/h0 10 20 30 40 50H, mH2O26.5 24.

37、8 23.1 21.3 20.4 18.00 42 58 64 62 59若將此泵用于習題3-34的管路中，問：a) 該管路系統(tǒng)輸送的最大流量為多少？b) 閥門開啟度為1/2時，流量是否正好減半？c) 當系統(tǒng)流量要求為35m3/h時，泵的軸功率為多少？3-43一管路系統(tǒng)的特性曲線方程為?，F有兩臺同型號的離心泵，該泵的特性曲線可用方程表示（上兩式中HL和H的單位為m，V的單位為m3/h）。試求：（1） 當管路輸送量為30m3/h時，安裝一臺泵能否滿足要求？（2）若將兩泵聯合安裝在管路中，該管路可輸送的最大流量為多少？3-44某雙動往復泵，其活塞直徑為180mm，活塞桿直徑為50mm，曲柄半徑為1

38、45mm。活塞每分種往復55次。實驗測得此泵的排水量為42m3/h。試求該泵的容積效率。3-45溫度為15的空氣直接由大氣進入風機，并通過內徑為800mm的管道送至燃燒爐底，要求風量為20000m3/h（以風機進口狀態(tài)計），爐底表壓為1100mmH2O。管長100m（包括局部阻力當量長度），管壁粗糙度0.3mm?，F庫存一離心通風機，其銘牌上的流量為21800m3/h，全風壓為1290mmH2O，問此風機是否合用？（大氣壓為760mmH2O）。3-46實驗中測定一離心通風機的性能，得以下數據：氣體出口處壓力為23mmH2O，入口處真空度為15mmH2O，送風量為3900m3/h。吸入管路與排出管

39、路的直徑相同。通風機的轉數為960（轉/分），其所需要軸功率為0.81kW。試求此通風機的效率。若將此通風機的轉數增為1150（轉/分），問轉速增大后，此通風機的送風量和所需的軸功率各為若干？3-47某單級雙缸、雙動空氣壓縮機將空氣從0.1MPa（絕對）壓縮到0.35MPa（絕對）?；钊睆綖?00mm，沖程200mm，每分鐘往復480次。氣缸余隙系數為8%；排氣系數為容積系數的85%，壓縮過程為絕熱過程，絕熱指數為1.4，總效率0.7。試計算該壓縮機的排氣量和軸功率？3-48一具有中間冷卻的雙級壓縮機，將空氣壓縮到0.8MPa（表壓），進入壓縮機的空氣流量為360m3/h，余隙系數6%，空氣

40、的溫度及離開中間冷卻器后的溫度均為20，壓縮過程為多變過程，多變指數為1.25。試求此雙級壓縮機所消耗的理論功率，壓縮后的空氣溫度及壓縮機的容積系數。對于雙級壓縮，已知中間壓力，而雙級所耗外功為第一級與第二級之和。（大氣壓為735.6mmHg）。第三章 傳 熱傳導傳熱7-1 某燃燒爐的爐壁由耐火磚、保溫磚和建筑磚組成，相鄰各層材料間接觸緊密，各層材料的厚度和導熱系數分別為：mm，W/（m·），mm，W/（m·），mm，W/（m·）。已測得耐火磚與保溫磚接觸界面上的溫度，保溫磚與建筑磚接觸界面上的溫度為，試求： 通過爐壁單位面積上傳熱速率； 耐火磚內側和建筑磚外側的

41、溫度； 各層材料以單位面積計的熱阻、各層的傳熱溫差，并分析傳熱溫差與熱阻的關系。7-2厚度為240mm的磚墻，內壁溫度為200，外壁溫度為20，磚墻的導熱系數與溫度的關系可以表示為 W/（m·），試求： 穿過磚墻的熱流密度； 磚墻中心平面的溫度。7-3 測定一平板狀材料的導熱系數，該平板材料的一側用電加熱器加熱，另一側用水冷卻，穿過平板的熱流量由加至電熱器的電壓和電流算出，平板兩側的表面溫度用熱電偶測定，平板的導熱面積為0.02m2，厚度為0.01m，測得的數據如下表所示,試求: 平板材料的平均導熱系數； 設該材料的導熱系數為，t為溫度，試求a和之值。電熱器材料表面溫度，電壓，伏電流

42、，安高溫側低溫側1402.83001001142.28200507-4 119×6mm鋼質蒸汽管，外面包裹一層厚度為50mm、導熱系數為0.05 W/（m·）的絕熱材料A，在該保溫層外面再包裹一層厚度25mm、導熱系數為0.06 W/（m·）的絕熱材料B，設材料A的內側溫度和材料B的外側溫度分別為170和40，試求每米管長的熱損失及A、B界面的溫度。7-5 有一球罐，熱量通過球罐殼壁向環(huán)境大氣進行熱傳導，已知球罐內、外表面的半徑分別為r1、r2，球罐內、外表面的溫度分別為t1、t2，罐壁材料的導熱系數為k，試推導熱量通過球罐殼壁的導熱速率式。7-6 將一直徑3mm

43、、長1m的不銹鋼棒狀電加熱器浸入100的沸水中，加熱器通電進行加熱，測得加熱器的電阻為0.1，通入的電流為100A，加熱器材料的導熱系數為19 W/（m·），加熱器表面與沸水間的對流給熱系數為10000 W/（m2·），試求加熱器的中心溫度及沿加熱器橫截面的溫度分布。提示；設單位體積的加熱器產生的熱量為，考慮熱量僅沿棒狀加熱器的徑向進行傳遞，取任意半徑為r的單元圓柱體，其中產生的熱量必然以導熱的方式沿徑向向外傳遞，即：對上式積分即可得解。7-7 有一列管換熱器，換熱管為25×2.5mm的鋼管，依靠管外蒸汽冷凝放出的熱量加熱管內的原油，管外蒸汽冷凝的給熱系數為100

44、00 W/（m2·），管內原油的對流給熱系數為1000 W/（m2·），原油側的污垢熱阻為1.5×10-3m2·/W，管外污垢熱阻可以忽略不計，試求總傳熱系數及各部分熱阻的分配。對流傳熱7-8 在一逆流操作的套管換熱器中用水將流量為4000kg/h的甲醇溶液從60冷卻至20，套管換熱器長25m，外管內徑為80mm，內管外徑為57mm，內管壁厚度3.5mm，冷卻水流經套管環(huán)隙，水溫從20升至30，已知甲醇密度為770kg/m3，試求甲醇和水對管壁的對流給熱系數。7-9 流量為3000kg/h、初溫為15的燃料油，在51×3.5mm的水平鋼管中流過

45、而被加熱至85，測得換熱管內壁溫度為110，試計算管壁與燃料油間的對流給熱系數。已知定性溫度下燃料油的物性數據為：密度=900kg/m3；比熱Cp=1.88kJ/（kg·）；導熱系數k=0.181W/(m·)；粘度=0.18N·s/m2；體積膨脹系數=0.0003 1/。7-10 銅氨溶液在一蛇管冷卻器的管內流動時，溫度從40降至10，蛇管由45×3.5mm的鋼管制成，蛇管的平均曲率半徑為0.6m，已知銅氨溶液的流量為3.6m3/h，粘度為2.2×10-3Pas，密度為1200kg/m3，其余的物性參數可按水的0.9倍來取，試求銅氨溶液對管壁的

46、對流給熱系數。7-11 某化工廠用海水冷卻精餾塔引出的柴油餾份，冷卻器為114×4.5mm的鋼管制成的排管，水平浸沒在一個很大的海水槽中，海水由槽下部通入，上部溢出，海水通過槽時的流速很小，設海水的平均溫度為30，鋼管外壁溫度為56，試求海水對管壁的對流給熱系數。7-12 絕壓為0.3MPa的飽和水蒸氣在長2m、外徑0.1m的單根直立園管的外表面上冷凝，管外壁的平均溫度為92，試求蒸汽冷凝的給熱系數和每小時蒸汽的冷凝量。若將管子水平放置，再求蒸汽冷凝的給熱系數和每小時蒸汽的冷凝量。7-13 水平列管式換熱器由37根25×2mm的鋼管組成，管間通入0.3MPa的飽和水蒸氣作為

47、熱源加熱原油，管外壁溫度為100，試求蒸汽在管間冷凝的給熱系數。7-14 在1atm的絕壓下，水在溫度為tw=113.9的機械磨光的不銹鋼容器內沸騰，試求沸騰給熱系數。7-15 液氨在一蛇管換熱器管外沸騰汽化，已知其操作壓力為258kN/m2(絕壓)，沸騰溫度為-13，熱量通量q=4170W/m2，試計算其對流給熱系數。已知液氨表面張力=27×10-2N/m，密度L=656kg/m3，氨蒸汽密度V=2.1kg/m3。輻射傳熱7-16 兩平行大平板，在空氣中相距5mm，一平板的黑度為0.1，溫度為350K，另一平板的黑度為0.05，溫度為300K，若將第一板加涂層，使其黑度為0.025

48、，試計算由此引起的輻射傳熱量變化的百分率。7-17 在一鋼管中心裝有熱電偶，以測定管內空氣的溫度,設熱電偶的溫度讀數為300，熱電偶的黑度為0.8，空氣與熱電偶之間的對流給熱系數為25 W/m2·，鋼管內壁溫度為250，試求由于熱電偶與管壁之間的輻射傳熱而引起的測溫誤差。并討論減小測量誤差的措施。提示：熱電偶輻射到管壁的熱量等于熱電偶以自然對流方式自空氣得到的熱量。7-18 外徑為50mm的鋼管，其外包扎有一層厚度為40mm、導熱系數為0.13 W/(m·)的絕緣材料，鋼管外表面的平均溫度為800，現擬在絕熱材料外再包扎一層導熱系數為0.09 W/(m·)的氧化鎂

49、絕熱層，使該層的外表面溫度為85，設鋼管的外表面溫度仍為800，外界環(huán)境的溫度為20，試求氧化鎂絕熱層的厚度。假設各層間接觸良好。傳熱計算7-19 在一夾套式容器中加熱熔融某固體有機物，夾套內通入絕壓為0.2MPa的飽和水蒸氣，冷凝水于飽和溫度下排出，每次投入容器的固體有機物為600kg，進料溫度為25，熔融后繼續(xù)加熱至在100，已知：該有機固體的熔點為70，固體比熱為2.0kJ/(kg·)，液體比熱為3.2 kJ/(kg·)，相變潛熱為120.8 kJ/kg。若不計熱損失，試求加熱每批投料所消耗的蒸汽量。7-20 工廠因生產需要，用表壓0.2MPa的飽和水蒸氣通過間壁式換

50、熱器將流量為2000kg/h的水從20加熱至98，若忽略熱損失，試求蒸汽消耗量。若將蒸汽直接通入水中進行加熱，再求完成上述加熱任務所需的蒸氣用量，并對計算結果加以分析。7-21 在一套管式換熱器中，利用某油品冷卻放出的熱量加熱原油，油品從240冷卻至160，將原油從100加熱至140，試求套管換熱器在并流操作和逆流操作時的對數平均溫差Dtm。7-22 用90的熱水將流量為10000kg/h的原油從20預熱至70，原油的比熱為2.0kJ/(kg·)，試分別計算換熱器在逆流操作或并流操作兩種情況下加熱劑的最小用量。7-23 在一單殼程、四管程列管式換熱器中，用水冷卻異丙苯溶液，冷卻水流經

51、管內，溫度從20升至40，異丙苯溶液有80冷卻至50，試求該換熱器的平均傳熱溫度差。7-24 工廠擬用一列管式換熱器將流量為5m3/h的某溶液從60加熱至120，熱源為表壓0.5MPa的飽和水蒸氣，已知該溶液的密度為1080kg/m3，平均比熱為2.5 kJ/(kg·)，設換熱器的總傳熱系數為1500 W/(m2·)，試求所需的傳熱面積。7-25在列管換熱器中用初溫20的冷卻水將某溶液從100冷卻至40，溶液流量為2500kg/h，溶液比熱為3.0kJ/(kg·)，已測得水出口溫度為30，試分別計算并流與逆流操作時的對數平均溫差。若已知總傳熱系數K =1000W/

52、(m2·)，求并流操作和逆流操作所需的傳熱面積。7-26在一逆流操作的列管式換熱器中用水將油品冷卻，換熱器管束由25×2mm的鋼管組成，油品的比熱為2.5 kJ/(kg·)，油走管間，流量為5000kg/h, 溫度從100冷卻至65，水走管內，溫度從20升至45，油和水的對流給熱系數分別為500 W/(m2·)和2000 W/(m2·)。 如果忽略污垢熱組，求總傳熱系數K和所需的傳熱面積A； 該換熱器在使用一年后，有油垢和水垢生成，設油垢和水垢的熱阻分別為0.0002 m2·/W和0.00025 m2·/W，再求總傳熱系數K

53、和所需的傳熱面積A。 若要提高K值，應采取什么措施？7-27 有一列管式空氣加熱器, 120飽和水蒸汽在管間冷凝, 將管內作湍流流動的空氣從20加熱到80，現由于生產需要，將空氣出口溫度降至76，擬通過調節(jié)空氣流量來實現，忽略管壁和污垢熱阻，空氣的物性常數可視為不變，且蒸汽空氣，問空氣的質量流量增加的百分率為多少？7-28 某廠有一臺列管式換熱器, 管束由37根19×2mm、長3m的鋼管組成，130的飽和水蒸氣在管間冷凝，將流經管內的某溶液從20加熱至60，冷凝水于飽和溫度下排出，設蒸汽冷凝給熱系數為10000 W/(m2·)，溶液側對流給熱系數為3500 W/(m2

54、83;)，管壁及污垢熱阻忽略不計。 試計算這臺換熱器每小時能處理的溶液量。 現要求在保持溶液處理量不變的情況下，將此溶液的出口溫度提高到80，該廠擬增加一臺同規(guī)格的換熱器，問這兩臺換熱器應當并聯連接還是串聯連接？試通過計算予以說明(假設溶液的物性隨溫度變化很小)。7-29 在一逆流換熱器中以水作為冷卻劑將管內流動的熱氣體從180冷卻至60，水的溫度從20升至35，氣側給熱系數為40W /(m2)，水側給熱系數為3000W /(m2), 現將氣體的流量增加20%，冷卻水的進口溫度不變，忽略管壁和污垢熱阻，試求： 氣體流量增加后，不調節(jié)冷卻水的流量，氣體的出口溫度和冷卻水的出口溫度； 氣體流量增加

55、后，擬通過調節(jié)冷卻水的流量以使氣體出口溫度保持在60不變，調節(jié)后水的流量和水的出口溫度。7-30在一逆流操作的換熱器中，用冷卻水將油品從200冷卻至80，冷卻水流經管程，溫度從15升至40，油側h1=700 W/(m2)，水側h2=2500 W/(m2)，現由于上游工序的生產狀況發(fā)生變化，油品的進口溫度升高至210，忽略管壁和污垢熱阻，冷卻水的進口溫度不變，試求：油品進口溫度升高后，冷卻水的流量不作調節(jié)，油品的出口溫度和冷卻水的出口溫度； 油品進口溫度升高后，擬通過調節(jié)冷卻水的流量以使油品出口溫度保持在50不變，調節(jié)后水的流量和水的出口溫度。7-31苯蒸汽在精餾塔的塔頂冷凝器中冷凝成飽和液體，

56、冷卻劑用水，苯蒸汽在管間冷凝，冷凝溫度為81.5，水側給熱系數h1=2000 W/(m2)，蒸汽給熱系數側h2=4000 W/(m2)，冷卻水的出口溫度為40，而進口溫度受季節(jié)的影響，夏季平均水溫為20，而冬季則降至10，若忽略管壁和污垢熱阻，試求： 若冷卻水的流量不作調節(jié)，由于水溫的變化引起的苯蒸汽冷凝量變化的百分率； 若調節(jié)冷卻水的流量以使苯冷凝量不變，調節(jié)后水的流量和水的出口溫度。7-32 一列管式換熱器以飽和水蒸氣加熱某氣體，氣體在管內作湍流流動，飽和水蒸氣在管間冷凝，已知氣體的質量流量w=1.0kg/s，定壓比熱CP=1.0kJ/(kg·)，進口溫度t1=20，t2=100

57、，總傳熱系數K=75 W/(m2·)，A=20m2，問加熱蒸汽的溫度T為多少？此換熱器在使用多年以后，有6%的管子因腐蝕而被盲掉，并在管內生成污垢層，其Rs1=0.001 m2·/W，而氣體的處理量提高了8%，問此時加熱蒸汽的溫度T應為多少？7-33 設計一列管式換熱器，用水冷凝苯-甲苯蒸汽。苯-甲苯蒸汽處理量8000kg/h，蒸汽飽和溫度80.2，蒸汽組成：苯45%(摩爾分率，下同)，甲苯55%。第四章 氣體吸收1、 當總壓為101.3 kPa，溫度為25時，100克水中含氨1克，該溶液上方氨的平衡分壓為0.933 kPa；若在此濃度范圍內亨利定律適用，試求溶解度系數H和

58、相平衡常數m（溶液密度近似取為1000kg/m3）。2、 含有4%（體積）氨氣的混合氣體，逆流通過水噴淋的填料塔，試求氨溶液的最大濃度，分別以摩爾分率，質量分率，比摩爾分率，比質量分率表示。塔內絕對壓強為2.03×105 Pa, 在操作條件下，氣液平衡關系為 p* = 2000x(式中 p 的單位為 mmHg, x 為摩爾分率)。3、 已知NO2水溶液的亨利系數如下：溫度/5101520253035E /×102 kPa1.191.431.682.012.282.623.06指出下列過程是吸收過程還是解吸過程，推動力是多少？并在 x - y 圖上表示。（1）含NO20.003(摩爾分率)的水溶液和含 0.06 (摩爾分率