流體流動輸送知識習題集

1、第一章習題詳解工程訓練某食品廠一生產(chǎn)車間，要求用離心泵將冷卻水由貯水池經(jīng)換熱器送到另一敞口高位槽。已知高位槽液面比貯水池液面高出10m，管內(nèi)徑為75mm，管路總長（包括局部阻力的當量長度在內(nèi)）為400m。液體流動處于阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)為0.03。流體流經(jīng)換熱器的局部阻力系數(shù)為0.32。離心泵在轉速n =2900r/min時的H-Q特性曲線數(shù)據(jù)如下:Q/(m 3/s)00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H/m2625.524.5232118.515.5128.5現(xiàn)因生產(chǎn)需要，要求流量增加為0.0055m 3/s，其他條件不變，試通過計算，提出幾種不

2、同的解決方案，并對其進行比較。（工廠有同型號備用泵）解：取貯水池液面為1-1截面，高位槽液面為2-2截面，在兩截面間列柏努利方程。以1-1截面所在水平面為基準面Z1 U12/2gPl/ g heZ2u；/2g P2/ ghf其中：Z1= 0 m , Z2= 10 m ,U1U2p , p1=p2= 0(表壓),hfle d4000.030.0752u278Q220.32 飛7418554Qg 0.075則，管路特性方程為he 10hf 10 418554Q2根據(jù)離心泵特性曲線數(shù)據(jù)及管路特性曲線方程繪制，兩曲線交點即為離心泵的工作點。38363432302826242220H 181614121

3、0864200.0000.0010.0020.003he-Q/H-Q.= *1 1 1 - 1 10.0060.007則其流量為：0.0047m 3/s ;揚程為:19.1m現(xiàn)需流量增加到0.055 m 3/s方案1:改變泵的轉速n29000.00550.0047n 3393 r/min此時揚程為：26.2 m 。方案2:根據(jù)生產(chǎn)任務要求，購置新泵。方案3:兩臺泵串聯(lián)55 -50 -45 -40 =35 -30H 25201510 -5 -0 40.0000.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.009Qhe-Q.* 串(H-Q)H-Q則其流量為：0.

4、0065m3/s ;揚程為：27.5m。方案4:兩臺泵并聯(lián)38 J36 :34 -32 -30 -28 26 24 F2220H 181614121086420 _0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012Q4I.H-Qhe-Q并（H-Q）O.0l4 O.O16 o.dl8則其流量為：0.0056m3/s ;揚程為：23.5m 。方案比較: 改變泵的轉速：需要變速裝置或能變速的原動機；改變轉速時，要保證其轉速不能超過泵的 額定轉速。換泵：直接簡便，但需設備投入。串并聯(lián)：利用工廠的閑置備用泵，不增加投資；串并聯(lián)均能使流量和揚程增加，但由于本案 管路系統(tǒng)阻力

5、較高，相比之下，采用串聯(lián)操作流量超出生產(chǎn)要求太多，還需關小閥門以調(diào)節(jié) 流量，多消耗能量，不經(jīng)濟。所以，最終采用方案4，兩泵并聯(lián)以滿足新的生產(chǎn)任務。習題詳解1-4用一復式U形管壓差計測定水流管道A、B兩截面間的壓差，壓差計的指示液為汞，兩段汞柱之間充滿水，測壓前兩U形壓差計的水銀液面為同一高度。今若測得hi= 1.2 m , h2 =1.3 m，Ri =0.9 m , R2 = 0.95 m ,式,再進行數(shù)字運算）。問管道中A、B兩點間的壓差pab為多少？（先推導關系PbP2P3H2Og h2H2og RR2h2HggR2Hg gR?h1H2Og h2PaPBHg gRlH2O gh1H2OgR

6、 h2h1H2Ogh2R2HggRR2H2OghlR1 h2h1 h2R2HggRR2H2O gRR2gRiR2HgH2O代入數(shù)據(jù)得：Pab9.810.91 0.951360010002.29105 PaH2OghlPi則PabHg gR2Hg gR1H2ogh1P3解:Pa1-5 密度為 920 kg/m3的椰子油由總管流入兩支管,總管尺寸為60 mm X3.5 mm ,兩支管尺寸分別為38 mmX3.5 mm與25 mm X3.5 mm。已椰子油在總管中的流速為0.8 m/s , 且兩支管中的流量比為2.2。試分別求椰子油在兩支管中的體積流量、質(zhì)量流量、流速及質(zhì)量 流速。解:di2Ui42

7、.2d；U2420.0530.0312Ui0.8 0.0312u1 0.0182u22.20.0182U2求解得流速分別為:U1 = 1.61 m/s , U2= 2.17 m/s由此得出其體積流量:Vs1 -d12U11.22 10 3 m3/s4Vs2-d；U2 5.52 10 4 m3/s4質(zhì)量流量：ms1Vs1 1.12 kg/s , ms2Vs2 0.51 kg/s2 2質(zhì)量流速：G U1 1481 kg/m s, G2U2 1996 kg/m s1-6某輸水管路，水溫為20 C,管內(nèi)徑為200 mm，試求：（1）管中流量達到多大時,可使水由層流開始向湍流過渡？（2）若管內(nèi)改送運動粘

8、度為0.14 cm 2/s的液體，并保持層流流動，求管中最大平均流速?解：(1)查得 20C水的 p= 998.2 kg/m 3, 尸 1.005 X10-3 PasRe dU0.2 U 998.21.005 10 32000時，水由層流開始向湍流過渡即流量達到Vs4 0.220.013.14 10 4 m3/s時，水由層流開始向湍流過渡。(2)Redu0.2 u0.14 10 42000可保持層流則管中最大流速為U0.14 m/s1-7一虹吸管放于牛奶貯槽中，其位置如圖所示。貯槽和虹吸管的直徑分別為 D和d，若流動阻力忽略不計，試計算虹吸管的流量。貯槽液面高度視為恒定。解：取貯槽液面為1-1

9、截面，虹吸管出口為2-2截面，在兩截面間列柏努利方程。以2-2 截面所在水平面為基準面，流動阻力忽略不計。gZ1 u/2 P1/gZ2 u|/2 P2 /其中:Z1 = h, U1, Z1 = 0, p1 = P2 = 0(表壓)則虹吸管流量為：Vs -d2u -d%/2gh m3/s441習題1-7附圖t附圖1-9敞口高位槽中的葡萄酒（密度為985 kg/m 3）經(jīng)38 mm X2.5 mm的不銹鋼導管流入蒸餾鍋，如圖所示。高位槽液面距地面8 m,導管進蒸餾鍋處距地面3 m,蒸餾鍋內(nèi)真空度為8 kPa。在本題特定條件下，管路摩擦損失可按2 Wf=6.5u2 J/kg （不包括導管出口的局部阻

10、力）計算，U為葡萄酒在管內(nèi)的流速（m/s ）。試計算：（1）導管A-A截面處葡萄酒的流速；（2 ）導管內(nèi)葡萄酒的流量。wf解：在高位槽液面與導管出口內(nèi)側截面間列柏努利方程，以地面為基準水平面gz1 u2/2 P1/gz2 u；/2 P2 /其中：Z1=8 m , Z2= 3 m , U1 V0, p1 = 0（表壓）,p2= 8000 Pa俵壓）,3Wf = 6.5u2 J/kg因為管徑不變，故導管內(nèi)各截面處流速相等，U2= U。代入上式得g 8 g 3 u72 8000/985 6.5u2則導管A-A截面處葡萄酒的流速u =2.86 m/s22333流量Vs -d u - 0.033 2.8

11、6 2.45 10 m /S 8.8 m/h1-13擬用泵將葡萄酒由貯槽通過內(nèi)徑為50 mm的光滑銅管送至白蘭地蒸餾鍋。貯槽液面高出地面3m ,管子進蒸餾鍋處高出地面10m。泵出口管路上裝有一閘閥調(diào)節(jié)流量，管路總長80 m （包括除調(diào)節(jié)閥以外的所有局部阻力的當量長度）。葡萄酒的密度為985 kg/m 3,黏度為1.5 mPa S。試求：（1）在閥1/2開度和全開兩種情況下的管路特性方程；（2）流量為15 m 3/h時，兩種情況下管路所需的壓頭及功率。解：（1）在貯槽液面與管出口外側截面間列柏努利方程，以地面為基準水平面Z1u1 u2 2 d2 0.05244/2gP1/ghez?u|/2gP2

12、/ghf其中：Z1= 3 m , Z2= 10 m , U1U2p, p1 =p2 = 0(表壓),hflle u20.316 l le u2d 2g du / 0.25 d 亦閘閥1/2開度時le/d =225，全開時le/d = 9光滑管利用柏拉修斯（Blasius ）式0.316/Re。25，分別代入閥門半開時：hf0.3160.05 u 985/1.5 10 3280u175225 2.18u2 9.810.05閥門全開時：hf0.3160.05 u 985/1.5 10 30.2500592 9.81倔廠則管路特性方程：閥門半開時he 7hf 7_ . _ 1.752.18u閥門全開

13、時he 7hfr ，小c 1.757 1.93u鼻空型2.12 m/s則 閥門半開時管路所需壓頭為:he1 7572.18u .15.1 m管路所需功率為：Ne gheVs9.81 15.1 985 15/3600608 W閥門全開時管路所需壓頭為:he7 1.93u1.7514.2 m管路所需功率為：Ne ghe Vs9.81 14.2 985 15/3600572 W1-14用離心泵將敞口貯槽中的大豆油（密度為940 !kg/m 3,黏度為40 X10 -3 Pas）,送往一精制設備V7i 1中，如附圖所示。設備內(nèi)壓強保持0.01 MPa （表壓），匸丿貯槽液面與設備入口之間的垂直距離為1

14、0 m，管路習題1-14附圖為57 mm X4 mm的鋼管（=0.2 mm ）,管道總 長60 m （包括除孔板流量計在外的所有局部阻力的當量長度）。管路上裝有孔徑d0 = 16 mm的孔板流量計。今測得連接孔板的指示劑為水銀的U形管壓差計的讀數(shù)R= 250 mm，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%。解：在敞口貯槽液面與管道設備入口處截面間列柏努利方程，以貯槽液面所在水平面為基準水平面gz1 u12/2P1/Wegz2 u|/2 P2/Wf其中：Z1=0 m , Z2= 10 m ,U1U20, p1 = 0（表壓）,p2= 0.01 X106 Pa（表壓）

15、,wfIled2uWf,孔板已知孔板流量計的 U0 C2gR 0假設孔流系數(shù)C0與Re數(shù)無關，由（d0/d1）2 = 0.11查圖得C0 = 0.60，代入上式得U0= 4.88由 Au A0U0m/s0.0492 u 0.0162 4.88 u 0.52 m/s 44du 0.049 0.52 940口 一/中沁十340 10 3則Re 3 598.78，顯然與假設不符。重設 Co = 0.61，貝U U0 =4.96 m/s , u = 0.53 m/s , Re=610.3 為層流，Z64/Re=0.10由Wf,孔板0.8P 0.8 R 0 g 24839 J/kgwf0.1_62483

16、9 24856 J/kg0.0492代入柏努利方程得We9.81 10 0.01 107940 2485624965 J/kgmsAu940-0.0492 0.53 0.94 kg/s4則泵消耗的軸功率:N Ne/WeEs24965 0.94/0.6536103 W 36.1 kW1-16有一測空氣的轉子流量計，其流量刻度范圍為400-4000 l/h ，轉子材料用鋁制成（P鋁=2670 kg/m 3）,今用它測定常壓20 C的二氧化碳，試問能測得的最大流量為若干l/h ?解：常壓20 C的二氧化碳的密度為 CO2 -PM101.3 441.83 kg/m 32 RT 8.314 293Vs2

17、”293 2670 830.84Y 1.83 2670 1.293則此條件下，轉子流量計能測得的最大流量為 Vs2=0.84 X4000 = 3360 l/h1-18某食品廠為節(jié)約用水，用離心泵將常壓熱水池中60 C的廢熱水經(jīng)68 mm X3.5 mm的管子輸送至涼水塔頂，并經(jīng)噴頭噴出而入涼水池，以達冷卻目的，水的輸送量為22 m 3/h，噴頭入口處需維持0.05 MPa （表壓），噴頭入口的位置較熱水池液面高5 m，吸入管和排出管的阻力損失分別為1 mH 2O和4 mH 2O。試選用一臺合適的離心泵，并確定泵的安裝高度。（當?shù)卮髿鈮簽?.099 MPa ） 解：在熱水池液面與噴頭入口處截面間

18、列柏努利方程，以貯槽液面所在水平面為基準水平面P2/ ghfp2 =0.05 X106 Pa（表壓）,zi Ui2/2g p,/ g he z? Ij2g其中：zi=0 m , z2= 5 m , ui, pi=0（表壓）,hfhf1hf2 1 4 5 mH2O代入上式得he 5 0.05 106/ 983.1 9.815 15.18 mHkO根據(jù)流量22 m3/h和管路所需壓頭15.18 mH 2O，選取離心泵型號為IS65-50-125。所選離心泵在 2900 r/min 時的性能為 Q = 25 m 3/h , H = 20 mH 2O , N = 1.97 kW , n= 69% ,A

19、h = 2.0 mH 2O。hf1Ah2 5.2 m則離心泵的最大允許安裝高度Hg,允許（P0 Pv）/ g99 19.921031983.1 9.81則泵的實際安裝高度應小于5.2 m，為安全計，取為4 m第二章習題詳解工程訓練一操作方式對過濾機生產(chǎn)能力的影響現(xiàn)有從發(fā)酵工序出來的啤酒懸浮液，含有約0.3%（質(zhì)量分數(shù)）的懸浮物。利用BAS16/450-25 型壓濾機進行過濾。過濾面積為16m 2，濾框長與寬均為450mm，厚度為25mm ,共有40個框。原操作方式采用恒壓過濾, 濾餅體積與濾液體積之比c=0.03 m 3/m 3,濾餅不可壓縮，過濾介質(zhì)當量濾液量qe=0.01m3/m2，過濾常

20、數(shù)K=1.968 X105。考慮到生產(chǎn)需要，要求在保證啤酒澄清度等產(chǎn)品質(zhì)量的基礎上，試通過改變操作方式，改善現(xiàn)有設備 的生產(chǎn)效率（過濾時間短），提出幾種不同的解決方案，并比較選擇最優(yōu)方案。參考答案:恒壓過濾：過濾面積為16m 2,濾框長與寬均為450mm，厚度為25mm的，共有40個框。濾餅體積與濾液體積之比c=0.03 m3/m 3，濾餅不可壓縮，過濾介質(zhì)當量濾液量 qe=0.01m 3/m2,過濾常數(shù) K=1.968 X10-5濾框充滿時所得濾餅體積為Vi=0.45 X0.45 X0.025 X40=0.2025m 3濾框充滿時所得濾液量為V=錯誤!未找到引用源。=錯誤!未找到引用源。=6

21、.75m 3Ve=Aq e=16 X0.01=0.16 m 3由恒壓過濾方程V2+2VeV=KA2 e得過濾時間e=錯誤味找到引用源。=9472s y.63h方案一:恒速過濾：過濾面積為16m2,濾框長與寬均為450mm，厚度為25mm的，共有40個框。濾餅體積與濾液體積之比c=0.03 m3/m 3，濾餅不可壓縮，過濾介質(zhì)當量濾液量 qe=0.01m 3/m2,過濾常數(shù) K=1.968 X10-5解:濾框充滿時所得濾餅體積為Vi=0.45 X0.45 X0.025 X40=0.2025m 3濾框充滿時所得濾液量為V=錯誤!未找到引用源。=錯誤!未找到引用源。=6.75m 3Ve=Aq e=1

22、6 X0.01=0.16 m 3由恒速過濾方程V2+VeV=錯誤!未找到引用源。A2e得過濾時間e=錯誤!未找到引用源。=9258s y.57h方案二:先恒速后恒壓過濾：過濾面積為16m2,濾框長與寬均為450mm，厚度為25mm的, 共有40個框。濾餅體積與濾液體積之比c=0.03 m3/m 3,濾餅不可壓縮，過濾介質(zhì)當量濾液量qe=0.01m 3/m 2,過濾常數(shù)K=1.968 X10-5,先恒速操作10min ,壓差增大，并在此壓 差下繼續(xù)恒壓操作。解:濾框充滿時所得濾餅體積為Vi=0.45 X0.45 X0.025 X40=0.2025m 3濾框充滿時所得濾液量為V=錯誤!未找到引用源

23、。=錯誤!未找到引用源。=6.75m 3Ve=Aq e=16 X0.01=0.16 m 3ei=600sV1=1.92 X10-3 X600=1.152 m 3恒壓過濾是在已獲得濾液量Vi的條件下,(V2-Vi2) +2Ve (V-Vi) =KA2 (0- 01)則01錯誤味找到引用源。+600=錯誤!未找到引用源。=9136s=2.54h綜上所述，采用恒壓過濾，在過濾初期，過濾速度太快，顆粒容易穿透濾布、濾液渾濁 或濾布堵塞，而過濾末期，過濾速度又會太小。方案一采用恒速過濾，過濾末期的壓力勢必 很高，導致設備泄露或動力負荷過大。方案二是工業(yè)上常用的操作方式，先以較低的速度進行恒速過濾，以免壓

24、力過早升高形成流到堵塞，當壓力升高到定值后再采用恒壓過濾，過濾時間最短，生產(chǎn)效率高，所以綜合考慮選取方案二。錯誤!未找到引用源。+2錯誤!未找到引用源。0.1qe=2 X10-5錯誤!未找到引第二章習題詳解1、用 BMS20/830-2010-5m2/s,過濾 lOmin板框壓濾機恒壓過濾某懸浮液。已知在操作條件下過濾常數(shù) K=2 X后，得濾液0.1 m 3/m 2。求再過濾5min ,又可得多少濾液（m 3/m 2）。解:根據(jù)恒壓過濾方程式:錯誤味找到引用源。+2qq e=K 0得:用源。600q e=0.01 m 3/m 2所以恒壓過濾方程為錯誤味找到引用源。+0.02q=2 X10-5

25、0將0=(6OO+3OO)s=9OOs 代入恒壓過濾方程,解得q=0.1245 m 3/m 2所以再過濾5min后，又可得濾液q=(0.1245-0.1) m 3/m 2=0.0245 m 3/m 22、用過濾機過濾某種懸浮液，過濾機過濾面積為10 m3,過濾介質(zhì)阻力可以忽略。為了防止開始階段濾布被顆粒堵塞，采用先恒速后恒壓的操作方法。恒速過濾進行10min ,得濾液3m3。然后保持當時的壓差再過濾30min，求整個過濾階段所得濾液量。解:恒速階段過濾速率為錯誤!未找到引用源。=0.3 m 3? min -1恒壓過濾階段的最初速率為錯誤!未找到引用源。二錯誤！未找到引用源。(Ve=O)恒壓過濾

26、的最初速率等于恒速階段的過濾速率，即錯誤!未找到引用源。=1.8恒壓過濾是在已獲得濾液量Vi的條件下，即錯誤!未找到引用源。=0.3(V2-Vi2) +2Ve (V-Vi) =KA2 (卜 Bl)V=錯誤味找到引用源。=錯誤!未找到引用源。=7.94m 33、用某壓濾機過濾果汁，在恒壓過濾1h后，可得3m3清汁，停止過濾后用1m3清水（其粘度與濾液相同）于同樣壓力下對濾餅進行洗滌。求洗滌時間，設濾布阻力可以忽略。濾布阻力忽略時，恒壓過濾方程為V2=KA20將V=3m 3,0=1h代入上式得ka2=錯誤!未找到引用源。二錯誤!未找到引用源。最終過濾速率錯誤味找到引用源。e=錯誤味找到引用源。對板

27、框機，當洗滌粘度與濾液相同且洗滌壓力與過濾壓力相同時,洗滌速率錯誤味找到引用源。w錯誤!未找到引用源。e=錯誤!未找到引用源。洗滌時間=錯誤!未找到引用源。2.7h4、用轉筒真空過濾機在恒定真空度下過濾某種懸浮液，此過濾機轉鼓的過濾面積為5m2,浸沒角度為120。，轉速為r?min 1。已知過濾常數(shù)K=5.15 X10-6 m2?5-1，濾渣體積與濾液體積之比c=0.56 m 3?m-3,過濾介質(zhì)阻力相當于2mm厚濾渣層的阻力，求：（1）過濾機的生產(chǎn)能力；（2）所得濾渣層的厚度。解:（1） Ve=2mm 厚濾渣層相應的濾液量2 10 3 A 2 10 350.56=0.0179m 3又 n=1

28、r ?min-1=1/60 r ?5-1二錯誤!未找到引用源。=錯誤!未找到引用源。由恒壓過濾方面知V2+2W e=KA2 /nV2+2W e=KA 2 /nV2+2V XO.O179=5.15 X10-6 X52X錯誤味找到引用源。X60解得V=0.036 m 3Q=V ?i=0.036 X1=0.036m 3? min -1 或 2.16 m 3? h-1（2）濾餅層厚度=濾餅體積=VC = 00Z60.004m 4mmA A5、鮮乳中脂肪球的平均直徑約為4 pm , 20 C時，脂肪球的密度為1010kg/m 3,脫脂乳的密度為1030 kg/m 3,粘度為2.12 X10-3Pas,求

29、脂肪球在脫脂乳中的沉降速度。解:假定沉降在層流區(qū)進行，則錯誤!未找到引用源。=錯誤!未找到引用源。=-8.23 X10-8m/s驗算表明假定正確。Reo=錯誤!未找到引用源。=錯誤!未找到引用源。=1.60 X10-7 1U0值為-8.23 X10-8m/s即為所求的沉降速度。負號表示脂肪球向上浮。6、用降塵室凈化常壓空氣，空氣溫度 20 C,流量為2500 m3/h，空氣中灰塵的密度為 1800kg/ m 3,要求凈化后的空氣不含有直徑大于10 pm的塵粒，求：所需沉降面積；(2)若降塵室的寬為3m、長為5m，計算室內(nèi)需要多少隔板。解:(1) 20 C空氣的密度 P =1.2 kg/ m 3

30、，粘度 尸1.81 X10-5 Pas設直徑為10呵的塵粒沉降于斯托克斯定律區(qū)，則顆粒的沉降速度為錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。=5.42 X10-3m/sRe0=錯誤味找到引用源。=錯誤!未找到引用源。=3.6 X10-32所以以上假設成立。需要沉降面積為A=錯誤!未找到引用源。m2(2)降塵室底面積A0=3 X5=15m 2所以需要個隔板數(shù)為150mm、導熱系數(shù)第五章傳熱5-1某燃燒爐由三層絕熱材料構成。內(nèi)層是耐火磚，厚度N=錯誤!未找到引用源。塊1.05Wm K ;中間層為絕熱磚，厚度290mm,0.15W/m K ;最外層為普通磚，厚度為190mm，導熱系數(shù)0.81W/mK

31、。已知爐內(nèi)壁溫度為1016 C,外壁溫度為30 C。試求:(1)單位面積上的傳熱速率q ；(2) 耐火磚與絕熱磚界面溫度;(3)普通磚與絕熱磚界面溫度。解：(1)單位面積上的傳熱速率q ；1 0.15 0.290.192.311() A 1.050.150.81 AQ t1 t4 q A A R匹型 426W/m22.3145-9兩塊相互平行的黑體長方形平板，其尺寸為1 2m，板間距為1m。若平板表面(2)耐火磚與絕熱磚界面溫度;q1 q1化1 t2 )b1t t 426t1 t21.06吐 60.3 Ct2 t160.3106160.31000.7 C(3) 普通磚與絕熱磚界面溫度;q3 q

32、b3t4 t3 雷 99.9 Ct3 t499.930 99.9129.9 C5-2外徑100mm的蒸汽管，管外包第一層絕熱材料厚50mm ,導熱系數(shù)1 0.7W/m K ,外層絕熱材料為厚25mm,導熱系數(shù)20.075W/m K ,若蒸汽管外壁溫度為170C,最外層表面溫度為38C。試計算每米管長的熱損失和兩層絕熱材料的界面溫度。解:依題意知r10.05mr20.1m30.15mQ 2 (t1tjL丄4丄lnU1 n 2 r2dnP0.050.72 (170 38), c, 129.7W/m1, 0.15ln 0.0750.1q 1r2t?1 In 21r1170129.76.28 0卩懸

33、149.5 5-3冷庫由兩層材料構成，外層是紅磚，厚度250mm,導熱系數(shù)0.8W/m K ;內(nèi)層絕熱材料為軟木，厚度200mm,0.07W/m K ；冷庫內(nèi)壁溫度為-5 C,紅磚外表面溫度為25 C。試計算此冷庫損失的熱流量q和兩層材料的界面溫度。解：(1)冷庫損失的熱流量qqt1t31b1b225 ( 5)0.250.8陛卻咻2 *0.07(2)兩層材料的界面溫度t2 t1q2519.47詈 22 C解：應用公式Q12C12 A1K100)4(計式中：C121 2 C。；對于黑體，1C12C05.669角系數(shù)查圖5-22得l/h0.2844Q125.669 0.28 2(105 )29.8

34、KWt265 C5-11在果汁預熱器中，進口熱水溫度為98 C,出口溫度降至75 C,而果汁進口溫度為5C,出口溫度升至65C。試求兩種流體在換熱器內(nèi)呈并流和逆流的平均溫度差。解：(1)并流時的平均溫度差t(T1t1)(T2t2 )tm(98 5) (75 65)彳了？。ln心75 65(2)逆流時的平均溫度差t(T1t2 )(T2t1)tm(98 65)(75 5)49.3 C,98 65In75 5章習題詳解7-1.在某單效蒸發(fā)器內(nèi)，將NaOH水溶液從15%濃縮到30%，溶液的平均密度為 1230kg /m3，分離室內(nèi)絕對壓強為50kPa，蒸發(fā)器加熱管內(nèi)的液層高度為1.5m，試求:因溶液蒸

35、汽壓下降而引起的沸點升高;因液柱靜壓強引起的沸點升高;溶液的沸點。解:計算因溶液蒸汽壓下降而引起的沸點升高50kPa水的沸點為81.2 C,所以由圖7-3查得相應溶液的沸點值為92 81.210.8 C0.0162(t273)0.0162(81.2 273)2304.5=0.8819=0.8819 X10.8 =9.525 C計算因液柱靜壓強引起的沸點升高=50 103 1230 9.81 5=59.05k Pa由附錄查得59.05kPa下，蒸汽的飽和溫度為85C。t pm t p85 81.2=3.8 C 計算溶液的沸點 t 81.2 9.525 3.8 C94.525 C7-2.在單效真空

36、蒸發(fā)器中，需要將2000 kg/h的桔汁從10% 濃縮到50%。進料溫度為 80 C,進料的平均定壓比熱為 2.80kJ/kg K,出料溫度為60 C，當?shù)卮髿鈮簭姙?00kPa，加熱 蒸汽表壓為100kPa，蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)為1200 W /m2 -C。若不考慮熱損失，試求:每小時蒸發(fā)的水分量和成品量;加熱蒸汽消耗量;蒸發(fā)器的傳熱面積。解:計算每小時蒸發(fā)的水分量和成品量XoW F(1)X2000(1 )50= 1600kg/hL F W2000 1600=400kg/h 計算加熱蒸汽消耗量 200kPa下水的相變熱和飽和溫度：R=2204.6kJ/kg , Ts=120.2 C 60 C下

37、水的相變熱：r=2355.1kJ/kgF(ct c0t0) Wr Q1Ql 0cc0，貝y：Fc(t t0) Wr2000 2.8(60 80) 1600 2355.12204.6=1658kg/h 計算蒸發(fā)器的傳熱面積AkDRK(Ts t)1658 220461200 (120.2 60)=50.6m 2第10章工程訓練：一一洋蔥干燥條件的確定利用熱風干燥生產(chǎn)洋蔥脫水蔬菜，干燥第一階段要求洋蔥含水量由31=90.5%干燥到32=45.9%。原干燥條件為，干燥空氣干球溫度為50 C、空氣 流量為140kg/h、載物量為2.0kg/m 2,干燥室面積為10 m2，其他條件如下表 所示。現(xiàn)因生產(chǎn)需

38、要，要求在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎上，利用現(xiàn)有設備將產(chǎn)量提高 35%以上，試通過改變干燥空氣溫度，干燥空氣流量，提出幾種不同的解決方案, 并比較選擇最優(yōu)方案。下表為不同溫度、空氣流量、料層厚度對應的臨界含水量與恒速干燥速度。溫度tC)空氣流量L(kg/h )載物量(kg/m 2)平衡水分X*(kg/kg )臨界含水量Xc (kg/kg )恒速干燥速度 Uckg/(m2h)601102.00.437.832.351250.438.002.481400.388.052.631550.338.372.90451400.437.631.76500.427.952.05600.388.052.63700.30

39、8.103.35注：干燥溫度越高，營養(yǎng)成分被破壞的越多，復水性不佳，且熱量損耗也就越大。洋蔥50左右C的干燥時干燥速度不是很快，60 C的干燥溫度比較適宜, 70 C時洋蔥復水性等品質(zhì)有不良影響，洋蔥營養(yǎng)成分破壞較多，復水性不好。(忽 略風量變化引起的風機功率變化) 參考答案:,恒速階段干燥速度為2.05kg/ (m2 h)洋蔥由31=90.5%干燥到32=45.9%，干燥空氣干球溫度為50 C、空氣流 量為140kg/h、載物量為2.0kg/m 2,干燥室面積為10m2， X*=0.42 kg/kg,臨 界含水量Xc=7.95kg/kgGi=2.0 X10=20kg ,Gc= Gi X(1-

40、 3 1)=20 X(1-O.9O5) =1.9kgX10.9051 0.9059.5kg/kgX20.4591 0.4590.85kg/kg恒速干燥階段耗時01,根據(jù)式(10-29 )01=-G(X1AUc1 9Xc)= (9.5 7.95)=0.14h根據(jù)式(10-32 )QlnX2 X*降速干燥階段耗時02,Gc(Xc2AUc1.9(7.95 0.42)n 7.95 0.4210 2.050.85 0.42=2h總時間為0= 01+ 02=0.14+2=2.14h產(chǎn)量二 G1/ 0=20/2.14=9.3kg/h熱量消耗：假設空氣的初始狀態(tài)是溫度為25C,濕度為H0。二(1.01+1.8

41、8 H0) (50-25 ) =25 (1.01+1.88 H。)Q=LX X 0=140 X25 (1.01+1.88 H0)X2.14=749O (1.01+1.88 H0) 方案一:洋蔥由31=90.5%干燥到32=45.9%，干燥空氣干球溫度為60 C、空氣流量為140kg/h、載物量為2.0kg/m 2,干燥室面積為10m2, X*=0.38 kg/kg,臨 界含水量Xc=8.05kg/kg，恒速階段干燥速度為2.63kg/ (m2h)解：Gi=2.0 xi0=20kg , Gc= Gi x(1-a) =20 x(1-0.905 ) =1.9kgX10.9051 0.9059.5kg

42、/kgX20.4591 0.4590.85kg/kg恒速干燥階段耗時Bi,根據(jù)式(10-29 )B1=-GJ(X1AUc19Xc) =-(9.5 8.05) =0.1h10 2.63降速干燥階段耗時02,Gc(Xc2根據(jù)式(10-32 )X*) lnXc X* AUcX2 X *1.9(8.05 0.38) ln 8.05 0.3810 2.630.85 0.38=1.55h總時間為 0= 01+ 02=0.1+1.55=1.65h產(chǎn)量=G1/ 0=20/1.65=12.1kg/h產(chǎn)量提高率=(12.1-9.3) /9.3=30%熱量消耗增加率：假設空氣的初始狀態(tài)是溫度為25 C,濕度為H0。

43、二(1.01+1.88 H0) (60-25 ) =35 (1.01+1.88 H0)7.9%7490(1.01 1.88H0)q=LxzE x 0=140 x35 (1.01+1.88 H0)x1.65=8085 (1.01+1.88 H0) 熱量消耗增加率=8085(1.017490(1.01 1.88H0)方案二:洋蔥由3 1=90.5%干燥到32=45.9%，干燥空氣干球溫度為60 C、空氣流量為155kg/h、載物量為2.0kg/m 2,干燥室面積為10m2, X*=0.33 kg/kg,臨 界含水量Xc=8.37kg/kg，恒速階段干燥速度為2.90kg/ (m2h)解：G1=2.

44、0 X10=20kg， Gc= G x(1-31)=20 x(1-0.905 ) =1.9kgX10.9051 0.9059.5kg/kgX20.4591 0.4590.85kg/kg恒速干燥階段耗時01,根據(jù)式(10-29 )01=-G(X1AUc1 9Xc)= (9.5 8.37)=0.07h根據(jù)式(10-32 )X*).XCX*AUcX2X*1.9(8.370.33) n8.370.33102.900.850.33=1.44h降速干燥階段耗時02,Gc(Xc2-7總時間為0= 01+ 02=O.1+1.98=1.51h產(chǎn)量二 G/ 0=20/1.51=13.2kg/h產(chǎn)量提高率=(13.

45、2-9.3) /9.3=41.9%熱量消耗增加率：假設空氣的初始狀態(tài)是溫度為25 C,濕度為H0。= (1.01+1.88 H0) (60-25 ) =35 (1.01+1.88 H0)Q=LXzE X 0=155 X35 (1.01+1.88 H0)X1.51=8192 (1.01+1.88 H0)熱量消耗增加率=8192(1.01 1.88H0)7490(1.01 1.88H0)7490(1.01 1.88H0)9.4%方案三:洋蔥由31=90.5%干燥到32=45.9%，干燥空氣干球溫度為70 C、空氣流量為140kg/h、載物量為2.0kg/m 2汗燥室面積為10m2, X*=0.3

46、kg/kg，臨 界含水量Xc=8.1kg/kg，恒速階段干燥速度為3.35kg/ (m2h)解：G1=2.0 X10=20kg , Gc= G1X(1-31) =20 x(1-0.905 ) =1.9kgX1 一JO.9059.5kg/kg1111 0.9059 9X2 一0.4590.85kg/kg2121 0.4599 9恒速干燥階段耗時Bi,根據(jù)式（10-29 ）01= -GJ(X1AUc1 9XC)=:(9.5 8.1) =0.08h10 3.35降速干燥階段耗時02,Gc（Xc2AuC根據(jù)式(10-32 )X*) nXc X* 1.9(8.1 0.3)1 n 8.10.3X2 X *

47、 =10 3.350.85 0.3=1.17h總時間為 0= 01+ B2=0.08+1.17=1.25h產(chǎn)量=G1/ 0=20/1.25=16kg/h產(chǎn)量提高率=(16-9.3) /9.3=74.5%熱量消耗增加率：假設空氣的初始狀態(tài)是溫度為25 C,二(1.01+1.88 H0) (70-25 ) =45 (1.01+1.88 H。)濕度為Ho。Q=LX X 0=140 X45 (1.01+1.88 H0)X1.25=7875熱量消耗增加率=5。.01asH0) 7490(1.01(1.01+1.88 H0)1.88H0)5.1%7490（1.01 1.88H0）綜上所述，方案一增加干燥溫

48、度，不能達到目的；方案二增加空氣溫度、流量， 干燥產(chǎn)量能達到要求，干燥溫度也比較適宜，能量消耗增加率為9.4%;方案三 增加空氣溫度，雖然能大幅度提高產(chǎn)量，能量消耗增加率為5.1%，但是對預熱 功率要求較高，對產(chǎn)品質(zhì)量影響也較大。故綜合考慮選取方案二。本章習題以及參考答案習題10-5在并流干燥器中，每小時將1.5噸切丁胡蘿卜從含水量0.85干燥到0.20 （濕基，下同）。新鮮空氣的溫度為27 C,相對濕度為60%，空氣預熱溫度為93 C,若干燥器中空氣是絕熱增濕，離開干燥器的溫度為50 C,試求:每小時除去的水分;(2)每小時空氣用量;(3)每天的產(chǎn)品量。解：(1)每小時除去的水分W，根據(jù)式(

49、10-21a )代入數(shù)值可得：W=1.5 X1000 X(0.85-0.20 )/ (1-0.20) =1218.8kg/h(2 )每小時空氣用量 L,由于t0=27 C,0=0.6，查圖10-3得Ho=O.O12kg/kg ,則ti=93 C, Hi=0.012kg/kg ,干燥過程中空氣是絕熱增濕, 沿絕熱飽和線交t2=50 C, 則 H2=0.032kg/kg，根據(jù)式(10-21c)L W=1218.8/ (0.032-0.012 ) =60 937.5 kg/hH 2 H 1實際消耗空氣用量為 L=L (1+ H0) =60 937.5 X (1+ 0.012) =61 668.75

50、kg/h(3)每天的產(chǎn)品量G2G2= (G1-W)X24= (1500-1218.8 )X24=6748.8kg/d習題10-6.某果蔬加工廠用熱風個干燥新鮮蘑菇，生產(chǎn)能力為100kg/h，經(jīng) 干燥器脫水處理，濕基含水量由0.90降至0.30，溫度由25C升至35 C,干蘑菇比熱容為2.345kJ/ (kg K) o新鮮空氣由溫度25 C、為0.30經(jīng)預熱器升溫 至70 Co加熱后的空氣通過干燥室溫度降至50 Co假設空氣在干燥過程是絕熱 增濕。試求：(1)每小時除去的水分;(2)每小時空氣用量;(3)汽化1kg水分的熱消耗量。解：(1)每小時除去的水分W，根據(jù)式(10-21a )W= G2( 1_211 1代入數(shù)值可得：W=100 xO.90-0.30) / (1-0.90 ) =600kg/h(2)每小時空氣用量 L,由于t0=25 C, 0=0.3，查圖10-3得Ho=O.OO6kg/kg ,則ti=70 C, Hi=0.006kg/kg ,干燥過程中空氣是絕熱增濕,沿絕熱飽和線交t2=50 C,則H2=0.016kg/kg，根據(jù)式(10