化工原理-第四版課后答案(全)

2解標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力為101.325kPa解進(jìn)口絕對壓力px=101.3-12=89.3kPa2Mm=2×0.4+28×0.2+28×0.32+44×0.07+16×0kgkmol4【1-6】如習(xí)題1-6附圖所示，有一端封閉的管子，裝入若干水后，倒插入常溫水槽中，管中水柱較水槽液面高出2m,當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?03.2kPa。試求：(1)管子上端空間的絕對壓力；(2)管子上端空間的表壓；(3)管子上端空間的真空度；(4)若將水換成四氯化碳，管中四氯化碳液柱較槽的液面高出多少米?習(xí)題1-6附圖習(xí)題1-6附圖【1-7】在20℃條件下，在試管內(nèi)先裝入12cm高的水銀，再在其上面裝入5cm高的水水銀的密度為13550kg/m3,當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?01kPa。試求試管底部的絕對壓力為多少Pa。3【1-8】如習(xí)題1-8附圖所示，容器內(nèi)貯有密度為1250kg/m3的液體，液面高度為3.2m。容器側(cè)壁上有兩根測壓管線，距容器底的高度分別為2m及1m,容器上部空間的壓力(表壓)為29.4kPa。試求：(1)壓差計讀數(shù)(指示液密度為1400kg/m3);(2)A、B兩個彈簧壓力表的讀數(shù)。5BB點(diǎn)習(xí)圖1-8附圖解容器上部空間的壓力p=29.4kPa(表壓)液體密度p=1250kg/m3,指示液密度g=1400kg/m2(1)壓差計讀數(shù)R=?在等壓面1-1'上p=pp+(2.2+h+R)og=p+1ogRgg因g(?-p)≠(),故R=(pg=p+(3.2-2)pg=29.4×103+1.2×1250×9.81=44.1Pa55心55心【1-9】如習(xí)題1-9附圖所示的測壓差裝置，其U形壓差計的指示液為水銀，其他管中3A習(xí)題1-9附圖4皆為水。若指示液讀數(shù)為R=150mm,試求A、B兩點(diǎn)的壓力差，6解等壓面1—1',p?=pí由以上三式，得P?—Pn=Rpxg—(0.5+R)p水g已知R=0.15m,px=13600kg/m3,【1-10】常溫的水在如習(xí)題1-10附圖所示的管路中流動，為測量A、B兩截面間的壓力差，安裝了兩個串聯(lián)的U形管壓差計，指示液為汞。測壓用的連接管中充滿水。兩U形管的連接管中，充滿空氣。若測壓前兩U形壓差計的水銀液面為同一高度，試推導(dǎo)A、B兩點(diǎn)的壓力差△p與液柱壓力計的讀數(shù)R?、R。之間的關(guān)系式?？諝馑厮?xí)題1-10附圖解設(shè)測壓前兩U形壓差計的水銀液面，距輸水管中心線的距離為H.在等壓面2—2'處因p?=p?,由上兩式求得因p≤pk故7【1-11】為了排除煤氣管中的少量積水，用如習(xí)題1-11附圖所示水封設(shè)備，使水由煤5氣管路上的垂直管排出。已知煤氣壓力為10kPa(表壓),試計算水封管插人液面下的深度五最小應(yīng)為若干米。P=1CkTa(表t)習(xí)題1-11附圖流量與流速【1-12】有密度為1800kg/m2的液體，在內(nèi)徑為60mm的管中輸送到某處。若其流速為0.8m/s,試求該液體的體積流量(m3/b)、質(zhì)量流量(kg/s)與質(zhì)量流速[kg/(m2·s)]。解(1)體積流量(2)質(zhì)量流量9,=9mp=2.26×10?3×1800=4,07kg/s(3)質(zhì)量流速[1-13】如習(xí)題1-13附圖所示的套管式換熱器，其內(nèi)管為433.5mm×3.25nm,外管為60mm×3.5mm。內(nèi)管中有密度為1150kg/m3、流量為5000kg/h的冷凍鹽水流動。內(nèi)、外管之間的環(huán)隙有絕對壓力為0.5MPa,進(jìn)、出口平均溫度為0℃,流量為160kg/h的氣體流動。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(0℃,101.325kPa),氣體的密度為1.2kg/m2。試求氣體和鹽水的流速，解液體p=1150kg/m3內(nèi)管內(nèi)徑d?=33.5-3.25×2=27mm=0.025m液體質(zhì)量流量g,=5000kg/h,體積流8氣體質(zhì)量流量q、=160kg/h,體積流量6蓄水習(xí)題1-13附圖習(xí)題1-14附圖【1-14】如習(xí)題1-14附圖所示，從一主管向兩支管輸送20℃的水。要求主管中水的流速約為1.0m/s,支管1與支管2中水的流量分別為20t/h與10t/h。從無縫鋼管規(guī)格表中選擇合適的管徑，最后計算出主管內(nèi)的流速。解水，=20℃,p=998.2kg/m2≈1000kg/m2主管的流量q=qm+?=20+10=30t/h=30×10?kg/b體積流量,流速u=1.0m/:選擇φ108mm×4mm無縫鋼管，內(nèi)徑為d=100mm,主管內(nèi)水的流速9thth【1-15】常溫的水在如習(xí)題1-15附圖所示的管路中流動。在截面1處的流速為0.5m/s,管內(nèi)徑為200mm,截面2處的管內(nèi)徑為100mm。由于水的壓力，截面1處產(chǎn)生1m高的水柱。試計算在截面1與2之間所產(chǎn)生的水柱高度差h為多少(忽略從1到2處的壓頭損失)?解u?=0.5m/s722水【1-16】在習(xí)題1-16附圖所示的水平管路中，水的流量為2.5L/s。已知管內(nèi)徑d?=5cm,d?=2.5cm,液柱高度h?=1m。若忽略壓頭損失，試計算收縮截面2處的靜壓頭。解水的體積流量qx=2.5L/s=2.5×10-m3/s,截面1處的流速截面?處的流速習(xí)題117附圖8解出水閥全關(guān)閉時，壓力表讀數(shù)30.4kPa(表壓)能反映出水槽的水面距出水管的高度閥門開啟后，壓力表讀數(shù)p?=20.3kPa(表壓)Z=h=3.1m,ZH?=0.5m水柱水的流量【1-18】若用壓力表測得輸送水、油(密度為880kg/m3)、98%硫酸(密度為1830kgm3)的某段水平等直徑管路的壓力降均為49kFa。試問三者的壓頭損失的數(shù)值是否相等?各為多少米液柱?解從伯努利方程得知，等直徑水平管的壓頭損失H與壓力降△p的關(guān)系為H?=日水柱【1-19】如習(xí)題1-19附圖所示，有一高位槽輸水系統(tǒng)，管徑為857mm×3.5mm。已知水在管路中流動的機(jī)械能損失為(u為管內(nèi)流速)。試求水的流量為多少m2/h。欲使水的流量增加20%,應(yīng)將高位槽水面升高多少米?解管徑d=0.05m,機(jī)械能損習(xí)題1-19附圖(1)以流出口截面處水平線為基準(zhǔn)面，6m/s高位槽應(yīng)升高7.18-5=2.18m【1-20】如習(xí)題1-20附圖所示，用離心泵輸送水槽中的常溫水。泵的吸入管為832mm×2.5mm,管的下端位于水面以下2m,并裝有底閥與攔污網(wǎng)，該處的局部壓頭損失為。若截面2—2'處的真空度為39.2kPa,由1—1'截面至2—2'截面的壓頭損失為。試求：(1)吸入管中水的流量，m3/h;(2)吸入口1—1'截面的表壓。22具00具1習(xí)題1-20附圖解管內(nèi)徑d=0.032-0.0025×2=0.027mm,水密度p=1000kg/m3截面2-2'處的表壓p?=-39.2kPa,水槽表面p?=0(表壓)(1)從()—('至2—2',0)—()'為基準(zhǔn)面，壓頭損失p?=10.4×103Pa=10.4kPa(表壓)【1-21】當(dāng)溫度為20℃及60℃時，從附錄查得水與空氣的黏度各為多少?說明黏度與溫度的關(guān)系。0.469×10-'Pa·s空氣18.1×10-'Pa·s20.1×10-?Pa·s水的溫度高，黏度??；空氣的溫度高，黏度大。雷諾數(shù)與流體流動類型【1-22】25℃的水在內(nèi)徑為50mm的直管中流動，流速為2m/s。試求雷諾數(shù)，并判斷其流動類型。解25℃,水的黏度μ=0.8937×10?′Pa·s,密度p=997kg/m3,管內(nèi)徑d=0.05m,流速x=2m/s【1-23】(1)溫度為20℃、流量為4L/s的水，在057mm×3.5nm的直管中流動，試判斷流動類型；(2)在相同的條件下，水改為運(yùn)動黏度為4.4cm2/s的油，試判斷流動類型。解(1)d=0.05m,q?=4×10-'m3/s,g=1.005×10-^Pa·s,p=998.2kg/m3解(1)水，20℃,p=998.2kg/m2,x=1.005×10Pa·s,d=0.207mR△I習(xí)題1-25附圖解從截面A到截面B列伯努利方程，截面A為基準(zhǔn)面，則得液柱壓差計1—1為等壓面此式即為用U形管壓差計測量流體在兩截面之間流動的摩擦損失的計算式，【1-26】如習(xí)題1-26附圖所示，有357mm×3.5mm的水平管與垂直管，其中有溫度為20℃的水流動，流速為3m/s。在截面A與截面B處各安裝一個彈簧壓力表，兩截面的距離為6m,管壁的相對粗糙度e/d=0.004。試問這兩個直管上的兩個彈簧壓力表讀數(shù)的差值是否相同?如果不同，試說明其原因。BBBB-水mo-水7習(xí)題1-26附圖如果用液柱壓差計測量壓力差，則兩個直管的液柱壓力計的讀數(shù)R是否相同?指示液為汞，其密度為13600kg/m3。解已知管內(nèi)徑d=0.05m,水的溫度t=20℃密度p=998.2kg/m2,黏度μ=1.004×10'Pa·s,流速u=3m/s雷諾數(shù)湍流管壁相對粗糙查得摩擦系數(shù)λ=0.0293這兩個直管的摩擦損失相同，為(1)彈簧壓力表讀數(shù)之差值①水平管在A、B兩截面列伯努利方程因Zx=Za:x=ug,故得pA-m=ch?=998.2×15.8=15770Pa=kPa②垂直管在A、B兩截面間列伯努利方程，以截面為基準(zhǔn)面，pa-m=ggZ?+pl?=998.2×9.81×6+998.2×15.8=745Pa100m,光滑管。(1)體積流量qy=330L/h=0.33m2/h流速雷諾數(shù)Re=層流摩擦系數(shù)摩擦損失(2)體積流量qv=990L/h=0.99m3/h因流量是原來的3倍，故流速u=0.0467×3=0.14m/s雷諾數(shù)Re=1787×3=5360湍流對于光滑管，摩擦系數(shù)x用Blasius方程式計算也可以從摩擦系數(shù)x與雷諾數(shù)Re的關(guān)聯(lián)圖上光滑管曲線上查得，λ=0.037摩擦損失【1-29】試求下列換熱器的管間隙空間的當(dāng)量直徑；(1)如習(xí)題1-29附圖(a)所示，套管式換熱器外管為4219mm×9nm,內(nèi)管為114mm×4mm;(2)如習(xí)題1-29附圖(b)所示，列管式換熱器外殼內(nèi)徑為500mm,列管為625mm×2mm的管子174根，(a)套臺式換熱器(b)列管式換熱器習(xí)題1-29附圖解(1)套管式換熱器，內(nèi)管外徑d?=0.114m,外管內(nèi)徑d?=0.201m當(dāng)量直徑d.=d?-d?=0.201-0.114=0.087m(2)列管式換熱器，外殼內(nèi)徑d?=0.5m,換熱管外徑d?=0.025m,根數(shù)n=174根當(dāng)量直徑【1-30】常壓下35℃的空氣，以12m/s的流速流經(jīng)120m長的水平管。管路截面為長方形，高300mm,寬200mm,試求空氣流動的摩擦損失，設(shè)解空氣，t=35℃,p=1.147kg/m3,g=18.85×10~Pa·s,流速α=12m/s。管路截面的高a=0.3m,寬b=0.2m。當(dāng)量直徑雷諾數(shù)湍流0005,查得a=0.0192,1=120m摩擦損失【1-31】把內(nèi)徑為20mm、長度為2m的塑料管彎成倒U形，作為虹吸管使用。如習(xí)題體密度為1000kg/m3,黏度為1mPa·s。為保持穩(wěn)定流動，使槽內(nèi)液面恒定。要想使輸液量為1.7m3/h,虹吸管出口端距槽內(nèi)液面的距離h需要多少米?解已知d=0.02m,l=2m,g=10'kg/m3,g=1mPa·s,體積流量xx=1.7m3/h,m03習(xí)題1-31附圖習(xí)題1-32附圖從液槽的液面至虹吸管出口截面之間列伯努利方程式，以虹吸管出口截面為基準(zhǔn)面。光滑管λ=0.0235,管人口突然縮小(=0.5U形管(回彎頭)ζ=1.5【1-32】如習(xí)題1-32附圖所示，有黏度為1.7mPa·5、密度為765kg/m3的液體，從高位棺經(jīng)直徑為÷114mm×4mm的鋼管流人表壓為0.16MPa的密閉低位槽中。液體在鋼管中的流速為lm/s,鋼管的相對粗糙度εd=0.002,管路上的閥門當(dāng)量長度1。=50d。兩液槽的液面保持不變，試求兩槽液面的垂直距離H。解從高位槽液面至低位槽液面之間列伯努利方程計算H,低位槽液面為基準(zhǔn)面，p?=0(表壓),p?=0.16×10°Pa,兩槽流速a;=n?=0,Z?=H,Z?=0,管內(nèi)流速μ=1m/s,管徑d=0.106m液體密度p=765kg/m2,黏度g=].7×10Pa·s/d=0.002,查得λ=0.0267管長1=30+160=190m,閥門=50,高位槽的管入口S=0.5,低位槽管出口?=1,90°彎頭了=0.75r作513(1-33】如習(xí)題1-33附圖所示，用離心泵從河邊的吸r作513水站將20℃的河水送至水塔。水塔進(jìn)水口到河水水面的垂直高度為34.5m。管路為6114mm×4mm的鋼管，管長1800m,包括全部管路長度及管件的當(dāng)量長度。若泵的流量為30m3/h,試求水從泵獲得的外加機(jī)械能為多少?鋼管的相對粗糙解水在20℃時g=998.2kg/m3,流量y=30m3/h習(xí)題133附圖查得x=0.0252摩擦阻力損失以河水水面為基準(zhǔn)面，從河水水面至水塔處的水管出口之間列伯努利方程習(xí)題1-34附圖【1-34】如習(xí)題1-34附圖所示，在水塔的輸水管設(shè)計過程中，若輸水管長度由最初方案縮短25%,水塔高度不變，試求水的流量將如何變化?變化了百分之幾?水在管中的流動在阻力平方區(qū)，且輸水管較長，可以忽略局部摩擦阻力損失及動壓頭。解在水塔高度H不變的條件下，輸水管長度縮短，輸水管中的本流量應(yīng)增大。從水塔水面至輸水管出口之間列伯努利方程，求得因水塔高度H不變，故管路的壓頭損失不變。管長縮短后的長度/與原來長度l的關(guān)系為7=0.751在流體阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)恒定不變，有故流速的比值為流量的比值為5流量增加了15.5%管路計算【1-35】用6168mm×9mm的鋼管輸送流量為60000kg/h的原油，管長為100km,油管最大承受壓力為15.7MPa,已知50℃時油的密度為890kg/n2,黏度為181mPa·s。假設(shè)輸油管水平鋪設(shè)，其局部摩擦阻力損失忽略不計，試間為完成輸油任務(wù)，中途需設(shè)置幾個加壓站?解d=0.15m,l=100km,q.=60000kg/h因為是等直徑的水平管路，其流體的壓力降為油管最大承受壓力為15.7MPa需設(shè)置2級加壓，每級管長為50km,每級的△p=27.3/2=13.65MPa,低于油管最大?)承受壓力。?)【1-36】如習(xí)題1-36附圖所示，溫度為20℃的水，從水塔用：108mm×4nm鋼管，輸送到車間的低位槽中，低位槽與水塔的液面差為12m,管路長度為150m(包括管件的當(dāng)量長度)。試求管路的輸水量為多少m2/h,鋼管的相對粗糙度：/d=0.002解水，t=20℃,g=998.2kg/m2,x=1,004×10?2Pa·s由伯努利方程，得管路的摩擦阻力損失為管內(nèi)水的流速u未知，摩擦系數(shù)x不能求出。本題屬于已知L=150m、d=0.1m/d=0.002、2h?=118J/kg,求u與qu的問題。驗算流動類型習(xí)題1-36陰圖AAB習(xí)題1-37附圖體積流量【1-37】如習(xí)題1-37附圖所示，溫度為20℃的水，從高位槽A輸送到低位水槽B.兩水槽的液位保持恒定。當(dāng)管路上的閥門在一定的開啟度下，水的流量為1.7m3/h,試計算所需的管徑。輸水管的長度及管件的當(dāng)量長度共為42m,管子為光滑管。另外，當(dāng)閥門關(guān)閉時，水不流動，閥前與閥后的壓力表讀數(shù)分別為80kPa與30kPa,本題是計算光滑管的管徑問題。雖然可以用試差法計算，但不方便。最好是用光滑管的摩擦系數(shù)計算式(適用于2.5×10?<Re<101)與Z=×及導(dǎo)一個已h與。及d之間的計算式。解水在20℃時g=998.2kg/m3,g=1.D04×1D~/Pa·s水的流量].7m3/h,管長及管件當(dāng)量長度!=42m閥門關(guān)閉時，壓力表可測得水槽離壓力表測壓點(diǎn)的距離H、與H:。兩水槽液面的距離H=H,-Hx=8.17-3.06=5.11m以低位槽的液面為基準(zhǔn)面，從高位槽A的液面到低位槽B之間列伯努利方程，得管路的摩擦損失2h與H的關(guān)系式為Zh?=Hg=5.11×9.81=50kg對于水力光滑管，2h與新及d之間的計算式為水水A求得管內(nèi)徑為d=0.0205m【1-38】如習(xí)題1-38附圖所示，水槽中的水由管C與D放出，兩根當(dāng)量長度)分別為試求閥門全開時，管C與管D的流量之比值，摩擦系數(shù)均取0.03。解從水槽的水面至出水口之間列伯努利方程，以出水口的水平面BC管的壓頭損失BD管的壓頭損失將式(b)與式(c)代入式(a),得【1-39】有一并聯(lián)管路，輸送20℃的水。若總管中水的流量為9000m3/h,兩根并聯(lián)管的管徑與管長分別為d?=500mm,1?=1400m;d?=700mm,l?=800m。試求兩根并聯(lián)管中的流量各為若干?管壁絕對粗糙度為0.03mm。解用試差法求解，設(shè)各支管的流體流動處于完全湍流粗糙管的阻力平方區(qū)兩根支管的相對粗糙度分別為從教材的圖1-28查得λ=0.0177,λ:=0.0162總流量(x=9000m3/h支管1的流量支管2的流量下面核算λ值水在20℃時，p=998.2kg/m3,g=1.004×10÷Pa·s故由Re=4.63×10°與5=0.0006,從圖上查得λ?=0.0177,與原假設(shè)相同。由Re?=1.429,從圖上查得λ:=0.0164,與原假設(shè)的λ?=0.0162近。故以上計算結(jié)果正確。【1-40】在管徑6325mm×8mm的管路中心處安裝皮托測速管，測量管路中流過的空流量?？諝鉁囟葹?1℃,壓力為1.47×10Pa(絕對壓力)。用斜管壓差計測量，指示液水，讀數(shù)為200mm,傾斜角度為20度。試計算空氣的質(zhì)量流量。解空氣溫度T=273+21=294K,絕對壓力p=147kPa,空氣的密度為R=R'sina=200sin20°=6mm水的密度g?=1000kg/m3空氣的黏度μ=1.815×10-?Pa·s空氣質(zhì)量流量【1-41】20℃的水在6108mm×4mm的管路中輸送，管路上安裝角接取壓的孔板流量計測量流量，孔板的孔徑為50mm。U形管壓差計指示液為汞，讀數(shù)R=200mm。試求水在管路中的質(zhì)量流量。解水在20℃時p=998.2kg/m3,μ=1.004×10-?Pa·s孔板孔徑d=0.05m,管徑D=0.1m從a、Re、g關(guān)系曲線上查得，在β=0.25的水平段的α值，a=0.622U形管差壓計的讀數(shù)R=0.2m,汞密度g=13600kg/m3孔板前后的壓力差△p=R(p—p)g水的質(zhì)量流量流速由β=0.25與Re=1.089×10?從x、Re、關(guān)系曲線上查得，值相同，計算正確?！?-1】某離心泵用15℃的水進(jìn)行性能實驗，水的體積流量為540m3/h,泵出口壓力表讀數(shù)為350kPa,泵入口真空表讀數(shù)為30kPa。若壓力表與真空表測壓截面間的垂直距離為350mm,吸入管與壓出管內(nèi)徑分別為350mm及310mm,試求泵的揚(yáng)程。解水在15℃時g=995.7kg/m3,流量v=540m3/h壓力表pm=350kPa,真空表p.=-30kPa(表壓)壓力表與真空表測壓點(diǎn)垂直距離h,=0.35m管徑d?=0.35m,d?=0.31m流速揚(yáng)程=0.35+38.9+0.078=39.3m水柱【2-2】原來用于輸送水的離心泵現(xiàn)改為輸送密度為1400kg/m3的水溶液，其他性質(zhì)可視為與水相同。若管路狀況不變，泵前后兩個開口容器的液面間的高度不變，試說明：(1)泵的壓頭《揚(yáng)程)有無變化；(2)若在泵出口裝一壓力表，其讀數(shù)有無變化；(3)泵的軸功率有無變化。解(1)液體密度增大，離心泵的壓頭(揚(yáng)程)不變。(見教材)(2)液體密度增大，則出口壓力表讀數(shù)將增大。(3)液體密度p增大，則軸功率將增大。【2-3】某臺離心泵在轉(zhuǎn)速為1450r/min時，水的流量為18m3/h,揚(yáng)程為20m(H,O)。試求：(1)泵的有效功率，水的密度為1000kg/m3;(2)若將泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到1250r/min時，泵的流量與揚(yáng)程將變?yōu)槎嗌?解(1)已知gy=18m3/h,H=20m水柱，p=1000kg/m3流量0(2)工作點(diǎn)的流量與揚(yáng)程管路特性曲線的與H計算值如下工作點(diǎn)流量xα=0.0045m3/s,揚(yáng)程H=19.8mH?O(3)將工作點(diǎn)流量從gy=0.0045m2/s調(diào)節(jié)到g=0.0035m2/s,泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)由2900rmin調(diào)節(jié)到多少轉(zhuǎn)速?將gx=0.0035m3/s代入管路特性方程，求得H?=10+5.02X10×(0.00352)mH等效率方程H=K系數(shù)得等效率方程H=1.31×10等效率方程的計算值如下從n=2900r/min的泵特性曲線與等效率由線的交點(diǎn)D,得到m/H程揚(yáng)m/H程揚(yáng)5D管路特性曲線AC習(xí)題2-4附圖流量為9x=0,0035m3/s時的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速變化小于20%,效率基本不變。【2-5】若習(xí)題2-4第2向改為兩臺泵并聯(lián)操作，管路特性曲線不變，試求泵工作點(diǎn)的流量與揚(yáng)程。山：巧山：巧05的w/Hw/H44房令房5習(xí)題2-5附圖習(xí)題2-6附圖【2-7】用型號為IS65-50-125的離心泵，將敞口水槽中的水送出，吸入管路的壓頭損失為4m(H?O),當(dāng)?shù)丨h(huán)境大氣壓力的絕對壓力為98kPa。試求：(1)水溫20℃時泵的安裝高度，(2)水溫80℃時泵的安裝高度。解已知環(huán)境大氣壓力p=98kPa(絕對)吸人管2H?=4m(H?O),查得泵的汽蝕余量△h=2m(1)20℃的水，飽和蒸氣壓p.=23.38kPa,密度p=998.2kg/m2最大允許安裝高度為第(2)方案的安裝高度H?=7m,大于H,不能完成輸送任務(wù)。第(1)方案的安裝高度H?=-1m若-1≤3.66-2H,則乙H?≤4.66m水柱時可以用。【2-9】用離心泵從江中取水送入貯水池內(nèi)，池中水面高出江面20m,管路長度(包括部阻力的當(dāng)量長度)為45m。水溫為20℃,管壁相對粗糙度。要求輸水量為~25m3/h。(1)試選擇適當(dāng)管徑；(2)試選擇一臺離心泵，解20℃水的p=998.2kg/m3,μ=1.004×103Pa·s1+1,=45m,E=0,001d最大流量qy=25m3/h(1)管徑d從教材表1-3中選管路中水的流速u=2.5m/s選公稱直徑65mm的低壓流體輸送用焊接鋼管管徑為d75.5mm×3.75mm,內(nèi)徑d=75.5-3.75×2=68mm最后計算流速此流速在表1-4中的1.5～3.0m/s范圍內(nèi)(2)選離心泵(2)選離心泵揚(yáng)程查得λ=0.0218揚(yáng)程H=20+2.68=22.68m設(shè)泵的效率η=0.65選用離心泵IS65-50-160其流量范圍為15～30m3/h,揚(yáng)程范圍為35～30m,轉(zhuǎn)速為2900r/min,軸功率為2.67～3.71kW,汽蝕余量△h=2～2.5m。【2-10】有一臺離心泵的額定流量為16.8m3/h,揚(yáng)程為18m。試問此泵是否能將密度為1060kg/m3,流量為250L/min的液體，從敞口貯槽向上輸送到表壓為30kPa的設(shè)備中?敞口貯槽與高位設(shè)備的液位垂直距離為8.5m。管路的管徑為075.5mm×3.75mm,管長為124m(包括直管長度與所有管件的當(dāng)量長度),摩擦系數(shù)為0.03。液柱流量與壓頭都略小于額定值，該泵可以用?！?-11】有一臺雙動往復(fù)泵，其活塞的行程為300mm,活塞直徑為180mm,活塞桿直徑為50mm,若活塞每分鐘往復(fù)55次，其理論流量為若干?又實驗測得此泵在26.5min內(nèi)能使一直徑為3m的圓形貯槽的水位上升2.6m,試求泵的容積效率(即實際流量/理論流解活塞行程S=300mm=0.3m,活塞直徑D=0.活塞桿直徑d=0.05m,活塞桿截面活塞往復(fù)頻率n=551/min理論流量m3/min實際流量容積效率η=qx/qv理=0.693/0.807=0.859【2-12】有一臺離心式通風(fēng)機(jī)進(jìn)行性能實驗，測得的數(shù)據(jù)有空氣溫度為20℃,風(fēng)機(jī)出口的表壓為230Pa,人口的真空度為150Pa,送風(fēng)量為3900m3/h。吸入管與排出管的內(nèi)徑分別為300mm及250mm,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1450r/min,所需軸功率為0.81kW。試求風(fēng)機(jī)的全風(fēng)有效功率全風(fēng)壓效率【2-13】倉庫里有一臺離心式通風(fēng)機(jī)，其銘牌上的流量為1.27×103m3/h,全風(fēng)壓為1.569kPa?，F(xiàn)想用他輸送密度為1.0kg/m3的氣體，氣體流量為1.27×103m3/h,全風(fēng)壓為1.3kPa。試問該風(fēng)機(jī)是否能用?解通風(fēng)機(jī)銘牌上的風(fēng)量與全風(fēng)壓是在標(biāo)準(zhǔn)條件(20℃,101.325kPa)下用空氣測定的，標(biāo)準(zhǔn)條件下空氣的密度為1.2kg/m2?，F(xiàn)在把氣體在操作條件下的流量1.27×103m3/h及全風(fēng)壓1.3kPa換算為標(biāo)準(zhǔn)條件下的風(fēng)量v,及全風(fēng)壓，可以使用?！?-14】有溫度為25℃、流量為60m3/min的空氣，從101kPa壓縮到505kPa(均為絕對壓力),絕熱指數(shù)為1.4,試求空氣絕熱壓縮后的溫度，并求等溫壓縮和絕熱壓縮所需理論功率，假設(shè)為理想氣體。流量G=Qp=1X1.185=1.185kg/s功率P.=WG=137.5X1.185=163kW功率P=WG=174.6×1.185=207kW【3-1】密度為1030kg/m3、直徑為400gm的球形顆粒在150℃的熱空氣中降落，求其沉降速度。解150℃時，空氣密度o=0.835kg/m3,黏度μ=2.41×10?Pa·s顆粒密度p?=1030kg/m3,直徑d?=4X10~'m假設(shè)為過渡區(qū)，沉降速度為為過渡區(qū)【3-2】密度為2500kg/m3的玻璃球在20℃的水中和空氣中以相同的速度沉降。試求在這兩種介質(zhì)中沉降的顆粒直徑的比值，假設(shè)沉降處于斯托克斯定律區(qū)。解在斯托克斯區(qū)，沉降速度計算式為由此式得(下標(biāo)w表示水，a表示空氣)查得20℃時水與空氣的密度及黏度分別為已知玻璃球的密度為g,=2500kg/m3,代入上式得[3-3】降塵室的長度為10m,寬為5m,其中用隔板分為20層，間距為100mm,氣體中懸浮的最小顆粒直徑為10gm,氣體密度為1.1kg/m3,黏度為21.8×10°?Pa·s,顆粒密度為4000kg/m3。試求；(1)最小顆粒的沉降速度；(2)若需要最小顆粒沉降，氣體的最大流速不能超過多少m/s?(3)此降塵室每小時能處理多少m3的氣體?解已知d?=10×10“m,g=4000kg/m3,p=1.1kg/m3,μ=21.8×10‘Pa·s(1)沉降速度計算假設(shè)為層流區(qū)(2)氣體的最大流速um沉降高度H=0.1m,降塵室長度L=10m(3)氣體的最大處理量氣體的處理量qx,也可以用教材式(3-18)計算【3-4】有一重力沉降室，長4m,寬2m,高2.5m,內(nèi)部用隔板分成25層。爐氣進(jìn)入除塵室時的密度為0.5kg/m3,黏度為0.035mPa·s。爐氣所含塵粒的密度為4500kg/m3?，F(xiàn)要用此降塵室分離100gm以上的顆粒，試求可處理的爐氣流量。解已知爐氣的密度p=0.5kg/m3,黏度μ=3.5×10-°Pa·s塵粒的密度4500kg/m3,臨界塵粒直徑d、=100×10-m假設(shè)為層流區(qū)，求得沉降速度為爐氣流量為本題也可以用教材式(3-18)計算，式中的WL改為WLN。[3-5】溫度為200℃,壓力為101.33kPa的含塵空氣，用圖3-9(a)所示的旋風(fēng)分離器除塵。塵粒的密度為2000kg/m3。若旋風(fēng)分離器的直徑為0.65m,進(jìn)口氣速為21m/s,試求：(1)氣體處理量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))為多少m3/s;(2)氣體通過旋風(fēng)分離器的壓力損失；(3)塵粒的臨界直徑。解空氣溫度200℃,壓力101.33kPa,從空氣物理性質(zhì)表中查得密度p=0.746kg/m3,黏度μ=2.6×10?Pa·s(3)塵粒的臨界直徑dg已知塵粒密度g=2000kg/m3,b=【3-6】懸浮液中固體顆粒濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.025kg固體/kg懸浮液，濾液密度為1120kg/m3,濕濾渣與其中固體的質(zhì)量比為2.5kg/kg,試求與1m3濾液相對應(yīng)的濕濾渣體積z,單位為m3濕渣/m3濾液，固體顆粒密度為2900kg/m3。解已知X=0.025kg固體/kg懸浮液C=2.5kg濕渣/kg干渣，濾液密度p=1120kg/m3m3濾液m3濾液【3-7】如習(xí)題3-7附圖所示用板框壓濾機(jī)過濾某懸浮液，共有20個濾框，每個濾框的兩側(cè)有效過濾面積為0.85m2,試求1小時過濾所得濾液量為多少m3。已知過濾常數(shù)K=4.97×10-?m2/s,q.=1.6A=20×0.85=17m3,V=qA=0.407×17=6.92m3濾液-e·10×102【3-8】將習(xí)題3-6的懸浮液用板框壓濾機(jī)在過濾面積為100cm2、過濾壓力為53.3kPa條件下進(jìn)行過濾，所測數(shù)據(jù)為濾液量/mL試求過濾常數(shù)K與q.及濾餅的比阻r。已知濾液的黏度為3.4mPa·S。解已知過濾面積A=100cm2=0.01m2V/ml.直線的斜率3×10-17×10-1,K=4.967×10-?m2/s,截距6×102已知△p=5.33×10Pa濾液黏度μ=3.4mPa·s=3.4×10?Pa·s由習(xí)題3-6得v=0.0505m'濕渣/m3濾液故比阻為【3-9】對習(xí)題3-6及習(xí)題3-8中的懸浮液用板框壓濾機(jī)在相同壓力下進(jìn)行過濾，共有20個濾框，濾框厚度為60mm,每個濾框的兩側(cè)有效過濾面積為0.85m2。試求濾框內(nèi)全部充滿濾渣所需要的時間。固體顆粒密度為2900kg/m3。在習(xí)題3-6中已給出濕濾渣質(zhì)量與其中固體質(zhì)量的比值為2.5kg濕渣/kg干渣，并計算出每立方米濾液相對應(yīng)的濕渣體積，即v=0.0505m3濕渣/m3濾液。在習(xí)題3-8中已求出恒壓過濾的過濾常數(shù)K=4.967×10-?m2/s,g.=1.64×10-2解求恒壓過濾的過濾時間r的計算式為過濾面積A=0.85×20=17m2濾液體積V的計算：20個濾框中的濕濾渣體積為濕渣從濾渣體積V,計算濾液體積V【3-10】用板框壓濾機(jī)過濾某懸浮液，恒壓過濾10min,得濾液10m3。若過濾介質(zhì)阻力忽略不計，試求；(1)過濾1b后的濾液量；(2)過濾1h后的過濾速率dV/dr。解恒壓過濾，已知t=10min,V=10m3,V。=0,代入教材式(3-40),V1=KA2-求得(1)過濾1h后的濾液量x=60min(2)過濾1h后的過濾速率dV/dr從教材式(3-39)與式(3-38),得【3-11】若轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)的浸液率ψ=1/3,轉(zhuǎn)速為2r/min,每小時得濾液量為15m2,試求所需過濾面積，已知過濾常數(shù)K=2.7×10°m2/s,q?=0.08m3/m2解由題Q=15/3600m2/s過濾面積【+-1】有一加熱器，為了減少熱損失，在加熱器的平壁外表面，包一層熱導(dǎo)率為0.16W/(m·℃)、厚度為300mm的絕熱材料。已測得絕熱層外表面溫度為30℃,另測得距加熱器平壁外表面250mm處的溫度為75℃,如習(xí)題4-1附圖所示。試求加熱器平壁外表面解t:=75℃,t?=30℃計算加熱器平壁外表面溫度t,λ=0.16W/(m·表面溫度為30℃,另測得距加熱器平壁外表面250mm處的溫度為75℃,如習(xí)題4-1附圖所示。試求加熱器平壁外表面解t:=75℃,t?=30℃計算加熱器平壁外表面溫度t,λ=0.16W/(m·℃)絕熱么6非畢【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm厚的軟木做成的。習(xí)題4-1附圖軟木的熱導(dǎo)率λ=0.043W/(m·℃)。若外表面溫度為28℃,內(nèi)表面溫度為3℃,試計算單位表面積的冷量損失。解已知t?=3℃,t?=28℃,λ=0.043W/(m·℃),b=0.03m,則單位表面積的冷量損失為mz(nmz(n一q【4-3】用平板法測定材料的熱導(dǎo)率，平板狀材料的一側(cè)用電熱器加熱，另一側(cè)用冷水冷卻，同時在板的兩側(cè)均用熱電偶測量其表面溫度。若所測固體的表面積為0.02m2,材料的厚度為0.02m?，F(xiàn)測得電流表的讀數(shù)為2.8A,伏特計的讀數(shù)為140V,兩側(cè)溫度分別為280℃和100℃,試計算該材料的熱導(dǎo)率。解根據(jù)已知做圖f?=100C冷水電熱蓄熱傳導(dǎo)的熱量熱傳導(dǎo)的熱量時火轉(zhuǎn)時火轉(zhuǎn)絕熱傳當(dāng)雨磚-130℃k?0.15]【4-4】燃燒爐的平壁由下列三層材料構(gòu)成：耐火磚層，熱導(dǎo)率λ=1.05W/(m·℃),厚度b=230mm;絕熱磚層，熱導(dǎo)率λ=0.151W/(m·℃)普通磚層，熱導(dǎo)率λ=0.93W/(m·℃)。耐火磚層內(nèi)側(cè)壁面溫度為1000℃,絕熱磚的耐熱溫度為940℃,普通磚的耐熱溫度為130℃,(1)根據(jù)磚的耐熱溫度確定磚與磚接觸面的溫度，然后計算絕熱磚層厚度。若每塊絕熱磚厚度為230mm,試確定絕熱磚層的厚度。(2)若普通磚層厚度為240mm,試計算普通磚層外表面溫度。溫度分布如習(xí)題4-4附圖所示。通過耐火磚層的熱傳導(dǎo)計算熱流密度q。絕熱磚層厚度b?的計算每塊絕熱磚的厚度為0.23m,取兩塊絕熱磚的厚度為b?=0.23×2=0.46m,(2)計算普通磚層的外側(cè)壁溫先核算絕熱磚層與普通磚層接觸面處的溫度13l?小于130℃,符合要求。通過普通磚層的熱傳導(dǎo)，計算普通磚層的外側(cè)壁溫1?！?-5】有直徑為θ38mm×2mm的黃銅冷卻管，假如管內(nèi)生成厚度為1mm的水垢，水水垢的熱阻為礦渣棉礦渣棉【4-6】某工廠用。170mm×5mm的無縫鋼管輸送水蒸氣。為了減少沿途的熱損失，在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·K);第二層為厚30mm的石棉灰，其熱導(dǎo)率為0.21W/(m·K)。管內(nèi)壁溫度為300℃,保溫層外表面溫度為40℃。管路長50m。試求該管路的散熱量。石棉滅層厚度。已知t?=150℃,tz=50℃,g=160W/m解得保溫層厚度為保溫層厚度應(yīng)不小于13.3mm對流傳熱系數(shù)(2)空氣流速增加一倍，對流傳熱系數(shù)a'為(3)若空氣從管壁得到的熱量為578W,計算鋼管內(nèi)壁平均溫度用式Q=aA(t.一t.)計算鋼管內(nèi)壁的平均溫度t.。已知空氣進(jìn)出口平均溫度1m=49℃在第(1)項中已計算出對流傳熱系數(shù)α=18.7W/(m2·℃)鋼管內(nèi)表面積為A=πdl=π×0.068×5=1.07m鋼管內(nèi)壁平均溫度【4-10】溫度為10℃、壓力為101.3kPa的空氣，以10m/s的流速在列管式換熱器管間沿管長方向流動，空氣出口溫度為30℃。列管式換熱器的外殼內(nèi)徑為190mm,其中裝有37根g19mm×2mm的鋼管，鋼管長度為2m,試求鋼管外表面對空氣的對流傳熱系數(shù)。解已知空氣壓力p=101.3kPa,溫度t=10℃,t:=30℃,空氣的平均溫度熱導(dǎo)率λ=2.76×10-2W/(m·℃),黏度μ=1.91×10°Pa·s,普朗特數(shù)Pr=0.699,空氣被加熱，Pr的指數(shù)n=0.4空氣流動的截面積濕潤周邊當(dāng)量直徑已知空氣的流速u=10m/s對流傳熱系數(shù)解d,=d?-dj=0.051-0.038=0.013m【+-13】質(zhì)量流量為1650kg/h的硝酸，在管徑為480mm×2.5mm、長為3m的水平管中流過。管外為300kPa(絕對壓力)的飽和水蒸氣冷凝，使硝酸得到3.8×10'W的熱量。試求水蒸氣在水平管外冷凝時的對流傳熱系數(shù)。解在計算水蒸氣在水平管外冷凝的對流傳熱系數(shù)a時，需要知道管外表面溫度tw。如何假設(shè)tw?水蒸氣冷凝的a值一般為5000~15000W/(m2·℃),取α=10000W/(m2·℃),估算壁溫度1。300kPa(絕對壓力)時，水蒸氣的飽和溫度t,=133.3℃。用式Q=aA(t、一)估算壁溫度t,先假設(shè)t,=128℃定性溫度為膜溫t.=133.3℃時水的比汽化熱r=2168×103J/kg水蒸氣在水平管外冷凝的α值計算用式Q=aA(t、-t.)計算Q值Q=11600×π×0.08×3×(133.3-128)此Q值大于硝酸吸收的熱量，說明假設(shè)的t。偏小。重新用α=11600W/(m2·℃)估算t假設(shè)tw=129℃膜溫l.-tw=133.3-129=4.3不同。α值計算用α=12200驗算壁溫與前面假設(shè)的相同?！?-14】水在大容器內(nèi)沸騰，如果絕對壓力保持在p=200kPa,加熱面溫度保持130℃,試計算加熱面上的熱流密度q。水沸騰的對流傳熱系數(shù)α計算a=0.123△t253p?.?=0.123×9.82比熱容放熱量【4-16】用冷卻水使流量為2000kg/h的硝基苯從355K冷卻到300K,冷卻水由15℃升到35℃,試求冷卻水用量。若將冷卻水的流量增加到3.5m2/h,試求冷卻水的出口容cx=1.58kJ/(kg·K)硝基苯的放熱量Q=qmi((T?-T?)(1)冷卻水用量計算平均溫度比熱容(g=4.179kJ/(kg·℃),密度p=997kg/m3(2)用水量gy?=3.5m3/h時，求t?=?可知v2與(t:-l)成反比，故假設(shè)t?=26.9℃水的平均溫度查得水的比熱容c?=4.182kJ/(kg·℃),密度p=998kg/m3與假設(shè)相符。【4-17】在一換熱器中，用水使苯從80℃冷卻到50℃,水從15℃升到35℃。試分別計算并流操作及逆流操作時的平均溫度差。解(1)并流操作=34.2℃(2)逆流操作苯T=80℃→→T,=50℃△t?/△t?=45/35<2【4-18】在1殼程2管程列管式換熱器中用水冷卻油，冷卻水走管內(nèi)，進(jìn)口溫度為20℃,出口溫度為50℃。油進(jìn)口溫度為120℃,出口溫度為60℃。試計算兩種流體的傳熱平均溫度差。解屬于折流T?=12C油T?=6(1℃查得溫差校正系數(shù)ψ=0.91△tm=△tm道=0.91×55=50℃(1)水蒸氣用量(kg/h);(2)當(dāng)總傳熱系數(shù)為800W/(m2·℃)時所需傳熱面積。解(1)水的比汽化熱r=2168kJ/kg,苯胺體積流量x=80m3/h,苯胺吸收的熱量為Q=gva,(1?-t)=80×955×2.31×103×(1水蒸氣用量(2)計算傳熱面積A已知K=800W/(m2·℃),水蒸氣的p=300kPa,t=133.3℃。水蒸氣133.3℃133.3℃苯胺【+-20】有一套管式換熱器，內(nèi)管為φ180mm×10mm的鋼管，內(nèi)管中有質(zhì)量流量為3000kg/h的熱水，從90℃冷卻到60℃。環(huán)隙中冷卻水從20℃升到50℃?？倐鳠嵯禂?shù)K=2000W/(m2·℃)。試求：(1)冷卻水用量；(2)并流流動時的平均溫度差及所需傳熱面積；(3)逆流流動時的平均溫度差及所需傳熱面積。解(1)冷卻水用量q計算熱水平均溫度,G?=4.191kJ/(kg·℃冷水平均溫度,(=4.174kJ/(kg·℃)熱量衡算(2)并流熱水T?=90℃→→T:=60℃?zhèn)鳠崦娣e(3)逆流熱水T?=90℃→→T?=60℃?zhèn)鳠崦娣e【4-21】有1殼程2管程列管式換熱器，用293K的冷水30t/h使流量為20t/h的乙二醇從353K冷卻到313K,設(shè)總傳熱系數(shù)為1200W/(m2·K),試計算所需傳熱面積。解乙二醇乙二醇的平均溫度,比熱容c?=2.6×103J/(kg·K)乙二醇放出熱量從水的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)表上可知，水在30～50℃范圍內(nèi)，比熱容(,=4174J/(kg·K)。假設(shè)sg=4174J/(kg·K),計算冷水出口溫度!冷水的平均溫度=28.3℃m接近30℃,所假設(shè)的(g可以。逆流平均溫度差△m進(jìn)計算折流的平均溫度差△tm計算g=0.83,△t,=g△i述=0.83×30.2=25.1℃?zhèn)鳠崦娣e【+-22】有一外徑為100mm的水蒸氣管，水蒸氣溫度為160℃。為了減少熱量損失，在管外包覆厚度各為25mm的A、B兩層絕熱材料保溫層，A與B的熱導(dǎo)率分別為0.15與0.05W/(m·K)。試計算那一種材料放在內(nèi)層好。周圍空氣溫度為20℃,保溫層外表面對周圍空氣的對流(包括熱輻射)傳熱系數(shù)a=15W/(m2·℃)。保溫層內(nèi)表面溫度在兩種情況下都等于水蒸氣溫度。內(nèi)層外云u=0.175mM?=00.2m空氣(1)A在內(nèi)層，B在外層。以保溫層外表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)為單位長度的熱損失為(2)B在內(nèi)層，A在外層，總傳熱系數(shù)為計算結(jié)果表明，熱導(dǎo)率小的絕熱材料放在內(nèi)層，熱損失小?！?-23】測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，質(zhì)量流量為5000kg/h,進(jìn)口溫度為80℃,出口溫度為50℃。水在環(huán)隙流動，進(jìn)口溫度為15℃,出口溫度為30℃。水與甲苯逆流流動，傳熱面積為2.5m2。問所測得的總傳熱系數(shù)為多大?解甲苯g=5000kg/h,T?=80℃,T?,(=熱負(fù)荷A=2.5m2【4-24】在一套管換熱器中，內(nèi)管中流體的對流傳熱系數(shù)a?=200W/(m2·K),內(nèi)管外下列兩個問題：(1)假設(shè)內(nèi)管中流體流速增加一倍；(2)假設(shè)內(nèi)管外側(cè)流體流速增加兩倍。其他條件不變，試問總傳熱系數(shù)增加多少?以百分?jǐn)?shù)表示。管壁熱阻及污垢熱阻可不計。解已知α?=200W/(m2·K),x?=350W/(m2·K)(1)內(nèi)管中流體流速增加一倍，u)=2u增加27.6%器，使空氣在管內(nèi)流動，水蒸氣在管外冷凝，試驗算此換熱器面積是否夠用?水蒸氣冷凝時的對流傳熱系數(shù)可取為10000W/(m2·K)。解空氣的平均溫度空氣的物性參數(shù)p=1.093kg/m3,g=19.6×10°Pa·s空氣流量熱負(fù)荷水蒸氣p=200kPa,T=120.2℃平均溫度差A(yù)t=T-t?=120.2-10=110.2℃At?=T-t?=120.2-90=30.2℃空氣流速已有換熱器的傳熱面積為A'=xdln=πX0.02×1.6×271=27.2m2夠用【4-28】有一鋼制套管式換熱器，質(zhì)量流量為2000kg/h的苯在內(nèi)管中，從80℃冷卻到50℃,冷卻水在環(huán)隙中從15℃升到35℃。已知苯對管壁的對流傳熱系數(shù)為600W/(m2·K),管壁對水的對流傳熱系數(shù)為1000W/(m2·K)。計算總傳熱系數(shù)時，忽略管壁熱阻，按平壁計算。試回答下列問題：(1)計算冷卻水消耗量；(2)計算并流流動時所需傳熱面積；(3)如改變?yōu)槟媪髁鲃?，其他條件相同，所需傳熱面積將有何變化?解總傳熱系數(shù)K的計算已知α?=600W/(m2·K),a?=1000W/(m2·K)熱負(fù)荷(2)并流的傳熱面積A△t?=T?-t?=80-15=65℃,△水冷凝段熱負(fù)荷冷卻段冷卻段熱負(fù)荷冷卻水冷卻水冷卻水用量水在兩段之間的溫度t,用冷卻段熱負(fù)荷Q?計算。冷凝段平均溫度差為冷卻段平均溫度差為冷凝段傳熱面積為冷卻段傳熱面積為總傳熱面積A=A+A,=4.16+1.05=5.21m2現(xiàn)有換熱器的傳熱面積按傳熱管內(nèi)表面積計算A=πd!n=x×0.02×3×37=6傳熱面積夠用。【4-30】在一套管式換熱器中，用120℃的飽和水蒸氣在環(huán)隙中冷凝放熱，使內(nèi)管中湍流流動的流量為3000kg/h的苯，從20℃加熱到80℃。當(dāng)流量增加到4500kg/h時，只能從20℃加熱到76℃。試計算換熱器的傳熱面積和流量為4500kg/h時的總傳熱系數(shù)K。計算時，水蒸氣冷凝的a值取用8000W/(m2·K)。可忽略管壁熱阻及污垢熱阻，并可當(dāng)平壁處理。解苯的流量q?=3000kg/h時水蒸氣T=120℃T=120℃苯的流量q。=4500kg/h時T=120℃T=120℃苯傳熱速率方程苯的流速與流量的關(guān)系苯的對流傳熱系數(shù)a與流速u的關(guān)系總傳熱系數(shù)K與傳熱管內(nèi)外兩側(cè)的對流傳熱系數(shù)α;與α。的關(guān)系為,故由Q=K'A△t′=q'c,(t?-t?),求傳熱面積用平均溫度查得苯的比熱容c,=1.78×103J/(kg·K)(431】外徑為50mm、長為10m的氧化鋼管，敷設(shè)在截面為200mm×200mm的紅磚砌的通道內(nèi)，鋼管外表面溫度為250℃,通道壁面溫度為20℃。試計算輻射熱損失。解鋼管被紅磚通道包圍，角系數(shù)o=1輻射傳熱面積A=A?=tdl=πX0.05×10=1.57m2紅磚通道的表面積A;=4X寬X長=4X0.2X10=8m2查得氧化鋼材表面的黑度s=0.8,紅磚的黑度：;=0.93?？傒椛湎禂?shù)輻射熱損失為【4-32】冷藏瓶由真空玻璃夾層構(gòu)成，夾層中雙壁表面上鍍銀，鍍銀壁面黑度?=0.02外壁內(nèi)表面溫度為35℃,內(nèi)壁外表面溫度為0℃。試計算由于輻射傳熱每單位面積容器壁的散熱量。解內(nèi)壁外表面溫度t?=0℃,外壁內(nèi)表面溫度t?=35℃,兩表面鍍銀ε=g=0.02.兩表面積A?≈A?。g=1,總輻射系數(shù)每單位面積的輻射散熱量n為負(fù)值，表明熱量從外壁向內(nèi)壁傳遞?！?-33】水蒸氣管路橫穿室內(nèi)，其保溫層外徑為70mm,外表面溫度為55℃,室溫為25℃,墻壁溫度為20℃。試計算每米管路的輻射散熱損失及對流散熱損失。保溫層外表面黑度：=0.9。解(1)輻射散熱損失管路被大房間包圍，角系數(shù)q=1,輻射傳熱面積為管路表面積A=ndl總輻射系數(shù)C?-?=εC。輻射傳熱速率計算式為(2)對流散熱損失按大空間自然對流傳熱計算管路外表面溫度55℃與室溫25℃的平均溫度GrPr=3.27×10°×0.699=每米管路的對流散熱損失為計算結(jié)果表明輻射散熱損失大于對流散熱損失。相組成的換算【5-1】空氣和CO?的混合氣體中，CO.的體積分?jǐn)?shù)為20%,求其摩爾分?jǐn)?shù)y和摩爾比Y各為多少?解因摩爾分?jǐn)?shù)=體積分?jǐn)?shù)，y=0.2摩爾分?jǐn)?shù)摩爾比【5-2】20℃的100g水中溶解1gNH,NH,在溶液中的組成用摩爾分?jǐn)?shù)x、濃度c及摩爾比X表示時，各為多少?濃度c的計算20℃,溶液的密度用水的密度g,=998.2kg/m3代替。溶液中NH,的量為n=1×10-3/17kmol溶液的體積V=101×10-3/998.2m3溶液中NH,的濃度或NH?與水的摩爾比的計算或【5-3】進(jìn)入吸收器的混合氣體中，NH的體積分?jǐn)?shù)為10%,吸收率為90%,求離開吸收器時NH,的組成，以摩爾比Y和摩爾分?jǐn)?shù)y表示。吸收率的定義為解原料氣中NH:的摩爾分?jǐn)?shù)y=0.1摩爾比吸收器出口混合氣中NH,的摩爾比為【5-4】100g水中溶解lgNH?,查得20℃時溶液上方NH?的平衡分壓為798Pa。此稀溶液的氣液相平衡關(guān)系服從亨利定律，試求亨利系數(shù)E(單位為kPa)、溶解度系數(shù)H[單位為kmol/(m2·kPa)]和相平衡常數(shù)m?？倝簽?00kPa。液相中NH,的濃度溶解度系數(shù)H=c/p*=0.581/0.798=0.728kmol/(m1·kPa)液相中NH,的摩爾分?jǐn)?shù)【5-5】空氣中氧的體積分?jǐn)?shù)為21%。試求總壓為101.325kPa,溫度為10℃時，1m3水中最大可能溶解多少克氧?已知10℃時氧在水中的溶解度表達(dá)式為p?=3.313×10°x,式解總壓p=101.325kPa空氣中O.的壓力分?jǐn)?shù)pA/p=體積分?jǐn)?shù)=0.21空氣中O?的分壓px=0.21×101.325kPa(1)利用亨利定律pA=Ex計算與氣相分壓p?=0.21×101.325kPa相平衡的液相組成為1kmol水溶液≈1kmol水=18kg水10℃,水的密度?=999.7kg/m3故即lkmol水溶液≈18/999.7m2水水中最大可能溶解6.42×10-5kmol氧(2)利用亨利定律(x=pxH=(0.21×101.325)(1.676×1kmolO【5-6】含NH,體積分?jǐn)?shù)1.5%的空氣-NH,混合氣，在20℃下用水吸收其中的NH?,總壓為203kPa。NH,在水中的溶解度服從亨利定律。在操作溫度下的亨利系數(shù)E=80kPa。解氣相中NH,的摩爾分?jǐn)?shù)y=0.015總壓p=203kPa,氣相中NH,的分壓pλ=py=203×0.015kPa(1)利用亨利定律p*=Ex計算與氣相分壓p相平衡的液相中NH,的摩爾分?jǐn)?shù)為NH;水溶液的總濃度水溶液中NH?的最大濃度(2)利用亨利定律算【5-7】溫度為20℃,總壓為0.1MPa時，CO?水溶液的相平衡常數(shù)為m=1660。若總壓為1MPa時，相平衡常數(shù)m為多少?溫度為20℃時的享利系數(shù)E為多少M(fèi)Pa?解相平衡常數(shù)m與總壓p成反比，【5-8】用清水吸收混合氣中的NH,進(jìn)入吸收塔的混合氣中，含NH,體積分?jǐn)?shù)為動力各為多少?解已知y?=0.06,則Y?=y:/(1-y?)=0.06/0.94=0.0638已知y?=0.004,則Y?=0.004/(1-0.004)=4.02×10-3已知X?=0.012,則Y?=2.52×0.012=0.03024已知X:=0,則Y:=0塔頂氣相推動力△Y?=Y:-Y:=4.02×10塔底氣相推動力△Y;=Y;—Y?=0.0638-0.03024=0.0336【5-9】CO,分壓力為50kPa的混合氣體，分別與CO?濃度為0.01kmol/m3的水溶液和CO?濃度為0.05kmol/m3的水溶液接觸。物系溫度均為25℃,氣液相平衡關(guān)系p′=表示),并說明CO,在兩種情況下屬于吸收還是解吸。解溫度x=25℃,水的密度為g=997kg/m3混合氣中CO?的分壓為p=50kPa水溶液的總濃度kmol/m3水溶液(1)以氣相分壓差表示的吸收推動力①液相中CO?的濃度cA=0.01kmolCO?/m3水溶液液相中CO.的摩爾分?jǐn)?shù)與液相平衡的氣相平衡分壓為p°=1.662×10°x=1.662×kPa氣相分壓差表示的推動力△p=p-p?=50-30=20kPa(吸收)②液相中CO?的濃度c?=0.05kmol/m2水溶液液相中CO?的摩爾分?jǐn)?shù)與液相平衡的氣相平衡分壓為p*=1.662×10?x=1.662×10°×9.027×kPa氣相分壓差表示的推動力△p=p'—p=150—50=100kPa(解吸)(2)以液相濃度差表示的吸收推動力與氣相CO?分壓p=50kPa平衡的液相組成為平衡的液相濃度①液相中CO,的濃度ca=0.01kmolCO?/m3水溶液液相濃度差表示的推動力為②液相中CO?的濃度ca=0.05kmolCO?/m3水溶液液相濃度差表示的推動力為△c=c?-c^=0.05—0.01666=0.0333kmol/m3(解吸)吸收過程的速率【5-10】如習(xí)題5-10附圖所示，在一細(xì)金屬管中的水保持25℃,在管的上口有大量干平氣125℃;101.325平氣125℃;101.325kPa)線，=門八:ureol習(xí)題5-10附圖空氣(溫度25℃,總壓101.325kPa)流過，管中的水汽化后在管中的空氣中擴(kuò)散，擴(kuò)散距離為100mm。試計算在穩(wěn)定狀態(tài)下的汽化速率，kmol/(m2·x)。解25℃時水的飽和蒸氣壓為3.2895kPa從教材表5-2中查得，25℃,101,325kPa條件下，H?O在空氣中的分子擴(kuò)散系數(shù)D=0.256cm2/s=0.256×10?m2/s。擴(kuò)散距離Z=100mm=0.1m,總壓p=101.325kPa空氣分壓pm=p—px=101.325-3.2895管上口處有大量干空氣流過，水汽分壓px:=0空氣分壓p=101.325kPa空氣分壓的對數(shù)平均值為水的汽化速率【5-11】用教材圖5-10(例5-4附圖)所示的裝置，在溫度為48℃,總壓力為101.325kPa條件下，測定CCl蒸氣在空氣中的CCl壓為37.6kPa,液體密度為1540kg/m3。垂直管中液面到上端管口的距離，實驗開始為2cm,終了為3cm,CCl的蒸發(fā)時間為1.556×10*s。試求48℃時，CCl,蒸氣在空氣中的分子擴(kuò)散系數(shù)。解計算48℃時CCl,蒸氣在空氣中的分子擴(kuò)散系數(shù)，計算式為已知CCl液體密度?=1540kg/m2總壓p=101.325kPa,T=273+48=321K開始Z。=2cm,終了Z=3cmCCl,的蒸發(fā)時間0=1.556×10*sCCl的摩爾質(zhì)量M=154kg/kmol已知數(shù)據(jù)代人計算式，得擴(kuò)散系數(shù)D=0.0912cm2/sA的分壓為5kPa,液相中溶質(zhì)A的摩爾分?jǐn)?shù)為0.015。氣膜傳質(zhì)系數(shù)kx=2.5×10-"kmol/相平衡常數(shù)m=0.7?？倝簽?01.325kPa,吸收塔該截面上溶質(zhì)A的傳質(zhì)速率Nx。解(1)氣相總傳質(zhì)系數(shù)Ky氣膜阻力1/ky=4×10*(m2·s)/kmol,液膜阻力m/kx=2×102(m2·s)/kmol。(2)傳質(zhì)速率NA0152,Y*=mX=0.7×0.0152=0.0106式中k,=pk,式中k.=ck?.吸收塔的計算后送入吸收塔，用水吸收其中所含SO.的95%。吸收塔的操作溫度為30℃,壓力為液相中SO。溶解度/kg(590?)·[100kg(H?O9]氣相中SO?平衡分壓/kPaη=0.95,Y?=(1-η)Y?=(1-0.95)×0.0989=0.原料氣中SO?分壓pw.=py=100×0.09=9kPa從平衡數(shù)據(jù)內(nèi)插，得液相平衡溶解度0.86810gS?O換算為摩爾比最小液-氣比②用水量計算已知爐氣流量已知爐氣流量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理想氣體的摩爾體積為22.4m2/kmol(273.15K,101.325kPa)爐氣的摩爾流量為情性氣體流量情性氣體流量吸收用水量③出塔水溶液的組成【5-15】在一吸收塔中，用清水在總壓0.1MPa、溫度20℃條件下吸收混合氣體中的CO?,將其組成從2%降至0.1%(摩爾分?jǐn)?shù))。20℃時CO?水溶液的亨利系數(shù)E=144MPa。吸收劑用量為最小用量的1.2倍。試求：(1)液-氣比L/G及溶液出口組成X1。(2)試求總壓改為1MPa時的L/G及X?。解(1)總壓p=0.1MPa時L/G及X(2)總壓p=1MPa時的L/G及X從上述計算結(jié)果可知，總壓從0.1MPa增大到1MPa,溶液出口組成從1.18×10-°增加到1.18×10-*?！?-16】用煤油從苯蒸氣與空氣的混合物中回收苯，要求回收99%。人塔的混合氣中含苯2%(摩爾分?jǐn)?shù));人塔的煤油中含苯0.02%(摩爾分?jǐn)?shù))。溶劑用量為最小用量的1.5倍，操作溫度為50℃,壓力為100kPa,相平衡關(guān)系為Y*=0.36X,氣相總傳質(zhì)系數(shù)Kya=解(1)氣相總傳質(zhì)單元高度Hc;計算人塔混合氣的流量(2)氣相總傳質(zhì)單元數(shù)No;計算,回收率n=0.99①吸收因數(shù)法計算Noi②對數(shù)平均推動力法計算No:Y”=mX?=0.36×0.0002=0AY?=Y-Y′=0.0204-0.0136=6.8×10-1AY,=Y.Y°=0,204×10-1-0.072×10-3=0,132×10-1(3)填料層高度Z計算【5-17】混合氣含CO?體積分?jǐn)?shù)為10%,其余為空氣。在30℃、2MPa下用水吸收，使CO?的體積分?jǐn)?shù)降到0.5%,水溶液出口組成X=6×10+(摩爾比)?；旌蠚怏w處理量為2240m2/h(按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，273.15K,101325Pa),塔徑為1.5m。亨利系數(shù)E=188MPa,液相體積總傳質(zhì)系數(shù)K?·a=50kmol/(m3·h·kmol/m3)。試求每小時用水量及填料塔的填料層高度。解(1)用水量計算混合氣流量惰性氣體流量Gi=GG(1-y?)=100(1-0.1)=kmal(2)填料層高度Z計算體積傳質(zhì)系數(shù)Kxa=cK?a=55.3×50=2765kmol/(m?·h)液相總傳質(zhì)單元高度①對數(shù)平均推動力法計算No氣液相平衡常數(shù)X:=Y//m=0.111/94=1.18×10-X、=Y?/m=0.00503/94=5.35×10-△X;=X+—X?=1.18×10-3-6×10-液相總傳質(zhì)單元數(shù)②吸收因數(shù)法計算Nom(1)試求下列3種情況下的液相出口組成X:與氣相總傳質(zhì)單元數(shù)No;(利用教材中圖5-23),并進(jìn)行比較，用推動力分析No;的改變。3種情況的溶質(zhì)回收率均為99%③入塔液體中含溶質(zhì)的組成X:=0.0001(摩爾比),液-氣比L/G=1.2?；厥章师?0.99,Y?=0.02,相平衡常數(shù)m=1Y?=(1-g)Y,=(1-0.99)×0.02=0查圖5-23,得No:=7.8查圖5-23,得No=17查圖5-23,得No=21計算結(jié)果比較：②與①比較，X:相同，L/G減小時，操作線斜率減小，向平衡線靠近，推動力減小。為達(dá)到一定的溶質(zhì)回收率要求(即達(dá)到一定的Y,要求),Nα:需要增大，同時X,也增大了③與②比較，L/G相同，使X?增大，即操作線斜率相同，操作線向平衡線平行靠近，使推動力減小，N。;增大，同時X,也增大了。當(dāng)液體出口組成X?與氣體進(jìn)口組成達(dá)平衡時，溶質(zhì)的回收率為最大，即X?=Yi/m由物料衡算得回收率溶質(zhì)的回收率最大可達(dá)80%?！?-19】某廠有一填料塔，直徑880mm,填料層高6m,所用填料為50mm瓷拉西環(huán)，亂堆。每小時處理2000m3混合氣(體積按25℃與101.33kPa計),其中含丙酮摩爾分?jǐn)?shù)為5%。用清水作吸收劑。塔頂送出的廢氣含丙酮摩爾分?jǐn)?shù)為0.263%。塔底送出來的溶液，1kg含丙酮61.2g。根據(jù)上述測試數(shù)據(jù)計算氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kva。操作條件下的平衡關(guān)系為Y*=2.0X上述情況下，每小時可回收多少千克丙酮?若把填料層加高3m,可以多回收多少丙酮?解(1)計算體積總傳質(zhì)系數(shù)Kya先從已知數(shù)據(jù)求Nα;相平衡常數(shù)m=2塔底排出的水溶液，每1000g含丙酮61.2g丙酮的摩爾質(zhì)量為58kg/kmol從教材圖5-23查得No:=8或用計算式求出Nomi已知填料層高度2=6m,計算再從式計算Kya情性氣體流量G=2000×(1-0.05)=2000×0.95m3/h(20℃,101.33kPa)理想氣體在273K、101.325kPa時的摩爾體積為22.4m2/kmol在298K、101.325kPa下的摩爾體積為kmol/h,塔徑D+=0.88m塔截面積體積總傳質(zhì)系數(shù)(2)每小時丙酮回收量為G(Y?—Y?)=77.7×(0.0kmol(3)填料層加高3m,2=6+3=9m,Hα=0.75則從教材圖5-23查得((Yz=0.023Y;=0.023×0.0526填料層Z=9m時，丙酮的回收量為G(Y?-Y:)=77.7(0.052kmol也可以如下計算G(Y?—Y?)=77,7(0.0026kmol【5-20】有一填料吸收塔，用清水吸收混合氣中的溶質(zhì)A,以逆流方式操作。進(jìn)人塔底混合氣中溶質(zhì)A的摩爾分?jǐn)?shù)為1%,溶質(zhì)A的吸收率為90%。此時，水的流量為最小流量的1.5倍。平衡線的斜率m=1。試求：(1)氣相總傳質(zhì)單元數(shù)Nas;(2)若想使混合氣中溶質(zhì)A的吸收率為95%,仍用原塔操作，且假設(shè)不存在液泛，氣相總傳質(zhì)單元高度Hα;不受液體流量變化的影響。此時，可調(diào)節(jié)什么變量，簡便而有效地完成任務(wù)?試計算該變量改變的百分?jǐn)?shù)。解已知y?=0.01,x=0.8,m=1,X?=0(1)計算氣相總傳質(zhì)單元數(shù)No;(2)要想使吸收率從90%提高到95%,可增大吸收劑用量填料層高度Z=H∽No對于已有的填料塔，其填料層高度已定，吸收劑用量改變不會改變Ho:。因此，Na;不會改變，仍為No;=4.64。新工況下，Y'=(1-y)Y?=(1-0.95)×0.0101=5.05×10-*用No;=4.64與05,從圖5-23查得為了使吸收率從90%提高到95%,為了使吸收率從90%提高到95%,L/G需要從1.35增加到2.1,增加的百分?jǐn)?shù)為0.1(摩爾比),余下氣體為悄性氣體，液-氣比為180,吸收率為95%。操作溫度為30℃,總壓為2MPa。CO?水溶液的亨利系數(shù)由教材中表5-1查取。試計算下列3種情況的溶質(zhì)吸收率η、吸收液(塔底排出液體》組成X、塔內(nèi)平均傳質(zhì)推動力△Ym,并與原有情況進(jìn)行比較；(1)吸收劑由清水改為組成為0.0001(摩爾比)的CO?水溶液；(2)吸收劑仍為