食品化工原理課后題答案

食品工程原理概念與習(xí)題解答

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社

第1部分基本概念與習(xí)題解答

1.3習(xí)題解答

[1-1]郡子油流過(guò)一內(nèi)徑為20mrn的水平管遇.旅上裝有一收第曾,將管徑逐

漸收婚至】2mm,如果從未收看管段和收編至最小處之間測(cè)得的壓力期為800Pa,

祓求再干油的流量.

制：設(shè)II子油密度為940kg/m>,忽略流動(dòng)損失外?由公式（教材130a）^>

因力方=Z[?上式筒化為,

由連續(xù)性方程可知;

=0.314X10-i'3-0.113X101

Q-4-<78.3暫駕M2)X心時(shí)加，/八

11-2］牛奶以2X10sms/a的流It流過(guò)內(nèi)徑等于27mm的不軌鋼管，牛航的黏

度為2.12X10'Pn?K,密度為1030kg/m3試確定管內(nèi)潦動(dòng)是層漉還是奈溫.

解：由雷諾數(shù)表達(dá)式可知：

T

Q2X101

-3.49(m/?)

A^-XO.0271

=0.027X3.49X1。30

k=4.58X10,

2?12X107

由判別式可知為東流.

【1-3】用泵?送大曳油，流款為L(zhǎng)5X10'0?/3.管遇內(nèi)徑為100101,已知大豆

油的熱度為40X10?&?§.悔度為940必/111'?試求從管遒一縮至相明27m的另

一端之前的壓力降.

解：首先判別該漉動(dòng)狀態(tài)：

w=QL5X102=b9>

AjXO.01,

a_d〃P_0.01Xl.9X940

_40XHT'-=446.

時(shí)知該流動(dòng)為層近，其流動(dòng)物失察敷為】

好黑=°*M3工

由不可壓縮實(shí)際流體漉動(dòng)方程?

*7=01435X^X^-699.3

壓力降為：

△/>=699.3X940=657X10"Pa)

口-4】試求稀物泊以6m/s的速度渡過(guò)管道時(shí)，因摩擦而引起的壓力陣.管道

直徑038mmX2?5mm,長(zhǎng)100m,為水力光洞的不柄僧借.已知林物油的密度為

1000kg/m'?黏度為12X10*??3?

■:首先判斷該流體流動(dòng)狀態(tài)?巳如管道內(nèi)注為33mm.

</np0.033X6X1000

Re==1.65X104

12X101

可知流動(dòng)狀態(tài)為素流，由布拉休斯公式

,031640?3164

不一0.028

(1.65X10■尸

y?".A.￥=0.028X黑Xg1527

因摩擦引起的壓力降為:

527X10YPa)

【1-5】液體在Bi形直管內(nèi)作層流波動(dòng).若流量、管長(zhǎng)和液體的物性參數(shù)保持不

變，而將管徑M至*有的1/2?問(wèn)因流動(dòng)電力而產(chǎn)生的挖■損失為原來(lái)的多少倍.

解：設(shè)管徑M至原有的"2后，流體波動(dòng)狀態(tài)仍然保持層流.由漉動(dòng)阻力方程

可知，

r.L

L?=

￡；

2'=16

L.

即因流動(dòng)阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來(lái)?yè)p失的16倍.

11-6］液體在光冊(cè)網(wǎng)影宜管內(nèi)作案流流動(dòng)?若管長(zhǎng)和管監(jiān)均不變，而渡量增為

原來(lái)的網(wǎng)倍，問(wèn)因流動(dòng)用力而產(chǎn)生的能量般失為原來(lái)的多少倍,摩擦系數(shù)可用布拉

休斯公式計(jì)算。

解：由流動(dòng)冊(cè)失衰達(dá)式可知】

由于靜粒和膏長(zhǎng)均不變，因此，流量變化酊后,影密能景損失的因素是電力系

敷和速度?比較這兩個(gè)參數(shù)即可求解：

_Q：_2Q.

叫一不叫一才

0.31640.3164

4一/右。廣》.

\~PA)

流動(dòng)能量損失為職來(lái)的t

夕=0.84X4=3.36

X-fl

【1?7】某離心索安裝在高于井內(nèi)水面5.5m的艙面上,吸水量為40m7h.吸水

管尺寸為0114mmX4mm.包何蕾踣人口阻力的吸水管路上的總能量損失為4.5

JAg.成求像入口處的真空度.(當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.0133X1/PG

解：觸掘能St方程，設(shè)井水面為【【界面?管遇出口處為1-1界面?則

a+q+5〃+￡+§+￡>

Zi=0.Z,=5.5(m)

a=l?0133X101(Pa)

Q40/3600

“i=n0?“？=7=--------------=1.26(m/?)

A：X0.l淵

P\-pgZi-p—~h

1000X1.261

pt-1.0133X10,-1000X9.8X5.5--1000X4.5

=4213€.2(Pa)

系人口Ml空度為八=l?0133X101-4.21362X10'-5?92X10*(Pa)

【1-8】用聲心泵將需度為I200kg/m'的水溶液由敞開(kāi)貯槽A送至高位槽8.

已知■心泵吸入管路上各抑漉動(dòng)咀力之和工〃5-10J/kg，壓出管路的?乙。

=30〃kg.兩梢液面維持恒定，其間垂直距離為20m。每小時(shí)溶液的輸送量為30

m\若離心票效率為0.65,求嶷的軸功率.

解：計(jì)先求榮的有效功率，設(shè)JT槽A和歸槽B兩液面分別力I」端和1?I

蠲,則有：

*+勺+:+w=gZt+§+1+

rt產(chǎn)4

Z|,0.Zi=20(m)

PLP?

Ml=M=0

w-gZj+

-9.8X20+10+30

=236<J/kg)

Ha1盤(pán)T4(m)

由公式(1-35)秘，

P.HQPg.24X蹌K1200至9.8_$(kw)

1000?1000X0.65X3600

11-9］每小時(shí)將10m'nrSI的水用泵從開(kāi)n貯懵送至開(kāi)口離位槽.管路笈徑為

057mmX3mm,全系統(tǒng)直管長(zhǎng)度為100m.其上載有一個(gè)全開(kāi)用陶.一個(gè)全開(kāi)截

止冏、三個(gè)標(biāo)腐專(zhuān)頭、兩個(gè)阻力可以不計(jì)的活接頭.兩槽液面恒定，其間垂宜距離為

20m.取管壁粗健度為0.25mm、水的位度為】(XX)kg/m'、整度為1XICF'Pa?s.

fit求索的效率為70%時(shí)的I*功率.

*：根據(jù)公式(教材l-3ld),設(shè)網(wǎng)槽液面分別為I-I和1-1,

Z，+金+AH=Z,+W+隙+?,

“I?P\=Pt，2?=0,Z*=20(m)

管道內(nèi)水的怖速為?

=旦-------------15^1-------X?】?36(m/s)

w3.14X0.057X3600

了,

0.051X1.36X1000

9=-6.9X10,

81X101

條與％.0049

d51

根據(jù)英迪圖森得阻力系效約為0.032,則沿程阻力償失為,

"0O3ZxraX2X978

■=5.92(m)

由表卜5可知：

10.17+6.4+3X1.1)

￡八V*O

=0.93(m)

H=Zi+

=20+5.92+0.93

?26.85(m)

軸功率為2

p_HQ”，延晚X10X1姻人9'&W）

1oooy1000X0.7X3600

I1-10J陽(yáng)泉將開(kāi)口忙槽內(nèi)密度為1。601€8/??、黏度為1.1><10-0-8的溶液

在粒定流動(dòng)狀態(tài)下送到蒸發(fā)器內(nèi),蒸發(fā)空間真空表讀數(shù)為40kPa.溶液?送量為18

mTh?進(jìn)蒸發(fā)器水平管中心岐高于貯槽液面20m?管路直徑057mmX3mm.不包

括管路進(jìn)、出口的能■損失?直管和管件當(dāng)量長(zhǎng)度之和為501n.雙管壁租■度為

0.02mm.瓜求家的軸功率（泵的效率為65%）.

解：根據(jù)公式（教材1、31<0,設(shè)￡槽液面和藏發(fā)器水平曾出口分別為I-I和

11?

4+金+堤+HT+（力》

“1?0,如3——.3--2?45（m/s）

=/^^X0.O5PX3600

44

A=lX10>(Pa)./>,=1Xl0*-40X10>=6X104(Pa)

Zi-0,Z]=20(m)

管道內(nèi)溶液流動(dòng)狀態(tài)為I

dup0.051X2.45X1060

R12X104

鄉(xiāng)=更黎=000n39

a51

根據(jù)英迪圖育用Hl力系數(shù)均為。?02,則沿程用力艘失為：

*，—7石

n。02X—52—X—*-1

Z0.051x2X9.?

=6(m)

由表15可知管道進(jìn)口和出口的局部用力察數(shù)：

2哈=05+1.0）衾招

=0.46（m）

■2"潦覿針°+6+0.46

?22?6（m）

"功率為，

r_22.6X_.18X1,O6OX9J-&W）

I00（用1000X0.65X36001，01

【1-】1】將溫度為263K的冷凍林水（25%QCb溶液，密度為I240kg/m\Wi

度為7X】03P*?s）從開(kāi)口乾槽送入冷卻設(shè)備.巳知貯楠抽水液面低于管路出口

2m.整個(gè),送管道直徑025.4mm,長(zhǎng)50m.其中有6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭.1個(gè)裁止M，2

個(gè)用閥，均為全開(kāi).如果要求流盤(pán)為6m〃h,試求所需索的揚(yáng)程.

修：根據(jù)公式（教材1?31<D,沒(méi)肥槽液面和管路出口分別為I-【和1-1?

%+￡+￡+&-&+分+m+2&

06

“=0,“1=——=yrj-------------------------------3.3<m/s）

-dl包盧XO.O254fX3600

44

1XlO'CPa)

Zi=0,Z?=2(m)

管道內(nèi)冷液流動(dòng)狀態(tài)為i

&d叩0.0254X；.3}1240

1.4X104

假設(shè)管道機(jī)程度較小?利用公式(教材1-59”占算阻力系數(shù):

,0.3164J.3164_

X"-R^(i.4X104),h?0.03

剜沿程阻力演失和局部用力損失為：

加=(吟+2。言

cnqW

=(0.034-6X1-1+1X6.44-2X0.17)Xz^；g

v?UZ344K*r?oa

?40.5(fn)

&二/十.十SA<

=2++4O.5

6A7*Q

?43(m)

[1-12]某■頭廠(chǎng)需用泵將水池中的20C清水嵬送到距水池20m遠(yuǎn)、育4m的

設(shè)備上去電楙洗點(diǎn)原料,水量要求為20m7h,估計(jì)管件有,90?穹大4只?帶注水網(wǎng)

的底牌1只?標(biāo)準(zhǔn)敘止閥2只，閘閥1只,試選界合適的離心系.

解：根據(jù)公式(教材l?31d),設(shè)水池液面和噴管出口分別為！?【和1-1】

z，+?g+H=z,+A*+?1

設(shè)管道內(nèi)監(jiān)為5。mm.則噴淋速度為：

“1=0.加=----="?[-----?”■■92?8(m/s)

^1XO.O5"X3600

44

p\=*g—1XIC^CPa)

Zi=Q?Zi=4(m)

管道內(nèi)溶液流動(dòng)狀譽(yù)為I

&=誓=°-°5黑冬】000=iri。,

假設(shè)管道是新崩管，由教材表1-4可知其他對(duì)粗幅度為0.12較?。?/p>

7-302-0-0024

根據(jù)奧迪圖轟用阻力系敷約為a025.則沿程電力損失和局部阻力損失為，

鬲-卜芻+冽爰

*10.025Xr^r4-4X1.14-1X10+2X6.4+1X0.nlX急孔

V*vu?4xy.o

T5.7(m)

〃-z,+3+gAt

-4+5^5+15.7

4A7*O

?20.l(m)

由附錄14選界為程和漉量均能倚足要求的水泉.

八?13】某溶液由開(kāi)口高位槽經(jīng)附圖所示的管路流到開(kāi)口低位槽,兩槽液面值

定?其間垂直距離為Z.兩條井蜃管路與總管的長(zhǎng)度(包括一切局部阻力的當(dāng)?長(zhǎng)

度3以及管徑均相等，ESZ**SZ?*2。-八4-a=d『=d.下標(biāo)a、b

及T分別表示并球管路A.B及總管路.求尚"A和B全開(kāi)時(shí)總流量與關(guān)閉任一閥

門(mén)時(shí)總潼■間的關(guān)系.巳知兩冷漉動(dòng)情況時(shí)的漁態(tài)均為層流.

解?帙據(jù)并聯(lián)管路各支管路總損失相等?以及管路總損失等于總管路損失與任

一支管路演失之和的原理，先考慮A.B兩做門(mén)均開(kāi)息時(shí)的狀態(tài).

設(shè)離位貯槽液面為1?1,低位七桁液面為I-I,則

出++》-gZ?+/+竽+2〃

K|一“，-o,'i_a，Zi=z,z,=o

gZ=

對(duì)于支路A：

對(duì)于支路B：

b八%學(xué)

對(duì)于總管路T,

式中IS力系數(shù)為1

64Mu,64Mu.6464p

2b點(diǎn)“京-威，而一瓦.游

由連續(xù)桂方程“"4+?“1="逆和各支管路阻力投失相等〃a=Z>g用，

-X

八=八=2AT=1

總阻力損失，

匕=45￥+M3苧=4:+少！竽

*31-7Q=息?

“22dpd"

1Z

如果BIW門(mén)關(guān)閉,總眼力摑失為?

g212耳

g吟.

將阻力系數(shù)帶人上式，

由上式可用：

?33

“=針=「1

BPA、B幽門(mén)全開(kāi)時(shí)的流R與只有A鳥(niǎo)門(mén)開(kāi)后時(shí)的端最關(guān)系為：

QTQ

【1-14】擬用一臺(tái)3B57型離心聚以60m'/h的浪■結(jié)送常溫的清水，已套瑪在

此?！鱿碌脑试S喂上真空〃,=5.6m.tl知吸入管內(nèi)徑為75mm.啜人管段的壓頭

損失估計(jì)為0.5m.試求，

(1)若興的安裝高度為5.0m,諜鬃能否正常工作？武地區(qū)大氣原為9.81X10'

Pai

(2)若談鬃在海拔高度1000m的地區(qū)幡送40c的清水，允許的幾何安裝高度

為若干米？當(dāng)?shù)卮髿鈮簽??O2X1O，P@?

■:《1》計(jì)先求解速度：

“尸—f。--??3.77(m/s)

；/X3600

4

根據(jù)教材公式。-94b

Z“u"■一善一斗,

7一3?77'八.

Z-=5(J-2X978i-a5

-4.3B(m)

安裝高度大于允許安裝高度4.38m,故該水系不能正畬工作.

解式2)壹表可知.20X：水的飽和蒸氣板為2334.6Pa,40c水的飽和蒸氣壓為

7376P%密度為992.2k〃m'?根據(jù)式(140)對(duì)允許吸上M在育度進(jìn)行修正.

憶一尸：

"■=42-10+//?+

?、

_c&.c.9015X10,2334.6-7376_,43,c5(,n/)

~5.6-10-4-g922X9gl+9922X9.81-*

力曲式（L39）?h

Z.=/一苴一

-435-菠禺I-。,5

=3.ll(m)

即在海拔1000m處水泵的安裝高度不應(yīng)該超過(guò)3.11m.

口?15】某嫌頭廠(chǎng)為「降低車(chē)間內(nèi)雙度?改奔勞動(dòng)條件.擬于墻外安裝一臺(tái)通

風(fēng)機(jī)，向車(chē)間送風(fēng)，已知通風(fēng)管道的長(zhǎng)度為20m.宜徑為250mm,其匕有局部阻力

當(dāng)?長(zhǎng)度為5m的閘閥1只?局部用力系數(shù)為0.2的彎頭2只。今要求送風(fēng)JtQ=

3000n?/h,求所需費(fèi)的風(fēng)樂(lè)。

務(wù)：楸第式（教材1-107）,設(shè)管路進(jìn)出口風(fēng)壓等于大氣壓，進(jìn)出口流速相等，進(jìn)

出口高度相等?則式（教材1-107）倚化為，

出

空氣流速為：

Qnnn

—=i6.98（m/s）

#X3600

南附表可知，20C空氣的宙度為1?2kg/m'.熱度為L(zhǎng)8X10rPa?s

R-笥=9?蹩哉顰1J=2.83X10^

假設(shè)管道是債鋅鐵管?由表1Y可知其絕對(duì)機(jī)僵度為0?15mm.

&>22.2|S，=】.04X】a

由式（1-20）得?

…喑+期’

=0.019

■卜5+2鳴

斗.019爵^+2X0.2+a5+1.5’1”答

v?m/L

=547.8(J/kg)

所需要的風(fēng)樂(lè)為,

2X547.8-657（P?）

2傳熱

2.2基本概念解答

【2-1】在多層壁的淤傳導(dǎo)中確定層間界面溫度具有什么實(shí)際怠義？

答?在多層簟的熱傳導(dǎo)中，?定層間界面溫度具有的意義是：r孵或掌界各層

材料的熱導(dǎo)率在一定條件下的特性.如由多層保溫材料構(gòu)成的冷岸壁而中?有些保

溫材料吸水后熱導(dǎo)率有很大的提高,保溫能力下降，因此,在這腫保溫材料中的最

低溫度要高于所處環(huán)境下濕空氣的露點(diǎn)?以保證濕空氣中的水汽不會(huì)凝結(jié)成水，保

證冷密壁面的保溫性旎,因此在冷南設(shè)計(jì)中?要充分專(zhuān)點(diǎn)到這一點(diǎn).

【2?2】流動(dòng)對(duì)傳羯的賈獻(xiàn)主要表現(xiàn)在那里？

答：財(cái)流換然時(shí),若漉體靜止不漉動(dòng)?則漉體只能以熱傳號(hào)的方式與壁面進(jìn)行

熱交換，當(dāng)處尋率為常數(shù)時(shí)，溫度分布為直線(xiàn)，溫度獐度較小I當(dāng)流體流過(guò)啜面時(shí)，

將形成波動(dòng)邊界層和溫度邊界層,所謂湖度邊界層是指在壁面附近存在較大溫度

梯度的區(qū)域.在阻度邊界層以外?流體的冰度基本均勻一致,而在溫度邊界層以?xún)?nèi).

溫度的分布與流動(dòng)邊界層內(nèi)的流體流動(dòng)情況有關(guān)?流動(dòng)邊界層越薄.溫度邊界層就

越薄，潛流內(nèi)層也越薄,因比,流動(dòng)的結(jié)果是使翻度梯度增大.由傅里葉定律勺0

-A^|知，混度樨度小，則9就小?濕度梆度大,則就g大.

【2-3】自然對(duì)流中的加熱面^冷卻面的位置應(yīng)如何放才有利于充分傳感？

若I因流體中各處的溫度不同而引起密度不同.使輕者上浮，夏者下沆?流體質(zhì)

點(diǎn)向發(fā)生相對(duì)位移，這種對(duì)流撅為自然對(duì)漉，

顯然，自然對(duì)渡的關(guān)健必要使?jié)O體循環(huán)暢通,因此，對(duì)于要求加熱的場(chǎng)合.加燕

面應(yīng)放■住被加熱空間的下部；對(duì)于饕求冷卻降福的場(chǎng)合?冷卻面應(yīng)放置在被加得

空間的I.部?這樣放量才有利于充分傳熱.

【2-4】熱存率、對(duì)流傳熱系數(shù)和總傳熱系數(shù)的物理意又是什么？它們之問(wèn)有什

么不同？它們的單位是什么？

答；熱導(dǎo)率的物理意義是單位溫度蜂度下的熱通IL熱導(dǎo)率表?yè)P(yáng)物質(zhì)等熱健力

的大小，是物質(zhì)的物理性顏之一，其單位是W/（m.K>.

對(duì)流傳照系數(shù)的物理意義是單位溫度差下，單位傳熱面快的對(duì)流傳照速率.對(duì)

漉傳熱系數(shù)反映對(duì)流傳給的快慢?其值罐大表示對(duì)流傳熱越快,與熱導(dǎo)率不同?它

不姑流體的物理性質(zhì)，而是受皓多因索影啊的一個(gè)系數(shù)?共單位是W"m'-K）.

觸傳熱聚畋的物理意義是單位濕度差下的傳熱通??總傳熱系數(shù)反映傳熱過(guò)

程的強(qiáng)度?其值越大表示傳給超快.總傳熱系敗值的大小主要決定于流體的抑性、

傳熱過(guò)襄的操作條件以及換熱器的類(lèi)型等，其單位是W"mJK）.

125］蒸汽冷凝時(shí)為什么票定期排放不凝性氣體？

答：若蒸汽中含有空氣等不凝氣體,當(dāng)蒸汽冷凝時(shí),它們會(huì)在酒騏表面形成一

層富集的氣餐層，這樣，可凝蒸汽在抵達(dá)液膜表面進(jìn)行冷凝之前,必績(jī)以護(hù)被方式

通過(guò)這層氣膜，獷做過(guò)程的阻力引起蒸汽分壓和相應(yīng)的飽和溫度下降,使液膜衣面

的SL度低于蒸汽主體超度.這相當(dāng)于附加一?外熱用?使蒸汽冷衣傳熱系數(shù)大大

降低,

因此?為了降低不凝氣的不良影晌,在冷凝器的設(shè)計(jì)中要設(shè)有不做氣排氣口.

在操作過(guò)程中襄定期排放不充氣.

12-6】為什么布相變時(shí)的對(duì)波傳得系數(shù)大于無(wú)相變時(shí)的對(duì)漉傳熱系數(shù)？

答：在傳熱過(guò)程中.溫關(guān)是由焦阻造成的,以藻汽冷凝為例?氣相主體不存在溫

差，這表示汽相內(nèi)不存在熱阻,這是因?yàn)檎羝诒诋?huà)冷凝時(shí),汽相主體中的蒸汽必

浪向壁畫(huà)以黑撲空位，而這鐘流動(dòng)所需的壓降極小,可以黑路不計(jì).

在冷?傳熱過(guò)程中，蒸汽冷凝而產(chǎn)生的冷凝液形成液膜料里面口芒，因此?第

汽的冷凝只能在冷凝液表面上發(fā)生，冷酸時(shí)放出的潛熱必須通過(guò)這層液膜才能傳

給壁面,可見(jiàn).檸凝傳熱的熱時(shí)幾乎全部集中在冷凝液服內(nèi).

如果加倍介質(zhì)是過(guò)熱蒸汽,而且冷壁面溫度高于相應(yīng)的飽和溫度,則壁面上不

會(huì)發(fā)生冷凝現(xiàn)象,.蒸汽與壁面之阿所進(jìn)行的只是一般的財(cái)漉傳熱.此時(shí)?熱阻主要

集中在壁面附近的滯流內(nèi)層中.因?yàn)檎羝臒釋?dǎo)率比冷凝液的然導(dǎo)率小得多，所以

蒸汽的冷凝傳博系畋遠(yuǎn)大于過(guò)熱蒸汽的掙程傳熱系數(shù).即蒸汽有相變時(shí)的對(duì)漉傳

柒系數(shù)大于尢相變時(shí)的對(duì)藏傳給康數(shù).

【27】若申聯(lián)傳爆過(guò)程中存在某個(gè)控制步Uh其含義是什么？

霽，若用聯(lián)傳熱過(guò)程中存在某個(gè)控制步第.其含義是此控制步驟就淡定了整個(gè)

傳熱叔程，住與虐傳懇過(guò)程強(qiáng)化時(shí),必須設(shè)法被小校制步粢的^用.若不去減小控

制步驟的熱陰,而去M小非控制步彝的熱阻,則唯以達(dá)到強(qiáng)化傳得的目的,阿怦?在

設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)要盡可能地礴定控制步雪的熱用,并取足繆的安全系數(shù).

I2-8J不圖定等然過(guò)程主要出現(xiàn)在什么情況下？一般應(yīng)如何解決？

答：不檢定導(dǎo)熱過(guò)程主要出現(xiàn)在固體材料的加熱或冷卻,以及熱力設(shè)備的啟

動(dòng)，停機(jī)和變T況等情況中.就固體材料被加熱（或冷卻）而言?其加熱或冷卻的極

限溫度是固體的濕度與周?chē)?guó)加的《魂冷即）介質(zhì)的溫度相同.一般的■決方法是分

析解法（求解導(dǎo)華做分方程）和近似求解法（如圖“法、效值計(jì)算法等）.

12-9］在列管換熱霹設(shè)計(jì)中為什么要限制曲度用修正系數(shù)大于0.8?

答：在間臉式換霜H中,采用逆流時(shí)的傳熱平均溫差要比并渡時(shí)的大，而其它

的漉動(dòng)型式的平均溫差介于逆流，井漉之間.采用折流和其它復(fù)雜漉動(dòng)的目的是

為了提高傳熱系數(shù)?何其代價(jià)是使平均m差相應(yīng)減小.忘芬修正系數(shù)是用來(lái)表示某

計(jì)流動(dòng)型式在紿定T近下接近逆流的程度,蹤合利弊，一般在設(shè)計(jì)時(shí)或好使0度差

修正票數(shù)大于。?9.至少不小于0?8,否則?應(yīng)另選其它流動(dòng)暨式.

【2-】0】在列管換熱器中擬用飽和水蒸氣加熱空氣.fit（51，

（】）傳熱管的壁溫接近哪一靜流體的溫度？

（2）總傳熱系數(shù)接近哪一鐘流體的對(duì)流傳熱系數(shù)？

（3）如何?定兩流體在換熱器中的流徑？

答ND由于水蒸氣韻的對(duì)流傳熱系數(shù)遠(yuǎn)大于空氣制的對(duì)濾傳然累散,故他爆

看的工也更接近于水蒸氣的泡度】

（2）基于同樣的原因，總傳熱察數(shù)更接近空氣的對(duì)流傳熱系數(shù).

（3）考慮到換絡(luò)器的熱補(bǔ)償要求和冷凝水排放的方便，應(yīng)使水蒸氣走光程。

2.3習(xí)題解答

【2-1】一食品冷/案由內(nèi)層為19mm厚的松木,中層為軟木層，外層為51mm

厚的混凝上所組成.內(nèi)壁面溫度為17,8C,混凝土外壁面阻度為29.4C,松木、

軟木和混讖?fù)恋钠骄鶡釋?dǎo)率分別為0.151,0.0433.0.762W/（m?K）,要求漆冷

截空的熱損失為15W/m'.求所需軟木的厚度及松木和軟木接觸面處的W度.

解：三層平壁的導(dǎo)熱.

(1)所需軟木的厚度仇

.r,-r<

由

.匕=29.4+17.8

20.031,^0.619

0.762+0.0433+0.151

解圍出=0.128m

《2）松木和軟木接觸面處的溫度丁”

丁十17.8

由g=15=o/oiT

oTsT

第得：，■一15.9C

U-2J基平壁爐的爐壁由內(nèi)層為460mm厚的耐火崎,外層為230mm厚的絕

綠磚所組成.爐的內(nèi)堡面溜I度為1400C.外壁面溫度100C.已知耐火磚和第金

科的熱號(hào)率與程度的關(guān)系分別為。?9+0,0007T.O.3+0.0003TW/（m?K）?式

中丁可取為相應(yīng)層材料的平均溫度，單位為求導(dǎo)熱的熱通■及兩旗接觸面處的

溫度.

解】?jī)蓪?熱導(dǎo)率為變數(shù)的導(dǎo)熱.

由它中=中

a分

需用

1400-7>=Tt-!00

用0.46--0.23

丁丁

其中滴=0.9+7X】0，xLf5產(chǎn)￡

^=0.3+3X104X^i^5

將其代入式（1）中，可解得：T,-949C

1400+949=

4=0.9+7X10'X1.722[W/(m-K)]

2

1400-949

q=1688(W/m')

0.46

1.722

U-31為減少小損失?在外徑為150mm的飽和燕汽管道外加有保溫層.已知

保溫材料的博導(dǎo)率2?。,103+0.00019?T（式中T為C）?蒸汽管外至阻度為

180c,要求保溫層外壁溫度不超過(guò)50C,fi1米管道由于熱損失而造成熬汽冷凝的

貴控制在1X】O'kg/《m-C以下?問(wèn)保溫層厚度應(yīng)為多少？（計(jì)算時(shí)可偎定蒸汽在

180c下冷凝）

解；保溫層平■均熱導(dǎo)率為：

4=0.103-4-1.SSXIO^X^^^-O.126[W/(m?K)]

由于本翹已鈍的是蒸汽管道外壁面濕度，即保溫層內(nèi)壁面溫度.故為一層

導(dǎo)熱.

由。=包筆尹得：

喉）

。=2必（?。┮?；）

"小QWrIX10-4X2019.3X101”,,.、

式中：7一］------------j------------------201.9f（tWw/m）.

將其及箕它已知數(shù)據(jù)代人式（1）得：

2nX0?126X(180-50)

201.9-

解海：「*-0?I25（m）.

；?蒙厚3?0?125-0.075=0.05<m）=50（mm）

【2-4】有一熬科管外徑為25mm.管外包有兩層保溫材料，加層厚均為25mm.

外層與內(nèi)層保總材料的熱導(dǎo)率之比為5,此時(shí)的熱損失為Q.今努內(nèi)、外兩以材網(wǎng)互

換位置，且設(shè)管外壁與外層保溫層外表面的溫度均不變?則熱損失為Q,求QQ,說(shuō)

明何種材料放在里層為好。

兩層圜向壁的與熱：

2必r-

Q=(1)

加丹+赳⑶

Mm=12.5Xl(r"nO.%=37.5X10"m),〃=62?5XICTYm).

將熱濟(jì)率大的放在外J2,4-5A，代入式《］)將：

Q=-2)田二P_____⑵

MtHbi-IIWI

將熟導(dǎo)事大的放在內(nèi)笈?福：

______晅11二3______)

Q圳圜+扣能)(3

(3)/(2)W,

Q中倘卜撲舒,M

一耐得)+加庸)

8.然?將熱導(dǎo)率大的放在外層(或?qū)⑦_(dá)導(dǎo)率小的放在內(nèi)層)禽損失較小.

【2-5】成推導(dǎo)出中空球壁梯定熱傳導(dǎo)的關(guān)系式.現(xiàn)有一球形液氣儲(chǔ)修,內(nèi)校為

2m.內(nèi)裝液工量占錯(cuò)罐容孰的80%.儲(chǔ)?外用摘化鎂保泡，要求在10%內(nèi)液氣蒸發(fā)

盤(pán)不0過(guò)1%,向保溫層應(yīng)多厚(忽略?xún)?nèi)側(cè)及罐壁的熱阻)？

已知復(fù)化筷的熱導(dǎo)率為0?07W/(m?K).液氣的栽發(fā)清熱為215kJ/kg.MM

的沸點(diǎn)為90K,液氣的密度為I140k〃ml保溫層外壁時(shí)溫度為280K?

解?球的內(nèi)、外壁面度恒定?則等溫面必定為球面?故其導(dǎo)償為沿徑向的-維

導(dǎo)熱.由傅里M定律，得：

Q=7#=一U)萬(wàn)

檢定號(hào)蒸時(shí)，。為常量.若熱導(dǎo)率為常數(shù)?對(duì)上式分離變?職分?期?

即0=號(hào)空(1:

門(mén)rt

此即中空球壁檢定等熱關(guān)系式.

儲(chǔ)罐盛M體極為】

V=0.8Xj?r1=(K8XyXl3-3.35i<mJ)

1%總班鼠蒸發(fā)所需熱俄為：

Q-3.351X1UOXZISXIO^O.01=8,213X10*(J)

熱流猿為：

Q=-8.213X10710,=-821.3(W)

負(fù)號(hào)去示熱量由外向內(nèi)傳遞，

將已知數(shù)據(jù)代人式(1),用；

…4KX0.07X(90-280)

—o41?J—?Lj-

解得?rt=1.255(m)

故保程層厚度6=1?255一】=O.255(m).

[2-6]水以】m/s的流速?gòu)?25mmX2.5mm的管內(nèi)流過(guò)，由20c施熱Ml

4。工；管長(zhǎng)3nl.求水與管壁之間的對(duì)流傳熱系數(shù).

解：管內(nèi)流動(dòng)?

定性程度：了■喏-30c

定性尺寸：管內(nèi)徑&=0?02(m)

30c下水的物件如下，

p-995?7kg/m\/M=?80.12X10sPa?s

0=4.174kj/(kg?K).A-a6171[W/(m?K]

A懸f0>60

&=華=崎骰*=Z.49XIO?>1X］。.

D&4.174X10,X80.12X105_,

P，=±=-------------oTsiH---------------=5.42

&>1X】O'為詹澈,水被加熱,《=o.4

:.a=0,023[3P4

=0.023X5y-^X(2-49X10,r,X(5.42)a4

=4588[W/(m,?K)3

【2-7】將粗碎的番茄通過(guò)內(nèi)徑為60mm的管子從20c加熱到75c.其流量為

1300kg/h,管內(nèi)壁面溫度為105c.求對(duì)流傳您系數(shù)。

已知粗碎的番茄物性散據(jù)如下S=1050kR/m+,=3?98kJ/(kR?K)i

〃?2.15mPa?§(《7?5C時(shí)).1?2mPa?sQO5c時(shí))d=0?61W/(m?K).

解：源體在管內(nèi)被加熱.管中流速,

匕]300/1050/3600介小

u—―-—-'~---------——0.122(m/B)

二出i-XO.061

44

&=誓=。?葭葭管：?！?.575_6<]><1(),

、T=皿/鏟2=M.03

人()?61

2000V&VIX10'?為過(guò)渡施?旦為離黠度流體.

:.a=-0.027jRe

=0.027X耦X(3.575XlO'T'X(14?03)tx(錯(cuò)『”

-500[W/(m,?K)]

校正系敗為：

1I-6X10$/&r=1-6X1073575’?■0?7589

:.a=。廣500X0.7589=3791W"m'?K)]

【2-8】壓強(qiáng)為101.33kPa、溫度為一28?9f的冷空氣,以0.61m/s的旅速平行

流過(guò)長(zhǎng).寬均為254mm的冷凍肉的去囪?肉的表面溫度為-6.7。?求冷空氣與凍

肉衣面之間的時(shí)流傳熱系敢.

解：定性尺寸”=0?254(E)

28?946?7

定件制度：一

~2--17.8C

空氣在101.33kPa、-17.8C卜的物件如下,

A>=1.3?3kg/m\^=1.631X10'Pa?s

x

0*1.009kJ/(kR?K)U-2.297X10W/(m?K)

&=空=2^^^_13“X”V3X婚

產(chǎn)「」盧一1?009X10txi.631X10;

我-「2.297X10?-0?7】64

流動(dòng)屬于層流.

a=0.664:Wp,士

*0.664XX(l.314X】。?尸$X(0.07164)1

O?Z54

=6.16[W/(m.?K)]

12-9]壓強(qiáng)為1。1?33kPa、iH度為43.5D的空氣，以0.61m/s的流速吹過(guò)放在

大孔篇網(wǎng)上表面程度為4.6。的蕈果,鍛定蘋(píng)果為球形?平均直徑為114mm.求對(duì)

流傳給察數(shù)，

定性尺寸；球直徑。=0.l】4(m)

定性也度；”號(hào)&f=24.O5C

空氣在101.33kPa.24.05C下的物性如下：

/>=].189835X105Pa??

,-1?005kj/(kg?K)U=2.634XW,W/(m?K)

-=d=。?牛熬吃油!89=45^

產(chǎn)1.835X10'

型=L221a￡12^4位.0,7。。

A2.634X10'

Nu=2.0+0.6&"子/=2?0+Q.6X(4506產(chǎn)SX(0?7):=37?76

????！?7.76^-37.76X?，嗡*二8.72[W/(m,?K)]

1210】冷卻水橫向流過(guò)管產(chǎn)外的以冷卻瞥內(nèi)的牛奶.水溫速度為0?5m/s,管

子外徑為2。mm.如果水的平均溫度為15C,管外壁面阻度為801c.求管外壁面對(duì)

冷卻水的對(duì)海傳熱系敷.

解：管外流動(dòng).

定性尺寸,管外徑4-0?02(m)

定性超度J5C

水在】5c下的物性如下?

p=l000kg/m’■夕=115.6X10->Pa?s

0=4.187kj/(kg?K).A=O.5867[W/(m?K)J

府=-M>=0?02X0.5X1OOP

V-115.6X10--8651

4.187X10'X115.6X10'

&=竽==8.25

0.5867

:.a=0.193

?o

=0.193X5^L2X(8651尸〃'x(8.2S)i=3100[W/(jnx?K)J

[Ml]一帶有槳式攪拌制的容器內(nèi)裝有溫度為37.8C的料液.用夾套內(nèi)的蒸

汽加熱.容內(nèi)徑為1.22m,攪舞器直徑為0.40610?轉(zhuǎn)速為2?5『人，容器壁溫為

93.3C.料液的勃性為；9=977kg/nPn^-2.72kj/(kg?K)?//-100mPa?務(wù)

(37.8c時(shí))，7?5mPa-s(93.3c時(shí)).求料液對(duì)容器壁的對(duì)寇傳熱系斂.

解：對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算式如下，

-q撲&)?(尸則夕”(1)

對(duì)于平槳、夾套式,C=o.36,m=2/3

料液的平均物性如下，

/>=977kg/m‘小~100X10'Pa?s

c,-2-72kJ/(kg?K)?^=0.346W/(m?K)

0.406*X2.5X977

T4026

100X10-

〃=竽=①筆臀空=786

將以上各值代人式（13用：

?=0.36x（j^j（4026）iX（786）i（黑「“》343[W/（m，K）]

【2"2】海置為272.2kg/h的非牛頓Sm體在內(nèi)ig為25.4mm的管內(nèi)施動(dòng)被

管外照汽加熱,加熱管長(zhǎng)為1?524m,流體進(jìn)口溫度為37.8C,出口溫度為54.41C,

內(nèi)壁溫度保杼為93.3C。源體的平均物性上I041.2kg/m，,c,-2.093kJ/（U?

K）.流體符合菜方烷律，其激變指數(shù)”=二=0.40,它在本題溫度范圍內(nèi)可視為常

收.37.8C時(shí)的“度指數(shù)K-1.963kg?*''/m,93.3P時(shí)K=0.877kg?s-7m.

此微體的IgK與T<C）的關(guān)系曲線(xiàn)近似為一直城.若流體在管內(nèi)為層凝流動(dòng).求對(duì)

洸傳焰系It.

th定性溫度：----j-------46.IC

???IgK?T（C）呈線(xiàn)性關(guān)系.

:.IgAT------0.00631T4-0.532

將