化工原理17章習題解析

(圓滿版)化工原理1_7章習題答案剖析(圓滿版)化工原理1_7章習題答案剖析131/131(圓滿版)化工原理1_7章習題答案剖析圓滿格式整理版目錄第一章流體流動與輸送機械·····················································（2）第二章非均相物系分別·························································（32）第三章傳熱···································································（42）第四章蒸發(fā)···································································（69）第五章氣體吸取·······························································（73）第六章蒸餾···································································（95）學習好幫手圓滿格式整理版第一章流體流動與輸送機械某煙道氣的組成為CO213％，N276％，H2O11％（體積％），試求此混雜氣體在溫度500℃、壓力101.3kPa時的密度。解：混雜氣體均勻摩爾質(zhì)量MmyiMi(0.13440.76280.1118)10328.98103kg/mol∴混雜密度pMm101.310328.981030.457kg/m3ρm8.31(273500)RT2．已知20℃時苯和甲苯的密度分別為879kg/m3和867kg/m3,試計算含苯40％及甲苯60％（質(zhì)量％）的混雜液密度。解：1a1a20.40.6879867m12混雜液密度ρm871.8kg/m33．某地區(qū)大氣壓力為101.3kPa，一操作中的吸取塔塔內(nèi)表壓為130kPa。若在大氣壓力為75kPa的高原地區(qū)操作該吸取塔，且保持塔內(nèi)絕壓同樣，則此時表壓應為多少？解：p絕pap表pa'＋p表'p表'(pa＋p真)－pa'（101.3＋130)75156.3kPa4．如附圖所示，密閉容器中存有密度為900kg/m3的液體。容器上方的壓力表讀數(shù)為42kPa，又在液面下裝一壓力表，表中心線在測壓口以上0.55m，其讀數(shù)為58kPa。試計算液面到下方測壓口的距離。

題4附圖解：液面下測壓口處壓力pp0gzp1gh學習好幫手圓滿格式整理版p1ghp0p1p0(5842)103zggh0.552.36m9009.81如附圖所示，敞口容器內(nèi)盛有不互溶的油和水，油層和水層的厚度分別為700mm和600mm。在容器底部開孔與玻璃管相連。已知油與水的密度h1AB分別為800kg/m3和1000kg/m3。h2CD（1）計算玻璃管內(nèi)水柱的高度；題5附圖2）判斷A與B、C與D點的壓力可否相等。解：（1）容器底部壓力ppa油gh1水gh2pa水gh油h1水h2油h28006mhh11000水水（2）pApBpCpD6．為測得某容器內(nèi)的壓力，采用以以下列圖的U形壓力計，指示液為水銀。已知該液體密度為900kg/m3，h=0.8m，R=0.45m。試計算容器中液面上方的表壓。解：如圖，1-2為等壓面。12p1pghp2pa0gR題6附圖pghpa0gR則容器內(nèi)表壓：ppa0gRgh136000.459.819000.89.8153.0kPa7．如附圖所示，水在管道中流動。為測得A-A′、B-B′截面的壓力差，在管路上方安裝一U形壓差計，指示液為水銀。已知壓差計的讀數(shù)R＝180mm，試計算A-A′、B-B′截面的壓力差。已知水與水銀的密度分別為1000kg/m3和13600kg/m3。解：圖中，1-1′面與2-2′面間為靜止、連續(xù)的同種流體，且處于同一水平面，因此為等壓面，即p1p1'，p2p2'學習好幫手圓滿格式整理版又p1'pAgmp1p20gRp2'0gRpBg(mR)0gR因此pAgmpBg(mR)0gR整理得pApB(0)gR題7附圖因此可知，U形壓差計所測壓差的大小只與被測流體及指示液的密度、讀數(shù)R有關，而與U形壓差計放置的地址沒關。代入數(shù)據(jù)pApB(136001000)9.810.1822249Pa8．用U形壓差計測量某氣體流經(jīng)水平管道兩截面的壓力差，指示液為水，密度為1000kg/m3，讀數(shù)R為12mm。為了提升測量精度，改為雙液體U管壓差計，指示液A為含40％乙醇的水溶液，密度為920kg/m3，指示液C為煤油，密度為850kg/m3。問讀數(shù)能夠放大多少倍？此時讀數(shù)為多少？解：用U形壓差計測量時，因被測流體為氣體，則有p1p2Rg0用雙液體U管壓差計測量時，有pp2R'g(AC)1由于所測壓力差同樣，聯(lián)立以上二式，可得放大倍數(shù)R'01000R14.3AC920850此時雙液體U管的讀數(shù)為R'14.3R14.312171.6mm9．圖示為汽液直接混雜式冷凝器，水蒸氣與冷水相遇被冷凝為水，并沿氣壓管流至地溝排出?，F(xiàn)已知真空表的讀數(shù)為78kPa，求氣壓管中水上升的高度h。解:pghpa題9附圖學習好幫手圓滿格式整理版pap78103水柱高度h1037.95mg9.8110．硫酸流經(jīng)由大小管組成的串連管路，其尺寸分別為φ76×4mm和φ57×3.5mm。已知硫酸的密度為1830kg/m3，體積流量為9m3/h,試分別計算硫酸在大管和小管中的（1）質(zhì)量流量；（2）平均流速；（3）質(zhì)量流速。解:(1)大管:φ764mmmsVs9183016470kg/hu1Vs9/36000.69m/s0.785d20.7850.0682G1u0.6918301262.7kg/(m2s)1(2)小管:573.5mm質(zhì)量流量不變ms216470kg/hu2Vs9/36001.27m/s0.785d220.7850.052或:d126821.27m/su2u1(d2)0.69()50G2u21.2718302324.1kg/(m2s)11．如附圖所示，用虹吸管從高位槽向反應器加料，高位槽與反應器均與大氣相通，且高位槽中液面恒定。現(xiàn)要求料液以1m/s的流速在管內(nèi)流動，設料液在管內(nèi)流動時的能量損失為20J/kg（不包括出口），試確定高位槽中的液面應比虹吸管的出口高出的距離。解:以高位槽液面為1-1’面,管出口內(nèi)側為2-2’面,在1-1’～2-2’間列柏努力方程:z1gp11u12z2gp21u22Wf22簡化:H(1u22Wf)/g2(1120)9.812.09m212．一水平管由內(nèi)徑分別為33mm及47mm的兩段直管組成，水在小管內(nèi)以2.5m/s的速度流向大管，在接頭兩側相距1m的1、2兩截面處各接一測壓管，已知兩截面間的壓頭損失為70mmH2O，學習好幫手圓滿格式整理版問兩測壓管中的水位哪一個高，相差多少？并作剖析。解：1、2兩截面間列柏努利方程：hz1p11u12z2p21u22hfg2gg2gd122其中：z1z2331u2u12.51.23m/sd2247hp1p21(u22u12)hf21(1.2322.52)0.070.17mg2g9.81說明2截面處測壓管中水位高。這是由于該處動能小，因此靜壓能高。13．如附圖所示，用高位槽向一密閉容器送水，容器中的表壓為80kPa。已知輸送管路為483.5mm的鋼管，管路系10m統(tǒng)的能量損失與流速的關系為Wf6.8u2（不包括出口能量損失），試求：題13附圖1）水的流量；2）若需將流量增加20％，高位槽應提升多少m？解：（1）如圖在高位槽液面1-1與管出口內(nèi)側2-2間列柏努利方程z1gp112z2gp212Wf2u1u22簡化：p212z1g2u2Wf（1）即109.81801031u226.8u2210002解得u21.57m/s流量VSd2u20.7850.04121.572.07103m3/s7.45m3/h4（2）流量增加20％，則u2'1.21.571.88m/s此時有'p21'2'z1g2u2Wf學習好幫手圓滿格式整理版'8010311.8826.81.882)/9.8110.78mz1(21000即高位槽需提升0.78m。14．附圖所示的是丙烯精餾塔的回流系統(tǒng)，丙烯由貯槽回流至塔頂。丙烯貯槽液面恒定，其液面上方的壓力為2.0MPa（表壓），精餾塔內(nèi)操作壓力為1.3MPa（表壓）。塔內(nèi)丙烯管出口處高出貯槽內(nèi)液面30m，管內(nèi)徑為140mm，丙烯密度為600kg/m3?，F(xiàn)要求輸送題14附圖量為40×103kg/h，管路的全部能量損失為150J/kg（不包括出口能量損失），試核算該過程可否需要泵。解:在貯槽液面1-1’與回流管出口外側2-2’間列柏努利方程:z1gp11u12Wez2gp21u22Wf22簡化:p1Wez2gp21u22Wf2p2p112z2gWfWe2u2ms401036003600u21.2m/s0.785d20.7850.142We(1.32.0)10611.22309.811506002721.6J/kg不需要泵,液體在壓力差的作用下可自動回流至塔中15．用壓縮空氣將密閉容器中的硫酸壓送至敞口高位槽，如附圖所示。輸送量為2m3/h，輸送管路為φ37×3.5mm的無縫鋼管。兩槽中液位恒定。設管路的總壓頭損失為1m（不包括出口），硫酸的密度為1830kg/m3。試計算壓縮空氣的壓力。解:以容器中液面為1-1’面,管出口內(nèi)側為2-2’面,且以附圖題151-1’面為基準,在1-1’～2-2’間列柏努力方程:學習好幫手圓滿格式整理版p112z1p212z2hfgu1u22g2g簡化:p11u22z2hfg2g其中:u2Vs2/36000.786m/s20.7850.032d4代入:p1g(1u22z2hf)2g18309.81(10.7862121)29.81234kPa(表壓)16．某一高位槽供水系統(tǒng)如附圖所示，管子規(guī)格為φ45×2.5mm。當閥門全關時，壓力表的讀數(shù)為78kPa。當閥門全開時，壓力表的讀數(shù)為75kPa，且此時水槽液面至壓力表處的能量損失能夠表示為Wfu2J/kg（u為水在管內(nèi)的流速）。試求：（1）高位槽的液面高度；1（2）閥門全開時水在管內(nèi)的流量（m3/h）。h解:(1)閥門全關,水靜止pgh題16附圖p781037.95mh103g9.81(2)閥門全開:在水槽1-1’面與壓力表2-2’面間列柏努力方程:z1gp11u12z2gp21u22Wf22簡化:z1gp21u22Wf27.959.81751031u22u2210002學習好幫手圓滿格式整理版解之:u21.412m/s流量:Vsd2u20.7850.0421.4121.773103m3/s46.38m3/h17．用泵將常壓貯槽中的稀堿液送至蒸發(fā)器中濃縮，如附圖所示。泵入口管為φ89×3.5mm，堿液在其中的流速為1.5m/s；泵出口管為φ76×3mm。貯槽中堿液的液面距蒸發(fā)器入口處的垂直距離為7m。堿液在管路中的能量損失為40J/kg（不包括出口）蒸發(fā)器內(nèi)堿液蒸發(fā)壓力保持在20kPa（表壓），堿液的密度為1100kg/m3。設泵的效率為58％，試求該泵的軸功率。題17附圖解：取貯槽液面為1-1截面，蒸發(fā)器進料口管內(nèi)側為2-2截面，且以1-1截面為基準面。在1-1與2-2間列柏努利方程：z1gp11u12Wez2gp21u22Wf（a）22或We(z2z1)g122p2p1（b）(u2u1)Wf2其中：z1=0；p1=0（表壓）；u1≈0z2=7m；p2=20×103Pa（表壓）已知泵入口管的尺寸及堿液流速，可依照連續(xù)性方程計算泵出口管中堿液的流速：u2u入(d入)21.5(82)22.06m/sd270ρ=1100kg/m3，ΣWf=40J/kg將以上各值代入（b）式，可求得輸送堿液所需的外加能量We79.8112.0622010340129J/kg21100堿液的質(zhì)量流量學習好幫手圓滿格式整理版22kg/sms4d2u20.7850.072.0611008.72泵的有效功率NeWems1298.721125W1.125kW泵的效率為58%，則泵的軸功率Ne1.125N1.94kW0.5818．如附圖所示，水以15m3/h的流量在傾斜管中流過，管內(nèi)徑由100mm減小到50mm。A、B兩點的垂直距離為0.1m。在兩點間連接一U形壓差計，指示劑為四氯化碳，其密度為1590kg/m3。若忽略流動阻力，試求：（1）U形管中兩側的指示劑液面哪側高，相差多少mm？（2）若保持流量及其他條件不變，而將管路改為水平放置，則壓差計的讀數(shù)有何變化?解：在1-1與2-2截面間列柏努利方程p112z2gp212Wfz1gu12u22其中：u1VS15/36000.531m/s0.785d120.7850.12u2VS15/36002.123m/s0.785d220.7850.052題18附圖z2z10.1mWf0p1p2(z2z1)g122（1）2(u2u1)0.19.810.5(2.12320.5312)3.093由靜力學基本方程：(p1gz1)(p2gz2)(0)gR（2）(p1gz1)(p2gz2)(p1p2)g(z1z2)R(0)g(0)g3.093100010009.810.1(15901000)9.810.365m學習好幫手圓滿格式整理版故U形壓差計兩側為左低右高。2）當管路水平放置時：由柏努利方程p1p由靜力學方程p1p

1(u22u12)22Rg(0)Rg(0)122)兩式聯(lián)立：2(u2u1可見，流量不變時，u1,u2不變，即U形壓差計讀數(shù)不變。19．附圖所示的是冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的密度為1100kg/m3，循環(huán)量為45m3/h。管路的內(nèi)徑同樣，鹽水從A流經(jīng)兩個換熱器至B的壓頭損失為9m，由B流至A的壓頭損失為12m，問：1）若泵的效率為70％，則泵的軸功率為多少？2）若A處壓力表的讀數(shù)為153kPa，則B處壓力表的讀數(shù)為多少？解:(1)對于循環(huán)系統(tǒng):Hehf91221mNeHeVsg2145360011009.812.83kW軸功率:NNe2.834.04kW0.7AB列柏努力方程:

題19附圖pA12zApB12zBhfABg2guAguB2gpApBzBhfAB簡化:gg153103pB11009.81(79)pB19656pa(表)B處真空度為19656Pa。學習好幫手圓滿格式整理版20．用離心泵將20℃水從貯槽送至水洗塔頂部，槽內(nèi)水位保持恒定。泵吸入與壓出管路直徑相同，均為φ76×2.5mm。水流經(jīng)吸入與壓出管路（不包括噴頭）的能量損失分別為Wf12u2及Wf210u2（J/kg），式中，u為水在管內(nèi)的流速。在操作條件下，泵入口真空表的讀數(shù)為26.6kPa，噴頭處的壓力為98.1kPa（表壓）。試求泵的有效功率。解：以水槽液面為1-1截面，泵入口處為2-2截面，且以1-1面為基準面。在兩截面間列柏努利方程z1gp11u12z2gp21u22Wf122簡化為z2gp21u22Wf102103題20附圖即1.59.8126.61u222u22010002解得u22.18m/s在水槽1-1截面與噴頭處3-3截面間列柏努利方程p112Wez3gp312Wfz1g2u1u32簡化為p312Wez3g2u3Wf即p31222p32Wez3g2u32u10uz3g12.5u3其中uu3u22.18m/s則We149.8198.110312.52.182294.8J/kg1000水的流量：mSVs4d2u0.7850.07122.1810008.63kg/s泵有效功率NemSWe8.63294.82544W2.544kW21．25℃水以35m3/h的流量在φ76×3mm的管道中流動，試判斷水在管內(nèi)的流動種類。解:查附錄25℃水物性:學習好幫手圓滿格式整理版996.95kg/m3,μ0.903cPVs3536002.53m/su20.0720.785d0.785Redu0.07996.952.531.95510540000.903103為湍流－5m2/s的有機液體在φ76×3.5mm的管內(nèi)流動，試確定保持管內(nèi)層流22．運動黏度為3.2×10流動的最大流量。解:dudu2000Re200020003.21050.927m/sumaxd0.069Vmaxd2umax0.7850.06920.9273.46103m3/s412.46m3/h－23．計算10℃水以2.7×103m3/s的流量流過φ57×3.5mm、長20m水平鋼管的能量損失、壓頭損失及壓力損失。（設管壁的粗糙度為0.5mm）解:Vs2.7103u1.376m/s0.785d20.7850.052℃水物性:ρ999.7kg/m3,μ1.305103pasRedu0.05999.71.3765.271041.3051030.50.01d50查得0.041Wflu2201.3762d0.04115.53J/kg20.052hfWf/g1.583mPfWf15525Pa24.如附圖所示，水從高位槽流向低位貯槽，管路系統(tǒng)中有兩個90o標準彎頭及一個截止閥，學習好幫手圓滿格式整理版管內(nèi)徑為100mm，管長為20m。設摩擦系數(shù)0.03，試求：1）截止閥全開時水的流量；2）將閥門關小至半開，水流量減少的百分數(shù)。解：如圖取高位槽中液面為1-1′面，低位貯槽液面為1-1′與2-2′截面間列柏努利方程：z1g1u12p1z2g1u22p2Wf221其中：z1=4；u1≈0；p1=0（表壓）；z2=0；u2≈0；p2=0（表壓）簡化得z1gWf各管件的局部阻力系數(shù)：入口突然減小0.590o標準彎頭2個0.7521.5截止閥（全開）6.0出口突然擴大1.01.09.0Wflu29.00.0320u2d20.1249.817.5u2

2-2′截面，且以2-2′面為基準面。在′14m22′題24附圖7.5u2u2.29m/s水流量VSd2u0.7850.122.290.018m3/s64.8m3/h4（2）截止閥關小至半開時：截止閥半開的局部阻力系數(shù)9.5此時總阻力Wf''lu'212.50.0320u'29.25u'2d20.12學習好幫手圓滿格式整理版閥門關小后，局部阻力發(fā)生變化，但由于高位槽高度z1不變，因此管路總阻力不變，即'WfWf7.5u29.25u'2VS'u'7.5VSu0.99.25即流量減少10％。25．如附圖所示，用泵將貯槽中20℃的水以40m3/h的流量輸送至高位槽。兩槽的液位恒定，且相差20m，輸送管內(nèi)徑為100mm，管子總長為80m（包括全部局部阻力的當量長度）。試計算泵所需的有效功率。(設管壁的粗糙度為0.2mm)Vs40解:u36001.415m/s20.7850.12d420℃水物性：ρ998.2kg/m3,μ1.005cPRedu0.1998.21.4151.4051051.005103依照/d0.2/1000.002，查得0.025題25附圖在貯槽1截面到高位槽2截面間列柏努力方程:z1gp11u12Wez2gp21u22Wf22簡化:Wez2gWf而:Wflleu2801.4152d0.025220.0J/kg20.1We209.8120.0216.2J/kgmsVs4011.09kg/s3600998.2NeWems216.211.092398W2.40kW26．有一等徑管路以以下列圖，從A至B的總能量損失為Wf。若壓差計的讀數(shù)為R，指示液的密度為0，管路中流體的密度為學習好幫手題26附圖圓滿格式整理版，試推導Wf的計算式。解：在A-B截面間列柏努利方程，有zAgpA1uA2zBgpB1uB2Wf22等徑直管，故上式簡化為zAgpAzBgpBWfpApB（1）Wf(zAzB)g對于U形壓差計，由靜力學方程得pAzAgpB(zBR)gR0g(pApB)(zAzB)gR(0)g(2)(1)、（2）聯(lián)立，得R(0)gWf27．求常壓下35℃的空氣以12m/s的速度流經(jīng)120m長的水平通風管的能量損失和壓力損失。管道截面為長方形，長為300mm，寬為200mm。（設d＝0.0005）解:當量直徑:de4ab2ab4m2(ab)ab0.30.235℃空氣物性:ρ1.1465kg/m3,μ18.85106pasRedeu0.241.1465121.75210518.85106由d0.0005,查得0.019Wflu2120122de0.0190.242684J/kg2學習好幫手圓滿格式整理版PfWf6841.1465784.2Pa28．如附圖所示，密度為800kg/m3、黏度為1.5mPa·s的液體，由敞口高位槽經(jīng)φ114×4mm的鋼管流入一密閉容器中，其壓力為0.16MPa（表壓），兩槽的液位恒定。液體在管內(nèi)的流速為1.5m/s，管路中閘閥為半開，管壁的相對粗糙度d＝0.002，試計算兩槽液面的垂直距離z。題28附圖解:在高位槽1截面到容器2截面間列柏努力方程:z1gp11u12z2gp21u22Wf22簡化:zgp2WfRedu0.1068001.58.481041.5103由0.002,查得0.026d管路中:入口0.590℃彎頭0.752個半開閘閥4.5出口1Wf(l)u2(0.026301600.520.754.51)1.52d20.106260.87J/kgz(p2Wf)/g0.1610626.6m(60.87)/9.8180029．從設備排出的廢氣在放空前經(jīng)過一個沖洗塔，以除去其中的有害物質(zhì)，流程如附圖所示。氣體流量為3600m3/h，廢氣的物理性質(zhì)與50℃的空氣周邊，在鼓風機吸入管路上裝有U形壓差計，指示液為水，其讀數(shù)為60mm。輸氣管與放空管的內(nèi)徑均為250mm，管長與管件、閥門的當量長度學習好幫手圓滿格式整理版之和為55m（不包括進、出塔及管出口阻力），放空口與鼓風機入口管水平面的垂直距離為15m，已估計氣體經(jīng)過沖洗塔填料層的壓力降為2.45kPa。管壁的絕對粗糙度取為0.15mm，大氣壓力為101.3kPa。試求鼓風機的有效功率。解:以吸入管測壓處為1-1’面,沖洗塔管出口內(nèi)側為2-2’面,列柏努力方程:z1gp11u12Wez2gp21u22Wf22簡化:P1WeZ2gWf題29附圖其中:p1H2OgR10009.810.06588.6paVs3600u360020.38m/s0.785d20.7850.25250℃空氣物性:ρ1.093kg/m3,μ19.6106pasRedu0.251.09320.382.8410519.6106又0.150.0006d250查得0.018Wf(ldle進出)u2Wf塔2(lle進出)u2p'd2(0.018551.5)20.3822.4510321.0930.253375J/kgWez2gWfp1/159.813375588.6/1.0932983.6J/kgNemsWeVsWe36001.0932983.63.26kW3600學習好幫手圓滿格式整理版30.密度為850kg/m3的溶液，在內(nèi)徑為0.1m的管路中流動。當流量為4.210-3m3/s時，溶液在6m長的水平管段上產(chǎn)生450Pa的壓力損失，試求該溶液的黏度。解：流速VS4.2103u0.535m/s0.785d20.7850.12設液體在管內(nèi)為層流流動，則32lupf2d黏度pfd24500.12μ3260.0438Pas32lu0.535du0.18500.5351038<2000校核Re：Re0.0438流動為層流，以上計算正確。該液體的黏度為0.0438Pa·s。31．黏度為30cP、密度為900kg/m3的某油品自容器A流過內(nèi)徑40mm的管路進入容器B。兩容器均為敞口，液面視為不變。管路中有一閥門，閥前管長50m，閥后管長20m（均包括全部局部阻力的當量長度）。當閥門全關時，閥前后的壓力表讀數(shù)分別為88.3kPa和44.2kPa?，F(xiàn)將閥門打開至1/4開度，閥門阻力的當量長度為30m。試求：1）管路中油品的流量；2）定性剖析閥前、閥后壓力表讀數(shù)的變化。題31附圖解：（1）閥關閉時流體靜止，由靜力學基本方程可得：p1pa88.310310mzAg9009.81p2pa44.21035mzBg9009.81當閥打開14開度時，在A與B截面間列柏努利方程：12pA12pBWfzAguAzBguB22其中：pApB0(表壓)，uAuB0學習好幫手圓滿格式整理版則有(zAlleu2zB)gWf（a）d2由于該油品的黏度較大，可設其流動為層流，則6464Redu代入式（a），有(zAzB)g64lleu232(lle)udud2d2ud2(zAzB)g0.042900(105)9.8132(lle)3230103(50300.736m/s20)校核：Redu0.049000.736883.2200030103假設成立。油品的流量：VSd2u0.7850.0420.7369.244104m3/s3.328m3/h42）閥打開后：在A與1截面間列柏努利方程：zAg12pA12p1WfA1uAz1gu122簡化得zAg1u12p1WfA12或zAgp1(l11)u12d2p1zAg(l11)u12d2顯然，閥打開后u1↑，p1↓，即閥前壓力表讀數(shù)減小。在2與B截面間列柏努利方程：12p212pBWf2Bz2gu2zBguB22學習好幫手圓滿格式整理版簡化得p2zBg(l21)u22d2由于閥后的當量長度l2中已包括突然擴大損失，也即l210，d故閥打開后u2↑，p2↑，即閥后壓力表讀數(shù)增加。32．20℃苯由高位槽流入貯槽中，兩槽均為敞口，兩槽液面恒定且相差5m。輸送管為φ38×3mm的鋼管（＝0.05mm）總長為100m（包括全部局部阻力的當量長度），求苯的流量。解:在兩槽間列柏努力方程,并簡化:zgWflleu2即:zg2d代入數(shù)據(jù):59.81

100u20.0322化簡得:u20.031390.050.00156d32查圓滿湍流區(qū)0.022設0.021,由(1)式得u1.22m/s由附錄查得20℃苯物性:ρ879kgm3μ0.737mPasRedu0.0328791.224.661040.737103查圖，0.026再設0.026，由（1）得u1.10m/sRe0.0328791.104.201040.737103查得0.26假設正確u1.10m/s學習好幫手圓滿格式整理版流量：Vs4d2u0.7850.03221.18.84104m33.183m3sh33．某輸水并聯(lián)管路，由兩個支路組成，其管長與內(nèi)徑分別為：l11200m，d10.6m；l2800m，d10.8m。已知總管中水的流量為2.2m3/s，水溫為20℃，試求各支路中水的流量。（設管子的粗糙度為0.3mm）解：設兩支路中的流動均進入阻力平方區(qū)，由/d10.3/6000.0005及/d20.3/8000.000375，查得10.017，20.0156VS1:VS2d15:d251(lle)12(lle)20.65:0.850.0617:0.1620.01712000.0156800VS20.162VS12.6256VS10.0617又VSVS1VS23.6256VS1VS1VS2.23/s3.62560.61m3.6256VS22.6256VS12.62560.611.60m3/s校核Re：支管1：u1VS10.612.16m/s0.620.785d120.785d1u10.610002.161.296106Re11103流動湊近阻力平方區(qū)，10.017。支管2：u2VS21.603.18m/s0.820.785d220.785Re2d2u20.810003.182.541061103流動湊近阻力平方區(qū)，10.0156。故以上計算有效。兩支管的流量分別為0.61m3/s、1.60m3/s34．如附圖所示，高位槽中水分別從BC與BD兩支路學習好幫手

01題34附圖圓滿格式整理版排出，其中水面保持恒定。高位槽液面與兩支管出口間的距離為10m。AB管段的內(nèi)徑為38mm、長為28m；BC與BD支管的內(nèi)徑同樣，均為32mm，長度分別為12m、15m（以上各長度均包括管件及閥門全開時的當量長度）。各段摩擦系數(shù)均可取為0.03。試求：1）BC支路閥門全關而BD支路閥門全開時的流量；2）BC支路與BD支路閥門均全開時各支路的流量及總流量。解：（1）在高位槽液面與BD管出口外側列柏努利方程：p112p2z2g12Wfz1gu12u22簡化：zgWfABD而WfABDWfABWfBDlABu12lBDu22d12d22有：109.810.0328u120.0315u220.03820.0322化簡11.05u127.03u2298.1又由連續(xù)性方程：u2(d1)2u1(38)2u11.41u1d232代入上式：11.05u127.031.412u1298.1解得：u11.98m/s流量：Vsd12u10.7850.03821.982.244103m38.08m34sh（2）當BD，BC支路閥均全開時：，D出口狀態(tài)圓滿同樣，分支管路形如并聯(lián)管路，WfBcWfBDlBCu32lBDu22d32d2212u3215u22學習好幫手圓滿格式整理版u31.118u2(1)又Vs1Vs2Vs34d12u14d22u24d32u3382u1322u2322u3=3222.118u2u11.502u2(2)在高位槽液面與BD出口列柏努利方程：ZgWfWfABWfBD109.810.0328u120.0315u220.03820.032211.05u127.03u2298.1(3)將（2）代入（3）式中：11.051.5022u227.03u2298.1解得：u21.752mu12.63mu31.96msss流量：Vs1d12u10.7850.03822.632.98103m310.73m34shVs2d2u20.7850.03221.7521.408103m35.07m342shVs3d2u30.7850.03221.961.576103m35.67m343sh35．在內(nèi)徑為80mm的管道上安裝一標準孔板流量計，孔徑為40mm，U形壓差計的讀數(shù)為350mmHg。管內(nèi)液體的密度為1050kg/m3，黏度為0.5cP，試計算液體的體積流量。A40解：0()20.25設ReRec，查得C00.6252Rg(1)220.35(136001050)9813m3VsC0A00.6250.7850.047.1110s1050學習好幫手圓滿格式整理版uVs7.111031.415ms0.785d20.7850.0821Red1u0.081.41510502.381050.5103而Rec7104ReRec假設正確，以上計算有效。36．用離心泵將20℃水從水池送至敞口高位槽中，流程如附圖所示，兩槽液面差為12m。輸送管為φ57×3.5mm的鋼管，吸入管路總長為20m，壓出管路總長為155m（均包括全部局部21阻力的當量長度）。用孔板流量計測量水流量，孔徑為20mm，流量系數(shù)為0.61，U形壓差計的讀數(shù)為600mmHg。摩擦系數(shù)可取為0.02。試求：1）水流量，m3/h；2）每kg水經(jīng)過泵所獲得的機械能；3）泵入口處真空表的讀數(shù)。

m5.1題36附圖解：（1）VsC0A02Rg(0)0.610.7850.02220.69.81(136001000)10002.33103m38.39m3hs（2）以水池液面為11面，高位槽液面為22面，在11~22面間列柏努利方程：p11u12z1gWep21u22z2gWf22簡化:WezgWflleu2而Wf2d學習好幫手圓滿格式整理版其中：uVs2.331031.19m0.785d20.7850.052sWf0.021751.19249.56J0.052kgW129.8149.56167.28Jekg（3）在水池液面11面與泵入口真空表處33'面間列柏努利方程：簡化為其中p3p3

p112p312z3gWf13u1z1g2u320p31u32Z3gWf132(lle)吸入22Wf1u3＝0.02201.19＝5.66J/kg3d20.05212Z3gWf13)1.1929.815.66)21.1(u3(1.52221.121.1103Pa21.1kPa即泵入口處真空表的讀數(shù)為21.1kPa。37．水在某管路中流動。管線上裝有一只孔板流量計，其流量系數(shù)為0.61，U形壓差計讀數(shù)為200mm。若用一只喉徑同樣的文丘里流量計取代孔板流量計，其流量系數(shù)為0.98，且U形壓差計中的指示液同樣。問此時文丘里流量計的U形壓差計讀數(shù)為若干？解：由流量公式：2R1g(0)2R2g(0)VSC0A0VSCVA0流量同樣時，R2(C0)2(0.61)20.387R1CV0.98故文丘里流量計的讀數(shù)R20.387R10.38720077.4mm38．某氣體轉(zhuǎn)子流量計的量程范圍為4～60m3/h。現(xiàn)用來測量壓力為60kPa（表壓）、溫度為50℃學習好幫手圓滿格式整理版的氨氣，轉(zhuǎn)子流量計的讀數(shù)應如何校正？此時流量量程的范圍又為多少？（設流量系數(shù)CR為常數(shù)，當?shù)卮髿鈮簽?01.3kPa）解：操作條件下氨氣的密度：2pM(101.360)1030.0171.022kg/m3RT8.31(27350)VS21VS12

1.21.0841.022即同一刻度下，氨氣的流量應是空氣流量的1.084倍。此時轉(zhuǎn)子流量計的流量范圍為4×1.084～60×1.084m3/h，即4.34～65.0m3/h。39．在必然轉(zhuǎn)速下測定某離心泵的性能，吸入管與壓出管的內(nèi)徑分別為70mm和50mm。當流量為30m3/h時，泵入口處真空表與出口處壓力表的讀數(shù)分別為40kPa和215kPa，兩測壓口間的垂直距離為0.4m，軸功率為3.45kW。試計算泵的壓頭與效率。Vs302.166m解：u3600120.7850.072s4d13036004.246mu22s0.7850.05在泵出入口處列柏努力方程，忽略能量損失；p112Z1Hep212Z2gu1g2gu22gHep2p11(u22)Zg2u12g(21540)10321(4.24622.1162)0.41039.819.81=27.07mNeQHg3036001039.8127.072.213kWNe100%2.213100%64.1%N3.45學習好幫手圓滿格式整理版40．在一化工生產(chǎn)車間，要求用離心泵將冷卻水從貯水池經(jīng)換熱器送到一敞口高位槽中。已知高位槽中液面比貯水池中液面高出10m，管路總長為400m（包括全部局部阻力的當量長度）。管內(nèi)徑為75mm，換熱器的壓頭損失為32u2，摩擦系數(shù)可取為0.03。此離心泵在轉(zhuǎn)速為2900rpm時的2g性能以下表所示：Q/(m3/s)00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H/m2625.524.5232118.515.5128.5試求：（1）管路特點方程；（2）泵工作點的流量與壓頭。解：（1）管路特點曲線方程：HePZ1u2hfZhfg2gZlleu2hfZlleu2d2g(d32)2gHe10(0.0340032)1(Q2)20.07529.810.7850.075105.019105Q2)泵特點曲線36管路特點曲線m(34（2）在坐標紙中繪出泵的特點曲線及管路特點曲H323028線的工作點：262422201816Q0.0045m314H20.17m1210s80.0000.0020.0040.0060.008Q(m3/s)41．用離心泵將水從貯槽輸送至高位槽中，兩槽均為敞口，且液面恒定?，F(xiàn)改為輸送密度為1200kg/m3的某水溶液，其他物性與水周邊。若管路狀況不變，試說明：1）輸送量有無變化？2）壓頭有無變化？3）泵的軸功率有無變化？學習好幫手圓滿格式整理版4）泵出口處壓力有無變化？解：變化時，泵特點曲線不變。管路特點曲線HezpBQ2zBQ2不變g1）輸送量不變；（2）壓頭不變；3）軸功率：NeQHgN增加（4）在貯槽液面1-1′和泵出口2-2′間列柏努力方程：P112Z1HeP212Z2hfgu1gu22g2g簡化：P2gHe1u22Z2hf2g工作點Q，He不變，uhf不變即P2隨的增加而增加。42．用離心泵將水從敞口貯槽送至密閉高位槽。高位槽中的氣相表壓為98.1kPa，兩槽液位相差10m，且保持恒定。已知該泵的特點方程為H407.2104Q2（單位：H—m，Q—m3/s），當管路中閥門全開時，輸水量為0.01m3/s，且流動已進入阻力平方區(qū)。試求：（1）管路特點方程；（2）若閥門開度及管路其他條件等均不變，而改為輸送密度為1200kg/m3的堿液，求堿液的輸送量。解：（1）設輸送水時管路特點方程為HeABQ2其中，p1098.110320Az10009.81g當輸水量為0.01m3/s時，由泵特點方程與管路特點方程聯(lián)立：407.21040.01220B0.012學習好幫手圓滿格式整理版得B1.28105即此時管路特點方程為He201.28105Q2（2）當改送密度為1200kg/m3的堿液時，泵特點方程不變，此時管路特點方程A'zp1098.110318.3'g12009.81流動進入阻力平方區(qū)，且閥門開度不變，則B不變。因此管路特點方程變?yōu)镠e18.31.28105Q2將該方程與泵特點方程聯(lián)立，407.2104Q218.31.28105Q2可得堿液輸送量Q'0.0104m3/s43．用離心泵向設備送水。已知泵特點方程為H400.01Q2，管路特點方程為He250.03Q2，兩式中Q的單位均為m3/h，H的單位為m。試求：1）泵的輸送量；2）如有兩臺同樣的泵串連操作，則泵的輸送量為多少？若并聯(lián)操作，輸送量又為多少？解：（1）H400.01Q2He250.03Q2聯(lián)立：400.01Q2250.03Q2解得：Q19.36m3h（2）兩泵串連后：泵的特點：H2(400.01Q2)與管路特點聯(lián)立：250.03Q22(400.01Q2)解得：Q33.17m3h（3）兩泵并聯(lián)后：學習好幫手圓滿格式整理版泵的特點：H400.01(Q)22與管路特點聯(lián)立：250.03Q2400.01(Q)22解得：Q21.48m3/h44．用型號為IS65-50-125的離心泵將敞口貯槽中80℃的水送出，吸入管路的壓頭損失為4m，當?shù)卮髿鈮簽?8kPa。試確定此泵的安裝高度。解：查附錄：800C水，Pv0.4736105Pa,971.8kg/m3在附錄中查得IS65-50-125泵的必需氣蝕余量（NPSH）r=2.0m泵同意安裝高度：Hg允P0Pv(NPSH)rhf吸入g981030.47361054=971.89.812.0=0.69m為安全起見，再降低0.5m，即Hg0.690.51.2m即泵需要安裝在水槽液面以下1.2m或更低地址。45．用離心泵從真空度為360mmHg的容器中輸送液體，所用泵的必需汽蝕余量為3m。該液體在輸送溫度下的飽和蒸汽壓為200mmHg，密度為900kg/m3，吸入管路的壓頭損失為0.5m，試確定泵的安裝地址。若將容器改為敞口，該泵又應如何安裝？（當?shù)卮髿鈮簽?00kPa）解：（1）當容器內(nèi)真空度為360mmHg時，p0pv(NPSH)rhf吸入Hg允g(100103360101325)20010132576076030.50.63m9009.81故泵宜安裝在液面以下（0.63＋0.5）＝1.13m更低的地址。（2）當容器敞口時，學習好幫手圓滿格式整理版p0pv(NPSH)rhf吸入Hg允g10010320010132576030.54.8m9009.81故泵宜安裝在液面以上低于（4.8－0.5）＝4.3m的地址。46．如附圖所示，用離心泵將某減壓精餾塔塔底的釜液送至貯槽，泵位于貯槽液面以下2m處。已知塔內(nèi)液面上方的真空度為500mmHg，且液體處于沸騰狀態(tài)。吸入管路全部壓頭損失為0.8m，釜液的密度為890kg/m3，所用泵的必需汽蝕余量為2.0m，問此泵可否正常操作？解：因塔內(nèi)液體處于沸騰狀態(tài)，則液面上方的壓力即為溶液的飽和蒸汽壓，即p0pV題46附圖該泵的同意安裝高度：p0pV(NPSH)rhf吸入Hg允g2.00.82.8m而實質(zhì)安裝高度Hg實＝2.0mHg允，說明此泵安裝不當，泵不能夠正常操作，會發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。47．用內(nèi)徑為120mm的鋼管將河水送至一蓄水池中，要求輸送量為60～100m3/h。水由池底部進入，池中水面高出河面25m。管路的總長度為80m，其中吸入管路為24m（均包括全部局部阻力的當量長度），設摩擦系數(shù)為0.028。，試采用一臺合適的泵，并計算安裝高度。設水溫為20℃，大氣壓力為101.3kPa。解：以大流量Q＝100m3/h計。在河水與蓄水池面間列柏努力方程，并簡化：HeZhfZlleu2d2gQ10036002.46mu2s0.785d0.7850.122學習好幫手圓滿格式整理版He25802.4620.028230.76m0.129.81由Q100m3h,He30.76m選泵IS100-80-160，其性能為：Q100m3,H32m,η78%,N11.2kW,(NPSH)r4.0mh確定安裝高度：200C水，998.2kgm3Pv2.335kPaHg允p0pv(NPSH)rhf吸入ghf吸入(lle)吸入u2242.462d2g0.0281.73m0.1229.81(101.32.335)103Hg允998.29.814.01.734.4m減去安全余量0.5m，實為3.9m以下。即泵可安裝在河水面上不高出3.9m的地方。48．常壓貯槽內(nèi)裝有某石油產(chǎn)品，在積蓄條件下其密度為760kg/m3。現(xiàn)將該油品送入反應釜中，輸送管路為φ57×2mm，由液面到設備入口的升揚高度為5m，流量為15m3/h。釜內(nèi)壓力為148kPa（表壓），管路的壓頭損失為5m（不包括出口阻力）。試選擇一臺合適的油泵。Vs1536001.89m/s解：u0.785d0.053224在水槽液面11與輸送管內(nèi)側22面間列柏努力方程，簡化有：Hezp1u22hfg2gHe5148103211.892530.03m7609.819.81由Q=15m3hHe30.03m，查油泵樣本，選泵60Y-60B其性能為：流量19.8m3壓頭38m軸功率3.75kWh效率55%氣蝕余量2.6m49．現(xiàn)從一氣柜向某設備輸送密度為1.36kg/m3的氣體，氣柜內(nèi)的壓力為650Pa（表壓），設備學習好幫手圓滿格式整理版內(nèi)的壓力為102.1kPa（絕壓）。通風機輸出管路的流速為12.5m/s，管路中的壓力損失為500Pa。試計算管路中所需的全風壓。（設大氣壓力為101.3kPa）解：pT(p2p1)u22pf2102.1101.30.651031.3612.525002756.25Pa學習好幫手圓滿格式整理版第二章非均相物系分別1、試計算直徑為30μm的球形石英顆粒（其密度為2650kg/m3），在20℃水中和20℃常壓空氣中的自由沉降速度。解：已知d=30μm、ρs=2650kg/m3（1）20℃水μ=1.01×10-3Pa·sρ=998kg/m3設沉降在滯流區(qū)，依照式（2-15）utd2(s)g(30106)2(2650998)9.818.02104m/s18181.01103校核流型dut301068.0210499824Ret1.011032.3810(10~2)假設成立，ut=8.02×10-4m/s為所求（2）20℃常壓空氣μ=1.81×10-5Pa·sρ=1.21kg/m3設沉降在滯流區(qū)utd2(s)g(30106)2(26501.21)9.812m/s18181.811057.1810校核流型：Retdut301067.181021.210.144(104~2)1.81105假設成立，ut=7.18×10-2m/s為所求。2、密度為2150kg/m3的煙灰球形顆粒在20℃空氣中在滯流沉降的最大顆粒直徑是多少？解：已知ρs=2150kg/m3查20℃空氣μ=1.81×10-5Pa.sρ=1.21kg/m3當Retdut2時是顆粒在空氣中滯流沉降的最大粒徑，依照式（2-15）并整理d3(s)gdut2因此182學習好幫手圓滿格式整理版d3362336(1.81105)27.73105m77.3μm(s)g(21501.21)9.811.213、直徑為10μm的石英顆粒隨20℃的水作旋轉(zhuǎn)運動，在旋轉(zhuǎn)半徑R＝0.05m處的切向速度為12m/s，，求該處的離心沉降速度和離心分別因數(shù)。解：已知d=10μm、R=0.05m、ui=12m/s設沉降在滯流區(qū)，依照式（2-15）g改為ui/R即urd2(s)ui21010(2650998)12218R181.011030.0262m/s2.62cm/s0.05校核流型Retdur1050.02629980.259(104~2)1.01103ur=0.0262m/s為所求。因此Kcui2122294Rg0.059.814、用一降塵室辦理含塵氣體，假設塵粒作滯流沉降。以下情況下，降塵室的最大生產(chǎn)能力如何變化？（1）要圓滿分其他最小粒徑由60μm降至30μm；（2）空氣溫度由10℃升至200℃；（3）增加水平隔板數(shù)目，使沉降面積由10m2增至30m2。解：依照utcdc2(s)g18及VS=blutcVs'utc'dc'230)21（1）utc()(4Vsdc602）查10℃空氣μ=1.76×10-5Pa·s200℃空氣μ‘=2.60×10-5Pa·sVs'utc'1.761050.677Vsutc'2.60105（3）Vs'(bl)'303.0Vs(bl)10學習好幫手圓滿格式整理版5、已知含塵氣體中塵粒的密度為33－5Pa.s、密2300kg/m。氣體流量為1000m/h、黏度為3.6×10度為0.674kg/m3，若用如圖2-6所示的標準旋風分別器進行除塵，分別器圓筒直徑為400mm，試估算其臨界粒徑及氣體壓強降。ρs33μ-5ρ3、解：已知h=3.6×10Pa.s、=0.674kg/m=2300kg/m、V=1000m/h、D=400mm=0.4m，依照標準旋風分別器h=D/2、B=D/4故該分別器入口截面積A=hB=D2/8因此Vs1000813.89m/sui36000.42A依照式（2-26）取標準旋風分別器N=5則dc9B93.61050.4/40.8105m8μmπNsui3.145230013.89依照式（2-30）取ξ=8.0pfui0.67413.892520Pa28.026、有一過濾面積為0.093m2的小型板框壓濾機，恒壓過濾含有碳酸鈣顆粒的水懸浮液。過濾時間為50秒時，共獲得2.27×10-3m3的濾液；過濾時間為100秒時。共獲得3.35×10-3m3的濾液。試求當過濾時間為200秒時，可獲得多少濾液？解：已知A=0.093m2、t1=50s、V1=2.27×10-3m3、t2=100s、V2=3.35×10-3m3、t3=200s由于q1V12.2710324.41103A0.093q2V23.3510336.02103A0.093依照式（2-38a）q122qeq1Kt1(24.41103)2224.41103qe50Kq222qeq2Kt2(36.02103)2236.02103qe100K聯(lián)立解之：qe=4.14×10-3K=1.596×10-5學習好幫手圓滿格式整理版因此q3224.14103q32001.596105q3=0.0525因此V3=q3A=0.0525×0.093=4.88×10-3m37、某生產(chǎn)過程每年須生產(chǎn)濾液3800m3，年工作時間5000h，采用間歇式過濾機，在恒壓下每一操作周期為2.5h，其中過濾時間為1.5h，將懸浮液在同樣操作條件下測得過濾常數(shù)為K=4×10-6m2/s；qe=2.5×10-2m3/m2。濾餅不沖洗，試求：1）所需過濾面積，2）今有過濾面積8m2的過濾機，需要幾臺？解：已知生產(chǎn)能力為3800m3濾液/年，年工作日5000h，T=2.5h，t=1.5h，K=4×10-6m2/s，qe=2.5×10-2m3/m2，1）由于Q=3800/5000=0.76m3濾液/h由式（2-42）0.76

3600VVT2.5因此V=2.5×0.76=1.9m3由式（2-38a）(V)22qe(V)KtAA(1.9)222.5102(1.9)41061.53600AA2.16102A23.619.5102A解之A=14.7m2≈15m2由于過濾機為8m2/臺，因此需2臺過濾機。8、BMS50/810-25型板框壓濾機，濾框尺寸為810×810×25mm，共36個框，現(xiàn)用來恒壓過濾某懸浮液。操作條件下的過濾常數(shù)為K=2.72×10-5m2/s；qe=3.45×10-3m3/m2。每濾出1m3濾液的同時，生成0.148m3的濾渣。求濾框充滿濾渣所需時間。若沖洗時間為過濾時間的2倍，輔助時間15min，其生產(chǎn)能力為多少？解：濾框總容積V0=0.812×0.025×36=0.590m3過濾面積A=0.812×2×36=47.2m2學習好幫手圓滿格式整理版qVV00.5900.0845m3/m2AvA0.14847.2tq22qeq0.0845223.451030.0845283sK2.72105生產(chǎn)總周期為T=283+2×283+15×60=1749s由VV0得一個周期濾液量為VV00.5903.99m3AvAv0.148因此生產(chǎn)能力為Q3600V36003.998.21m3濾液/hT17499、有素來徑為1.75m，長0.9m的轉(zhuǎn)筒真空過濾機。操作條件下吞沒度為126o，轉(zhuǎn)速為1r/min，濾布阻力能夠忽略，過濾常數(shù)K為5.15×10-6m2/s，求其生產(chǎn)能力。解：由于過濾面積A=πDL=3.14×1.75×0.9=4.95m2吞沒度ψ=126°/360°=0.35由式（2-45a）Q60A60nK604.956010.355.151063.09m3濾液/h10、某轉(zhuǎn)筒真空過濾機每分鐘轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn)，每小時可得濾液4m3。若過濾介質(zhì)阻力能夠忽略，每小時獲得6m3濾液時轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速應為多少？此時轉(zhuǎn)鼓表面濾餅的厚度為原來的多少倍？操作中所用的真空度保持不變。解：已知Q1=4m3/h，n1=2r/min，Q2=6m3/h，Ve=0由式（2-45a）兩邊平方，得Q12(60A)260Kn1①Q(mào)22(60A)260Kn2②/①n2Q22因此6224.5r/minn1Q12n2()4學習好幫手圓滿格式整理版L1AL2A由式（2-35）得v1v2V1V2而v1=v2又A不變，以1小時為計算基準，則Q=VQ=V1122故L1L2L2(V2)L1(6)L11.5L1V1V2V14學習好幫手圓滿格式整理版第三章傳熱1、某加熱器外面包了一層厚為300mm的絕緣資料，該資料的導熱系數(shù)為0.16W/（m℃），已測得該絕緣層外緣溫度為30℃，距加熱器外壁250mm處為75℃，試求加熱器外壁面溫度為多少？解：Qt1t2t2t3Ab1b212t2t3b1t275300.25300oCt1b20.057510.1620.162、某燃燒爐的平壁由以下三種磚依次砌成；耐火磚b1=230mm，1=1.05W/(m℃·)絕熱磚b2=230mm，2=0.151W/(m·℃)建筑磚b3=240mm，3=0.93W/(m·℃)已知耐火磚內(nèi)側溫度為1000℃，耐火磚與絕熱磚界面處的溫度為940℃，要求絕熱磚與建筑磚界面處的溫度不得高出138℃，試求：1）絕熱層需幾塊絕熱磚；2）一般磚外側溫度為多少？解：（1）b2=?Qt1t2t2t3Ab1b21210009409401380.23273.9b21.050.151b20.442m230mm<b2=442mm<230×2mm則：絕熱層需兩塊絕熱磚。校核t2=?940t2273.90.460.151t2105.6oC138oC2）t4=?學習好幫手圓滿格式整理版Qt3t4273.9105.6t4Ab30.2430.93t434.9oCΦ130mm導熱系數(shù)λ＝0.2W/２（ｍ·Ｋ）的石棉保溫層。若鋼管的內(nèi)表面溫度為623Ｋ，保溫層表面面溫度為373Ｋ，試求每米管長的熱損失及鋼管表面面的溫度。解：已知鋼管的內(nèi)半徑r1502520mm2鋼管的外半徑r25025mm2保溫層的外半徑r3253055mm依照式（3-12a），每米管長的熱損失習題3-3附圖Q2L(t1t3)r21r31lnr1ln12r221(623373)1570397W1251550.0143.94lnln200.22516由于是定態(tài)熱傳導，故各層傳導的熱量應該相等，可獲得鋼管表面面的溫度t2。t2t1Q1lnr26233971ln25622K2l1r12116204、Φ60×3㎜的鋁合金管（導熱系數(shù)近似按鋼管采用），外面依次包有一層30mm的石棉和30mm的軟木。石棉和軟木的導熱系數(shù)分別為0.16Ｗ／（ｍ·Ｋ）和0.04Ｗ／（ｍ·Ｋ）（管外涂防水膠，省得水汽浸透后發(fā)生冷凝及凍結）。1）已知管內(nèi)壁溫度為-110℃，軟木外側溫度為10℃，求每米管長上損失的冷量；2）計算出鋼、石棉及軟木層各層熱阻在總熱阻中所占的百分數(shù)；3）若將兩層保溫資料互換（各層厚度仍為30mm），鋼管內(nèi)壁面溫度仍為-110℃，作為近似計算，假設最外層的石棉層表面溫度仍為10℃。求此時每米管長損失的冷量。提示：保溫層互換后，保溫層外壁面與空氣間的對流傳熱膜系數(shù)與互換前同樣。解：(1)t1110℃t410℃r10.027mr20.030mr30.060mr40090.m145W/(mK)2016.W/(mK)3004.W/(mK)每米管長損失的冷量：學習好幫手圓滿格式整理版2t1t421101052.1W/mq1r31r413016011r290lnlnr2ln45ln0.16ln0.04ln1r123r3273060RR1R2R3R11ln300.00234(m2K)/W4527R21604.332(m2K)/W016.ln30R31ln9010137.(m2K)/W0.0460R0.002344.33210137.14.471(m2K)/W各層熱阻在總熱阻中所占的分數(shù)：R1R鋼0.002340.016%14.471R24.33229.94%R石棉14.471R310137.70.05%R軟木14.471由以上計算可知鋼管熱阻很小，且R軟木R石棉。(3)若將1和2互換，厚度不變，且認為t1和t4不變。q21101037.94W/n270.04ln30016.ln60以上計算能夠看出，將保溫性能好的資料放在里層，保溫或保冷奏效好。但此計算不嚴格，因為保冷好，則t4應增大，即t410℃。5、欲測某絕緣資料的導熱系數(shù)，將此資料裝入附圖所示的同心套管縫隙內(nèi)。已知管長l=1.0m.r1=10mm,r2=13mm,r3=23mm,r4=27mm。在管內(nèi)用熱電偶加熱，當電熱功率為1.0kW時，測得內(nèi)管的內(nèi)壁溫度為900℃，外管的外壁溫度為100℃，金屬管壁的導熱系數(shù)為50W/（ｍ·Ｋ），試求絕緣資料的導熱系數(shù)。若忽略壁阻，會引起多大的誤差？習題5附圖解：按題意求得：學習好幫手圓滿格式整理版rm1r2r1131011.4mmr213lnlnr110rm2r3r2231317.5mmr3ln23lnr213rm3r4r3272324.9mmr427lnlnr323Am12lrm123.14111.41037.16102m2A2lrm223.14117.51030.11m2m2Am32lrm323.14124.91030.156m2內(nèi)管壁的熱阻為：R1r2r10.0130.018.38104K/W1Am1507.16102外管壁的熱阻為：R2r4r30.0270.0235.13104K/W3Am3500.156經(jīng)過多層管壁的熱流量為：Qt1t49001001000Wr3r20.0230.013R1R28.381041042Am220.115.13則：2=0.114W/（ｍ·Ｋ）。若忽略兩側金屬壁的熱阻，則Qt1t4900100r3r20.0231000W0.0132Am220.11則：2=0.114W/（ｍ·Ｋ）。由于金屬壁的熱阻遠小于絕緣資料的熱阻，在實驗精度范圍內(nèi)，金屬壁的熱阻能夠忽略。6、冷卻水在Φ25×2.5㎜，長為2m的鋼管中以1m/s的流速經(jīng)過。冷卻水的進、出口溫度為20℃和50℃，求管壁對水的對流傳熱系數(shù)？解：定性溫度t定205035oC2查得水在35℃時的物性參數(shù)：ρ994kg/m3,cp4.17kJ/(kgoC),μ72.8105Pas,λ0.6257W/(moC)管內(nèi)徑為：d=25-22.5=20mm=0.02m學習好幫手圓滿格式整理版Redu0.0219942.73104104湍流72.8105Prcp0.72251034.1741030.62574.82(0.7Pr160)l210060d0.02水被加熱，k=0.4，得：α0.023Re0.8Pr0.40.0230.6257(2.73104)0.8(4.82)0.44778W/(m2oC)d0.027、一列管式換熱器，由38根Φ25×2.5㎜的無縫鋼管組成，苯在管內(nèi)以8.32kg/s的流速經(jīng)過，從80℃冷卻至20℃。求苯對管壁的對流傳熱系數(shù)；若流速增加一倍，其他條件不變，對流傳熱系數(shù)又有何變化？解：定性溫度t定208050oC2查得苯在50℃時的物性參數(shù)：ρ860kg/m3,cp1.80kJ/(kgoC),μ0.45mPas,λ0.14W/(moC)管內(nèi)徑為：d=25-22.5=20mm=0.2mums8.320.81m/sA8600.7850.02238Redu0.020.818603.096104104湍流0.45103Prcp0.451031.8103(0.7Pr160)0.145.79苯被冷卻，k=0.3，則：0.023Re0.8Pr0.30.0230.14(3.096104)0.8(5.79)0.31067W/(m2oC)d0.02（2）流速增加一倍，u=2u，其他條件不變由于Re0.8u0.8因此αα(u1)0.8106720.81858W/(m2oC)1u8、質(zhì)量分數(shù)為98%，密度=1800kg/m3的硫酸，以1m/s的流速在套管換熱器的內(nèi)管中被冷卻，進、出口溫度分別為90℃和50℃，內(nèi)管直徑為Φ25×2.5㎜。管內(nèi)壁均勻溫度為60℃。試求硫酸對管壁的對流傳熱系數(shù)。已知70℃硫酸的物性參數(shù)以下：學習好幫手圓滿格式整理版cp1.528kJ/(kgoC),μ6.4mPas,λ0.365W/(moC)壁溫60℃時的硫酸黏度μ8.4mPasw1267W/（m2·℃））解：定性溫度t定509070oC2查得硫酸在70℃時的物性參數(shù)：cp1.528kJ/kgoC,6.4mPas,0.365W/moC壁溫60℃時的硫酸黏度μw8.4mPas由于黏度較大，故用式（3-16）計算0.027Re0.8Pr0.33()0.14dwRedu0.02118005625104過渡流6.4103Prcp6.41031.52810326.80.3650.3650.80.336.41030.142oα0.0270.02(5625)(26.8)(8.4103)1418W/(mC)過渡流校正f16105161050.8934Re1.8(5625)1.8過f14180.89341267W/(moC)9、原油在Φ89×6㎜的管式爐對流段的管內(nèi)以0.5m/s的流速流過而被加熱，管長6m。已知管內(nèi)壁溫度為150℃，原油的均勻溫度為40℃。試求原油在管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)。已知原油的物性參數(shù)為：ρ850kg/m3,cp2kJ/(kgoC),26mPas,0.13W/(moC),0.0011(1/oC)原油150℃時的黏度μ3.0mPasw解：原油在管內(nèi)流動的ReRedu0.0770.5850261031259（層流）Prcp261032103400（0.6<Pr<6700）0.13RePrd12594000.077646210l6學習好幫手l6

圓滿格式整理版77.910d0.077因此原油在管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)用式（3-19）計算1.86d)1)0.14(RePr3(dlw()0.14(26)0.141.353w30.13(12594000.077179.2W/(m2K)α1.86)31.3530.0776由于Grgd32t9.810.077385020.001(15040)5.2651052.51042(26103)2因此對流傳熱系數(shù)需校正f0.8(10.015Gr11.773)f79.21.77140W/(moC)10、銅氨溶液在由四根Φ45×3.5㎜鋼管并聯(lián)的蛇管中由38℃冷卻至8℃，蛇管的均勻曲率半徑為0.285m。已知銅氨溶液的流量為2.7m3/h，黏度為2.2×10-3Pas，密度為1200km/m3，其他物性常數(shù)可按水的0.9倍采用，試求銅氨溶液的對流傳熱系數(shù)。解∶定性溫度t定38823oC2查得水在23℃時的物性參數(shù)，并折算為銅氨液的物性：cp6kJ/(kgoC),0.90.60450.544W/(moC)四組蛇管并聯(lián)的橫截面積：A4(d2)3.140.03820.00453m242.7管內(nèi)流速uV36000.166m/sA0.00453Redu0.0380.16612003420104過渡區(qū)2.2103Prcp2.21033.7610315.20.544銅氨液被冷卻，k=0.3，則：學習好幫手圓滿格式整理版0.023Re0.8Pr0.30.0230.544(3420)0.8(15.2)0.3500.4W/(m2oC)d0.038過渡流需校正f16105161050.7388Re1.8(3420)1.8α過f500.40.7388369.7W/(moC)彎管校正α彎α過(11.77d)369.7(11.770.038)456.9W/(m2K)R0.28511、有一列管式換熱器，外殼內(nèi)徑為190mm，內(nèi)含37根Φ19×2㎜的鋼管。溫度為12℃，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℃。試求空氣對管壁的對流傳熱系數(shù)。解：定性溫度t定123021oC2查得空氣在21℃時的物性參數(shù)：ρ1.205kg/m3,cp1.005kJ/(kgoC),μ1.81105Pas,λ2.591102W/(moC)d12nd220.192370.01920.02547mdend2d10.19370.019deu0.02547101.2051.696104104湍流Re1.81105Prcp1.811051.0051030.7022.591102空氣被加熱，k=0.4，則：α0.0230.8Pr0.40.0232.591102(1.696104)0.8(0.702)0.349.1W/(m2oC)Re0.02547d12、在接觸氧化法生產(chǎn)硫酸的過程中，用反應后高溫的SO3混雜氣預熱反應前氣體。常壓SO3混雜氣在一由Φ38×3㎜鋼管組成、殼程裝有圓缺型擋板的列管換熱器殼程流過。已知管子成三角形排列，中心距為51mm，擋板間距為1.45m，換熱器殼徑為Φ2800；又SO3混雜氣的流量為4×104m3/h，其均勻溫度為145℃.若混雜氣的物性可近似按同溫度下的空氣查取，試求混雜氣的對流傳熱系數(shù)（考慮部分流體在擋板與殼體之間短路，取系數(shù)為0.8）解：此題為列管式換熱器管外逼迫對流傳熱，對流傳熱系數(shù)按式3-25計算學習好幫手圓滿格式整理版0.36Re0.551)0.14NuPr3(w4(3t223512382)d0)4(管子正三角形排列時，de242437.5mmd038管外流體流過的最大截面積Smax計算：SmaxhD(1d0)1.452.8(138)1.035m2t51管外流體的流速uV410410.7m/sS36001.035定性溫度t定145oC下查得空氣的物性參數(shù)：cp1.014kJ/(kgoC),2.39105Pas,3.527102W/(moC),0.845kg/m3deu0.037510.70.8451.415104Re2.39105cp2.391051.014103Pr3.5271020.687因氣體黏度變化較小，故1，由因部分流體在單板與殼體之縫隙短路，取實質(zhì)對流傳熱系數(shù)為w計算值的0.8倍0.80.3610.80.360.03527(14150)0.5512K)Re0.55Pr3(0.687)346W/(mde0.037513、在油罐中裝有水平放置的水蒸氣管，以加熱罐中的重油。重油的均勻溫度為20℃，水蒸氣管外壁的均勻溫度為120℃，管外徑為60mm。已知70℃時的重油物性數(shù)據(jù)以下：ρ=900kg/m3λ=0.175W/(m℃)cp=1.88kJ/(kg℃)ν=2×10-3m2/sβ=3×