化工原理17章習(xí)題解析

(圓滿版)化工原理1_7章習(xí)題答案剖析(圓滿版)化工原理1_7章習(xí)題答案剖析131/131(圓滿版)化工原理1_7章習(xí)題答案剖析圓滿格式整理版目錄第一章流體流動(dòng)與輸送機(jī)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(xué)習(xí)好幫手圓滿格式整理版第一章流體流動(dòng)與輸送機(jī)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(shí)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(shí)苯和甲苯的密度分別為879kg/m3和867kg/m3,試計(jì)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(shí)表壓應(yīng)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(cè)壓口以上0.55m，其讀數(shù)為58kPa。試計(jì)算液面到下方測(cè)壓口的距離。

題4附圖解：液面下測(cè)壓口處壓力pp0gzp1gh學(xué)習(xí)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(kāi)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(jì)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(diǎn)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(cè)得某容器內(nèi)的壓力，采用以以下列圖的U形壓力計(jì)，指示液為水銀。已知該液體密度為900kg/m3，h=0.8m，R=0.45m。試計(jì)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(dòng)。為測(cè)得A-A′、B-B′截面的壓力差，在管路上方安裝一U形壓差計(jì)，指示液為水銀。已知壓差計(jì)的讀數(shù)R＝180mm，試計(jì)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(xué)習(xí)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(jì)所測(cè)壓差的大小只與被測(cè)流體及指示液的密度、讀數(shù)R有關(guān)，而與U形壓差計(jì)放置的地址沒(méi)關(guān)。代入數(shù)據(jù)pApB(136001000)9.810.1822249Pa8．用U形壓差計(jì)測(cè)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(cè)量精度，改為雙液體U管壓差計(jì)，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(wèn)讀數(shù)能夠放大多少倍？此時(shí)讀數(shù)為多少？解：用U形壓差計(jì)測(cè)量時(shí)，因被測(cè)流體為氣體，則有p1p2Rg0用雙液體U管壓差計(jì)測(cè)量時(shí)，有pp2R'g(AC)1由于所測(cè)壓力差同樣，聯(lián)立以上二式，可得放大倍數(shù)R'01000R14.3AC920850此時(shí)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(xué)習(xí)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(jì)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(yīng)器加料，高位槽與反應(yīng)器均與大氣相通，且高位槽中液面恒定?，F(xiàn)要求料液以1m/s的流速在管內(nèi)流動(dòng)，設(shè)料液在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損失為20J/kg（不包括出口），試確定高位槽中的液面應(yīng)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(cè)為2-2’面,在1-1’～2-2’間列柏努力方程:z1gp11u12z2gp21u22Wf22簡(jiǎn)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(cè)相距1m的1、2兩截面處各接一測(cè)壓管，已知兩截面間的壓頭損失為70mmH2O，學(xué)習(xí)好幫手圓滿格式整理版問(wèn)兩測(cè)壓管中的水位哪一個(gè)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(shuō)明2截面處測(cè)壓管中水位高。這是由于該處動(dòng)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(guān)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(yīng)提升多少m？解：（1）如圖在高位槽液面1-1與管出口內(nèi)側(cè)2-2間列柏努利方程z1gp112z2gp212Wf2u1u22簡(jiǎn)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(shí)有'p21'2'z1g2u2Wf學(xué)習(xí)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。現(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(guò)程可否需要泵。解:在貯槽液面1-1’與回流管出口外側(cè)2-2’間列柏努利方程:z1gp11u12Wez2gp21u22Wf22簡(jiǎn)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(dòng)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(wú)縫鋼管。兩槽中液位恒定。設(shè)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(jì)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(cè)為2-2’面,且以附圖題151-1’面為基準(zhǔn),在1-1’～2-2’間列柏努力方程:學(xué)習(xí)好幫手圓滿格式整理版p112z1p212z2hfgu1u22g2g簡(jiǎn)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(dāng)閥門(mén)全關(guān)時(shí)，壓力表的讀數(shù)為78kPa。當(dāng)閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，壓力表的讀數(shù)為75kPa，且此時(shí)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(mén)全開(kāi)時(shí)水在管內(nèi)的流量（m3/h）。h解:(1)閥門(mén)全關(guān),水靜止pgh題16附圖p781037.95mh103g9.81(2)閥門(mén)全開(kāi):在水槽1-1’面與壓力表2-2’面間列柏努力方程:z1gp11u12z2gp21u22Wf22簡(jiǎn)化:z1gp21u22Wf27.959.81751031u22u2210002學(xué)習(xí)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(shè)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(jìn)料口管內(nèi)側(cè)為2-2截面，且以1-1截面為基準(zhǔn)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(jì)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(xué)習(xí)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(guò)，管內(nèi)徑由100mm減小到50mm。A、B兩點(diǎn)的垂直距離為0.1m。在兩點(diǎn)間連接一U形壓差計(jì)，指示劑為四氯化碳，其密度為1590kg/m3。若忽略流動(dòng)阻力，試求：（1）U形管中兩側(cè)的指示劑液面哪側(cè)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(jì)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(xué)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(xué)習(xí)好幫手圓滿格式整理版故U形壓差計(jì)兩側(cè)為左低右高。2）當(dāng)管路水平放置時(shí)：由柏努利方程p1p由靜力學(xué)方程p1p

1(u22u12)22Rg(0)Rg(0)122)兩式聯(lián)立：2(u2u1可見(jiàn)，流量不變時(shí)，u1,u2不變，即U形壓差計(jì)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(gè)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(wèn)：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(duì)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(jiǎn)化:gg153103pB11009.81(79)pB19656pa(表)B處真空度為19656Pa。學(xué)習(xí)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(zhǔn)面。在兩截面間列柏努利方程z1gp11u12z2gp21u22Wf122簡(jiǎn)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(jiǎn)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(dòng)，試判斷水在管內(nèi)的流動(dòng)種類。解:查附錄25℃水物性:學(xué)習(xí)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(jī)液體在φ76×3.5mm的管內(nèi)流動(dòng)，試確定保持管內(nèi)層流22．運(yùn)動(dòng)黏度為3.2×10流動(dòng)的最大流量。解:dudu2000Re200020003.21050.927m/sumaxd0.069Vmaxd2umax0.7850.06920.9273.46103m3/s412.46m3/h－23．計(jì)算10℃水以2.7×103m3/s的流量流過(guò)φ57×3.5mm、長(zhǎng)20m水平鋼管的能量損失、壓頭損失及壓力損失。（設(shè)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(gè)90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭及一個(gè)截止閥，學(xué)習(xí)好幫手圓滿格式整理版管內(nèi)徑為100mm，管長(zhǎng)為20m。設(shè)摩擦系數(shù)0.03，試求：1）截止閥全開(kāi)時(shí)水的流量；2）將閥門(mén)關(guān)小至半開(kāi)，水流量減少的百分?jǐn)?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(jiǎn)化得z1gWf各管件的局部阻力系數(shù)：入口突然減小0.590o標(biāo)準(zhǔn)彎頭2個(gè)0.7521.5截止閥（全開(kāi)）6.0出口突然擴(kuò)大1.01.09.0Wflu29.00.0320u2d20.1249.817.5u2

2-2′截面，且以2-2′面為基準(zhǔn)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(guān)小至半開(kāi)時(shí)：截止閥半開(kāi)的局部阻力系數(shù)9.5此時(shí)總阻力Wf''lu'212.50.0320u'29.25u'2d20.12學(xué)習(xí)好幫手圓滿格式整理版閥門(mén)關(guān)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(zhǎng)為80m（包括全部局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。試計(jì)算泵所需的有效功率。(設(shè)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(jiǎn)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(jì)的讀數(shù)為R，指示液的密度為0，管路中流體的密度為學(xué)習(xí)好幫手題26附圖圓滿格式整理版，試推導(dǎo)Wf的計(jì)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(jiǎn)化為zAgpAzBgpBWfpApB（1）Wf(zAzB)g對(duì)于U形壓差計(jì)，由靜力學(xué)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(zhǎng)的水平通風(fēng)管的能量損失和壓力損失。管道截面為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)為300mm，寬為200mm。（設(shè)d＝0.0005）解:當(dāng)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(xué)習(xí)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(kāi)，管壁的相對(duì)粗糙度d＝0.002，試計(jì)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(jiǎn)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(gè)半開(kāi)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(shè)備排出的廢氣在放空前經(jīng)過(guò)一個(gè)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(fēng)機(jī)吸入管路上裝有U形壓差計(jì)，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(zhǎng)與管件、閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度學(xué)習(xí)好幫手圓滿格式整理版之和為55m（不包括進(jìn)、出塔及管出口阻力），放空口與鼓風(fēng)機(jī)入口管水平面的垂直距離為15m，已估計(jì)氣體經(jīng)過(guò)沖洗塔填料層的壓力降為2.45kPa。管壁的絕對(duì)粗糙度取為0.15mm，大氣壓力為101.3kPa。試求鼓風(fēng)機(jī)的有效功率。解:以吸入管測(cè)壓處為1-1’面,沖洗塔管出口內(nèi)側(cè)為2-2’面,列柏努力方程:z1gp11u12Wez2gp21u22Wf22簡(jiǎn)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(jìn)出)u2Wf塔2(lle進(jìn)出)u2p'd2(0.018551.5)20.3822.4510321.0930.253375J/kgWez2gWfp1/159.813375588.6/1.0932983.6J/kgNemsWeVsWe36001.0932983.63.26kW3600學(xué)習(xí)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(dòng)。當(dāng)流量為4.210-3m3/s時(shí)，溶液在6m長(zhǎng)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(shè)液體在管內(nèi)為層流流動(dòng)，則32lupf2d黏度pfd24500.12μ3260.0438Pas32lu0.535du0.18500.5351038<2000校核Re：Re0.0438流動(dòng)為層流，以上計(jì)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(guò)內(nèi)徑40mm的管路進(jìn)入容器B。兩容器均為敞口，液面視為不變。管路中有一閥門(mén)，閥前管長(zhǎng)50m，閥后管長(zhǎng)20m（均包括全部局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。當(dāng)閥門(mén)全關(guān)時(shí)，閥前后的壓力表讀數(shù)分別為88.3kPa和44.2kPa?，F(xiàn)將閥門(mén)打開(kāi)至1/4開(kāi)度，閥門(mén)阻力的當(dāng)量長(zhǎng)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(guān)閉時(shí)流體靜止，由靜力學(xué)基本方程可得：p1pa88.310310mzAg9009.81p2pa44.21035mzBg9009.81當(dāng)閥打開(kāi)14開(kāi)度時(shí)，在A與B截面間列柏努利方程：12pA12pBWfzAguAzBguB22其中：pApB0(表壓)，uAuB0學(xué)習(xí)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(shè)其流動(dòng)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(shè)成立。油品的流量：VSd2u0.7850.0420.7369.244104m3/s3.328m3/h42）閥打開(kāi)后：在A與1截面間列柏努利方程：zAg12pA12p1WfA1uAz1gu122簡(jiǎn)化得zAg1u12p1WfA12或zAgp1(l11)u12d2p1zAg(l11)u12d2顯然，閥打開(kāi)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(xué)習(xí)好幫手圓滿格式整理版簡(jiǎn)化得p2zBg(l21)u22d2由于閥后的當(dāng)量長(zhǎng)度l2中已包括突然擴(kuò)大損失，也即l210，d故閥打開(kāi)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(zhǎng)為100m（包括全部局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度），求苯的流量。解:在兩槽間列柏努力方程,并簡(jiǎn)化:zgWflleu2即:zg2d代入數(shù)據(jù):59.81

100u20.0322化簡(jiǎn)得:u20.031390.050.00156d32查圓滿湍流區(qū)0.022設(shè)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(shè)0.026，由（1）得u1.10m/sRe0.0328791.104.201040.737103查得0.26假設(shè)正確u1.10m/s學(xué)習(xí)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(gè)支路組成，其管長(zhǎng)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(shè)管子的粗糙度為0.3mm）解：設(shè)兩支路中的流動(dòng)均進(jìn)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(dòng)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(dòng)湊近阻力平方區(qū)，10.0156。故以上計(jì)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(xué)習(xí)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(zhǎng)為28m；BC與BD支管的內(nèi)徑同樣，均為32mm，長(zhǎng)度分別為12m、15m（以上各長(zhǎng)度均包括管件及閥門(mén)全開(kāi)時(shí)的當(dāng)量長(zhǎng)度）。各段摩擦系數(shù)均可取為0.03。試求：1）BC支路閥門(mén)全關(guān)而B(niǎo)D支路閥門(mén)全開(kāi)時(shí)的流量；2）BC支路與BD支路閥門(mén)均全開(kāi)時(shí)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(cè)列柏努利方程：p112p2z2g12Wfz1gu12u22簡(jiǎn)化：zgWfABD而WfABDWfABWfBDlABu12lBDu22d12d22有：109.810.0328u120.0315u220.03820.0322化簡(jiǎn)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(dāng)BD，BC支路閥均全開(kāi)時(shí)：，D出口狀態(tài)圓滿同樣，分支管路形如并聯(lián)管路，WfBcWfBDlBCu32lBDu22d32d2212u3215u22學(xué)習(xí)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(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，孔徑為40mm，U形壓差計(jì)的讀數(shù)為350mmHg。管內(nèi)液體的密度為1050kg/m3，黏度為0.5cP，試計(jì)算液體的體積流量。A40解：0()20.25設(shè)ReRec，查得C00.6252Rg(1)220.35(136001050)9813m3VsC0A00.6250.7850.047.1110s1050學(xué)習(xí)好幫手圓滿格式整理版uVs7.111031.415ms0.785d20.7850.0821Red1u0.081.41510502.381050.5103而Rec7104ReRec假設(shè)正確，以上計(jì)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(zhǎng)為20m，壓出管路總長(zhǎng)為155m（均包括全部局部21阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。用孔板流量計(jì)測(cè)量水流量，孔徑為20mm，流量系數(shù)為0.61，U形壓差計(jì)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(guò)泵所獲得的機(jī)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(jiǎn)化:WezgWflleu2而Wf2d學(xué)習(xí)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(jiǎn)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(dòng)。管線上裝有一只孔板流量計(jì)，其流量系數(shù)為0.61，U形壓差計(jì)讀數(shù)為200mm。若用一只喉徑同樣的文丘里流量計(jì)取代孔板流量計(jì)，其流量系數(shù)為0.98，且U形壓差計(jì)中的指示液同樣。問(wèn)此時(shí)文丘里流量計(jì)的U形壓差計(jì)讀數(shù)為若干？解：由流量公式：2R1g(0)2R2g(0)VSC0A0VSCVA0流量同樣時(shí)，R2(C0)2(0.61)20.387R1CV0.98故文丘里流量計(jì)的讀數(shù)R20.387R10.38720077.4mm38．某氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的量程范圍為4～60m3/h?，F(xiàn)用來(lái)測(cè)量壓力為60kPa（表壓）、溫度為50℃學(xué)習(xí)好幫手圓滿格式整理版的氨氣，轉(zhuǎn)子流量計(jì)的讀數(shù)應(yīng)如何校正？此時(shí)流量量程的范圍又為多少？（設(shè)流量系數(shù)CR為常數(shù)，當(dāng)?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(yīng)是空氣流量的1.084倍。此時(shí)轉(zhuǎn)子流量計(jì)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(cè)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(dāng)流量為30m3/h時(shí)，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(cè)壓口間的垂直距離為0.4m，軸功率為3.45kW。試計(jì)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(xué)習(xí)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(zhǎng)為400m（包括全部局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)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(shí)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(diǎn)方程；（2）泵工作點(diǎn)的流量與壓頭。解：（1）管路特點(diǎn)曲線方程：HePZ1u2hfZhfg2gZlleu2hfZlleu2d2g(d32)2gHe10(0.0340032)1(Q2)20.07529.810.7850.075105.019105Q2)泵特點(diǎn)曲線36管路特點(diǎn)曲線m(34（2）在坐標(biāo)紙中繪出泵的特點(diǎn)曲線及管路特點(diǎn)曲H323028線的工作點(diǎn)：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(shuō)明：1）輸送量有無(wú)變化？2）壓頭有無(wú)變化？3）泵的軸功率有無(wú)變化？學(xué)習(xí)好幫手圓滿格式整理版4）泵出口處壓力有無(wú)變化？解：變化時(shí)，泵特點(diǎn)曲線不變。管路特點(diǎn)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(jiǎn)化：P2gHe1u22Z2hf2g工作點(diǎn)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(diǎn)方程為H407.2104Q2（單位：H—m，Q—m3/s），當(dāng)管路中閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，輸水量為0.01m3/s，且流動(dòng)已進(jìn)入阻力平方區(qū)。試求：（1）管路特點(diǎn)方程；（2）若閥門(mén)開(kāi)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(shè)輸送水時(shí)管路特點(diǎn)方程為HeABQ2其中，p1098.110320Az10009.81g當(dāng)輸水量為0.01m3/s時(shí)，由泵特點(diǎn)方程與管路特點(diǎn)方程聯(lián)立：407.21040.01220B0.012學(xué)習(xí)好幫手圓滿格式整理版得B1.28105即此時(shí)管路特點(diǎn)方程為He201.28105Q2（2）當(dāng)改送密度為1200kg/m3的堿液時(shí)，泵特點(diǎn)方程不變，此時(shí)管路特點(diǎn)方程A'zp1098.110318.3'g12009.81流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)，且閥門(mén)開(kāi)度不變，則B不變。因此管路特點(diǎn)方程變?yōu)镠e18.31.28105Q2將該方程與泵特點(diǎn)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(shè)備送水。已知泵特點(diǎn)方程為H400.01Q2，管路特點(diǎn)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(tái)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(diǎn)：H2(400.01Q2)與管路特點(diǎn)聯(lián)立：250.03Q22(400.01Q2)解得：Q33.17m3h（3）兩泵并聯(lián)后：學(xué)習(xí)好幫手圓滿格式整理版泵的特點(diǎn)：H400.01(Q)22與管路特點(diǎn)聯(lián)立：250.03Q2400.01(Q)22解得：Q21.48m3/h44．用型號(hào)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(dāng)?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(jiàn)，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(yīng)如何安裝？（當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?00kPa）解：（1）當(dāng)容器內(nèi)真空度為360mmHg時(shí)，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(dāng)容器敞口時(shí)，學(xué)習(xí)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(wèn)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(shí)質(zhì)安裝高度Hg實(shí)＝2.0mHg允，說(shuō)明此泵安裝不當(dāng)，泵不能夠正常操作，會(huì)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(jìn)入，池中水面高出河面25m。管路的總長(zhǎng)度為80m，其中吸入管路為24m（均包括全部局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度），設(shè)摩擦系數(shù)為0.028。，試采用一臺(tái)合適的泵，并計(jì)算安裝高度。設(shè)水溫為20℃，大氣壓力為101.3kPa。解：以大流量Q＝100m3/h計(jì)。在河水與蓄水池面間列柏努力方程，并簡(jiǎn)化：HeZhfZlleu2d2gQ10036002.46mu2s0.785d0.7850.122學(xué)習(xí)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(shí)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?，F(xiàn)將該油品送入反應(yīng)釜中，輸送管路為φ57×2mm，由液面到設(shè)備入口的升揚(yáng)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(tái)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(cè)22面間列柏努力方程，簡(jiǎn)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(shè)備輸送密度為1.36kg/m3的氣體，氣柜內(nèi)的壓力為650Pa（表壓），設(shè)備學(xué)習(xí)好幫手圓滿格式整理版內(nèi)的壓力為102.1kPa（絕壓）。通風(fēng)機(jī)輸出管路的流速為12.5m/s，管路中的壓力損失為500Pa。試計(jì)算管路中所需的全風(fēng)壓。（設(shè)大氣壓力為101.3kPa）解：pT(p2p1)u22pf2102.1101.30.651031.3612.525002756.25Pa學(xué)習(xí)好幫手圓滿格式整理版第二章非均相物系分別1、試計(jì)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(dāng)Retdut2時(shí)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(xué)習(xí)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(yùn)動(dòng)，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(shè)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(shè)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(xué)習(xí)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(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分別器進(jìn)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)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(guò)濾面積為0.093m2的小型板框壓濾機(jī)，恒壓過(guò)濾含有碳酸鈣顆粒的水懸浮液。過(guò)濾時(shí)間為50秒時(shí)，共獲得2.27×10-3m3的濾液；過(guò)濾時(shí)間為100秒時(shí)。共獲得3.35×10-3m3的濾液。試求當(dāng)過(guò)濾時(shí)間為200秒時(shí)，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(xué)習(xí)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(guò)程每年須生產(chǎn)濾液3800m3，年工作時(shí)間5000h，采用間歇式過(guò)濾機(jī)，在恒壓下每一操作周期為2.5h，其中過(guò)濾時(shí)間為1.5h，將懸浮液在同樣操作條件下測(cè)得過(guò)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(guò)濾面積，2）今有過(guò)濾面積8m2的過(guò)濾機(jī)，需要幾臺(tái)？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(guò)濾機(jī)為8m2/臺(tái)，因此需2臺(tái)過(guò)濾機(jī)。8、BMS50/810-25型板框壓濾機(jī)，濾框尺寸為810×810×25mm，共36個(gè)框，現(xiàn)用來(lái)恒壓過(guò)濾某懸浮液。操作條件下的過(guò)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(shí)，生成0.148m3的濾渣。求濾框充滿濾渣所需時(shí)間。若沖洗時(shí)間為過(guò)濾時(shí)間的2倍，輔助時(shí)間15min，其生產(chǎn)能力為多少？解：濾框總?cè)莘eV0=0.812×0.025×36=0.590m3過(guò)濾面積A=0.812×2×36=47.2m2學(xué)習(xí)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(mén)=283+2×283+15×60=1749s由VV0得一個(gè)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(lái)徑為1.75m，長(zhǎng)0.9m的轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)。操作條件下吞沒(méi)度為126o，轉(zhuǎn)速為1r/min，濾布阻力能夠忽略，過(guò)濾常數(shù)K為5.15×10-6m2/s，求其生產(chǎn)能力。解：由于過(guò)濾面積A=πDL=3.14×1.75×0.9=4.95m2吞沒(méi)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(guò)濾機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn)，每小時(shí)可得濾液4m3。若過(guò)濾介質(zhì)阻力能夠忽略，每小時(shí)獲得6m3濾液時(shí)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？此時(shí)轉(zhuǎn)鼓表面濾餅的厚度為原來(lái)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(xué)習(xí)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(shí)為計(jì)算基準(zhǔn)，則Q=VQ=V1122故L1L2L2(V2)L1(6)L11.5L1V1V2V14學(xué)習(xí)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(dǎo)熱系數(shù)為0.16W/（m℃），已測(cè)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(cè)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(cè)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(xué)習(xí)好幫手圓滿格式整理版Qt3t4273.9105.6t4Ab30.2430.93t434.9oCΦ130mm導(dǎo)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(zhǎng)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(zhǎng)的熱損失習(xí)題3-3附圖Q2L(t1t3)r21r31lnr1ln12r221(623373)1570397W1251550.0143.94lnln200.22516由于是定態(tài)熱傳導(dǎo)，故各層傳導(dǎo)的熱量應(yīng)該相等，可獲得鋼管表面面的溫度t2。t2t1Q1lnr26233971ln25622K2l1r12116204、Φ60×3㎜的鋁合金管（導(dǎo)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(dǎo)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(jié)）。1）已知管內(nèi)壁溫度為-110℃，軟木外側(cè)溫度為10℃，求每米管長(zhǎng)上損失的冷量；2）計(jì)算出鋼、石棉及軟木層各層熱阻在總熱阻中所占的百分?jǐn)?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(jì)算，假設(shè)最外層的石棉層表面溫度仍為10℃。求此時(shí)每米管長(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)損失的冷量：學(xué)習(xí)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?jǐn)?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(jì)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(rèn)為t1和t4不變。q21101037.94W/n270.04ln30016.ln60以上計(jì)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(jì)算不嚴(yán)格，因?yàn)楸＠浜?，則t4應(yīng)增大，即t410℃。5、欲測(cè)某絕緣資料的導(dǎo)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(zhǎng)l=1.0m.r1=10mm,r2=13mm,r3=23mm,r4=27mm。在管內(nèi)用熱電偶加熱，當(dāng)電熱功率為1.0kW時(shí)，測(cè)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(dǎo)熱系數(shù)為50W/（ｍ·Ｋ），試求絕緣資料的導(dǎo)熱系數(shù)。若忽略壁阻，會(huì)引起多大的誤差？習(xí)題5附圖解：按題意求得：學(xué)習(xí)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(guò)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(cè)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(yuǎn)小于絕緣資料的熱阻，在實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)為2m的鋼管中以1m/s的流速經(jīng)過(guò)。冷卻水的進(jìn)、出口溫度為20℃和50℃，求管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)？解：定性溫度t定205035oC2查得水在35℃時(shí)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(xué)習(xí)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(wú)縫鋼管組成，苯在管內(nèi)以8.32kg/s的流速經(jīng)過(guò)，從80℃冷卻至20℃。求苯對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)；若流速增加一倍，其他條件不變，對(duì)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(shí)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?jǐn)?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(jìn)、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(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)。已知70℃硫酸的物性參數(shù)以下：學(xué)習(xí)好幫手圓滿格式整理版cp1.528kJ/(kgoC),μ6.4mPas,λ0.365W/(moC)壁溫60℃時(shí)的硫酸黏度μ8.4mPasw1267W/（m2·℃））解：定性溫度t定509070oC2查得硫酸在70℃時(shí)的物性參數(shù)：cp1.528kJ/kgoC,6.4mPas,0.365W/moC壁溫60℃時(shí)的硫酸黏度μw8.4mPas由于黏度較大，故用式（3-16）計(jì)算0.027Re0.8Pr0.33()0.14dwRedu0.02118005625104過(guò)渡流6.4103Prcp6.41031.52810326.80.3650.3650.80.336.41030.142oα0.0270.02(5625)(26.8)(8.4103)1418W/(mC)過(guò)渡流校正f16105161050.8934Re1.8(5625)1.8過(guò)f14180.89341267W/(moC)9、原油在Φ89×6㎜的管式爐對(duì)流段的管內(nèi)以0.5m/s的流速流過(guò)而被加熱，管長(zhǎng)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(duì)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(shí)的黏度μ3.0mPasw解：原油在管內(nèi)流動(dòng)的ReRedu0.0770.5850261031259（層流）Prcp261032103400（0.6<Pr<6700）0.13RePrd12594000.077646210l6學(xué)習(xí)好幫手l6

圓滿格式整理版77.910d0.077因此原油在管內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)用式（3-19）計(jì)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(duì)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(duì)流傳熱系數(shù)。解∶定性溫度t定38823oC2查得水在23℃時(shí)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(guò)渡區(qū)2.2103Prcp2.21033.7610315.20.544銅氨液被冷卻，k=0.3，則：學(xué)習(xí)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(guò)渡流需校正f16105161050.7388Re1.8(3420)1.8α過(guò)f500.40.7388369.7W/(moC)彎管校正α彎α過(guò)(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(zhǎng)方向流動(dòng)，空氣出口溫度為30℃。試求空氣對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)。解：定性溫度t定123021oC2查得空氣在21℃時(shí)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(guò)程中，用反應(yīng)后高溫的SO3混雜氣預(yù)熱反應(yīng)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(guò)。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(duì)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(duì)流傳熱，對(duì)流傳熱系數(shù)按式3-25計(jì)算學(xué)習(xí)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(shí)，de242437.5mmd038管外流體流過(guò)的最大截面積Smax計(jì)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(shí)質(zhì)對(duì)流傳熱系數(shù)為w計(jì)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(shí)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×