管國鋒主編化工原理課后習(xí)題答案

緒論習(xí)題1）含水份52%的木材共120kg，經(jīng)日光照曬，木材含水份降至25%，問：共失去水份多少千克？以上含水份均指質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。木材木材120(1-0.52)=(120-w)(1-0.25)照曬w=43.2kg2）以兩個串聯(lián)的蒸發(fā)器對NaOH水溶液予以濃縮，流程及各符號意義如圖所示，F(xiàn)、G、E皆為NaOH水溶液的質(zhì)量流量，x表示溶液中含NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，W表示各蒸發(fā)器產(chǎn)生水蒸汽的質(zhì)量流量。若，，，，問：W1、W2、E、x1各為多少？W1kg/sW2NaOH水液Gkg/sEkg/sF=6.2Kg/s蒸發(fā)器1蒸發(fā)器2X2=0.30 X0=0.105W1:W2=1:1.15,X---(Wt),x1,w1,w2,D,E=?對控制體I，NaOH物料衡算：Fx0=Ex2即6.2×0.105=E×0.30E=2.17kg/sW1+W2=F-E=6.2-2.17=4.03kgW1=4.03/2.15=1.87kg/s，W2=4.03-1.87=2.16kg/s對控制體II，總的物料衡算：G=F-W1=6.2-1.87=4.33kg/sFx0=Gx2即6.2×0.105=4.33x1,x1=0.153)某連續(xù)操作的精餾塔分離苯與甲苯。原料液含苯0.45（摩爾分率，下同），塔頂產(chǎn)品含苯0.94。已知塔頂產(chǎn)品含苯量占原料液中含苯量的95%。問：塔底產(chǎn)品中苯的濃度是多少？按摩爾分率計(jì)。[解]： 0.95==4)導(dǎo)熱系數(shù)的SI單位是W/(m·℃)，工程制單位是kcal/(m·h·℃)。試問1kcal/(m·h·℃)相當(dāng)于多少W/(m·℃)？并寫出其因次式。1kcal/(m.h.0C)=?J/(m.s∵1kcal=4.187×103J,1h=3600s∴

5)已知理想氣體通用常數(shù)物理大氣壓·升/(摩爾·K)，試求采用J/(kmol·K)時R的數(shù)值。解：寫出以J/（kmolk）的單位為理想氣體通用常數(shù)R之值?！?物理大氣壓=1.0133×105N/m2，1升=10-3∴R=0.082056）水蒸汽在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)可用如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：式中D——擴(kuò)散系數(shù)，英尺2/h；p——壓強(qiáng)，atm；T——絕對壓強(qiáng)，。試將上式改換成采用SI單位的形式。各物理量采用的單位是：D—m2/s，p—Pa，T—K。解:經(jīng)驗(yàn)公式的單位換算:物理量擴(kuò)散系數(shù)壓強(qiáng)絕對溫度原來單位英尺2/hatm0R后來單位M2/sPaK∵1英尺2/h=0.30482/3600m2/s=2.58×10-5m2/s,1atm=1.0133×105pa,溫差1k=1.80R7）在冷凝器中蒸汽與冷卻水間換熱，當(dāng)管子是潔凈的，計(jì)算總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式為：式中K——總傳熱系數(shù)，Btu/(ft2·h·℉)；u——水流速，ft/s。試將上式改換成采用SI單位的形式。各物理量采用的單位是：K—W/(m·℃)，u—m/s。解：經(jīng)驗(yàn)公式的單位換算：物理量傳熱系數(shù)流速原來單位BUT/ft2.h.0ft/s后來單位W/（m2.K）m/s∵1BUT/(ft2.h.0F)=5.678W/(m2.K),1ft/s=0.3048m/s《第一章流體流動》習(xí)題解答1某敞口容器內(nèi)盛有水與油。如圖。已知水及油的密度分別為1000和860kg/m3，解：h1=600mm，h2=800mm，問H為多少mm？2.有一幢102層的高樓，每層高度為4m。若在高樓范圍內(nèi)氣溫維持20℃3.某水池，水深4米，水面通大氣，水池側(cè)壁是鉛垂向的。問：水池側(cè)壁平面每3米寬度承受水的壓力是多少N？外界大氣壓為1atm。4．外界大氣壓為1atm，試按理想氣體定律計(jì)算0.20at（表壓）、20℃5．有個外徑為R2、內(nèi)徑為R1為的空心球，由密度為ρ’的材料制成。若將該球完全淹沒在某密度為ρ的液體中，若球能在任意位置停留，試求該球的外徑與內(nèi)徑之比。設(shè)球內(nèi)空氣重量可略。6．為放大以U形壓差計(jì)測氣體壓強(qiáng)的讀數(shù)，采用傾斜式U形壓差計(jì)。如圖。指示液是ρ=920kg/m3的乙醇水溶液。氣體密度為1.20kg/m3。讀數(shù)R=100mm。問p1與p2的差值是多少mmHg？采用微差U形壓差計(jì)測壓差。如圖。已知U形管內(nèi)直徑d為6mm，兩擴(kuò)大室半徑均為80mm，壓差計(jì)中用水和礦物油作指示液，密度分別為1000及860kg/m3。當(dāng)管路內(nèi)氣體壓強(qiáng)p與外界大氣壓p0相等時，兩擴(kuò)大室油面齊平，U形管兩只管內(nèi)油、水交界面亦齊平?，F(xiàn)讀得讀數(shù)R=350mm，試計(jì)算：（1）氣體壓強(qiáng)p（表）。（2）若不計(jì)擴(kuò)大室油面高度差，算得的氣體壓強(qiáng)p是多少？（3）若壓差計(jì)內(nèi)只有水而不倒入礦物油，如一般U形壓差計(jì)，在該氣體壓強(qiáng)p值下讀數(shù)R0為多少？7．某傾斜的等徑直管道內(nèi)有某密度ρ的液體流過。如圖。在管道的A、B截面設(shè)置了兩套U形壓差計(jì)測壓差，下測用的是一般U形壓差計(jì)，上測用的是復(fù)式U形壓差計(jì)，所用的指示液均為密度是ρ1的同一種液體。復(fù)式壓差計(jì)中兩段指示液之間的流體是密度為ρ的流過管道內(nèi)的液體。試求讀數(shù)R1與R2、R3的關(guān)系。9)將水銀倒入到圖示的均勻管徑的U形管內(nèi)，水銀高度h1=0.25m。然后將水從左支管倒入，測得平衡后左支管的水面比右支管的水銀面高出0.40m。試計(jì)算U形管內(nèi)水與水銀的體積比。解：R1=0.4mR2h1=0.25m11L=0.015mL習(xí)題9附圖如圖所示1--1為等壓面,p1=p1’水g(R1+R2)=水銀gR2103(0.4+R2)=13.6103R2R2=0.0317mV水銀=d2(2h1+L)V水=d2(R1+R2)V水銀/V水=(2h1+L)/(R1+R2)=(20.25+0.015)/(0.4+0.0317)=1.1910)一直立煤氣管，在底部U形壓差計(jì)h1=120mm，在H=25m高處的U形壓差計(jì)h2=124.8mm。U形管指示液為水。管外空氣密度為1.28kg/m3。設(shè)管內(nèi)煤氣及管外空氣皆靜止，求管內(nèi)煤氣的密度。h2Hh1習(xí)題10附圖p2p2’解：Hp1p1p1－p1’=水gh1p2－p2’=水gh2(1)減(2)，得(p1－p2)－(p1’－p2’)=水g(h1－h(huán)2)其中p1－p2=煤gH，p1’－p2’=空gH，代入(3)式,得：煤gH－空gH=水g(h1－h(huán)2)即煤=水(h1－h(huán)2)/H＋空=103(0.120－0.1248)/25＋1.28=1.088kg/m311．以2”的普通壁厚的水煤氣鋼管輸送15℃的清水，水在管內(nèi)滿流。已知水流速u=12．如圖所示，質(zhì)量為3.5kg，面積為40×46cm2的一塊木板沿著涂有油的斜面等速向下滑動。已知v=1.2m/s，σ=1.5mm（油膜厚度）。求滑油的粘度。13512v13解：512VG從受力分析Gsin=Amgsin=A==3.59.81/(404610-4)=71.77N/m2====71.771.510-3/1.2=0.0897Pas13．以壓縮空氣將某液體自儲槽壓送到高度H=5.0m、壓強(qiáng)p2為2.5at（表壓）的容器內(nèi)，如圖。已知液體密度ρ=1800kg/m3，流體的流動阻力為4.0J/kg。問：所需的壓縮空氣壓強(qiáng)p1至少為多少at（表壓）？14．水以70m3/h的流量流過傾斜的異徑管通。如圖。已知小管內(nèi)徑dA=100mm，大管內(nèi)徑dB=150mm，B、A截面中心點(diǎn)高度差h=0.3m15．水以6.4×10-4m3/s的流量流經(jīng)由小至大的管段內(nèi)。如圖。小管內(nèi)徑d1=20mm，大管內(nèi)徑d2=46mm。欲測1、2兩截面處水的壓差，為取得較大的讀數(shù)R，采用倒U形壓差計(jì)。已知壓差計(jì)內(nèi)水面上空是ρ=2.5kg/m3的空氣，讀數(shù)R=100mm。求水由1至2截面的流動阻力∑h16．水從噴嘴口1-1截面垂直向上噴射至大氣。如圖。設(shè)在大氣中流束截面保持圓形，已知噴嘴內(nèi)直徑d1=20mm，出噴嘴口水流速u1=15m/s。問：在高于噴嘴出口5m處水流的直徑是多大？忽略摩擦阻力。解：1--1與2--2之間列柏努利方程22gz1＋u12/2＋p1/=gz2＋u22/2＋p2/z1=0，z2=5m，p1=p2u12/2=gz2＋u22/2152/2=9.81×5＋u22/211u2=11.26m/s又，u1d12=u2d22習(xí)題16附圖d2=(u1/u2)1/2d1=0.020=0.0231m17．高、低水庫的水面高度差H=42m，水流量為30m3/s，水流的總阻力為4.5mH2O。如圖。已知透平的效率η解：u1=u2=0，p1=p2，z2=0，11z1=H=42m1--1與2--2間列柏努利方程Hgz1u12/2p1/Ws=gz2u22/2p2/hfWs=－gz1hf=－9.8142＋4.59.81103/10322=－368J/kgNa=WsV=－36830103=1.10107WNe=Na=1.101070.78=8.61106W=8.61103kW18．某水溶液在圓直、等徑管內(nèi)層流動。管內(nèi)半徑為R。設(shè)測點(diǎn)流速的探針頭位置與管軸線的距離為r。問：測點(diǎn)相對位置為多少時該點(diǎn)的點(diǎn)流速等于平均流速？19．以水平圓直管輸送某油品。管內(nèi)徑為d1，管兩段壓差為。因管道腐蝕，擬更換管道。對新裝管道要求如下：管長不變，管段壓降為原來壓降的0.75，而流量加倍。設(shè)前后情況流體皆為層流。問：新管道內(nèi)徑d2與原來管內(nèi)徑d1之比為多少？20．在機(jī)械工程中常會遇到流體在兩平行固體壁的間隙中作一維定態(tài)流動的情況。如圖。設(shè)流動為層流。設(shè)間隙厚為2y0，試證流體沿y軸向點(diǎn)流速呈如下拋物線規(guī)律分布：解：對長度L，高度y，寬度為1的流體元作受力與運(yùn)動分析:21．粘度為μ，密度為ρ的液體沿鉛垂向平壁膜狀流下。如圖。設(shè)液體層流流動，液膜厚度為δ，平壁寬度為B。試推導(dǎo)任一流動截面上液體點(diǎn)流速v隨y的變化規(guī)律，并證明平均流速解：取寬為B,長為dx,高為y的流體元作受力與運(yùn)動分析:22)串聯(lián)兩管1、2，d1=d2/2，L1=80m，Re1=1600，hf1=0.54m液柱，hf2=56mm液柱，求L2。局部阻力可略。解：∵Re=，Re,2/Re,1=d1/d2=1/2，Re,2=Re,1/2=1600/2=800，兩管內(nèi)皆為層流又，hf=32ul/(gd2)32Vl/(d2gd2)l/d4hf,2/hf,1=(d1/d2)4l2/l1即56/540=(1/2)4ll2=133m23)原1=920kg/m3，1=1.30P，現(xiàn)2=860kg/m3，2=1.15P，層流，W2/W1=1.30求：pf1/pf2。局部阻力不計(jì)。解：層流，pf=32ul/d2=32Wl/(d2d2)pf,2/pf,1=(2/1)(W2/W1)(1/2)=1.30=1.2324)某牛頓型流體在圓、直、等徑管內(nèi)流動，在管截面上的速度分布可表達(dá)為v=24y200y2，式中：y截面上任一點(diǎn)至管壁的徑向距離，m；v該點(diǎn)的點(diǎn)流速，m/s。試求：(1)管半徑中點(diǎn)處的流速。(2)管壁處的剪應(yīng)力。該流體的粘度為0.045Pas。解：若為層流，v=vmax[1－(r/R)2]=vmax[(R2－r2)/R2]=vmax(R－r)(R+r)/R2=vmaxy(2R－y)/R2=2vmaxy/R－vmaxy2/R2可見，該流型為層流∵2vmax/R=24，vmax/R2=200，二式相除，得(vmax/R2)/(2vmax/R)=1/(2R)=200/24R=0.06mi.y=0.06/2=0.03m，v=24y－200y2=(240.03)－(2000.032)=0.54m/sii.dv/dy=24－400y,dv/dyy=0=24w=(dv/dy)y=0=0.04524=1.08N/m225)W=35T/h，H=20m，1084mm，=2840cP，=952kg/m3，=50%，N=85kW，求包括局部阻力當(dāng)量管長的總管長。解：W=35T/h=35103kg/hd=108－42=100mm=0.1m，=2840cP=2.84PasNe=N=851030.5=4.25104WWs=Ne/W=4.251043600/(35103)=4371J/kg1--1與2--2間列柏努利方程gz1+u12/2+p1/+Ws=gz2+u22/2+p2/+hfz1=0，z2=H=20m，u1=u2=0，p1=p2Ws=gH+hfhf=Ws－gH=4371－9.8120=4175J/kgu===35103/(36009520.12)=1.30m/sRe===43.62000層流===1.47∵h(yuǎn)f=u2/2=2/u2=2/1.302=336m26．某有毒氣體需通過一管路系統(tǒng)?，F(xiàn)擬用水在按1/2尺寸縮小的幾何相似的模型管路系統(tǒng)中做實(shí)驗(yàn)予估實(shí)際氣流阻力。實(shí)際氣體流速為20.5m/s，密度為1.30kg/m3，運(yùn)動粘度為0.16cm2/s。實(shí)驗(yàn)用水的密度為1000kg/m3，運(yùn)動粘度為0.01cm2/s。為使二者動力相似，水流速應(yīng)為多少？若模型實(shí)驗(yàn)測得流動阻力為15.2J/kg，實(shí)際氣體的流動阻力是多少？欲滿足動力相似，必須Re,其=Re,水，設(shè)氣體管徑為d,即27．某實(shí)驗(yàn)室擬建立流體通過圓直、等徑管內(nèi)的阻力測試裝置，有兩個方案，一個方案是采用20℃清水為工質(zhì)，水流速不超過3.0m/s；另一方案以p=1atm、20℃空氣（按干空氣計(jì)）為工質(zhì)，流速不超過25.0m/s，要求最大。問：兩方案需要的管內(nèi)徑各為多少？若管子絕對粗糙度皆為0.1mm28．試證明流體在圓管內(nèi)層流時，動能校正系數(shù)。29．試按規(guī)律推導(dǎo)湍流的值。30．某牛頓型流體在圓、直、等徑管內(nèi)流動，管子內(nèi)半徑為50mm。在管截面上的流速分布可表達(dá)為，式中：y——截面上任一點(diǎn)至管壁的徑向距離，m；v——該點(diǎn)的點(diǎn)流速，m/s。試求：（1）流型；（2）最大點(diǎn)流速vmax。解：設(shè)v=vmax(1－r/R)1/6=vmax()1/6=(vmax/R1/6)y1/6，故該流型為湍流。又∵vmax/R1/6=vmax/(0.050)1/6=2.54vmax=1.54m/s31．某直管路長20m，管子是1”普通壁厚的水煤氣鋼管，用以輸送38℃的清水。新管時管內(nèi)壁絕對粗糙度為0.1mm，使用數(shù)年后，舊管的絕對粗糙度增至0.3mm，若水流速維持32．某流體在光滑圓直管內(nèi)湍流流動，設(shè)摩擦系數(shù)可按布拉修斯公式計(jì)算?，F(xiàn)欲使流量加倍，管長不變，管內(nèi)徑比原來增大20%，問：因摩擦阻力產(chǎn)生的壓降為原來的多少倍。33．如圖所示，某液體在光滑管中以u=1.2m/s流速流動，其密度為920kg/m3，粘度為0.82cP。管內(nèi)徑為50mm，測壓差管段長L=3m。U形壓差計(jì)以汞為指示液。試計(jì)算R值。11L22R習(xí)題33附圖解：在1--1與2--2間列柏努利方程：gz1+u12/2+p1/=gz2+u22/2+p2/+hf或(pm,1－pm,2)/=hf(u1=u2)(i－)gR/=(0.3164/Re0.25)u2/2其中Re==0.051.2920/(0.8210-3)=6.73104則(13.6-0.92)1039.81R/920=[0.3164/(6.73104)0.25](3/0.050)(1.22/2)R=6.2810-334．有一高位水槽，其水面離地面的高度為H。如圖。水槽下面接有2”普通壁厚水煤氣鋼管130m長，管路中有1只全開的閘閥，4只全開的截止閥，14只標(biāo)準(zhǔn)90°彎頭。要求水流量為10.5m3/h，設(shè)水溫20℃，ε35．承第34題，若已知H=20m，問水流量多少m3/h？36．有兩段管路，管子均為內(nèi)徑20mm、長8m、絕對粗糙度0.2mm的直鋼管，其中一根管水平安裝，另一根管鉛垂向安裝。若二者均輸送20℃37．有A、B兩根管道并聯(lián)。已知：lA=8m，dA=50mm，lB=12m，dB=38mm（上述l中包含了局部阻力，d指內(nèi)徑）。流體工質(zhì)是常壓、20℃的空氣（按干空氣計(jì)）?？偭髁渴?00kg/h。問：B管的質(zhì)量流量是多少？分支點(diǎn)與匯合點(diǎn)的局部阻力可略。ε皆為0.2mm38．某水塔供水流程如附圖的a)圖所示，管長為L?，F(xiàn)需增加50%的流量，擬采用b)流程。b)流程中各管管徑均與a)流程的相同，其L/2管長為兩管并聯(lián)。設(shè)局部阻力不計(jì)，所有管內(nèi)流體流動的摩擦系數(shù)λ值均相等且為常數(shù)。問：b)方案能否滿足要求。39．某七層的宿舍樓，第四至第七層樓生活用水均來自房頂水箱。如圖。若總輸水管為普通壁厚水煤氣鋼管，各層樓自來水支管為普通壁厚水煤氣鋼管。所用的閥皆為截止閥。水箱內(nèi)水深2m。有關(guān)尺寸示于附圖。試計(jì)算：（1）只開七樓的閥且閥全開時，V7為多少？（2）當(dāng)四樓及七樓的閥都全開，五、六樓的閥全關(guān)，V4及V7及各為多少？計(jì)算支管阻力時只計(jì)入局部阻力，直管阻力可略。設(shè)λ皆為0.040。40．用離心泵將水由水槽送至水洗塔內(nèi)。水槽敞口。塔內(nèi)表壓為0.85at。水槽水面至塔內(nèi)水出口處垂直高度差22m。已知水流量為42.5m3/h，泵對水作的有效功為321.5J/kg，管路總長110m（包括局部阻力當(dāng)量管長），管子內(nèi)徑100mm。試計(jì)算摩擦系數(shù)λ解：1--1與2--2間列柏努利方程：gz1+u12/2+p1/+Ws=gz2+u22/2+p2/+hfz1=0，z2=22m，u1=0，p1(表)=0u2==42.5/(0.123600)=1.50m/sp2=0.85at=0.859.81104=8.34104PaWs=gz2+u12/2+p2/+hf即321.5=9.8122+1.502/2+8.34104/103+hfhf=21.2J/kghf=u2/2=1.502/2=21.2=0.0171221141．35℃的水由高位槽經(jīng)異徑收縮管向下流動。如圖。若不考慮流動阻力，為保證水在流經(jīng)收縮管時不發(fā)生汽化現(xiàn)象，收縮管的管徑應(yīng)限制在多大尺寸以上？當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?atm，35℃的水的密度為994kg/m3，飽和蒸汽壓為5.62kPa。H=12m，h=8m，d=1122Hhd33習(xí)題41附圖解：1]“1--1”至“3--3”列柏努利方程gz1+p1/+u12/2=gz3+p3/+u32/2∵p1=p3，z3=0，u1=0u3===15.3m/s2]“2--2”至“3--3gz2+p2/+u22/2=gz3+p3/+u32/22截面剛液體汽化時，p2=5.62kPa，則9.818+5.62103/994+u22/2=1.013105/994+15.32/2u2=16.4m/s3]∵u3d32=u2d22即15.31502=16.4d22d2=145mm42．如附圖所示，水泵抽水打進(jìn)B、C水槽。已知各管內(nèi)徑相等，且A—B段、A—C段和OA段（不包括泵內(nèi)阻力）的管道長與局部阻力當(dāng)量管長之和相等。設(shè)摩擦系數(shù)λ值皆相同，過程定態(tài)。求。C水BVCA水VB8.0mO習(xí)題42附圖解：由“AB”與“AC”可列下式EA－EC=VC2EA－EB=VB2EC－EB=(VB2－VC2)代入數(shù)據(jù)：9.81(8.0－5.0)=(VB2－VC2)即：29.4=(VB2－VC2)……(1)由“OB”得Ws=EB+(VC+VB)2+VB2代入數(shù)據(jù)：150=9.815.0+(VC+VB)2+VB2即：101=(VC+VB)2+VB2……(2)(2)/(1)，得[(VC+VB)2+VB2]/(VB2－VC2)=[(VC/VB+1)2+1]/[1－(VC/VB)2]解得：VC/VB=0.38743．在φ108×4mm的圓直管內(nèi)用畢托管測點(diǎn)流速。已知管內(nèi)流體是平均分子量為35的混合氣體，壓強(qiáng)為200mmH2O（表壓），外界大氣壓為1atm，氣溫為32℃，氣體粘度為0.02cP。在測管軸心處vmax時，U形壓差計(jì)讀數(shù)R為10mm，壓差計(jì)指示液為水。問：管內(nèi)氣體流量是多少m344．在內(nèi)徑為50mm的圓直管內(nèi)裝有孔徑為25mm的孔板，管內(nèi)流體是25℃清水。按標(biāo)準(zhǔn)測壓方式以U形壓差計(jì)測壓差，指示液為汞。測得壓差計(jì)讀數(shù)R為500mm45.某轉(zhuǎn)子流量計(jì)，刻度是按常壓、20℃空氣實(shí)測確定的?，F(xiàn)用于測常壓下15℃的氯氣，讀得刻度為2000。已知轉(zhuǎn)子的密度為2600kg/m346．已知某容器的容積V=0.05m3，內(nèi)儲壓縮空氣，空氣密度為8.02kg/m3。如圖。在打開閥門時，空氣以285m/s流速沖出，出口面積A=65mm2。設(shè)容器內(nèi)任一時刻空氣性質(zhì)是均勻的。外界大氣密度為1.2kg/m3《第二章流體輸送機(jī)械》習(xí)題解答1）某盛有液體的圓筒容器，容器軸心線為鉛垂向，液面水平，如附圖中虛線所示。當(dāng)容器以等角速度ω繞容器軸線旋轉(zhuǎn)，液面呈曲面狀。試證明：①液面為旋轉(zhuǎn)拋物面。②。③液相內(nèi)某一點(diǎn)（r，z）的壓強(qiáng)。式中ρ為液體密度。解題給條件下回旋液相內(nèi)滿足的一般式為（常量）取圓柱坐標(biāo)如圖，當(dāng)Z=0,r=0,P=P0,∵C=P0故回旋液體種，一般式為①液面為P=P0的等壓面，為旋轉(zhuǎn)拋物面②又即：h0=∴H=2h0③某一點(diǎn)（r,Z）的壓強(qiáng)P:2）直徑0.2m、高0.4m的空心圓桶內(nèi)盛滿水，圓筒定該中心處開有小孔通大氣，液面與頂蓋內(nèi)側(cè)面齊平，如附圖所示，當(dāng)圓筒以800rpm轉(zhuǎn)速繞容器軸心線回旋，問：圓筒壁內(nèi)側(cè)最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的液體壓強(qiáng)各為多少？解取圓柱坐標(biāo)如圖，當(dāng)Z=0,r=0,P=P0,∴C=P0故回旋液體種，一般式為B點(diǎn)：Z=0,r=R=0.1m,C點(diǎn):Z=-0.4m,r=0.1m,3）以堿液吸收混合器中的CO2的流程如附圖所示。已知：塔頂壓強(qiáng)為0.45at（表壓），堿液槽液面與塔內(nèi)堿液出口處垂直高度差為10.5m，堿液流量為10m3/h，輸液管規(guī)格是φ57×3.5mm，管長共45m（包括局部阻力的當(dāng)量管長），堿液密度，粘度，管壁粗糙度。試求：①輸送每千克質(zhì)量堿液所需軸功，J/kg。②輸送堿液所需有效功率，W。解①,查得∴②4）在離心泵性能測定試驗(yàn)中，以2泵汲入口處真空度為220mmHg，以孔板流量計(jì)及U形壓差計(jì)測流量，孔板的孔徑為35mm，采用汞為指示液，壓差計(jì)讀數(shù)，孔流系數(shù)，測得軸功率為1.92kW，已知泵的進(jìn)、出口截面間的垂直高度差為0.2m。求泵的效率η。解5）IS65-40-200型離心泵在時的“揚(yáng)程～流量”數(shù)據(jù)如下：V

m3/h7.512.515He

m13.212.511.8用該泵將低位槽的水輸至高位槽。輸水管終端高于高位槽水面。已知低位槽水面與輸水管終端的垂直高度差為4.0m，管長80m（包括局部阻力的當(dāng)量管長），輸水管內(nèi)徑40mm，摩擦系數(shù)。試用作圖法求工作點(diǎn)流量。Vm3/h7.512.515H’em9.6019.526.4Hem13.212.511.8由作圖法得，工作點(diǎn)流量V=9.17m3/h6）IS65-40-200型離心泵在時的“揚(yáng)程～流量”曲線可近似用如下數(shù)學(xué)式表達(dá)：，式中He為揚(yáng)程，m，V為流量，m3/h。試按第5題的條件用計(jì)算法算出工作點(diǎn)的流量。[解]7）某離心泵在時的“揚(yáng)程～流量”關(guān)系可用表示，式中He為揚(yáng)程，m，V為流量，m3/h。現(xiàn)欲用此型泵輸水。已知低位槽水面和輸水管終端出水口皆通大氣，二者垂直高度差為8.0m，管長50m（包括局部阻力的當(dāng)量管長），管內(nèi)徑為40mm，摩擦系數(shù)。要求水流量15m3/h。試問：若采用單泵、二泵并連和二泵串聯(lián)，何種方案能滿足要求？略去出口動能。8）有兩臺相同的離心泵，單泵性能為，m，式中V的單位是m3/s。當(dāng)兩泵并聯(lián)操作，可將6.5l/s的水從低位槽輸至高位槽。兩槽皆敞口，兩槽水面垂直位差13m。輸水管終端淹沒于高位水槽水中。問：若二泵改為串聯(lián)操作，水的流量為多少？9）承第5題，若泵的轉(zhuǎn)速下降8%，試用作圖法畫出新的特性曲線，并設(shè)管路特性曲線不變，求出轉(zhuǎn)速下降時的工作點(diǎn)流量。[解]設(shè)原來轉(zhuǎn)速為n，后來轉(zhuǎn)速n’=0.92n,前后各有關(guān)參量的關(guān)系為：可由原來的（He,V）數(shù)據(jù)一一對應(yīng)算出新轉(zhuǎn)速時的（H’eV’）數(shù)據(jù)，如下表所示：轉(zhuǎn)速nVm3/h7.512.515Hem13.212.511.8轉(zhuǎn)速n’V’m3/h6.911.513.8H’em11.1710.589.99管路特性曲線：He=4.0+0.0995V2m,(V—m可作圖法得（V,He’’）,數(shù)據(jù)如下：（6.9,8.74）,(11.5,17.16),(13.3,22.9)由作圖法得，工作點(diǎn)V=8.8m3/h10）用離心泵輸送水，已知所用泵的特性曲線方程為：。當(dāng)閥全開時的管路特性曲線方程：（兩式中He、He’—m，V—m3/h）。問：①要求流量12m3/h，此泵能否使用？②若靠關(guān)小閥的方法滿足上述流量要求，求出因關(guān)小閥而消耗的軸功率。已知該流量時泵的效率為0.65。解:(1)He=36－0.02V2He‘=12＋0.06V2∵He=He’，解得V=17.3m3/h(2)當(dāng)V=12m3/hHe=360.02122=33.12m，He‘=12＋0.06V2=12＋0.06122=11）用離心泵輸水。在n=2900r/min時的特性為He=36－0.02V2，閥全開時管路特性為He’=12＋0.06V2(兩式中He、He’--m,V--m3/h)。試求：①泵的最大輸水量；②要求輸水量為最大輸水量的85%，且采用調(diào)速方法，泵的轉(zhuǎn)速為多少？解：(1)He=360.02V2He’=12+0.06V2∵He=He’，解得V=17.3m3(2)V’=0.85V=14.7m3H’=()2HV’=泵:(29002/n2)H’=360.02(29002/n2)V’2H’=36n2/(29002)0.02V’2當(dāng)V=14.7m3則H’=(n2/29002)360.0214.72He’=12+0.06V’2=12+0.0614.72=24.97m由He=He’，解得n=2616r/min12)用泵將水從低位槽打進(jìn)高位槽。兩槽皆敞口，液位差55m。管內(nèi)徑158mm。當(dāng)閥全開時，管長與各局部阻力當(dāng)量長度之和為1000m。摩擦系數(shù)0.031。泵的性能可用He=131.8－0.384V表示(He--m,V--m3/h)。試問：①要求流量為110m3/h，選用此泵是否合適？②若采用上述泵，轉(zhuǎn)速不變，但以切割葉輪方法滿足110m3/h流量要求，以D、D’分別表示葉輪切割前后的外徑，問D解：(1)管路He=H0+KV2=z+[8(l+le)/(2gd5)]Vs2=55+2.601104Vs2=55+0.00201V2=55+[80.0311000/(29.810.1585)]Vs2由He=131.80.384VHe=55+0.00201V2得V=122.2m3/h110m3/h(2)H=(D/D’)2H’V=(D/D’)V’切削葉輪后：(D/D’)2H’=131.80.384(D/D’)V’即H’=(D’/D)2131.80.384(D’/D)V’V=110m3/h時，H’=(D’/D)2131.80.384(D’/D)V’=(D’/D)2131.80.384(D’/D)=131.8(D’/D)242.24(D’/D)He’=55+0.00201V’2=55+0.002011102=79.32m，由He’=H’，解得D’/D=0.95213）某離心泵輸水流程如附圖示。泵的特性曲線方程為：He=427.8104V2(He--m,V--m3/s)。圖示的p為1kgf/cm2(表)。流量為12L/s時管內(nèi)水流已進(jìn)入阻力平方區(qū)。若用此泵改輸=1200kg/m3的堿液,閥開啟度、管路、液位差及P值不變，求堿液流量和離心泵的有效功率。習(xí)題13附圖解：p=1kgf/cm2=9.807104PaV=12L/s=0.012m3/s管路He’=H0+KV2=10+(9.807104)/(9.8071000)+KV2=20+K0.0122He=427.81040.0122=30.77m∵He=He’K=7.48104∵改輸堿液閥門開度、管路不變K=7.48104不變管路:He’=z+p/(g)+KV2=10+9.81104/(9.811200)+7.48104V2=18.33+7.48104V2泵He=427.8104V2∵He=He’，解得：V=0.0124m3∵He=427.8104V2=427.81040.01242=30.0mNe=HegV=30.09.810.01241200=4.38103W14)某離心泵輸水，其轉(zhuǎn)速為2900r/min，已知在本題涉及的范圍內(nèi)泵的特性曲線可用方程He=360.02V來表示。泵出口閥全開時管路特性曲線方程為：He’=12+0.05V2(兩式中He、He’m，Vm3/h)。①求泵的最大輸水量。②當(dāng)要求水量為最大輸水量的85%時，若采用庫存的另一臺基本型號與上述泵相同，但葉輪經(jīng)切削5%的泵，需如何調(diào)整轉(zhuǎn)速才能滿足此流量要求？解：(1)由He=360.02VHe’=12+0.05V2令He=He’解得V=21.71m3(2)D’/D=0.95V’=0.85V=0.8521.71=18.45m3另一泵：He=360.9520.020.95V=32.490.019V調(diào)整轉(zhuǎn)速后：He=32.49(n/2900)20.019(n/2900)V=32.49(n/2900)20.019(n/2900)18.45=32.49(n/2900)20.351(n/2900)又He’=12+0.05V2=12+0.0518.452=29.02m，由He=He’解得n=2756r/min15)某離心泵輸水流程如圖示。水池敞口，高位槽內(nèi)壓力為0.3at(表)。該泵的特性曲線方程為：He=480.01V2(Hem,Vm3/h)。在泵出口閥全開時測得流量為30m3/h?，F(xiàn)擬改輸堿液，其密度為1200kg/m3解：p=0.3at=2.94104Pa管路He’=z+p/(g)+KV2=20+2.94104/(9.811000)+KV2=23+KV2V=30m3/h時He=480.01V2=480.01302=習(xí)題15附圖He’=23+KV2=23+K302由于He=He’K=0.0178管路He’=23+0.0178V2泵:He=48(D’/D)20.01V2=480.9520.01V2=43.320.01V2改泵后管路:He’=z+p/(g)+KV2=20+2.94104/(9.811200)+0.018V2=22.5+0.018V2He=43.320.01V2He‘=22.5+0.018V2得V=27.3m316)IS100-80-160型離心泵，P0=8.6mH2O,水溫150C,將水由低位槽汲入泵，有管路情況基本的性能，知V=60m3/h,查的△h,允=3.5m,已知汲入管阻力為2.3m[解]150C清水：ρ=9999kg./m3,PV=1705.16P17)100KY100-250型離心泵，P0=8.6mH2O,水溫150C,將水由低位槽汲入泵，已知工作點(diǎn)流量為100m3/h,查得[HS]=5.4m,汲水管內(nèi)徑為100mm,汲水管阻力為5.4mH18）大氣狀態(tài)是10℃、750mmHg(絕壓)?，F(xiàn)空氣直接從大氣吸入風(fēng)機(jī)，然后經(jīng)內(nèi)徑為800mm的風(fēng)管輸入某容器。已知風(fēng)管長130m，所有管件的當(dāng)量管長為80m，管壁粗糙度，空氣輸送量為2×104m3/h(按外界大氣條件計(jì))。該容器內(nèi)靜壓強(qiáng)為1.0×104Pa(表壓)。庫存一臺9-26型No.8離心式風(fēng)機(jī)，，當(dāng)流量為21982m3/h，mmH2O，其出風(fēng)口截面為0.392×19）離心式風(fēng)機(jī)輸送空氣，由常壓處通過管道水平送至另一常壓處。流量6250kg/h。管長1100m(包括局部阻力)，管內(nèi)徑0.40m,摩擦系數(shù)0.0268。外界氣壓1kgf/cm2，大氣溫度20℃，。若置風(fēng)機(jī)于管道出口端，試求風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓。[提示：1.風(fēng)管兩端壓力變化(p1p2)/p120%時，可視為恒密度氣體，其M值按平均壓力(p1+p2)/2計(jì)算。2.為簡化計(jì)算，進(jìn)風(fēng)端管內(nèi)氣體壓力視為外界氣壓。3.管道兩端壓差104解:以下以H表示管路的壓降(p1－p2)。∵pm=[p0+(p0－H)]/2=p0－H/2m=pm·M/(RT)=(p0－H/2)M/(RT)H=(l/d)(u2/2)m=(l/d)(mu)2/(2m=lW2/{[(/4)d2]22dm}=8lW2RT/[2d5(p0－H/2)M]令C=8lW2RT/(2d5M則上式為H2－2p0H+2C=0其中C=80.02681100(6250/3600)28314293.2/(20.40529)=5.912108由H2－(29.81104)H+(25.912108)=0解得H=6222Pa校核：H/p1=6222/(9.81104)=0.0630.20，把氣體密度視為常量是可以的。則風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓H全=H=6222Pa20）離心泵、往復(fù)泵各一臺并聯(lián)操作輸水。兩泵“合成的”性能曲線方程為：He=72.5－0.00188(V22)2，V指總流量。閥全開時管路特性曲線方程為：He’=51+KV2,(兩式中：He、He’--mH2O，V--L/s)?，F(xiàn)停開往復(fù)泵，僅離心泵操作，閥全開時流量為53.8L/s。試求管路特性曲線方程中的K值。解：只開離心泵時He=72.50.00188V2V=53.8L/s時He=72.50.00188V2=72.5－0.0018853.82=67.06mHe’=51+KV2=51+K53.82∵He=He’K=0.00555m/(L/s)2第三章習(xí)題1）有兩種固體顆粒，一種是邊長為a的正立方體，另一種是正圓柱體，其高度為h，圓柱直徑為d。試分別寫出其等體積當(dāng)量直徑和形狀系數(shù)的計(jì)算式。2）某內(nèi)徑為0.10m的圓筒形容器堆積著某固體顆粒，顆粒是高度h=5mm，直徑d=3mm的正圓柱，床層高度為0.80m，床層空隙率、若以1atm，25℃的空氣以0.25空速通過床層，試估算氣體壓降。[解]圓柱體：3）擬用分子篩固體床吸附氯氣中微量水份?，F(xiàn)以常壓下20℃空塔氣速0.2，床層壓降14.28mmH2O

0.6

93.94mmH2O試估計(jì)25℃、絕對壓強(qiáng)1.35atm的氯氣以空塔氣速0.40通過此床層的壓降。（含微量水份氯氣的物性按純氯氣計(jì)）氯氣，[解]常壓下，歐根公式可化簡為3）令水通過固體顆粒消毒劑固定床進(jìn)行滅菌消毒。固體顆粒的篩析數(shù)據(jù)是：0.5～0.7mm，12%；0.7～1.0mm，25.0%；1.0～1.3，45%；1.3～1.6mm，10.0%；1.6～2.0mm，8.0%（以上百分?jǐn)?shù)均指質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）。顆粒密度為1875。固定床高350mm，截面積為314mm2。床層中固體顆粒的總量為92.8g。以20℃清水以0.040空速通過床層，測得壓降為677mmH2O，試估算顆粒的形狀系數(shù)值。4）以單只濾框的板框壓濾機(jī)對某物料的水懸浮液進(jìn)行過濾分離，濾框的尺寸為0.20×0.20×0.025m。已知懸浮液中每m3水帶有45㎏固體，固體密度為1820。當(dāng)過濾得到20升濾液，測得濾餅總厚度為24.3mm，試估算濾餅的含水率，以質(zhì)量分率表示。6）某粘土礦物加水打漿除砂石后，需過濾脫除水份。在具有兩只濾框的壓濾機(jī)中做恒壓過濾實(shí)驗(yàn)，總過濾面積為0.080m2，壓差為3.0atm過濾時間，分：1.20

2.70

5.23

7.25

10.87

14.88濾液量，升：

0.70

1.38

2.25

2.69

3.64

4.38試計(jì)算過濾常量K，以為單位，并計(jì)算，以為單位。可采用由積分式導(dǎo)出的求K與。[解]為便于直接使用題給數(shù)據(jù)：改用組別XiYi10.701.7143.2651.44221.381.9571.2700.62532.252.3240.0660i0.048342.692.6950.03350.033553.642.9861.2840.53764.383.3973.5081.65815.0415.0739.4274.3447）欲過濾分離某固體物料與水構(gòu)成的懸浮液，經(jīng)小試知，在某恒壓差條件下過濾常量，濾布阻力，每1m3濾餅中含485㎏水，固相密度為2100，懸浮液中固體的質(zhì)量分率為0.075?，F(xiàn)擬采用葉濾機(jī)恒壓差過濾此料漿，使用的濾布、壓差和料漿溫度均與小試時的相同。每只濾葉一個側(cè)面的過濾面積為0.4m2，每次過濾到濾餅厚度達(dá)30mm便停止過濾，問：每批過濾的時間為多少？若濾餅需以清水洗滌，每批洗滌水用量為每批濾液量的1/10，洗滌壓差及洗滌水溫均與過濾時的相同，問：洗滌時間是多少？[解]已知：8）某懸浮液用葉濾機(jī)過濾，已知洗滌液量是濾液量的0.1倍(體積比)，一只濾葉側(cè)面積為0.4m2，經(jīng)過小試測得過濾常數(shù)=8.23×10-5m2/s,不計(jì)濾布阻力，所得濾液與濾餅體積之比為12.85m39）有一葉濾機(jī)，在恒壓下過濾某種水懸浮液時，得到如下過濾方程：，其中，。在實(shí)際操作中，先在5分鐘內(nèi)作恒壓過濾，此時過濾壓差升至上述試驗(yàn)壓強(qiáng)，然后維持恒壓過濾，全部過濾時間為20分鐘，試求：①每一循環(huán)中每m2過濾面積所得濾液量？②過濾后再用相當(dāng)于濾液總量的水進(jìn)行洗滌，洗滌時間為多少？解：①∵q2＋30q=300τ∴qe=15m3/m2K=300m2/min恒速過程q12＋qeq1=(K/2)τ1∴q1=20.9m3/m恒壓過程(q2－q12)＋2qe(q－q1)=K(τ－τ1)∴q=60.7m3/m②m3/(m2·min)min10）用某板框壓濾機(jī)恒壓過濾，濾框尺寸為810×810×25mm。經(jīng)過小試測得過濾常數(shù)，，操作時的濾布，壓差及溫度與小試時相同。濾餅剛充滿濾框時停止過濾，求：①每批過濾時間？②若以清水洗滌濾餅，洗滌水用量為濾液的，洗滌壓差及水溫與過濾時相同，求過濾時間？③若整理、裝卸時間為25分鐘，求每只濾框的生產(chǎn)率？[解]①每批過濾時間：11）板框壓濾機(jī)在1.5at（表）下恒壓過濾某種懸浮液1.6小時后得濾液25m3，不計(jì)，①如表壓加倍，濾餅壓縮指數(shù)為0.3，則過濾1.6小時后得多少濾液？②設(shè)其它情況不變，將過濾時間縮短一半，可得多少濾液？③若在原表壓下進(jìn)行過濾1.6小時后，用3m3解：①V2=KA2τμ、r0、Φ是濾餅結(jié)構(gòu)參數(shù)，為常量∴其中A與τ不變∴∴m6∴m3②V2=KA2τ其中K、A不變∴∴m3③∴h12）用某板框過濾機(jī)進(jìn)行過濾，采用先恒速后恒壓過濾，恒速1分鐘達(dá)恒壓壓差便開始恒壓過濾，已知過濾常數(shù)，，濾餅剛充滿濾框時停止過濾，求：①過濾時間？②若用清水洗滌濾餅，水量為濾液量的1/10，洗滌壓差、溫度均與恒壓過濾時相同，求洗滌時間？③如裝卸、整理時間為25分鐘，求每只濾框的生產(chǎn)率？13）某板框過濾機(jī)有8個濾框，濾框尺寸810×810×25mm。漿料為13.9%（質(zhì)量）的懸浮液，濾餅含水40%（質(zhì)量），固體顆粒密度2100。操作在20℃恒壓條件下進(jìn)行，，，求：①該板框過濾機(jī)每次過濾（濾餅充滿濾框）所需時間？②若濾框厚度變?yōu)?5mm，問濾餅充滿濾框所需時間？③若濾框數(shù)目加倍，濾餅充滿濾框時所需時間？解：①設(shè)濾餅空隙率為ε，設(shè)有1Kg濾餅，則含水0.4kg設(shè)1m3濾餅得xm3濾液,對1m3濾餅作物料衡算:∴x=4.84m3濾液/濾餅過濾面積A=2×8×8102×10-6=10.498m2V餅=8×0.812×0.025=0.131m3∴V=V餅·x=0.634m3∴m3/m2q2＋2qqe=Kτ0.06042＋2×0.0604×2.21×10-3=1.8×10-5τ∴τ=217.5s②濾框厚度減小為15mm，設(shè)為δ＇從上解可知，V餅∝δ即V∝δ也即q∝δ∴m3/m2∴τ＇=81.7s③框數(shù)加倍，也即A＇=2A=2V餅q=V/A故q不變，也即τ不變14）欲過濾料漿濃度為，經(jīng)小試所得濾餅空隙率為0.485，固相密度1820，在某恒壓差條件下測得過濾常數(shù)，，現(xiàn)用回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)進(jìn)行過濾，料漿濃度、溫度及濾布均與小試相同，唯過濾壓差為小試時的。由試驗(yàn)知，該物系濾餅壓縮指數(shù)為0.36，回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)鼓直徑為1.75m，長為0.98m，但真正過濾面積為5m2（考慮濾布固定裝置）。浸沒角度為120°，轉(zhuǎn)速。設(shè)濾布阻力可略，試求：①此過濾機(jī)的濾液生產(chǎn)能力及濾餅厚度？②若轉(zhuǎn)速為，可略，其它操作條件不變，求生產(chǎn)能力濾餅厚度。解：①s-1m2/s∴m3/s已知ε，對1m3濾餅作物料衡算，設(shè)對應(yīng)濾液xm3∴x=11.08m3濾液/m3濾餅m3/m2mm②m3/s又∵∴m3/m2∴15）試進(jìn)行光滑固體圓球顆粒的幾種沉降問題計(jì)算：①球徑3mm、密度為2600顆粒在20℃清水中的自由沉降速度②測得密度2600的顆粒在20℃清水中的自由沉降速度為12.6，計(jì)算顆粒球徑。③測得球徑為0.5mm、密度2670顆粒在液體中的自由沉降速度為0.016，計(jì)算液體的粘度。16）試進(jìn)行形狀系數(shù)的固體顆粒的沉降問題計(jì)算：①等體積當(dāng)量直徑，密度為2600顆粒在20℃清水中的自由沉降速度。②測得密度為2600顆粒在20℃清水中的自由沉降速度為0.01，計(jì)算顆粒的等體積當(dāng)量直徑。17）以長3m、寬2m的重力除塵室除煙道氣所含的塵粒。煙氣常壓，250℃，處理量為4300。已知塵粒密度為2250，顆粒形狀系數(shù)，煙氣的與可按空氣計(jì)。設(shè)顆粒自由沉降。試計(jì)算：①可全部除去的最小粒徑的。②能除去40%的顆粒的。18）倉庫有內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器多臺，擬用以煙氣除塵。煙氣常壓，300℃，需處理量為4300。已知塵粒密度為2250。煙氣的與可按空氣計(jì)。由于壓降限制，只允許旋風(fēng)分離器并聯(lián)操作，不允許串聯(lián)操作，問：共需幾臺旋風(fēng)分離器？能除去40%的顆粒粒徑是多少？進(jìn)口風(fēng)速20。19）流體通過圓直、等徑管內(nèi)的阻力與管長、管內(nèi)徑、管壁絕對粗糙度、流體流速及流體的粘度與密度有關(guān)。試用因次分析法求出有關(guān)的數(shù)據(jù)。20）某粉磨車間空氣的粉塵濃度較高，擬用兩臺相同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器串聯(lián)操作除塵?？諝獬?，溫度為20℃，粉塵的顆粒密度2250。擬處理量為600。空氣中粉塵的粒度分布如下：粒徑<33～66～1010～1616～30>30質(zhì)量分率%3121834258欲使15的塵粒除去效率達(dá)99.75%，試確定每臺分離器的內(nèi)徑，計(jì)算總的收塵效率。∴總除塵分率==0.00807+0.0935+0.173+0.337+0.250+0.08=0.942粒徑（微米）<33-66-1010-1616-30>30平均粒徑（微米）1.54.58132330D/d500.4101.232.193.556.288.200.1450.530.800.910.991.000.2690.7790.960.9920.9991.00質(zhì)量分率xi0.030.120.180.340.250.080.008070.09350.1730.3370.2500.08021）試計(jì)算某氣、固系流化床的起始流化速度與帶出速度。已知固體顆粒平均粒徑為150，顆粒密度為2100，起始流化床層的空隙率為0.46，流化氣體為常壓、35℃的空氣。最小顆粒了粒徑為98。22)試證流化最大速度與最小速度之比ut/umf,對小顆粒為91.6，對大顆粒為8.61。對小顆粒，歐根公式中含u2的項(xiàng)可略，解：①對小顆粒，沉降可認(rèn)為屬Stokes區(qū)：②對大顆粒，沉降可認(rèn)為屬Newton區(qū)：23）石灰、水懸浮液通過增稠器增稠，進(jìn)料：4.5kg水/kg固。要求增稠到1.8kg水/kg固。間歇實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下。溫度200C。[解]懸浮液濃度以Xkg固/kg水表示，則xi=1/4.5kg固/kg水，xc=1/1.8kg固/kg水，進(jìn)料中固體質(zhì)量流量w=6.5×(1/5.5)=1.18kg固/s①增稠器橫截面積A:（由題給數(shù)據(jù)計(jì)算Ai）∵第四章習(xí)題1）用平板法測定材料的導(dǎo)熱系數(shù)，其主要部件為被測材料構(gòu)成的平板，其一側(cè)用電熱器加熱，另一側(cè)用冷水將熱量移走，同時板的兩側(cè)用熱電偶測量其表面溫度。設(shè)平板的導(dǎo)熱面積為0.03m2，厚度為0.01m電熱器材料的表面溫度

℃安培數(shù)A伏特?cái)?shù)V高溫面低溫面2.82.314011530020010050試求：①該材料的平均導(dǎo)熱系數(shù)。②如該材料導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系為線性：，則λ0和a值為多少？2）通過三層平壁熱傳導(dǎo)中，若測得各面的溫度t1、t2、t3和t4分別為500℃、400℃、200℃3）某燃燒爐的平壁由耐火磚、絕熱磚和普通磚三種砌成，它們的導(dǎo)熱系數(shù)分別為1.2W/(m·℃)，0.16W/(m·℃)和0。92W/(m·℃)，耐火磚和絕熱轉(zhuǎn)厚度都是0.5m，普通磚厚度為0.25m。已知爐內(nèi)壁溫為1000℃，外壁溫度為554）在外徑100mm的蒸汽管道外包絕熱層。絕熱層的導(dǎo)熱系數(shù)為0.08W/(m·℃)，已知蒸汽管外壁150℃，要求絕熱層外壁溫度在505）Φ38×2.5mm的鋼管用作蒸汽管。為了減少熱損失，在管外保溫。50第一層是mm厚的氧化鋅粉，其平均導(dǎo)熱系數(shù)為0.07W/(m·℃)；第二層是10mm厚的石棉層，其平均導(dǎo)熱系數(shù)為0.15W/(m·℃)。若管內(nèi)壁溫度為180℃，石棉層外表面溫度為35解：①r0=16.5mm=0.0165m，r1=19mm=0.019mr2=r1＋1=0.019＋0.05=0.069mr3=r2＋2=0.069＋0.01=0.079m0=45W/(m·℃)W/m②即∴t2=41.8℃6）通過空心球壁導(dǎo)熱的熱流量Q的計(jì)算式為：，其中，A1、A2分別為球壁的內(nèi)、外表面積，試推導(dǎo)此式。7）有一外徑為150mm的鋼管，為減少熱損失，今在管外包以兩層絕熱層。已知兩種絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)之比1，兩層絕熱層厚度相等皆為30mm。試問應(yīng)把哪一種材料包在里層時，管壁熱損失小。設(shè)兩種情況下兩絕熱層的總溫差不變。8）試用因次分析法推導(dǎo)壁面和流體間強(qiáng)制對流給熱系數(shù)α的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。已知α為下列變量的函數(shù)：。式中λ、CP、ρ、μ分別為流體的導(dǎo)熱系數(shù)、等壓熱容、密度、粘度，u為流體流速，l為傳熱設(shè)備定型尺寸。9）水流過φ60×3.5mm的鋼管，由20℃被加熱至60℃。已知，水流速為1.8m10）空氣流過φ36×2mm的蛇管，流速為15m/s，從120℃降至20℃，空氣壓強(qiáng)4×105Pa（絕壓）。已知蛇管的曲率半徑為400mm，11）苯流過一套管換熱器的環(huán)隙，自20℃升至80℃，該換熱器的內(nèi)管規(guī)格為φ19×2.5mm，外管規(guī)格為φ38×3mm。苯的流量為12）冷凍鹽水（25%的氯化鈣溶液）從φ25×2.5mm、長度為3m的管內(nèi)流過，流速為0.3m/s，溫度自-5℃升至15℃。假設(shè)管壁平均溫度為20℃，試計(jì)算管壁與流體之間的平均對流給熱系數(shù)。已知定性溫度下冷凍鹽水的物性數(shù)據(jù)如下：密度為1230kg/m3，粘度為4×10-3Pa·s，導(dǎo)熱系數(shù)為0.57W/(m·℃)，比熱為2.85kJ/(kg·℃)。壁溫下的粘度為2.5×10-3解：d=0.025－0.0025×2=0.02m∴50∵u=0.3m/s∴＜2000∴層流＞100=354.7W/(m2℃13）室內(nèi)分別水平放置兩根長度相同，表面溫度相同的蒸汽管，由于自然對流兩管都向周圍散失熱量，已知小管的，大管直徑為小管的8倍，試求兩管散失熱量的比值為多少？解：∵小管GrPr=108∴b=1/3又因Gr∝d03，故大管GrPr＞108則14）某烘房用水蒸汽通過管內(nèi)對外散熱以烘干濕紗布。已知水蒸汽絕壓為476.24kPa，設(shè)管外壁溫度等于蒸汽溫度現(xiàn)室溫及濕紗布溫度均為20℃，試作如下計(jì)算：①使用一根2m長、外徑50mm水煤氣管，管子豎直放于水平放置單位時間散熱量為多少？②若管子水平放置，試對比直徑25mm和50mm15）油罐中裝有水平蒸汽管以加熱管內(nèi)重油，重油溫度為20℃，蒸汽管外壁溫為120℃，在定性溫度下重油物性數(shù)據(jù)如下：密度為900kg/m3，比熱1.88×103J/(kg·℃)，導(dǎo)熱系數(shù)為0.175W/(m·℃)，運(yùn)動粘度為2×10-6m2/s，體積膨脹系數(shù)為3×10-4l/℃16）有一雙程列管換熱器，煤油走殼程，其溫度由230℃降至120℃，流量為25000kg/h，內(nèi)有φ25×2.5mm的鋼管70根，每根管長6m，管中心距為32mm，正方形排列。用圓缺型擋板（切去高度為直徑的25%），試求煤油的給熱系數(shù)。已知定性溫度下煤油的物性數(shù)據(jù)為：比熱為2.6×103J/(kg·℃)，密度為710kg/m3，粘度為3.2×10-4Pa·s，導(dǎo)熱系數(shù)為0.131W/(m·℃)。擋板間距，殼體內(nèi)徑。17）飽和溫度為100℃的水蒸汽在長為2.5m，外徑為38mm的豎直圓管外冷凝。管外壁溫度為9218）由φ25×2.5mm、225根長2米的管子按正方形直列組成的換熱器，用1.5×105Pa的飽和蒸汽加熱某液體，換熱器水平放置。管外壁溫度為88℃19）設(shè)有A、B兩平行固體平面，溫度分別為TA和TB（TA>TB）。為減少輻射散熱，在這兩平面間設(shè)置n片很薄的平行遮熱板，設(shè)A所有平面的表面積相同，黑度相等，平板間距很小，試證明設(shè)置遮熱板后A平面的散熱速率為不裝遮熱板時的倍。20）用熱電偶測量管內(nèi)空氣溫度，測得熱電偶溫度為420℃，熱電偶黑度為0.6，空氣對熱電偶的給熱系數(shù)為35W/(m·℃)，管內(nèi)壁溫度為30021）外徑為60mm的管子，其外包有20mm厚的絕熱層，絕熱層材料導(dǎo)熱系數(shù)為0.1W/(m·℃)，管外壁溫度為350℃，外界溫度為15℃，試計(jì)算絕熱層外壁溫度。若欲使絕熱層外壁溫度再下降22）設(shè)計(jì)一燃燒爐，擬用三層磚，即耐火磚、絕熱磚和普通磚。耐火磚和普通磚的厚度為0.5m和0.25m。三種磚的系數(shù)分別為1.02W/(m·℃)、0.14W/(m·℃)和0.92W/(m·℃)，已知耐火磚內(nèi)側(cè)為1000℃，外壁溫度為35℃。試問絕熱磚厚度至少為多少才能保證絕熱磚溫度不超過940℃23）為保證原油管道的輸送，在管外設(shè)置蒸汽夾。對一段管路來說，設(shè)原油的給熱系數(shù)為420W/(m·℃)，水蒸氣冷凝給熱系數(shù)為104W/(m·℃)。管子規(guī)格為φ35×2mm鋼管。試分別計(jì)算Ki和K0，并計(jì)算各項(xiàng)熱阻占總熱阻的分率。24）某列管換熱器，用飽和水蒸汽加熱某溶液，溶液在管內(nèi)呈湍流。已知蒸汽冷凝給熱系數(shù)為104W/(m·℃)，單管程溶液給熱系數(shù)為400W/(m·℃)，管壁導(dǎo)熱及污垢熱阻忽略不計(jì)，試求傳熱系數(shù)。若把單管程改為雙管程，其它條件不變，此時總傳熱系數(shù)又為多少？25）一列管換熱器，管子規(guī)格為φ25×2.5mm，管內(nèi)流體的對流給熱系數(shù)為100W/(m·℃)，管外流體的對流給熱系數(shù)為2000W/(m·℃)，已知兩流體均為湍流流動，管內(nèi)外兩側(cè)污垢熱阻均為0.0018m·℃/W。試求：①傳熱系數(shù)K及各部分熱阻的分配；②若管內(nèi)流體流量提高一倍，傳熱系數(shù)有何變化？③若管外流體流量提高一倍，傳熱系數(shù)有何變化？解：①Ri=R0=0.00118m2℃/W鋼管=45W/(m℃)m=0.015421/(W/m2℃K0=64.84W/(m2℃熱阻分配：污垢：管外：管內(nèi)：管壁：②，，∴=0.01010m2W/(m2℃)③，∴=0.01521m2W/(m2℃)31)120℃飽和水蒸汽將空氣從20℃加熱至80℃，空氣流量1.20×104kg/h?，F(xiàn)有單程列管換熱器，25×2.5mm鋼管300根，管長3m，0=104解：℃50℃空氣，=1.093kg/m3，Cp=1.005kJ/(kg℃)，=0.02824W/(m℃=1.96×10-5Pas，Pr=0.698m/s＞10000∴W/(m2℃)∵0＞＞i∴Ki=i=124.5W/(m2℃)Q=WcCpct=×1.005×60=201kJ/stm=℃Q=KiAitm即201×103=124.5Ai×65.5∴Ai=24.6m又，Ai=ndiL即24.6=300×0.020L∴L=1.31m＜3m∴滿足要求32）某單殼程單管程列管換熱器，用1.8×105Pa飽和水蒸汽加熱空氣，水蒸汽走殼程，其給熱系數(shù)為105W/(m·℃)，空氣走管內(nèi)，進(jìn)口溫度20℃，要求出口溫度達(dá)110℃，空氣在管內(nèi)流速為10m/s。管子規(guī)格為φ25×若將該換熱器改為單殼程雙管程，總管數(shù)減至254根。水蒸汽溫度不變，空氣的質(zhì)量流量及進(jìn)口溫度不變，設(shè)各物性數(shù)據(jù)不變，換熱器的管長亦不變，試求空氣的出口溫度。33）一套管換熱器，用熱柴油加熱原油，熱柴油與原油進(jìn)口溫度分別為155℃和20℃。已知逆流操作時，柴油出口溫度50℃34）一套管換熱器，冷、熱流體的進(jìn)口溫度分別為55℃和115℃。并流操作時，冷、熱流體的出口溫度分別為75℃35）一列管換熱器，管外用2.0×105Pa的飽和水蒸汽加熱空氣，使空氣溫度從20℃加熱到80℃，流量為’36）在一單管程列管式換熱器中，將2000kg/h的空氣從20℃加熱到80℃，空氣在鋼質(zhì)列管內(nèi)作湍流流動，管外用飽和水蒸汽加熱。列管總數(shù)為200根，長度為6m，管子規(guī)格為φ38×3mm?，F(xiàn)因生產(chǎn)要求需要設(shè)計(jì)一臺新?lián)Q熱器，其空氣處理量保持不變，但管數(shù)改為400根，管子規(guī)格改為φ19×37）在單程列管換熱器內(nèi)，用120℃的飽和水蒸汽將列管內(nèi)的水從30℃加熱到60℃，水流經(jīng)換熱器允許的壓降為3.5Pa。列管直徑為φ25×2.5mm，長為6m，換熱器的熱負(fù)荷為2500kW。試計(jì)算：①假設(shè)：列管為光滑管，摩擦系數(shù)可按柏拉修斯方程計(jì)算，。解：(1)℃45℃時水：=990kg/m3,Cp=4.174×103J/(kg℃)，=64.03×10-2W/(m℃=60.12×10-5Pas，Pr=3.925∴u=1.00m/s℃設(shè)管壁及污垢熱阻可略∵0＞＞i∴Ki=i對一根管，=3.895×104W又，即3.895104=5.231030.02673.99∴=1.117×103W/(m2℃)(2)∴取n為64根。38）有一立式單管程列管換熱器，其規(guī)格如下：管徑φ25×2.5mm，管長3m，管數(shù)30根。現(xiàn)用該換熱器冷凝冷卻CS2飽和蒸汽，從飽和溫度46℃冷卻到10℃。CS2走管外，其流量為250kg/h，冷凝潛熱為356kJ/kg，液體CS2的比熱為1.05kJ/(kg·℃)。水走管內(nèi)與CS2呈逆流流動，冷卻誰進(jìn)出溫度分別為5℃和30℃。已知CS2冷凝和冷卻時傳熱系數(shù)（以外表面積計(jì)）分別為解：kJ/s設(shè)換熱器上部為蒸汽冷凝段,以下標(biāo)“1”表示,下部為冷卻段,以“2”表示則kJ/sT1=46℃kJ/st2=30℃Q1Q2T2=10設(shè)冷水Cp為常量，則上下兩段分界處t3：t3t1=5℃即∴t3=7.4℃于是：m2m2∴A=A1＋A2=4.14＋1.37=5.51m2(以外表面積計(jì))現(xiàn)有換熱器A＇=nd0L=300.0253=7.07m2＞A故能適用。39）現(xiàn)有兩臺規(guī)格完全一樣的列管換熱器，其中一臺每小時可以將一定量氣體自80℃冷卻到60℃，冷卻水溫度自20℃升到30℃，氣體在管內(nèi)與冷卻水呈逆流流動，已知總傳熱系數(shù)（以內(nèi)表面積為基準(zhǔn)）Ki為40W/(m·℃)?，F(xiàn)將兩臺換熱器并聯(lián)使用，忽略管壁熱阻、垢層熱阻、熱損失及因空氣出口溫度變化所引起的物性變化。試求：①并聯(lián)使用時總傳熱系數(shù)；解：單臺：WhCph(T1－T2)=WcCpc(t2－t1)∴WhCph(T1－T2)=KiAitm，℃∴二臺并聯(lián)：W/(m2℃)即……①又…………②由①、②式聯(lián)立，解得T2=57.6℃，t2=31.2℃二臺串聯(lián)：即:………③又：……………④③、④式聯(lián)立，解得：T2=48.2℃，t2=35.9℃40）擬設(shè)計(jì)一臺列管換熱器，20kg/s的某油品走殼程，溫度自160℃降至115℃，熱量用于加熱28kg/s的原油。原油進(jìn)口溫度為25℃，兩種油的密度均為870kg名稱CP

kJ/(kg·℃)μ

Pa·sλ

W/(m·℃)原油油品1.992.202.9×10-35.2×10-30.1360.119解：(略)第五章習(xí)題解答1）總壓100，溫度25℃的空氣與水長時間接觸，水中的的濃度為多少？分別用摩爾濃度和摩爾分率表示?？諝庵械捏w積百分率為0.79。解：將空氣看作理想氣體：y=0.79p*=yp=79kPa查表得E=8.76×kPaH=C=p*.H=79×6.342×10-5=5.01×10-4kmol/m32）已知常壓、25℃下某體系的平衡關(guān)系符合亨利定律，亨利系數(shù)E為大氣壓，溶質(zhì)A的分壓為0.54大氣壓的混合氣體分別與三種溶液接觸：①溶質(zhì)A濃度為的水溶液；②溶質(zhì)A濃度為的水溶液；③溶質(zhì)A濃度為的水溶液。試求上述三種情況下溶質(zhì)A在二相間的轉(zhuǎn)移方向。解：E=0.15×104atm，p=0.054atm，P=1atm，y=p/P=0.054①∴∴∴平衡②∴∴∴氣相轉(zhuǎn)移至液相③∴∴∴液相轉(zhuǎn)移至氣相④P=3atmy=0.054E=0.15×104atm∴m=E/P=0.05×104x4=x3=5.4×10-5∴∴∴氣相轉(zhuǎn)移至液相3）某氣、液逆流的吸收塔，以清水吸收空氣～硫化氫混合氣中的硫化氫?？倝簽?大氣壓。已知塔底氣相中含1.5%（摩爾分率），水中含的濃度為（摩爾分率）。試求塔底溫度分別為5℃及30℃時的吸收過程推動力。解：查表得（50C）E1=3.19×104kpam1=E1/P=315p*1=Ex=0.3194）總壓為100，溫度為15℃時的亨利系數(shù)E為。試計(jì)算：①H、m的值（對稀水溶液密度為）；②若空氣中的分壓為50，試求與其相平衡的水溶液濃度，分別以摩爾分率和摩爾濃度表示。5）在總壓為100、水溫為30℃鼓泡吸收器中，通入純，經(jīng)充分接觸后測得水中的平衡溶解度為溶液，溶液的密度可近似取為，試求亨利系數(shù)。解：p*=100KPa(mol/L)/kPakPa6）組分A通過另一停滯組分B進(jìn)行擴(kuò)散，若總壓為，擴(kuò)散兩端組分A的分壓分別為23.2和6.5。實(shí)驗(yàn)測得的傳質(zhì)系數(shù)為。若在相同的操作條件和組分濃度下，組分A和B進(jìn)行等分子擴(kuò)散，試分別求傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)速率。解：pA1=23.2KPapA2=6.5KPapB1=P－pA1=78.1KPapB2=94.8KPa∴∴∴7）已知：柏油路面積水，水溫20℃，空氣總壓100，空氣中水汽分壓1.5，設(shè)路面積水上方始終有厚的靜止空氣層。問柏油路面積水吹干需多長時間？解：該過程