化工原理习题解答

1、第一章 流体流动与输送机械1. 燃烧重油所得的燃烧气，经分析知其中含CO28.5，O27.5，N276，H2O8（体积），试求此混合气体在温度500、压力101.3kPa时的密度。解：混合气体平均摩尔质量 混合密度 2已知20下水和乙醇的密度分别为998.2 kg/m3和789kg/m3,试计算50（质量）乙醇水溶液的密度。又知其实测值为935 kg/m3，计算相对误差。解：乙醇水溶液的混合密度 相对误差： 3在大气压力为101.3kPa的地区，某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kPa。若在大气压力为90 kPa的地区，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时真空表的读数应为多少？解：题4 附图

2、 4如附图所示，密闭容器中存有密度为900 kg/m3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m，其读数为58 kPa。试计算液面到下方测压口的距离。解：液面下测压口处压力 BDh1h2AC题5 附图5. 如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为700mm和600mm。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知油与水的密度分别为800 kg/m3和1000 kg/m3。（1）计算玻璃管内水柱的高度；（2）判断A与B、C与D点的压力是否相等。解：（1）容器底部压力 （2） 6水平管道中两点间连接一U形压差计，指示液为汞。已知压差计

3、的读数为30mm，试分别计算管内流体为（1）水；（2）压力为101.3kPa、温度为20的空气时压力差。解：（1） （2）空气密度 空气密度较小，7用一复式U形压差计测量水流过管路中A、B两点的压力差。指示液为汞，两U形管之间充满水，已知h1=1.2m，h2=0.4m，h4=1.4m，h3=0.25m，试计算A、B两点的压力差。题7 附图34624315解：图中1、2为等压面，即 (1)又 (2)将(2)代入(1)中: 8根据附图所示的双液体U管压差计的读数，计算设备中气体的压力，并注明是表压还是绝压。已知压差计中的两种指示液为油和水，其密度分别为920 kg/m3和998 kg/m3，压差计

4、的读数R300mm。两扩大室的内径D为60mm，U管的内径d为6mm。题8 附图12h1解: 1. 2 为等压面, 又 题9 附图 (表压)9 为了排出煤气管中的少量积水，用附图所示的水封装置，水由煤气管道中的垂直支管排出。已知煤气压力为10kPa（表压），试求水封管插入液面下的深度h。解: 煤气表压 10绝对压力为540kPa、温度为30的空气，在1084mm的钢管内流动，流量为1500m3/h（标准状况）。试求空气在管内的流速、质量流量和质量流速。 解: 标准状况下空气的密度: 操作条件下密度: 体积流速: 11硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为764mm和573.5mm。已知硫

5、酸的密度为1831 kg/m3，体积流量为9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。 解: (1) 大管: (2) 小管: 质量流量不变 或: 1题12 附图12 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg（不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。解: 以高位槽液面为1-1面,管出口内侧为2-2面,在1-1 2-2间列柏努力方程: 简化: 题13 附图13用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞

6、口高位槽，如附图所示。输送量为0.1m3/min，输送管路为383mm的无缝钢管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，且在压送过程中不变。设管路的总压头损失为3.5m（不包括出口），硫酸的密度为1830 kg/m3，问酸蛋中应保持多大的压力？解: 以酸蛋中液面为1-1面,管出口内侧为2-2面,且以1-1面为基准,在1-12-2间列柏努力方程: 简化: 其中: 代入: 题14 附图214如附图所示，某鼓风机吸入管内径为200mm，在喇叭形进口处测得U形压差计读数R15mm（指示液为水），空气的密度为1.2 kg/m3，忽略能量损失。试求管道内空气的流量。 解: 如图,在1-1 2-2间列柏努力

7、方程: 其中: 简化: 而: 流量: R题15 附图 1215甲烷在附图所示的管路中流动。管子的规格分别为2196mm和1594.5mm，在操作条件下甲烷的平均密度为1.43 kg/m3，流量为1700m3/h。在截面1和截面2之间连接一U形压差计，指示液为水，若忽略两截面间的能量损失，问U形压差计的读数R为多少？解: 在1, 2截面间列柏努力方程: 简化: 或: 其中: 又 16如附图所示，用泵将20水从水池送至高位槽，槽内水面高出池内液面30m。输送量为30 m3/h，此时管路的全部能量损失为40J/kg。设泵的效率为70，试求泵所需的功率。 解: 在水池1面与高位槽2面间列柏努力方程:

8、简化: 题17 附图17附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统，丙烯由贮槽回流至塔顶。丙烯贮槽液面恒定，其液面上方的压力为2.0MPa（表压），精馏塔内操作压力为1.3MPa（表压）。塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面30m，管内径为140mm，丙烯密度为600kg/m3。现要求输送量为40103kg/h，管路的全部能量损失为150J/kg（不包括出口能量损失），试核算该过程是否需要泵。 解: 在贮槽液面1-1与回流管出口外侧2-2间列柏努力方程: 简化: 不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中1h题18 附图18某一高位槽供水系统如附图所示，管子规格为452.5mm。当阀门全关时，压力表的读数

9、为78kPa。当阀门全开时，压力表的读数为75 kPa，且此时水槽液面至压力表处的能量损失可以表示为J/kg（u为水在管内的流速）。试求：（1）高位槽的液面高度；（2）阀门全开时水在管内的流量（m3/h）。解: (1) 阀门全关,水静止 (2) 阀门全开: 在水槽1-1面与压力表2-2面间列柏努力方程: 简化: 解之: 流量: 题19 附图19附图所示的是冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100 kg/m3，循环量为45 m3/h。管路的内径相同，盐水从A流经两个换热器至B的压头损失为9m，由B流至A的压头损失为12m，问：（1）若泵的效率为70，则泵的轴功率为多少？（2）若A处压力表的读数为1

10、53kPa，则B处压力表的读数为多少？ 解: (1) 对于循环系统: (2) 列柏努力方程: 简化: B处真空度为19656 Pa。2025水在603mm的管道中流动，流量为20m3/h，试判断流型。解: 查附录25水物性: 为湍流21运动粘度为3.2105m2/s的有机液体在763.5mm的管内流动，试确定保持管内层流流动的最大流量。解: 22计算10水以2.7103m3/s的流量流过573.5mm、长20m水平钢管的能量损失、压头损失及压力损失。（设管壁的粗糙度为0.5mm）解: 10水物性: 查得 23如附图所示，用泵将贮槽中的某油品以40m3/h的流量输送至高位槽。两槽的液位恒定，且相

11、差20m，输送管内径为100mm，管子总长为45m（包括所有局部阻力的当量长度）。已知油品的密度为890kg/m3，粘度为0.487Pas，试计算泵所需的有效功率。题23 附图解: 在贮槽1截面到高位槽2截面间列柏努力方程: 简化: 而: 24一列管式换热器，壳内径为500mm，内装174 根252.5mm的钢管，试求壳体与管外空间的当量直径。解: 25求常压下35的空气以12m/s的速度流经120m长的水平通风管的能量损失和压力损失。管道截面为长方形，长为300mm，宽为200mm。（设0.0005） 解: 当量直径: 35空气物性: 由 ,查得 题26 附图26如附图所示，密度为800 k

12、g/m3、粘度为1.5 mPas 的液体，由敞口高位槽经1144mm的钢管流入一密闭容器中，其压力为0.16MPa（表压），两槽的液位恒定。液体在管内的流速为1.5m/s，管路中闸阀为半开，管壁的相对粗糙度0.002，试计算两槽液面的垂直距离。 解: 在高位槽1截面到容器2截面间列柏努力方程: 简化: 由 ,查得 管路中: 进口 90弯头 2个 半开闸阀 出口 27从设备排出的废气在放空前通过一个洗涤塔，以除去其中的有害物质，流程如附图所示。气体流量为3600m3/h，废气的物理性质与50的空气相近，在鼓风机吸入管路上装有U形压差计，指示液为水，其读数为60mm。输气管与放空管的内径均为250

13、mm，管长与管件、阀门的当量长度之和为55m（不包括进、出塔及管出口阻力），放空口与鼓风机进口管水平面的垂直距离为15m，已估计气体通过洗涤塔填料层的压力降为2.45kPa。管壁的绝对粗糙度取为0.15mm，大气压力为101.3 kPa。试求鼓风机的有效功率。题27 附图解: 以吸入管测压处为1-1面,洗涤塔管出口内侧为2-2面,列柏努力方程: 简化: 其中: 50空气物性: 又 查得 28如附图所示，用离心泵将某油品输送至一密闭容器中。A、B处压力表的读数分别为1.47MPa、1.43 MPa，管路尺寸为894mm，A、B两点间的直管长度为40m，中间有6个90标准弯头。已知油品的密度为82

14、0 kg/m3，粘度为121mPas，试求油在管路中的流量。0.5m题28 附图1.5mAB解: 在AB间列柏努力方程: 简化: 又 油品粘度大, 设流动为层流. 900标准弯头 解得 假设正确 2920苯由高位槽流入贮槽中，两槽均为敞口，两槽液面恒定且相差5m。输送管为383mm的钢管（0.05mm）总长为100m（包括所有局部阻力的当量长度），求苯的流量。 解: 在两槽间列柏努力方程,并简化: 即: 代入数据: 化简得: 查完全湍流区 设 , 由(1)式得 由附录查得20苯物性: 查图，再设 ，由（1）得 查得 假设正确 流量： 30如附图所示，密度为的流体以一定的流量在一等径倾斜管道中流

15、过。在A、B两截面间连接一U形压差计，指示液的密度为0，读数为R。已知A、B两截面间的位差为，试求：（1） AB间的压力差及能量损失；（2） 若将管路水平放置而流量保持不变，则压差计读数及AB间的压力差为多少? 解：（1）在A-A与B-B间柏努利方程：BRhA题30 附图 其中 = 对于U形差压计 （2）水平放置时 流量不变 管路总能量损失不变。 而U形差压计读数R实际反映了阻力的大小，所以R不变。 此时，题31 附图1031如附图所示，高位槽中水分别从BC与BD两支路排出，其中水面维持恒定。高位槽液面与两支管出口间的距离为10m。AB管段的内径为38mm、长为28m；BC与BD支管的内径相同

16、，均为32mm，长度分别为12m、 15m（以上各长度均包括管件及阀门全开时的当量长度）。各段摩擦系数均可取为0.03。试求：（1）BC支路阀门全关而BD支路阀门全开时的流量；（2）BC支路与BD支路阀门均全开时各支路的流量及总流量。 解：（1）在高位槽液面与BD管出口外侧列柏努利方程： 简化 ： 而 有： 化简 又由连续性方程： 代入上式： 解得： 流量： （2）当 BD，BC支路阀均全开时： C ，D出口状态完全相同，分支管路形如并联管路， (1)又 = (2)在高位槽液面与BD出口列柏努利方程： (3)将（2）代入（3）式中： 解得：流量： 32在内径为80mm的管道上安装一标准孔板流量

17、计，孔径为40mm，U形压差计的读数为350mmHg。管内液体的密度为1050kg/m3，粘度为0.5cP，试计算液体的体积流量。解： 设，查得 而 假设正确，以上计算有效。题33 附图1233用离心泵将20水从水池送至敞口高位槽中，流程如附图所示，两槽液面差为12m。输送管为573.5mm的钢管，总长为220m（包括所有局部阻力的当量长度）。用孔板流量计测量水流量，孔径为20mm，流量系数为0.61，U形压差计的读数为400mmHg。摩擦系数可取为0.02。试求：（1）水流量，m3/h；（2）每kg水经过泵所获得的机械能。 解：（1） （2）以水池液面为面，高位槽液面为面，在面间列柏努利方程

18、： 简化: 而 其中： 34以水标定的转子流量计用来测量酒精的流量。已知转子的密度为7700 kg/m3，酒精的密度为790 kg/m3，当转子的刻度相同时，酒精的流量比水的流量大还是小？试计算刻度校正系数。 解： 酒精流量比水大35在一定转速下测定某离心泵的性能，吸入管与压出管的内径分别为70mm和50mm。当流量为30 m3/h时，泵入口处真空表与出口处压力表的读数分别为40kPa和215kPa，两测压口间的垂直距离为0.4m，轴功率为3.45kW。试计算泵的压头与效率。 解： 在泵进出口处列柏努力方程，忽略能量损失； =27.07m 36在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水从贮水池经换

19、热器送到一敞口高位槽中。已知高位槽中液面比贮水池中液面高出10m，管路总长为400m（包括所有局部阻力的当量长度）。管内径为75mm，换热器的压头损失为，摩擦系数可取为0.03。此离心泵在转速为2900rpm时的性能如下表所示：Q/(m3/s)00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H/m2625.524.5232118.515.5128.5 试求：（1）管路特性方程； （2）泵工作点的流量与压头。 解：（1）管路特性曲线方程： （2）在坐标纸中绘出泵的特性曲线及管路特性曲线的工作点： 37用离心泵将水从贮槽输送至高位槽中，两槽均为敞口，且液面恒定。现

20、改为输送密度为1200 kg/m3的某水溶液，其它物性与水相近。若管路状况不变，试说明：（1）输送量有无变化？（2）压头有无变化？（3）泵的轴功率有无变化？（4）泵出口处压力有无变化？解：变化时，泵特性曲线不变。 管路特性曲线 不变（1） 输送量不变； （2）压头不变；（3） 轴功率： 增加 （4）在贮槽液面1-1和泵出口2-2间列柏努力方程： 简化：工作点Q，不变，不变即随的增加而增加。 38用离心泵向设备送水。已知泵特性方程为，管路特性方程为，两式中Q的单位均为m3/h，H的单位为m。试求该泵的输送量； 解： 联立： 解得：39用型号为IS65-50-125的离心泵将敞口贮槽中80的水送出

21、，吸入管路的压头损失为4m，当地大气压为98kPa。试确定此泵的安装高度。 解：查附录：水， IS65-50-125泵气蚀余量 NPSH=2.0m 泵允许安装高度： = = 为安全起见，再降低，即 即泵需要安装在水槽液面以下或更低。40用油泵从贮槽向反应器输送44的异丁烷，贮槽中异丁烷液面恒定，其上方绝对压力为652kPa。泵位于贮槽液面以下1.5m处，吸入管路全部压头损失为1.6m。44时异丁烷的密度为530kg/m3，饱和蒸汽压为638 kPa。所选用泵的允许汽蚀余量为3.5m，问此泵能否正常操作？ 解：泵允许的安装高度： 此泵安装不当，会发生气蚀现象。 41用内径为100mm的钢管将河水

22、送至一蓄水池中，要求输送量为70m3/h。水由池底部进入，池中水面高出河面26m。管路的总长度为60m，其中吸入管路为24m（均包括所有局部阻力的当量长度），设摩擦系数为0.028。 今库房有以下三台离心泵，性能如下表，试从中选用一台合适的泵，并计算安装高度。设水温为20，大气压力为101.3kPa。（略）序号型号Q，m3/hH，mn，rpm，（NPSH）允1IS100-80-125601002420290067784.04.52IS100-80-160601003632290070783.54.03IS100-80-200601005450290065763.03.6解：在河水与蓄水池面间列

23、柏努力方程，并简化： 其中： 由 选泵IS100-80-160 气蚀余量以计水， 减去安全余量，实为。即泵可安装在河水面上不超过的地方。42 常压贮槽内装有某石油产品，在贮存条件下其密度为760 kg/m3。现将该油品送入反应釜中，输送管路为572mm，由液面到设备入口的升扬高度为5m，流量为15m3/h。釜内压力为148kPa（表压），管路的压头损失为5m（不包括出口阻力）。试选择一台合适的油泵。解： 在水槽液面与输送管内侧面间列柏努力方程，简化有： 由Q= 查油泵性能，选泵60Y-60B 其性能为； 流量： 43现从一气柜向某设备输送密度为1.36kg/m3的气体，气柜内的压力为650Pa

24、（表压），设备内的压力为102.1kPa（绝压）。通风机输出管路的流速为12.5m/s，管路中的压力损失为500Pa。试计算管路中所需的全风压。（设大气压力为101.3kPa） 解： 第三章 传热1. 红砖平壁墙，厚度为500mm，内侧温度为200，外侧温度为30，设红砖的平均导热系数为0.57 W/(m)。试求：（1）单位时间、单位面积导出的热量；（2）距离内侧350mm处的温度。解：（1）W/m2(2) 解得：t=812. 在外径100mm的蒸汽管道外包一层导热系数为0.08 W/(m)的绝热材料。已知蒸汽管外壁150，要求绝热层外壁温度在50以下，且每米管长的热损失不应超过150W/m，

25、试求绝热层厚度。解：解得：r2=69.9mm；壁厚：r2-r1=19.9mm3. 某燃烧炉炉墙由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m)，0.16 W/(m)和0.92 W/(m)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m，普通砖厚度为0.25m。已知炉内壁温为1000，外壁温度为55，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。解： 4. 燃烧炉炉墙的内层为460mm厚的耐火砖，外层为230mm厚的绝热砖。若炉墙的内表面温度t1为1400，外表面温度t3为100。试求导热的热通量及两种砖之间的界面温度。设两种砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为10.9+0.0007t，绝热砖

26、的导热系数为20.3+0.0003t。两式中t可分别取为各层材料的平均温度，单位为，单位为W(m)。解：（a） ，；mm，mm将以上数据代入(a)式解得：；（m2）5. 设计一燃烧炉时拟采用三层砖围成其炉墙，其中最内层为耐火砖，中间层为绝热砖，最外层为普通砖。耐火砖和普通砖的厚度分别为0.5m和0.25m，三种砖的导热系数分别为1.02 W/(m)、0.14 W/(m)和0.92 W/(m)，已知耐火砖内侧为1000，普通砖外壁温度为35。试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖内侧温度不超过940，普通砖内侧不超过138。解：（a）将t2=940代入上式，可解得b2=0.997m(b)将t3=

27、138C 解得b2=0.250m将b2=0.250m代入(a)式解得：t2=814.4故选择绝热砖厚度为0.25m6. mm的不锈钢管，其材料热导率为21W/mK；管外包厚40mm的石棉，其材料热导率为0.25W/(mK)。若管内壁温度为330，保温层外壁温度为105，试计算每米管长的热损失；解：这是通过两层圆筒壁的热传导问题，各层的半径如下,每米管长的热损失：W/m7. 蒸汽管道外包有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的对数平均直径为内层的2倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将变为原来的多少倍？说明在本题情况下，哪一种材料放在内

28、层较为适合?解： 因为，所以位置互换前，则每米管长的热损失位置互换后，每米管长热损失q故位置互换前，即导热系数小的材料放在内层时，会取得较好的保温效果。8 常压下温度为20的空气以60m3/h的流量流过直径为f573.5mm、长度为3m的换热管内，被加热升温至80，试求管内壁对空气的对流传热系数。解：空气的定性温度：。在此温度查得空气的物性数据如下：， m/sl/d=3/0.05=60W/m2K9. 96%的硫酸在套管换热器中从90冷却至30。硫酸在直径为f252.5mm、长度为3m的内管中流过，流率为800kgh。已知在管内壁平均温度下流体的粘度为9.3cP。试求硫酸对管壁的传热膜系数。已知

29、硫酸在定性温度下的物性如下：， 解： /s（层流）由于管子很细，液体黏度较大，故可忽略自然对流的影响，a可用下式计算： W/m2K10. 98的硫酸以0.6m/s的流速在套管换热器的环隙间流动。 硫酸的平均温度为70，换热器内管直径为252.5mm，外管直径是513mm。试求：硫酸的对流传热系数。已知定性温度下硫酸的物性为： ， ；壁温60下硫酸黏度cP解：以d1及d2分别代表内管外径和外管内径，则当量直径de为m （过渡区）湍流时的对流传热系数： W/m2K校正系数：过渡区时对流传热膜系数： W/m2K11 水在一定流量下流过某套管换热器的内管，温度可从20升至80，此时测得其对流传热系数为

30、1000W/(m2K)。试求同样体积流量的苯通过换热器内管时的对流传热系数为多少？已知两种情况下流动皆为湍流，苯进、出口的平均温度为60。解： 由查得水物性：，。查得时，苯的物性：，12 150的饱和水蒸汽在一根外径为100mm、长0.75m的管外冷凝，已知管外壁温度为110。分别求该管垂直和水平放置时的蒸汽冷凝传热系数。解：（1）假定冷凝液为层流流动，则膜温为（150+110）/2=130，此温度下水的物性为：r=934.8kg/m3；m=0.218mPas；l=0.686W/(mK)150时水的相变焓为：r=2119kJ/kg。所以校核冷凝液膜的流动是否为层流。冷凝液膜流动雷诺数计算如下：

31、将相关数据代入上式可得：层流假定成立，以上计算有效。（2）当管水平放置时，直接用如下公式计算蒸汽冷凝传热系数： W/m2K13. 竖直放置的蒸汽管，管外径为l00mm，管长3.5m。若管外壁温度110，周围空气温度为30，试计算单位时间内散失于周围空气中的热量。解：定性温度下，空气的物理性质为：cP1.009kJ/（kg），0.0297/（），2.0610-5Pas，1.029kg/3体积膨胀系数格拉斯霍夫准数普朗特准数则W/m2Q=aAt=6.360.13.5（110-30）= 559.2W14 在一套管式换热中用的冷却水将流量为1.25kg/s的苯由80冷却至40。冷却水进口温度为25，其

32、出口温度选定为35。试求冷却水的用量。解：苯的平均温度为60，查得该温度下其比热为：1.860kJ/kg水的平均温度为30，查得该温度下其比热为：4.174kJ/kg热平衡方程：冷却水用量：kg/s=8021kg/h15 流量为10000m3/h（标准状况）的空气在换热器中被饱和水蒸汽从20加热至60，所用水蒸汽的压强为400kPa（绝压）。若设备热损失为该换热器热负荷的6%，试求该换热器的热负荷及加热蒸汽用量。解：查得空气在平均温度40下的比热容为：cp2=1.005kJ/kg。400kP下水的相变焓为2138kJ/kg。空气的质量流量：kg/h热负荷：kW考虑热损失的热平衡方程：加热蒸汽用

33、量：16 在一套管换热器中用饱和水蒸汽加热某溶液。水蒸汽通入环隙，其对流传热系数为10000 W/m2；溶液在f252.5mm的管内流动，其对流传热系数为800 W/m2。换热管内污垢热阻为1.210-3 m2/W，管外污垢热阻和管壁忽略不计。试求该换热器以换热管的外表面为基准的总热系数及各部分热阻在总热阻中所占的百分数。解： m2/WK=316.2 W/m2蒸汽侧热阻/总热阻=溶液侧污垢热阻/总热阻=管内污垢热阻/总热阻=17. 以三种不同的水流速度对某台列管式换热器进行试验。第一次试验在新购进时进行；第二次试验在使用了一段时间之后进行。试验时水在管内流动，且为湍流，管外为饱和水蒸气冷凝。管

34、子直径为f252.5mm的钢管，其材料导热系数为45 W/（m）。两次试验结果如下实验次数第一次第二次水流速度(m/s)1.01.51.0总传热系数(W/m2K)211526601770试计算： （1）第一次试验中蒸汽冷凝传热系数； （2）第二次实验时水侧的污垢热阻（蒸汽侧污垢热阻忽略不计）。解：第一次试验时没有污垢生成，则可用下面方法求得蒸汽冷凝的传热系数a1（以下标1.0、1.5及3分别代表三种不同流速下的情况）。 （a） （b）在两次试验中管壁热阻及a1相同，上二式相减得： 解得： m2/W(c)因为水在管内是湍流，所以与 存在如下关系(d)式(c)与(d)联立求解可得：W/（m2），W

35、/（m2）由式(a)： m2/WW/（m2）（2）在同一水流速度1.0m/s下，两次试验中总传热系数不同是由于在管壁表面上产生污垢。第二次实验时：水侧污垢热阻： m2/W18 在一石油热裂装置中，所得热裂物的温度为300。今拟设计一列管式换热器，用来将热石油由25预热到180，要求热裂物的终温低于200，试分别计算热裂物与石油在换热器中采用逆流与并流时的平均温差。解：在逆流时：在并流时：19 拟在列管式换热器中用初温为20的水将流量为1.25kgs的溶液（比热容为1.9kJkg、密度为850kgm3）由80冷却到30。换热直径为f252.5mm。水走管程、溶液走壳程，两流体逆流流动。水侧和溶液

36、侧的对流传热系数分别为0.85kW(m2)和1.70kW(m2)，污垢热阻和管壁热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50，试求换热器的传热面积。解：热负荷： W平均传热温差：总传热系数： m2/W解得：K=485.44W/(m2)由总传热速率方程可得：m220 在列管式换热器中用水冷却油，并流操作。水的进、出口温度分别为15和40，油的进、出口温度分别为150和100。现因生产任务要求油的出口温度降至80，假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，原换热器的管长为lm，试求在换热管根数不变的条件下其长度增至多少才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。解：原工况：新工况：热容流率比与原工况相同，即，可

37、得热负荷之比：换热管长之比：（总传热系数相同）即换热管长需增至1.86m21 一列管冷凝器，换热管规格为252.5mm，其有效长度为3.0m。水以0.65m/s的流速在管内流过，其温度由20升至40。流量为4600kg/h、温度为75的饱和有机蒸汽在壳程冷凝为同温度的液体后排出，冷凝潜热为310kJ/kg。已知蒸汽冷凝传热系数为820 W/ m2，水侧污垢热阻为0.0007m2K/W。蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻忽略不计。试核算该换热器中换热管的总根数及管程数。解：定性温度下水的物性如下：cp2=4.17kJ/kgK，r2=995.7kg/m3，l2=0.618W/mK，m2=0.80110-3P

38、as冷凝放热量则冷却水用量每程的管数可由水的总流量和每管中水的流速求出：，取为ni=24根每管程的传热面积为： W/ m2； W/ m2m2管程数取管程数N=4总管数：n=N ni=96根22 在某四管程的列管式换热器中，采用120的饱和水蒸汽加热初温为20的某种溶液。溶液走管程，流量为70000kg/h，在定性温度下其物性为：粘度3.010-3Pas，比热1.8kJ/kgK，导热系数0.16W/mK。溶液侧污垢热阻估计为610-4 m2/ W，蒸汽冷传热系数为10000 W/m2，管壁热阻忽略不计。换热器的有关数据为：换热管直径，管数120，换热管长6米。试求溶液的出口温度。解：四管程，每一

39、程的流通截面积：溶液在管内流动的雷诺数：普朗特准数：管程对流传热系数：W/m2K总传热系数 m2/ W W/m2K总传热面积：饱和蒸汽加热，由式（3-22）：即解得：23 有一逆流操作的列管换热器，壳程热流体为空气，其对流传热系数W/(m2K)；冷却水走管内，其对流传热系数W/(m2K)。已测得冷、热流体的进、出口温度为：、。两种流体的对流传热系数均与各自流速的0.8次方成正比。忽略管壁及污垢热阻。其它条件不变，当空气流量增加一倍时，求水和空气的出口温度和，并求现传热速率Q比原传热速率Q增加的倍数。解：在原工况中 W/ (m2)当空气流量加倍时，由上面的结果可知：其中 W/ (m2)。于是 ，

40、原工况中所以 新工况下的热量衡算：以上两线性方程联立求解可得：；24 两平行的大平板相距8mm，其中一平板的黑度为0.2，温度为420K；另一平板的黑度为0.07，温度为300K，试计算两板之间的辐射传热热通量。解：这属于表3-9中所列的第一种情况，故：，而W/m225 试计算一外径为48mm，长为12m的氧化钢管，其外壁温度为300时的辐射热损失。若将此管放置于：（1）空间很大的的厂房内，其刷有石灰粉的墙壁温度为27，石灰粉刷壁的黑度为0.91；（2）截面为200200mm的红砖砌成的通道中，通道壁面的温度为27。解：查得氧化钢管的黑度为0.8，红砖的黑度为0.93。以下计算中，变量下标1指

41、氧化钢管，下标2指石灰粉刷壁或红砖。 （1）这属于很大的物体2包括物体1，故： A=A1；总辐射系数；=8158.8W（2）此尺寸红砖墙包围钢管，前者的面积既不很大，它也不是恰好包住，这属于表3-9中所列的第5种情况。故：A=A1；而=8066.7W第五章 吸收气液平衡1向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO2气体，经充分接触后，测得水中的CO2平衡浓度为2.875102kmol/m3，鼓泡器内总压为101.3kPa，水温30，溶液密度为1000 kg/m3。试求亨利系数E、溶解度系数H及相平衡常数m。解：查得30，水的 稀溶液： 2在压力为101.3kPa的吸收器内用水吸收混合气中的氨，设

42、混合气中氨的浓度为0.02（摩尔分数），试求所得氨水的最大摩尔浓度。已知操作温度20下的相平衡关系为。解：混合气中氨的分压为与混合气体中氨相平衡的液相浓度为3在压力为101.3kPa，温度30下，含CO220（体积分数）空气-CO2混合气与水充分接触，试求液相中CO2的摩尔浓度。解：查得30下CO2在水中的亨利系数E为1.88105kPaCO2为难溶于水的气体，故溶液为稀溶液 4含CO230（体积分数）空气CO2混合气，在压力为505kPa，温度25下，通入盛有1m3水的2 m3密闭贮槽，当混合气通入量为1 m3时停止进气。经长时间后，将全部水溶液移至膨胀床中，并减压至20kPa，使CO2 大

43、部分放出，求能最多获得CO2多少kg？设操作温度为25，CO2 在水中的平衡关系服从亨利定律，亨利系数E为1.66105kPa。解： （1）气相失去的CO2物质的量液相获得的CO2物质的量 （2）（1）与（2）解得：减压后： 稀溶液： 5用清水逆流吸收混合气中的氨，进入常压吸收塔的气体含氨6（体积），吸收后气体出口中含氨0.4（体积），溶液出口浓度为0.012（摩尔比），操作条件下相平衡关系为。试用气相摩尔比表示塔顶和塔底处吸收的推动力。解： 塔顶： 塔底： 6在操作条件25、压力101.3kPa下，用CO2含量为0.0001（摩尔分数）的水溶液与含CO210（体积分数）的CO2空气混合气在一容器充分接触，试:（1）判断CO2的传质方向, 且用气相摩尔分数表示过程的推动力；（2）若压力增加到506.5kPa，CO2的传质方向如何，并用液相分数表示过程的推动力。解：（1）查得25、101.3kPa下CO2水系统的E166MPa 所以CO2的传质方向由液相向气相传递，解吸过程。解吸过程的推动力为（2）压力增加到506.5kPa时， 所以CO2的传质方向由气相向液相传递，吸收过程。吸收过程的推动力为 由上述计算结果可以看出：当压力不太高时，提高操作压力，由于相平衡常数显著地提高，导致溶质在液相中的溶解度增加，故有利于吸收。扩散与单相传质7某容器内装有2mm四