化工原理第四版习题答案

1、【卜6】习题时附图所示，行一举封间的臂子，装人若干水后,制捕人常沿水底科管中归.较水旃段而自出？皿地大退卜厂:加！试求：善门用中何相渔|若将东搅成四叔化碳.诙力.（2）管子上螭空加的衣医:1力管子上端空间的真空度*U）管中四氯化碳液任狡衲的班顺高出多少米？ff号中水柱高出精液而2m=2m水柱.官子端空间炳艳对压力力在水平血11,处的原力平衡.有tI)仙-母由一大气乐力Pm=101200-WOOX9,BlX3=fli5fioPa1绝对压力）管子上端空间的表压网力人一片一大气压力一引沿011012用一一19立口管子匕端空间的出空度办心一.，）9620）1U62OPa梢内为四氯化碳管中液和高度/j?

2、h_L11112k1%PM常洞下四氟化碳的密度,从附录四杳得为端口一15州ktf/m1卜山IIK2,去7r1.25ni1-10解等压面11，p-p加一声1H*K从外5+H+Rs+R”W由以卜.三式.福一.=曲曲-115+R）明片已知R=二口ni,?工=3360昧H门丁.心以=0.15X13600X9,SI，5+。二）K1。0乂9.8164X401=13.64kPaEl-10常温的水在如可购11户附恻所示的管册中流曲为浦星A、B丙骊国间的压力差,安装了两个申联的U形管压差计.布汞减为求“测任用的连接管中充满水.两打形管的连接管中.无淌审,喝照压前两U形年菜计的水根液胤为同忌度，试推导A,H两点的

3、压力墓apLj/柱压力计的波数R,鼻之河的关系式.习ISi10WM解没测压前两U形儿笄汁的水银液向.启0水管中心线的距离为H在等压向2-2处=八+（H号卜川R：p川因力=，由卜两式求得外加=（R+R）（限”产.内外3故PnlRR（p*勺）*连续性方程与伯努利方程M51常温的水在如习JK1T5附图所示的管路中流动在峨而1处的流速为。.二n口管内径为200mm,截面2处的管内径为lOOmm。由上水的压力，截内1处产生Ini岛的水柱“试计算在就在1与2之间所产生的水的高度高A为多少（忽略从1到2处的压头损失）J解/（=0.3inbJi-C.2ni.J.-0.Iin尸；(夕)7,5X(2),2m包+巴

4、=2+幺P2p2。=_=1.873P4Z。，1一6187。=1、(0=187二IL18751000X9.81一1.191m=Blmm另计算法计算费拄高度时,用后一方法方法.M6在习题116附图所示的水平管路中.水的糖重为2.5L/“巴现点中徐5rnt,d尸LSm,液柱高度hy-Ini若忽略E头瓶头,试计算收SS3面2处的讳E卜头D斛东的体根流处限25L-2.5X10-hl1.林加1处的减速响一“一二5、“-1,2*m*；-y-XO.OS,截面2处的流速与=航(打=1274X(嚼)=HJ皿%1-20fl)以流出口截面处水平戏为基准面.Z=5m*z*=n*tii=Qy地=?术的液后g=子/岫=乎*

5、0,05)7X&46=2*87X10*mJ/s=1043tif/h*1q(2)，=n+U,2)4=L：/./=1.%，=1+2)L16=.75/l23FJ3m.*I高位相应升高；JS5=2Jgm1-20如可就bit附图所示.用离心泵输送水槽中的常监水。泵的吸入管治32mmX2t5mm.胃的下瑞位丁水西以下2m并装有底限勺拦污网.谖处的局部珏头损失为由.若截面22,处的直空度为汹温降,由：1,截曲至/枫面的珠头损失力工乂上试求；蜕入管中水的流量，rv/h；1的0靡/：11碌面22处的衣压力一一一312kFa次槽发而由尸口质压)(1)从60*5i7*4-0为求准而.外头损失Zi=% Z： =3m

6、*=1 w； = ?.T十 39.2X1% 域 +/ i ,十 loot） X 9.81 + 2X9.8L 十十 2）?X9.81v-1.38ni/s求的流h!7?“：-：,44。耕儿1-23温度为21)1,赖为4L/s的水,在,57”侬乂3.5mm的直切中一动,武判断血动类型I12)在相同的条件下.判改为功劫黜一为公八的油式判断流动类也.解山”=(,(一化,=1XlLm*=：,(MTiLP、.，=WX.2kHm,力0q4X10”c八”加速u.二-2.038rii/、我(0.05A44雷诺数S-d；，=1.01X10400()为湍流;xLvVJXIV(2)=4.4cm；s=4.4X10*nrs

7、缶诺数R-也=；与:，邪=2.-y4.4a101-242(汽的水在夕219mmK6mm的立管内流动.试求：1管中水的流员由小变大当达到多少“，时能保证开蛤转为稳定湍流：石管内改为运动整度为0.Mem；、的某种液体,为保持房流流动.管中最大平均流速应为多少？解(1)水.20X.=998.4口m=1.OO5X1CPa、，J=0.207m114000 :U. 270XX998.21.005X1() *u0. 01915 m s体积流量qy=w=jX(0.207);X0.0194;=6.51X1O-*mVby-O.14cm7s-0.HX1O1m%儿呼2L.,=管内流体流动的孽擦阻力损失1-25如习题1

8、25附图所示.用【：形管被柱压整计测比等固径管路从截血.八到低面B的卷擦损失/?.桁流体距应为小指不$史密度为令,压外计读数为R.试椎导出用读数R计算摩擦捌失儿的计算武.习物】25阴圉斛从我面到双面B到仙努利方程，极曲.勺基准而，则得（1）（2）Hr-A-儿P力H班一儿PP液代压墓计1为今用回力+R华=加+Hpk-尸力保=片内”十H网由式(D与式(2)得%，/.?P此式印为用U形管乐方计测鼓洸体在两截曲之间流动的牛擦损失的计算式，1-26如习题126附图所小.右歹7Hm.”川的水平管与垂直管，其中有温度为201的水流动,流速为3m、,在截面与截而B处备安装个弹簧乐力表,西藏肉的能离为加管壁的相

9、对阻债度ed=O.M4.试问这两个豆管七的小个匏簧压力表读数的典值是否相同?如累不同,就说明其原因.4-44-4燃烧炉的平壁曲卜则三层材料向应：耐火质上热寻率，一IW皿，1),孝地孽触叫热热用g+热导率l=。,旧W/(m*V)?普通房层.蛹率户0.93WinT).耐火会层内侧壁由温度为1前直，绝热静的用热爵贵为940U普通德的耐热温度为I3ZB)根据转的耐热温爱蹒定意与鹿接触面的温度,后计算黜热扬层M度若对块葩热铸厚贸为2：*mm.试1ft定城热能层的厚度。)若普逋昔层厚度为加Own,试计算耆通跨层外表面SH度。解“)确定加热层的庠度仇温工卜门二总1.前邸心限值火=v4if1000-940)=

10、274W/m1UtJuu绝热祕层惇度/的“算0. 13127r(910-130) = = 0H16 m每块热热底的厚度为0.23m-取两战绝热诚的厚度为仇=0.23X2=0.46m.计算普遍普层的外的壁温h先核算绝热制必1孑普通先层接触而处的温度h曲274X0.46G=6=940-=105.3Xk0.lot人小于1303符合要求.通过普通他层的热传导.计算普通防层的外恻壁温不小，274X0.24,一1产4一二105.3-=34.6（45优径为淤mmX2mm的麟阳柒假嫄内生螃财1mm的水埔水为的热导率EJ63Wm，l）。试计齐桂的热口I频解蒯的纱仅翻的热导6。对流传热系数a=O,O23a=0.O

11、23X2歆*(适上1小尸X(0.698)。=18.7W/(mX)(人Obo（2）空气流速增加C对流传热系数/为/.0.8/九0,J=a(丁)=18.7x(丁)=32.5W/(mI)空气从管反得到的热量为57BW.计算钢管内性平均温度用式Q-aA（tn-tJ计算钢管内壁的平均温度3已知空气进出II平均海度%=49T在第（1）项中已计算出对流传热系数a=18.7W，（m2十）钢管内表面积为A=nJ/=7vX0.068X5=1.C7m:钢管内壁平均温度Q一.十杀=如十号%=77.9（对流传热系数a=O,O23*/WW。=0.0232气3：()(1.56XlOl)rSX(O.698)ol=l8.7V.

12、#o-a(.8.7/x|-p)J2.6W(nv()（?）心空气从管扉得到的热诚为578W,计算钢管内壁平均温度用式Q=a4（乙一七）计算钢管内壁的平均温度%.已知空气进出II平均湍度Z.=49X在第（1）项中已计算出对流传热系数a=18.7W,，（m2。（）钢管内表面积为A=nJ/=7vX0.068X5=1.07m:钢管内壁平均温度Q一.十奈=如十/%=77.9工空气流动的截面枳湿.周边当量直径19-37X0,0l9r)rt(0.J937?：0.(J；4XIT37乂。.nWd_TTiikI41,7X0,0J9)-j=0755=7860匕知审气杓海建alom/jjjrrF壮jfc/ro，/L*n

13、.1.1J；)1XLIX1-11rb-7y留诺敖L91X1L=Lq1X10湍流对流传热系放H.?23亭/?“Prl-0.G23X红7rfL31X10),HX(一布明)11=47.5W/(m-t：(4-11有Y龈悔张内管为8Mm；2诃.外皆为诃sX痴蹊佣管内管的传热眯为加U质量福为2涮1码的甲笨在环爆中褥动，进口温度为忱，加so38V，低求!rmt模面倒雌热触B解HmL=lZt,L=38t,悯触K二理二平=53匕脾在55t酬性雕花神小帆H,I谶MRMKITJ(kg-t),热导率Q0,12可“用，口,物尸43X1。的质联董呼q=2330kg;h体梃泡展归=电/片限0胧0=10加3他甲笨酬耕的麻病算

14、套雕幅外桧JQ,03Mb夕卜酗隹d；M,Q511n.4-15L12X1O4W/fm1-t)加热向上的热流密度q1.12Xl(：98=1.1X1。W/tttI=110kWm2两流体间传热过程的计算4-15或热体的流呈%IGOOkg.1i,试计算.下列各过科冲倒热体放出或吸收的热量,(I)130(：的饱和水蕤气冷燃成1001的水；(2)&胺由383K降温至2S3K：(3)比热容为3.77kJ/(kg-K)的N虱川水溶液从290K加热到37OK；(4)常压下201的空气加热到150V；(5)绝对压力为250kPa的饱和水泰气冷凝冷却成4n:的水。解九一前%$(I)水蒸气冷越I匕汽化拉,2238kJ如

15、放热量Q=v=嘉 2258=941 kw(2)去胺平均温度=如泠=3331(比热容=2.19kJ/(kgK)放战录Q=q/JT/)=黑：2.1953285)=91.3kw36UUNa()H水溶液比热容j=3.77kJJ(kgK)吸热量Q=V/TJ二出X3.77X(370290)=126kW00/V(4)空气加热平均温度，“=上兽=85”比热容c,=1,009kj/(kg-V)吸热量Qv,(r-/,)=1,009X(150-20)=54.7kV00vU(5)也和水蒸气p250kPa,饱和温度小1271I匕汽化热厂2183kJ/lcg,冷箍水从小127.2t降至上=401,平均温度%=也争竺=83

16、,6、比热存O115003600cr=4,196kJz(kgI)Q=q“r+c,2185+4.196X(127.2-40)1063kW4-16用冷却水使疣鼠为20。0蛔h的硝基笨从355K冷却到300K.冷却水山15X升到3式,试求冷却水川求.若将冷却水的流量增加到3.5mh,试求冷却水的出口漏也解硝基苯流W%=2。0履/1.平均沸度=工i=力=327.5K.比热容W=L58kJ/（kgK）硝基岩的放热信 2000一而Xl.Kd)u) 18, S kW（1）冷却水川储计算平均温度二匚二三三=2式比热咨3=.l79kJ/（kg（）,密度p比97kg/而208(1 kg 11Q48,3X360。r

17、/.一lJ4.179(3315)=2.09mh（2）用水录生33Wh时求/屋:？用水量增大,水出口水量胃应降低。光假设水的比热容及密度不变。从上而水计算式可知必化一/1）成反1匕故2.09_ 6 -13YT-35H5b=26.9 t假设力二26.91术的平均ja度型苧比=2】t查得水的比热含0=4.182（0，七），密度p=9g8kg/n?计算4Q_Qkfi一一18.SX3600门.一D+4,图2乂3.59孙与假设相符。4-17在一换热器中，用水使薄从80。冷却到3MU即15匕升到35t.试分别计算并浪费作及逆就操作时的平均温度差.解（D并流操作_6_65-15美TqI.一：3）1ifrF=.

18、lii=T1FInIn77Mi15水，产匕七一一二拈1刀尸析七二nt逆流擦作*： 产 1135C2物=1=竽=小46XT尸脸七一二=5武G=3SV*ISC水ifiI5X-M=35七【478】在1壳程】程列管式或迪器中用水冷却添冷却水走管内,进口温度为20C,出口制度为50t.油进口温度为120t,出口温度为和T：试计算两种旗花的传热平均温度差解属T折流第二章流体输送机械2-1流体输送机械有何作用？答：提高流体的位能、静压能、流速，克服管路阻力。2-2离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体？启动后，液体在泵内是怎样提高压力的?泵入口的压力处于什么状体？答：离心泵在启动前未充满液体，则泵壳内存在空

19、气。由于空气的密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体（气缚）；启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口位置处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。泵入口处于一定的真空状态（或负压）2-3离心泵的主要特性参数有哪些？其定义与单位是什么？1、流量qv:单位时间内泵所输送到液体体积，m3/s,m3/min,m3/h.。2、扬程H:单位重量液体流经泵所获得的能量，J/N,m3、功率与效率：轴功率P:泵轴所

20、需的功率。或电动机传给泵轴的功率。有效功率Pe：效率：2-4离心泵的特性曲线有几条？其曲线的形状是什么样子？离心泵启动时，为什么要关闭出口阀门？答：1、离心泵的H、P、与qv之间的关系曲线称为特性曲线。共三条；2、离心泵的压头H一般随流量加大而下降离心泵的轴功率P在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。与qv先增大，后减小。额定流量下泵的效率最高。该最高效率点称为泵的设计点，对应的值称为最佳工况参数。3、关闭出口阀，使电动机的启动电流减至最小，以保护电动机。2-5什么是液体输送机械的扬程？离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的？液体的流量、泵的转速、液体的粘度对扬程有何影响？答：1、单位重量液体

21、流经泵所获得的能量2、在泵的进、出口管路处分别安装真空表和压力表，在这两处管路截面1、2间列伯努利方程得：3、离心泵的流量、压头均与液体密度无关，效率也不随液体密度而改变，因而当被输送液体密度发生变化时，H-Q与刀-Q曲线基本不变，但泵的轴功率与液体密度成正比。当被输送液体的粘度大于常温水的粘度时，泵内液体的能量损失增大，导致泵的流量、扬程减小，效率下降，但轴功率增加，泵的特性曲线均发生变化。2-6在测定离心泵的扬程与流量的关系时，当离心泵出口管路上的阀门开度增大后，泵出口压力及进口处的液体压力将如何变化？答：泵出口压力变小，进口处真空度增加2-7离心泵操作系统的管路特性方程是怎样推导的？它表

22、示什么与什么之间的关系？答：当离心泵安装到特定的管路系统中操作时，若贮槽与受液槽两液面保持恒定，则泵对单位重量（1N）流体所做的净功为，忽略令，得管路特性方程2-8管路特性方程中的与k的大小，受哪些因素影响？答：与液面高度差和静压差有关。k与管路长度、管径、摩擦系数及局部阻力系数有关。2-9离心泵的工作点是怎样确定的？流量的调节有哪几种常用的方法？答：1、离心泵在管路中正常运行时，泵所提供的流量和压头应与管路系统所要求的数值一致。安装于管路中的离心泵必须同时满足管路特性方程与泵的特性方程，即管路特性方程和泵的特性方程H=f（Q），联解上述两方程所得到两特性曲线的交点，即离心泵的工作点。2、改变

23、口阀开度（改变管路特性曲线）；改变泵的转速（改变泵的特性曲线）；离心泵并联操作；离心泵的串联操作。2-10何谓离心泵的气蚀现象？如何防止发生气蚀？答：1、当叶片入口附近的最低压力等于或小于输送温度下液体的饱和蒸汽压时，液体将在此处汽化或者是溶解在液体中的气体析出并形成气泡。含气泡的液体进入叶轮高压区后，气泡在高压作用下急剧地缩小而破灭，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占据的空间，造成冲击和振动。金属表面受到压力大，频率高的冲击而剥蚀以及气泡内夹带的少量氧气等活泼气体对金属表面的电化学腐蚀等，使叶轮表面呈现海绵状、鱼鳞状破坏。这种现象称为汽蚀。2、为了避免气蚀的发生，泵

24、的安装高度不能太高，可用泵规格表中给出的气蚀余量对泵的安装高度加以限制。2-11影响离心泵最大允许安装高度的因素有哪些？答：最大允许安装高度；环境大气压，工作温度下的液体饱和蒸气压，允许气蚀余量，吸入管路的压头损失。第四章传热4-1根据传热机理的不同，有哪三种基本传热方式？他们的传热机理有何不同？答：根据传热机理的不同，热的传递有三种基本方式：热传导、对流传热和辐射传热。热传导（简称导热）：热量不依靠宏观混合运动而从物体中的高温区向低温区移动的过程。在固体、液体和气体中都可以发生。对流传热：由流体内部各部分质点发生宏观运动而引起的热量传递过程，只能发生在有流体流动的场合。热辐射：因热的原因而产

25、生的电磁波在空间的传递。可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。4-2傅立叶定律中的负号表示什么意思？答：热量传递的方向沿着温度梯度下降的方向。4-3固体、液体、气体三者的热导率比较，哪个大，哪个小？答：一般固体液体气体4-4纯金属与其合计比较，热导率哪个大？答：纯金属大于合金4-5非金属的保温材料的热导率为什么与密度有关？答：密度小，则所含的空气越多，气体的导热系数低于固体。4-6在厚度相同的两层平壁中的热传导，有一层的温度差较大，另一层较小。哪一层热阻大。答：温差大的热阻大，热导率低。4-7在平壁热传导中，可以计算平壁总面积A的导热速率Q，也可以计算单位面积的导热速率（即热流密度）。而圆筒

26、壁热传导中，可以计算圆筒壁内、外平均面积的导热速率Q,也可以计算单位圆周长度的壁面导热速率ql，为什么不能计算热流密度？答：圆筒壁的传热面积和热流密度不再是常量，但传热速率在稳态时是常量4-8输送水蒸气的圆管外包覆两层厚度相同、热导率不同的保温材料。若改变两层保温材料的先后次序，其保温效果是否改变？若被保温的不是圆管而是平壁，保温材料的先后顺序对保温效果是否有影响？答：圆筒壁：有影响平壁没有影响4-9对流传热速率方程中的对流传热系数”与哪些因素有关答：流动状态（气、液、蒸汽）、流体的性质（热导率、热容、粘度、密度）、壁面形状等流体有无相变化、流体流动的原因、流动状态、流动物性和壁面情况（换热器

27、结构）等都影响对流传热系数。4-10流体在圆管内强制对流时对流换热系数a的计算式中，Pr的指数n由什么决定？流体在管内的流速及管径对a的影响有多大？管长、弯管的曲率对管内对流传热有何影响？答：被加热n=0.4;被冷却n=0.3在传热管的长度小于进口段以前，管子愈短，则边界层愈薄，就愈大。曲率越大，就愈大。4-11水的对流传热系数一般比空气大，为什么？答：按照强制对流公式4-12为什么滴状冷凝的对流传热系数比膜状冷凝的大？由于壁面不容易形成滴状冷凝，蒸汽冷凝多为膜状冷凝。影响膜状冷凝的因素有哪些？答：在滴状冷凝过程中，壁面的大部分面积直接暴露在蒸汽中，在这些部位没有液膜阻碍着热流，故滴状冷凝的传

28、热系数可比膜状冷凝高十倍左右。影响膜状冷凝的因素有：（1）冷凝液膜两侧的温度差当液膜呈滞流流动时，若温度差加大，则蒸汽冷凝速率增加，因而液膜层厚度增加，使冷凝传热系数降低。（2）流体物性由膜状冷凝传热系数计算式可知，液膜的密度、粘度及导热系数，蒸汽的冷凝潜热，都影响冷凝传热系数。（3）蒸汽的流速和流向蒸汽以一定的速度运动时，和液膜间产生一定的摩擦力，若蒸汽和液膜同向流动，则摩擦力将是液膜加速，厚度减薄，使传热系数增大；若逆向流动，则相反。但这种力若超过液膜重力，液膜会被蒸汽吹离壁面，此时随蒸汽流速的增加，对流传热系数急剧增大。（4）蒸汽中不凝气体含量的影响若蒸汽中含有空气或其它不凝性气体，则壁

29、面可能为气体（导热系数很小）层所遮盖，增加了一层附加热阻，使对流传热系数急剧下降。因此在冷凝器的设计和操作中，都必须考虑排除不凝气。含有大量不凝气的蒸汽冷凝设备称为冷却冷凝器，其计算方法需参考有关资料。（5）冷凝壁面的影响若沿冷凝液流动方向积存的液体增多，则液膜增厚，使传热系数下降，故在设计和安装冷凝器时，应正确安放冷凝壁面。例如，对于管束，冷凝液面从上面各排流到下面各排，使液膜逐渐增厚，因此下面管子的传热系数比上排的要低。为了减薄下面管排上液膜的厚度，一般需减少垂直列上的管子数目，或把管子的排列旋转一定的角度，使冷凝液沿下一根管子的切向流过，4-13液体沸腾的两个基本条件是什么？答：一是液体

30、的温度要达到沸点,二是需要从外部吸热。4-14为什么核状沸腾的对流传热系数比膜状沸腾的传热系数大？影响核状沸腾的因素主要有哪些？答：核状沸腾，气泡的生成速度、成长速度以及浮升速度都加快。气泡的剧烈运动使液体受到剧烈的搅拌作用，增大。膜状沸腾传热需要通过气膜，所以其值比核状沸腾小。影响核状沸腾的因素主要有：液体物性；温度差；操作压力；加热面状况；设备结构、加热面形状和材料性质以及液体深度等。4-15同一液体，为什么沸腾时的对流传热系数比无相变化时的对流传热系数大？答：因为相变热比液体的热容大很多，所以沸腾时的对流传热系数比无相变化时的对流传热系数大。4-16换热器中冷热流体在变温条件下操作时，为

31、什么多采用逆流操作？在什么情况下可以采用并流操作？答：逆流时的平均温度差最大，并流时的平均温度差最小，其它流向的平均温度差介于逆流和并流两者之间，因此就传热推动力而言，逆流优于并流和其它流动型式。当换热器的传热量Q即总传热系数K一定时，采用逆流操作，所需的换热器传热面积较小。在某些生产工艺要求下，若对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不得超过某一温度，或热流体被冷却时不得低于某一温度，则宜采用并流操作。4-17换热器在折流或错流操作时的平均温差如何计算？答：根据冷、热流体的进、出口温度，算出纯逆流条件下的对数平均温度差；按下式计算因数R和P：根据R和P的值，从算图中查出温度差校正系数；将纯逆流条件下的对数平均温度差乘以温度差校正系数，即得所求的。4-18换热器的总传热系数的大小，受哪些