流体流动输送知识习题集

1、第一章习题详解工程训练某食品厂一生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮水池经换热器送到另一敞口高位槽。已知高位槽液面比贮水池液面高出10m，管内径为75mm，管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为400m。液体流动处于阻力平方区，摩擦系数为0.03。流体流经换热器的局部阻力系数为0.32。离心泵在转速n =2900r/min时的H-Q特性曲线数据如下:Q/(m 3/s)00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H/m2625.524.5232118.515.5128.5现因生产需要，要求流量增加为0.0055m 3/s，其他条件不变，试通过计算，提出几种不

2、同的解决方案，并对其进行比较。（工厂有同型号备用泵）解：取贮水池液面为1-1截面，高位槽液面为2-2截面，在两截面间列柏努利方程。以1-1截面所在水平面为基准面Z1 U12/2gPl/ g heZ2u；/2g P2/ ghf其中：Z1= 0 m , Z2= 10 m ,U1U2p , p1=p2= 0(表压),hfle d4000.030.0752u278Q220.32 飞7418554Qg 0.075则，管路特性方程为he 10hf 10 418554Q2根据离心泵特性曲线数据及管路特性曲线方程绘制，两曲线交点即为离心泵的工作点。38363432302826242220H 181614121

3、0864200.0000.0010.0020.003he-Q/H-Q.= *1 1 1 - 1 10.0060.007则其流量为：0.0047m 3/s ;扬程为:19.1m现需流量增加到0.055 m 3/s方案1:改变泵的转速n29000.00550.0047n 3393 r/min此时扬程为：26.2 m 。方案2:根据生产任务要求，购置新泵。方案3:两台泵串联55 -50 -45 -40 =35 -30H 25201510 -5 -0 40.0000.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.009Qhe-Q.* 串(H-Q)H-Q则其流量为：0.

4、0065m3/s ;扬程为：27.5m。方案4:两台泵并联38 J36 :34 -32 -30 -28 26 24 F2220H 181614121086420 _0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012Q4I.H-Qhe-Q并（H-Q）O.0l4 O.O16 o.dl8则其流量为：0.0056m3/s ;扬程为：23.5m 。方案比较: 改变泵的转速：需要变速装置或能变速的原动机；改变转速时，要保证其转速不能超过泵的 额定转速。换泵：直接简便，但需设备投入。串并联：利用工厂的闲置备用泵，不增加投资；串并联均能使流量和扬程增加，但由于本案 管路系统阻力

5、较高，相比之下，采用串联操作流量超出生产要求太多，还需关小阀门以调节 流量，多消耗能量，不经济。所以，最终采用方案4，两泵并联以满足新的生产任务。习题详解1-4用一复式U形管压差计测定水流管道A、B两截面间的压差，压差计的指示液为汞，两段汞柱之间充满水，测压前两U形压差计的水银液面为同一高度。今若测得hi= 1.2 m , h2 =1.3 m，Ri =0.9 m , R2 = 0.95 m ,式,再进行数字运算）。问管道中A、B两点间的压差pab为多少？（先推导关系PbP2P3H2Og h2H2og RR2h2HggR2Hg gR?h1H2Og h2PaPBHg gRlH2O gh1H2OgR

6、 h2h1H2Ogh2R2HggRR2H2OghlR1 h2h1 h2R2HggRR2H2O gRR2gRiR2HgH2O代入数据得：Pab9.810.91 0.951360010002.29105 PaH2OghlPi则PabHg gR2Hg gR1H2ogh1P3解:Pa1-5 密度为 920 kg/m3的椰子油由总管流入两支管,总管尺寸为60 mm X3.5 mm ,两支管尺寸分别为38 mmX3.5 mm与25 mm X3.5 mm。已椰子油在总管中的流速为0.8 m/s , 且两支管中的流量比为2.2。试分别求椰子油在两支管中的体积流量、质量流量、流速及质量 流速。解:di2Ui42

7、.2d；U2420.0530.0312Ui0.8 0.0312u1 0.0182u22.20.0182U2求解得流速分别为:U1 = 1.61 m/s , U2= 2.17 m/s由此得出其体积流量:Vs1 -d12U11.22 10 3 m3/s4Vs2-d；U2 5.52 10 4 m3/s4质量流量：ms1Vs1 1.12 kg/s , ms2Vs2 0.51 kg/s2 2质量流速：G U1 1481 kg/m s, G2U2 1996 kg/m s1-6某输水管路，水温为20 C,管内径为200 mm，试求：（1）管中流量达到多大时,可使水由层流开始向湍流过渡？（2）若管内改送运动粘

8、度为0.14 cm 2/s的液体，并保持层流流动，求管中最大平均流速?解：(1)查得 20C水的 p= 998.2 kg/m 3, 尸 1.005 X10-3 PasRe dU0.2 U 998.21.005 10 32000时，水由层流开始向湍流过渡即流量达到Vs4 0.220.013.14 10 4 m3/s时，水由层流开始向湍流过渡。(2)Redu0.2 u0.14 10 42000可保持层流则管中最大流速为U0.14 m/s1-7一虹吸管放于牛奶贮槽中，其位置如图所示。贮槽和虹吸管的直径分别为 D和d，若流动阻力忽略不计，试计算虹吸管的流量。贮槽液面高度视为恒定。解：取贮槽液面为1-1

9、截面，虹吸管出口为2-2截面，在两截面间列柏努利方程。以2-2 截面所在水平面为基准面，流动阻力忽略不计。gZ1 u/2 P1/gZ2 u|/2 P2 /其中:Z1 = h, U1, Z1 = 0, p1 = P2 = 0(表压)则虹吸管流量为：Vs -d2u -d%/2gh m3/s441习题1-7附图t附图1-9敞口高位槽中的葡萄酒（密度为985 kg/m 3）经38 mm X2.5 mm的不锈钢导管流入蒸馏锅，如图所示。高位槽液面距地面8 m,导管进蒸馏锅处距地面3 m,蒸馏锅内真空度为8 kPa。在本题特定条件下，管路摩擦损失可按2 Wf=6.5u2 J/kg （不包括导管出口的局部阻

10、力）计算，U为葡萄酒在管内的流速（m/s ）。试计算：（1）导管A-A截面处葡萄酒的流速；（2 ）导管内葡萄酒的流量。wf解：在高位槽液面与导管出口内侧截面间列柏努利方程，以地面为基准水平面gz1 u2/2 P1/gz2 u；/2 P2 /其中：Z1=8 m , Z2= 3 m , U1 V0, p1 = 0（表压）,p2= 8000 Pa俵压）,3Wf = 6.5u2 J/kg因为管径不变，故导管内各截面处流速相等，U2= U。代入上式得g 8 g 3 u72 8000/985 6.5u2则导管A-A截面处葡萄酒的流速u =2.86 m/s22333流量Vs -d u - 0.033 2.8

11、6 2.45 10 m /S 8.8 m/h1-13拟用泵将葡萄酒由贮槽通过内径为50 mm的光滑铜管送至白兰地蒸馏锅。贮槽液面高出地面3m ,管子进蒸馏锅处高出地面10m。泵出口管路上装有一闸阀调节流量，管路总长80 m （包括除调节阀以外的所有局部阻力的当量长度）。葡萄酒的密度为985 kg/m 3,黏度为1.5 mPa S。试求：（1）在阀1/2开度和全开两种情况下的管路特性方程；（2）流量为15 m 3/h时，两种情况下管路所需的压头及功率。解：（1）在贮槽液面与管出口外侧截面间列柏努利方程，以地面为基准水平面Z1u1 u2 2 d2 0.05244/2gP1/ghez?u|/2gP2

12、/ghf其中：Z1= 3 m , Z2= 10 m , U1U2p, p1 =p2 = 0(表压),hflle u20.316 l le u2d 2g du / 0.25 d 亦闸阀1/2开度时le/d =225，全开时le/d = 9光滑管利用柏拉修斯（Blasius ）式0.316/Re。25，分别代入阀门半开时：hf0.3160.05 u 985/1.5 10 3280u175225 2.18u2 9.810.05阀门全开时：hf0.3160.05 u 985/1.5 10 30.2500592 9.81倔厂则管路特性方程：阀门半开时he 7hf 7_ . _ 1.752.18u阀门全开

13、时he 7hfr ，小c 1.757 1.93u鼻空型2.12 m/s则 阀门半开时管路所需压头为:he1 7572.18u .15.1 m管路所需功率为：Ne gheVs9.81 15.1 985 15/3600608 W阀门全开时管路所需压头为:he7 1.93u1.7514.2 m管路所需功率为：Ne ghe Vs9.81 14.2 985 15/3600572 W1-14用离心泵将敞口贮槽中的大豆油（密度为940 !kg/m 3,黏度为40 X10 -3 Pas）,送往一精制设备V7i 1中，如附图所示。设备内压强保持0.01 MPa （表压），匸丿贮槽液面与设备入口之间的垂直距离为1

14、0 m，管路习题1-14附图为57 mm X4 mm的钢管（=0.2 mm ）,管道总 长60 m （包括除孔板流量计在外的所有局部阻力的当量长度）。管路上装有孔径d0 = 16 mm的孔板流量计。今测得连接孔板的指示剂为水银的U形管压差计的读数R= 250 mm，孔板阻力可取所测得压差的80%。试求泵消耗的轴功率，泵的效率取为65%。解：在敞口贮槽液面与管道设备入口处截面间列柏努利方程，以贮槽液面所在水平面为基准水平面gz1 u12/2P1/Wegz2 u|/2 P2/Wf其中：Z1=0 m , Z2= 10 m ,U1U20, p1 = 0（表压）,p2= 0.01 X106 Pa（表压）

15、,wfIled2uWf,孔板已知孔板流量计的 U0 C2gR 0假设孔流系数C0与Re数无关，由（d0/d1）2 = 0.11查图得C0 = 0.60，代入上式得U0= 4.88由 Au A0U0m/s0.0492 u 0.0162 4.88 u 0.52 m/s 44du 0.049 0.52 940口 一/中沁十340 10 3则Re 3 598.78，显然与假设不符。重设 Co = 0.61，贝U U0 =4.96 m/s , u = 0.53 m/s , Re=610.3 为层流，Z64/Re=0.10由Wf,孔板0.8P 0.8 R 0 g 24839 J/kgwf0.1_62483

16、9 24856 J/kg0.0492代入柏努利方程得We9.81 10 0.01 107940 2485624965 J/kgmsAu940-0.0492 0.53 0.94 kg/s4则泵消耗的轴功率:N Ne/WeEs24965 0.94/0.6536103 W 36.1 kW1-16有一测空气的转子流量计，其流量刻度范围为400-4000 l/h ，转子材料用铝制成（P铝=2670 kg/m 3）,今用它测定常压20 C的二氧化碳，试问能测得的最大流量为若干l/h ?解：常压20 C的二氧化碳的密度为 CO2 -PM101.3 441.83 kg/m 32 RT 8.314 293Vs2

17、”293 2670 830.84Y 1.83 2670 1.293则此条件下，转子流量计能测得的最大流量为 Vs2=0.84 X4000 = 3360 l/h1-18某食品厂为节约用水，用离心泵将常压热水池中60 C的废热水经68 mm X3.5 mm的管子输送至凉水塔顶，并经喷头喷出而入凉水池，以达冷却目的，水的输送量为22 m 3/h，喷头入口处需维持0.05 MPa （表压），喷头入口的位置较热水池液面高5 m，吸入管和排出管的阻力损失分别为1 mH 2O和4 mH 2O。试选用一台合适的离心泵，并确定泵的安装高度。（当地大气压为0.099 MPa ） 解：在热水池液面与喷头入口处截面间

18、列柏努利方程，以贮槽液面所在水平面为基准水平面P2/ ghfp2 =0.05 X106 Pa（表压）,zi Ui2/2g p,/ g he z? Ij2g其中：zi=0 m , z2= 5 m , ui, pi=0（表压）,hfhf1hf2 1 4 5 mH2O代入上式得he 5 0.05 106/ 983.1 9.815 15.18 mHkO根据流量22 m3/h和管路所需压头15.18 mH 2O，选取离心泵型号为IS65-50-125。所选离心泵在 2900 r/min 时的性能为 Q = 25 m 3/h , H = 20 mH 2O , N = 1.97 kW , n= 69% ,A

19、h = 2.0 mH 2O。hf1Ah2 5.2 m则离心泵的最大允许安装高度Hg,允许（P0 Pv）/ g99 19.921031983.1 9.81则泵的实际安装高度应小于5.2 m，为安全计，取为4 m第二章习题详解工程训练一操作方式对过滤机生产能力的影响现有从发酵工序出来的啤酒悬浮液，含有约0.3%（质量分数）的悬浮物。利用BAS16/450-25 型压滤机进行过滤。过滤面积为16m 2，滤框长与宽均为450mm，厚度为25mm ,共有40个框。原操作方式采用恒压过滤, 滤饼体积与滤液体积之比c=0.03 m 3/m 3,滤饼不可压缩，过滤介质当量滤液量qe=0.01m3/m2，过滤常

20、数K=1.968 X105。考虑到生产需要，要求在保证啤酒澄清度等产品质量的基础上，试通过改变操作方式，改善现有设备 的生产效率（过滤时间短），提出几种不同的解决方案，并比较选择最优方案。参考答案:恒压过滤：过滤面积为16m 2,滤框长与宽均为450mm，厚度为25mm的，共有40个框。滤饼体积与滤液体积之比c=0.03 m3/m 3，滤饼不可压缩，过滤介质当量滤液量 qe=0.01m 3/m2,过滤常数 K=1.968 X10-5滤框充满时所得滤饼体积为Vi=0.45 X0.45 X0.025 X40=0.2025m 3滤框充满时所得滤液量为V=错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。=6

21、.75m 3Ve=Aq e=16 X0.01=0.16 m 3由恒压过滤方程V2+2VeV=KA2 e得过滤时间e=错误味找到引用源。=9472s y.63h方案一:恒速过滤：过滤面积为16m2,滤框长与宽均为450mm，厚度为25mm的，共有40个框。滤饼体积与滤液体积之比c=0.03 m3/m 3，滤饼不可压缩，过滤介质当量滤液量 qe=0.01m 3/m2,过滤常数 K=1.968 X10-5解:滤框充满时所得滤饼体积为Vi=0.45 X0.45 X0.025 X40=0.2025m 3滤框充满时所得滤液量为V=错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。=6.75m 3Ve=Aq e=1

22、6 X0.01=0.16 m 3由恒速过滤方程V2+VeV=错误!未找到引用源。A2e得过滤时间e=错误!未找到引用源。=9258s y.57h方案二:先恒速后恒压过滤：过滤面积为16m2,滤框长与宽均为450mm，厚度为25mm的, 共有40个框。滤饼体积与滤液体积之比c=0.03 m3/m 3,滤饼不可压缩，过滤介质当量滤液量qe=0.01m 3/m 2,过滤常数K=1.968 X10-5,先恒速操作10min ,压差增大，并在此压 差下继续恒压操作。解:滤框充满时所得滤饼体积为Vi=0.45 X0.45 X0.025 X40=0.2025m 3滤框充满时所得滤液量为V=错误!未找到引用源

23、。=错误!未找到引用源。=6.75m 3Ve=Aq e=16 X0.01=0.16 m 3ei=600sV1=1.92 X10-3 X600=1.152 m 3恒压过滤是在已获得滤液量Vi的条件下,(V2-Vi2) +2Ve (V-Vi) =KA2 (0- 01)则01错误味找到引用源。+600=错误!未找到引用源。=9136s=2.54h综上所述，采用恒压过滤，在过滤初期，过滤速度太快，颗粒容易穿透滤布、滤液浑浊 或滤布堵塞，而过滤末期，过滤速度又会太小。方案一采用恒速过滤，过滤末期的压力势必 很高，导致设备泄露或动力负荷过大。方案二是工业上常用的操作方式，先以较低的速度进行恒速过滤，以免压

24、力过早升高形成流到堵塞，当压力升高到定值后再采用恒压过滤，过滤时间最短，生产效率高，所以综合考虑选取方案二。错误!未找到引用源。+2错误!未找到引用源。0.1qe=2 X10-5错误!未找到引第二章习题详解1、用 BMS20/830-2010-5m2/s,过滤 lOmin板框压滤机恒压过滤某悬浮液。已知在操作条件下过滤常数 K=2 X后，得滤液0.1 m 3/m 2。求再过滤5min ,又可得多少滤液（m 3/m 2）。解:根据恒压过滤方程式:错误味找到引用源。+2qq e=K 0得:用源。600q e=0.01 m 3/m 2所以恒压过滤方程为错误味找到引用源。+0.02q=2 X10-5

25、0将0=(6OO+3OO)s=9OOs 代入恒压过滤方程,解得q=0.1245 m 3/m 2所以再过滤5min后，又可得滤液q=(0.1245-0.1) m 3/m 2=0.0245 m 3/m 22、用过滤机过滤某种悬浮液，过滤机过滤面积为10 m3,过滤介质阻力可以忽略。为了防止开始阶段滤布被颗粒堵塞，采用先恒速后恒压的操作方法。恒速过滤进行10min ,得滤液3m3。然后保持当时的压差再过滤30min，求整个过滤阶段所得滤液量。解:恒速阶段过滤速率为错误!未找到引用源。=0.3 m 3? min -1恒压过滤阶段的最初速率为错误!未找到引用源。二错误！未找到引用源。(Ve=O)恒压过滤

26、的最初速率等于恒速阶段的过滤速率，即错误!未找到引用源。=1.8恒压过滤是在已获得滤液量Vi的条件下，即错误!未找到引用源。=0.3(V2-Vi2) +2Ve (V-Vi) =KA2 (卜 Bl)V=错误味找到引用源。=错误!未找到引用源。=7.94m 33、用某压滤机过滤果汁，在恒压过滤1h后，可得3m3清汁，停止过滤后用1m3清水（其粘度与滤液相同）于同样压力下对滤饼进行洗涤。求洗涤时间，设滤布阻力可以忽略。滤布阻力忽略时，恒压过滤方程为V2=KA20将V=3m 3,0=1h代入上式得ka2=错误!未找到引用源。二错误!未找到引用源。最终过滤速率错误味找到引用源。e=错误味找到引用源。对板

27、框机，当洗涤粘度与滤液相同且洗涤压力与过滤压力相同时,洗涤速率错误味找到引用源。w错误!未找到引用源。e=错误!未找到引用源。洗涤时间=错误!未找到引用源。2.7h4、用转筒真空过滤机在恒定真空度下过滤某种悬浮液，此过滤机转鼓的过滤面积为5m2,浸没角度为120。，转速为r?min 1。已知过滤常数K=5.15 X10-6 m2?5-1，滤渣体积与滤液体积之比c=0.56 m 3?m-3,过滤介质阻力相当于2mm厚滤渣层的阻力，求：（1）过滤机的生产能力；（2）所得滤渣层的厚度。解:（1） Ve=2mm 厚滤渣层相应的滤液量2 10 3 A 2 10 350.56=0.0179m 3又 n=1

28、r ?min-1=1/60 r ?5-1二错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。由恒压过滤方面知V2+2W e=KA2 /nV2+2W e=KA 2 /nV2+2V XO.O179=5.15 X10-6 X52X错误味找到引用源。X60解得V=0.036 m 3Q=V ?i=0.036 X1=0.036m 3? min -1 或 2.16 m 3? h-1（2）滤饼层厚度=滤饼体积=VC = 00Z60.004m 4mmA A5、鲜乳中脂肪球的平均直径约为4 pm , 20 C时，脂肪球的密度为1010kg/m 3,脱脂乳的密度为1030 kg/m 3,粘度为2.12 X10-3Pas,求

29、脂肪球在脱脂乳中的沉降速度。解:假定沉降在层流区进行，则错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。=-8.23 X10-8m/s验算表明假定正确。Reo=错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。=1.60 X10-7 1U0值为-8.23 X10-8m/s即为所求的沉降速度。负号表示脂肪球向上浮。6、用降尘室净化常压空气，空气温度 20 C,流量为2500 m3/h，空气中灰尘的密度为 1800kg/ m 3,要求净化后的空气不含有直径大于10 pm的尘粒，求：所需沉降面积；(2)若降尘室的宽为3m、长为5m，计算室内需要多少隔板。解:(1) 20 C空气的密度 P =1.2 kg/ m 3

30、，粘度 尸1.81 X10-5 Pas设直径为10呵的尘粒沉降于斯托克斯定律区，则颗粒的沉降速度为错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=5.42 X10-3m/sRe0=错误味找到引用源。=错误!未找到引用源。=3.6 X10-32所以以上假设成立。需要沉降面积为A=错误!未找到引用源。m2(2)降尘室底面积A0=3 X5=15m 2所以需要个隔板数为150mm、导热系数第五章传热5-1某燃烧炉由三层绝热材料构成。内层是耐火砖，厚度N=错误!未找到引用源。块1.05Wm K ;中间层为绝热砖，厚度290mm,0.15W/m K ;最外层为普通砖，厚度为190mm，导热系数0.81W/mK

31、。已知炉内壁温度为1016 C,外壁温度为30 C。试求:(1)单位面积上的传热速率q ；(2) 耐火砖与绝热砖界面温度;(3)普通砖与绝热砖界面温度。解：(1)单位面积上的传热速率q ；1 0.15 0.290.192.311() A 1.050.150.81 AQ t1 t4 q A A R匹型 426W/m22.3145-9两块相互平行的黑体长方形平板，其尺寸为1 2m，板间距为1m。若平板表面(2)耐火砖与绝热砖界面温度;q1 q1化1 t2 )b1t t 426t1 t21.06吐 60.3 Ct2 t160.3106160.31000.7 C(3) 普通砖与绝热砖界面温度;q3 q

32、b3t4 t3 雷 99.9 Ct3 t499.930 99.9129.9 C5-2外径100mm的蒸汽管，管外包第一层绝热材料厚50mm ,导热系数1 0.7W/m K ,外层绝热材料为厚25mm,导热系数20.075W/m K ,若蒸汽管外壁温度为170C,最外层表面温度为38C。试计算每米管长的热损失和两层绝热材料的界面温度。解:依题意知r10.05mr20.1m30.15mQ 2 (t1tjL丄4丄lnU1 n 2 r2dnP0.050.72 (170 38), c, 129.7W/m1, 0.15ln 0.0750.1q 1r2t?1 In 21r1170129.76.28 0卩悬

33、149.5 5-3冷库由两层材料构成，外层是红砖，厚度250mm,导热系数0.8W/m K ;内层绝热材料为软木，厚度200mm,0.07W/m K ；冷库内壁温度为-5 C,红砖外表面温度为25 C。试计算此冷库损失的热流量q和两层材料的界面温度。解：(1)冷库损失的热流量qqt1t31b1b225 ( 5)0.250.8陛却咻2 *0.07(2)两层材料的界面温度t2 t1q2519.47詈 22 C解：应用公式Q12C12 A1K100)4(計式中：C121 2 C。；对于黑体，1C12C05.669角系数查图5-22得l/h0.2844Q125.669 0.28 2(105 )29.8

34、KWt265 C5-11在果汁预热器中，进口热水温度为98 C,出口温度降至75 C,而果汁进口温度为5C,出口温度升至65C。试求两种流体在换热器内呈并流和逆流的平均温度差。解：(1)并流时的平均温度差t(T1t1)(T2t2 )tm(98 5) (75 65)彳了？。ln心75 65(2)逆流时的平均温度差t(T1t2 )(T2t1)tm(98 65)(75 5)49.3 C,98 65In75 5章习题详解7-1.在某单效蒸发器内，将NaOH水溶液从15%浓缩到30%，溶液的平均密度为 1230kg /m3，分离室内绝对压强为50kPa，蒸发器加热管内的液层高度为1.5m，试求:因溶液蒸

35、汽压下降而引起的沸点升高;因液柱静压强引起的沸点升高;溶液的沸点。解:计算因溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高50kPa水的沸点为81.2 C,所以由图7-3查得相应溶液的沸点值为92 81.210.8 C0.0162(t273)0.0162(81.2 273)2304.5=0.8819=0.8819 X10.8 =9.525 C计算因液柱静压强引起的沸点升高=50 103 1230 9.81 5=59.05k Pa由附录查得59.05kPa下，蒸汽的饱和温度为85C。t pm t p85 81.2=3.8 C 计算溶液的沸点 t 81.2 9.525 3.8 C94.525 C7-2.在单效真空

36、蒸发器中，需要将2000 kg/h的桔汁从10% 浓缩到50%。进料温度为 80 C,进料的平均定压比热为 2.80kJ/kg K,出料温度为60 C，当地大气压强为100kPa，加热 蒸汽表压为100kPa，蒸发器的总传热系数为1200 W /m2 -C。若不考虑热损失，试求:每小时蒸发的水分量和成品量;加热蒸汽消耗量;蒸发器的传热面积。解:计算每小时蒸发的水分量和成品量XoW F(1)X2000(1 )50= 1600kg/hL F W2000 1600=400kg/h 计算加热蒸汽消耗量 200kPa下水的相变热和饱和温度：R=2204.6kJ/kg , Ts=120.2 C 60 C下

37、水的相变热：r=2355.1kJ/kgF(ct c0t0) Wr Q1Ql 0cc0，贝y：Fc(t t0) Wr2000 2.8(60 80) 1600 2355.12204.6=1658kg/h 计算蒸发器的传热面积AkDRK(Ts t)1658 220461200 (120.2 60)=50.6m 2第10章工程训练：一一洋葱干燥条件的确定利用热风干燥生产洋葱脱水蔬菜，干燥第一阶段要求洋葱含水量由31=90.5%干燥到32=45.9%。原干燥条件为，干燥空气干球温度为50 C、空气 流量为140kg/h、载物量为2.0kg/m 2,干燥室面积为10 m2，其他条件如下表 所示。现因生产需

38、要，要求在保证产品质量的基础上，利用现有设备将产量提高 35%以上，试通过改变干燥空气温度，干燥空气流量，提出几种不同的解决方案, 并比较选择最优方案。下表为不同温度、空气流量、料层厚度对应的临界含水量与恒速干燥速度。温度tC)空气流量L(kg/h )载物量(kg/m 2)平衡水分X*(kg/kg )临界含水量Xc (kg/kg )恒速干燥速度 Uckg/(m2h)601102.00.437.832.351250.438.002.481400.388.052.631550.338.372.90451400.437.631.76500.427.952.05600.388.052.63700.30

39、8.103.35注：干燥温度越高，营养成分被破坏的越多，复水性不佳，且热量损耗也就越大。洋葱50左右C的干燥时干燥速度不是很快，60 C的干燥温度比较适宜, 70 C时洋葱复水性等品质有不良影响，洋葱营养成分破坏较多，复水性不好。(忽 略风量变化引起的风机功率变化) 参考答案:,恒速阶段干燥速度为2.05kg/ (m2 h)洋葱由31=90.5%干燥到32=45.9%，干燥空气干球温度为50 C、空气流 量为140kg/h、载物量为2.0kg/m 2,干燥室面积为10m2， X*=0.42 kg/kg,临 界含水量Xc=7.95kg/kgGi=2.0 X10=20kg ,Gc= Gi X(1-

40、 3 1)=20 X(1-O.9O5) =1.9kgX10.9051 0.9059.5kg/kgX20.4591 0.4590.85kg/kg恒速干燥阶段耗时01,根据式(10-29 )01=-G(X1AUc1 9Xc)= (9.5 7.95)=0.14h根据式(10-32 )QlnX2 X*降速干燥阶段耗时02,Gc(Xc2AUc1.9(7.95 0.42)n 7.95 0.4210 2.050.85 0.42=2h总时间为0= 01+ 02=0.14+2=2.14h产量二 G1/ 0=20/2.14=9.3kg/h热量消耗：假设空气的初始状态是温度为25C,湿度为H0。二(1.01+1.8

41、8 H0) (50-25 ) =25 (1.01+1.88 H。)Q=LX X 0=140 X25 (1.01+1.88 H0)X2.14=749O (1.01+1.88 H0) 方案一:洋葱由31=90.5%干燥到32=45.9%，干燥空气干球温度为60 C、空气流量为140kg/h、载物量为2.0kg/m 2,干燥室面积为10m2, X*=0.38 kg/kg,临 界含水量Xc=8.05kg/kg，恒速阶段干燥速度为2.63kg/ (m2h)解：Gi=2.0 xi0=20kg , Gc= Gi x(1-a) =20 x(1-0.905 ) =1.9kgX10.9051 0.9059.5kg

42、/kgX20.4591 0.4590.85kg/kg恒速干燥阶段耗时Bi,根据式(10-29 )B1=-GJ(X1AUc19Xc) =-(9.5 8.05) =0.1h10 2.63降速干燥阶段耗时02,Gc(Xc2根据式(10-32 )X*) lnXc X* AUcX2 X *1.9(8.05 0.38) ln 8.05 0.3810 2.630.85 0.38=1.55h总时间为 0= 01+ 02=0.1+1.55=1.65h产量=G1/ 0=20/1.65=12.1kg/h产量提高率=(12.1-9.3) /9.3=30%热量消耗增加率：假设空气的初始状态是温度为25 C,湿度为H0。

43、二(1.01+1.88 H0) (60-25 ) =35 (1.01+1.88 H0)7.9%7490(1.01 1.88H0)q=LxzE x 0=140 x35 (1.01+1.88 H0)x1.65=8085 (1.01+1.88 H0) 热量消耗增加率=8085(1.017490(1.01 1.88H0)方案二:洋葱由3 1=90.5%干燥到32=45.9%，干燥空气干球温度为60 C、空气流量为155kg/h、载物量为2.0kg/m 2,干燥室面积为10m2, X*=0.33 kg/kg,临 界含水量Xc=8.37kg/kg，恒速阶段干燥速度为2.90kg/ (m2h)解：G1=2.

44、0 X10=20kg， Gc= G x(1-31)=20 x(1-0.905 ) =1.9kgX10.9051 0.9059.5kg/kgX20.4591 0.4590.85kg/kg恒速干燥阶段耗时01,根据式(10-29 )01=-G(X1AUc1 9Xc)= (9.5 8.37)=0.07h根据式(10-32 )X*).XCX*AUcX2X*1.9(8.370.33) n8.370.33102.900.850.33=1.44h降速干燥阶段耗时02,Gc(Xc2-7总时间为0= 01+ 02=O.1+1.98=1.51h产量二 G/ 0=20/1.51=13.2kg/h产量提高率=(13.

45、2-9.3) /9.3=41.9%热量消耗增加率：假设空气的初始状态是温度为25 C,湿度为H0。= (1.01+1.88 H0) (60-25 ) =35 (1.01+1.88 H0)Q=LXzE X 0=155 X35 (1.01+1.88 H0)X1.51=8192 (1.01+1.88 H0)热量消耗增加率=8192(1.01 1.88H0)7490(1.01 1.88H0)7490(1.01 1.88H0)9.4%方案三:洋葱由31=90.5%干燥到32=45.9%，干燥空气干球温度为70 C、空气流量为140kg/h、载物量为2.0kg/m 2汗燥室面积为10m2, X*=0.3

46、kg/kg，临 界含水量Xc=8.1kg/kg，恒速阶段干燥速度为3.35kg/ (m2h)解：G1=2.0 X10=20kg , Gc= G1X(1-31) =20 x(1-0.905 ) =1.9kgX1 一JO.9059.5kg/kg1111 0.9059 9X2 一0.4590.85kg/kg2121 0.4599 9恒速干燥阶段耗时Bi,根据式（10-29 ）01= -GJ(X1AUc1 9XC)=:(9.5 8.1) =0.08h10 3.35降速干燥阶段耗时02,Gc（Xc2AuC根据式(10-32 )X*) nXc X* 1.9(8.1 0.3)1 n 8.10.3X2 X *

47、 =10 3.350.85 0.3=1.17h总时间为 0= 01+ B2=0.08+1.17=1.25h产量=G1/ 0=20/1.25=16kg/h产量提高率=(16-9.3) /9.3=74.5%热量消耗增加率：假设空气的初始状态是温度为25 C,二(1.01+1.88 H0) (70-25 ) =45 (1.01+1.88 H。)湿度为Ho。Q=LX X 0=140 X45 (1.01+1.88 H0)X1.25=7875热量消耗增加率=5。.01asH0) 7490(1.01(1.01+1.88 H0)1.88H0)5.1%7490（1.01 1.88H0）综上所述，方案一增加干燥温

48、度，不能达到目的；方案二增加空气温度、流量， 干燥产量能达到要求，干燥温度也比较适宜，能量消耗增加率为9.4%;方案三 增加空气温度，虽然能大幅度提高产量，能量消耗增加率为5.1%，但是对预热 功率要求较高，对产品质量影响也较大。故综合考虑选取方案二。本章习题以及参考答案习题10-5在并流干燥器中，每小时将1.5吨切丁胡萝卜从含水量0.85干燥到0.20 （湿基，下同）。新鲜空气的温度为27 C,相对湿度为60%，空气预热温度为93 C,若干燥器中空气是绝热增湿，离开干燥器的温度为50 C,试求:每小时除去的水分;(2)每小时空气用量;(3)每天的产品量。解：(1)每小时除去的水分W，根据式(

49、10-21a )代入数值可得：W=1.5 X1000 X(0.85-0.20 )/ (1-0.20) =1218.8kg/h(2 )每小时空气用量 L,由于t0=27 C,0=0.6，查图10-3得Ho=O.O12kg/kg ,则ti=93 C, Hi=0.012kg/kg ,干燥过程中空气是绝热增湿, 沿绝热饱和线交t2=50 C, 则 H2=0.032kg/kg，根据式(10-21c)L W=1218.8/ (0.032-0.012 ) =60 937.5 kg/hH 2 H 1实际消耗空气用量为 L=L (1+ H0) =60 937.5 X (1+ 0.012) =61 668.75

50、kg/h(3)每天的产品量G2G2= (G1-W)X24= (1500-1218.8 )X24=6748.8kg/d习题10-6.某果蔬加工厂用热风个干燥新鲜蘑菇，生产能力为100kg/h，经 干燥器脱水处理，湿基含水量由0.90降至0.30，温度由25C升至35 C,干蘑菇比热容为2.345kJ/ (kg K) o新鲜空气由温度25 C、为0.30经预热器升温 至70 Co加热后的空气通过干燥室温度降至50 Co假设空气在干燥过程是绝热 增湿。试求：(1)每小时除去的水分;(2)每小时空气用量;(3)汽化1kg水分的热消耗量。解：(1)每小时除去的水分W，根据式(10-21a )W= G2( 1_211 1代入数值可得：W=100 xO.90-0.30) / (1-0.90 ) =600kg/h(2)每小时空气用量 L,由于t0=25 C, 0=0.3，查图10-3得Ho=O.OO6kg/kg ,则ti=70 C, Hi=0.006kg/kg ,干燥过程中空气是绝热增湿,沿绝热饱和线交t2=50 C,则H2=0.016kg/kg，根据式(10