化工原理-章习题答案解析

TOC\o"1-5"\h\z第一章流体流动与输送机械（2）第二章非均相物系分离（32）第三章传热（42）第四章蒸发（69）第五章气体吸收（73）第六章蒸储（95）第七章固体干燥（119）第一章流体流动与输送机械1.某烟道气的组成为CO13%,Nb76%,HzO11%(体积%)，试求此混合气体在温度500C、压力101.3kPa时的密度。解：混合气体平均摩尔质量MmyiM।(0.13440.76280.1118)10328.98103kg/mol混合密度3.3pMm101.310328.981033Pmm0.457kg/m3RT8.31(273500).已知20c时苯和甲苯的密度分别为879kg/m3和867kg/m3,试计算含苯40%及甲苯60%（质量%）的混合液密度。铲1a1a20.40.6解：————————m128798673混合液密度871.8kg/m3130kPa。若在大气压力为75kPa.某地区大气压力为130kPa。若在大气压力为75kPa的高原地区操作该吸收塔，且保持塔内绝压相同，则此时表压应为多少？''解：P绝PaP表Pa+P表''一_p表（Pa+p真）一Pa（101.3+130）75156.3kPa.如附图所示，密闭容器中存有密度为900kg/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58kPa。试计算液面到下方测压口的距离。解：液面下测压口处压力pPogzPighPighPoPighPozg(5842)1039009.810.552.36m5.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700mmF口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800kg/m3和1000kg/m5.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700mmF口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800kg/m3和1000kg/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pPa油gh1油h1水h2h水水gh2油—h1水Pah2水gh-8000.70.61.16m1000(2)PaPbPcPd6.为测得某容器内的压力，采用如图所示的U形压力计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m3,h=0.8m,R=0.45m。试计算容器中液面上方的表压。解：如图，1-2为等压面。PipghP2Pa0gRpghPa°gR则容器内表压：PPa0gRgh136000.459.819000.89.8153.0kPa题5附图题6附图.如附图所示，水在管道中流动。为测得A-A'、BB'截面的压力差，在管路上方安装一U形压差计，指示液为水银。已知压差计的读数R=180mm试方t算AA'、BB'截面的压力差。已知水与水银的密度分别为1000kg/m3和13600kg/m3。解：图中，1-1'面与2-2'面间为静止、连续的同种流体，且处于同一水平面，因此为等压面，即PiPi'PiPi',P2又Pi‛PagmP2P1P20gRp2'0gRPbg(mR)ogR所以PagmPbg(mR)0gR整理得PaPb(o)gR由此可见，U形压差计所测压差的大小只与被测流体及指示液的密度、读数R有关，而与U形压差计放置的位置无关。代入数据papb(136001000)9,810.1822249Pa.用U形压差计测量某气体流经水平管道两截面的压力差，指示液为水，密度为1000kg/m3,读数R为12mm为了提高测量精度，改为双液体U管压差计，指示液A为含40%乙醇的水溶液，密度为920kg/m3,指示液C为煤油，密度为850kg/m3。问读数可以放大多少倍？此时读数为多少？解：用U形压差计测量时，因被测流体为气体，则有P1P2Rg0用双液体u管压差计测量时，有'P1P2Rg(ac)100014.3100014.3920850R___IR-7""C此时双液体u管的读数为R14.3R14.312171.6mm.图示为汽液直接混合式冷凝器，水蒸气与冷水相遇被冷凝为水，并沿气压管流至地沟排出。现已知真空表的读数为78kPa,求气压管中水上升的高度ho解：PghPa题9附图题9附图水柱高度h色一P78107.95mg1039.81

10.硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为676X4mnf口657X3.5ms已知硫酸的密度为1830kg/m3,体积流量为10.硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为676X4mnf口657X3.5ms已知硫酸的密度为1830kg/m3,体积流量为9m7h,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：⑴大管：msuiGi（f）76VsVs4mm9183016470kg/h9/36000.785d20.785u10.6918300.06820.69m/s1262.7kg/(m2s)（2）小管：573.5mm质量流量不变ms216470kg/hu2Vs9/36001.27m/s0.785d20.7850.052或：U2ui（曳）20.69（68）21.27m/sd250G2u21.2718302324.1kg/（m2s）11.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：TOC\o"1-5"\h\zP112P212z〔gUiz2g——-u2Wf222简化：h（-u|Wf）/g、（120）9.812.09m.一水平管由内径分别为33mm及47mm的两段直管组成，水在小管内以2.5m/s的速度流向大管，在接头两侧相距1m的1、2两截面处各接一测压管，已知两截面间的压头损失为70mmHO问两测压管中的水位哪一个高，相差多少？并作分析。解：1、2两截面间列柏努利方程：|N—hZiPl其中：z1Z22g2U1U2UiZ2P21一u2g1

2g(U2U12)说明2截面处测压管中水位高。d1

d2hf2.5334721.23m/s29.81(1.2322.52)0.070.17m这是因为该处动能小，因而静压能高。解：(1)如图在高位槽液面1-1与管出口内侧2-2间列柏努利方程简化:解得流量z〔gP2Z1g109.81(2)P1解：(1)如图在高位槽液面1-1与管出口内侧2-2间列柏努利方程简化:解得流量z〔gP2Z1g109.81(2)P1122512202Wf38010100012一U226.8u；u21.57m/sVS—d?U20.78540.04121.572.07103m3/s7.45m3/h流量增加20%,则U21.21.571.88m/s.如附图所示，用高位槽向一密闭容器送水，容器中的表压为80kPa。已知输送管路为483.5mm^钢管，管路系统的能量损失与流速的关系为Wf6.8u2(不包括出口能量损失)，试求:水的流量;若需将流量增加20%,高位槽应提高多少m?,P21'2此时有z1g——u2此时有2题14附图解：在贮槽液面题14附图解：在贮槽液面1-1'与回流管出口外侧2-2'间列柏努利方程：,8010122z1（-1.8826.81.882）/9.8110.78m10002即高位槽需提升0.78m。.附图所示的是丙烯精储塔的回流系统，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），精储塔内操彳压力为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40X103kg/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。WfTOC\o"1-5"\h\zP112P212Wfz1gU1Wez2g——-U222简化：色Wez2g匹lu；Wf2P2P112We-U2z2gWf2ms4010360036001.2m/s_,2_2(1.32.0)106600(1.32.0)1066001211.22309.811502721.6J/kg不需要泵，液体在压力差的作用下可自动回流至塔中.用压缩空气将密闭容器中的硫酸压送至敞口高位槽，如附图所示。输送量为2n3/h,输送管路为637X3.5mm的无缝钢管。两槽中液位恒定。设管路的总压头损失为1m（不包括出口），硫酸的密度为1830kg/m3。试计算压缩空气的压力。解：以容器中液面为1-1'面，管出口内侧为2-2'面，且以1-1'面为基准，在1-1'〜2-2'间列柏努力方程：简化：PlPi其中：U2代入：P12g2U1ZiP212——U2Z22ghf12一U22gVsg(Z2hf2/36000.7850.0320.786m/s2g2U2Z2hf)18309.8129.810.7862121)(2)阀门全开时水在管内的流量(m/h)。3p7810(2)阀门全开时水在管内的流量(m/h)。3p7810g1037.95m9.81234kPa(表压).某一高位槽供水系统如附图所示，管子规格为645X2.5mm。当阀门全关时，压力表的读数为78kPa。当阀门全开时，压力表的读数为75kPa,且此时水槽液面至压力表处的能量损失可以表示为WfU2J/kg(u为水在管内的流速)。试求:(1)高位槽的液面高度;解：(1)阀门全关，水静止pgh在水槽1-1'面与压力表2-2'面间列柏努力方程：PP2P1Z1g简化：z1gP22U2Wf7.959.81_37510310002U2解之:U21.412m/s1.4121.773103m1.4121.773103m3/s题17附图流量：Vs-d2U20.7850.04246.38m3/h.用泵将常压贮槽中的稀碱液送至蒸发器中浓缩，如附图所示。泵进口管为689X3.5mm,碱液在其中的流速为1.5m/s;泵出口管为676X3mm贮槽中碱液的液面距蒸发器入口处的垂直距离为7nl碱液在管路中白能量损失为40J/kg（不包括出口）蒸发器内碱液蒸发压力保持在20kPa（表压），碱液的密度为1100kg/m3。设泵的效率为58%,试求该泵的轴功率。TOC\o"1-5"\h\z解：取贮槽液面为1-1截面，蒸发器进料口管内侧为2-2截面，且以1-1截面为基准面。在1-1与2-2间列柏努利方程：z1g也1u12Wez2g匹1u2Wf（a）22122P2P1,、或We（Z2Z1）g—（U2U1）Wf（b）其中：Z1=0;p1=0（表压）；U1=0Z2=7m；p2=20X103Pa（表压）已知泵入口管的尺寸及碱液流速，可根据连续性方程计算泵出口管中碱液的流速:U2U入(生)21.5(82)22.06m/s

d2703p=1100kg/m3,2贴40J/kg将以上各值代入（b）式，可求得输送碱液所需的外加能量12We79.8112.0622

3201040129J/kg1100碱液的质量流量ms-d22u20.7850.0722.0611008.72kg/ss422泵的有效功率NeWems1298.721125W1.125kW泵的效率为58%则泵的轴功率Ne1.125Ne1.1250.581.94kW318.如附图所不，水以15m/h的流重在倾斜官中流过，官内径由100mm缩小到50mmA、B两点的垂直距离为0.1m。在两点间连接一U形压差计，指示剂为四氯化碳，其密度为1590kg/m3。若忽略流动阻力，试求:(1)U形管中两侧的指示剂液面哪侧高，相差多少mm(2)若保持流量及其他条件不变，而将管路改为水平放置，则压差计的读数有何变化解：在1-1与2-2截面间列柏努利方程z〔gPi12-Uiz2g2P2122U2Wf其中:解：在1-1与2-2截面间列柏努利方程z〔gPi12-Uiz2g2P2122U2Wf其中:U1Vs15/3600U2Z2Pi20.785dlVs

0.785d；2z10.1mP2/—(Z220.7850.115/36000.7850.052Wf00.531m/s2.123m/s题18附图122、z1)g2(U2U1)(1)由静力学基本方程:0.19.810.5(2.1232由静力学基本方程:0.19.810.5(2.12320.5312)3.093(Pi(Pig。)(P2gz2)(0)gR(2)(Pigz1)(p2gz2)(piP2)g(z1Z2)(0)g(0)g3.093100010009.810.10.365m(15901000)9.81故U形压差计两侧为左低右高。(2)当管路水平放置时：由柏努利方程W—三-(ufu12)2由静力学方程p--"Rg(0)两式联立：型」—)-(ufu-2)

2可见，流量不变时，u1,u2不变，即U形压差计读数不变。19.附图所示的是冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100kg/m3,循环量为45nf/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153kPa,则B处压力表的读数为多少？解：(1)对于循环系统：Hehf91221mNeHeVsg214511009.812.83kW3000轴功率：NN^2834.04kW

r]0.7(2)AB列柏努力方程：Pa12Pb12———uaZa——ubZbg2gg2ghfAB简化：虫也ZbhfAB

gg153103pB11009.81(79)Pb19656pa(表)B处真空度为19656Pa。20.用离心泵将20c水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。泵吸入与压出管路直径相同，均为({)76X2.5mm1o水流经吸入与压出管路(不包括口贲头)的能量损失分别为Wf12u2及Wf210u2(J/kg),式中，u为水在管内的流速。在操作条件下，泵入口真空表的读数为26.6kPa,喷头处的压力为98.1kPa(表压)。试求泵的有效功率。解：以水槽液面为1-1截面，泵入口处为1-1面为基准面。在两截面间列柏努利方程P112P212z〔g--U1z2g——一U222Wf1简化为z2g匹lu；Wf1023.26.6101202即1.59.81-u22u2010002解得u22.18m/s2-2截面，且以题20附图在水槽1-1截面与口贲头处3-3截面间列柏努利方程P112P312z〔g--UiWez3g--u322Wf简化为Wez3g0■lu；Wf2即Wez3g庄1u22u210u2z3g012.5u；2其中uu3u22.18m/s3则W149.8198.11012.52.182294.8J/kg1000水的流量：mSVs-d2u0.7850.07122.1810008.63kg/s4泵有效功率NemSWe8.63294.82544W2.544kW21.25c水以35m7h的流量在676X3mm勺管道中流动，试判断水在管内的流动类型。解：查附录25c水物性：VsU20.785d2duRe——0.07996.952.5330.903101.9551054000为湍流22.运动黏度为3.2X10-VsU20.785d2duRe——0.07996.952.5330.903101.9551054000为湍流22.运动黏度为3.2X10-5n2/s的有机液体在676x3.5mm的管内流动，试确定保持管内层流流动的最大流量。解:Redudu20002000Umax___520003.2100.927m/s0.069Vmaxd2Umax40.7850.06920.9273.46103m3/sp996.95kg/m3,心0.903cP35_36002.53m/s一一20.7850.07212.46m3/h23.计算10c水以2.7X10—3m3/s的流量流过（J）57X3.5mm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：u—士—2.710——1.376m/su_.2_20.785d0.7850.0510C水物性：p999.7kg/m3,以1.305103pas5.27105.27104Re一3—1.305103—"0.01d50查得0.041Wf0.041-20Wf0.041-200.05221.37615.53J/kghfWf"1.583mPfWf15525Paa24.如附图所示，水从高位槽流向低位贮槽，管路系统中有两个90o标准弯头及一个截止阀,

管内径为100mm管长为20mo设摩擦系数0.03,试求：截止阀全开时水的流量；将阀门关小至半开，水流量减少的百分数。解：如图取高位槽中液面为1-1'面，低位贮槽液面为2-2'截面，且以2-2'面为基准面。在1-1'与2-2'截面间列柏努利方程：12z1g—32P1z2g12P12z1g—32P1z2g12P2u22Wf其中：z1=4;p1=0（表压）简化得Z2=0；P2=0（表压）z〔gWf题24附图各管件的局部阻力系数:进口突然缩小0.5进口突然缩小0.590o标准弯头290o标准弯头2个0.751.5截止阀(全开)6.0出口突然扩大1.0截止阀(全开)6.0出口突然扩大1.00.51.56.01.09.0Wflu29.00.51.56.01.09.0Wflu29.0200.03——0.17.5u29.817.5u22.29m/s水流量Vs—d2u水流量Vs—d2u40.7850.122.290.018m3/s64.8m3/h(2)截止阀关小至半开时:截止阀半开的局部阻力系数9.5截止阀半开的局部阻力系数9.5此时总阻力Wf,2J_ud2Wf,2J_ud22012.50.03——0.1,2u'2——9.25u22阀门关小后，局部阻力发生变化，但由于高位槽高度乙不变，所以管路总阻力不变，即阀门关小后，局部阻力发生变化，但由于高位槽高度乙不变，所以管路总阻力不变，即WfWf7.5u27.5u29.25u12VLu_7.50.9VSu.9.25即流量减少10%。25.如附图所示，用泵将贮槽中20c的水以40m3/h的流量输送至高位槽。两槽的液位恒定，且相差20m,输送管内径为100mm管子总＞长为80m（包括所有局部阻力的当量长度）。试计算泵所需的有效功率。（设管壁的粗糙度为0.2mm）解：u三-d2440—360^1.415m/s0.7850.12解：u三-d2440—360^1.415m/s0.7850.1220c水物性:p998.2kg/m3,心1.005cPduRe—0.1998.21.415一一31.005101.405105根据/d0.2/1000.002,查得0.025在贮槽1截面到高位槽2截面间列柏努力方程TOC\o"1-5"\h\zP112P212Z1gUiWeZ2gu2Wf22简化：Wez2gWfhlleu2801.4152而：Wfe0.02520.0J/kgd20.12We209.8120.0216.2J/kgmsVs40998.211.09kg/s3600NeWems216.211.092398W2.40kW26.有一等径管路如图所示，从A至B的总能量损失为Wf。若压差计的读数为R,指示液的密度为0,管路中流体的密度为题26附图，试推导Wf的计算式。解：在A-B截面间列柏努利方程，有Pa12Pb12zAg——UazBgUbWf22等径直管，故上式简化为zAg也zBg-pB-WfpApApBWf(ZAZB)gA—(1)对于U形压差计，由静力学方程得PaPazagPb(zbR)gR0g(PaP(PaPb)(ZaZb)gR(0)g(2)(1)、(2)联立，得WfWfR(0)g27.求常压下27.求常压下35c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宽为管道截面为长方形，长为300mm宽为200mm(设/d=0.0005)解：当量直径：de4ab2(ab)de4ab2(ab)2ab20.30.2ab0.30.20.24m35C35C空气物性p1.1465kg/m3,心18.85106pasRe0.241.14651218.851061.75210Re0.241.14651218.851061.752105由d0.0005，查得0.019Wflu20.019dWflu20.019de22120120.242684J/kgPfwf6841.1465784.2Pa28.如附图所示，密度为Pfwf6841.1465784.2Pa28.如附图所示，密度为800kg/m3、黏度为1.5mPas的液体，由敞口高位槽经巾114X4mmi勺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/d=0.002，试计算两槽液面的垂直距离Z。解：在高位槽1截面到容器2截面间列柏努力方程：P112Z〔g—-UiZ2g2P2122U2Wf简化：zg-p2WfRedu0.1068001.51.5103Redu0.1068001.51.5103__48.4810由/0.002，查得0.026管路中：进口0.590C90C弯头0.752个半开闸阀4.5出口1Wf(-Wf(-d(0.02630160

0.106一1.50.520.754.51)——260.87J/kgP2P2z(一Wf)/g0.1610(60.87)/9.8126.6m80029.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。3气体流量为3600m/h,废气的物理性质与50c的空气相近，在鼓风机吸入管路上装有U形压差计,250mm管长与管件、阀门的当量长度之指示液为水，其读数为60mm输气管与放空管的内径均为250mm管长与管件、阀门的当量长度之15m已估和为55m15m已估0.15mm,大气压力为101.3计气体通过洗涤塔填料层的压力降为2.45kPa0.15mm,大气压力为101.3kPa。试求鼓风机的有效功率。解：以吸入管测压处为1-1'面，洗涤塔管出口内侧为2-2'列柏努力方程：z〔gPi122U1P212解：以吸入管测压处为1-1'面，洗涤塔管出口内侧为2-2'列柏努力方程：z〔gPi122U1P212-u2Wf2简化:P1z2gWf其中：P1h2ogR10009.810.06588.6paVs.Vs.20.785d3600360020.38m/s___20.7850.25250C空气物性：p1.093kg/m3,以19.6106pas查得Redu0.251.093如3819,61062.8410550C空气物性：p1.093kg/m3,以19.6106pas查得Redu0.251.093如3819,61062.841050.152500.018Wf(l0.0006ledWf塔P'(0.018550.251.5)220.3832.45101.0933375J/kgWez2gWfp1/159.813375588.6/1.0932983.6J/kgNemsWeVsWe36001.0932983.63.26kW360030.密度为850kg/m3的溶液，在内径为0.1m的管路中流动。当流量为4.210-3n3/s时，溶液在6m长的水平管段上产生450Pa的压力损失，试求该溶液的黏度。解：流速Vs4.2103

u0.535m/su_.2_20.785d0.7850.1设液体在管内为层流流动，则32luPf——dcZ2一--,2pfd4500.1黍占度以0.0438Pas32lu3260.535du0.18500.535枚核ReRe——1038<20000.0438流动为层流，以上计算正确。该液体的黏度为0.0438Pa•so3.31.黏度为30cP、密度为900kg/m的某油品自容器A流过内径器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门，阀前管长50m,阀后管长20m（均包括所有局部阻力的当量长度）。当阀门全关时，阀前后的压力表读数分别为88.3kPa和44.2kPa。现将阀门打开至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30mo试求：（1）管路中油品的流量；（2）定性分析阀前、阀后压力表读数的变化。解：（1）阀关闭时流体静止，由静力学基本方程可得:40mm的管路进入容器B。两容ZaP1Pag88,310310m9009.81ZbP2Pag344,2105m9009.81当阀打开1/4开度时，在A与B截面间列柏努利方程:12PA12PbzAgua-zBgub一22Wf其中：PaPb0（表压），uaub0则有(ZaZB)gWflleU2(a)由于该油品的黏度较大，可设其流动为层流,代入式(a),有校核:Re假设成立。油品的流量:VS—d2u4(2)阀打开后:6464Redu(ZazB)g64lle32(lle)u-~d^d2(ZaZB)g0.042900(105)9.81320.785(lle)3230103(503020)0.736m/s0.049000.736330100.0420.736在A与1截面间列柏努利方程:ZAgPaz1g简化得zAg12一U12PiWfAzAgPili

d2U11)7显然,883.220009.244104m3/s3.328m3/h1Ui22Pi1WfA1PizAgIid2Ui阀打开后PiJ即阀前压力表读数减小。在2与B截面间列柏努利方程:12z2g-U2

2P2zBg12PbUbBWf2B22简化得比zBg（?1）u2因为阀后的当量长度l2中已包括突然扩大损失，也即L10,d故阀打开后U2T,P2T,即阀后压力表读数增加。32.20C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5s输送管为（J）38X3mm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：zgWf即：zg即：zglleU2d2代入数据：代入数据：59.812100u20.0322化简得：u20.03139—0050.00156d32查完全湍流区0.022设0.021,由（1）式得u1.22m/s由附录查得20c苯物性：p879kg/m3科0.737mRsRe0.0328791.220.73710Re0.0328791.220.7371034.66104查图，0.026再设0.026,由（1）得u1.10m/sRe0.032879Re0.0328791.100.73710_44.2010查得0.26假设正确u1.10m/s

流量：vs-d2u0.7850.03221.18.84104s43.183m/3,d10.8m。已知总管中水的流量为2.2m/s,水温为20C,3.183m/3,d10.8m。已知总管中水的流量为2.2m/s,水温为20C,试求各支路中水的流量。（设管子的粗糙度为0.3mnD解：设两支路中的流动均进入阻力平方区，由/d10.3/6000.0005及/d2解：设两支路中的流动均进入阻力平方区，由/d10.3/6000.0005及/d20.3/8000.000375,查得10.017,20.0156VS1:VS2d；1（lle）1d52（lle）20.65.0.01712000.80.65.0.01712000.850.01568000.0617:0.162VS1Vs2VS20.1620.0617VSVS1VS2VS1Vs2VS20.1620.0617VSVS1VS2Vs

3.62562.23.62562.6256VS1VS12.6256VS13.6256Vsi0.61m3/s3,2.62560.611.60m/s校核Re：V校核Re：Vs120.785dl0.61

2.16m/s20.7850.6Rq0.610002.1611031.296106流动接近阻力平方区,0.017。Re2Vs2-20.785d2d2U21.600.785Rq0.610002.1611031.296106流动接近阻力平方区,0.017。Re2Vs2-20.785d2d2U21.600.78520.83.18m/s流动接近阻力平方区,0.810003.181032.54106故以上计算有效。两支管的流量分别为0.0156。0.61m3/s、1.60m3/s.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，均为32mm长度分别为12n15m(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：BC支路阀门全关而BD支路阀门全开时的流量；BC支路与BD±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:WfP112P21Wf一z〔g-U1一z2g-U222简化：ZgWfABD而WfABDWfABWfBD,2l而WfABDWfABWfBD,2lABU1,2lBDU2有:109.810.03228u20.03820.0315U20.0322TOC\o"1-5"\h\z化简11.05U127.03u298.1又由连续性方程：/d1\2/382u2()U1()U11.41U1d232代入上式：11.05U127.031.412u；98.1解得：u11.98m/s流量：Vs-d12U10.7850.03821.982.244103m3s8.08m；：(2)当BDBC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,WfBcWfBD21BCU3d21BCU3d3221BDU2d2212u；15u；TOC\o"1-5"\h\zu31.118u2⑴又VsVsVss1s2s312123—diUi—d2U2一d3U3444222238Ui32U232U3=322.118U2u11.502u2(2)在高位槽液面与BD出口列柏努利方程：ZgWfWfABWfBD22109.810.03-2—曳0.03——90.03820.032211.05u127.03u298.1⑶将(2)代入(3)式中：11.051.5022u；7.03u298.131.7521.408105.07m3卜2.632.98103m；s10.73解得：U21.752msU12.63ms31.7521.408105.07m3卜2.632.98103m；s10.73流量：Vr-d-2u10.7850.03824...22Vs2-d2u20.7850.0324Vs3_2Vs3_22一d：u30.7850.032241.961.576103m3/35.在内彳仝为80mmt勺管道上安装一标准孔板流量计，孔径为40mmU形压差计的读数为350mmHg管内液体的密度为1050kg/m3,黏度为0.5cP,试计算液体的体积流量。管内液体的密度为解：&（40）解：&（40）2

A800.25设ReRec,查得Co0.625VsCoAo2Rg(1)0.6250.785004220.35(136001050)98110507.11103m/sVVs20.785dl27.111031.415m0.7850.082sRediu0.081.41510500.51032.38105Rec7104ReRec假设正确，以上计算有效。36.用离心泵将20c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12mo输送管为657x3.5mm的钢管，吸入管路总长为20m压出管路总长为155m(均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600mmHg摩擦系数可取为0.02。试求：3(1)水流量，m/h;(2)每kg水经过泵所获得的机械能；(3)泵入口处真空表的读数。I解：(1)VsC0A0J2Rg(0~)0.610.7850.02220.69.81(136001000)10002.33103mN8.39m(2)以水池液面为11面，高位槽液面为22面，在11〜22面间列柏努利方程:P11223z〔gP212We-±U2z2gWf简化：WezgWf22leU而Wf1.19mS491.19mS49.56Jkg苴中.Vs2.3310u220.785d20.7850.05221751.192Wf0.020.052简化为其中(3)在水池液面1Pi12Ui2Wf1P3/12(2u3P321.1We129.8149.56167.281面与泵入口真空表处3P3z〔g一—U32z3g(iz3gle）吸入3面间列柏努利方程:12-U3z3g2Wf13Wf132U320——=0.0220.05Wf13)(1.1921.59.815.66)21.13―21.110Pa21.1kPa即泵入口处真空表的读数为21.1kPa。0.61,0.61,U形压差计读数为0.98,且U形压差计中37.水在某管路中流动。管线上装有一只孔板流量计，其流量系数为200mm若用一只喉径相同的文丘里流量计替代孔板流量计，其流量系数为的指示液相同。问此时文丘里流量计的U形压差计读数为若干?解：由流量公式:VsC0A0.2Rg(0)VsCvA。2R?g(0)流量相同时,0.387TOC\o"1-5"\h\zR2,Co、20.387M(丁)R1CV故文丘里流量计的读数R20.387R10.38720077.4mm38.某气体转子流量计的量程范围为4〜60n3/h。现用来测量压力为60kPa（表压）、温度为50C的氨气，转子流量计的读数应如何校正？此时流量量程的范围又为多少？（设流量系数。为常数,当地大气压为101.3kPa）解：操作条件下氨气的密度：pMRTpMRTTOC\o"1-5"\h\z(101.360)100.01731.022kg/m8.31(27350)1.2—.1.084,1.022即同一刻度下，氨气的流量应是空气流量的1.084倍。此时转子流量计的流量范围为4X1.084〜60X1.084m3/h,即4.34〜65.0m3/h。39.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70mmF口50mm当流量为30m3/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3.45kWo试计算泵的压头与效率。解:^V-36002.166解:d20.7850.0727d1U2303600U23036000.7850.0524.246ms在泵进出口处列柏努力方程，忽略能量损失;--U12Z1--U12Z1Hg2gP2g2g2U2Z2Hep±-p1-1(U；Ui2)Zg2g3,(215340)101(4.24622.1162)0.4109.8129.81=27.07mNeQHg3036001039.8127.072.213kWNeNe-100%NXV100%64.1%3.45

已知40.在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水从贮水池经换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2为75mm换热器的压头损失为32—,摩擦系数可取为0.03。此离心泵在转速为2900rpm时的性能2g(2)泵工作点的流量与压头。解：（1）管路特性曲线方程:He12ghfhfHe1010led2g400(0.03-0.075___5_25.01910Qhf32)(2)泵工作点的流量与压头。解：（1）管路特性曲线方程:He12ghfhfHe1010led2g400(0.03-0.075___5_25.01910Qhf32)29.81(——

0.785（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:Q0.0045m/SH20.17m36_34-32,30-28_26・24-22-20.18-16-14.12-10-8.led2u32)——2g0.0752)2一■_泵特性曲线r-管路特性曲多0.0000.0020.0040.0060.008如下表所不:Q(m3/s)00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H/m2625.524.5232118.515.5128.5管路特性方程;试求：（1）Q(m3/s)41.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。现改为输送密度为1200kg/m3的某水溶液，其他物性与水相近。若管路状均为敞口，且液面恒定。现改为输送密度为况不变，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?(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Hez—BQ2zBQ2不变g(1)输送量不变；(2)压头不变；轴功率：NeQHgN增加(4)在贮槽液面1-1'和泵出口2-2'间列柏努力方程：R12P212u1Z1He2u2Z2hfg2gg2g1间化：P2gHeu；Z2hf2g工作点Q,He不变，uhf不变即P2随的增加而增加。42.用离心泵将水从敞口贮槽送至密闭高位槽。高位槽中的气相表压为98.1kPa,两槽液位相423差10m且维持恒定。已知该泵的特性万程为H407.210Q(单位：『m,Q—m/s),当管路中阀门全开时，输水量为0.01m3/s,且流动已进入阻力平方区。试求：(1)管路特性方程；3(2)若阀门开度及管路其他条件等均不变，而改为输送密度为1200kg/m的碱液，求碱液的输送量。解：(1)设输送水时管路特性方程为2HeABQ3p.98.110其中，Az1020g10009.81当输水量为0.01m3/s时，由泵特性方程与管路特性方程联立：_42__2407.2100.0120B0.01得B1.28105即此时管路特性方程为He201.28105Q2(2)当改送密度为1200kg/m3的碱液时，泵特性方程不变，此时管路特性方程p98.1103AzY10———18.3g12009.81流动进入阻力平方区，且阀门开度不变，则B不变。因此管路特性方程变为He18.31.28105Q2将该方程与泵特性方程联立，___4_2_____5_2407.210Q18.31.2810Q可得碱液输送量Q'0.0104m3/s43.用离心泵向设备送水。已知泵特性方程为H400.01Q2,管路特性方程为He250.03Q2,两式中Q的单位均为n3/h,H的单位为mi试求：(1)泵的输送量；(2)若有两台相同的泵串联操作，则泵的输送量为多少？若并联操作，输送量又为多少？2解：(1)HH400.01Q2,He250.03Q222联立：400.01Q250.03Q解得：Q19.36m/h两泵串联后：泵的特性：H2(400.01Q2)与管路特性联立：250.03Q22(400.01Q2)解得：Q33.17mx两泵并联后:泵的特性：H400.01(Q)22与管路特性联立：_2Q2250.03Q400.01(—)2解得：Q21.48m3/h44.用型号为IS65-50-125的离心泵将敞口贮槽中80c的水送出，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：800C水，Pv0.4736105Pa,971.8kg/m3在附录中查得IS65-50-125泵的必需气蚀余量(NPSHr=2.0m泵允许安装高度：TOC\o"1-5"\h\zP。PvcHg允-一v(NPSH)rhf吸入g981030.4736105=2.04971.89.81=0.69m为安全起见，再降低0.5m,即Hg0.690.51.2m即泵需要安装在水槽液面以下1.2m或更低位置。.用离心泵从真空度为360mmHg勺容器中输送液体，所用泵的必需汽蚀余量为3m该液体在输送温度下的饱和蒸汽压为200mmHg密度为900kg/m3,吸入管路的压头损失为0.5m,试确定泵的安装位置。若将容器改为敞口，该泵又应如何安装？(当地大气压为100kPa)解：(1)当容器内真空度为360mmHg寸，p0pvHg允I0J(NPSH)rhf吸入(100103360101325)20010132576076030.50.63m9009.81故泵宜安装在液面以下(0.63+0.5)=1.13m更低的位置。(2)当容器敞口时,P0Pv(NPSH)rhf吸入320010010——10132576030.54.8m9009.81故泵宜安装在液面以上低于(4.8-0.5)=4.3m的位置。.如附图所示，用离心泵将某减压精储塔塔底的釜液送至贮槽，泵位于贮槽液面以下2m处。已知塔内液面上方的真空度为500mmHg且液体处于沸腾状态。吸入管路全部压头损失为0.8m,釜液的密度为890kg/m3,所用泵的必需汽蚀余量为2.0m,问此泵能否正常操作？解：因塔内液体处于沸腾状态，则液面上方的压力即为溶液的饱和蒸汽压，即p0pV该泵的允许安装高度：P0PVHg允―—―(NPSH)rhf吸入g2.00.82.8m而实际安装高度Hg实=2,0mHg允，说明此泵安装不当，泵不能正常操作，会发生气蚀现象。.用内径为120mm勺钢管将河水送至一蓄水池中，要求输送量为60〜100n3/h。水由池底部进入，池中水面高出河面25mo管路的总长度为80m,其中吸入管路为24m(均包括所有局部阻力的当20C,大气量长度)，设摩擦系数为20C,大气压力为101.3kPa。3解：以大流量Q=100m/h计。在河水与蓄水池面间列柏努力方程，并简化:HeZhfZlleu2d2gQu20.785d100600_20.7850.1222.46嗯2802.46He250.02830.76m由Q100m0.122由Q100m,He30.76m选泵IS100-80-160,其性能为:Q100m32m,7Q100m32m,778%,N11.2kW,(NPSH)r4.0m确定安装高度:200C水,998.23Pv2.335kPaHg允P0pv(NPSH)rh帔入hf吸入(i200C水,998.23Pv2.335kPaHg允P0pv(NPSH)rh帔入hf吸入(ile)吸入U22g0.028240.12Hg允一一一一一一3(101.32.335)10340998.29.811.734.4m一一22.4621.73m9.81减去安全余量0.5m,实为3.9m以下。即泵可安装在河水面上不超过3.9m即泵可安装在河水面上不超过3.9m的地方。48.常压贮槽内装有某石油产品，在贮存条件下其密度为760kg/m348.常压贮槽内装有某石油产品，在贮存条件下其密度为760kg/m3。现将该油品送入反应釜中，输送管路为（｛）57><2mm由液面到设备入口的升扬高度为5m,流量为15m7h。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:4d2在水槽液面11解:4d2在水槽液面1115360020.7850.0532与输送管内侧21.89m/s2面间列柏努力方程，简化有:P12.Hez————U2hfg2gHe5黑黑卷1.892530^由Q=15mXHe30.03m，查油泵样本，选泵60Y-60B其性能为:流量19.8m/压头38m轴功率3.75kW效率55%气蚀余量2.6m49.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（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：Pt（P2P1）-U2Pf2500q1.36500102.1101.30.65103——12.522756.25Pa弟■早非均相物系分离1、试计算直径为30科m的球形石英颗粒（其密度为2650kg/m3）,在20c水中和20c常压空气中的自由沉降速度。解：已知d=30^mps=2650kg/m3(1)20c水尸1.01x10-3Pa-s3p=998kg/m设沉降在滞流区，根据式（2-15）Utd2(s)g(30106)2(2650998)9.81校核流型183181.01108.02104m/sdutRett301068.0210499831.01102.3810(104~2)假设成立,ut=8.02x10-4m/s为所求（2）20c常压空气产1.81x10-5Pa-s3p=1.21kg/m设沉降在滞流区d2(s)gut1862__(3010)(26501.21)9.81校核流型:dutRet30181.811057.18102m/s1067.181021.21一一51.81100.144(104~2)假设成立，ut=7.18x10-2m/s为所求。2、密度为2150kg/m3的烟灰球形颗粒在20c空气中在滞流沉降的最大颗粒直径是多少?3解：已知ps=2150kg/m查20c空气u=1.81x10-5Pa.s3p=1.21kg/m当Retdut2时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径，根据式（2-15）并整理d3(s)g182dut所以362336(1.81105)2s)g(21501.21)9.811.217.73105m77.3^111R=0.05mR=0.05m处的切向速度为3、直径为10dm的石英颗粒随20c的水作旋转运动，在旋转半径12m/s,,求该处的离心沉降速度和离心分离因数。解：已知d=10nrR=0.05m、ui=12m/s设沉降在滞流区，根据式2-15)g改为Ui/Rd2(sur18)u2R10-10(2650998)181.01103—0.0262m/s0.052.62cm/s校核流型Retdur1050.02629981.011030.2594_(10~2)ur=0.0262m/s为所求。所以Kc122Retdur1050.02629981.011030.2594_(10~2)ur=0.0262m/s为所求。所以Kc122294Rg0.059.814、用一降尘室处理含尘气体，假设尘粒作滞流沉降。下列情况下，降尘室的最大生产能力如何变化?要完全分离的最小粒径由60科m降至30科m；空气温度由10c升至200C;(3)增加水平隔板数目，使沉降面积由10宿增至30m2。解:根据utcd；(s)g18及VS=blutcutcuutcutcdc2302(c)2(一)2dc60c(2)查10c空气^=1.76x10-5(2)查10c空气^=1.76x10-5Pa-s200C空气==2.60x10-5Pa-sVVsVVsUtc__5皿R0.6772.60105(3)Vl(3)Vl包1⑶Vs(bl)迎3.0105、已知含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m3。气体流量为1000m3/h、黏度为3.6X105Pa.s>密度为0.674kg/m3,若用如图2-6所示的标准旋风分离器进行除尘，分离器圆筒直径为400mm试估算其临界粒径及气体压强降。解：已知ps=2300kg/m3、Vh=1000n3/h、^=3.6x10-5Pa.s、p=0.674kg/m3、D=400mm=0.4m根据标准旋风分离器h=D/2、B=D4故该分离器进口截面积A=hB=D/8Vs10008所以u——213.89m/sA36000.4根据式（2-26）根据式（2-26）取标准旋风分离器N=5则dc根据式（2-30）取==8.0PfUi20.67413.8928.02520Pa6、有一过滤面积为0.093m2的小型板框压滤机，恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浮液。过滤时间为50秒时，共得到2.27X10dc根据式（2-30）取==8.0PfUi20.67413.8928.02520Pa6、有一过滤面积为0.093m2的小型板框压滤机，恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浮液。过滤时间为50秒时，共得到2.27X10-3m3的滤液；过滤时间为100秒时。共得到3.35X10-3m3的滤液。试求当过滤时间为200秒时，可得到多少滤液?解：已知2A=0.093m、11=50s、V=2.2710-3n、12=100s、V2=3.35X10-3m、t3=200s由于q1V1A2.271030.09324.41103.35103q20.09336.02103__5-93.6100.4/4[3.145230013.89根据式（2-38a）2q2qeq〔Kt12q22qe2q2qeq〔Kt12q22qeq2Kt2联立解之：qe=4.14(24.41L(36.02x10-3103)103)24.411036.0210K=1.596X10-53qe3qe50K100K因止匕q；24.14103q32001.596105q3=0.0525所以V3=q3A=0.0525X0.093=4.88*10-3吊7、某生产过程每年须生产滤液3800岳，年工作时间5000h,采用间歇式过滤机，在恒压下每一操作周期为2.5h，其中过滤时间为1.5h，将悬浮液在同样操作条件下测得过滤常数为K=4X10-6R/s;qe=2.5x10-2ni/m2o滤饼不洗涤，试求：(1)所需过滤面积，(2)今有过滤面积8m2的过滤机，需要几台？解：已知生产能力为3800^滤液/年，年工作日5000h,T=2.5h,t=1.5hK=4X10-6m/s,qe=2.5x10-2m3/m2,(1)因为Q=3800/5000=0.76m3滤液/h由式(2-42)0.763600VTV2.50.763600VTV2.5所以V=2.5X0.76=1.9m3由式(2-38a)TOC\o"1-5"\h\zV2V(V)2qe(V)KtAA1.9221.96(——)22.510(——)4101.53600AA__22___22.1610A3.619.510A解之A=14.7m%15m2(2)因为过滤机为8m2/台，所以需2台过滤机。8、BMS50/810-25型板框压滤机，滤框尺寸为810X810X25mm共36个框，现用来恒压过滤某悬浮液。操作条件下的过滤常数为K=2.72X10-5m7s；qe=3.45x10-3m7m2。每滤出1mf滤液的同时，、3.生成0.148m的滤渣。求滤框充满滤渣所需时间。若洗涤时间为过滤时间的2倍，辅助时间15min,其生产能力为多少？解：滤框总容积V>=0.812X0.025X36=0.590m3过滤面积A=0.812X2X36=47.2m2v包AvA0.5900.14847.2___320.0845m3/m2q22qeq0.0845223.451030.0845Z~Z5K2.7210283s生产总周期为T=283+2X283+15X60=1749s工VV0V00.5903由一」■得一个周期滤液量为V-3.99m3AvAv0.148所以生产能力为Q3600V36003.998.21m3滤液/hT17499、有一直径为1.75m,长0.9m的转筒真空过滤机。操作条件下浸没度为126°,转速为滤布阻力可以忽略，过滤常数K为5.15X10-6m/s,求其生产能力。解：因为过滤面积A=ttDL=3.14X1.75X0.9=4.95m2浸没度。=126°/360°=0.35由式（2-45a）Q60A..60nK604.956010.355.151063.09m3滤液/h1r/min,310、某转筒真空过滤机每分钟转2转，每小时可得滤液4mo若过滤介质阻力可以忽略,时获得6m3滤液时转鼓转速应为多少？此时转鼓表面滤饼的厚度为原来的多少倍？操作中所用的真空度维持不变。每小解：已知Q=4m3/h,ni=2r/min,Q=6m3/h,M=0由式(2-45a)两边平方，得_22…Q12(60A)260Kn1①Q；(60A)260Kn2②②/①n1…62-所以n2()24.5r/min4由式（2-35）得v1L1A

vTL2AV2——V2故故u匕ViV2而Vi=V2又A不变，以1小时为计算基准，则Q=ViQ=V2V26L2(―)Li(-)Li1.5LiVi4第三章传热1、某加热器外面包了一层厚为300mm勺绝缘材料，该材料的导热系数为0.16W/(mC),已测得该绝缘层外缘温度为30C,距加热器外壁250mmi为75C,试求加热器外壁面温度为多少？解：QAt%

b解：QAt%

b1t?b2t1竺hb1b21t275300.25o^75300oC0.050.16而2、某燃烧炉的平壁由下列三种科依次砌成;耐火科bi=230mm1=1.05W/(m•C)绝热醇tfc=230mm2=0.151W/(m-C)耐火科bi=230mm1=1.05W/(m•C)绝热醇tfc=230mm2=0.151W/(m-C)建筑砖b3=240mm3=0.93W/(m•C)已知耐火砖内侧温度为1000C,耐火醇与绝热砖界面处的温度为940C,要求绝热砖与建筑科界面处的温度不得超过138C,试求:绝热层需几块绝热砖;普通科外侧温度为多少?解:(1)b2=?t1t解:(1)b2=?t1t2b1t2t3b2110009400.231^05b20.442m2940138-cc

273.9b20.151230mm<b=442mm<2302mm则：绝热层需两块绝热砖。校核t2=?940t22273.90.460.151__o_o_t2105.6C138Ct4=?Qt3t4Ab33t434.9°C105.6t4273.940.24丽3、①50X5mm的不锈钢管，导热系数入=16W/(m•K),外面包裹厚度为30mm导热系数入2=0.2W/(m•K)的石棉保温层。若钢管的内表面温度为623K,保温层外表面温度为373K,试求每米管长的热损失及钢管外表面的温度。解：已知钢管的内半径n5025Qt3t4Ab33t434.9°C105.6t4273.940.24丽3、①50X5mm的不锈钢管，导热系数入=16W/(m•K),外面包裹厚度为30mm导热系数入2=0.2W/(m•K)的石棉保温层。若钢管的内表面温度为623K,保温层外表面温度为373K,试求每米管长的热损失及钢管外表面的温度。解：已知钢管的内半径n502520mm2钢管的外半径r250一25mm2保温层的外半径r3253055mm根据式(3-12a),每米管长的热损失ti12习题3-3附图Q2L(t1t3)11r211r3—In——In—1r12r221(623373)125155—In———In—16200.2251570397W0.0143.94由于是定态热传导,故各层传导的热量应该相等，可得到钢管外表面的温度t2oQt2t1—「2—In—623211r1397125-In—622K2116204、①60X3mm的铝合金管(导热系数近似按钢管选取)，外面依次包有一层30mm的石木和30mm的软木。石棉和软木的导热系数分别为0.16W/(m•K)和0.04W/(m•K)(管外涂防水胶,以免水汽渗入后发生冷凝及冻结)(1)已知管内壁温度为-110C,软木外侧温度为10C,求每米管长上损失的冷量;(2)计算出钢、石棉及软木层各层热阻在总热阻中所占的百分数;(3)若将两层保温材料互换(各层厚度仍为30mm,钢管内壁面温度仍为-110C,作为近似计算，假设最外层的石棉层表面温度仍为10CO求此时每米管长损失的冷量。提示：保温层互换后，保温层外壁面与空气间的对流传热膜系数与互换前相同。解：(1)t1110ct410c「10.027m「20.030mr30.060mr40.090m145W/(mK)2016W/(mK)30.04W/(mK)每米管长损失的冷量:qIn—1「12t1t4Ln%(2)R2R3Ri130—In—4527,2qIn—1「12t1t4Ln%(2)R2R3Ri130—In—4527,20.00234(mR201660In—

3024.332(m2R31,90In0.0460R0.002342110101,301,60—In-In45270.163052.1W/m1,90In0.0460K)/WK)/W一_,2…10137(mK)4.33210137/W14.471(m2K)/W各层热阻在总热阻中所占的分数:rr0.00234R1R钢0.016%14.4714.332R2R石棉29.94%14.47110137R3R软木70.05%14.471由以上计算可知钢管热阻很小，且R软木R石棉。(3)若将1和2互换，厚度不变，且认为力和14不变。211010TOC\o"1-5"\h\zq----37.94W/mM130160190-In-In-In—45270.043001660以上计算可以看出，将保温性能好的材料放在里层，保温或保冷效果好。但此计算不严格，因为保冷好，则t4应增大，即t410C。5、欲测某绝缘材料的导热系数，将此材料装入附图所示的同心套管间隙内。已知管长I=1.0m.r1=10mm,r2=13mm,r3=23mm,「4=27mm在管内用热电偶加热，当电热功率为1.0kW时，测得内管的内壁温度为900C,外管的外壁温度为100C,金属管壁的导热系数为50W/(m•K),试求绝缘材料的导热系数。若忽略壁阻，会引起多大的误差？解：按题意求得：rm1「2「1In2「113107^In—1011.4mm「m2「3「22313「m3Am1Am2Am3,「3In一「2ln¥13rm1「2「1In2「113107^In—1011.4mm「m2「3「22313「m3Am1Am2Am3,「3In一「2ln¥1317.5mm「4「3In:4「31rm1l「m2lrm32723,27

In—2324.9mm内管壁的热阻为:外管壁的热阻为:3.1411.4103227.1610m3.143.14R217.524.9「2「11Am1「4「33Am3101020.11m20.156m0.0130.014„nn,8.38104K/W507.16102O.027。0235.13104k/w500.156通过多层管壁的热流量为:t1t4t1t4r3r2R1―—―R22Am28.38900,^1000W104”军35.1310420.11贝U:2=0.114W/(m♦K)。若忽略两侧金属壁的热阻，则「3「22「3「22Am2900100

0.0230.01320.111000W贝U:2=0.114W/(m♦K)。由于金属壁的热阻远小于绝缘材料的热阻，在实验精度范围内，金属壁的热阻可以忽略。20c和6、冷却水在中25X2.5mm,长为2m的钢管中以1m/s20c和50C,求管壁对水的对流传热系数？解：定性温度t定20-^035oC2查得水在35c时的物性参数：p994kg/m3,cp4.17kJ/(kg0C),以72.8105Pas,入0.6257W/(m0C)管内径为：d=25-22.5=20mm=0.02m

Redu0.021994一一一572.8102.73104104湍流cCp0.72251034.174103Pr0.6257l2———10060d0.024.82(0.7Pr160)水被加热，Redu0.021994一一一572.8102.73104104湍流cCp0.72251034.174103Pr0.6257l2———10060d0.024.82(0.7Pr160)水被加热，k=0.4,得:a0.023-Re0.8Pr0"

d0.6257___4、0.80.42o~0.023(2.73104)(4.82)4778W/(m2oC)0.027、一列管式换热器，由38根①25X2.5mm的无缝钢管组成，苯在管内以8.32kg/s的流速通过，从80c冷却至20Co求苯对管壁的对流传热系数；若流速增加一倍，其他条件不变，对流传热系数又有何变化？解：定性温度t定型一8050。C2查得呆在50c时的物性参数：p860kg/m3,Cp1.80kJ/(kgoC),以0.45mPas,入0.14W/(moC)管内径为：d=25-22.5=20mm=0.2mmsA8.328600.7850.022380.81m/sRedu0.020.818603.0961040.4510Prcp一一3一_30.451031.81030.145.79104湍流(0.7Pr160)苯被冷却，k=0.3,则:0.023-Re0.8Pr0.30.023014(3.096104)0,8(5.79)031067W/(m2oC)d0.02(2)流速增加一倍，u=2u,其他条件不变0.80.8由于Reu所以认“卢严106720.81858W/(m2oC)u8、质量分数为98%密度=1800kg/m3的硫酸，以1m/s的流速在套管换热器的内管中被冷却，进、出口温度分别为90c和50C,内管直径为①25X2.5mmO管内壁平均温度为60Co试求硫酸对管壁的对流传热系数。已知70c硫酸的物性参数如下:

cn1.528kJ/(kg0C),叱6.4mPas,入0.365W/(m0C)p壁温60c时的硫酸黏度即8.4mPas(1267W/(m2•C))解：定性温度t定509070oC20.365W/m°C查得硫酸在0.365W/m°Ccp1.528kJ/kg°C,6.4mPas,壁温60c时的硫酸黏度闻8.4mPas因为黏度较大，故用式（3-16）计算0.027-Re0.8Pr0.33(——)0.14

dwduRe—0.0211800Pr6.4103cP6.4103562510duRe—0.0211800Pr6.4103cP6.41035625104过渡流1.52810326.80.3650.36500.0270.02(5625)0.8(26.8)0.33(6.41038.4310)0.141418W/(m2°C)过渡流校正__561051.8Re___561051.8Re__56105

(5625)180.8934f14180.89341267W/(m°C)9、原油在中9、原油在中89X6则的管式炉对流段的管内以0.5m/s的流速流过而被加热，管长6s已知管内壁温度为150C,温度为150C,原油的平均温度为40Co试求原油在管内的对流传热系数。已知原油的物性参数为:P850kg/m3P850kg/m3,cp2kJ/(kg°C),26mPas,0.13W/(m°C),0.0011（1/°C）原油150c时的黏度3.0mPas解:原油在管内流动的ReRedu0.0770.5850Prcp一一326103261031259（层流）解:原油在管内流动的ReRedu0.0770.5850Prcp一一326103261031259（层流）RedPr一

l0.13止4000.0771259400-6462610(0.6<Pr<6700)6d0.077所以原油在管内的对流传热系数用式（3-19）计算1.86—(RePrd)

1.86—(RePrd)

dl13(—严w26014(一)0.14(—).26014(一)0.14(—).w31.3530.13a1.86——(12590.077'0.077