化工基础（第四版）课后答案-福建师范编

1流体流动和输送

7_P现R_13600x0.2

22-----------------------=2.21m

1、液体高度：Q次限=阳g1200器底所受的力:

乂呜】警

229=22W

F=HApg=2.27wx0.785xlwxl

压强:

F2W—

A07只5x12孙2指示液为CCI4,其读数:

舄=空13600x0.2

=1.7.四氯化碳柱

P1600

2、人孔面积：力=07*5x06'=02*3"?压力:

^=^=880x9,81(4-0.8)x0.283=7,8^槽壁面积:

A==314x3x4=377次？槽壁所受压力:

4

F=880xgx2x37,7=650913-7818=643,U2/

,,H00.5x800…20x800

H=—=----------=0.4W=16m

3、10004、1000

卫=。。。=]22M

H12

阻1000x9.81

力=阀四，=38x0.785x0.0220.0124

6,(1)求空气的体积流量流通截面：4体积流量:

qv=vA=10x0,012=0.12^—

'X(2)求质量流量表压:

101.3

p=250mmHg=250x-373kPa

760绝压：P=1013+33.3=134.6^

空气的平均分子量：必=21%X32+79%X28=29当时温度：7=力+50=七次

P必134.6x29kg

p=----=---------=1.4J---

空气密度：RT2314x22?见3质量流量:

0.12x1.45=0.174^

g林=卷/

y=c7^=0.62x、/2*9,81><0.5=1.942竺

7**、对容器A孔口流速：W体积流量:

2-4

qv=v,4=l.942x0.785x0.025=9.53xl0—

R流出的总体积:

,=0.785xI2(1.5-0.5)=0.785w3液体降至o.5m处所需时间:

_V_0,785

=8245

9.53X10-4

剩余部分为非稳定流动，所需时间:

2A屈2xO.785xl2xTo3门…

ca•0.62x0.785X0,0252X72X9.81

对于容

v=c72g^=0.62x72x9.81x1,5=3.36-

B8

Cy0.785

…=3.36x0.785x0.。25065*吟'=「^^=4768

2x0,785xI2

=—^=x(尼—血=x0.225=262S

caj2g0.62x0.785x0.0252x庐菊

由于B下端有短管，管内流体在流动中有下拉液体的作用，故需时间短。

8、以水平管中心线为基准面，在1-1,,2-2,间列柏式，

Vvm

1.Pl_2,Plqv1800=1

2g以2g承1A3600x07X5x0学&

1800一二

v2=--------------------------16

3600x07R5x02-7外=我怨=002x1000x9.81=20x9.81尸a

MpT^16(101325+20x9.81)x273…/g

P=----------=-------------------------=U.oo/--

在操作条件下，甲烷的密度：22.4为722.4x101325x293m

1622712

力=旦=反+互_4=.+.°g_一=13.05+30-2.57=40.47wCC/4

立2g夜222x9,810.667g2x9.81

Vig_40,47x0.667_

h=-------=-----10--00-----=27O

水柱压差计读数：阻

0_Qa_12972"_1]g依

Q一〒一1297标-口8蕨R=IOOO»Q=1.18

9,

2gK(Qi-Q)2x9.81x0,4x1000.…布

v=CJ-----------=0.61J-----------------=49.75—

0oVPV1.18s

q*=4JVOP=0.785X0.022x49.75x1.18=0,0184^=66.24^

Xh

Vq=[产Si)

10、对孔板流量计：°*P流量与流速度关系：春=吗4,即场仪忘必

"=后=1.012

(1)当读数为80mmHg时，五'8°,即误差=1.2%

"=后=1.049

(2)读数为20mmHg时，五*20，即误差=4.9%

\2gR\p'-p)A

外,L_区

外「倒函尸荷\RR

-----------A)

VP

(3)指示液为四氯化碳时，.•.流量的相对误差与以上相同。

2龈…=0.62J2X9.81X05(13600-W=74^

pV865S

=心＜=

qy7.45x0.785x0.0165,=0.00159——

体积流量：S质量流量:

q*=q、p=0.00159x865=1.375起

S导管中苯的流速:

2

v=v0（4）=7-45X（粤产=1863?

%+立+包=%+且+立

12、忽略阻力，2w敬2gDS.

、=

Hi=0HA.5mpy-150kPa-lOOkPa

_4_z^l\2_,300、2_9

V2=V1=（V1=V1=1

A^Wv1=1.7^

将数据代入，得s

2

q,=V14=1.7x0.785x0.3=433—

体积流量：益

H=±立=?!+立+以

13H\=V[=Q,Na=（]f：尔2M阻

2_2。＞1一巧）

pp=k阻

2x9.81x0.025x1000.A..w.2

-------------------=409（—）'v2=20,2-

12WW空气流量:

心=*Q=0.635x1.2=0.76必

q=20,2x0.785x0.22=0,635—

vvS质量流量：*

立=}1+五+耳="+2且

阳2RPR阻2R、阻R

2=兄，只+殂&R=P、，&P=pgKR=R-P、

2

v2=14,3—qv=V2A=14.3x0.785x0.2=0.45—

解得，S,体积流量：N

14%巴吉0d,-D-d-=0.05-0.025=0,025w

14、m里旦仕：

.黑

_____V=---1200x3600x00g—0g);F

灯=2Cp=0.002尸4s流速.B

0.025x0.85x1200

Re==128x1q4

0002湍流

0.021x1,5x1000

Re==31500

15、0001

£=£=%=o.ooo5

相对粗糙度：.21，查图得2=0025

101.52

A-—=0.025=1.365冽

d2g0.0212x9.81

即=H，您=1.365x1000x9.81=13.4^a

y="=~r=2.2-

2

16、A07R5x0034S

0.034x2.2x1840

Re=5500E=-=­=0.0015

0025,a34,查图得4=o029

H1=O,H2=10,vl=O,v2=2.2,P2=0

蜜H、+今+HH,=入盏

40222

1840x[10+（1+0,0039——）]=385kPa

100342x9

”姜=0.001

17、用试差法求流量，♦••A=f(Re),Re=f(v),难以直接求解。

由Re〜入图可见，对£=0.001的无缝钢管而言，Re在2x104〜1x107之间，入值在0.02〜0.028之间,

设入=0.025,Hl=5,H2=0,Pl=P2=0（表压），vl=0

H、=二+H，=（i+^£）2k

2腐f

2gHi2x9.81x5

v2

1+0.025^^-

1+4」飞

d0.028

Re="2"1步曾3724

065X1（T，查图得入=0.0235,

苯的体积流量：qv=1.47x0.785x0.0282=0.91L/S

（若设入=0.024,qv=0.92L/S）

22

V50147

H,=l+^-P-2=1+0,0235±2—=4.13m

Id）2^{

校核:0.028J2x9.81基本相符。

10

V=----------------------T

18、强烈湍流时，人可看作常数。2600x07只5H

Hf=A-^=0.02——^—1.2764x10%屋

1d2Md2x9.81

旦=刍+以9=竺=1。

10=1.2764xl0-6/d5

d5=1.2764xl0-7,.\d=42mm

2

约

H6-42_2一

2且

/组

ALXX2

一-==

，1

耳

/164一

旦d_

9左

l

1

64

一2-ZA

N一1

/2％d丝2

XX2*g

一

一===

H-=72-

64一/

/1一

见d-Al

27

/五

HN-

/2£

y-=-XX21£

4/

/1-

d次

倍

增3

20,;1

2

%也4

%V1

-4Xv*2

一l

=2===一=

A4-

匕2V1

vlA

必

匕

匕

3匕

=一=

;

外

21,，

匕

a=-加1

=6-P1=

蜘_

40.250.25

v_(约臼)_佟

物久」空1%Pa2当2]=1

%

tQQJEQJ

凸环_臼（匕）2_,3匕］=3

2¥一3自（6）2一？［匕＞1

她=-A?i

皿=的pV^nRT,嗡匕=137匕

⑵、

273

2=臼而=0万2凸，K=[72停%=218⑷

\0.25

A?2%Q2HV\P\k

色色、=1.45

购4PyVyI匕避〃1)Pij

25小二片彩"5。

V=-----------------------------------r

2

22、3600x07R5x0075

5=e2=0"4=0.0053

查图，入=0.034,a75

1201572

H.=0.034—--^-―(1+0,25)=7.8w

00752x9幻1/Pi=P2=0,H1=O,动压头可忽略

Afe=^+77,=25+7,8=32.8W__

21有效功率：T

岫=Gg以=2521200x981x32.8=2.68及印"=^£1=4,47先取

2600轴功率：06

V="72007

2

23、900x3600x0.785x0,062

0.062x0.74x90064

Re==1652^=—^-=0.039

00251652

H1=O,vl=O,H2=15,v2=0.74,Pl=P2=0(表压)

40n742

==15+(1+0.039X—12—+15)X=16,15w

2g।0.0622x9.81理论功率:

7200

Pe=Hepgqv=16.15x900x9.81x317印

3600x900轴功率:

P_317

PtL—e=0.8次

T)0.4

3

V2

24、3600x0785*005中

oin

0.02—v?=0.03-^—x0.382匕=2胃

030063主管中水的流量:

3/

=2.5x0.785x0.32=0,177—=--=0.0008—.

口支管中流量:?v‘223600W

25、支路管道

26、40mm水柱=0.4kPa(表压)，绝对压：101.3+0.4=101.4kPa50℃空气密度:

二二2^也7.”

224273+501013

2X981(10011)04

V0=0.62J°-=52.3-

vI」S空气在导管中流速:

v=vom=52.3M=13.1-

)(106)S

2

qy=v04)=52,3x0.785x0.053=0,115—

W

Re=0.106xl3.1xl.l=76000”丝=o.oO2

200000106,查图A=0.026

15013.1

Hf=0.026322m

01062x9R1

2

此=二+」31+〃=368m

出2x981输送功率:

冬=^2=457%

Pf=Hepgqv=368x1,1x9.81x0.115=457^效率；巳I。。。

n1450划3

=-0v2x20=10—

27、(1)、更换后，输出量为：«2900卜扬程:

2

n'y21450

H'=H=x25=6,3m

2900(2)、两台并联

两台并联后输出水量最多能达到20m3/h,但是在6.3m的扬程下，而不是25m。实际并联两台的输出水量

总小于20m3/h。两台串联的水泵扬程最多为12.5m,但是在流量为10m3/h时，实际串联两台的扬程总

小于12.5m。

424

4.24^=—^-xl0.33=0,4粉/。

28、3(rc时水的蒸汽压：1012当地大气压：

90

9&Fa=—^―x10.33=9.18雨/0

101?允许安装高度：

Tfe=6.5-(10.33-9.18)-3-0.43=1.92w现安装在水源上3m处，不能正常运转。

29、允许安装高度=允许吸上高度一当地大气压低于标准大气压折算的压头一水蒸气压高于20℃水蒸气压

折算的压头一阻力一动压头5(TC水蒸气压：12.23kPa,20℃为2.33kPa

蒸汽压之差=12.23-2.33=9.9kPa=1.01mH2O

大气压之差=101.3—100=1.3kPa=0.13mH20

⑴、当流量为20m3/h时

v=__________________=252--=心"=o32加40

3600x07R5x00532S,2g2x9.81

允许安装高度：Hg=7.2-0.13-1.01-2-0.32=3.74m

(2)、流量为30m3/h

v=__________________=378--=3，于=0.7乐/2。

3600x07X5x005千口,2g2x9.81

允许安装高度：Hg=5.7-0.13-1.01-2-0.73=1.83m

30、流动型态由Re决定，要使流动型态相似，则两种情况下Re应相等。设1为设备条件，2为模型条件

同匕臼=4%户21x900Jx08=Q72^

4%氏0.1x100010S

pk=1.165+0.5(1.205-1.165)=1.185空

⑵、演,

—X8.314(273+25)3

四=且__________：_________：=038丝

p101.3x1000衣

112.63空

Ps~V~Q3R

(3)、

传热

700-60=960卬

7==QJ4+0J4蕨

乙A0.90.6

1、a,散热速率:

①/A700-960

,2—。-09-=444℃

<5,0.24

交界面温度:

0_Ar_700-60=360叩

=

7Qi4+_QJ_+Q24-正

b、乙丸0.90.090.6

①/、，①/ACM

—=a(/，t)t=t+----=700+=732℃

2、根据，4,炉气温度：a'

①/A5960

=6()—12℃

33

20

外界温度：a2

s0.24…

=0.24

=£L=6.6616

41.0240.152

3、各层砖的热阻：

&0.24

A—__=_____=U.Zo/

340.9

tl-t._h-h

8\Si8i700-150150-60

+-----------------=----------

九A2否0.24+6.667d>20.267

八0久*7

0.24+6.667b=550~~=1.632

2900.21加

，•.•Si-

4、设交界面温度为t

①=2(/-30)=-(80-30)t=^'x50+30=200x50+30=230℃

S\,825()

5,求散热速率

2必r2x3.14x(120—30)

49-

V1,4+i-1.0.0481.0.0881.0.128m

>-In-JliL-In-------+------In--------+-------In--------

〃dn450.0420.150.0480.050.088

求界面温度，设管外壁温度仍=3（rc不变。

①]d49

t=t一In2=120-x2.97xl0-3®120℃

,I

■2M2&2%

/=「一①1d21%49-3

31—(—In_+—ln—)=120------(2.97xlO+4.04)=88.5℃

27rl儿d[4d227r求散热速

率，(只包石棉40mm,管外壁温度仍=30℃不变。)

O2"伍_〃)2x3.14x(120-30)

86.4-

I=।“=110.0481.0.128m

〉—In—In-------+------In--------

%,d450.0420.150.048

n求散热速率，（只包软木40mm,

管外壁温度仍=30C不变）。

565.5=28.8皿

「m

2.97xlO-3+3

0.050.048

W

a=10000——

6、设饱和蒸汽的"•K,304kPa饱和蒸汽温度=134℃

r_2424+21…

—2=—<2—=22.5mm

r21r

V'2不保温时:

O_2万亿一心)______________2x3.14x(134-20)__________W

I10.00312m

-----d-------+-------------------------+=八八'

air,力;“a2r210000x0.02145x0.022515x0.024

虫一2万«-2)

I~~r5-।i

(X\r|4%42rm2a2r2

2x3.14x(134-20)，〜-W

=1*=1u//

10.0030.03+——1——'m

保温时：10000x0.02145x0.02250.15x0.03715x0-024

inkin90

小27dNO__3g=1.57

①=1r,

2In_

XrIni7|30,

7、⑴、i,IJ一•.①=0.63①

.2^/A/

①FT

A。a2r2

1InG+*11,901

①=2〃a2r2=0.153010x0.09=1.342

①'1]11,601

—In-d-----------------In-----1--

24air!,0.153010x0.06,•,①'=0.746①

8、（1）、设绝热层外表面温度为t

2加(300-1)_2加〃-20)

1.0.045=1

-----In

0.150.02512x0.045,解得t=ii(yc

2加(300-。2ML20)

1,0.0451,0.045+6—1

-----In--------+------In------------

⑵、0.150,0250.100.04512x(0.045+3)用试探法求得b=0,02m=20mm

△t_(300-25)-(200-175)_104r

,300-25

In—

200-175

9、（1）、并流

N=(200-25)-(300-175)=149c

”'一,200-25

In

⑵、逆流300-175

Re=0.022x1.2x850

10、用狄丢斯公式计算0002

pr=2.5x1000x0,002=417

012,符合应用范围<Re>10000,0.7<Pr<120)1•流体被加热

4

a=0.023'Re08Pr04=0.023-^-xl122008x41.704=969.2

d0.022nr.K

_g尸—您=9.81x1.23x80()2xixl0-3(]50—KO)=

Gr14.5x1010

'(L5X10-3)2

Pr_C〃2.2x103x1.5x10-3

——=-------------------=22

A0.15

PrxGr=22x14.5x1()10=319x10'°>2xl07,为湍流

c1cuZ-w

a=0.135(GrPr)3=372.6——

...dnrK

釜壁温度认为=蒸汽温度，主要是因为新器壁的导热系数很大，即钢的导热系数大。

20+80

=50℃

12、定性温度：2,定性尺寸=0.02m

夕=988.1丝〃=0.549x10-3国

该温度下的物性参数:m.SPr=3.54

kJW「0.02x0.4x988.1.4八”

盘=4.175A=0.648——Re=------------；——=14400>4000

3

kg.Km.K0.549xlO-为湍流

a=0.023"648[44000.835404=2622卬

0.02nr.K

13、...PrxGr=IO'>2xl()7,属于自然对流中的湍流传热。

1万gPP。网

a=0.135_9广Pr)3Gr=------；----

d,其中〃一，小管下标为1,大管为2,则

Grg/,“2处〃〃2//Y(Gr，F=/2=4=ioP「2==1

=gpp2^t//j-=1h11'-Gf1-r-g-PT

因为温度和物系相同，入、d、C、4p、dAt均不变，因小管传热时PrxGr>2x10,则大管

72(Gr、Pr2y

一=~~I=10

7A

PrxGr»2X10I\【G/Pr",

也=区=10

•.・①=a4Ar,对单位面积而言，①।/

.♦.e2=1081,即单位面积的热损失不同，比值为io。

2兀12

①1+M+

14、囚八2勺a2r2

I0.01251

P\—+—In------------F-------------------------=0.05335

初始时,令分母=P12000x0.011500.01115000x0.0125

积垢后，令分母=P2

11,r11-221

+_In_r■nIn+

air”Ar224Aa2r22

1L1=0.1532

----------4--In型+LnU+

2000x0.01010.010500.01115000x0.0125

1

＞彳=。°。落58%

P\

传热量为原来的34.8%

15、中=必A*,A=^//xn=3.14x0.0225x4x38=10.7W

50+40

45℃.a。

2%,=M|Px38

2

①=q,nCZ=vA}px38xCAr=0.5x0.785x0.02x38x1200x3000(90一60)

644328

S

①

K=644328=]333

AA/,“10.74x45m2K

644328107

n——---------------------------=-1

C\t3000(40-20)

冷流体的质量流量:

①=KAAt=KA'"

16、mm600x2x(121-t)=10x5(t-20)解得t=117℃

A(350-100)-(220-180),114.6r

350-100

n220-180

17、并流:

(350—180)—(220—100)…5

△*2--------~---------；=143.6C

350—180

n220-100

逆流:

A|_△1"2吧“25

①=KA-KA\t

2m24114.6

18、（1）、稳定传热①|=82,冷热流体qm、p、C相等。

②=Z“pC(120-T2)=^2=qmPC(t2-20).①=KA\tm

••LZ.-JL"tUI£.,

°w

K一《二=500^=250

a\+«21000iirK

①=250X20XZ—2。)+(120-2)=q,,「(;△/=0.001x100()x4000(120-72)

120-T_50004一20+120—/225位+100-(140-T2)

2—40002—,T~

240-2/=1.25(2/-40)=2.57；-50

，热流体出口温度：T2=64.4℃冷流体出口温度：t2=140-T2=140-64.4=75.6，C

优_⑵/“08…

08---------7T=2=1.74

(2)、冷、热流体的流量都增大1倍丁，a产

K，=(L74X500『=756900_封上

"-

(1.74x500)x21740祖2K

q'pC(T-T')=0.002x100()x4000(12()-T')=435x20AZ|+%

m122

8000(120-r)=8700(%—20)+(120-6)

2~

由第一问知，4=140-T；,解得&=67.9C

t'2=140—方=72.1℃

优=Mi=2o.8=।74K=19x50。x500=435000W

19、av0-81.74x500+5001370'm2K

q,nPCH-T')=q'C(t'-20)q'=2q,

mP2fmn

]60_弓，

120-77=2r；-50.2~2

q'mpC(t'2-20)=0.002xlOOOx4000(%-20)=8000《-20)

8000®-20)=/C4M=317.5x20x02。Y)-(72’,-20)

.120—

In-

17—20

,_160-A，

将42代入，设心'=49.2℃,整理

354

35.4=0.79375x——=35.4

.64.6

In----

29.2

方程两边相等，说明假设正确，，热流体出口温度=49.2℃。

20、

21、下标1表示热，2表示冷。

“"C=05

qC,(420-370)=qC(310-285).qC

mXm22，••m22

增长后：/£(420-370)=一285)

q,n'C'(420-350)+285=t'

q,"2c22工=320长

(420-310)+(370-285)皿3

AA/...,=*'~=97.5K

原来的传热温差:2

(420-320)+(350-285)

△t,m2=82.5K

管长增长后：2

下标1为原来，2为增长后

①2=320-285“4①—a=L4x"

1.655

Rq^Ckt、310-285R必公加482.5

£=1.655

•/4=2m7,乙，故增长65.5%

(2)、并流时

^^=0.5

"(420-370)=/2G(310-285)q”2c2

增长后：q”iG(420-350)=d”2c2«2-285),...t2=320K

=(420-285)-(370-310)

八一=92.5K

原来:370-310

(420-285)-(350-320)

=oy.oA

420-285

0350-320

增长后:

1.4x9_2L5=1.855

469.8

・•・并流时换热器管长应增加8