化工原理作业答案

第一章流体流动

流体的重要性质

2.若将密度为830kg/n?的油与密度为710kg/n?的油各60kg混在一起，试求混合油的

密度。设混合油为理想溶液。

解：rnt=+m2=（60+60）kg=120kg

m.,6060

匕=匕+匕=—+—=----1----m0.157tn3

、8301710j

PiPi

Pm=卞=言ykg/n?=764.33kg/m'

流体静力学

4.某储油罐中盛有密度为960kg/m3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5m,

油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760mm的孔，其中心距罐底1000mm,孔

盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5X106pa,问至少需要儿个螺钉（大

气压力为lOUXKPPa）?

解：由流体静力学方程，距罐底1000mm处的流体压力为

p=p+^/2=[101.3xl03+960x9.81x（9.5-1.0）]Pa=L813xl03Pa（绝压）

作用在孔盖上的总力为

F=（p-pJA=a.813xl03-101.3xl0-）x-x0.762N=3.627xl04N

每个螺钉所受力为

E=39.5X10X--T0.0I42N=6.093xlO3N

4

因此

n=F1F\=3.627xl(T/(6.093x1O‘)N=5.95«6(个)

习题4附图习题5附图

5.如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U管压差计。读数分别为R=500mm,R2=80

mm,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入

一段水,其高度R3=100mm。试求4、8两点的表压力。

解:（1）4点的压力

PK水+夕灰g/?2=(1000x9.81x0.1+13600x9.81x0.08)Pa=1.165x10*Pa(表)

(2)3点的压力

PB=PA+P或鸣

=(1.165xl04+13600x9.81xO.5)Pa=7.836x10,Pa(表)

8.密度为1800kg/m3的某液体经一内径为60mm的管道输

送到某处,若其平均流速为0.8m/s,求该液体的体积流量(nWh)、

质量流量(kg/s)和质量通量[kg/(m2•s)]o

解：

V=uA=u-d2=0.8x—xO.O62x3600m7s=8.14m7h

44

w=uAp=u-d2p=0.8x—x0.062x1000kg/s=2.7

44

G=«p=0.8x1000kg/(m2•s)=800kg/(m2•s)

11.如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7m,水从。108mmX4mm的管道中流

出，管路出口高于地面1.5m。已知水流经系统的能量损失可按尸55〃2计算，其中〃为水

在管内的平均流速（m/s）。设流动为稳态，试计算（1）4A,截面处水的平均流速；（2）水的

流量（m3/h）«

解：（1）4A截面处水的平均流速

在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程，得

+且=gz?+；晨+乙+E4（1）

2P2P

式中zi=7m,〃bi~0,pi=0（表压）

22=1.5m,p2=0（表压），〃b2=5.5M2

代入式（1）得

9.81x7=9.81xl.5+L《+5.5史

2匕？与工

斯=3.0m/s

(2)水的流量(以m3/h计)

23

匕=Ub2A=3.0xx(0.018-2xO.OO4)=0.02355m/s=84.78m7h

习题11附图习题13附图习题14附图

13.如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精福塔3的中部进行分离。

已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为1.0133xlCPa。流体密度为8OOkg/m3。精储塔进口

处的塔内压力为1.21xlO5Pa,进粒口高于储罐内的液面8m,输送管道直径为。68mmx4

mm,进料量为20m3/h。料液流经全部管道的能量损失为70J/kg,求泵的有效功率。

解：在截面44和截面之间列柏努利方程式，得

■^•+3+g4+叱十+4gZ2+Z4

55

/)1=10l33x10Pa：p2=1.21x1OPa：Z,—Z(=R.Om；

a0;Z九=70J/kg

VV20/3600/—

u=—=------=--------------------m/s=1.966m/s

2AV当x(0.068—2x0.004)2

吗=岁+亨+gC-4)+24

J(L2"LOI33)x%迎+9.8x8.0+70]j/kg

r|_8002J

=(2.46+1.93+78.4+70)J/kg=175J/kg

M=叫叱=20/3600x800x173W=768.9W

14.本题附图所示的贮槽内径。=2m,槽底与内径面为32mm的钢管相连，槽内无

液体补充，其初始液面高度加为2m(以管子中心线为基准)。液体在管内流动时的全部能量

损失可按Z*20〃2计算，式中的〃为液体在管内的平均流谏(m/s)。试求当槽内液面下降1m

时所需的时间。

解：由质量衡算方程，得

叱=叱+也⑴

叱=o,叱=：成的⑵

也」“也⑶

dO4d0

将式(2),(3)代入式(1)得

nn­,dh八

—J.；wp+—D*p—=0

4°b4d。

即3+当2包=0(4)

h4、d。

在贮槽液面与管出口截面之间列机械能衡算方程

即gh*+£hf吟+20M-=20,5w；

或写成

9.81b

Mb=0.692〃(5)

式（4）与式(5)联立，得

0.692战+(^―)2—=0

0.032d。

-5645里二曲

即

4h

i.c.0=0,h=h\=2m；0=0,/t=lm

积分得0=-5645x21—2以卜=4676s=l.3h

动量传递现象与管内流动阻力

19.用泵将2X104kg41的溶液刍反应器送至高位槽（见

本题附图）。反应器液面上方保持25.9X103pa的真空度，

高位槽液面上方为大气压。管道为，76mmX4mm的钢管,

总长为35m,管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计

（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器内液面与管

路出口的距离为17m。若泵的效率为0.7,求泵的轴功率。

34

（已知溶液的密度为1073kg/m,黏度为6.3x10Pa-so管

壁绝对粗糙度可取为0.3mmo）

解：在反应器液面1-1与管路出口内侧截面22间列

机械能衡算方程，以截面为基准水平面，得

习题19附图

gzt+且+叱=gz,+学+丛+Z4

2P2p

(1)

式中zi=O,Z2=17m,wbi^O

卬2xl04.

=------=-------------------；------m/s=1.43m/s

4,23600x0.785x0.068-x1073

一ap

4

pi=-25.9Xl()3pa(表),02=0俵)

将以上数据代入式(1),并整理得

叱—+争号+动

=9.81X17+-^^+259x103+Y/1=192.0+\/1.

21073人,乙午

其中+"/+£7）竽

e/d=0.0044

根据Re与Rd值，查得上0.03,并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为

闸阀（全开）：0.43X2m=0.86m

标准弯头：2.2X5m=llm

故£%=（0.03X35~^^+U+05+4）1^1j/kg=25.74J/kg

于是wc=（192.0+25.74）J/kg=217.7J/kg

泵的轴功率为

N=Ww/7]=217,7x2xl04W=1.73kW

e3600x0.7

流体输送管路的计算

20.如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底

部与内径为100mm的钢质放水管相连，管路上装有一个

闸阀，距管路入口端15m处安有以水银为指示液的U管

压差计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接

管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度为20

nio

（1）当闸阀关闭时,测得/?=600mm、h=1500mm；

当闸阀部分开启时，测得R=400mm、力=1400mm。摩擦

系数4可取为0.025,管路入口处的局部阻力系数取为0.5。

问每小时从管中流出多少水（n?）?

（2）当闸阀全开时，U管压差计测压处的压力为多少Pa（表压）。（闸阀全开时Le〃^15,

摩擦系数仍可取0.025。）

解：（1）闸阀部分开启时水的流量

在贮槽水面1-11与测压点处截面2-2间列机械能衡算方程，并通过截面2-2,的中心作基

准水平面，得

(a)

式中〃尸0（表）

p2=p1IggR-plhogR=(13600x9.81x0.4-1000x9.81x1,4)Pa=39630Pa(表)

Wb2=0,Z2=0

ZI可通过闸阀全关时的数据求取。当闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学基本方程

知

P”g(A+h)=%gR(b)

式中h=1.5m,R=0.6m

将已知数据代入式(b)得

13600x06

--1.5m=6.66m

1000)

Z峪2=(彳［吟=213"；=(0.025x含+0.5玲=2.1

将以上各值代入式(a),即

9.81X6.66=<+^^+2.13ub-

21000

解得ub=3.13m/s

水的流量为K=3600：储咻=(3600x0.785x0.12x3.13)m7s=1.43m7s

(2)闸阀全开时测压点处的压力

在截面1-1,与管路出口内侧截面33间列机械能衡算方程，并通过管中心线作基准平面，得

“++5J，隹%(c)

式中zi=6.66m,Z3=0,«bi=0»p\=p3

少口=足孚+4)子=。。25(含

+15)+0.5=4.81M；

a

将以上数据代入式(c),即

2

9.81X6.66=<+4.81ub

2

解得ub=3.13m/s

再在截面1/•与2-2•间列机械能衡算方程，基平面同前，得

gZ|+4+a=gz2+£+2+Z4,L2(d)

2P2p

式中zi=6.66m,22=0»Wbi»0,Wb2=3.51m/s,pi=0(表压力)

2

=(0.025宗0.5^3y5-IJ/kg=26.2J/kg

将以上数值代入上式，则

9.81x6.66=^^+-^-4-26.2

2lOOCi

解得〃2=3.30义ICHPa(表压)

23

V=U2A=2.57x¥x(0.114-2xO.(X)4)x36(X)m/h=81.61n?/h

23.本题附图所示为一输水系统，高位槽的水面维

持恒定，水分别从8c与3。两支管排出，高位槽液面

与两支管出口间的距离均为11管段内径为38m、

长为58m；8C支管的内径为32mm、长为12.5m；BD

支管的内径为26mm、长为14m,各段管长均包括管

件及阀门全开时的当量长度。AB与BC管段的摩擦系

数几均可取为0.03。试计算（1）当支管的阀门关

闭时，8C支管的最大排水量为多少（m3/h）；（2）当所习题23附图

有阀门全开时，两支管的排水量各为多少（nWh）?（8。

支管的管壁绝对粗糙度，可取为0.15mm,水的密度为

1000kg/m3,黏度为0.001Pa-s。）

解：（1）当8。支管的阀门关闭时，BC支管的最大排水量

在高位槽水面1-1.与BC支管出口内侧截面C-C•间列机械能衡算方程，并以截面C-C•为

基准平面得

gZi+^+PL=gZc+^+P^^h(

2P2p

式中zi=llm,zt=0,pi=Pc

2

故号+z4=9.81X11=107.9J/kg(a)

Z%=Z%AB+£%,BC(b)

媒）曾

=（。3盛+85）冬=23.15”^（C）

=（0.03x黑）警=5.86〃：.（d）

将式（e）代入式（b）得

(f)

―Z%l/W=23.15x0.5〃D.〃£»C=11.58日Dj>C

将式(f)、(d)代入式(b),得

Z4=11.58城8c+5.86〃；.=17.44〃；K

Wbc=«b,BC»并以X/if值代入式(a),解得

Mb.Bc=2.45m/s

故%c=3600X-X0.0322X2.45m3/h=7.10m3/h

4

（2）当所有阀门全开时，两支管的排水量根据分支管路流动规律，有

gzc与+与£k=g/T号隹5(a)

两支管出口均在同一水平面上，下游截面列于两支管出口外侧，于是上式可简化为

E%,BC=E%BD

E48c=仅^^+1。)警

a2

=(°必靛+D苧=636嗑0

Z3(“忌+0警=(269.24+0.5心

U.UZo2

将Z%M、Z为加值代入式（a）中，得

6.3&《改=（269.22+0.5）〃；瓯（b）

分支管路的主管与支管的流量关系为

VA6=VBC+VBD

"ABK入B="反气网：I^BDUxRD

0.0382MM8=0.0322%比、+0.0262%必

上式经整理后得

=0.708wbBC+0.469%加（c）

在截面i-i•与cc间列机械能衡算方程，并以cc.为基准水平面，得

gz卢《3=gzc+与+&£%⑷

2P2P

上式中zi=Hm,zc=0»“bi^O,Wb.c^O

上式可简化为

E%=Zh1AB+ZMe=107.9J/kg

前已算出Z%,„=23.15"乙Z4w=6.36w；水.

因此23.15藐+6.36〃；K=107.9

在式（b）、（c）、（d）中，“bda、“b.8。、即2均为未知数，且2又为“b.即的函数，可

采用试差法求解。设处取产L45m/s,则

口,,0.26x1.45x1000..0.15.

Re=au.pLI=---------------；--------=37700ea=-------=0n.0m058Q

b11x10-3'26

查摩擦系数图得F0.034。将，与电BD代入式（b）得

2

6.36M；BC=（269.2x0.034+0.5）x1.45

解得〃b.Bc=1・79m/s

将Mb.BC、值代入式（C）,解得

wbAB=(0.708xl.79+0.469xl.45)m/s=1.95m/；

将"KAB、"bIC值代入式（d）左侧，即

23.15xl.952+6.36xl.792=108.4

计算结果与式（d）右侧数值基本相符（108.4-107.9）,故〃b.BD可以接受，于是两支管的

排水量分别为

23

VBC=3600x；x0.032xl.79m7h=5.18m/h

233

VBC=3600x-x0.026x1.45m/h=2.77m/h

第二章流体输送机械

1.用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情况如本题附图所示。启动泵之前

A、C两压力表的读数相等。启动离心泵并将出口阀调至某开度时，输油量为39m3/h,此时

泵的压头为38m。已知输油管内径为100mm,摩擦系数为0.02；油品密度为810kg/n?。试

求（1）管路特性方程；（2）输油管线的总长度（包括所有局部阻力当量长度）。

解：（1）管路特性方程

甲、乙两地油罐液面分别取作与2-2,截面，以水平管轴线为基准面，在两截面之间列

柏努利方程，得到

kK+Bq；

由于启动离心泵之前PA=PC,于是

K=AZ+"=。

Pg

则He=Bq：

又Hc=//=38m

B=[38/（39）2]h2/m5=2.5XJO2h2/m5

则乩=2.5x10%；（伙的单位为m3/h）

（2）输油管线总长度

m/s=1.38m/s

2^=2x9.81x0,lx38m=1960m

于是Z+/c

0.02x1.38

2.用离心泵（转速为2900r/min）进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空表和

出口压力表的读数分别为60kPa和220kPa,两测压口之间垂直距离为0.5m,泵的轴功率为

6.7kWo泵吸入管和排出管内径均为80mm,吸入管中流动阻力可表达为（M

为吸入管内水的流速，m/s）。离心泵的安装高度为2.5m,实验是在20℃,98.1kPa的条件下

进行。试计算泵的流量、压头和效率。

解：（1）泵的流量

由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面），得到

°=g4+5+当+X^/.o-i

将有关数据代入上式并整理，得

60xI03

3.5〃：—攻-2.5x9⑻=35.48

11000

%=3.184m/s

则夕=(5x0.082x3.184x3600)m3/h=57.61m3/h

⑵泵的扬程

(60+220)x103

H=H+H+h=-------------+0.5m=29.04m

l2()1000x9.81

⑶泵的效率

丝”29.04X57.61XI0()0X9.81

=X100%=68%

IOOOP3600x1000x6.7

在指定转速下，泵的性能参数为：^=57.61m3/hH=29.04m尸=6.7kW%68%

4.用离心泵（转速为2900i7min）将20℃的清水以60m3/h的流量送至敞口容器。此流

量下吸入管路的压头损失和动压头分别为2.4m和0.61m。规定泵入口的真空度不能大于64

kPa。泵的必需气蚀余量为3.5m。试求（1）泵的安装高度（当地大气压为100kPa）；（2）若

改送55℃的清水，泵的安装高度是否合适。

解：（1）泵的安装高度

在水池液面和泵入口截面之间列柏努利方程式（水池液面为基准面），得

且(H吟+%)

Pg

64xl()3

即=4+0.61+2.4

1000x9.81

%=3.51m

（2）输送55℃清水的允许安装高度

55C清水的密度为985.7kg/nP,饱和蒸汽压为15.733kPa

则H'=2-P、_（NPS“if。['00—]5.33）乂[5+0.5）_24]m二2.31m

&pgm[985.7x9.81

原安装高度（3.51m）需下降1.7m才能不发生气蚀现象。

第三章非均相混合物分离及固体流态化

1.颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2650kg/n?,直径为0.04mm的球形

石英颗粒在20℃空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为2650kg/m3,球形度。=0.6

的非球形颗粒在20c清水中的沉降速度为0.1m/s,颗粒的等体积当量直径是多少？（3）密

度为7900kg/m3,直径为6.35mm的钢球在密度为1600kg/m?的液体中沉降150mm所需的

时间为7.32s,液体的黏度是多少？

解：（1）假设为滞流沉降，则：

'i8/z

查附录20c空气夕=1.205kg/m3,=x105Pas,所以,

广电"叫再疗5）33吁s

核算流型：

八pdu1.205x0.1276x0.04xlO3八-

Re=——Lt=--------------------：---------=0.34<1t

1.81x10

所以，原假设正确，沉降速度为0.1276m/s。

（2）采用摩擦数群法

_4xl.81xlO5(265O-1.2O5)x9.81

=431.9

3xl.2052x0.13

依“=().6,^Re-'=431.9,查出：/?!=丝底=0.3,所以:

4=S3XL81X10=4506xl0-5m=45pm

1.205x0.1

（3）假设为滞流沉降，得:

u“--d--'-9-----p---）-g-

18w,

其中=h/0=0.15/7.32m/s=0.02049m/s

将已知数据代入上式得：

0.006352(7900-1600)x9.81/…门

LI=-----------------------------L-----Pas=6.757Pa•s

18x0.02049

核算流型

八幽0.00635x0.02049x1600……,

R-----------------------=0.03081<1

6.757

2.用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5m,宽5m,高4.2m,固体杂质为球形

颗粒，密度为3000kg/n?。气体的处理量为3000（标准）m3/ho试求理论上能完全除去的最

小颗粒直径。

（1）若操作在20c下进行，操作条件下的气体密度为1.06kg/n?,黏度为1.8x10-5pa$

（2）若操作在42（TC下进行，操作条件下的气体密度为0.5kg/m3,黏度为3.3x10-5pa”。

解：（1）在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：

w.=m/s=0.03577m/s

bl3600x5x5

设沉降在斯托克斯区，则:

小（。-P）g

《=0.03577

18〃

_I18//Z/,18x1.8x1()-5x0.03577

d=1.985xl0-5m=l9.85pm

-~V(3000-1.06)x9.81

核算流型:

&二改」985x1。5、。.。3577n.06

=0.0418<1

1.8x10-

原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1.985x105m。

<2）计算过程与（1）相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为:

273+420

3000x

273m/s=0.0846m/s

3600x5x5

设沉降在斯托克斯区，则:

18〃〃，,18x3.3x10-0.0846

=4.l32xl0-5m=4132gm

9一P)gV(3000-0.5)x9.81

核算流型:

^4.132x0-x0.0846xQ.5

=1=0.0529<1

3.3xl()T

原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4.132xl（y5m。

5.用标准型旋风分离器处理含尘气体，气体流量为0.4m3底黏度为3.6x10-5pa"、密度

为0.674kg/m3,气体中尘粒的密度为2300kg/m3。若分离器圆筒直径为0.4m,（1）试估算其

临界粒径、分割粒径及压力降。（2）现在工艺要求处理量加倍，若维持压力降不变，旋风分

离器尺寸需增大为多少？此时临界粒径是多少？（3）若要维持原来的分离效果（临界粒径）,

应采取什么措施？

解：临界直径dC

式中B=2="=0.1m，h=D/2

44

Ne=5

0.4

m/s=20m/s

八।0.4

O.lx

2

将有关数据代入，得

，m

4=?5x20x23X=6698=6.698x10pm

分割粒径为

20%2448xm=4.778pm

&o=O.27。对黑严=力叱

压强降为

“=4^-p=8xg-x0.674Pa=1078.4Pa

(2)bp,看不变

%,二

而一DD

-----X-----

0.5657

9x3.6x107x-------

4m=7.96x106m

3.14x5x2300x20

所以，处理量加倍后，若维持压力降不变，旋风分离器尺寸需增大，同时临界粒径也会

增大，分离效率降低。

（3）若要维持原来的分离效果（临界粒径），可采用两台圆筒直径为0.4m的旋风分离器

并联使用。

8.在0.04m2的过滤面积上以1x10-4m3/s的速率进行恒速过滤试验，测得过滤100s时，

过滤压力差为BxlhPa；过滤600s时，过滤压力差为9x1"Pa。滤饼不可压缩。今欲用框内

尺寸为635mmx635mmx60mm的板框过滤机处理同一料浆，所用滤布与试验时的相同。过

滤开始时，以与试验相同的滤液流速进行恒速过滤，在过滤压强差达到6xl（）4Pa时改为恒压

操作。每获得1n?滤液所生成的滤饼体积为0.02nP。试求框内充满漉饼所需的时间。

解：第一阶段是恒速过滤，其过滤时间0与过滤压差之间的关系可表示为：

^p=aO+b

板框过滤机所处理的悬浮液特性及所用滤布均与试验时相同，且过滤速度也一样，因此,

上式中a,b值可根据实验测得的两组数据求出：

Sxl^lOOa+b

9xl04=600a+b

解得a=120,b=1.8xl04

即A/?=120<9+1.8xl04

4

恒速阶段终了时的压力差3R=6xlOPa,故恒速段过滤时间为

Ag^6x10--1.8x10-

然=s=35Qs

120

恒速阶段过滤速度与实验时相同

3

〃R=nVs=2.5x10~nVs

RAO="10.0°4

5322

qR=〃R6R=2.5xl0-x350m/m=0.875mVm

根据方程3-71,

晨咪=120

)="外内=也”=1.8x104

k

解得：k=5.208x10Km2/(Pas),%=0375m3/m2

恒压操作阶段过滤压力差为6x18Pa,所以

K=2kbp=2x5.208*10-x6x10。mVs=6.250x10-3m2/s

板框过滤机的过滤面积A=2x0.6352m2=0.8065m2

滤饼体积及单位过滤面积上的滤液体积为匕=0.6352x0.06m2=0.0242m3

0.02423/，-3/2

q=(―)/L)=---------------m/m~=1.5m/m~

A0.8065x00

应用先恒速后恒压过滤方程

（/-就）+2/（4-外）=刈6-4）

将K、伙、9R、q的数值代入上式，得:

（1.52-0.8752）+2x0.37（1.5-0.875）=6.252x103-350）

解得8=662.5s

11.在67x103pa压力下对硅藻土在水中的悬浮液进行过滤试验，测得过谑常数K=5xl0-s

m2/s,^=0.01m3/m2,滤饼体积与滤液体积之比〃=0.08。现拟用有38个框的BMY50/810-25

型板框压滤机在134xl（）3pa压力下过滤上述悬浮液。试求：（1）过滤至滤框内部全部充满滤

渣所需的时间；（2）过滤完毕以相当于滤液量1/10的清水洗涤滤饼，求洗涤时间；（3）若每

次卸渣、重装等全部辅助操作共需15min,求过滤机的生产能力（n?滤液用）。

解：（1）硅藻土，5=0.01,可按不可压缩滤饼处理

K=2必p，九与“无关

232

△〃二134xl0'pa时，j<=lxl0^m/s,qc=0.01m/m

匕=0.812xO.O25x38m3=0.6233m3,A=38x2x0.812m2=49.86m2

..V0.62333rrci37.7913.2c3,2

V=—c=------m=7.791m,q=------m/m"=0.1563m/m2

v0.0849.86

代入恒压过滤方程式求过滤时间

0.15632+2x0.01x0.1563=10<9

"275.6s

（2）洗涤

V=0.IV=0.7791m

叱x49.86

dVcIVm3/s=3.748xl0-3m7s

~d0~d08仅+匕)-8(g+4)-8x(0.1563+0.011

=X，

（3）生产能力

7.7913

m3/h=20.27m3/h

6+%,+%—(275.6+207.9+15x60)/3600

第五章传热过程基础

2.某平壁燃烧炉由一层400nlm厚的耐火砖和一层200mm厚的绝缘砖砌成，操作稳定

后，测得炉的内表面温度为1500℃,外表面温度为100℃,试求导热的热通量及两砖间的界

面温度。设两砖接触良好，已知耐火病的导热系数为4=0.8+0.0006/,绝缘砖的导热系数为

4=0.3+0.0003/,W/(m℃)o两式中的f可分别取为各层材料的平均温度。

解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即

Q=Q2=Q(5-32)

或Q=“仁b=(5-3%)

4'A

式中A=0.8+0.0006/=0.8+0.0006x1500+-=1.25+0.0003/

h2

=0.3+0.0003/=0.3+0.0003x=0.315+0.00015r

-2

代入九、22得

(1.25+0.00030用=(0.315+0.00015t)f

解之得

t=t2=977℃

2,=1.25+0.0003/=(1.25+0.0003x977)W/(m℃)=1.543W/(m-℃)

则Q/S=4=1.543x150^~977W/m2=2017W/m2

6.在一传热面积为40m2的平板式换热器中，用水冷却某种溶液，两流体呈逆流流动。

冷却水的流量为30000kg/h,其温度由22℃升高到36℃。溶液温度由115c降至55℃。若

换热器清洗后，在冷、热流体流量和进口温度不变的情况下，冷却水的出口温度升至40℃,

试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。假设：(1)两种情况下，冷、热流体的物

性可视为不变，水的平均比热容为4.174kJ/(kg・℃)；(2)两种情况下，生、&分别相同；(3)

忽略壁面热阻和热损失。

解：求清洗前总传热系数K

=(115-36)-(55-22)

ain℃=52.7℃

in11^

55-22

K=旦=30000x4-74x*(36-22)刈«?.℃)=?31W/(n?.啕

S&m3600x40x52.7八7'7

求清洗后传热系数K

由热量衡算

叱Cp』(「O=叱c,〃r)

叱GKHqMF)

wc

方=(一一

npji

(-七部-6)=115—115~55(40-22)℃=37.9℃

f2L36-22

(115-40)-(37.9-22)。,

1mC=38.1℃

37.9-22

K=30000x4.174x10*40-22)w/依.啕=410.8W/(n?-C)

3600x40x38.1v7八,

清洗前两侧的总污垢热阻

=-——-=|-..........-|m2℃/W=1.9xlO_3m2-℃/W

乙sKIC(231410.8J'1

9.在一单程管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。已知苯蒸汽

的体积流量为1600m3/h,常压下苯的沸点为80.1°C,气化热为394kJ/kg。冷却水的入口温度

为20℃,流量为35000kg/h,水的平均比热容为4.17kJ/(kg,℃)。总传热系数为450W/(m2.℃)。

设换热器的热损失可忽略，试计算所需的传热面积。

解：苯蒸气的密度为

PM1x78」a/3

p=-----=--------------7-------------rkg/m3=2.692kg/m3

RT0.08206x(273+80.1)