食品工程原理试题思考题与习题及答案

思考题与习题绪论一、填空1同一台设备的设计可能有多种方案,通常要用()来确定最终的方案。2单元操作中常用的五个基本概念包括()、()、()、()和()。3奶粉的生产主要包括()、()、()、()、()等单元操作。二、简答1什么是单元操作?食品加工中常用的单元操作有哪些?2“三传理论”是指什么?与单元操作有什么关系?3如何理解单元操作中常用的五个基本概念?4举例说明三传理论在实际工作中的应用。5简述食品工程原理在食品工业中的作用、地位。三、计算1将5kg得蔗糖溶解在20kg的水中,试计算溶液的浓度,分别用质量分数、摩尔分数、摩尔浓度表示。已知20%蔗糖溶液的密度为1070kg/m3。2在含盐黄油生产过程中,将60%质量分数的食盐溶液添加到黄油中。最终产品的水分含量为15.8%,含盐量1.4%,试计算原料黄油中含水量。3将固形物含量为7.08%的鲜橘汁引入真空蒸发器进行浓缩,得固形物含量为58%得浓橘汁。若鲜橘汁进料流量为1000kg/h,计算生产浓橘汁和蒸出水的量。4在空气预热器中用蒸气将流量1000kg/h,30℃的空气预热至66℃,所用加热蒸气温度143.4℃,离开预热器的温度为138.8℃。求蒸气消耗量。5在碳酸饮料的生产过程中,已知在0℃和1atm下,1体积的水可以溶解3体积的二氧化碳。试计算该饮料中CO2的1质量分数;2摩尔分数。忽略CO2和水以外的任何组分。6采用发酵罐连续发酵生产酵母。20m3发酵灌内发酵液流体发酵时间为16h。初始接种物中含有1.2%的酵母细胞,将其稀释成2%菌悬液接种到发酵灌中。在发酵罐内,酵母以每2.9h增长一倍的生长速度稳定增长。从发酵罐中流出的发酵液进入连续离心分离器中,生产出来的酵母悬浮液含有7%的酵母,占发酵液中总酵母的97%。试计算从离心机中分离出来的酵母悬浮液的流量F以及残留发酵液的流量W假设发酵液的密度为1000kg/m3。第一章流体流动一、名词解释1流体的黏性2牛顿流体3流体的稳定流动4层流边界层二、填空 1通常把流体称为理想流体。2牛顿黏性定律表明,两流体层之间单位面积的与垂直于流动方向的成正比。3流体在管道中的流动状态可分为和两种类型。4在过渡区内,流体流动类型不稳定,可能是,也可能是,两者交替出现,与情况有关。5流体的流动状态可用数来判断。当其时为;时为。6流体在管道中的流动阻力可分为和两类。7当流体在圆管内流动时,管中心流速最大,滞流时的平均速度与管中心的最大流速的关系为。8根据雷诺数的不同,摩擦系数-雷诺数图可以分为、、和四个区域。9管路系统主要由,和等组成。10局部阻力有和两种计算方法。三、选择 1 液体的黏性随温度升高而a,气体的黏性随温度升高而。A.升高,降低;B.升高,升高;C.降低,升高2 砂糖溶液的黏度随温度升高而a。A.增大;B.减小;C.不变3 层流时流体在圆管内的速度分布规律为a形式。A.二次曲线;B.直线;C.指数四、简答 1推导理想流体的柏努利方程。2举例说明理想流体柏努利方程中三种能量的转换关系。3简述流体流动状态的判断方法及影响因素。4如何用实验方法判断流体的流型?5说明管壁的粗糙度对流体流动阻力的影响。五、计算1某真空浓缩器上真空表的读数为15.5×103Pa,设备安装地的大气压强为90.8×103Pa,试求真空浓缩器内的绝对压强。2一敞口储槽内贮存有椰子油,其密度为910kg/m3,已知:Z10.6m,Z21.8m;槽侧壁安装的测压管上段液体是水,测压管开口通大气。求槽内油面的位置高度h。3某设备进、出口的表压强分别为-13kPa和160kPa,当地大气压为101.3kPa,求该设备进、出口的压强差。4用一串联U形管压差计测量水蒸气锅炉水面上的蒸气压pv,U形管压差计指示液均为水银,连接两U形管压差计的倒U形管内充满水,已知从右至左四个水银面与基准水平面的垂直距离分别为h12.2m、h21m、h32.3m、h41.3m。锅炉水面与基准水平面的垂直距离为h53m。求水蒸气锅炉水面上方的蒸气压pv。5试管内盛有10cm高的水银,再于其上加入6cm高的水。水银密度为13560kg/m3,温度为20℃,当地大气压为101kPa。求试管底部的压强。6在压缩空气输送管道的水平段装设一水封设备如图,其垂直细支管(水封管)用以排除输送管道内的少量积水。已知压缩空气压强为50kPa(表压)。试确定水封管至少应插入水面下的最小深度h。7贮油槽中盛有密度为960?/m3的食用油,油面高于槽底9.6m,油面上方通大气,槽侧壁下部开有一个直径为500mm的圆孔盖,其中心离槽底600mm。求作用于孔盖上的力。8如本题图所示,用套管式热交换器加热通过内管的果汁,已知内管为Φ33.5mm×3.25mm,外管为Φ6mm×3.5mm的焊接钢管。果汁密度为1060?/m3,流量为6000?/h;加热媒质为115℃的饱和水蒸气在外环隙间流动,其密度为0.9635?/m3,流量为120?/h。求果汁和饱和水蒸气的平均流速。9水流经一文丘里管如本题图示,截面1处的管内径为0.1m,流速为0.5m/s,其压强所产生的水柱高为1m;截面2处的管内径为0.05m。忽略水由1截面到2截面流动过程的能量损失,求1、2两截面产生的水柱高差h为多少米?10某植物油流过一水平渐缩管段,管大头内径为20mm,小头内径为12mm,现测得这两截面间的压强差为1000Pa,该植物油的密度为950kg/m3,不计流动损失。求每小时油的质量流量。11从高位槽向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为大气压。要求料液在管内以1.5m/s的速度流动。设料液在管内压头损失为2.2m不包括出口压头损失。高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米?1220℃下水在50mm内径的直管中以3.6m/s的流速流动,试判断其流动类型。1337℃下血液的运动黏度是水的5倍。现欲用水在内径为1cm的管道中模拟血液在内径为5mm的血管中以15cm/s流动过程的血流动力学情况,实验水流速度应取为多少?14果汁在内径为d1的管路中作稳定流动,平均流速为u1,若将管径增加一倍,体积流量和其他条件均不变,求平均流速为原来的多少倍?15如本题图示,将离心泵安装在高于井内水面5米的地面上,输水量为50m3/h,吸水管采用Φ114×4?的电焊钢管,包括管路入口阻力在内的吸水管路上总能量损失为∑hf5J/kg,当地大气压强为1.0133×105Pa。求该泵吸入口处的真空度。16用泵输送某植物油,管道水平安装,其内径等于10mm,流量为0.576m3/h,油的粘度为50黏度0-3Pas,密度为950kg/m3。试求从管道一端至相距30米的另一端之间的压力降。17用离心泵将某水溶液由槽A输送至高位槽B,两槽液面维持恒定并敞开通大气,其间垂直距离为20m。已知溶液密度为1200kg/m3,溶液输送量为每小时30m3,管路系统各种流动阻力之和∑hf36J/kg,该泵的效率为0.65。求泵的轴功率。18某饮料厂果汁在管中以层流流动,如果流量保持不变,问:(1)管长增加一倍;(2)管径增加一倍;(3)果汁温度升高使黏度变为原黏度1/2(设密度变化极小)。试通过计算说明三种情况下摩擦阻力的变化情况。19植物油在圆形直管内作滞流流动,若流量、管长、液体物性参数和流动类型均不变,只将管径减至原来的2/5,由流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍?20用泵将密度为930kg/m3、黏度为4黏度mPas的某植物油送至贮槽,管路未装流量计,但已知A、B两处压力表的读数分别为pA1.2MPa,pB1.12MPa,两点间的直管长度为25m,用管直径为Φ89×3.5mm的无缝钢管,其间还有3个90°的弯头。试估算该管路油的流量。21用一台轴功率为7.5kw的库存离心泵将溶液从贮槽送至表压为0.2×105Pa的密闭高位槽(见右图),溶液密度为1150kg/m3、黏度为1.2×10-3Pa?s。管子直径为Φ108×4mm、直管长度为70m、各种管件的当量长度之和为100m不包括进口和出口的阻力,直管阻力系数为0.026。输送量为50m3/h,两槽液面恒定,其间垂直距离为20m。泵的效率为65%。。试从功率角度考虑核算该泵能否完成任务。22一台效率为0.65的离心泵将果汁由开口贮槽输送至蒸发器进行浓缩。已知果汁密度为1030kg/m3,黏度为1.2×10-3Pa?s,蒸发器液面上蒸发空间的真空表读数为50kPa,果汁输送量为16m3/h。进蒸发器的水平管中心线高于开口贮槽液面20m,管直径为Φ57mm×3mm的冷轧不锈钢管,不包括管路进、出口能量损失的直管及各管件当量长度之和为50m,管壁绝对粗糙度为0.02mm,当地大气压强为1×105Pa。求泵的轴功率PZ。23高位水槽底部接有一长度为30m(包括局部阻力的当量长度)、内径为20mm的钢管,该管末端分接两个处于同一水平面的支管,支管直径与总管相同,各支管均装有一相同的球阀(ζ6.4),因支管很短,除球阀的局部阻力外,其他阻力可以忽略。高位槽水位恒定,水面与支管出口的垂直距离为6m。试求开一个阀门和同时开两个阀门管路系统的流量。第二章流体输送机械一、名词解释 1 离心泵的气蚀现象2 泵的工作点3 离心泵的安装高度4 离心泵的切割定律和比例定律二、填空 1 产品样本上离心泵的性能曲线是在一定的下,输送时的性能曲线。2 离心泵的实际工作压头和流量不仅与的特性曲线有关,还与的特性曲线有关。3 离心泵压头的大小取决于、和。4 离心泵的工作点由曲线和曲线共同决定。5 为防止发生现象,泵的安装高度不能太高,可采取,等措施提高泵的安装高度。6 管路系统主要由,和等组成。7 泵的内部损失主要由,和引起。三、选择 1 离心泵铭牌上标明的扬程是指。A.功率最大时的扬程B.最大流量时的扬程C.泵的最大扬程D.效率最高时的扬程2一台试验用离心泵,开动不久,泵入口处的真空度逐渐降低为零,泵出口处的压力表也逐渐降低为零,此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是A.忘了灌水B.吸入管路堵塞C.压出管路堵塞D.吸入管路漏气3 两台相同的泵串联工作时,其压头一台泵单独工作时的两倍。A.B.C.4 正位移泵的流量与有关。A.泵的转速与结构B.管路阻力C.泵的压头5 离心泵的压头、流量均与流体的无关。A.黏度B黏度密度C.温度6 液体的黏性随温度升高而,气体的黏性随温度升高而。A.升高,降低B.升高,升高C.降低,升高7 余隙系数越大,压缩比越大,则容积系数。A.越小B.越大C.不变8 正位移泵的压头与有关。A.泵的转速B.管路阻力C.流量四、简答 1 离心泵发生气蚀现象的原因是什么?危害是什么?应如何防止?2 根据离心泵的特性曲线图说明用其出口阀门调节管路流量的原理。3 简述实际流体柏努利方程的物理意义。4 简述离心泵的结构和工作原理。5 简述用旁路阀调节往复泵流量的原理。五、计算 1 已知离心泵吸入管内径为100mm,吸入管路总压头损失为12u2/2g(u为吸管内水的流速,m/s),泵入口处真空表读数为45.33kPa。试求吸水管内的流量(m3/h)。已知水的密度为103m3/kg。2 用泵将密度为1.15g/cm3的盐水,以0.0056m3/min的流量由一敞口大原料贮槽送敞口高位槽中,管道出口比原料贮槽的液面高23m,吸入管内径为90mm,泵出口管内径为52.5mm。假如管路系统的摩擦损失为53.8J/kg,泵的效率为70%,试计算泵的扬程和功率。3 用泵将82.2℃的热水以0.379m3/min的流量从一出口贮槽中吸上来,泵的入口管为内径50.8mm,长6.1m的40号钢管,有三个弯头。水从泵中流出来后经过一长61m,内径50.8mm的带两个弯头的管段后再排到大气中,排出口比贮槽的液面高6.1m。(1)计算总摩擦损失;(2)计算泵所作的的功;3.泵的有效功率。4 用泵降体积流量为0.5m3/h的水以0.1m/s的速度从10m下的加热罐中抽至水龙头处。假如罐的压力保持在600kPa的表压下,试求泵的能量。忽略管道阻力。第三章非均相物系的分离一、名词解释1 非均相物系2 临界粒径3 重力沉降4 离心沉降5 沉降速度6过滤速率二、填空1 滤饼过滤有()和()两种典型的操作方式。在实际操作中常用()的操作方式。2 沉降室应做成()形或在室内设置()。3 沉降室的生产能力与()和()有关。4 除尘系统可以由()、()和()组成。5 在除尘系统中,含尘气体可先在()中除去较大尘粒,然后在()中除去大部分尘粒。6 过滤有和两种基本方式。7 板框过滤机的工作过程主要有,和等。8 滤饼过滤开始后会迅速发生现象。在滤饼过滤中,真正起过滤作用的是。9 滤饼阻力的大小主要取决于过滤介质及其。10 非均相物系的分离遵循()的基本规律。三、选择1 在相同条件下,板框过滤机的洗涤速率为终了过滤速率的。A.1/2;B.1/3;C.1/42 对于可压缩性滤饼,其压缩系数为。A.s0;B.s1;C.s13 过滤的推动力为。A.浓度差;B.温度差;C.压力差4 一台试验用离心泵,开动不久,泵入口处的真空度逐渐降低为零,泵出口处的压力表逐渐上升,此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是。A.忘了灌水;B.吸入管路堵塞;C.压出管路堵塞;D.吸入管路漏气四、简答1 简述旋风分离器的结构和设计原理。2 简述影响重力沉降的因素以斯托克斯区为例。3 设计一个含尘气体的分离系统,并简述各个设备的作用。4 简述降尘室的结构和设计原理。5 根据过滤基本方程,简述影响过滤的因素。6 简述板框压滤机的工作过程。7 设洗水的粘度和温度黏度液相同,试证明洗涤速率是最后过滤速率的1/4。8 简述先恒速后恒压过滤的特点。9 简述用试验法求过滤常数的方法。五、计算1试计算直径d90μm,密度ρs为3000kg/m3的固体颗粒分别在20℃的空气和水中的自由沉降速度。已知20℃时空气的密度为1.205kg/m3,黏度为1.81×10-5Pa?s,水的黏度为1.5×10-3Pa?s。2某悬浮液中固相密度为2930kg/m3,其湿饼密度为1930kg/m3,悬浮液中固相颗粒的质量分率为25g/升水。该悬浮液于400mm汞柱的真空度下用小型转筒真空过滤机做试验,测得过滤常数K5.15×10-6m2/s。现用一直径为1.75m,长0.98m的转筒真空过滤机生产。操作压力于试验相同,转速为1r/min,浸没角为125.5°,滤布阻力可忽略,滤饼不可压缩。试求此过滤机的生产能力和滤饼的厚度。3已知含尘气体中尘粒的密度为2000kg/m3。气体温度为375K,黏度为0.6cP,密度为0.46kg/m3。现用一标准型旋风分离器分离其中的尘粒,分离器的尺寸为D400mm,hD/2,BD/4。含尘气体在进入排气管以前在分离器内旋转的圈数为N5,气体流量Q1000m3/h。试计算其临界粒径。4预用沉降室净化温度为20℃流量为250m3/h的常压空气,空气中所含灰尘的密度为1800kg/m3,要求净化后的空气不含有直径大于10μm的尘粒,试求所需净化面积为多大?若沉降室低面的宽为2m,长5m,室内需要设多少块隔板?已知20℃时,空气黏度为1.81×10-5Pa?s。5若分别采取下列各项措施,试分析真空转筒过滤机的生产能力将如何变化。已知滤布阻力可以忽略,滤饼不可压缩。(1)转筒尺寸按比例增大1倍;(2)转筒浸没度增大1倍;(3)操作真空度增大1倍;4.转速增大1倍。6用单碟片的碟式离心机澄清含有颗粒的黏性液体,颗粒密度为1461kg/m3,溶液的密度为801kg/m3,黏度为10P,离心机转筒的r20.02225m,r10.00716m,碟片的半锥角为45。,如果转速为2300r/min,流量为0.002832m3/h。计算出口流体中最大颗粒的直径。第四章粉碎筛分混合乳化一、名词解释1粉碎2粒度3球形度4筛分5混合6均匀度7乳化8均质二、填空1根据被粉碎物料和成品粒度的大小,粉碎被分为()、()、()和()四种。2物料粉碎时所受到的作用力包括()、()和()三种。3粉碎操作方法包括()、()、()和()四种。4磨齿排列有四种方式,即()、()、()和()。5整个混合过程存在()、()和()三种混合方式。6从结构来看,桨叶有()、()、()和()四种形式。7固体混合机按照结构可分为()和()两种;按照操作方式可分为()和()。8乳化液形成的方法基本上可分为()和()两种。9均质机按其结构及上作原理大致可分为()、()、()。三、选择1对于中粉碎,成品粒度范围为。A.5-50mmB.5-10mmC.100μm以下2对于立方体形颗粒,球形度φs为()。A.1B.0.806C.0.653当乳化剂的亲水亲油平衡值HLB()时,此乳化剂为亲水性乳化剂。A.>10B.<10C.10四、简答1食品加工中如何选用粉碎机?2筛面的运动方式有哪些?3简述固体混和中的离析现象及防止方法。4影响乳化液稳定性的主要因素有哪些?5乳化单元操作中乳化剂的作用有哪些?6简述肢体磨的结构及工作原理。五、计算1试计算立方体形颗粒的球形度和形状系数。2如下表所示的粒度分布数据,试计算面积平均直径、体积平均直径和沙得平均直径。粒度范围/μm 0~20 20~40 40~60 60~80 80~100 100~120 120~140 140~160 160~180 180~200 200~220 220~240颗粒计数 5 20 50 106 95 88 52 26 10 6 4 23lkg谷物从最初粒度4mm磨碎到最后粒度1mm需要能量4.6kJ。若将此谷物从最初状态磨碎至粒度为0.2mm,所需的能量是多少?4有带旋桨式搅拌桨的混合器来搅拌某工业产品。已知容器直径为1.63m,器内液层深度为1.5m,甘油的密度为1200kg/m3,黏度为16。若搅拌器转速为500r/min,测得电机功率为12kW,试求搅拌器的直径。第五章流态化与气体输送一、名词解释1 悬浮速度2临界流化速度3 流化数4 密相流化床5 夹带分离高度6气力输送二、填空1按照流化状态,流态化可分为()流态化和()流态化两种形式。 2为避免从床层中带出固体颗粒,流化床操作气速必须保持在和之间。3流化床中常见的不正常现象主要有和。4在流化床中,如果床层过高,可以增加,破坏,避免现象发生。5气力输送的形式主要有式气力输送、式气力输送和式气力输送三种。6同一气力输送装置,输送松散物料可选的混合比。三、选择1在流态化阶段,流化床床层的压强降与有关。A.流体流速;B.床层高度;C.A和B2当流体通过床层时分布不均匀,则大量流体与固体颗粒不能很好地接触,就会产生“短路”,这种现象称为()。A.沟流现象B.断流现象C.腾涌现象3就物料颗粒群在水平管道中的运动状态而言,停滞流又可称为()。A.均匀流B.管底流C.疏密流D.集团流4下列哪种气力输送的形式适用于输送细小、贵重或危害性大的粉状物料。()A.吸运式B.压送式C.混合式D.循环式5利用两相流旋转时离心力的作用使物料与气流分离的卸料器为()。A.容积式B.三角箱C.离心式D.压力式四、简答1气力输送的特点是什么?2粮食工业中常采用的气力输送装置有哪些形式?有什么特点?3物料颗粒在水平管的悬浮机理及运动状态如何?4影响物料在弯管中运动最终速度的因素有哪些?试分析论述一下。5在两相流理论中将其压损分为哪几部分?各代表什么意义?6如何选择输送风速?五、计算1某物料密度为1196kg/m3,直径为5mm,堆积成高度为0.3m的固定床层,空隙率为0.4.若20℃的空气流过流化床时,空床流速为0.5m/s,试求压力降。当空床流速为何值时,流化才开始?试求此时压力降值。2某物料颗粒的平均粒径为0.4mm,密度为1690kg/m3。气体的平均密度为1.4kg/m3,平均黏度为0.37cP。试求其临界流化速度。3某固体颗粒为130目,临界粒径为dp1.44×10-4m,颗粒密度为ρs1068kg/m3,液相黏度为μf.0246cP,密度为ρf0.98kg/m3,求最大流化速度。4鲜豌豆近似为球形,其直径为5mm,密度为1060kg/m3。拟于-20℃冷气流中进行流化冷冻。豆床在流化前的床层高度为0.3m,空隙率为0.4.冷冻进行时,空气速度等于临界速度的1.6倍。试大体估计:①流化床的临界流化速度和操作速度;②通过床层的压力降;③试估算冷气流与颗粒表面之间的传热膜系数。已知-20℃空气的导热系数为2.36×10-2W/m?K5试近似计算某一压送式气力输送面粉设备的风机所需的功率。设备生产能力为每小时输送面粉20吨。面粉颗粒的平均粒径为0.18mm。已知从加料器到卸料器整个输送管线长度为30m(垂直的10m,水平的20m),中间有两只90°弯管。估计卸料器内、排气管内以及装置终点布袋过滤器的压力损失约为1.55kN/m2,同时估计从风机到加料器的压力损失约为1.04kN/m2。假设系统内空气的平均密度为1.23kg/m3。第六章传热学一、名词解释 1 对流传热2 自然对流3 强制对流4热辐射5 黑体二、填空 1 常用的列管换热器的温度补偿方式有()、()和()等。2 强化传热的途径主要有()、()和()等3 热传导是借助于()来进行热量的传递的。热传导主要发生在()或()中。4 热量的传递是由于()而引起的。根据传热原理,传热有()、()和()三种方式。5 在对流传热中,雷诺准数等于(),它表示()。6 在对流传热中,努塞尔准数等于(),它表示()。7 影响对流传热的因素主要有()、()、()和()等。8 用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃,冷却水初温为15℃,在设计列管式换热器时,采用两种方案比较,方案I是令冷却水终温为30℃,方案II是令冷却水终温为35℃,则用水量W1()W2,所需传热面积A1()A2(大于、小于、等于)。9 冷热水通过间壁换热器换热,热水进口温度为90℃,出口温度为50℃,冷水进口温度为15℃,出口温度为53℃,冷热水的流量相同,则热损失占传热量的()%(冷热水物性数据视为相同)三、选择 1 在与等温面垂直的方向上,A.温度梯度最大B.温度梯度较小C.没有温度梯度2 液体的沸腾传热应控制在区,以获得较大的传热膜系数.A.核状沸腾;B.膜状沸腾;C.自然对流3 在相同传热面积条件下,逆流操作时所需加热剂用量较并流操作A.多;B.少;C.相同4 间壁式换热器任一侧流体的对流换热过程中,热阻主要集中在A.间壁本身;B.层流底层;C.湍流主体5 已知圆筒壁外半径为r3上两层保温材料的温度分布曲线如图示:A层的导热系数B层的导热系数;应将放在内层保温效果好。A,B两层厚度相等。A.等于B.大于C.小于D.A层四、简答1 简述影响对流传热系数的因素。2 举例说明板式换热器在食品中的应用。3 根据传热速率方程简述影响间壁式换热器的因素。4 举例说明套管式换热器在食品中的应用。5 简述套式换热器的特点及其应用。五、计算1某平壁厚度b0.37m,内表面温度t11650℃,外表面温度t2300℃,平壁材料热导率λ0.815+0.00076t,W/m2?℃。若将热导率分别按常量(取平均热导率)和变量计算,试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。2用平板法测定材料的热导率。平板状材料的一侧用电热器加热,另一侧用冷却水通过夹层将热量移走。所加热量由加至电热器的电压和电流算出,平板两侧的表面温度用热电偶测得(见附表)。已知材料的导热面积为0.02m2,其厚度为0.01m,测得的数据如下,试求:(1)材料的平均热导率;设该材料的热导率为,试求和a'。电热器 材料表面温度/℃电压/V 电流/A 高温侧 低温侧140 2.8 300 100114 2.28 200 503某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成,两层的厚度均为100mm,其热导率分别为0.9W/(m?℃)及0.7W/(m?℃)。待操作稳定后,测得炉膛的内表面温度为700℃,外表面温度为130℃。为了减少燃烧炉的热损失,在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、热导率为0.06W/m2?℃的保温材料。操作稳定后,又测得炉内表面温度为740℃,外表面温度为90℃。设两层砖的热导率不变,试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几?4红砖平壁墙,厚度为500mm,一侧温度为200℃,另一侧为30℃。设红砖的平均热导率取0.57W/m2?℃,试求:(1)单位时间、单位面积导过的热量;(2)距离高温侧350mm处的温度。5某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次彻成。耐火砖:热导率1.05W/(m2?℃);厚度b10.23m;绝热砖:热导率0.151W/(m2?℃)每块厚度b20.23m;普通砖:热导率0.93W/(m2?℃)每块厚度b30.24m;若已知耐火砖内侧温度为1000℃,耐火砖与绝热砖接触处温度为940℃,而绝热砖与普通砖接触处的温度不得超过138℃,试问:(1)绝热层需几块绝热砖?(2)此时普通砖外侧温度为多少?6在外径为140mm的蒸气管道外包扎保温材料,以减少热损失。蒸气管外壁温度为390℃,保温层外表面温度不大于40℃。保温材料的λ与t的关系为λ0.1+0.0002t(t的单位为℃,λ的单位为W/(m2?℃))。若要求每米管长的热损失Q/L不大于450W/m,试求保温层的厚度以及保温层中温度分布。7φ60mm×3mm铝合金管(热导率按钢管选取),外包一层厚30mm石棉后,又包一层30mm软木。石棉和软木的热导率分别为0.16W/(m2?℃)和0.04W/(m2?℃)。又已知管内壁温度为-110℃,软木外侧温度为10℃,求每米管长所损失的冷量。若将两保温材料互换,互换后假设石棉外侧的温度仍为10℃不变,则此时每米管长上损失的冷量为多少?8空心球内半径为r1、温度为ti,外半径为r0、温度为t0,且ti>t0,球壁的热导率为λ。试推导空心球壁的导热关系式。9在预热器内将压强为101.3kPa的空气从10℃加热到50℃。预热器由一束长度为1.5m,直径为φ86mm×1.5mm的错列直立钢管所组成。空气在管外垂直流过,沿流动方向共有15行,每行有管子20列,行间与列间管子的中心距为110mm。空气通过管间最狭处的流速为8m/s。管内有饱和蒸气冷凝。试求管壁对空气的平均对流传热系数。10在长为3m,内径为53mm的管内加热香蕉浆。香蕉浆的质量流速为172kg/(s?m2)。若香蕉浆在定性温度下的物性数据如下:Pa?S;w/m?K;kJ/(kg?℃)。试求香蕉浆对管壁的对流传热系数。11有一列管式换热器,由38根φ25mm×2.5mm的无缝钢管组成。果汁在管内流动,由20℃被加热至80℃,果汁的流量为8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对果汁的传热系数。当果汁的流量提高一倍时,传热系数有何变化。12热空气在冷却管管外流过,290W/m2?℃,冷却水在管内流过,11000W/(m2?℃)。冷却管外径do16mm,壁厚b1.5mm,管壁的λ40W/(m2?℃)。试求:①总传热系数Ko;②管外对流传热系数2增加一倍,总传热系数有何变化?③管内对流传热系数1增加一倍,总传热系数有何变化?13有一套管换热器,内管为φ25mm×1mm,外管为φ38mm×1.5mm。冷水在环隙内流过,用以冷却内管中的高温气体,水的流速为0.3m/s,水的入口温度为20℃,出口温度为40℃。试求环隙内水的对流传热系数。14有一不锈钢制造的套管换热器,内管直径为φ89mm×3.5mm,流量为2000kg/h的糖浆在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃。糖浆的对流传热系数h230W/(m2?K),水的对流传热系数c290W/(m2?K)。忽略污垢热阻。试求:①冷却水消耗量;②并流和逆流操作时所需传热面积;③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同,计算冷却水出口温度与消耗量,假设总传热系数随温度的变化忽略不计。22某无相变的流体,通过内径为50mm的圆形直管时的对流传热系数为120W/m2?℃,流体的Re2×104。假如改用周长与圆管相等,高与宽之比等于1∶2的矩形管,而流体的流速增加0.5倍,试问对流传热系数有何变化?15某食品厂用冷水冷却奶油。冷却器为φ14mm×8mm钢管组成的排管,水平浸于一很大的冷水槽中,冷水由槽下部进入,上部溢出,通过槽的流速很小。设冷水的平均温度为42.5℃,钢管外壁温度为56℃,试求冷水的对流传热系数。16室内有二根表面温度相同的蒸气管,由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍,小管的(Gr?Pr)108。两水平管单位时间、单位面积的热损失的比值为多少?17饱和温度为100℃的水蒸气在长3m、外径为0.03m的单根黄铜管表面上冷凝。铜管坚直放置,管外壁的温度维持96℃,试求每小时冷凝的蒸气量。若将管子水平放,冷凝的蒸气量又为多少?18有一台运转中的单程逆流列管式换热器,热空气在管程由120℃降至80℃,其对流传热系数150W/(m2?K)。壳程的冷却水从15℃升至90℃,其对流传热系数22000W/(m2?K),管壁热阻及污垢热阻皆可不计。当冷却水量增加一倍时,试求①水和空气的出口温度t'2和T'2,忽略流体物性参数随温度的变化;②传热速率Q'比原来增加了多少?19在一传热面积为15.8m2的逆流套管换热器中,用热油加热冷水。热油的流量为2.85kg/s,进口温度为110℃;水的流量为0.667kg/s,进口温度为35℃。热油和水的平均比热容分别为1.9kJ/kg?℃及4.18kJ/kg?℃。换热器的总传热系数为320W/m2?℃试求水的出口温度及传热量。20求直径d70mm、长L3m的钢管(其表面温度t1227℃)的辐射热损失。假定此管被置于:(1)很大的红砖里,砖壁温度t227℃;(2)截面为0.3m×0.3m的砖槽里,t227℃,两端面的辐射损失可以忽略不计。21用175℃的热油将300kg/h的果汁由25℃加热至90℃,已知热油的比热容为2.61kJ/(kg?℃),其流量为360kg/h,今有以下两个换热器,传热面积为0.8m2。换热器1:K1625W/m2?℃,单壳程双管程。换热器2:K2500W/m2?℃,单壳程单管程。为满足所需的传热量应选用那一个换热器。22在一套管换热器中,用冷却水将1.25kg/s的蔗糖溶液由350K冷却至300K,冷却水在φ25mm×2.5mm的管内中流动,其进出口温度分别为290K和320K。已知水和蔗糖溶液的对流传热系数分别为0.85kW/m2?℃和2.7kW/m2?℃,又两侧污垢热阻忽略不计,试求所需的管长和冷却水消耗量。23在一列管换热器中,用初温为30℃的水将橘汁由120℃冷却到70℃,已知橘汁和水的流量分别为1×104(kg/h)和1.4×104(kg/h)。比热容分别为0.52(kcal/kg?℃)和0.46(kcal/kg?℃),传热系数K100(kcal/m2?h?℃)试分别计算并流和逆流时换热器所需的传热面积。24在并流换热器中,用水冷却奶油。水的进出口温度分别为15℃和40℃,奶油的进出口温度分别为120℃和100℃。现因生产任务要求奶油的出口温度降至80℃,设奶油和水的流量、进口温度及物性均不变,若原换热器的管长为1m,试求将此换热器的管长增至多少米才能满足要求?设换热器的热损失可忽略。25一传热面积为15m2的列管换热器,壳程用110℃饱和水蒸气将管程某溶液由20℃加热至80℃,溶液的处理量为2.5×104kg/h,比热容为4kJ/(kg?℃),试求此操作条件下的总传热系数。又该换热器使用一年后,由于污垢热阻增加,溶液出口温度降至72℃,若要出口温度仍为80℃,加热蒸气温度至少要多高?26用20.26kPa(表压)的饱和水蒸气将20℃的水预热至80℃,水在列管换热器管程以0.6m/s的流速流过,管子的尺寸为φ25mm×2.5mm。水蒸气冷凝的对流传热系数为104W/m2?℃,水侧污垢热阻为6×10-4m2?℃/W,蒸气侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计,试求:(1)此换热器的总传热系数;(2)设备操作一年后,由于水垢积累,换热能力下降,出口温度只能升至70℃,试求此时的总传热系数及水侧的污垢热阻。27今欲于下列换热器中,将某种溶液从20℃加热到50℃。加热剂进口温度为100℃,出口温度为60℃。试求各种情况下的平均温度差。(1)单壳程,双管程(2)双壳程,四管程28有一单壳程双管程列管换热器,管外用120℃饱和蒸气加热,干空气以12m/s的流速在管内流过,管径为φ38mm×2.5mm,总管数为200根,已知总传热系数为150W/(m2?℃),空气进口温度为26℃,要求空气出口温度为86℃,试求:(1)该换热器的管长应多少?(2)若气体处理量、进口温度、管长均保持不变,而将管径增大为φ54×2mm,总管数减少20%,此时的出口温度为多少?(不计出口温度变化对物性的影响,忽略热损失)。第七章制冷与食品冷冻一、名词解释1制冷2单位制冷量3制冷剂4制冷剂循环量5制冷系数6干耗二、填空1是可以冻结成冰晶的水分,而与固形物结合在一起,冷冻时很难冻结成冰晶。2食品冷冻分为和两种形式。其中可使食品长期贮藏。3水冻结成冰的一般过程是,而后由于体系达到了热力学的条件,水将在冻结温度下形成冰晶体。4根据对冷冻介质与食品接触的基本方式,冷冻过程包含和两个过程。5食品经冻结后再解冻,其组织中的冰晶体将融化成水,它不易,这部分水将。食品组织中水分重新分配的量越多,则。三、简答1常用的制冷方式有哪些?各有什么特点?2简述逆卡诺循环。3简述冻结过程中食品温度的分布特点。4简述水与食品的冻结过程。5分析冻结对食品品质的影响。6分析比较食品冻结的方法。7举例说明常见食品的冻结设备四、计算1已知一食品的含水率为78%,冻结后固体成分和冰的质量分数为0.22、0.65,其密度分别为1010、920,试估算该食品冻结后热导率、比热容和热扩散率的值。2已知某食品含水82%,初始冻结点为-1.2℃,冻结完成时温度为-10℃,试估算该食品中未冻结水分的质量分数。3某球状食品的直径为0.05m,密度为1030kg/m3,水分质量分数为0.68。现需在隧道式送风冻结器中经-23℃的冷空气冻结,食品开始冻结时的温度已经被冷却至冻结点-1.8℃,食品的融化热为220kJ/kg,冻结后食品的热导率为1.08W/m?K,冻结时对流传热系数为65W/m2?K。试分别计算将该食品冻结至平均温度达-12℃时和中心温度达-6℃时的冷冻时间。4含水75%,长、宽、厚分别为1m、0.5m、0.3m的牛肉块状食品在冷冻器中被-30℃的冷空气冻结。表面对流传热系数为40W/m2?K,牛肉初始温度为-1.8℃,牛肉冻结后的热导率为1.5W/m?K,密度980kg/m3,计算将牛肉冻结到-10℃时所需时间。55cm厚的牛肉胴体在-30℃的冷冻间里被冻结。产品含水73%,密度970,冻牛肉热导率为1.1W/m?K,初始冻结点为-1.75℃,冻结前后的焓差为250kJ/kg,表面传热系数为50W/m2?K,试用Plank方程式估计其冻结时间。6某冷冻食品加工厂需在16h内冻结10t猪肉半胴体。猪肉水分质量分数w0.72,初始冻结点温度Tf-1.9℃,现要求在-28℃的冷风冻结装置中冻结,试计算猪肉胴体从初始温度为5℃开始,降温至其中心温度为-10℃时所需的制冷量kW。第八章蒸发一、名词解释1蒸发2多效蒸发3蒸发操作的有效温差二、填空1一定压强下,溶液的沸点较纯水,两者沸点之差,称为溶液的。2浓缩是和均匀混合液的部分分离过程。3要维持连续的蒸发过程,一方面要不断地;另一方面还要不断地。4蒸发过程中温差损失主要由、和引起。5多效蒸发要求后效()和()小于前效的。6欲提高蒸发器的生产强度,必须设法提高其()和()。7影响液柱沸点升高的因素主要有()和()。8由于()和(),所以实际每蒸发1kg水要消耗1kg以上的蒸气。9常用的多效蒸发流程有()加料、()加料、()加料和()加料。10在并流加料的多效蒸发中,蒸发室压强逐效(),沸点逐效(),前效进入后效时(),浓度(),传热系数()。三、简答1试推导单效蒸发加热蒸气耗量的表达试。2多效蒸发的温差分配的实质是什么?通常应考虑哪些原则?3设计并绘出牛奶浓缩系统的流程和主要设备,并说明其特点和工作原理。四