化工原理第二版兩冊答案(柴誠敬主編)

文檔可能無法思考全面，請瀏覽后下載!文檔可能無法思考全面，請瀏覽后下載!100/120文檔可能無法思考全面，請瀏覽后下載!緒論

1.從基本單位換算入手，將下列物理量的單位換算為SI單位。（1）水的黏度μ=0.00856g/(cm·s)（2）密度ρ=138.6kgf?s2/m4（3）某物質(zhì)的比熱容CP=0.24BTU/(lb·℉)（4）傳質(zhì)系數(shù)KG=34.2kmol/(m2?h?atm)（5）表面張力σ=74dyn/cm（6）導(dǎo)熱系數(shù)λ=1kcal/(m?h?℃)解：本題為物理量的單位換算。（1）水的黏度基本物理量的換算關(guān)系為1kg=1000g，1m=100cm則（2）密度基本物理量的換算關(guān)系為1kgf=9.81N，1N=1kg?m/s2則（3）從附錄二查出有關(guān)基本物理量的換算關(guān)系為1BTU=1.055kJ，lb=0.4536kg則（4）傳質(zhì)系數(shù)基本物理量的換算關(guān)系為1h=3600s，1atm=101.33kPa則（5）表面張力基本物理量的換算關(guān)系為1dyn=1×10–5N1m=100cm則（6）導(dǎo)熱系數(shù)基本物理量的換算關(guān)系為1kcal=4.1868×103J，1h=3600s則2．亂堆25cm拉西環(huán)的填料塔用于精餾操作時，等板高度可用下面經(jīng)驗公式計算，即式中HE—等板高度，ft；G—氣相質(zhì)量速度，lb/(ft2?h)；D—塔徑，ft；Z0—每段（即兩層液體分布板之間）填料層高度，ft；α—相對揮發(fā)度，量綱為一；μL—液相黏度，cP；ρL—液相密度，lb/ft3A、B、C為常數(shù)，對25mm的拉西環(huán)，其數(shù)值分別為0.57、-0.1及1.24。試將上面經(jīng)驗公式中各物理量的單位均換算為SI單位。解：上面經(jīng)驗公式是混合單位制度，液體黏度為物理單位制，而其余諸物理量均為英制。經(jīng)驗公式單位換算的基本要點是：找出式中每個物理量新舊單位之間的換算關(guān)系，導(dǎo)出物理量“數(shù)字”的表達式，然后代入經(jīng)驗公式并整理，以便使式中各符號都變?yōu)樗Ｍ膯挝弧＞唧w換算過程如下：（1）從附錄查出或計算出經(jīng)驗公式有關(guān)物理量新舊單位之間的關(guān)系為（見1）α量綱為一，不必換算1=1=16.01kg/m2(2)將原符號加上“′”以代表新單位的符號，導(dǎo)出原符號的“數(shù)字”表達式。下面以HE為例：則同理(3)將以上關(guān)系式代原經(jīng)驗公式，得整理上式并略去符號的上標，便得到換算后的經(jīng)驗公式，即第一章流體流動流體的重要性質(zhì)1．某氣柜的容積為6000m3，若氣柜內(nèi)的表壓力為5.5kPa，溫度為40℃。已知各組分氣體的體積分數(shù)為：H240%、N220%、CO32%、CO27%、CH41%，大氣壓力為101.3kPa，試計算氣柜滿載時各組分的質(zhì)量。解：氣柜滿載時各氣體的總摩爾數(shù)各組分的質(zhì)量：2．若將密度為830kg/m3的油與密度為710kg/m3的油各60kg混在一起，試求混合油的密度。設(shè)混合油為理想溶液。解：流體靜力學(xué)3．已知甲地區(qū)的平均大氣壓力為85.3kPa，乙地區(qū)的平均大氣壓力為101.33kPa，在甲地區(qū)的某真空設(shè)備上裝有一個真空表，其讀數(shù)為20kPa。若改在乙地區(qū)操作，真空表的讀數(shù)為多少才能維持該設(shè)備的的絕對壓力與甲地區(qū)操作時相同？解：（1）設(shè)備內(nèi)絕對壓力絕壓=大氣壓-真空度=（2）真空表讀數(shù)真空度=大氣壓-絕壓=4．某儲油罐中盛有密度為960kg/m3的重油（如附圖所示），油面最高時離罐底9.5m，油面上方與大氣相通。在罐側(cè)壁的下部有一直徑為760mm的孔，其中心距罐底1000mm，孔蓋用14mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作壓力為39.5×106Pa，問至少需要幾個螺釘（大氣壓力為101.3×103Pa）？解：由流體靜力學(xué)方程，距罐底1000mm處的流體壓力為作用在孔蓋上的總力為每個螺釘所受力為因此習(xí)題5附圖習(xí)題4附圖5．如本題附圖所示，流化床反應(yīng)器上裝有兩個U管壓差計。讀數(shù)分別為R1=500mm，R2=80mm，指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴散，于右側(cè)的U管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度R3=100mm。試求A、B兩點的表壓力。習(xí)題6附圖解：（1）A點的壓力習(xí)題6附圖（2）B點的壓力6．如本題附圖所示，水在管道內(nèi)流動。為測量流體壓力，在管道某截面處連接U管壓差計，指示液為水銀，讀數(shù)R=100mm，h=800mm。為防止水銀擴散至空氣中，在水銀面上方充入少量水，其高度可以忽略不計。已知當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?01.3kPa，試求管路中心處流體的壓力。解：設(shè)管路中心處流體的壓力為p根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式，則7．某工廠為了控制乙炔發(fā)生爐內(nèi)的壓力不超過13.3kPa（表壓），在爐外裝一安全液封管（又稱水封）裝置，如本題附圖所示。液封的作用是，當(dāng)爐內(nèi)壓力超過規(guī)定值時，氣體便從液封管排出。試求此爐的安全液封管應(yīng)插入槽內(nèi)水面下的深度h。習(xí)題7附圖解：習(xí)題7附圖流體流動概述8.密度為1800kg/m3的某液體經(jīng)一內(nèi)徑為60mm的管道輸送到某處，若其平均流速為0.8m/s，求該液體的體積流量（m3/h）、質(zhì)量流量（kg/s）和質(zhì)量通量[kg/(m2·s)]。解：9．在實驗室中，用內(nèi)徑為1.5cm的玻璃管路輸送20℃的70%醋酸。已知質(zhì)量流量為10kg/min。試分別用用SI和厘米克秒單位計算該流動的雷諾數(shù)，并指出流動型態(tài)。解：（1）用SI單位計算查附錄70%醋酸在20℃時，故為湍流。（2）用物理單位計算，10．有一裝滿水的儲槽，直徑1.2m，高3m?，F(xiàn)由槽底部的小孔向外排水。小孔的直徑為4cm，測得水流過小孔的平均流速u0與槽內(nèi)水面高度z的關(guān)系為：試求算（1）放出1m3水所需的時間（設(shè)水的密度為1000kg/m3）；（2）又若槽中裝滿煤油，其它條件不變，放出1m3煤油所需時間有何變化（設(shè)煤油密度為800kg/m3）？解：放出1m3水后液面高度降至z1，則由質(zhì)量守恒，得，（無水補充）(A為儲槽截面積)故有即上式積分得11．如本題附圖所示，高位槽內(nèi)的水位高于地面7m，水從φ108mm×4mm的管道中流出，管路出口高于地面1.5m。已知水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按∑hf=5.5u2計算，其中u為水在管內(nèi)的平均流速（m/s）。設(shè)流動為穩(wěn)態(tài)，試計算（1）A-A'截面處水的平均流速；（2）水的流量（m3/h）。解：（1）A-A'截面處水的平均流速在高位槽水面與管路出口截面之間列機械能衡算方程,得（1）式中z1=7m，ub1～0，p1=0（表壓）z2=1.5m，p2=0（表壓），ub2=5.5u2代入式（1）得（2）水的流量（以m3/h計）習(xí)題11附圖習(xí)題12附圖12．20℃的水以2.5m/s的平均流速流經(jīng)φ38mm×2.5mm的水平管，此管以錐形管與另一φ53mm×3mm的水平管相連。如本題附圖所示，在錐形管兩側(cè)A、B處各插入一垂直玻璃管以觀察兩截面的壓力。若水流經(jīng)A、B兩截面間的能量損失為1.5J/kg，求兩玻璃管的水面差（以mm計），并在本題附圖中畫出兩玻璃管中水面的相對位置。解：在A、B兩截面之間列機械能衡算方程式中z1=z2=0，∑hf=1.5J/kg習(xí)題13附圖故13．如本題附圖所示，用泵2將儲罐1中的有機混合液送至精餾塔3的中部進行分離。已知儲罐內(nèi)液面維持恒定，其上方壓力為1.0133105Pa。流體密度為800kg/m3。精餾塔進口處的塔內(nèi)壓力為1.21105Pa，進料口高于儲罐內(nèi)的液面8m，輸送管道直徑為φ68mm4mm，進料量為20m3/h。料液流經(jīng)全部管道的能量損失為70J/kg，求泵的有效功率。解：在截面和截面之間列柏努利方程式，得習(xí)題14附圖14．本題附圖所示的貯槽內(nèi)徑D=2m，槽底與內(nèi)徑d0為32mm的鋼管相連，槽內(nèi)無液體補充，其初始液面高度h1為2m（以管子中心線為基準）。液體在管內(nèi)流動時的全部能量損失可按∑hf=20u2計算，式中的u為液體在管內(nèi)的平均流速（m/s）。試求當(dāng)槽內(nèi)液面下降1m時所需的時間。解：由質(zhì)量衡算方程，得（1）（2）（3）將式（2），（3）代入式（1）得即（4）在貯槽液面與管出口截面之間列機械能衡算方程即或?qū)懗桑?）式（4）與式（5）聯(lián)立，得即i.c.θ=0，h=h1=2m；θ=θ，h=1m積分得動量傳遞現(xiàn)象與管內(nèi)流動阻力15．某不可壓縮流體在矩形截面的管道中作一維定態(tài)層流流動。設(shè)管道寬度為b，高度2y0，且b>>y0，流道長度為L，兩端壓力降為，試根據(jù)力的衡算導(dǎo)出（1）剪應(yīng)力τ隨高度y（自中心至任意一點的距離）變化的關(guān)系式；（2）通道截面上的速度分布方程；（3）平均流速與最大流速的關(guān)系。解：（1）由于b>>y0,可近似認為兩板無限寬，故有（1）（2）將牛頓黏性定律代入（1）得上式積分得（2）邊界條件為y=0，u=0，代入式（2）中，得C=-因此（3）（3）當(dāng)y=y0，u=umax故有再將式（3）寫成（4）根據(jù)ub的定義，得16．不可壓縮流體在水平圓管中作一維定態(tài)軸向?qū)恿髁鲃?，試證明（1）與主體流速u相應(yīng)的速度點出現(xiàn)在離管壁0.293ri處，其中ri為管內(nèi)半徑；（2）剪應(yīng)力沿徑向為直線分布，且在管中心為零。解：（1）（1）當(dāng)u=ub時，由式（1）得解得由管壁面算起的距離為（2）由對式（1）求導(dǎo)得故（3）在管中心處，r=0，故τ=0。17．流體在圓管內(nèi)作定態(tài)湍流時的速度分布可用如下的經(jīng)驗式表達試計算管內(nèi)平均流速與最大流速之比u/umax。解：令18．某液體以一定的質(zhì)量流量在水平直圓管內(nèi)作湍流流動。若管長及液體物性不變，將管徑減至原來的1/2，問因流動阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來的多少倍？解：流體在水平光滑直圓管中作湍流流動時=或=/==（式中=2，=（）2=4因此==32又由于=（=（=（2×=（0.5）0.25=0.841故=32×0.84=26.9習(xí)題19附圖19．用泵將2×104kg/h的溶液自反應(yīng)器送至高位槽（見本題附圖）。反應(yīng)器液面上方保持25.9×103Pa的真空度，高位槽液面上方為大氣壓。管道為76mm×4mm的鋼管，總長為35m，管線上有兩個全開的閘閥、一個孔板流量計（局部阻力系數(shù)為4）、五個標準彎頭。反應(yīng)器內(nèi)液面與管路出口的距離為17m。若泵的效率為0.7，求泵的軸功率。（已知溶液的密度為1073kg/m3，黏度為6.310-4Pas。管壁絕對粗糙度可取為0.3mm。）解：在反應(yīng)器液面1-1，與管路出口內(nèi)側(cè)截面2-2，間列機械能衡算方程，以截面1-1，為基準水平面，得（1）式中z1=0，z2=17m，ub1≈0p1=-25.9×103Pa(表)，p2=0(表)將以上數(shù)據(jù)代入式（1），并整理得=9.81×17+++=192.0+其中=（++）==1.656×105根據(jù)Re與e/d值，查得λ=0.03，并由教材可查得各管件、閥門的當(dāng)量長度分別為閘閥（全開）：0.43×2m=0.86m標準彎頭：2.2×5m=11m故=(0.03×+0.5+4)=25.74J/kg于是泵的軸功率為===1.73kW流體輸送管路的計算習(xí)題20附圖20．如本題附圖所示，貯槽內(nèi)水位維持不變。槽的底部與內(nèi)徑為100mm的鋼質(zhì)放水管相連，管路上裝有一個閘閥，距管路入口端15m處安有以水銀為指示液的U管壓差計，其一臂與管道相連，另一臂通大氣。壓差計連接管內(nèi)充滿了水，測壓點與管路出口端之間的直管長度為20m。（1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時，測得R=600mm、h=1500mm；當(dāng)閘閥部分開啟時，測得R=400mm、h=1400mm。摩擦系數(shù)可取為0.025，管路入口處的局部阻力系數(shù)取為0.5。問每小時從管中流出多少水（m3）？（2）當(dāng)閘閥全開時，U管壓差計測壓處的壓力為多少Pa（表壓）。（閘閥全開時Le/d≈15，摩擦系數(shù)仍可取0.025。）解：（1）閘閥部分開啟時水的流量在貯槽水面1-1，與測壓點處截面2-2，間列機械能衡算方程，并通過截面2-2，的中心作基準水平面，得（a）式中p1=0(表)ub2=0，z2=0z1可通過閘閥全關(guān)時的數(shù)據(jù)求取。當(dāng)閘閥全關(guān)時，水靜止不動，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程知（b）式中h=1.5m,R=0.6m將已知數(shù)據(jù)代入式（b）得將以上各值代入式（a），即9.81×6.66=++2.13ub2解得水的流量為（2）閘閥全開時測壓點處的壓力在截面1-1，與管路出口內(nèi)側(cè)截面3-3，間列機械能衡算方程，并通過管中心線作基準平面，得（c）式中z1=6.66m，z3=0，ub1=0，p1=p3=將以上數(shù)據(jù)代入式（c），即9.81×6.66=+4.81ub2解得再在截面1-1，與2-2，間列機械能衡算方程，基平面同前，得（d）式中z1=6.66m，z2=0，ub10，ub2=3.51m/s，p1=0（表壓力）將以上數(shù)值代入上式，則解得p2=3.30×104Pa（表壓）21．10℃的水以500l/min的流量流經(jīng)一長為300m的水平管，管壁的絕對粗糙度為0.05mm。有6m的壓頭可供克服流動的摩擦阻力，試求管徑的最小尺寸。解：由于是直徑均一的水平圓管，故機械能衡算方程簡化為上式兩端同除以加速度g，得=/g=6m（題給）即==6×9.81J/kg=58.56J/kg（a）將ub代入式（a），并簡化得（b）λ與Re及e/d有關(guān)，采用試差法，設(shè)λ=0.021代入式（b），求出d=0.0904m。下面驗算所設(shè)的λ值是否正確：10℃水物性由附錄查得ρ=1000kg/m3，μ=130.77×10-5Pa由e/d及Re，查得λ=0.021故習(xí)題22附圖22．如本題附圖所示，自水塔將水送至車間，輸送管路用mm的鋼管，管路總長為190m（包括管件與閥門的當(dāng)量長度，但不包括進、出口損失）。水塔內(nèi)水面維持恒定，并高于出水口15m。設(shè)水溫為12℃，試求管路的輸水量（m3/h）。解：在截面和截面之間列柏努利方程式，得（1）采用試差法，代入式（1）得，故假設(shè)正確，管路的輸水量習(xí)題23附圖23．本題附圖所示為一輸水系統(tǒng)，高位槽的水面維持恒定，水分別從BC與BD兩支管排出，高位槽液面與兩支管出口間的距離均為11。AB管段內(nèi)徑為38m、長為58m；BC支管的內(nèi)徑為32mm、長為12.5m；BD支管的內(nèi)徑為26mm、長為14m，各段管長均包括管件及閥門全開時的當(dāng)量長度。AB與BC管段的摩擦系數(shù)均可取為0.03。試計算（1）當(dāng)BD支管的閥門關(guān)閉時，BC支管的最大排水量為多少（m3/h）；（2）當(dāng)所有閥門全開時，兩支管的排水量各為多少（m3/h）？（BD支管的管壁絕對粗糙度，可取為0.15mm，水的密度為1000kg/m3，黏度為。）解：（1）當(dāng)BD支管的閥門關(guān)閉時，BC支管的最大排水量在高位槽水面1-1，與BC支管出口內(nèi)側(cè)截面C-C,間列機械能衡算方程，并以截面C-C,為基準平面得式中z1=11m，zc=0，ub1≈0，p1=pc故=9.81×11=107.9J/kg（a）（b）（c）（d）（e）將式（e）代入式（b）得（f）將式（f）、（d）代入式（b）,得ubC=ub,BC，并以∑hf值代入式（a），解得ub,BC=2.45m/s故VBC=3600××0.0322×2.45m3/h=7.10m3/h（2）當(dāng)所有閥門全開時，兩支管的排水量根據(jù)分支管路流動規(guī)律，有（a）兩支管出口均在同一水平面上，下游截面列于兩支管出口外側(cè)，于是上式可簡化為將值代入式（a）中，得（b）分支管路的主管與支管的流量關(guān)系為VAB=VBC+VBD上式經(jīng)整理后得（c）在截面1-1，與C-C’間列機械能衡算方程，并以C-C’為基準水平面，得（d）上式中z1=11m，zC=0，ub1≈0，ub,C≈0上式可簡化為前已算出因此在式（b）、（c）、（d）中，ub,AB、ub,BC、ub,BD即λ均為未知數(shù)，且λ又為ub,BD的函數(shù)，可采用試差法求解。設(shè)ub,BD=1.45m/s，則查摩擦系數(shù)圖得λ=0.034。將λ與ub,BD代入式（b）得解得將ub,BC、ub,BD值代入式（c），解得將ub,AB、ub,BC值代入式（d）左側(cè)，即計算結(jié)果與式（d）右側(cè)數(shù)值基本相符（108.4≈107.9），故ub,BD可以接受，于是兩支管的排水量分別為24．在內(nèi)徑為300mm的管道中，用測速管測量管內(nèi)空氣的流量。測量點處的溫度為20℃，真空度為500Pa，大氣壓力為98.66×103Pa。測速管插入管道的中心線處。測壓裝置為微差壓差計，指示液是油和水，其密度分別為835kg/m3和998kg/m3，測得的讀數(shù)為100mm。試求空氣的質(zhì)量流量（kg/h）。解：查附錄得，20℃，101.3kPa時空氣的密度為1.203kg/m3，黏度為1.81×10-5Pa，則管中空氣的密度為查圖1-28，得25．在mm的管路上裝有標準孔板流量計，孔板的孔徑為16.4mm，管中流動的是20℃的甲苯，采用角接取壓法用U管壓差計測量孔板兩側(cè)的壓力差，以水銀為指示液，測壓連接管中充滿甲苯?，F(xiàn)測得U管壓差計的讀數(shù)為600mm，試計算管中甲苯的流量為多少（kg/h）？解：已知孔板直徑do=16.4mm，管徑d1=33mm，則設(shè)Re>Reo，由教材查圖1-30得Co=0.626，查附錄得20℃甲苯的密度為866kg/m3，黏度為0.6×10-3Pa·s。甲苯在孔板處的流速為甲苯的流量為檢驗Re值，管內(nèi)流速為原假定正確。習(xí)題26附圖非牛頓型流體的流動習(xí)題26附圖26．用泵將容器中的蜂蜜以6.28×10-3m3/s流量送往高位槽中，管路長（包括局部阻力的當(dāng)量長度）為20m，管徑為0.lm，蜂蜜的流動特性服從冪律，密度ρ=1250kg/m3，求泵應(yīng)提供的能量（J/kg）。解：在截面和截面之間列柏努利方程式，得；第二章流體輸送機械1．用離心油泵將甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情況如本題附圖所示。啟動泵之前A、C兩壓力表的讀數(shù)相等。啟動離心泵并將出口閥調(diào)至某開度時，輸油量為39m3/h，此時泵的壓頭為38m。已知輸油管內(nèi)徑為100mm，摩擦系數(shù)為0.02；油品密度為810kg/m3。試求（1）管路特性方程；（2）輸油管線的總長度（包括所有局部阻力當(dāng)量長度）。習(xí)題1附圖習(xí)題1附圖解：（1）管路特性方程甲、乙兩地油罐液面分別取作1-1’與2-2’截面，以水平管軸線為基準面，在兩截面之間列柏努利方程，得到由于啟動離心泵之前pA=pC,于是=0則又mh2/m5=2.5×10–2h2/m5則（qe的單位為m3/h）（2）輸油管線總長度m/s=1.38m/s于是m=1960m2．用離心泵（轉(zhuǎn)速為2900r/min）進行性能參數(shù)測定實驗。在某流量下泵入口真空表和出口壓力表的讀數(shù)分別為60kPa和220kPa，兩測壓口之間垂直距離為0.5m，泵的軸功率為6.7kW。泵吸入管和排出管內(nèi)徑均為80mm，吸入管中流動阻力可表達為（u1為吸入管內(nèi)水的流速，m/s）。離心泵的安裝高度為2.5m，實驗是在20℃，98.1kPa的條件下進行。試計算泵的流量、壓頭和效率。解：（1）泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之間列柏努利方程式（池中水面為基準面），得到將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式并整理，得m/s則m3/h=57.61m3/h(2)泵的揚程(3)泵的效率=68%在指定轉(zhuǎn)速下，泵的性能參數(shù)為：q=57.61m3/hH=29.04mP=6.7kWη=68%3．對于習(xí)題2的實驗裝置，若分別改變?nèi)缦聟?shù)，試求新操作條件下泵的流量、壓頭和軸功率（假如泵的效率保持不變）。（1）改送密度為1220kg/m3的果汁（其他性質(zhì)與水相近）；（2）泵的轉(zhuǎn)速降至2610r/min。解：由習(xí)題2求得：q=57.61m3/hH=29.04mP=6.7kW（1）改送果汁改送果汁后，q，H不變，P隨ρ加大而增加，即(2)降低泵的轉(zhuǎn)速根據(jù)比例定律，降低轉(zhuǎn)速后有關(guān)參數(shù)為4．用離心泵（轉(zhuǎn)速為2900r/min）將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壓頭損失和動壓頭分別為2.4m和0.61m。規(guī)定泵入口的真空度不能大于64kPa。泵的必需氣蝕余量為3.5m。試求（1）泵的安裝高度（當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?00kPa）；（2）若改送55℃的清水，泵的安裝高度是否合適。解：(1)泵的安裝高度在水池液面和泵入口截面之間列柏努利方程式（水池液面為基準面），得即m（2）輸送55℃清水的允許安裝高度55℃清水的密度為985.7kg/m3，飽和蒸汽壓為15.733kPa則=m=2.31m原安裝高度（3.51m）需下降1.5m才能不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。5．對于習(xí)題4的輸送任務(wù)，若選用3B57型水泵，其操作條件下（55℃清水）的允許吸上真空度為5.3m，試確定離心泵的安裝高度。解：為確保泵的安全運行，應(yīng)以55℃熱水為基準確定安裝高度。泵的安裝高度為2.0m。6．用離心泵將真空精餾塔的釜殘液送至常壓貯罐。塔底液面上的絕對壓力為32.5kPa(即輸送溫度下溶液的飽和蒸汽壓)。已知：吸入管路壓頭損失為1.46m，泵的必需氣蝕余量為2.3m，該泵安裝在塔內(nèi)液面下3.0m處。試核算該泵能否正常操作。解：泵的允許安裝高度為式中則泵的允許安裝位置應(yīng)在塔內(nèi)液面下4.26m處，實際安裝高度為–3.0m，故泵在操作時可能發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。為安全運行，離心泵應(yīng)再下移1.5m。7．在指定轉(zhuǎn)速下，用20℃的清水對離心泵進行性能測試，測得q～H數(shù)據(jù)如本題附表所示。習(xí)題7附表1q(m3/min)00.10.20.30.40.5H/m37.238.03734.531.828.5在實驗范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)變化不大，管路特性方程為（qe的單位為m3/min）試確定此管路中的q、H和P(η=81%)習(xí)題7附圖qe～HeMq～H解：該題是用作圖法確定泵的工作點。由題給實驗數(shù)據(jù)作出q～H曲線。同時計算出對應(yīng)流量下管路所要求的He，在同一坐標圖中作qe～HeMq～H兩曲線的交點M即泵在此管路中的工作點，由圖讀得q=0.455m3/min，H=29.0m，則習(xí)題7附圖q/(m習(xí)題7附圖q/(m3/min)習(xí)題7附表2qe/(m3/min)00.10.20.30.40.5He/m12.012.815.219.224.832.0注意：在低流量時，q～H曲線出現(xiàn)峰值。8．用離心泵將水庫中的清水送至灌溉渠，兩液面維持恒差8.8m，管內(nèi)流動在阻力平方區(qū)，管路特性方程為（qe的單位為m3/s）單臺泵的特性方程為（q的單位為m3/s）試求泵的流量、壓頭和有效功率。解：聯(lián)立管路和泵的特性方程便可求泵的工作點對應(yīng)的q、H，進而計算Pe。管路特性方程泵的特性方程聯(lián)立兩方程，得到q=4.52×10–3m3/sH=19.42m則W=861W9．對于習(xí)題8的管路系統(tǒng)，若用兩臺規(guī)格相同的離心泵（單臺泵的特性方程與習(xí)題8相同）組合操作，試求可能的最大輸水量。解：本題旨在比較離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)的效果。（1）兩臺泵的并聯(lián)解得：q=5.54×10–3m3/s=19.95m3/h(2)兩臺泵的串聯(lián)解得：q=5.89×10–3m3/s=21.2m3/h在本題條件下，兩臺泵串聯(lián)可獲得較大的輸水量21.2m3/h。10．采用一臺三效單動往復(fù)泵，將敞口貯槽中密度為1200kg/m3的粘稠液體送至表壓為1.62×103kPa的高位槽中，兩容器中液面維持恒差8m，管路系統(tǒng)總壓頭損失為4m。已知泵的活塞直徑為70mm，沖程為225mm，往復(fù)次數(shù)為200min-1，泵的容積效率和總效率分別為0.96和0.91。試求泵的流量、壓頭和軸功率。解：（1）往復(fù)泵的實際流量m3/min=0.499m3/min(2)泵的揚程m=149.6m(3)泵的軸功率kW=16.08kW11．用離心通風(fēng)機將50℃、101.3kPa的空氣通過內(nèi)徑為600mm，總長105m（包括所有局部阻力當(dāng)量長度）的水平管道送至某表壓為1×104Pa的設(shè)備中?？諝獾妮斔土繛?.5×104m3/h。摩擦系數(shù)可取為0.0175?，F(xiàn)庫房中有一臺離心通風(fēng)機，其性能為：轉(zhuǎn)速1450min-1，風(fēng)量1.6×104m3/h，風(fēng)壓為1.2×104Pa。試核算該風(fēng)機是否合用。解：將操作條件的風(fēng)壓和風(fēng)量來換算庫存風(fēng)機是否合用。Pa=106300Pakg/m3=1.147kg/m3m/s=14.40m/s則Pa=10483PaPa=10967Pa庫存風(fēng)機的風(fēng)量q=1.6×104m3/h，風(fēng)壓HT=1.2×104Pa均大于管路要求（qe=1.5×104m3/h，HT=10967Pa），故風(fēng)機合用。12．有一臺單動往復(fù)壓縮機，余隙系數(shù)為0.06，氣體的入口溫度為20℃，絕熱壓縮指數(shù)為1.4，要求壓縮比為9，試求（1）單級壓縮的容積系數(shù)和氣體的出口溫度；（2）兩級壓縮的容積系數(shù)和第一級氣體的出口溫度；（3）往復(fù)壓縮機的壓縮極限。解：（1）單級壓縮的容積系數(shù)和氣體的出口溫度K=548.9K（2）兩級壓縮的容積系數(shù)和第一級氣體出口溫度改為兩級壓縮后，每級的壓縮比為則重復(fù)上面計算，得到K=401K（3）壓縮極限即解得第三章非均相混合物分離及固體流態(tài)化1．顆粒在流體中做自由沉降，試計算（1）密度為2650kg/m3，直徑為0.04mm的球形石英顆粒在20℃空氣中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度為2650kg/m3，球形度的非球形顆粒在20℃清水中的沉降速度為0.1m/s，顆粒的等體積當(dāng)量直徑是多少？（3）密度為7900kg/m3，直徑為6.35mm的鋼球在密度為1600kg/m3的液體中沉降150mm所需的時間為7.32s，液體的黏度是多少？解：（1）假設(shè)為滯流沉降，則：查附錄20℃空氣，，所以，核算流型：所以，原假設(shè)正確，沉降速度為0.1276m/s。（2）采用摩擦數(shù)群法依，，查出：，所以：（3）假設(shè)為滯流沉降，得：其中將已知數(shù)據(jù)代入上式得：核算流型2．用降塵室除去氣體中的固體雜質(zhì)，降塵室長5m，寬5m，高4.2m，固體雜質(zhì)為球形顆粒，密度為3000kg/m3。氣體的處理量為3000（標準）m3/h。試求理論上能完全除去的最小顆粒直徑。（1）若操作在20℃下進行，操作條件下的氣體密度為1.06kg/m3，黏度為1.8×10-5Pa?s。（2）若操作在420℃下進行，操作條件下的氣體密度為0.5kg/m3，黏度為3.3×10-5Pa?s。解：（1）在降塵室內(nèi)能夠完全沉降下來的最小顆粒的沉降速度為：設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則：核算流型：原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為1.985×10-5m。（2）計算過程與（1）相同。完全能夠沉降下來的最小顆粒的沉降速度為：設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則：核算流型：原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為4.132×10-5m。3．對2題中的降塵室與含塵氣體，在427℃下操作，若需除去的最小顆粒粒徑為10μm，試確定降塵室內(nèi)隔板的間距及層數(shù)。解：取隔板間距為h，令則（1）10μm塵粒的沉降速度由（1）式計算h∴層數(shù)取18層核算顆粒沉降雷諾數(shù)：核算流體流型：4．在雙錐分級器內(nèi)用水對方鉛礦與石英兩種粒子的混合物進行分離。操作溫度下水的密度＝996.9kg/m3，黏度＝0.8973×10-3Pa?s。固體顆粒為棱長0.08～0.7mm的正方體。已知：方鉛礦密度s1＝7500kg/m3，石英礦密度s2＝2650kg/m3。 假設(shè)粒子在上升水流中作自由沉降，試求（1）欲得純方鉛礦粒，水的上升流速至少應(yīng)為多少？（2）所得純方鉛礦粒的尺寸范圍。 解：（1）水的上升流速為了得到純方鉛礦粒，應(yīng)使全部石英粒子被溢流帶出，因此，水的上升流速應(yīng)等于或略大于最大石英粒子的自由沉降速度。 對于正方體顆粒，應(yīng)先算出其當(dāng)量直徑和球形度。設(shè)l代表棱長，Vp代表一個顆粒的體積。 顆粒的當(dāng)量直徑為 因此，顆粒的球形度， 用摩擦數(shù)群法計算最大石英粒子的沉降速度，即 已知=0.806，由圖3-3查得Ret=70，則 所以水的上升流速應(yīng)取為0.07255m/s或略大于此值。（2）純方鉛礦粒的尺寸范圍所得到的純方鉛礦粒中尺寸最小者應(yīng)是沉降速度恰好等于0.07255m/s的粒子。用摩擦數(shù)群法計算該粒子的當(dāng)量直徑： 已知=0.806，由圖3-3查得Ret=30，則 與此當(dāng)量直徑相對應(yīng)的正方體棱長為 所得純方鉛礦粒的棱長范圍為0.3～0.7mm。5．用標準型旋風(fēng)分離器處理含塵氣體，氣體流量為0.4m3/s、黏度為3.6×10-5Pa?s、密度為0.674kg/m3，氣體中塵粒的密度為2300kg/m3。若分離器圓筒直徑為0.4m，(1)試估算其臨界粒徑、分割粒徑及壓力降。（2）現(xiàn)在工藝要求處理量加倍，若維持壓力降不變，旋風(fēng)分離器尺寸需增大為多少？此時臨界粒徑是多少？（3）若要維持原來的分離效果（臨界粒徑），應(yīng)采取什么措施？解：臨界直徑式中，Ne=5將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得分割粒徑為壓強降為（2）不變所以，處理量加倍后，若維持壓力降不變，旋風(fēng)分離器尺寸需增大，同時臨界粒徑也會增大，分離效率降低。（3）若要維持原來的分離效果（臨界粒徑），可采用兩臺圓筒直徑為0.4m的旋風(fēng)分離器并聯(lián)使用。6．在實驗室里用面積0.1m2的濾葉對某懸浮液進行恒壓過濾實驗，操作壓力差為67kPa，測得過濾5min后得濾液1L，再過濾5min后，又得濾液0.6L。試求，過濾常數(shù)，并寫出恒壓過濾方程式。解：恒壓過濾方程為：由實驗數(shù)據(jù)知：，，將上兩組數(shù)據(jù)代入上式得：解得所以，恒壓過濾方程為（m3/m2，s）或（m3，s）7．用10個框的板框過濾機恒壓過濾某懸浮液，濾框尺寸為635mm×635mm×25mm。已知操作條件下過濾常數(shù)為，，濾餅與濾液體積之比為v=0.06。試求濾框充滿濾餅所需時間及所得濾液體積。解：恒壓過濾方程為，代入恒壓過濾方程得8．在0.04m2的過濾面積上以1×10-4m3/s的速率進行恒速過濾試驗，測得過濾100s時，過濾壓力差為3×104Pa；過濾600s時，過濾壓力差為9×104Pa。濾餅不可壓縮。今欲用框內(nèi)尺寸為635mm×635mm×60mm的板框過濾機處理同一料漿，所用濾布與試驗時的相同。過濾開始時，以與試驗相同的濾液流速進行恒速過濾，在過濾壓強差達到6×104Pa時改為恒壓操作。每獲得1m3濾液所生成的濾餅體積為0.02m3。試求框內(nèi)充滿濾餅所需的時間。解：第一階段是恒速過濾，其過濾時間θ與過濾壓差之間的關(guān)系可表示為：板框過濾機所處理的懸浮液特性及所用濾布均與試驗時相同，且過濾速度也一樣，因此，上式中a，b值可根據(jù)實驗測得的兩組數(shù)據(jù)求出：3×104=100a+b9×104=600a+b解得a=120，b=1.8×104即恒速階段終了時的壓力差，故恒速段過濾時間為恒速階段過濾速度與實驗時相同根據(jù)方程3-71，解得：，恒壓操作階段過濾壓力差為6×104Pa，所以板框過濾機的過濾面積濾餅體積及單位過濾面積上的濾液體積為應(yīng)用先恒速后恒壓過濾方程將K、qe、qR、q的數(shù)值代入上式，得：解得9.在實驗室用一個每邊長0.16m的小型濾框?qū)μ妓徕}顆粒在水中的懸浮液進行過濾試驗。操作條件下在過濾壓力差為275.8kPa，漿料溫度為20℃。已知碳酸鈣顆粒為球形，密度為2930kg/m3。懸浮液中固體質(zhì)量分數(shù)為0.0723。濾餅不可壓縮，每1m3濾餅烘干后的質(zhì)量為1620kg。實驗中測得得到1L濾液需要15.4s，得到2L濾液需要48.8s。試求過濾常數(shù)，濾餅的空隙濾ε，濾餅的比阻r及濾餅顆粒的比表面積a。解：根據(jù)過濾實驗數(shù)據(jù)求過濾常數(shù)已知，；，及代入恒壓過濾方程式聯(lián)立以上兩式，解得，濾餅的空隙濾懸浮液的密度以1m3懸浮液為基準求ν濾餅體積，濾液體積∴濾餅不可壓縮時，所以，濾餅比阻為顆粒的比表面積10．板框壓濾機過濾某種水懸浮液，已知框的長×寬×高為810mm×810mm×42mm，總框數(shù)為10，濾餅體積與濾液體積比為=0.1，過濾10min，得濾液量為1.31m3，再過濾10min，共得濾液量為1.905m3，試求（1）濾框充滿濾餅時所需過濾時間；（2）若洗滌與輔助時間共45min，求該裝置的生產(chǎn)能力(以得到的濾餅體積計)。解：（1）過濾面積由恒壓過濾方程式求過濾常數(shù)聯(lián)立解出，恒壓過濾方程式為代入恒壓過濾方程式求過濾時間（2）生產(chǎn)能力11．在Pa壓力下對硅藻土在水中的懸浮液進行過濾試驗，測得過濾常數(shù)K=5×10-5m2/s，qe=0.01m3/m2，濾餅體積與濾液體積之比υ=0.08?，F(xiàn)擬用有38個框的BMY50/810-25型板框壓濾機在Pa壓力下過濾上述懸浮液。試求：（1）過濾至濾框內(nèi)部全部充滿濾渣所需的時間；（2）過濾完畢以相當(dāng)于濾液量1/10的清水洗滌濾餅，求洗滌時間；（3）若每次卸渣、重裝等全部輔助操作共需15min，求過濾機的生產(chǎn)能力（m3濾液/h）。解：（1）硅藻土，，可按不可壓縮濾餅處理，與無關(guān)時，，，，代入恒壓過濾方程式求過濾時間（2）洗滌（3）生產(chǎn)能力12.用一小型壓濾機對某懸浮液進行過濾試驗，操作真空度為400mmHg。測得，，，υ=0.2?，F(xiàn)用一臺GP5-1.75型轉(zhuǎn)筒真空過濾機在相同壓力差下進行生產(chǎn)（過濾機的轉(zhuǎn)鼓直徑為1.75m，長度為0.9m，浸沒角度為120o），轉(zhuǎn)速為1r/min。已知濾餅不可壓縮。試求此過濾機的生產(chǎn)能力及濾餅厚度。解：過濾機回轉(zhuǎn)一周的過濾時間為由恒壓過濾方程求此過濾時間可得濾液量解得過濾面積所得濾液轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)一周的時間為所以轉(zhuǎn)筒真空過濾機的生產(chǎn)能力為轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)一周所得濾餅體積濾餅厚度第四章液體攪拌1．采用六片平直葉圓盤渦輪式攪拌器攪拌某種黏稠液體。該液體密度ρ=1060kg/m3，黏度μ=42Pa?s。攪拌槽直徑D=1.2m，葉輪直徑d=0.4m。已測得達到預(yù)期攪拌效果要求葉端速度uT=2.65m/s。試求葉輪的轉(zhuǎn)速及攪拌功率。解：根據(jù)題給條件，借助圖4-8中曲線6進行計算。（1）葉輪轉(zhuǎn)速n=r/s=2.11r/s（2）攪拌功率Re==8.52(層流區(qū))由Re=8.52從圖4-8中曲線6讀得，Φ=9。用式4-11計算P，即P=Φρn3d5=9×1060×2.113×0.45W=918W或用式4-10計算N，取K1=71則 P=K1μn2d3=71×42×2.112×0.43W=850W2．用例4-1附圖中所示的攪拌槽來攪拌固體顆粒在20℃水中的懸浮液。固相密度ρs=1600kg/m3，體積分數(shù)xν=0.12。槽內(nèi)徑D=3m，葉輪轉(zhuǎn)速n=1.5r/s。試求攪拌功率P。解：對于懸浮液，用平均密度ρm和黏度μm作為物料的物性參數(shù)，采用均相物系攪拌功率的方法進行計算。20℃水的物性參數(shù)為ρ=998.2kg/m3，μ=1.005mPa?sρm=ρsxv+（1–xv）ρ=[1600×0.12+(1–0.12)×998.2]kg/m3=1070kg/m3ε==0.1364＜1μm=(1+2.5ε)μ=(1+2.5×0.1364)×1.005mPa?s=1.348mPa?sRe===1.19×106(湍流區(qū))查圖4-8中的曲線6得到，Φ=PN=6.6則P=Φρn3d5=6.6×1070×1.53×15W=23.83×103W≈24kW3．在習(xí)題2的攪拌設(shè)備中攪拌密度ρ=880kg/m3，黏度μ=0.66Pa?s的均相混和液，要求葉輪的葉端速度uT不低于5m/s，槽內(nèi)徑D仍為3m。試比較全擋板條件和不安裝擋板的攪拌功率。解：借助圖4-8中的曲線6和5進行計算。d=D=×3m=1mn===1.59（1）全擋板條件下的攪拌功率Re===2120（過渡區(qū)）由Re值查圖4-8中的曲線6，得Φ=PN=5.0則P=Φρn3d5=5.0×880×1.593×15=17.7×103W=17.7kW（2）無擋板條件下的攪拌功率用式4-12計算N，式中Φ=1.9，ζ1=1，ζ2=40則P=Φρn3d5FryFr==0.2577y===–0.0582∴P=1.9×880×1.592×13×0.2577–0.0582kW=7.273×103kW≈7.3kW4．在直徑D=1.8m的“標準攪拌槽”內(nèi)攪拌假塑性流體。葉輪轉(zhuǎn)速n=2r/s；液體密度ρ=1070kg/m3，操作條件下液體的表觀黏度可用下式計算，即μa=K(kn)m-1式中K—稠度指數(shù)，Pa?sm,對該流體，K=50.6Pa?sm；k—系數(shù)，量綱為一，本例取為13；m—流性指數(shù)，量綱為一，本例取m=0.5；n—葉輪轉(zhuǎn)速，r/s。試求攪拌功率。解：Pa?sRe===77.64由Re值從圖4-10查得PN=3.5則P=PNρn3d5=3.5×1070×23×0.65W=2.33×103W=2.33kW5．?dāng)M設(shè)計一“標準”構(gòu)形的攪拌設(shè)備攪拌某種均相混合液，槽內(nèi)徑為2.4m，混合液密度ρ=1260kg/m3，黏度μ=1.2Pa?s。為了取得最佳攪拌效果，進行三次幾何相似系統(tǒng)中的放大試驗。實驗數(shù)據(jù)如本例附表1所示。試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)判斷放大準則，并計算生產(chǎn)設(shè)備的葉輪轉(zhuǎn)速及攪拌功率。習(xí)題5附表1試驗?zāi)Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)與操作參數(shù)試驗編號槽徑D/mm葉輪直徑d/mm轉(zhuǎn)速備注123200400800671352701360675340滿意的攪拌效果解：（1）判斷放大基準根據(jù)試驗數(shù)據(jù)計算各放大基準的相對值列于本題附表2習(xí)題5附表2各放大基準的相對值放大準則1號槽2號槽3號槽Re∝nd2P/V∝n3d2Q/H∝d/nuT∝nd6.105×1061.129×10134.93×10-29112012.3×1075.605×10120.2911252.48×1072.865×10120.79491800從上表看出，應(yīng)以保持葉端速度不變?yōu)榉糯蠡鶞省＃?）生產(chǎn)設(shè)備的攪拌器轉(zhuǎn)速及攪拌功率==4.771m/s同理=4.771m/s及=4.807m/s=由Re值查圖4-8中的曲線6，得到Φ=PN=4.5則P=PNρn3d5=4.5×1260×1.9033×0.85=12.8×103W=12.8kW 第五章傳熱過程基礎(chǔ)1．用平板法測定固體的導(dǎo)熱系數(shù)，在平板一側(cè)用電熱器加熱，另一側(cè)用冷卻器冷卻，同時在板兩側(cè)用熱電偶測量其表面溫度，若所測固體的表面積為0.02m2，厚度為0.02m，實驗測得電流表讀數(shù)為0.5A，伏特表讀數(shù)為100V，兩側(cè)表面溫度分別為200℃和50℃，試求該材料的導(dǎo)熱系數(shù)。解：傳熱達穩(wěn)態(tài)后電熱器的加熱速率應(yīng)與固體的散熱（導(dǎo)熱）速率相等，即式中將上述數(shù)據(jù)代入，可得2．某平壁燃燒爐由一層400mm厚的耐火磚和一層200mm厚的絕緣磚砌成，操作穩(wěn)定后，測得爐的內(nèi)表面溫度為1500℃，外表面溫度為100℃，試求導(dǎo)熱的熱通量及兩磚間的界面溫度。設(shè)兩磚接觸良好，已知耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)為，絕緣磚的導(dǎo)熱系數(shù)為，。兩式中的t可分別取為各層材料的平均溫度。解：此為兩層平壁的熱傳導(dǎo)問題，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時，通過各層平壁截面的傳熱速率相等，即（5-32）或（5-32a）式中代入λ1、λ2得解之得則3．外徑為159mm的鋼管，其外依次包扎A、B兩層保溫材料，A層保溫材料的厚度為50mm，導(dǎo)熱系數(shù)為0.1W/(m·℃)，B層保溫材料的厚度為100mm，導(dǎo)熱系數(shù)為1.0W/(m·℃)，設(shè)A的內(nèi)層溫度和B的外層溫度分別為170℃和40℃，試求每米管長的熱損失；若將兩層材料互換并假設(shè)溫度不變，每米管長的熱損失又為多少？解：A、B兩層互換位置后，熱損失為4．直徑為mm的鋼管用40mm厚的軟木包扎，其外又包扎100mm厚的保溫灰作為絕熱層?，F(xiàn)測得鋼管外壁面溫度為℃，絕熱層外表面溫度為10℃。軟木和保溫灰的導(dǎo)熱系數(shù)分別為℃)和℃)，試求每米管長的冷損失量。解：此為兩層圓筒壁的熱傳導(dǎo)問題，則5．在某管殼式換熱器中用冷水冷卻熱空氣。換熱管為Φ25mm×2.5mm的鋼管，其導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m·℃)。冷卻水在管程流動，其對流傳熱系數(shù)為2600W/(m2·℃)，熱空氣在殼程流動，其對流傳熱系數(shù)為52W/(m2·℃)。試求基于管外表面積的總傳熱系數(shù)，以及各分熱阻占總熱阻的百分數(shù)。設(shè)污垢熱阻可忽略。解：由查得鋼的導(dǎo)熱系數(shù)mmmm殼程對流傳熱熱阻占總熱阻的百分數(shù)為管程對流傳熱熱阻占總熱阻的百分數(shù)為管壁熱阻占總熱阻的百分數(shù)為6．在一傳熱面積為40m2的平板式換熱器中，用水冷卻某種溶液，兩流體呈逆流流動。冷卻水的流量為30000kg/h，其溫度由22℃升高到36℃。溶液溫度由115℃降至55℃。若換熱器清洗后，在冷、熱流體流量和進口溫度不變的情況下，冷卻水的出口溫度升至40℃，試估算換熱器在清洗前壁面兩側(cè)的總污垢熱阻。假設(shè)：（1）兩種情況下，冷、熱流體的物性可視為不變，水的平均比熱容為4.174kJ/(kg·℃)；（2）兩種情況下，分別相同；（3）忽略壁面熱阻和熱損失。

解：求清洗前總傳熱系數(shù)K求清洗后傳熱系數(shù)由熱量衡算清洗前兩側(cè)的總傳熱熱阻7．在一傳熱面積為25m2的單程管殼式換熱器中，用水冷卻某種有機溶液。冷卻水的流量為28000kg/h，其溫度由25℃升至38℃，平均比熱容為4.17kJ/(kg·℃)。有機溶液的溫度由110℃降至65℃，平均比熱容為1.72kJ/(kg·℃)。兩流體在換熱器中呈逆流流動。設(shè)換熱器的熱損失可忽略，試核算該換熱器的總傳熱系數(shù)并計算該有機溶液的處理量。解：kJ/(kg·℃)求有機物110→65水38←2572408．在一單程管殼式換熱器中，用水冷卻某種有機溶劑。冷卻水的流量為10000kg/h，其初始溫度為30℃，平均比熱容為4.174kJ/（kg·℃）。有機溶劑的流量為14000kg/h，溫度由180℃降至120℃，平均比熱容為1.72kJ/（kg·℃）。設(shè)換熱器的總傳熱系數(shù)為500W/(m2·℃)，試分別計算逆流和并流時換熱器所需的傳熱面積，設(shè)換熱器的熱損失和污垢熱阻可以忽略。解：冷卻水的出口溫度為逆流時并流時9．在一單程管殼式換熱器中，用冷水將常壓下的純苯蒸汽冷凝成飽和液體。已知苯蒸汽的體積流量為1600m3/h，常壓下苯的沸點為80.1℃，氣化熱為394kJ/kg。冷卻水的入口溫度為20℃，流量為35000kg/h，水的平均比熱容為4.17kJ/(kg·℃)。總傳熱系數(shù)為450W/(m2·℃)。設(shè)換熱器的熱損失可忽略，試計算所需的傳熱面積。解：苯蒸氣的密度為解出℃求苯80.1→80.1水31.62048.560.110．在一單殼程、雙管程的管殼式換熱器中，水在殼程內(nèi)流動，進口溫度為30℃，出口溫度為65℃。油在管程流動，進口溫度為120℃。出口溫度為75℃，試求其傳熱平均溫度差。解：先求逆流時平均溫度差油120→75水65305545計算P及R查圖5-11（a）得11．某生產(chǎn)過程中需用冷卻水將油從105℃冷卻至70℃。已知油的流量為6000kg/h，水的初溫為22℃，流量為2000kg/h?，F(xiàn)有一傳熱面積為10m2的套管式換熱器，問在下列兩種流動型式下，換熱器能否滿足要求：（1）兩流體呈逆流流動；（2）兩流體呈并流流動。設(shè)換熱器的總傳熱系數(shù)在兩種情況下相同，為300W/(m2·℃)；油的平均比熱容為1.9kJ/(kg·℃)，水的平均比熱容為4.17kJ/(kg·℃)。熱損失可忽略。解：本題采用法計算（1）逆流時查圖得能滿足要求（2）并流時查圖得不能滿足要求12．在一單程管殼式換熱器中，管外熱水被管內(nèi)冷水所冷卻。已知換熱器的傳熱面積為5m2，總傳熱系數(shù)為1400W/(m2·℃)；熱水的初溫為100℃，流量為5000kg/h；冷水的初溫為20℃，流量為10000kg/h。試計算熱水和冷水的出口溫度及傳熱量。設(shè)水的平均比熱容為4.18kJ/(kg·℃)，熱損失可忽略不計。解：查圖得傳熱量解出℃解出℃13．水以1.5m/s的流速在長為3m、直徑為的管內(nèi)由20℃加熱至40℃，試求水與管壁之間的對流傳熱系數(shù)。解：水的定性溫度為由附錄六查得30時水的物性為ρ＝995.7kg/m3，μ=80.07×10－5Pa·s，λ=0.6176，Pr=5.42則（湍流）Re、Pr及值均在式5-59a的應(yīng)用范圍內(nèi)，故可采用式5-76a近似計算。水被加熱，取n=0.4，于是得14．溫度為90℃的甲苯以1500kg/h的流量流過直徑為mm，彎曲半徑為0.6m的蛇管換熱器而被冷卻至30℃，試求甲苯對蛇管的對流傳熱系數(shù)。解：甲苯的定性溫度為由附錄查得60時甲苯的物性為ρ＝830kg/m3，Cp＝1840J/(kg·℃)，μ=0.4×10－3Pa·s，λ=0.1205，則（湍流）流體在彎管內(nèi)流動時，由于受離心力的作用，增大了流體的湍動程度，使對流傳熱系數(shù)較直管內(nèi)的大，此時可用下式計算對流傳熱系數(shù)，即式中—彎管中的對流傳熱系數(shù)，；—直管中的對流傳熱系數(shù)，；di—管內(nèi)徑，m；R—管子的彎曲半徑，m。15．壓力為101.3kPa，溫度為20℃的空氣以60m3/h的流量流過直徑為，長度為3m的套管換熱器管內(nèi)而被加熱至80℃，試求管壁對空氣的對流傳熱系數(shù)。解：空氣的定性溫度為由附錄五查得50C時空氣的物性為ρ＝1.093kg/m3，Cp＝1005J/(kg·℃)，μ=1.96×10－5Pa·s，λ=0.0283，Pr=0.698則（湍流）16．常壓空氣在裝有圓缺形擋板的列管換熱器殼程流過。已知管子尺寸為mm，正方形排列，中心距為51mm，擋板距離為1.45m，換熱器外殼內(nèi)徑為m，空氣流量為，平均溫度為140℃，試求空氣的對流傳熱系數(shù)。解：由附錄五查得C時空氣的物性為ρ＝0.854kg/m3，Cp＝1013J/(kg·℃)，μ=2.37×10－5Pa·s，λ=0.0349，Pr=0.694采用凱恩（Kern）法，即（5-63）或（5-63a）傳熱當(dāng)量直徑可根據(jù)管子排列情況進行計算。管子為正方形排列，則式中t—相鄰兩管的中心距，m；Do—管外徑，m。代入和do得式5-63及式5-63a中的流速u可根據(jù)流體流過管間最大截面積A計算，即式中z—兩擋板間的距離，m；D—換熱器的外殼內(nèi)徑，m。代入z、D、t和do得上述式中的對氣體可取為1.0。17．將長和寬均為0.4m的垂直平板置于常壓的飽和水蒸氣中，板面溫度為98℃，試計算平板與蒸汽之間的傳熱速率及蒸汽冷凝速率。解：水的定性溫度為由附錄六查得99C時水的物性為ρ＝958.5kg/m3，Cp＝4220J/(kg·℃)，μ=28.41×10－5Pa·s，λ=0.683oC)，Pr=1.762由附錄八查得100C時飽和蒸氣的物性為kJ/kg，kg/m對于此類問題，由于流型未知，故需迭代求解。首先假定冷凝液膜為層流，由式5-135得核算冷凝液流型，由對流傳熱速率方程計算傳熱速率，即冷凝液的質(zhì)量流率為單位長度潤濕周邊上的凝液質(zhì)量流率為則故假定冷凝液膜為層流是正確的。18．常壓水蒸氣在一mm，長為3m，水平放置的鋼管外冷凝。鋼管外壁的溫度為96℃，試計算水蒸氣冷凝時的對流傳熱系數(shù)。若此鋼管改為垂直放置，其對流傳熱系數(shù)又為多少？由此說明工業(yè)上的冷凝器應(yīng)如何放置？解：由附錄查得，常壓水蒸氣的溫度為100℃。定性溫度由附錄查得在98℃下，水的物性為：水平放置垂直放置通過上述計算可知，工業(yè)上的冷凝器應(yīng)水平放置。19．兩平行的大平板，在空氣中相距10mm，一平板的黑度為0.1，溫度為400K；另一平板的黑度為0.05，溫度為300K。若將第一板加涂層，使其黑度為0.025，試計算由此引起的傳熱通量改變的百分數(shù)。假設(shè)兩板間對流傳熱可以忽略。解：第一板加涂層前因是兩平行的大平板，則；；于是第一板加涂層后空氣導(dǎo)熱的熱通量，查得時，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)加涂層前后傳熱通量減少的百分率為20．用壓力為300kPa（絕對壓力）的飽和水蒸氣將20℃的水預(yù)熱至80℃，水在mm水平放置的鋼管內(nèi)以0.6m/s的速度流過。設(shè)水蒸氣冷凝的對流傳熱系數(shù)為5000W/(m2·℃)，水側(cè)的污垢熱阻為6×10-4m2·℃/W，蒸汽側(cè)污垢熱阻和管壁熱阻可忽略不計，試求（1）換熱器的總傳熱系數(shù)；（2）設(shè)操作半年后，由于水垢積累，換熱能力下降，出口水溫只能升至70℃，試求此時的總傳熱系數(shù)及水側(cè)的污垢熱阻。解：查附錄得，300kPa的飽和水蒸氣溫度為133.3℃水的定性溫度為（1）在50℃下，水的物理性質(zhì)如下：應(yīng)用公式5-58a進行計算（2）（a）（b）（b）式÷（a）式，得21．在一套管換熱器中，用冷卻水將4500kg/h的苯由80℃冷卻至35℃，；冷卻水在mm的內(nèi)管中流動，其進、出口溫度分別為17℃和47℃。已知水和苯的對流傳熱系數(shù)分別為850W/(m2·℃)和1700W/(m2·℃)，試求所需的管長和冷卻水的消耗量。解：苯的定性溫度時苯的定壓熱容為1.824kJ/（kg·℃）水的定性溫度時水的定壓熱容為4.176kJ/（kg·℃）冷卻水的消耗量管長22．某煉油廠擬采用管殼式換熱器將柴油從176℃冷卻至65℃。柴油的流量為9800kg/h。冷卻介質(zhì)采用35℃的循環(huán)水。要求換熱器的管程和殼程壓降不大于30kPa，試選擇適宜型號的管殼式換熱器。解：略第七章傳質(zhì)與分離過程概論解：先計算進、出塔氣體中氨的摩爾分數(shù)和。

進、出塔氣體中氨的

由計算可知，當(dāng)混合物中某組分的摩爾分數(shù)很小時，摩爾比近似等于摩爾分數(shù)。在直徑為0.012m、長度為0.35m的圓管中，CO氣體通過N2進行穩(wěn)態(tài)分子擴散。管內(nèi)N2的溫度為373K，總壓為101.3kPa，管兩端CO的分壓分別為70.0kPa和7.0kPa，試計算CO的擴散通量。在總壓為101.3kPa，溫度為273K下，組分A自氣相主體通過厚度為0.015m的氣膜擴散到催化劑表面，發(fā)生瞬態(tài)化學(xué)反應(yīng)。生成的氣體B離開催化劑表面通過氣膜向氣相主體擴散。已知氣膜的氣相主體一側(cè)組分A的分壓為22.5kPa，組分A在組分B中的擴散系數(shù)為1.85×10-5m2/s。試計算組分A和組分B的傳質(zhì)通量和。在溫度為278K的條件下，令某有機溶劑與氨水接觸，該有機溶劑與水不互溶處溶液的密度為997.0kg/m3。278K時氨在水中的擴散系數(shù)為1.24×10–9m2/s。試計算穩(wěn)態(tài)擴散下氨的傳質(zhì)通量。

氨，由式7-41式（7-43）估算二氧化硫在水中的擴散系數(shù)。由式（7-43）有關(guān)公式計算得空氣與萘板間的對流傳質(zhì)系數(shù)為0.0165m/s。試計算萘板厚度減薄5％所需要的時間。為空氣主體中萘的濃度，因空氣流量很大，故可認為為萘板表面處氣相中萘的飽和濃度，可通過萘的飽和蒸氣壓計算，即設(shè)萘板表面積為S，由于擴散所減薄的厚度為b，物料衡算可得 第8章2.在溫度為25℃及總壓為101.3kPa的條件下，使含二氧化碳為3.0%（）的混合空氣與二氧化碳二氧化碳二氧化碳解：水溶液中CO2的濃度為對于稀水溶液，總濃度為kmol/m3水溶液中CO2的摩爾分數(shù)為由kPa氣相中CO2的分壓為kPa<故CO2必由液相傳遞到氣相，進行解吸。以CO2的分壓表示的總傳質(zhì)推動力為kPa在總壓為110.5kPa的