化工原理上册复习思考题参考答新案

1．密度为850 kg/m3、粘度为8×10-3 Pa·s的液体在内径为14 mm的钢管内流动，液体的流速为1 m/s。计算：（1）雷诺准数，并指出属于何种流型；（2）若要使该流动达到湍流，液体的流速至少应为多少？ 解：（1）Re = duρ/μ= 0.014×1×850/8×10-3 = 1487.5 ≤ 2000 流动类型为层流

（2）湍流时，Re ≥ 4000，流速最小时，Re = 4000，即duρ/μ= 4000 ∴u = 4000μ/dρ= 4000×0.008/（0.014×850）= 2.69 m/s 2．用 108×4 mm 的钢管从水塔将水引至车间，管路长度150 m（包括管件的当量长度）。若此管路的全部能量损失为118 J/kg，此管路输水量为若干m3/h？（管路摩擦系数可取为0.02，水的密度取为1000 kg/m3）

解：能量损失 118 J/kg

∴ u = 2.8 m/s

流量 V = uA = 2.8× 79.13 m3/h

3．用Φ168×9 mm的钢管输送原油。管线总长100 km, 油量为60000 kg/h，油管最大抗压能力为1.57×107 Pa。已知50 ℃时油的密度为890 kg/m3, 粘度为181 cp。假定输油管水平放置，其局部阻力忽略不计。问：为完成上述输油任务, 中途需设几个加压站?

解：u1 = u2，Z1 = Z2，

u = V/A = (60000/890)/(3600×0.785×0.152) = 1.06 m/s Re = duρ/μ= 0.15×1.06×890/(181×10-3) = 782 层流 λ= 64/Re = 64/782 = 0.0818

ΔP =λ(l/d)(u2/2)ρ= 0.0818×(105/0.15)×(1.062/2)×890 = 2.72×107 Pa n = 2.72×107/(1.57×107) = 1.73 中途应设一个加压站

4．在附图所示的储油罐中盛有密度为960 kg/m3 的油品。油面高于罐底9.6 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm圆孔，其中心距罐底800 mm，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa，问：至少需要几个螺钉？ 解：设通过孔盖中心的水平面上液体的静压强为 p，则p就是管内液体作用与孔盖上的平均 压强。由流体静力学基本方程式知

作用在孔盖外侧的是大气压强 pa，故孔盖内外两侧所受压强差为

作用在孔盖上的静压力为

1

每个螺钉能承受的力为

螺钉的个数 = 3.76×104/6.04×103 = 6.23 个 即至少需要7个螺钉。

5．某流化床反应器上装有两个U管压差计，如本题附图所示。测得R1 = 400 mm，R2 = 50 mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，在右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3 =50 mm。求A、B两处的表压强。

解：U管压差计连接管中是气体，其密度远远小于水银及水的密度，由气柱高度所产生的压强差可以忽略。设R2下端为C点，R1下端为D点，因此可认为 PA≈PC,PB≈PD。 PA≈PC =ρH2OgR3 +ρHggR2

= 1000×9.81×0.05 + 13600×9.81×0.05 = 7161 N/m2（表压） PB≈PD = PA +ρHggR1

= 7161 + 13600×9.81×0.4 = 6.05×104 N/m2（表压）

6．根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强p。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为920 kg/m3 及998 kg/m3，U管中油、水交界面高度差R = 300mm。两扩大室的内径D均为60 mm，U管内径d为6 mm。(当管路内气体压强等于大气压强时，两扩大室液面平齐。）

解：当管路内的气体压强等于大气压强时，两扩大室的液面平齐，则两扩大室液面差 Δh与微差压差计读数R的关系为

当压差计读数R = 300 mm时，两扩大室液面差为

m

则管路中气体的表压强为

p =（998 - 920）×9.81×0.3 + 920×9.81×0.003 = 257 N/m2（表压） 7．用泵将水从水池送至高位槽。高位槽液面高于水池液面50m，管路全部能量损失为20 J/kg，流量为36 m3/h，高位槽与水池均为敞口。若泵的效率为60%，求泵的轴功率。（水的密度取为1000 kg/m3）

解：设水池液面为1-1＇截面，高位槽液面为2-2＇，以水池液面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程式。

2u12p1u2pgz1wegz22hf22

Z1 = 0，Z2 = 50 m，u1≈0，u2≈0，P1 = P2 = 0（表压），Σhf = 20 J/kg ∴ we = 9.81×50 + 20 = 510.5 J/kg

水的质量流率 ws = 36×1000/3600 = 10 kg/s

有效功率 Ne = we·ws = 510.5×10 = 5105 W

2

轴功率 N = 5105/0.6 = 8508.3 W

8．水以2.5m/s的流速流经 38×2.5 mm的水平管，此管以锥形管与另一 38×3 mm的水平管相连。如附图所示，在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5 J/kg，求两玻璃管的水面差（以mm记），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。（水的密度取为1000 kg/m3） 解：上游截面A-A＇，下游截面B-B＇，通过管子中心线作基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。

式中 ZA = ZB = 0，uA = 2.5 m/s，ΣhfA,B = 1.5 J/kg 根据连续性方程式，对于不可压缩流体

有 m/s

两截面的压强差为

= 即 由于

mmH2O

∴ pB ＞ pA

= 868.55 N/m2

9. 如图所示，常温的水在管道中流过，两个串联的U形管压差计中的指示液均为水银，密度为Hg，测压连接管内充满常温的水，密度为w，两U形管的连通管内充满空气。若测ba压前两U形管压差计内的水银液面均为同一高度，测压后两U形管压差计的读数分别为R1、R2，试求a、b两点间的压力差解：

papb。

hw空气w5p1pawgh1，pap1wgh1

1Hgp1p2，p2p3HggR1，p3p4，p4p5HggR2 p5pbwgh5

pbp5wgh5p4HggR2wgh5

R12HgR243papbp3HggR1wgh1p4HggR2wgh5

HggR1R2wgh1wgh5

而

h1hR1Rh5h22，2

3

RRpapbHggR1R2wghwg1wghwg222 所以

HggR1R211wgR1R2HgwR1R2g22

4Hg，其他管510.在如图所示的测压差装置中，U形管压差计中的指示液为水银，其密度为Hgh，试求a、b内均充满水，其密度为w，U形管压差计的读数为R，两测压点间的位差为两测压点间的压力差解：由

papb。

1wRpap1wgh1

h123awhbh2pp2p3

1 所以 所以

p3p4HggR

p4p5

pbp5wgRwgh2

pap3wgh1p4HggRwgh1p5HggRwgh1papbHggRwgh1wgRwgh2HggRwgRwgh1h2HggRwgRwghHggRwgRh

HgwgRwgh11．用离心泵将水从储槽送至水洗塔的顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为 76×2.5 mm。在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66×103 Pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按

与

计算。由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速m/s。排水管与喷头处的

压强为98.07×103 Pa（表压）。求泵的有效功率。（水的密度取为1000 kg/m3） 解：（1）水在管内的流速与流量 设储槽水面为上游截面1-1＇，真空表连接处为下游截面2-2＇，并以截面1-1＇为基准水平面。在两截面间列柏努利方程。

4

式中 Z1 = 0，Z2 = 1.5 m，p1 = 0（表压），p2 = -24.66×103 Pa（表压） u1 ≈0，

将上列数值代入柏努利方程式，解得水在管内的流速u2

m/s

水的流量 ws = uAρ= kg/s （2）泵的有效功率

设储槽水面为上游截面1-1＇，排水管与喷头连接处为下游截面2-2＇，仍以截面1-1＇为基准水平面。在两截面间列柏努利方程。

2u12p1u2pgz1wegz22hf1hf222

式中 Z1 = 0，Z2 = 14 m，u1 ≈0，u2 = 2 m/s，p1 = 0（表压） p2 =98.07×103 Pa（表压）， 将上列数值代入柏努利方程式，解得

J/kg 泵的有效功率 Ne = we·ws = 285.41×7.92 = 2260 W

12．在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计，以测量两截面之间的压强差。当水的流量为10800 kg/h 时，U管压差计读数R为100 mm。粗、细管的直径分别为Φ60×3.5 mm与Φ42×3 mm。计算：（1）1kg水流经两截面间的能量损失；（2）与该能量损失相当的压强降为多少Pa？（水的密度取为1000 kg/m3） 解：（1）1kg水流经两截面间的能量损失 设导管在上游的连接处为截面1-1＇，下游的连 接处为截面2-2＇，并通过管轴作基准水平面。 在两截面间列柏努利方程

式中 Z1 = Z2 = 0，u = ws/Aρ

we

m/s

m/s

∵ ， ∴ J/kg

5

将以上各数值代入柏努利方程式，解得 J/kg （2）与该能量损失相当的压强降

N/m2

13． 在图示装置中，水管直径为Φ57×3.5 mm。当阀门全闭时，压力表读数为0.3大气压, 而在阀门开启后，压力表读数降至0.2大气压。设管路入口至压力表处的压头损失为 0.5 mH2O，求水的流量为若干m3/h？

解：阀门全闭时，由 P2 =ρgH，H = 0.3×1.013×105/（1000×9.81）= 3.1 m 即水槽液面距阀门中心线的高度为3.1 m。 阀门开启时，以水槽液面为上游截面1-1＇，压力表处为下游截面2-2＇，管路中心线为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式

Z1 = H = 3 m，Z2 = 0，P1 = 0，P2 = 0.2×1.013×105 Pa，u1≈0，Σhf/g = 0.5 mH2O 代入上式

3.1 = 0.2×1.013×105/（1000×9.81）+

/（2×9.81）+ 0.5

解得 u2 = 3.24 m/s

Vh =（π/4）d2u×3600 = 22.9 m3/h

14．如图所示，密度为850 kg/m3的料液从高位槽送入塔中，高位槽内的液面维持恒定。塔内表压强为9.81×103 Pa，进料量为8 m3/h。连接管直径为 42×2.5 mm，料液在连接管内流动时的能量损失为25J/kg（不包括出口的能量损失）。求：高位槽内的液面应比塔的进料口高出多少？

解：以高位槽液面为上游截面1-1＇，连接管出口内侧为下游截面2-2＇，并以截面1-1＇为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。

式中 Z1 = 0，u1≈0， m/s

p1 = 0（表压），p2 = 9.81×103 Pa（表压），Σhf = 30 J/kg 将上述数值代入柏努利方程，解得

m

高位槽内的液面应比塔的进料口高4.37 m。

15．如图所示，用泵将储槽中密度为1200 kg/m3的溶液送到蒸发器内。储槽内液面维持恒定，其上方与大气相同。蒸发器内的操作压强为150mmHg（真空度），蒸发器进料口高于储槽内的液面12 m，输送管道的直径为 64×4 mm，送料量为30 m3/h，溶液流径全部管道的能量损失为150 J/kg，求泵的有效功率。

6

解：以储槽的液面为上游截面1-1＇，管路出口内侧为下游截面2-2＇，并以截面1-1＇为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。

2u12p1u2pgz1wegz22hf22

式中 Z1 = 0，Z2 = 15 m， p1 = 0（表压）， Pa（表压）

u1 ≈0，

将以上各项数值代入柏努利方程中

we

ws

m/s，Σhf = 120 J/kg

J/kg

kg/s

Ne = we·ws =246.9×6.67 = 1647 W

16．附图中所示的高位槽液面维持恒定，管路中ab和cd两段的长度、直径及粗糙度均相同。某液体以一定流量流过管路，液体在流动中温度可视为不变。问：（1）液体通过ab和cd两管段的能量损失是否相等？（2）此两管段的压强差是否相等？写出它们的表达式。

解：（1）直管的能量损失

管段ab与cd中，长度、直径均相同；流量不变则流速相同；温度不变，密度相同，粘度相同，则雷诺数相同；又由于粗糙度相同，则摩擦系数相同，所以两管段的能量损失相等。

（2）两管段的压强差不相等。 在两管段上分别列柏努利方程式

ab管段

式中 ua = ub，则

cd管段

式中 uc = ud，Zc = Zd，则

17.有两个液面高度相差6m的贮槽，其底部彼此用管道连接（本题附图所示）。A槽底面出口连接一根直径为600mm、长为3000m的管道BC,在接点C管路分为两支管分别与下槽相通，支路CD和CE的长度皆为2500m、直径均为250mm，若已知摩擦系数值均为0.04，试求A槽向下槽的流量为多少？（忽略所有的局部阻力）

7

解：在分支点C所在截面与F水槽液面之间分别列支路CD和CE的机械能衡算式可确定：

hfCDhfCElu2d2g

由于dCD=dCE,故可判断出uCD=uCE VBC=2VCD

即4062uBC240.252uCD

uCD2.88uBC

在两水槽液面之间列机械能衡算方程：

22pAuApFuFzAzFhfAFg2gg2g （a）

式中：pA=pF=0(表压)，uA=uF≈0,zA-zF=6m,

hfAF22lBCuBClCDuCDdBC2gdCD2g

23000uBC2500(2.88uBC)20.040.040.62g0.252g 2179.3uBC

将以上数据代入（a）式中，并整理解得

uBC0.183m/s.

/m3

18.如本题附图所示用泵将20℃水经总管分别打人容器A、B内，总管流量为176m3/h，总管直径为Φ168x5mm,C点处压力为1. 97kgf/cm2 (表) ,求泵供给的压头及支管CA、CB的阻力（忽略总管内的阻力）。

VBC420.60.18330.m051s7h186/

uc解：（1）总管流速

V42do1762.49m/s36000.7850.1582

在图示的O-O与C-C截面之间列机械能衡算方程：

8

22pCpOuCuOHe(zCzO)hOCg2g

式中：

pCpO1.9798100193257Pa,uO0,uC2.49m/s,

zCzO2m,hfOC0

（2）求支路阻力

在C-C和A-A截面之间列机械能衡算方程：

22pCuCpAuAzCzAhfCAg2g g2g

式中：为

pCPA193257Pa,uC2.49m/s,uA0,zCzA16m，故支路CA的阻力

1932572.492164.0m10009.8129.81液柱

同理

hfCA

hfCB22pCpBuCuB(zCzB)g2g

(1.971)981002.492082.0m10009.8129.81 液柱

19、如图2-1用离心泵将20℃的水由敞口水池送到一压力为2.5atm的塔内，管径为φ108

×4mm管路全长100m(包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内)。已知： 水的流量为56.5m3·h-1，水的粘度为1厘泊，密度为1000kg·m-3，管路摩擦系数可取为0.024，计算并回答：

(1)水在管内流动时的流动形态；(2) 管路所需要的压头和功率； 解：已知：d = 108-2×4 = 100mm = 0.1m

A=(π/4)d2 = 3.14×(1/4)×0.12 = 0.785×10-2 m l+Σle =100m qv = 56.5m3/h

∴u = q/A = 56.5/(3600×0.785×10-2) = 2m/s

μ = 1cp = 10-3 Pa·S ρ=1000 kg.m-3, λ = 0.024 ⑴ ∵ Re = duρ/μ=0.1×2×1000/10-3 = 2×105 > 4000 ∴水在管内流动呈湍流

⑵ 以1-1面为水平基准面,在1-1与2-2面间列柏努利方程： Z1 +(u12/2g)+(p1/ρg)+H =Z2+(u22/2g)+(p2/ρg)+ΣHf

∵Z1=0, u1=0, p = 0 (表压), Z2=18m, u2=0 p2/ρg=2.5×9.81×104/(1000×9.81)=25m ΣHf =λ[(l+Σle )/d](u2/2g)

=0.024×(100/0.1)×[22/(2×9.81)] = 4.9m

9

∴H = 18+25+4.9 = 47.9m

Ne = Hqvρg = 47.9×1000×9.81×56.5/3600 = 7.4kw

20、拟用泵将碱液由敞口碱液槽大入位差为10m高的塔中，塔顶压强（表压）为0.06 Mpa.全部输送管均为 57mm3.5mm 无缝钢管。管长50m （包括局部阻力的当量长度）。碱液的密度  = 1200kg/m3，粘度为  = 2mPa·s。管路粗糙度为 0.3mm。试求： （1）流动处于阻力平方区时的管路特性曲线； （2）流量为30 m3/h 时的 He 和Pe。 解：

（1）在阻力平方区， = f（/d） /d = 0.006，查图得： = 0.033 管路特性方程： P(表)8l2HHq gg2d5

0.0610680.033502 10q12009.819.813.1420.052、

154.4105q2

（2）qv = 30 m3/h 时,

302 H154.4105q2154.4105()45.6J/N3600

3012009.814.5103W PHqg45.6360021、采用IS80-65-125水泵从一敞口水槽输送60℃热水。最后槽内液面将降到泵人口以下1.4m。已知该泵在额定流量60m3/h下的(NPSH)r为3m，60℃水的饱和蒸汽压Pv为19.92kpa、ρ为983.2kg/m3，泵吸入管路的阻力损失为2.5m，问该泵能否正常工作。 解：

∴该泵不能正常工作。

Hg，允许＝p0pvNPSHrHf01gg1.01310519.921033.983.01.46m2.4m983.29.81983.29.81说明安装高度偏高。

22、拟用一台IS65-50-160A型离心泵将20ºC的某溶液由溶液罐送往高位槽中供生产使用，溶液罐上方连通大气。已知吸入管内径为60 mm，送液量为30 m3/h，估计此时吸入管的阻力损失为3m液柱，求大气压分别为101.3 kPa的平原和51.4kPa的高原地带泵的允许安装高度，查得上述流量下泵的允许汽蚀余量为3.5 m，20ºC时溶液的饱和蒸汽压为5.87 kPa，密度为800 kg/m3。 解：

101.35.87103Z18009.818009.8133.35.86m

其中[Z2]为为负值，表明在高原安装该泵时要使其入口位于液面以下，才能保证正常操作。

10

51.45.87103Z233.30.5m

同时考虑实际操作的波动一般还应给予适当的裕量，比如安装高度再降低0.5m，变成-1m。 23、今选用IS型水泵将水从低位水池向高位槽送水，要求送水量为40 t/h，槽内压强（表压）为0.03 Mpa，槽内水面离低位水池水面16 m，管路总阻力为4.1 J/N。试确定选用哪一种类型为宜？

解：在槽内水面和低位水池水面之间列柏努利方程：

p0.03106

HzH164.123.2mg10009.81

即管路所需压头为23.2 m。

q40103

q40m3/h1000

查课本附录9 ，选IS-80-65-160型合适。 24、用泵将5℃的水从水池吸上，经换热器预热后打入某容器。已知泵的流量为1000kg/h, 加热器的传热速率为11.6W，管路的散热率为2.09kw,泵的有效功率为1.2kw。设 池面与容器的高度不变，求水进入容器时的温度。

分析：本系统对水提供能量的来源有二：泵和加热器。泵所提供的能量除使水的机械能增加外，其余部分则因克服流动阻力而转化为热能。这部分热能和加热器加入的热能，一部分散失到环境中，一部分被水吸收转化为内能使水温升高。如果设法求出水的内能增加值，该问题就迎刃而解。

2 解：

(1)水的内能增加值

如图2-2，以0-0'面为基准面，列1-1’.2-2’截面间的柏努利方程式，以表压计。 0 24m ’p2u2p1u121 1 U2Z1ghQU1gZ222

图 2-2

2’ 10m 0’

式中 U1,U2——截面１，２水的内能，J/Kg ；

Q——加热器加入的热量，J/Kg。

已知 u1u2o p1p20 Z14m Z210m

将其代入上式， 整理得

U2U1g(Z1Z2)hQ 传热速率：Q11.62.099.51kW

9.511033600Q3.42104J/kg1000可写成

1.21033600h4.32104J/kg1000泵对水加入的能量：

水的内能增加值：

U9.81(410)4.321033.421043.84104J/kg38.4kJ/kg

11

（２）水温 取水的比热容为4.19kJ/(kgC)，则水进入容器时的温度为

3.84104t514.2C4.19103

25、某一锅炉房的烟气沉降室，长、宽、高分别为11×6×4 m，沿沉降室高度的中间加一

层隔板，故尘粒在沉降室内的降落高度为2m。烟气温度为150℃，沉降室烟气流量12500m3标准）/ h，试核算沿降室能否沉降35μm以上的尘粒。

已知ρ尘粒 = 1600 kg/m3，ρ烟气 = 1.29 kg/m，μ烟气 = 0.0225cp 解：

设沉降在滞流状态下进行，Re ＜1，且因 ρ尘粒>>ρ烟气，故斯托克斯公式可简化为： u0 = d尘粒2ρ尘粒g/18μ烟气

= (35×10-6)2×1600×9.81/ (18×2.25×10-5) = 0.0474 m/s

检验：Re = d尘粒u0ρ烟气/μ烟气

= 35×10-6×0.0474×1.29/(2.25×10-5) = 0.095＜1

故采用计算式正确，则35mm以上粒子的沉降时间为： θ沉降 = 2/0.0474 = 42.2s

又，烟气流速u = [(12500/(4×6×3600))×[（273+150）/273] = 0.224 m/s

烟气在沉降室内停留时间：θ停留 = 11/0.224 = 49.1s 即θ停留＞θ沉降

∴35mm以上尘粒可在该室沉降

26、相对密度7.9，直径2.5 mm的钢球，在某粘稠油品（相对密度0.9）中以5mm/s的速度匀速沉降。试求该油品的粘度。 解：

设沉降以滞流状态进行，则：

μ油品 = d钢球2 (ρ钢球-ρ油品)g/(18 u钢球) = (0.0025)2×(7900-900)×9.81/(18×0.005) = 4.77Pa·s

验算：Re = d钢球u钢球ρ油品/μ油品 = 0.0025×0.005×900/4.77

= 2.36×10-3 ＜1 假设正确

27、直径为30m的球形颗粒,于大气压及20℃下在某气体中的沉降速度为在水中沉降速度的88倍, 又知此颗粒在此气体中的有效重量为水中有效重量的1.6倍。试求此颗粒在此气体中的沉降速度.

3 20℃的水:1CP,1000kg/m

气体的密度为1.2kg/m3 (有效重量指重力减浮力)

(水)g(气)g1.6解: ∵

12

∴

(1000)g(1.2)g1.6

32665kg/ms 解得：

设球形颗粒在水中的沉降为层流, 则在水中沉降速度:

d2(s1)g(30106)2(26651000)9.81u018.17104m/s31811810

Re1 校核：

du01301068.1710410000.0245310＜1

假设正确.

则此颗粒在气体中的沉降速度为

u0288u01880.02452.16m/s

28、有一降尘室，长6m，宽3m，共20层，每层100mm，用以除去炉气中的矿尘，矿尘密

333000kg/m0.5kg/ms度，炉气密度，粘度0.035mPas，现要除去炉气中10m以

上的颗粒，试求：

为完成上述任务，可允许的最大气流速度为多少？ 每小时最多可送入炉气若干？

若取消隔板，为完成任务该降尘室的最大处理量为多少？

d2()gu18解：（1）设沉降区为滞流，则 因为

u0

s 则

4.67mm/s(10106)230009.81180.035103

3Re0du0101064.671030.50.035106.671041 假设正确

由降尘室的分离条件，有

L4.61036uu00.2m8/sH0.1

3V20Au20634.67103600=6052.3m3/h （2）

33（3） VAu0634.67103600302.6m/h

可见加隔板可提高生产能力，但隔板间距不能过小，过小会影响出灰和干扰沉降。

29、一降尘室，长5m，宽3m，高4m，内部用隔板分成20层，用来除去烟气中75m以

33kg/mkg/mmPas上的颗粒。已知烟气密度为0.6，粘度为0.03，尘粒密度为4300，

13

试求可处理的烟气量。

364300kg/md7510ms解：

330.6kg/m0.0310Pas

设沉降区为层流，则

ud2()g18180.03103Redu(75106)2(43000.6)9.810.44m/s

751060.440.60.031030.661 故假设正确

验算

3qnuA200.4453132m/s 总处理量为

30、一降尘室长5m，宽3m，高4m，内部用隔板分成20层，用来回收含尘气体中的球形

330.9kg/mm/h固体颗粒，操作条件下含尘气体的流量为36000，气体密度，粘度

kg/m3，试求理论上能100%除去的最小颗粒直径。0.03mPas。尘粒密度s4300

02 解：降尘室总面积 A205330m生产能力的计算式为 qAu

注意式中 u0 为能 100% 除去的最小颗粒的沉降速度，而A应为总沉降面积。 解出

设沉降区为层流，则有

u0dd2uq36000/36000.033m/sA300

()g1818u0()g

180.031030.0332.06105m(43000.9)9.81 =

d5up2.06100.0330.90.0210.03103u=

验算Re0 =故假设正确

14

31、在202.7kPa(2atm) 操作压力下用板框过滤机处理某物料，操作周期为3h，其中过滤1.5h，滤饼不需洗涤。已知每获1m3 滤液得滤饼0.08m3,操作条件下过滤常数

3.3105m2/s，介质阻力可忽略，滤饼不可压缩。试计算：

若要求每周期获1.0m3的滤饼，需多大过滤面积？

若选用板框长宽的规格为1m1m，则框数及框厚分别为多少？

V解：（1）

0.612m30.05 Ve0

22 所以 VKA

V A=

12K=3.31051.53600=28.43m2

(2) A=n211

n所以

A28.4322=14.2 取15个

qn11 所以

0.6qn=15=0.04m

应注意每个框的两侧都有滤布，故计算面积时要在n个框面积的基础上再乘以2。

32、一小型板框压滤机有5个框，长宽各为0.2 m, 在300 kPa(表压)下恒压过滤2 h，滤饼充满滤框，且得滤液80 L,每次洗涤与装卸时间各为0.5 h。若滤饼不可压缩，且过滤介质阻力可忽略不计。求：(1)洗涤速率为多少m3/（m2.h）? (2)若操作压强增加一倍，其它条件不变，过滤机的生产能力为多少？ 解：（1）洗涤速率

因过滤介质阻力可忽略不计，即 q2=Kτ 过滤面积 A=5×0.22×2=0.4 m2

单位过滤面积上的滤液量 q=V/A=80×10-3/0.4=0.2 m3/m2 过滤常数 K= q2/τ=0.22/2=0.02 m2/h

过滤终了时的速率 (dq/dτ)E=K/2q=0.02/(2×0.2)=0.05 m/h 洗涤速率 (dq/dτ)W=0.5 (dq/dτ)E=0.5×0.05=0.025 m/h (2) Δp’=2Δp时的生产能力

因滤饼不可压缩,所以 K’=KΔp’/Δp=2K=2×0.02=0.04 m2/h 因在原板框压滤机过滤，悬浮液浓度未变，则当5个板框充满滤饼时所得滤液量仍为V’=0.08 m3, 故此时所用的过滤时间为 τ= q’2/K’=q2/K=0.22/0.04=1 h

生产能力 Q=V’/(τ+τw+τD)=0.08/(1+0.5+0.5)=0.04 m3 滤液/h

15

33、在一板框过滤机上过滤某种悬浮液，在1atm表压下15分钟在每1m2过滤面积上得到0.15m3的滤液,再过滤15分钟又得滤液0.08m3。试求共过滤1小时可得总滤液量为若干m3. 解: 当120min时, q1 = 0.197m3/m2

240min时, q2 = 0.197+0.09 = 0.287m3/m2 代入恒压过滤方程时可得:

0.1972.2q0.197K20

0.28722q0.287K40

323.2q0.0222m/m,K2.3810m/min e 联立解得：

2q2(0.0222)0.207min3K2.3810由此

23(q0.0222)2.3810(600.207) 当过滤1小时后,可得滤液量:

解得: q = 0.356m3/m2 即每m2过滤面积过滤1小时后可得滤液为0.356m3

34、一转筒真空过滤机，其直径和长度均为1m，用来过滤某悬浮液。原工况下每转一周需时1min，操作真空度为4.9KPa (500mmHg)，每小时可得滤液60m，滤饼厚度为12mm，新工况下要求生产能力提高1倍，操作真空度提高至6.37kPa (650mmHg)，已知滤饼不可压缩，介质阻力可忽略。试求： 新工况过滤机的转速应为多少？

（2）新工况所生成的滤饼厚度为多少？

3V解：（1）e= 0 所以V2KA2

设浸没度为，转速为n (r/min)

6060(s)(s)nn则转筒旋转一周所需时间为，其中转筒整个面积浸入滤槽即过滤时间为

所以

VAK60n

Q2Q1K2n2K1n1故Q = 60nV = 60A

60Knm3/h 所以

Kn2n11(2)214.9(2)23.1r/minK216.371由题知 S = 0 及Kp 故

(2) 设滤饼的厚度为，则有

n260A22n160An1 m3饼/h 所以

16

35、欲将一容器中的溶液进行加热，使其从30℃加热至60℃，容器中的液量为6000kg，用夹套加热，传热面积为6m，容器内有搅拌器，因此器内液体各处的温度可视为均匀的，

2加热蒸气为0.1MPa的饱和水蒸气，传热系数为800w/m℃，求将溶液由30℃加热至60℃

2所需要的时间？

已知溶液比热为5kJ/kg℃，热损失忽略不计。 解：溶液从30℃被加热到60℃所需的热量：

Qtwcp(t2t1)60005103(6030)9108J而夹套的传热效率：

QKAtm

其中，对于0.1MPa的饱和水蒸气，T100℃

tmt2t1603053.6Tt110030lnln10060Tt2℃

5Q800653.62.5710w 则

Q191083.5103s0.972h5Q2.5710∴ 所需加热时间为：

36、现有两台单壳程单管程的传热面积均为20m的列管式空气加热器，每台加热器均由64

2kJ/kg）根573.5mm钢管组成。壳程为170℃的饱和水蒸气冷凝（冷凝潜热r2054，

空气入口温度t130℃，流量为2.5kg/s，以湍流方式通过管内。

（1）若两台换热器并联使用，通过每台热换器的空气流量均等，此时空气的对流传热系数

2w为38W/m℃，求空气的出口温度t2及水蒸气的总冷凝量0为多少？

（2）若二台换热器改为串联使用，问此时空气的出口温度t2'及水蒸气的总冷凝量少？

假定空气的物性不随温度压力而变化，视为常量解：（1）两台并联使用：

w0'为多

cp1/kg℃。

空蒸,K空38W/m2℃

w2cp2(t2t1)KAtm2对于其中一台：

17

w2ttcp2(t2t1)KA21Tt12lnTt2

Tt11w2cp2lnKA2Tt2即：

1170302.51103ln38202170t2 解得：t293.8℃

即空气的出口温度t2为93.8℃ 两台的传热量：

2Qw2cp2(t'2t1)2.5103(93.830)1.595105W

2Q1.595105w00.0777kg/s280kg/h3r205410蒸汽总冷凝量：

（2）两台串联使用：

w22'空空w22w(2)0.820.81.741w22

'空1.741空1.7413866.2W/m2℃

2K''66.2W/m空即 ℃

w2cp2(tt1)K(2A)t又

'2''mt'2t1w2cp2(tt1)K(2A)Tt1lnTt'2

'2'即：

w2cp2lnTt1'2KA'Tt2

2.5103ln∴

17030266.220'170t'2t1C 212'2即空气的出口温度t总传热量：

121C

Q'w2cp2(t'2t1)2.5103(12130)2.275105w'Q'2.275105w00.111kg/s400kg/h3r205410水蒸汽总冷凝量：

18

37、有一套管换热器，管内为542mm，套管为1164mm的钢管，内管中苯被加热，

Kg/h。环隙为133.3℃的饱和水蒸气苯进口温度为50℃，出口温度为80℃，流量为4000.1KJ/Kg，冷凝传热膜系数为11630W/m2K。苯在50～80℃冷凝，其汽化热为2168之间的物性参数平均值为密度

880KJ/m3，比热cp1.86KJ/Kg℃，粘度

0.39103Ns/m2，cm2/W，导热系数0.134W/mK，管内壁垢阻为0.000265管壁及管外侧热阻不计。试求：

（A）加热蒸汽消耗量；

（B）所需的传热面积（以内管外表面计）。

（C）当苯的流量增加50%，要求苯的进出口温度不变，加热蒸汽的温度应为多少？ 解：（1）加热蒸汽消耗量：

Drw2cp2(t2t1)

D2168.140001.86(8050)D103kg/h

（2）内管中苯的流速：

uw2/4000/36000.643m/s220.785d28800.7850.05

d2uRecp0.050.64388047.245100.39103湍流

1.861030.39103Pr5.410.13420.0230.023d2Re0.8Pr0.40.134(7.254104)0.8(5.41)0.4937W/m20C0.05

则以内管外表面计的传热系数为：

dd111545411Rs20.000265k12d2d2116309375050

K656W/m2℃

tmt2t1805067.2Tt1133.350lnln133.380Tt2℃

19

w2cp2(t2t1)KA1tm(4000)1.86103(8050)656A167.23600A11.41m2

（3）苯的流量增加50%，而进出口温度不变，

'21.50.81.383则 2

'21.3839371296W/m2℃

d1d'11k''2d2k2d2

d1d1115454()1K'K'2d22d265612965093750

K'830W/m2℃（以内管外表面计）

1.5w2cp2(t2t1)K'A1t'm

1.5w2cp2(t2t1)K'A1t2t1T'tln'1Tt2

1.5w2cp2ln即：

T't1K'A1T't2

1.5(4000T'50)1.86103ln8301.413600T'80

解得：T'145.2℃

即苯的流量增加50%而温度不变时，加热蒸汽的温度应为145.2℃。

38、有一换热器，并流操作时，冷流体进出口温度分别为25℃和70℃，热流体进出口温度分别为150℃和100℃。若在两种流体流量和进出口温度均不变的条件下，将并流操作改为逆流操作，试问该换热器的传热速率和传热平均温度差有何变化？（定量说明） 计算时可视为CP和K常量。 逆流操作时：

1(1eNTU1(1R1))/(R1eNTU1(1R1))

NTU2NTU2(1e(1R))/(Re(1R2)) 222

20

解：

w1Cp1w2Cp2t2t170250.9R1T1T2150100

热流体为最小热溶流体 并流时：传热速率

Qw1CP1T1T2w1CP115010050wCP1（1）

tm传热平均温差

T1t1T2t2150251007066.6lnT1t1T2t2ln1502510070℃

NTu1TTKA150100120.751w1CP1tm66.6'

逆流时：NTu1=NTu1=0.751

'R'1R10.9



11expNTu11R11exp0.75110.90.43810.9R1expNTu11R10.9exp0.751

T1T2150T210.438T1t115025 T295.3℃ t1T1T2t2tt1T1T2 又：22515095.3t274.2℃ 7025150100 t2传热速率：Qw1Cp1T1T2w1Cp115095.354.7w1Cp1

tm传热平均温差

T2t115074.295.325T1t2lnT1t2T2t1ln15074.295.325

=73.0℃

则传热速率增大：即增大9.4%。

Q54.7w1Cp11.094Q50w1Cp1

73.0tm1.096t66.6传热平均温差增大：m 即增大9.6%。

39、一长度为3m、管外径为131mm、管内通有123℃饱和蒸汽的竖直加热管。管外壁的温

21

度为120℃，周围空气的温度为20℃，试求： （1）每米管道因自然对流而产生的热损失为多少?

（2）若管外包一层40mm的保温层后,保温层外表面温度降至60℃,上述热损失减至多少?

12020702解: (1)定性温度=℃,在此温度下空气的物性为

2232.9610W/(m2.92101/℃ ℃） 52 2.0010m/s

Pr0.701GrL3gt2332.921039.81(12020)(2105)21.9310111111GP1.93100.7011.3610rr

查表得：C10.135 n1/3

CL(GrPr)n2.961020.135(1.361011)1/33

=6。84W/（m2℃）

Q(tWtf)dL6.84(12020)3.140.131281W/m

6020402加保温后定性温度℃，在此温度下：

'3'23.19101/℃ 2.7610W/(m ℃） '52 1.7010m/s

' Pr'=0.699

333.191039.81(6020)52(1.7010) Gr'=

=1.17×1011

Gr'·Pr'=1.17×1011×0.699 =8.17×1010

22

2.761020.135(8.171010)1/33 α'=

=5.39 W/(m·℃)

Q()' L=5.39×3.14×0.131(60-20)=88.7W/m

即加了保温层后，每米管道的热损失由原来的281W/m减至88.7W/m。

此题亦可采取简化的方法：如上求出α=6.84W/(m·℃)后，因为保温前后均属自然对流，假定物性不变，则保温前后对流系数的关系为

t1/3120201/3()()1.36''6020t

'∴

1.366.845.031.36W/(m2·℃)

5.395.036.685.39 简化计算的结果与前面计算相差％

L3gtC(pr)1/32 分析：α=L可以发现：当n=1/3时，定性尺寸（此例中既蒸汽管的

长度）可以消去。利用这种自然对流与定性尺寸无关的特点，可以在较小尺寸的模型上进行

自然对流传热研究，即所谓的“自模化”实验，从而为实验工作带来诸多方便。

40、有一套管换热器，管内为542mm，套管为1164mm的钢管，内管中苯被加热，

Kg/h。环隙为133.3℃的饱和水蒸气苯进口温度为30℃，出口温度为70℃，流量为400022168.1KJ/Kg11630W/mK。苯在30℃~70℃冷凝，其汽化热为，冷凝传热膜系数为

3c1.86KJ/Kg880KJ/m之间的物性参数平均值为密度，比热p℃，粘度

0.39103Ns/m2，cm2/W，导热系数0.134W/mK，管内壁垢阻为0.000265管壁及管外侧热阻不计。试求：

（A）加热蒸汽消耗量；

（B）所需的传热面积（以内管外表面计）。

（C）当苯的流量增加30%，要求苯的进出口温度不变，加热蒸汽的温度应为多少？ 解：（1）加热蒸汽消耗量：

Drw2cp2(t2t1)

D2168.140001.86(8050)D103kg/h

23

（2）内管中苯的流速：

uw2/4000/36000.643m/s220.785d28800.7850.05

d2uRecp0.050.64388047.245100.39103湍流

1.861030.39103Pr5.410.13420.0230.023d2Re0.8Pr0.40.134(7.254104)0.8(5.41)0.4937W/m20C0.05

则以内管外表面计的传热系数为：

dd111545411Rs20.000265k12d2d2116309375050

K656W/m2℃

tmt2t1805067.2Tt1133.350lnln133.380Tt2℃

w2cp2(t2t1)KA1tm(4000)1.86103(8050)656A167.23600A11.41m2

（3）苯的流量增加50%，而进出口温度不变，

'21.50.81.383则 2

'21.3839371296W/m2℃

d1d'11k''2d2k2d2

d1d1115454()1K'K'2d22d265612965093750

K'830W/m2℃（以内管外表面计）

1.5w2cp2(t2t1)K'A1t'm

24

1.5w2cp2(t2t1)K'A1t2t1T'tln'1Tt2

1.5w2cp2ln即：

T't1K'A1T't2

1.5(4000T'50)1.86103ln8301.413600T'80

解得：T'145.2℃

即苯的流量增加50%而温度不变时，加热蒸汽的温度应为145.2℃。

41、有一套管换热器，内管为542mm，外管为1164mm的钢管。现用120℃的饱

kg/h的流量流动，试求： 和水蒸气加热苯，使苯由50℃加热至80℃，苯在内管中以4000（A）加热蒸汽消耗量；

（B）所需套管的有效长度；

（C）由于某种原因，加热蒸汽的温度降为110℃，苯的出口温度将变为多少？（假设苯不变,在

50～80℃范围内，苯的物性为

cp1.86kJ/kg℃，

3.9104Pas,0.145W/m℃，880kg/m3，钢的导热系数为45W/m℃，

W/m℃，壁kJ/kg，蒸汽侧对流传热系数汽10000120℃时水蒸气冷凝潜热r2205两侧垢层热阻及换热器损失均可忽略，加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出。） 解：（1）加热蒸汽消耗量：

Drw2cp2(t2t1)

D220540001.86(8050)kg/h D101

（2）套管的有效长度：

uw2/4000/36000.643m/s220.785d28800.7850.05

d2uRecp0.6430.058807.25410443.910湍流

1.861033.9104Pr5.00.145 20.023d2Re0.8Pr0.40.0230.145(7.254104)0.8(5.0)0.4982w/m20.05℃

25

则以内管外表面计的传热系数：

d11bd110.002545414k1dm2d210455298250

k803w/m2℃

tmt2t1805053.6Tt112050lnln12080Tt2℃

w2cp2(t2t1)kd1lt'm(4000)1.86103(8050)8030.054l53.63600 l8.49m

（3）当T'110℃时，

苯不变，

汽也可视为不变。

K'K803w/m2℃

则

w2cp2(t'2t1)K'At'm

t'2t1w2cp2(t'2t1)K'd1lT't1lnT't'2w2cp2ln即：

T't1K'd1lT't'2

4000110501.86103ln8030.0548.493600110t'2

解得：t'275.7℃

42、某一列管式换热器，将一定量的空气加热。空气在管内作湍流流动，饱和水蒸气在管外冷凝。今因生产任务加大一倍，除用原换热器外，尚需加一台新换热器。如果使新旧两台换热器并联使用，且使二台换热器在空气流量、进、出口温度及饱和蒸汽温度都相同的条件下操作。

原换热器列管数为n1，管径为d1，管长为l1，而新换热器管数为n2(n2n1)，管径为

d2(d20.5d1)。试问新换热器管长l2为原换热器管长l1的几倍。

解：二台换热器的空气流量、进、出口温度及饱和蒸汽温度都相同，且∴ 原换热器：

蒸空，

w2CP2(t2t1)KAtm空Atm26

(1)

新换热器：

w2CP2(t2t1)K'A'tm'空A'tm (2)

（2）/（1）得：

'空A'空A

uw2/0.785d12n1

其中：原换热器管内流速，

u'新换热器管内流速，

w2/20.785d2n2

u'd1ud22n1n212222

0.2'空u'0.8d1空ud220.8(2)0.22

则

2空d2l2n2空d1l1n1

l2dn111112l12d2n2222

1即新换热器管长l2为原换热器管长l1的2倍。

kg，冷凝温度110℃，冷凝潜热为43、某常用套管换热器每小时冷凝甲苯蒸汽1000W/m2℃，冷却水温16℃，以2500363kJ/kg，冷凝膜系数010000kg/hr的流量进

22160W/m℃，水的比热取为mm入内管内（内径50），作湍流流动，膜系数14.19kJ/kg℃，忽略壁阻及污垢热阻。

试求A）冷却水出口温度及管长；

B）如在夏季，冷却水入口温度将升至25℃，使换热器传热能力下降，为此建议将水流量增加一倍，那么，该换热器的传热能力能否增加？定量地说明。 解：（1）冷却水出口温度：

w2Cp2(t2t1)Dr

25004.19(t216)1000363

l250.7℃

tm管长：

t2t150.71675.3Tt111016lnln11050.7Tt2℃

27

i02161042K1776W/mi02160104℃

DrKdltm

100033631017760.05l75.33600l4.80m

'i20.81.741（2）当t'125℃时。而流量加倍时， i 'i1.74121603761w/m2℃

'i03761104K'2733w/m24'i0376110℃

2w2Cp2(t'2t'1)K'dlt'2t'1Tt'1Tt'1ln2w2Cp2lnK'dlTt'2 Tt'2

2(即：

250011025)4.19103ln27330.054.803600110t'2

t'250.3℃ t'mt'2t'150.32571.6Tt'111025lnln11050.3Tt'2℃

5Q'K'At'27330.054.8071.61.47510w m则传热能力

5QKAt17760.054.8075.31.00810w m原传热能力

Q'Q

∴ 换热器的传热能力能增加。

44、在列管式换热器中，用饱和水蒸气将空气由20℃加热到80℃,该换热器由38根

252.5mm,长1.5m的铜管构成,空气在管内作湍流流动,其流量为740Kg/h,比热为

310J/Kg℃,饱和水蒸气在管间冷凝。已知操作条件下的空气对流给热系数(或称对1.005

22流传热膜系数)为65W/m.℃,水蒸气的冷凝给热系数为8000W /m℃,管壁及垢层热阻可

28

忽略不计。

试确定所需饱和水蒸气的温度；

若将空气量增大30%通过原换热器，在饱和水蒸气温度及空气进口温度均不变的情况下，空气能加热到多少度？（设在本题条件下空气出口温度有所改变时，其物性参数可视为不变） 解：（1）饱和水蒸气的温度T:

wCp2(t2t1)KAtmKATt1KATt2t2t1Tt1lnTt2

w2Cp2ln其中：

Ad1ln0.0251.5384.477m2

11125d1/2d2k1800070202 k55.6w/m℃(以外表面计)

(740T10)1.005103ln55.64.4773600T90 T=124℃

'2(1.25)0.81.20(2) 若空气量增大25%,则 2

'21.2021.207084w/m2℃

d111125K'1'2d280008420 K'66.6w/m2C

由式（１）可知：

1.25w2Cp2ln解得：t'2Tt174012410'3KA1.25()1.00510ln66.64.477''3600Tt2124t2

88.1C

即空气加热到88.1C

kg/h的常压空气由20℃预热到45、欲设计一列管式换热器，用110℃的饱和水蒸气将140095℃。A、若初步选定采用单管程换热器，空气走管程，管束由120根252.5的铜管组成。试确定所需管束长。B、若选用双管程浮头式列管换热器。管子总数、管长及直径同上。

则空气的出口温度有无变化？试确定之。

在计算中，冷凝液膜的热阻、管壁及其两侧污垢热阻可忽略不计，其空气平均温度下的物性可取：粘度0.02CP，比热：CP1.0kJ/kg℃，导热系数0.029W/m℃，密

29

31.076kg/m度。

解：（1）管长：

u管内流速：

w2/1400/36002n0.785d2=1.0761200.7850.022=9.59m/s

Red2uCp0.029.591.0761.03210430.0210湍流

Pr1.01030.021030.6900.029

20.023d2Re0.8Pr0.40.0230.0291.03211040.020.6900.80.446.7w/m2℃

冷凝液膜热阻，管壁及两侧污垢热阻可忽略不计，

K246.7w/m2℃（以内表面计） tmt2t1952041.9Tt111020lnln11095Tt2℃

则

w2Cp2(t2t1)KAtmKd2lntm140031.010(9520)46.70.020l12041.93600l20m

即管束长2.0m

（2）若改为双管程：

'220.81.7412

'21.74146.781.3w/m2℃ 即：K''281.3w/m2℃ w2Cp2(t'2t1)K'd2lnt'2t1Tt1lnTt'2 K'55.1w/m2℃

w'2Cp2ln由（1）式可知：

T't1K'AT't2

0.84(0.441034.187)lnT'2055.141.7T'112

30

解得: T'138.9℃

因现蒸汽温度T142.9℃>T'138.9℃,所以此蒸汽能满足传热要求。

46、有一套管式换热器，甲流体（走管间）和乙流体（走管间）在其中逆流换热。生产要求将流量为810kg/h的甲流体（CP0.8Kcal/kg℃）从120℃冷却至70℃，管壁的对流

22000Kcal/mh℃，并可视作不变。乙流体由20℃被加热至50℃。35℃的1膜系数

水的粘度为0.72Cp，已知内管内径为0.0508m，乙流体的平均流速为0.15m/s，管内壁对乙流体的对流传热膜系数2627Kcal/mh℃，内管两端压强差为P。 如果管壁及污垢热阻不计，流体的物性常数及摩擦力系数均可视为常数。

求当此换热器内管两端压强差经调节增至3P时，完成这一传热过程所需的传热面积。

2lu2Pd2 解：当内管压强差为P时，

l(u')23Pd2 P内管压强差为3时，

u'3u'3uu0.150.26m/su

Redu20.05080.159941.0510430.7210湍流

 当内管压强差为3P(u'0.26m/s)时，管内流动也肯定为湍流

u''22u则

0.80.266270.150.8974kcal/m2h℃

K122000974655kcal/m2h122000974℃

w1Cp1T1T2w2Cp2t2t1

可得：

又由原工况：

8100.8(12070)w2Cp2(5020)w2Cp21080kcal/h℃

热流体的流量，进出口温度不变（生产要求）

w1Cp1(T1T2)w'2Cp2t'2t1

31

0.26t'2108100.81207010800.15

解得：t'237.3℃

tm平均温差：则由

T1t'2T2t112037.3702065lnT1t'2T2t1ln12037.37020℃

w1Cp1T1T2KAtmP可得：8100.812070655A65

A0.761m2

47、有一换热器，并流操作时，冷流体进出口温度分别为25℃和70℃，热流体进出口温度分别为150℃和100℃。若在两种流体流量和进出口温度均不变的条件下，将并流操作改为逆流操作，试问该换热器的传热速率和传热平均温度差有何变化？（定量说明） 计算时可视为CP和K常量。 逆流操作时：

1(1eNTU1(1R1))/(R1eNTU1(1R1))

NTU2NTU2(1e(1R))/(Re(1R2)) 222

解：

w1Cp1w2Cp2t2t170250.9R1T1T2150100

∴ 热流体为最小热溶流体 并流时：传热速率

Qw1CP1T1T2w1CP115010050wCP1（1）

tm传热平均温差

T1t1T2t2150251007066.6lnT1t1T2t2ln1502510070℃

NTu1TTKA150100120.751w1CP1tm66.6'

逆流时：NTu1=NTu1=0.751

'R'1R10.9

1∴

1expNTu11R11exp0.75110.90.43810.9R1expNTu11R10.9exp0.751

32

T1T2150T210.438T1t115025 T295.3℃ t1T1T2t2tt1T1T2 又：22515095.3t274.2℃ 7025150100 t2传热速率：Qw1Cp1T1T2w1Cp115095.354.7w1Cp1

tm传热平均温差

T2t115074.295.325T1t2lnT1t2T2t1ln15074.295.325

=73.0℃

则传热速率增大：即增大9.4%。

Q54.7w1Cp11.094Q50w1Cp1

73.0tm1.096t66.6传热平均温差增大：m 即增大9.6%。

48、在单效蒸发器中用饱和水蒸气加热浓缩溶液，加热蒸气的用量为3000kg•h-1，加热水

蒸气的温度为120ºC，其汽化热为2205kJ•kg-1。已知蒸发器内二次蒸气温度为85ºC，由于溶质和液柱引起的沸点升高值为10ºC，饱和蒸气冷凝的传热膜系数为8000W•m-2k-1，沸腾溶液的传热膜系数为3500 W•m-2k-1。 求蒸发器的传热面积。

忽略换热器管壁和污垢层热阻，蒸发器的热损失忽略不计。 解：

热负荷 Q=2100×2205×103/3600=1.286×106W 溶液温度计t=81+9=90℃ 蒸汽温度T=120 ℃

∵1/K=1/h1+1/h2=1/8000+1/3500 ∴K=2435W/m2K

∴S=Q/[K(T-t)]=1.286×106/[2435×(120-90)]=17.6 m2

49、某效蒸发器每小时将1000kg的20%（质量百分数，下同）NaOH水溶液浓缩到60%。已知：加热蒸气温度为120ºC，进入冷凝器的二次蒸气温度为60ºC，溶质和液柱引起的沸点升高值为50ºC，蒸发器的总传热系数为1000 W•m-2k-1。溶液被预热到沸点后进入蒸发器，蒸发器的热损失和稀释热可以忽略，认为加热蒸气与二次蒸气的汽化潜热相等，均为2205kJ•kg-1。

求：蒸发器的传热面积和加热蒸气消耗量。 解：

33

蒸发水份量:qmW= qmF (1-x0/x1)=1000×(1-25/50)=500Kg/h=0.139Kg/s 加热蒸汽消耗量:

qmDqmFcp0(t1t0)qmWrR

∵t1=t0

∴

qmDqmwrR=0.139kg/s

传热面积:

∵Q=KS(T-t) 蒸发器中溶液的沸点温度：t=60+45=105℃

Q0.1392205103S20.4m2120105KTt1000∴

50、将8%的NaOH水溶液浓缩到18%，进料量为4540 kg进料温度为21ºC，蒸发器的传热

系数为2349W•m-2k-1，蒸发器内的压强为55.6Kpa，加热蒸汽温度为110ºC，求理论上需要加热蒸气量和蒸发器的传热面积。

已知：8%NaOH的沸点在55.6Kpa时为88ºC，88ºC时水的汽化潜热为2298.6kJ•kg-1。 8%NaOH的比热容为3.85kJ•kg-1oC-1，110ºC水蒸气的汽化潜热为2234.4kJ•kg-1。 解：

qmw=4540(1－8/18)=2522kJ/h t=T－t=109.2－88=21.2℃ 传热速率：

Q=qmF Cpo(t1－t0)+qmwr＇

=4540/3600×3.85×103×(88－21)+2522/3600×2298.6×103=1936×103 W

Q1936103S38.9m2Kt234921.2

qmD =Q/r＇=1936×103/(2234.4×103)=0.87kg/s=3130kg/h

51、用双效蒸发器，浓缩浓度为5%（质量分率）的水溶液，沸点进料，进料量为2000 kg•h-1，经第一效浓缩到10%。第一、二效的溶液沸点分别为95ºC和75ºC。蒸发器消耗生蒸汽量为800 kg•h-1。各温度下水蒸气的汽化潜热均可取为2280 kJ•kg-1。忽略热损失，求蒸发水量。

解： 第一效蒸发水量：

已知：qmD1=800kg/h, r1=r1΄=2280kJ/kg, qmw1= qmD1=800kg/h 第二效蒸发水量：

已知：qmD2= qmw1=800Kg/h,

qmF2= qmF - qmw1=2000-800=1200kg/h

X02=X1= qmF X0/( qmF - qmw1)=2000×0.05/(2000-800)=0.033 t1=95˚C t2=70˚C r2=r2’=2280kJ/kg Cpo=Cpw(1-X02)=4.187×(1-0.0833)=3.84kJ/(kg˚C)

qmD2r2qmF2cp0(t2t1)qmw2r2

34

qmw2qmD2qmF2cp0(t2t1)r280012003.84(7595)840kg/h2280

蒸发水量

qmw = qmw1+ qmw2 =800+840=1640kg/h.

1.某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是_ 抛物线__型曲线，其管中心最大流速为平均流速的__2倍__倍，摩擦系数λ与Re的关系为__λ＝64/Re _。

2.牛顿型流体与非牛顿型流体的主要的区别是_牛顿型流体符合牛顿粘性定律__。 3.稳定流动的定义是__流动状况不随时间而变____。

4.液柱压力计量是基于_流体静力学__原理的测压装置，用U形管压差计测压时，当一端与大气相通时，读数R表示的是___表压___或__真空度__。

14.流体体积流量一定时，有效截面扩大，则流速 减少＿，动压头＿减少＿，静压头＿增加＿。

4.化工生产中，物料衡算的理论依据是＿质量守恒定律＿，热量衡算的理论基础是＿能量守恒定律＿。

5. 雷诺准数的表达式为_____ Re=dｕρ/μ_____。流体在圆形直管内流动，工程上一般认为当雷诺准数______ 时为层流, 为湍流， 为过渡区。

6. 当地大气压为750mmHg时, 测得某体系的表压为100mmHg,则该体系的绝对压强为___ 850__mmHg, 真空度为__-100__mmHg。 7、离心泵的流量调节阀安装在离心泵______管路上，关小出口阀门后，真空表的读数______，压力表的读数______。出口；减小；增大

8、离心泵的工作点是______曲线与______曲线的交点。离心泵特性；管路特性

9、泵的扬程的单位是______，其物理意义是______。M；泵提供给单位重量流体的能量 10、离心泵输送的液体粘度越大，其扬程______，流量_______,轴功率______，效率________。越小；越小；越大；越小

11、离心泵输送的液体密度变大，则其扬程_________，流量________，效率_________，轴功率_________。不变；不变；不变；变大

12、离心泵的主要部件有如下三部分:______,_____,_______。泵壳；叶轮；泵轴

13、一球形石英颗粒，分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降，若系统温度升高，则其在水中的沉降速度将 ，在空气中的沉降速度将 ，增大 ,下降 14、在滞流(层流)区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比。 2

15、降尘室的生产能力与降尘室的 和（ ） 有关。 长度 宽度

16、实现过滤操作的外力可以是 、 或 。重力；压强差；惯性离心力

17、在饼层过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是 而不是 。滤饼层；过滤介质

18、对恒压过滤，介质阻力可以忽略时，过滤量增大一倍，则过滤速率为原来的 。 二分之一

19、对流传热的热阻主要集中在 ，因此， 是强化对流传热的重要途径。

答案：滞流内层；减薄湍流内层的厚度

20、黑体的表面温度从300℃升至600℃，其辐射能力增大到原来的 倍.

35

答案: 5.39

21、热油和水在一套管换热器中换热，水由20℃升至75℃。若冷流体为最小值流体，传热效率0.65，则油的入口温度为 。 答案：104℃

22、换热器在使用一段时间后，传热速率会下降很多，这往往是由于 的缘故。 答案：传热管表面有污垢积存

23. 蒸发操作中，造成温度差损失的原因有： (1) 溶质的存在使蒸气压下降，沸点升高 ,(2) 液柱静压强引起 ；(3) 管道流体阻力导致 。 24. 蒸发器的主体由___加热室 __和__蒸发室__组成。

25 蒸发器的生产强度是指_单位传热面积上单位时间内所蒸发的水分量。 26. 蒸发器的生产能力是指_单位时间内蒸发的水分量_。

1．当被测流体的绝对压力（ ）外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 A A 大于；B 小于；C 等于；D 近似于。

2.在稳定流动系统中，水由粗管连续地流入细管，若粗管直径是细管的2倍，则细管流速是粗管的（ ）倍。 C

A. 2； B. 8； C. 4。

3．流体在圆管内（ ）流动时，平均速度是最大速度的一半。 A A 层流；B 湍流；C 过渡流；D 漩涡流。 4.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（ ）。 C

A. 流动速度大于零； B. 管边不够光滑； C. 流体具有粘性。 5、离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( )。A A. 气缚现象； B. 汽蚀现象； C. 汽化现象； D. 气浮现象。 6、离心泵最常用的调节方法是 ( )。B

A. 改变吸入管路中阀门开度；B. 改变压出管路中阀门的开度；C. 安置回流支路，改变循环量的大小；D. 车削离心泵的叶轮。

7、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后获得的( )。B

A. 包括内能在内的总能量；B. 机械能；C. 压能；D. 位能（即实际的升扬高度）。 8、离心泵的扬程是 ( )。D

A. 实际的升扬高度；B. 泵的吸液高度；C. 液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度 D. 单位重量液体出泵和进泵的机械能差值。

9、某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因( )。C

A. 水温太高；B. 真空计坏了；C. 吸入管路堵塞；D. 排出管路堵塞。 10、为避免发生气蚀现象，应使离心泵内的最低压力（ ）输送温度下液体的饱和蒸汽压。A

A. 大于；B. 小于；C. 等于。

11、1m3 气体经风机所获得能量，称为（ ）。A A. 全风压；B. 静风压；C. 扬程。

12、降尘室的生产能力取决于 。 B

A．沉降面积和降尘室高度；B．沉降面积和能100%除去的最小颗粒的沉降速度； C．降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；D．降尘室的宽度和高度。 13、降尘室的特点是 。D

36

结构简单，流体阻力小，分离效率高，但体积庞大； 结构简单，分离效率高，但流体阻力大，体积庞大； 结构简单，分离效率高，体积小，但流体阻力大； 结构简单，流体阻力小，但体积庞大，分离效率低

14、恒压过滤时， 如滤饼不可压缩，介质阻力可忽略，当操作压差增加1倍，则过滤速率为原来的 。 c

A. 1 倍； B. 2 倍； C.2倍； D.1/2倍

15、以下说法是正确的 。B

A. 过滤速率与A(过滤面积)成正比; B. 过滤速率与A2成正比; C. 过滤速率与滤液体积成正比; D. 过滤速率与滤布阻力成反比

16、关于传热系数K下述说法中错误的是（ ） A、传热过程中总传热系数K实际是个平均值； B、总传热系数K随着所取的传热面不同而异；

C、总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关； D、要提高K值，应从降低最大热阻着手； 答案：C

17、揭示了物体辐射能力与吸效率之间关系的定律是（ ）。 A、斯蒂芬-波尔兹曼定律； C、折射； B、克希霍夫； D、普郎克； 答案：B

18、判断下面关于系统进行稳定传热时的说法哪一个是错误的，错误的是（ ） 通过一定传热面的传热速率不随时间变化，为一定值； 系统中任一点的温度维持恒定；

总的传热速率等于通过垂直于热流方向的各层传热面的传热速率之和； 系统中任一传热面上的热通量在过程中不变； 答案：C

19、传热过程中当两侧流体的对流传热系数都较大时，影响传热过程的将是（B ）。 A、管壁热阻； B、污垢热阻；

C、管内对流传热热阻； D、管外对流传热热阻；

20、冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90C，出口温度为50C，冷水进口温度为15C，出口温度为53C，冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性为相同，则热损失占传热量的（ ）。A

A、5%； B、6%； C、7%； D、8%； 21. 蒸发室内溶液的沸点（ ）二次蒸汽的温度。 B A. 等于 ； B. 高于 ； C. 低于

22. 在单效蒸发中，从溶液中蒸发1kg水，通常都需要（ ）1kg的加热蒸汽。 C A. 等于； B. 小于； C. 不少于 23. 蒸发器的有效温度差是指（ ）。 A

A. 加热蒸汽温度与溶液的沸点之差； B. 加热蒸汽与二次蒸汽温度之差； C. 温度差损失

24. 采用多效蒸发的目的是为了提高（ ）。 B

A. 完成液的浓度； B. 加热蒸汽经济程度； C. 生产能力

37