化工原理（第二版）國(guó)防工業(yè)出版社課后習(xí)題及答案【完整版】

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1、第一章 流體流動(dòng) 1-1 燃燒重油所得的燃燒氣，經(jīng)分析測(cè)知其中含8.5%CO2，7.5%O2，76%N2，8%H2O（體積%）。試求溫度為500℃×103Pa時(shí)，該混合氣體的密度。 解 Mm=MAyA+ MByB+ MCyC+ MDyD =44′8.5%+32′7.5%+28′76%+18′8% r=P Mm /(RT) ′′773) =/m3 1-2 ×103Pa的地區(qū)，某真空蒸餾塔塔頂真空表讀數(shù)為×104×104Pa的地區(qū)使塔內(nèi)絕對(duì)壓強(qiáng)維持相同的數(shù)值，則真空表讀數(shù)應(yīng)為多少？ 解 塔內(nèi)絕對(duì)壓強(qiáng)維持相同，則可列如下等式 Pa1-×104= Pa2-P

2、 P = Pa2-Pa1×104 ×104Pa 1-3 敞口容器底部有一層深的水，其上部為深的油。求器底的壓強(qiáng)，以Pa表示。此壓強(qiáng)是絕對(duì)壓強(qiáng)還是表壓強(qiáng)？水的密度為1000kg/m3，油的密度為916 kg/m3。 解 表壓強(qiáng)P(atg)=r1gh1+r2gh2 =1000′′0.52+916′′ ′104Pa 絕對(duì)壓強(qiáng)P(ata)= P(atg)+ Pa 習(xí)題1-4附圖 1－調(diào)節(jié)閥； 2－鼓泡觀察器瓶； 3－U管壓差計(jì)； 4－通氣管； 5－貯罐 ′104′103 ′105 Pa 1-4 為測(cè)量腐蝕性液體貯槽內(nèi)的

3、存液量，采用如本題附圖所示的裝置?？刂普{(diào)節(jié)閥使壓縮空氣緩慢地鼓泡通過(guò)觀察瓶進(jìn)入貯槽。今測(cè)得U型壓差計(jì)讀數(shù)R=130mmHg，通氣管距貯槽底部h=20cm，貯槽直徑為2m，液體密度為980 kg/m3。試求貯槽內(nèi)液體的儲(chǔ)存量為多少噸？ 解 壓縮空氣流速很慢，阻力損失很小，可認(rèn)為b截面與通氣管出口截面a壓強(qiáng)近似相等，設(shè)h1為通氣管深入液面下方距離，因此 1-5 一敞口貯槽內(nèi)盛20℃的苯，苯的密度為880 kg/m3。液面距槽底9m，槽底側(cè)面有一直徑為500mm的人孔，其中心距槽底600mm，人孔覆

4、以孔蓋，試求： （1） 人孔蓋共受多少液柱靜止力，以N表示； （2） 槽底面所受的壓強(qiáng)是多少？ 解 人孔蓋以中心水平線上下對(duì)稱，而靜壓強(qiáng)隨深度做線性變化 因此可以孔中心處的壓強(qiáng)計(jì)算人孔蓋所受壓力 P=rg(H–h)=880′′(9– F=PA=′p′2′104N 習(xí)題1-6附圖 1-6 為了放大所測(cè)氣體壓差的讀數(shù)，采用如本題附圖所示的斜管式壓差計(jì)，一臂垂直，一臂與水平成20°角。若U形管內(nèi)裝密度為804 kg/m3的95%乙醇溶液，求讀數(shù)R為29mm時(shí)的壓強(qiáng)差。 解 習(xí)題1-7附圖 1-7用雙液體U型壓差計(jì)測(cè)定兩點(diǎn)間空氣的壓差，測(cè)

5、得R=320mm。由于兩側(cè)的小室不夠大，致使小室內(nèi)兩液面產(chǎn)生4mm的位差。試求實(shí)際的壓差為多少Pa。若計(jì)算時(shí)忽略兩小室內(nèi)的液面的位差，會(huì)產(chǎn)生多少的誤差？?jī)梢后w密度值見(jiàn)圖。 解 如本題附圖所示a-a 截面為等壓面，所以 若忽略兩小室內(nèi)液面的位差，則壓差為 習(xí)題1-8附圖 相差 ， 誤差（318.236-282.528）/318.236=11.22% 1-8 為了排除煤氣管中的少量積水，用如本題附圖所示的水封設(shè)備，水由煤氣管路上的垂直支管排出，已知煤氣壓強(qiáng)為1×105Pa(絕對(duì)壓強(qiáng))。問(wèn)水封管插入液面下的深度h應(yīng)為若

6、干？當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)pa×104Pa，水的密度ρ=1000 kg/m3。 解 P=rgh+Pa 所以h=(P-Pa)/ rg′105′104′1000= 習(xí)題1-9附圖 1―精餾塔；2―冷凝器 1-9 如本題附圖示某精餾塔的回流裝置中，由塔頂蒸出的蒸氣經(jīng)冷凝器冷凝，部分冷凝液將流回塔內(nèi)。已知冷凝器內(nèi)壓強(qiáng)p1×105Pa（絕壓），塔頂蒸氣壓強(qiáng)p2×105Pa（絕壓），為使冷凝器中液體能順利地流回塔內(nèi)，問(wèn)冷凝器液面至少要比回流液入塔處高出多少？冷凝液密度為810 kg/m3。 解 若使冷凝器中液體能順利地流回

7、塔內(nèi)，則 p1+rgh = p2 \h=(p2-p1)/ rg ′105′105′810= 習(xí)題1-10附圖 1-10為測(cè)量氣罐中的壓強(qiáng)pB，采用如本題附圖所示的雙液杯式微差壓計(jì)。兩杯中放有密度為ρ1的液體，U形管下部指示液密度為ρ2。管與杯的直徑之比d/D。試證： 解 等壓面為1-1截面，由靜力學(xué)方程可得 pB+r1gDh +r2gh = r1gh +pa pB= pa +(r1 -r2)gh -r1gDh 由 DhpD2/4=hpd2/4 可得 Dh=h(d/D)2 所以 1-11 列管換熱器的管束由121根φ25×的鋼管組成，

8、空氣以9m/s的速度在列管內(nèi)流動(dòng)?？諝庠诠軆?nèi)的平均溫度為50℃，壓強(qiáng)為196×103×103Pa。試求： （1）空氣的質(zhì)量流量； 習(xí)題1-11附圖 1―殼體；2―頂蓋；3―管束；4―花板；5－空氣進(jìn)出口。 （2）操作條件下空氣的體積流量； （3）將（2）的計(jì)算結(jié)果換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的體積流量。 注：φ25×鋼管外徑為25mm，壁厚為，內(nèi)徑為20mm。 解 操作條件下空氣的體積流量 空氣的質(zhì)量流量 操作條件下空氣的密度 所以 由于 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的體積流量 1-12 如本題附圖所示，高位槽內(nèi)

9、的水面高于地面8m，水從φ108×4mm的管路中流出，管路出口高于地面2m。在本題中，水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按hfu2計(jì)算，其中u為水在管內(nèi)的流速，試計(jì)算： （1）A－A截面處水的流速； （2）出口水的流量，以m3/h計(jì)。 解 在高位槽水面（1-1截面）和管路出口（2-2截面）列柏努利方程，地面為基準(zhǔn)面 式中 Z1=8m， Z2=6m ，p1=0（表壓）， p2=0（表壓）， u1≈0 ， 將數(shù)值代入上式，并簡(jiǎn)化得 u2=/s Q=u2A ′3600′′(108-2′4)′10-6 =3/s=81.95 m3/h

10、 習(xí)題1-12附圖 習(xí)題1-13附圖 1-13 在圖示裝置中，水管直徑為φ57××104×104Pa，設(shè)總壓頭損失為。求水的流量為若干m3/h？水密度ρ=1000kg/m3。 解 當(dāng)閥門(mén)全閉時(shí)，壓力表讀數(shù)顯示了槽子液面流體的勢(shì)能，當(dāng)閥門(mén)開(kāi)啟后，勢(shì)能部分轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，部分消耗于阻力損失，列機(jī)械能衡算式 其中 所以 水的流量為 1-14 某鼓風(fēng)機(jī)吸入管直徑為200mm，在喇叭形進(jìn)口處測(cè)得U型壓差計(jì)讀數(shù)R

11、=25mm，指示液為水，如本題附圖所示。若不計(jì)阻力損失，空氣的密度為/m3，試求管路內(nèi)空氣的流量。 解 在喇叭進(jìn)口和風(fēng)機(jī)進(jìn)口處列柏努利方程 其中， ， 代入柏努利方程可得 習(xí)題1-14附圖 習(xí)題1-15附圖 1-15 用離心泵把20℃的水從貯槽送至水洗塔頂部，槽內(nèi)水位維持恒定。各部分相對(duì)位置如本題附圖所示。管路的直徑均為φ76××103Pa，水流經(jīng)吸入管與排出管（不包括噴頭）的阻力損失可分別按hf1=2u2與hf2

12、=10u2計(jì)算。式中u×103Pa（表壓）。試求泵的有效功率。 解 在貯槽液面（1-1截面）及泵入口真空表處（2-2截面）列柏努利方程，貯槽液面為基準(zhǔn)面 式中 Z1=0m， p1=0（表壓）， u1≈0 ，Z2， p2=-′103Pa（表壓）， 將數(shù)值代入，并簡(jiǎn)化得: 解得 u2=2m/s 在貯槽液面（1-1截面）及排出管與噴頭相連接處（3-3截面）列柏努利方程，貯槽液面為基準(zhǔn)面 式中 Z1=0m， p1=0（表壓），u1≈0 ，Z3=14m ， p3′103pa（表壓）， u3= u2=2m/s， 將數(shù)值代入上式，并簡(jiǎn)化得 We=14g+p3

13、/r=14′′103′22 ws=uAr=2′′(76-2′2.5)2′10-6′1000=/s Ne=Wew s′7.9=2256W 1-16 如本題附圖所示，30℃的水由高位槽流經(jīng)直徑不等的兩段管路。上部細(xì)管直徑為20mm，下部粗管直徑為36mm。不計(jì)所有阻力損失，管路中何處壓強(qiáng)最低？該處的水是否會(huì)發(fā)生汽化現(xiàn)象？ 解 在高位槽液面（1-1截面）和管路出口（3-3截面）之間列柏努力方程,?以管路出口截面為基準(zhǔn)面 式中 Z1=1m， p1=0（表壓），u1≈0 ，Z3=0m ， p3=0（表壓） 將數(shù)值代入上式，并簡(jiǎn)化得 m/s 又根據(jù)連續(xù)性方程可知: u2= u3

14、(d3/d2)2 =u3(36/20)2 =1m/s 高位槽出口處細(xì)管的動(dòng)能最大，位能較大，靜壓能最小，壓強(qiáng)最低，該處壓強(qiáng)為 查得30℃的水的飽和蒸汽壓為4247.4 Pa，，所以該處會(huì)發(fā)生汽化。 習(xí)題1-16附圖 習(xí)題1-17附圖 1―換熱器 2―泵 1-17 如本題附圖所示，一冷凍鹽水的循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的循環(huán)量為45 m3/h，管徑相同。流體流經(jīng)管路的壓頭損失自A至B的一

15、段為9m，自B至A的一段為12m。鹽水的密度為1100 kg/m3，試求 （1）泵的功率，設(shè)其效率為0.65； （2）若A×104Pa，則B處的壓力表讀數(shù)應(yīng)為多少帕斯卡（Pa）？ 解（1）以管路上任一截面同時(shí)作為上下游截面,列伯努利方程得 則 DZ=0， Du=0， Dp=0，We=?hf=( Hf1+ Hf2)g=(9+12)g=21g 所以 Ne= We ws =21′′1100′45/3600 =2833W Ne= Ne /η =2883/0.65=4358W （2）在A、 B兩截面間列伯努利方程得 則

16、ZA=0， ZB=7m， uA= uB， pA=′104 Pa（表壓） ?hf= Hf1g=9g 所以B處的壓力表讀數(shù)為 1-18 在水平管路中，水的流量為L(zhǎng)/s，已知管內(nèi)徑d1=5cm，d2=及h1=1m，如本題附圖所示。若忽略能量損失，問(wèn)連接于該管收縮面上的水管，可將水自容器內(nèi)吸上高度h2為多少？水密度ρ=1000 kg/m3。 解 在1-1截面和2-2截面間列柏努利方程，以管中心為基準(zhǔn)面 其中 ， 所以 由于 所以 習(xí)

17、題1-18附圖 習(xí)題1-19附圖 1-19 密度850 kg/m3的料液從高位槽送入塔中，如本題附圖×103Pa，進(jìn)料量為5m3/h。進(jìn)料管為φ38×的鋼管，管內(nèi)流動(dòng)的阻力損失為30J/kg。問(wèn)高位槽內(nèi)液面應(yīng)比塔的進(jìn)料口高出多少？ 解 在高位槽內(nèi)液面（1-1截面）和塔的進(jìn)料口截面（2-2截面）間列柏努利方程，2-2截面為基準(zhǔn)面 其中 ， ， ， ， 代入方程可得 1-20 有一輸水系統(tǒng)如本題附圖所示。輸水管徑為φ57×。已知管內(nèi)的阻力損失按hf=45×u2/2計(jì)

18、算，式中u為管內(nèi)流速。求水的流量為多少m3/s？欲使水量增加20%，應(yīng)將水槽的水面升高多少？ 解 在水槽內(nèi)液面（1-1截面）和管子出口截面（2-2截面）間列柏努利方程，2-2截面為基準(zhǔn)面 其中: ， ， ， ， 代入方程可得 所以 欲使水量增加20%，則 由 習(xí)題1-20附圖 習(xí)題1-21附圖 1-21 ×10－3m3/s的流量流經(jīng)一擴(kuò)大管段。細(xì)管直徑d=40mm，粗管直徑D=80mm，倒U型壓差計(jì)中水位差R=170mm，如本題附圖所示，

19、求水流經(jīng)該擴(kuò)大管段的阻力損失Hf，以?米水柱（mH2O）表示。 解 習(xí)題1-22附圖 1-22 貯槽內(nèi)徑D為2m，槽底與內(nèi)徑d0為32mm的鋼管相連，如本題附圖所示。槽內(nèi)無(wú)液體補(bǔ)充，液面高度h1=2m。管內(nèi)的流動(dòng)阻力損失按hf=20u2計(jì)算。式中u為管內(nèi)液體流速。試求當(dāng)槽內(nèi)液面下降1m所需的時(shí)間。 解 本題屬不穩(wěn)定流動(dòng)。槽內(nèi)液面下降1m所需的時(shí)間可通過(guò)微分時(shí)間內(nèi)的物料衡算和瞬間的柏努利方程求解。 在dθ時(shí)間內(nèi)對(duì)系統(tǒng)作物料衡算。設(shè)F'、D'分別為瞬時(shí)進(jìn)、出料率，dA'為dθ時(shí)間內(nèi)的積累量，則dθ時(shí)間內(nèi)的物料

20、衡算為 F' dθ - D' dθ=dA' 又設(shè)在dθ時(shí)間內(nèi)，槽內(nèi)液面下降dh，液體在管內(nèi)瞬間流速為u，故 代入上式，得 其中 ， ， ， ， ， ， 將上式積分，得 1-23 90℃的水流入內(nèi)徑為20mm的管內(nèi)，欲使流動(dòng)呈層流狀態(tài)，水的流速不可超過(guò)哪一數(shù)值？若管內(nèi)流動(dòng)的是90℃的空氣，則這一數(shù)值又為多少？ 解 查教材附錄可知 90℃水的黏度 ， 密度kg/m3 90℃空氣的黏度 ，

21、 密度kg/m3 由可得，欲使流動(dòng)呈層流狀態(tài)則 水 空氣 1-24 由實(shí)驗(yàn)得知，單個(gè)球形顆粒在流體中的沉降速度ui與以下諸量有關(guān)： 顆粒直徑d；流體密度ρ與粘度μ，顆粒與流體的密度差ρa(bǔ)－ρ；重力加速度g。試通過(guò)因次分析方法導(dǎo)出顆粒沉降速度的無(wú)因次函數(shù)式。 解 所以

22、 所以 1-25 用φ168×9mm的鋼管輸送原油，管線總長(zhǎng)100km，油量為60000kg×107Pa。已知50℃時(shí)油的密度為890kg/m3·s。假定輸油管水平放置，其局部阻力忽略不計(jì)，試問(wèn)為完成上述輸送任務(wù)，中途需幾個(gè)加壓站？所謂油管最大抗壓能力系指管內(nèi)輸送的流體壓強(qiáng)不能大于此值，否則管子損壞。 解 解法1： <2000， 屬于層流 所以需兩個(gè)加壓站。 解法2： ，

23、 所以需要兩個(gè)加壓站。 1-26 每小時(shí)將2×104kg×103Pa的真空度，高位槽液面上方為大氣壓。管路為φ76×4mm鋼管，總長(zhǎng)50m，管線上有兩個(gè)全開(kāi)的閘閥，一個(gè)孔板流量計(jì)（ζ=4）、五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。反應(yīng)器內(nèi)液面與管出口的距離為15m。若泵的效率為0.7，求泵的軸功率。溶液ρ=1073 kg/m3，μ×10－4Pa·s，ε=。 解 在反應(yīng)器內(nèi)液面與管出口之間列柏努利方程 其中 ， 屬于湍流。 據(jù)查 Moody圖可得 兩個(gè)閘閥全開(kāi)： 一個(gè)孔板流量計(jì)： 五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭： 入口阻力系數(shù)：

24、 習(xí)題1-26附圖 習(xí)題1-27附圖 1-27 用壓縮空氣將密閉容器（酸蛋）中的硫酸壓送到敞口高位槽。輸送流量為3/min，輸送管路為φ38×3mm無(wú)縫鋼管。酸蛋中的液面離壓出管口的位差為10m，在壓送過(guò)程中設(shè)位差不變。管路總長(zhǎng)20m，設(shè)有一個(gè)閘閥（全開(kāi)），8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)90°彎頭。求壓縮空氣所需的壓強(qiáng)為多少（表壓）？硫酸ρ為1830kg/m3，μ·s，鋼管的ε為。 解 在密閉容器（酸蛋）液面（1-1截面）

25、與管路出口截面（2-2截面）間列柏努利方程，1-1截面為基準(zhǔn)面， 其中 閘閥全開(kāi)： 8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)90°彎頭： 進(jìn)口： = ， 屬于湍流。 據(jù)查 Moody圖可得 1-28 粘度為0.03 Pa·s、密度為900 kg/m3的液體自容器A流過(guò)內(nèi)徑40mm的管路進(jìn)入容器B。兩容器均為敞口，液面視作不變。管路中有一閥門(mén)，閥前管長(zhǎng)50m，閥后管長(zhǎng)20m×104×104Pa?，F(xiàn)將閥門(mén)打開(kāi)至1/4開(kāi)度，閥門(mén)阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度為30m。試求： （1）管路的流量； （2）閥前、閥后壓力表的讀數(shù)有何變化？

26、解 當(dāng)閥全關(guān)時(shí)， 在A—A 、B—B之間列柏努利方程，閥所在管路中心為基準(zhǔn)面， 檢驗(yàn)，所以假設(shè)成立，流動(dòng)為層流。 （2） 在A—A截面與1—1截面間列柏努利方程，閥所在管路中心為基準(zhǔn)面 ， 其中， 習(xí)題1-28附圖 習(xí)題1-29附圖 1-29 如本題附圖所示，某輸油管路未裝流量計(jì)，但在A、B兩點(diǎn)的壓力表讀數(shù)分別為pA×106Pa，pB×106Pa。試估計(jì)管路中油的流

27、量。已知管路尺寸為φ89×4mm的無(wú)縫鋼管。A、B兩點(diǎn)間的長(zhǎng)度為40m，有6個(gè)90°彎頭，油的密度為820 kg/m3，粘度為0.121 Pa·s。 解 在A-A 截面和B-B截面間列柏努利方程，泵安裝平面為基準(zhǔn)面 其中 所以 設(shè)為層流 其中 檢驗(yàn)，所以假設(shè)成立。 1-30 欲將5000kg/h的煤氣輸送100km，管內(nèi)徑為300mm×104Pa（絕壓），試求管路起點(diǎn)需要多大的壓強(qiáng)？ 設(shè)整個(gè)管路中煤氣的溫度為20℃，λ為0.016，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煤氣的密度為/m3。 解 管路中

28、煤氣流速為 流動(dòng)阻力損失為 所以 1-31 一酸貯槽通過(guò)管路向其下方的反應(yīng)器送酸，槽內(nèi)液面在管出口以上。管路由φ38×無(wú)縫鋼管組成，全長(zhǎng)（包括管件的當(dāng)量長(zhǎng)度）為25m。由于使用已久，粗糙度應(yīng)取為。貯槽及反應(yīng)器均為大氣壓。求每分鐘可送酸多少m3？酸的密度ρ=1650 kg/m3，粘度μ·s。（提示：用試差法時(shí)可先設(shè)λ=0.04）。 解 在槽內(nèi)液面及管出口截面間列柏努利方程，管出口截面為基準(zhǔn)面， （1） 采用試差法，初設(shè) ，代入上式可得 （2） 據(jù) 查 M

29、oody圖可得 ，假設(shè)與計(jì)算不一致。 再設(shè) 據(jù)查 Moody圖可得 假設(shè)與計(jì)算一致，所以體積流量為 1-32 水位恒定的高位槽從C、D兩支管同時(shí)放水。AB段管長(zhǎng)6m，內(nèi)徑41mm。BC段長(zhǎng)15m，內(nèi)徑25mm。BD長(zhǎng)24m，內(nèi)徑25mm。上述管長(zhǎng)均包括閥門(mén)及其它局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度，但不包括出口動(dòng)能項(xiàng)，分支點(diǎn)B的能量損失可忽略。試求： （1）D、C兩支管的流量及水槽的總排水量； （2）當(dāng)D閥關(guān)閉，求水槽由C支管流出的水量。設(shè)全部管部的摩擦系數(shù)λ均可取0.03，且不變化，出口損失應(yīng)另行考慮。 解 由于BC和BD兩管路并聯(lián)，所以有 得 由連續(xù)

30、性方程可得 （1） 在高位槽水面和C-C截面列柏努利方程，以C-C截面為基準(zhǔn)面 式中 （2） （1）（2） （2）當(dāng)D閥關(guān)閉時(shí) 對(duì)高位槽水面和C-C截面列柏努利方程，以C-C截面為基準(zhǔn)面 其中 代入得 1-33 用內(nèi)徑為300mm的鋼管輸送20℃的水，為了測(cè)量管內(nèi)水的流量，采用了如本題附圖所示的安排。在2m長(zhǎng)的一段主管路上并聯(lián)了一根直徑為φ60×的支管，其總長(zhǎng)與所有局部阻力的

31、當(dāng)量長(zhǎng)度之和為10m。支管上裝有轉(zhuǎn)子流量計(jì)，由流量計(jì)上的讀數(shù)知支管內(nèi)水的流量為3/h。試求水在主管路中的流量及總流量。設(shè)主管路的摩擦系數(shù)λ為0.018，支管路的摩擦系數(shù)λ為0.03。 解 由于支管與總管并聯(lián)，所以 其中 習(xí)題1-32附圖 習(xí)題1-33附圖

32、 習(xí)題2-1附圖 第二章 流體輸送機(jī)械 2-1擬用一泵將堿液由敞口堿液槽打入位差為10m×104Pa（表壓），流量20m3/h。全部輸送管均為φ57×無(wú)縫鋼管，管長(zhǎng)50m（包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）如本題附圖所示。堿液的密度ρ=1500kg/m3，粘度μ=2×10－3Pa·s。管壁粗糙度為。試求： （1） 輸送單位重量液體所需提供的外功。 （2） 需向液體提供的功率。 解 在貯槽液面（1-1截面）和管子出口（2-2截面）列柏努利方程，貯槽液面為基準(zhǔn)面， 式中 Z1=0m ， p1=

33、0（表壓），u1≈0 ， Z2=10m， p2′104Pa（表壓），u2≈0 管中堿液流速為 為湍流，ε/d 據(jù)查 Moody圖，得λ Ne=HeQρg ′20/3600′1500′ ′103W 習(xí)題2-2 附圖 2-2 在本題附圖所示的IS100-80-125型離心泵特性曲線圖上，任選一個(gè)流量，讀出其相應(yīng)的壓頭和功率，核算其效率是否與圖中所示一致。 解 查圖知 計(jì)算結(jié)果和圖中基本一致。 2-3 用水對(duì)某離心泵作實(shí)驗(yàn)，得到下列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： 習(xí)題2-3 附表 Q/（L·min－1） 0 100 200 3

34、00 400 500 H/m 38 37 若通過(guò)φ76×4mm、長(zhǎng)355m（包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）的導(dǎo)管，用該泵輸送液體。已知吸入與排出的空間均為常壓設(shè)備，兩液面間的垂直距離為4.8m，摩擦系數(shù)λ×105Pa（表壓），再求此時(shí)泵的流量。被輸送液體的性質(zhì)與水相近。 解 管路特性曲線為 管子內(nèi)徑 其中 習(xí)題2-3圖解 ，則 所以 用泵特性曲線和管路特性曲線作圖，可得兩曲線的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為400L/mi

35、n。 ×105Pa（表壓）， 則管路特性曲線為 2-4 某離心泵在作性能試驗(yàn)時(shí)以恒定轉(zhuǎn)速打水。當(dāng)流量為71m3×104Pa，泵壓出口處壓強(qiáng)計(jì)讀數(shù)3.14×105Pa。兩測(cè)壓點(diǎn)的位差不計(jì)，泵進(jìn)、出口的管徑相同。測(cè)得此時(shí)泵的軸功率為10.4kW，試求泵的揚(yáng)程及效率。 解 在離心泵的吸入口（1-1截面）、壓出口（2-2截面）處建立柏努利方程 其中Z1= Z2，u1=u2 ，?Hf=0 泵的揚(yáng)程= 泵的效率 ′71/3600′1000′′104 =65.2% 2-5用泵從江中取水送入一貯水池內(nèi)。池中水面高出江面30m。管路長(zhǎng)度（包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi)）為94m。要

36、求水的流量為20~40m3/h。若水溫為20℃，ε/d=0.001， （1）選擇適當(dāng)?shù)墓軓? （2）今有一離心泵，流量為45 m3/h，揚(yáng)程為42m，效率60%，軸功率7kW。問(wèn)該泵能否使用。 解 （1） 查書(shū)后附錄，20℃水的密度和黏度分別為 ， 取江水流速為/s，按最大流量計(jì)算管徑， 根據(jù)管路規(guī)格，取φ102× d×2=95mm 以江面為1-1截面，貯水池水面為2-2截面，1-1截面為基準(zhǔn)面，列柏努利方程 其中 據(jù)查 Moody圖可得： 所以 該泵可用。 2-6用一離心泵將貯水池中的

37、冷卻水經(jīng)換熱器送到高位槽。已知高位槽液面比貯水池液面高出10m，管路總長(zhǎng)（包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi)）為400m，管內(nèi)徑為75mm，換熱器的壓頭損失為32（u2/2g），摩擦系數(shù)取0.03，離心泵的特性參數(shù)見(jiàn)附表。 習(xí)題2-6附表 Q/（m3·s－1） 0 H/m 26 23 21 12 試求： （1）管路特性曲線； （2）泵的工作點(diǎn)及其相應(yīng)的流量及壓頭。 解 高位槽和水池兩截面的 管路特性曲線為He=A+KQe2 其中 所以 He′105

38、Qe2 泵的工作點(diǎn)為泵特性曲線和管路特性曲線的交點(diǎn)，用泵特性曲線和管路特性曲線作圖，如習(xí)題2-6、2-7、2-8圖解所示，工作點(diǎn)為A，33/h，壓頭為20m。 A B C 2-7 若題6改為兩個(gè)相同泵串聯(lián)操作，且管路特性不變。試求泵的工作點(diǎn)及其相應(yīng)流量及壓頭。 解 將單臺(tái)泵的特性曲線的縱坐標(biāo)加倍，橫坐標(biāo)保持不變，可求得兩臺(tái)泵串聯(lián)后的合成特性曲線 。串聯(lián)時(shí)工作點(diǎn)B如習(xí)題2-6、2-7、2-8圖解所示。工作點(diǎn)坐標(biāo)為（5m3/s, ），即流量為3/h，壓頭為。 習(xí)題2-6、2-7、2-8圖解 2-8 若題6改為兩個(gè)相同泵并聯(lián)操作，且管路特性不變。試求泵的工作點(diǎn)及其相應(yīng)流量及壓頭。

39、解 將單臺(tái)泵特性曲線的橫坐標(biāo)加倍，縱坐標(biāo)不變，便可求得兩泵并聯(lián)后的合成特性曲線。并聯(lián)時(shí)工作點(diǎn)C如習(xí)題2-6、2-7、2-8圖解所示。工作點(diǎn)坐標(biāo)為（3/s, ），即流量為3/h，壓頭為。 2-9 熱水池中水溫為65℃。用離心泵以40m3/h的流量送至涼水塔頂，再經(jīng)噴頭噴出落入涼水池中，達(dá)到冷卻目的。已知水進(jìn)噴頭前需維持49×103Pa（表壓）。噴頭入口處較熱水池水面高6m。吸入管路和排出管路的壓頭損失分別為1m和3m×103Pa計(jì)。 解 在熱水池水面（1-1截面）與噴頭入口處（2-2截面）處建立柏努利方程，以1-1截面為基準(zhǔn)面， 其中 當(dāng)水溫為65℃時(shí)，飽和蒸汽壓pv=2554

40、0Pa，密度ρ3。 管路中動(dòng)壓頭可忽略，所以 習(xí)題2-10 附圖 據(jù)Qe=40m3/h， He=查 IS型泵系列特性曲線，選IS100-65-200型泵。 查教材附錄25泵規(guī)格，IS100-65-200型水泵必需氣蝕余量為3 m。 ~1m左右。 ×104Pa（其中液體處于沸騰狀態(tài)，即其飽和蒸汽壓等于釜中絕對(duì)壓強(qiáng)）。泵位于地面上，吸入管總阻力為液柱。液體的密度為986kg/m3，已知該泵的必需汽蝕余量（NPSH）r =，試問(wèn)該泵的安裝位置是否適宜？如不適宜應(yīng)如何重新安排？ 解 泵的安裝高度 負(fù)號(hào)表示塔內(nèi)液面在泵的上方

41、，為避免汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，液面應(yīng)高于泵的入口截面，使液面差在6m以上?？山档捅玫陌惭b高度或提高塔內(nèi)液面高度。 2-11 15℃的空氣直接由大氣進(jìn)入風(fēng)機(jī)而通過(guò)內(nèi)徑為800mm×103Pa。空氣輸送量為20000m3/h（15℃×103Pa），管長(zhǎng)與管件、閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度之和為100m，管壁絕對(duì)粗糙度取。欲用庫(kù)存一臺(tái)離心通風(fēng)機(jī)，其性能如下：轉(zhuǎn)速：1450r/min；風(fēng)壓：12650Pa；風(fēng)量：21800 m3/h 試核算此風(fēng)機(jī)是否合用。 解 查空氣（15℃×103Pa）的物性， 密度，黏度 空氣在管中的流速為 在風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口間列柏努利方程 ×103×2× 據(jù)查 M

42、oody圖可得 將操作條件換成實(shí)驗(yàn)條件（） 所以該風(fēng)機(jī)可用。 ×105Pa（表壓）壓縮到1.08MPa（表壓）。若生產(chǎn)能力為460 m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀況），總效率為0.7，氣體進(jìn)口溫度為－10℃，試計(jì)算該級(jí)壓縮機(jī)所需功率及氨出口時(shí)的溫度。 設(shè)壓縮機(jī)內(nèi)進(jìn)行的是絕熱過(guò)程，氨的絕熱指數(shù)為1.29。 解 氨出口時(shí)的溫度 吸入容積 壓縮機(jī)所需功率 第三章 機(jī)械分離 3-1 計(jì)算直徑為50μm及3mm的水滴在30℃常壓空氣中的自由沉降速度。 解 假設(shè)水滴沉降處于斯托克斯

43、（Stokes）區(qū)，查附錄3可知30℃常壓空氣密度ρ=1.165 kg/m3，黏度μ=1.86×10－5Pa·s；查附錄4可知水滴密度ρS=998.2 kg/m3（取20℃）。 由 驗(yàn)算: Ret 假設(shè)成立，計(jì)算結(jié)果正確。 同理d=3mm時(shí)， 驗(yàn)算: Ret 不符合Stokes區(qū)規(guī)律，由Ret，重新假設(shè)沉降處于牛頓定律區(qū)， 根據(jù)牛頓區(qū)沉降速度公式 驗(yàn)算: Ret，假設(shè)成立，計(jì)算結(jié)果正確。 3-2 試求直徑30μm的球形石英粒子在20℃水中與20℃空氣中的沉降速度各為多少？已知石英密度 ρs=2600kg/m3。 解 查附錄4得20℃水密度ρ=998.

44、2 kg/m3，黏度μ=100.50×10－5Pa·s； 查附錄3得20℃空氣密度ρ=1.205 kg/m3，黏度μ=1.81×10－5Pa·s。 假設(shè)石英粒子沉降處于斯托克斯（Stokes）區(qū)，在20℃水中沉降速度為 驗(yàn)算: Ret 假設(shè)成立，計(jì)算結(jié)果正確。 在20℃空氣中沉降速度為 驗(yàn)算: Ret 假設(shè)成立，計(jì)算結(jié)果正確。 3-3 若石英砂粒在20℃的水和空氣中以同一速度沉降，并假定沉降處于斯托克斯區(qū)，試問(wèn)此兩種介質(zhì)中沉降顆粒的直徑比例是多少？已知石英密度ρs=2600kg/m3。 解 查附錄4得20℃水密度ρ=998.2 kg/m3，黏度μ=10

45、0.50×10－5Pa·s； 查附錄3得20℃空氣密度ρ=1.205 kg/m3，黏度μ=1.81×10－5Pa·s。 由斯托克斯區(qū)重力沉降速度公式 得， 沉降速度相同，則 ：1 3-4 將含有球形染料微粒的水溶液于20℃下靜置于量筒中1h，然后用吸液管在液面下5cm處吸取少量試樣。已知染料密度為3000kg/m3，問(wèn)可能存在于試樣中的最大顆粒為多少μm？ 解 假設(shè)球形染料微粒沉降處于斯托克斯（Stokes）區(qū)，沉降速度為 較大顆粒沉降速度快，沉降距離長(zhǎng)。量筒靜置1h后，沉降距離為5cm的最大顆粒直徑為dmax，對(duì)應(yīng)沉降速度為 m/s 查附錄4得20℃水密

46、度ρ=998.2 kg/m3，黏度μ=×10－5Pa·s。 最大顆粒直徑 驗(yàn)算: Ret 假設(shè)成立，計(jì)算結(jié)果正確。 3-5 氣流中懸浮密度4000kg/m3的球形微粒，需除掉的最小微粒直徑為10μm，沉降處于斯托克斯區(qū)。今用一多層隔板降塵室以分離此氣體懸浮物。已知降塵室長(zhǎng)10m，寬5m，共21層，每層高100mm，氣體密度為1.1 kg/m3，黏度為0.0218mPa·s。問(wèn)： （1）為保證10μm微粒的沉降，可允許最大氣流速度為多少？ （2）降塵室的最大生產(chǎn)能力（m3/h）為多少？ （3）若取消室內(nèi)隔板，又保證10μm微粒的沉降，其最大生產(chǎn)能力為多少？ 解 （1）為保證10μ

47、m微粒的沉降，氣流在降塵室內(nèi)的停留時(shí)間應(yīng)不低于沉降時(shí)間 即θ≥θt或≥ 斯托克斯區(qū)重力沉降速度 另外，一般應(yīng)保證氣體流動(dòng)的雷諾準(zhǔn)數(shù)處于層流區(qū)，以免干擾顆粒的沉降或把已沉降下來(lái)的顆粒重新?lián)P起。核算氣體流動(dòng)類(lèi)型 Re 所以，最大氣流速度應(yīng)為m/s 。 （2）最大生產(chǎn)能力為 Vs≤nblut=21 5 10 0.01= m3/s=37800 m3/h （3）Vs≤blut=5 10 0.01= m3/s=1800 m3/h 若取消室內(nèi)隔板，又保證10μm微粒的沉降，其最大生產(chǎn)能力為1800m3/s。 3-6 試求密度為2000kg/m3的球形粒子在15

48、℃空氣中自由沉降時(shí)服從斯托克斯定律的最大粒徑及服從牛頓定律的最小粒徑。 解 查附錄3得15℃空氣密度ρ=（1.205 +1.247）/2=/m3， 黏度μ=（1.81+1.77）×10－5/2=1.79×10－5Pa·s。 斯托克斯定律區(qū)最大粒徑時(shí)，Ret 沉降速度 同理，牛頓定律區(qū)最小粒徑時(shí)， Ret 沉降速度 3-7 使用附圖所示標(biāo)準(zhǔn)式旋風(fēng)分離器收集流化床鍛燒器出口的碳酸鉀粉塵，在旋風(fēng)分離器入口處，空氣的溫度為200℃，流量為3800 m3/h（200℃）。粉塵密度為2290 kg/m3，旋風(fēng)分離器直徑D為650mm。求此設(shè)備能分離粉塵的臨界直徑dc。

49、 解 臨界直徑計(jì)算公式 查附錄3得200℃空氣黏度μ=2.6×10－5Pa·s。 標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器Ne=5 進(jìn)口氣速 習(xí)題3-7、3-9附圖 3-8 速溶咖啡粉的直徑為60μm，密度為1050kg/m3，由500℃的熱空氣帶入旋風(fēng)分離器中，進(jìn)入時(shí)的切線速度為20m/s。在器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)半徑為。求其徑向沉降速度。又若在靜止空氣中沉降時(shí)，其沉降速度應(yīng)為多少？ 解 查附錄3可知500℃空氣黏度μ=3.62×10－5Pa·s， 密度ρ

50、=0.456 kg/m3 假設(shè)離心沉降處于Stokes區(qū)，徑向沉降速度 驗(yàn)算： Rer，假設(shè)不成立。 重新假設(shè)沉降處于阿倫區(qū)， 計(jì)算得ur=/s 驗(yàn)算： Rer，假設(shè)成立，計(jì)算結(jié)果正確。 若在靜止空氣中沉降，假設(shè)沉降處于Stokes區(qū)， 重力沉降速度 驗(yàn)算: Ret 假設(shè)成立，計(jì)算結(jié)果正確。 3-9 某淀粉廠的氣流干燥器每小時(shí)送出10000m3帶有淀粉顆粒的氣流。氣流溫度為80℃，此時(shí)熱空氣的密度為1.0 kg/m3，黏度為0.02mPa·s。顆粒密度為1500 kg/m3。采用附圖所示標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器，器身直徑D=1000mm。試估算理論上可分離的最小直徑及設(shè)備的流

51、體阻力。 解 旋風(fēng)分離器入口速度 理論上可分離的最小直徑及臨界直徑 設(shè)備的流體阻力 3-10 某板框壓濾機(jī)恒壓過(guò)濾1h，共送出濾液11m3，停止過(guò)濾后用3m3清水（其黏度與濾液相同）在同樣壓力下進(jìn)行濾餅的橫穿洗滌。設(shè)忽略濾布阻力，求洗滌時(shí)間。 解 若忽略介質(zhì)阻力，由恒壓過(guò)濾方程得m6/h 洗滌速率 == 洗滌時(shí)間 3-11 板框過(guò)濾機(jī)的過(guò)濾面積為2，在表壓150kPa恒壓下，過(guò)濾某種懸浮液。4h后得濾液80m3。過(guò)濾介質(zhì)阻力忽略不計(jì)。試求： （1）當(dāng)其它情況不變，過(guò)濾面積加倍，可得濾液多少？ （2）當(dāng)其它情況不變

52、，操作時(shí)間縮短為2h，可得濾液多少？ （3）若過(guò)濾4h后，再用5m3性質(zhì)與濾液相近的水洗滌濾餅，問(wèn)需多少洗滌時(shí)間？ （4）當(dāng)表壓加倍，濾餅壓縮指數(shù)為0.3時(shí)，4h后可得濾液多少？ 解 由恒壓過(guò)濾方程，得 m6/h （1）當(dāng)其它情況不變，過(guò)濾面積加倍， 濾液量也加倍，此時(shí)V=160m3 （2）當(dāng)其它情況不變，操作時(shí)間縮短為2h，，濾液量為 m3 （3）洗滌速率 == 洗滌時(shí)間 （4）當(dāng)表壓加倍，濾餅壓縮指數(shù)為0.3時(shí)，由得 3-12 以總過(guò)濾面積為2，濾框厚25mm的板框壓濾機(jī)過(guò)濾20℃下的CaCO3懸浮液。懸浮液含CaCO3質(zhì)量分率為13.9%，濾餅中含水的質(zhì)量分率為5

53、0%，純CaCO3密度為2710kg/m3。若恒壓下測(cè)得其過(guò)濾常數(shù)K=1.57×10－5m2/s，qe=3/m2。試求該板框壓濾機(jī)每次過(guò)濾（濾餅充滿濾框）所需的時(shí)間。 解1 據(jù)恒壓過(guò)濾方程 得 濾餅體積即 V濾框×0.025=3 設(shè)1m3濾餅含水量xkg，則含碳酸鈣也是xkg 得x= 生成1m3 ×2）/1000=3 ×0.00125=3 過(guò)濾終了時(shí)單位面積的濾液量q=V/A3/m2 由恒壓過(guò)濾方程 (0.0474+0.00378)2=×10－5(θ+0.91) θ=166s 解2 以100kg濾漿為基準(zhǔn)，則 因?yàn)? ，

54、所以 得 同理，由恒壓過(guò)濾方程 (0.0474+0.00378)2=×10－5(θ+0.91) θ=166s 3-13 有一葉濾機(jī)，自始至終在恒壓下過(guò)濾某種懸浮液時(shí)，得出過(guò)濾方程式為：q2+20q=250θ 式中 q——L/m2； θ——min。 在實(shí)際操作中，先用5min作恒速過(guò)濾，此時(shí)壓強(qiáng)由零升至上述試驗(yàn)壓強(qiáng)，以后維持此壓強(qiáng)不變進(jìn)行恒壓過(guò)濾，全部過(guò)濾時(shí)間為20min。試求： （1）每一循環(huán)中每平方米過(guò)濾面積可得濾液量； （2）過(guò)濾后用濾液總量1/5的水進(jìn)行濾餅洗滌，問(wèn)洗滌時(shí)間為多少？ 解 （1）由恒壓過(guò)濾方程 q2+20q=2

55、50θ 得 qe=10L/m2 K=250 L/(m4?min) 恒速過(guò)濾速度 所以恒速過(guò)濾階段獲得濾液 qR= L/m2 由先恒速后恒壓過(guò)濾方程 得 每一循環(huán)中每平方米過(guò)濾面積可得濾液量q= L/m2 （2）洗滌時(shí)間 3-14 有一轉(zhuǎn)筒過(guò)濾機(jī)，轉(zhuǎn)速為2r/min，每小時(shí)可得濾液4m3?，F(xiàn)要求每小時(shí)得濾液5m3，試求每分種轉(zhuǎn)數(shù)及濾餅厚度的變化。設(shè)操作中真空度不變，過(guò)濾介質(zhì)阻力可忽略。 解 因轉(zhuǎn)筒以勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，故浸沒(méi)度ψ就是轉(zhuǎn)筒表面任何一小塊過(guò)濾面積每次浸入濾漿中的時(shí)間（即過(guò)濾時(shí)間

56、）θ與轉(zhuǎn)筒回轉(zhuǎn)一周所用時(shí)間T的比值。若轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速為n r/min，則 在此時(shí)間內(nèi)，整個(gè)轉(zhuǎn)筒表面上任何一小塊過(guò)濾面積所經(jīng)歷的過(guò)濾時(shí)間均為 每分鐘獲濾液量 過(guò)濾介質(zhì)阻力可忽略，則 所以 n′=2× 第四章 傳 熱 4-1 紅磚平壁墻，厚度為500mm，一側(cè)溫度為200℃，另一側(cè)為30℃。設(shè)紅磚的平均導(dǎo)熱系數(shù)取0.57W/（m·℃），試求： （1）單位時(shí)間、單位面積導(dǎo)過(guò)的熱量； （2）距離高溫側(cè)350mm處的溫度。 解

57、(1) 已知 b=500mm=，t1=30℃, t2=200℃,λ=0.57W/（m·℃） q=λ（t2- t1）/b2 (2) b=350mm=, t2=200℃, q=193.8 W/m2 t1= t2- qb/λ =200-119 =81℃ 4-2 用平板法測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)。平板狀材料的一側(cè)用電熱器加熱，另一側(cè)用冷卻水通過(guò)夾層將熱量移走。所加熱量由加至電熱器的電壓和電流算出，平板兩側(cè)的表面溫度用熱電偶測(cè)得（見(jiàn)附表）。已知材料的導(dǎo)熱面積為2，其厚度為，測(cè)得的數(shù)據(jù)如下，試求： （1）材料的平均導(dǎo)熱系數(shù)； （2）設(shè)該材料的導(dǎo)熱系數(shù)為，試求和a'。 習(xí)題4-2 附表

58、電熱器 材料表面溫度/℃ 電壓/V 電流/A 高溫側(cè) 低溫側(cè) 140 300 100 114 200 50 解 (1) 已知S= m2，b=，熱損失忽略不計(jì)。 Q1=140×2.8=λ1 λ1= W/（m·℃） Q2=114×2.28=λ2 λ2= W/（m·℃） =(λ1+λ2)/2=(λ1+λ2 W/（m·℃） (2) 根據(jù)，可得 解得W/(m·℃) 4-3 某燃燒爐的平壁由下列三種磚依次徹成； 耐火磚：導(dǎo)熱系數(shù)=1.05 W/（m·℃）； 厚度b1=； 絕熱磚：導(dǎo)熱系數(shù)=0.151 W/（m·℃）

59、 每塊厚度b2=； 普通磚：導(dǎo)熱系數(shù)=0.93 W/（m·℃） 每塊厚度b3=； 若已知耐火磚內(nèi)側(cè)溫度為1000℃，耐火磚與絕熱磚接觸處溫度為940℃，而絕熱磚與普通磚接觸處的溫度不得超過(guò)138℃，試問(wèn)： （1）絕熱層需幾塊絕熱磚？ （2）此時(shí)普通磚外側(cè)溫度為多少？ 解 (1)已知=1.05 W/（m·℃），=0.151 W/（m·℃），=0.93 W/（m·℃），b1=， b2=，b3=，t1=1000℃, t2=940℃, t3<138℃。假定絕熱磚和與普通磚接觸處的溫度為138℃，穩(wěn)定傳熱下各層磚的傳熱通量相等，則 q1=λ1（t1- t2）/b1=1.05

60、×（1000-940）/0.23=273.91 W/m2 q1=q2=λ2（t2- t3）/(nb2)= ×（940-138）/(n×) n=1.92，取n=2 (2) 設(shè)普通磚外側(cè)溫度為t4,當(dāng)n=2時(shí)，絕熱磚與普通磚接觸處的溫度t3不是138℃，應(yīng)通過(guò)計(jì)算求得。根據(jù) q1= q2=λ2（t2- t3）/(nb2)= ×（940- t3）/(2×)， t3=℃ 對(duì)于普通磚, q3=q1=λ3（t3- t4）/b3 t4= t3- q1b3/λ3 =℃ 解法2： q1= q4= t4=℃ 4-4 Φ60×3mm鋁合金管（導(dǎo)熱系數(shù)按不銹鋼管選?。?，外包一層厚30mm

61、石棉后，又包一層30mm(m·℃)(m·℃)。又已知管內(nèi)壁溫度為-110℃，軟木外側(cè)溫度為10℃，求每米管長(zhǎng)所損失的冷量。若將兩保溫材料互換，互換后假設(shè)石棉外側(cè)的溫度仍為10℃不變，則此時(shí)每米管長(zhǎng)上損失的冷量為多少？ 解 (1) 管規(guī)格為Φ60×3mm，因此b1=3mm=, b2= b3=30mm=m, d1=60-2×3=54mm, d2=60mm, d3=60+30×2=120mm, d4=60+30×2=180mm，查書(shū)后附錄11，壁的導(dǎo)熱系數(shù)近似取λ1= W/（m·℃），λ2=0.1 6 W/（m·℃）, λ3=0.04W/(m·℃)，t1=-110℃，t4=10℃。 dm1= (

62、d2- d1)/ln (d2/ d1)=(60-54)/ ln(60/54)==，同理 dm2==656m dm3== （2）λ2= W/（m·℃）, λ3W/(m·℃) W/m 4-5空心球內(nèi)半徑為r1、溫度為ti，外半徑為r0、溫度為t0，且ti＞t0，球壁的導(dǎo)熱系數(shù)為λ。試推導(dǎo)空心球壁的導(dǎo)熱關(guān)系式。 解 對(duì)半徑為r、厚度為dr的微元球?qū)?，根?jù)傅立葉定律，有 對(duì)上式積分得 4-6 在長(zhǎng)為3m，內(nèi)徑為53mm的管內(nèi)加熱苯溶液。苯的質(zhì)量流速為172kg/（s·m2）。苯在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下：Pa·s；W/( m·℃)；kJ/(kg·℃

63、)。 試求苯對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)。 解 已知l=3m，di=，Pa·s，W/m·℃，kJ/(kg·℃)。 Pr= 因?yàn)?，l/d=56.6<60，所以根據(jù)NuRePr 計(jì)算的傳熱系數(shù)應(yīng)乘以校正項(xiàng)[1+(di/l)]，即 W/（m2·℃） 4-7 有一套管換熱器，內(nèi)管為Φ25×1mm，外管為Φ38×。冷水在環(huán)隙內(nèi)流過(guò)，用以冷卻內(nèi)管中的高溫氣體，水的流速為/s，水的入口溫度為20℃，出口溫度為40℃。試求環(huán)隙內(nèi)水的對(duì)流傳熱系數(shù)。 解 該題為求環(huán)隙內(nèi)(非圓形管)流體的對(duì)流傳熱系數(shù)。水的定性溫度為(20+40)/2=30℃，查附錄4，得ρ3，μ=80.07×10-5Pa·s，Pr=

64、5.42，λ＝61.76×10-2 W/( m·℃)。 當(dāng)量直徑為 <104 根據(jù)NuRePr[1-(6×105)/Re]，有 W/（m2·℃） 4-8 某無(wú)相變的流體，通過(guò)內(nèi)徑為50mm的圓形直管時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)為120W/(m2·℃)，流體的Re=2×104。假如改用周長(zhǎng)與圓管相等，高與寬之比等于1∶2的矩形管，而流體的流速增加0.5倍，試問(wèn)對(duì)流傳熱系數(shù)有何變化？ 解 設(shè)矩形管的高為a，則寬為2a，根據(jù)題意，2(a+2a)=，解得a=。 矩形管的當(dāng)量直徑de= ，因?yàn)榱黧w的密度和黏度不變，因此 >10000，因此可以用NuRePr計(jì)算。 因此矩形管內(nèi)流體的對(duì)流

65、傳熱系數(shù)比圓形管增加了49%。 4-9 某廠用冷水冷卻柴油。冷卻器為Φ14×8mm鋼管組成的排管，水平浸于一很大的冷水槽中，冷水由槽下部進(jìn)入，上部溢出，通過(guò)槽的流速很小。設(shè)冷水的平均溫度為42.5℃，鋼管外壁溫度為56℃，試求冷水的對(duì)流傳熱系數(shù)。 解 該題屬無(wú)相變大空間冷水的自然對(duì)流傳熱，可根據(jù)Nu=c（GrPr）n計(jì)算水對(duì)流傳熱系數(shù)，即。 水的定性溫度t=℃，該溫度下水的有關(guān)物性由附錄4查得： λ＝64.78×10-2W/（m·℃），μ=5×10-5Pa·s，ρ=/m3，Pr，4.49×10-41/℃。 其中 l=do=m m2/s 所以 GrPr

66、=527817×=×106 由教材表4-4查得：c=0.53，。所以 W/（m2·℃） 4-10 室內(nèi)有二根表面溫度相同的蒸氣管，由于自然對(duì)流兩管都向周?chē)諝馍⑹崃?。已知大管的直徑為小管直徑?0倍，小管的（Gr·Pr）=108。試問(wèn)兩水平管單位時(shí)間、單位面積的熱損失的比值為多少？ 解 設(shè)大管直徑為d，小管直徑為，，室內(nèi)溫度為t。因?yàn)閮筛魵夤鼙砻鏈囟认嗤?，所以兩管與空氣的傳熱溫差△t相等，空氣的定性溫度相同，Pr準(zhǔn)數(shù)相等。 對(duì)于無(wú)相變大空間自然對(duì)流傳熱系數(shù)，可根據(jù)計(jì)算，式中l(wèi)=d。 根據(jù)，大管的（GrPr）大=103×108，由教材表4-4查得，大管的c=0.13，，小管的=0.53，。所以 兩管單位時(shí)間、單位面積熱損失比值為： q大/ q小=α大/(α小)=＝9 4-11 飽和溫度為100℃的水蒸氣在長(zhǎng)3m、外徑為的單根黃銅管表面上冷凝。銅管堅(jiān)直放置，管外壁的溫度維持96℃，試求每小時(shí)蒸氣的冷凝量。 又若將管子水平放置，蒸氣的冷凝量又為多少？ 解 飽和蒸氣的溫度ts=100℃，由附錄7查得冷凝潛熱rkJ/kg，壁面溫度tw=96℃。冷凝液的