化工原理习题解答祁存谦.pdf

1 祁存谦 丁楠 吕树申 化工原理习题解答 第 1 章 流体流动 第 2 章 流体 输送 第 3 章 沉降 过滤 第 4 章 传热 第 5 章 蒸发 第 6 章 蒸馏 第 7 章 吸收 第 9 章 干燥 第 8 章 萃取 第 10 章 流态化 广州 中山大学化工学院 （ 510275） 2008/09/28 2 第 1 章 流体流动 1-1容器 A 中气体的表压力为 60kPa ，容器 B 中的气体的真空度为 Pa102.1 4 。试分 别求出 A、 B 二容器中气体的绝对压力为若干 Pa 。该处环境大气压等于标准大气压。（答： A,160kPa ； B,88kPa ） 解：取标准大气压为 kPa100 ，所以得到： k Pa16010060 AP ； k Pa8812100 BP 。 1-2某设备进、出口的表压分别为 12kPa- 和 157kPa ，当地大气压为 101.3kPa ，试 求此设备进、出口的压力差为多少 Pa 。 (答： 169kPa- ) 解： k Pa16915712 出进 PPP 。 1-3为了排除煤气管中的少量积水，用如图示水封设备，水由煤气管道上的垂直支管排 出，已知煤气压力为 10kPa （表压）。问水封管插入液面下的深度 h 最小应为若干？ （答： m02.1 ） 解： m02.1 8.910 1010 3 3 gPH 习题 1-3 附图 1-4某一套管换热器，其内管为 mm,25.3mm5.33 外管为 mm5.3mm60 。内管 流过密度为 3m1150kg ，流量为 1h5000kg 的冷冻盐水。管隙间流着压力（绝压）为 MPa5.0 ，平均温度为 C00 ，流量为 1h160kg 的气体。标准状态下气体密度为 3m1.2kg ，试求气体和液体的流速分别为若干 1sm ？ （ 答： 1L sm11.2U ； 1g s5.69mU ） 习题 1-4 附图 解： mm27225.35.33 内d ， mm5325.360 外d ； 对液体： 1 22 sm11.2027.01150 3600/50004 4 / 内d m A Vu ll l ll ； 对气体： 0 1 0 1 PP 356 0 101 mkg92.51001325.1 105.02.1 P P ， 3 224 内外内外 DdAAA g 2322 m1032.10335.0053.04 ， 13 sm69.592.51032.1 3600/160/ g gg g gg AmAVu 。 1-5 C250 水在内径为 50mm 的管内流动，流速为 1s2m 。试求雷诺准数为若干？ （ 答： 51012.1 ） 解： 51012.1Re du 。（ C250 下水的 ， 查物性手册） 1-6（ 1）设流量为 1s4L ，水温 C200 ，管径为 mm5.3mm57 ，试判断流动类型。 （ 2）条件与上 相同，但管中流过的是某种油类，油的运动黏度为 12 scm4.4 ，试判断流 动类型。 （答：（ 1） 51001.1 ，湍流 ； (2) 2000231 ，层流） 解： mm5025.357 d ， 1 2 3 2 sm04.205.0 10444 dqAqu VV ， 查物性手册得 C200 下水的密度和粘度分别为： 3mkg2.998 ， sPa10004.1 3 ， 40001001.110004.1 04.205.02.998Re 53 du 所以流体在管内的流动类型为湍流； 2000231104.4 04.205.0Re 4 dudu 所以流体在管内的流动类型为层流。 1-7密度为 3m1800kg 的某液体经一内径为 mm60 的管道输送到某处，若其流速为 1s8m.0 ，求该液 体的体积流量 13 hm ，质量流量 1skg 和质量流速 12 smkg 。 （答： 13 hm148 ； 1skg074 ； 12 smkg1440 ） 解： 4 8.006.04 22 udAuq V 13133 hm148sm1026.2 ， 13 skg07418001026.2 Vm qq ， 122 smkg1440)06.00785/(07.4/ Aqu mm 。 1-8有一输水管路， C200 的水从主管向两支管流动，主管内水的流速为 1sm06.1 ， 支管 1 与 支 管 2 的水流量分别为 13 hkg1020 与 13 hkg1010 。 支 管 为 mm5.3mm89 。试求：（ 1）主管的内径；（ 2）支管 1 内水的流速。 (答：（ 1） 0.1md ；（ 2） 1s1.053m ) 习题 1-8 附图 4 解： Auq ， 21 qqq 233 m1088.706.12.998 3600/10)1020( uqA ， 42dA m1.01088.744 3 Ad ； 11 Auq ， 42 31 1 1025.3892.998 3600/10204 Aqu 12 smkg053.1 。 1-9已知水在管中流动。在截面 1 处的流速为 1s0.5m 。管内径为 0.2m ，由于水的 压力产生水柱高为 1m ；在截面 2 处管内径为 0.1m 。试计算在截面 1、 2 处产生水柱高度差 h 为多少？（忽略水由 1 到 2 处的能量损失） （答： 0.191m ） 习题 1-9 附图 解： 122 2 112 sm21.0 2.05.0 dduu ， 对截面 1 与截面 2 列伯努利方程： gPgugPgu 2 22121 22 guugPP 2_ 212221 ， ghPPP 21 ， m191.0 8.92 5.022 _ 22212221 g uug PPgPh 。 1-10图示吸液装置中，吸入管尺寸为 mm5.2mm32 ，管的下端位于水面下 m2 ， 并装有底阀及拦污网，该处的局部压头损失为 gu28 2 。若截面 2-2 处的真空度为 kPa2.39 ， 由 1-1 截面至 2-2 截面的压头损失为 gu221 2 。求：（ 1）吸入 管中水的流量， 13 hm ;（ 2） 吸入口 1-1 处的表压。 (答：（ 1） 13 h2.95m ；（ 2） Pa101.04 4 ) 5 习题 1-10 附图 解：以水面为基准面，在基准面与 1-1 截面间列伯努利方程： fhuPgZuPgZ 22 211 1 200 0 ， 00Z , 00P （表压）， 00u ， m21 Z ， guhf 28 21 ， 代入上式得： guuP 2828.920 21211 2962.19 211 uP 在 1-1 截面与 2-2 截面间列伯努利方程： 21 222 2 211 1 22 fhuPgZuPgZ ， m21 Z ， 21 uu ， m32 Z ， kPa2.392 P （表压）， guhf 221 2121 ， 代入上式得： 41000 102.398.951 213 uP 由 与 解得： 11 sm43.1 u ， 121 4 udAuqV 1342 hm95.4360043.11025.2324 ； 由 式可以解得： Pa1004.1 41 P 。 1-11在图示装置中，出水管直径为 mm5.3mm57 。当阀门全闭时，压力表读数为 30.4kPa ,而在阀门开启后，压力表读数降至 20.3kPa ，设总压头损失为 0.5m （水柱），求 水的流量为若干 13 hm ? ( 答： 13 h22.8m ) 6 习题 1-11 附图 解：取水面为 00 截面，压力表处为 11 截面，以压力表管中心线为基准面。故 00P ， 01Z 。 当阀门全关闭时： kPa4.301 P ， 由流体静力学原理得： 1100 PgZPgZ m1.38.91000 104.30 310 gPZ ， 当阀门打开后，在 00 截面与 11 截面间列伯努利方程： fhgugPZgugPZ 22 211 1 200 0 式中 00u ， kPa3.201 P ， 水柱m5.0hf ， 11 sm22.3 u ， 121 4 udAuqV 13 2 hm8.223600 4 22.325.357 。 1-12在水平管道中，水的流量为 13-3 sm102.5 ,已知管内径 cm5.25 cm , 21 dd , 及 1m1h 。若忽略能量损失，问联接于该管收缩断面上的水管，可将水自容器内吸上高度 2h 为多少？ （ 答： 0.234m ） 习题 1-12 附图 解： 1 2 3 21 sm27.105.0 105.244 dqAqu VV ， 122 2 112 sm08.5025.0 05.027.1 dduu ， 以管中心线为基准面，取 1d 处为 1-1 面， 2d 处为 2-2 面，在 1-1 面与 2-2 面 间列伯努利方程 ： 7 gugPZgugPZ 22 222 2 211 1 ， 又有 021 ZZ guugPP 2 212221 ， m234.018.92 27.108.52 221212222 hg uugPh 。 1-13求常压下 C350 的空气以 1sm21 的流速流经 m120 长的水平通风管的能量损失， 管道截面为长方形，高 300mm ，宽 200mm 。（ 0005.0d设 ） （答： 66.1m 气柱， 这个答案与读图很有关系） 解： m24.0 2.03.02 2.03.042 4 ba abde ， 56 108.11035.18 1224.01465.1Re d e u ， 由 0005.0d ，查图得 018.0 ， 气柱m1.668.92 1224.0120018.02 22 gudelh f 。 1-14如图所示，某一输油管路未装流量计，但在 A 与 B 点压力表读数分别为 MPa47.1Ap , MPa43.1Bp 。试估计管路中油之流量。已知管路尺寸为 mm4mm89 的无缝钢管， A、 B 两点间长度为 m40 ，其间还有 6 个 090 弯头，油的密 度为 3m820kg ，黏度为 smPa121 。（答： 13 h17.6m ） 习题 1-14 附图 解：取 A 点的水平面为基准面，在 A 与 B 间列伯努利方程： fBBBAAA huPgZuPgZ 22 22 式中： BA uu ， 0AZ ， m15.05.1 BZ BABf PPgZh 16 kgJ98.38820 1043.147.18.91 ， 8 2 2u dllh ef ， 代入 得： 22 91.351 2356081.0 4098.38 uu 111.02 u ， 假设为层流，则： uudu 117.0820081.0 101216464Re64 3 ， 将 代入 中得： 1sm949.0 u ， 校核 Re 6.522 10121 952.0081.0820Re 3 du 与假设相符， 132 hm6.173600949.0081.04 Auq V 。 1-15水从水塔用 mm4mm108 有缝钢管引至车间的低位水槽中，水槽与水塔的液 位差为 12m ，管路长度为 150m （包括管件的当量长度）。水温为 C120 ，试求此管路输水 量为若干 13 hm （设 002.0d ）。 （答： 13 hm3.72 ） 解：由 C12t 查得： sPa00124.0 ， 取低位水槽水面为基准面，在低位水槽和水塔间列伯努利方程： fBBBAAA huPgZuPgZ 22 22 式中： m12 BA ZZ ， BA PP ， BA uu 22udlhZZg fBA 21.015012 2ug 157.02 u ， uudu 41006.8 00124.0 1.04.999Re ， 由 002.0d 查图并用试差法求得： 024.0 ， 1sm56.2 u ， 132 hm3.72360056.21.04 Auq V 。 1-16在管径为 mm8mm325 的管道中心装一皮托管，以测定管道中流过的空气流 量，空气温度为 C210 ，压力为 Pa1047.1 5 （绝压），用斜管压差计测量，其读数为 O200mmH2 。斜管压差计的倾斜角度为 20 度。问这时空气质量流量为若干？ （答： 1s2.98kg ） 9 解： mm4.6820si n200si n RR ， 3 5 5 mkg75.1 212731001.1 293.12731047.1 TP TP ， 0m a x 2 gRu 1sm7.2775.1 75.110000684.08.92 ， 5 5m a xm a x 103.81081.1 7.27309.075.1Re du ， 查图得： 82.0 max u u ， 1m a x sm7.227.2782.082.0 uu ， 12 sk98.275.17.22309.04 gAuq m 。 1-17密度为 3m1000kg 的液体，以 1s319kg 的流量流经一内径为 0.5m 的管道， 该液体的黏度为 smPa29.1 ,若流过孔板的压力降不超过 24.5kPa ,问孔板的孔径为若干 ? (答： m3.00 d ) 解： PdCqV 24 200 式中： 13 sm319.0 1000319 mV qq ， kPa5.24P ， 3mkg1000 495.51000 105.2424319.0 32 00 dC 06.0495.5 319.02 00 dC ， 2 0 202 1 02 425.0 dddd ， 查图并用试差法得： 36.02 ， 67.00 C ， 故 m3.00 d ， 验证： Adqdu V Re 523 103.65.01029.1 319.05.010004 （在直线段）， 所以得到： m3.00 d 。 第 2 章 流体 输送 2-1某离心泵以 C150 水进行泵性能实验，体积流量为 13 h540m ，泵出口压力表读 数为 kPa350 ，泵入口真空表读数为 30kPa 。若压力表和真空表测压截面间的垂直距离为 350mm ，吸入管和压出管内径分别为 350mm 及 310mm ，试求泵的扬程。（ 答： 39.2m ） 10 解： 1313 sm15.0hm540 Vq ， 1 222 sm99.131.0 15.04 Aqu V ， 1 211 sm56.135.0 15.04 Aqu V ， g uugPgPhg uuHHhH 22 212221 0 2122 210 m2.398.92 56.199.18.91000 10308.91000 1035035.0 2233 。 2-2在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮水池经换热器送到另一个高位槽。 已知高位槽液面比贮水池液面高出 10m ，管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为 400m ，管内径为 75mm ，换热器的压头损失为 gu2322 ，在上述条件下摩擦系数可取为 03.0 ，离心泵在转速 1minr2900 n 时的 VqH 特性曲线数据如下表所示。 13 sm/ Vq 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 m/H 26 25.5 24.5 23 21 18.5 15.5 12 8.5 试 求：（ 1 ）管 路特性曲 线；（ 2 ）泵 的工作点 及其 相应流 量及 压头 。 （答 ： 13 s0 .0 0 4 5 m2 0 m ,H Vq ） 解：设管路特性曲线为 2VBqAH ， 222 8.910 8.9232075.0 40003.010232 uugudlZH ， 2075.04 VV qAqu 代入上式得： 25 42 2 1003.510 075.0168.910 VV qqH ， 计算列表如下： 13 sm/ Vq 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 m/H 10 10.5 12 14.5 18 22.6 28.1 34.6 42.2 作泵的特性曲线和管路特性曲线图得： 11 由图可以看出，泵的工作点为两条特性曲线的交点。 工作点： m20H ， 13 sm0045.0 Vq 。 2-3某离心泵的额定流量为 13 h16.8m ，扬程为 18m 。试问此泵是否能将密度为 3m1060kg 、流量为 13 h15m 的液体，从敞口贮槽向上输送到表压为 30kPa 的设备中， 敞口贮槽与高位设备的液位的垂直距离为 8.5m 。已知管路的管径为 mm75.3mm5.75 ， 管长为 124m（包括直管长度与所有管件的当量长度），摩擦系数为 0.03 。 （答： 此 泵合用 ） 解： 1 2 sm15.13600200375.00755.0 154 Aqu V 18mm1.158.92 15.1068.0 12403.08.91060 10305.82 232 gudlgPZH 离心泵的送液能力和扬程都大于管路系统所要求的，故此泵合用。 2-4由山上的湖泊中引水至某贮水池，湖面比贮水池面高出 m45 ，管道 流量达到 13 sm085.0 ,试选择管直径为多少？假定所选管道的磨檫系数 0.02 。经长期使用，输 水管内壁锈蚀，其磨檫阻力系数增大至 0.03 。问此时水的流量减至若干？（ 答： m235.0d ， 13 sm069.0 vq ） 解： 222 11.0085.044 dddqAqu VV ， 因为水在管内的流速一般取 1sm31 ，我们取 1sm2 u ， 此时： m235.0 211.0 d ，选用 mm19273 的热轧无缝钢管。 在湖面和贮水池面之间列伯努利方程得： fhuPgZuPgZ 22 222 2 211 1 式中： m451 Z ， 21 PP ， 21 uu ， 02Z ， gudlhf 2 22 gudl 245 2 ，又 24dqAqu VV 12 222211 VV qq ， 13 1212 sm069.0085.003.0 02.0 VV qq 2-4 由山上的湖泊中引水至某贮水池，湖面地面高出 45m，管道总长 4000m （包括直 管长度和局部阻力当量长度），要求流量达到 13 sm085.0 。若使用新铸铁管，其 摩擦阻力系数 0.02 ，则铸铁内径需多大？经长期使用，铸铁管内壁腐蚀，其摩擦阻力 系数增大至 0.03 ，问此时水流量减至若干？ 解：在 湖 面和 贮水池 面 之间列伯努利方程得： gudlgugpZgugpZ 222 2222 2 211 1 因为 021 pp （表压）， 0,0 21 uu 所以 gud 2400002.045 2 （ 1） 因为 085.0 4 2 udV 所以 21082.0du 代入式 (1)得 00106.05 d 所以 md 254.0 : 当 0.03 时 ,代入式 (1)得 gu20254400003.045 2 1367.1 smu 132 0692.0367.10254785.0 smV 2-5某工艺装置的部分流程如下图所示。已知各段管路均为 3.5mm57mm 的无缝钢 管， AB 段和 BD 段的总长度（包括直管与局部阻力当量长度）均为 00m2 ， BC 段总长度 为 20m1 。管中流体密度为 3mkg800 ,管内流动状况均处于阻力平方区，且 0.025 ， 其它条件如图所示，试计算泵的流量和扬程。 （ 答： 34.0mH ， 13 hm8.16 vq ） 图 2-27 习题 2-5 附图 解：以地面为基准面。 13 在 E 和 F 之间列伯努利方程得： FEfFFFEEE hg ugPZgugPZ 22 22 其中： RZZ FE ， FE PP ， FE uu ， guh FFEf 2 2 R guF 2 2 1sm00.1 5.4 23.08.922 gRu F ， 即在 BD 段中流体的流速 1sm00.1 u ， 在 B 与右侧贮液器之间列伯努利方程得： rBfrrrBBB hg ugPZgugPZ 22 22 在 B 与 C 之间列伯努利方程得： CBfCCCBBB hg ugPZgugPZ 22 22 由 得： CBfCCCrBfrrr hg ugPZhgugPZ 22 22 其中： m4rZ ， Pa1001.1 5rP ， 0ru ， m5.14CZ ， Pa1001.176094 5CP ， guh DrBf 205.0200025.0 2 ， guh CrBf 205.0120025.0 2 8.9205.0120025.08.928.9800760 1001.1945.148.92 00.105.0200025.008.9800 1001.14 22525 CC uu 21.31.160.22 Cu 1sm38.1 1.3 1.160.22 Cu ， 由分支管路特性知： DCB ududud 222 1sm38.200.138.1 Bu ， 在 B 与左侧贮液器之间列伯努利方程得： HgugPZhgugPZ llllBfBBB 22 22 其中： m4lZ ， Pa1001.1 5lP ， 0lu ， guh BlBf 205.0200025.0 2 ， m0.22 2 2 gugPZ BBB m0.3408.9800 1001.148.92 38.205.0200025.00.22 52 H 泵的流量 1322 hm8.16360038.205.044 BV udAuq 14 第 3 章 沉降 过滤 3-1、试求直径 m70 ，密度为 3m650kg2 的球形石英粒子，在 C200 水中及在 C200 空气中的沉降速度。 （答： 13 sm1038.4 ， 11 sm1097.3 ） 解： 在 C20 水中的沉降速度 先假定此沉降属层流区，可按斯托克斯定律求 tu ， 查表得 C20 水的 3mkg2.998 ， sPa10004.1 3 ， 13 3 262 sm1038.4 10004.118 8.92.9982650107018 gdu st 复核： 147.0 10004.1 2.9981079.61070Re 3 36 tt du 与假定相符； 在 C20 空气中的沉降速度 先假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求 tu ， 查表得 C20 空气的 3mkg205.1 ， sPa1081.1 5 ， 1 5 262 sm39.0 1081.118 8.9205.12650107018 gdu st 复核： 182.1 1081.1 205.139.01070Re 5 6 tt du 与假定不符， 再设该沉降属于过渡区，按艾伦定律求 tu ， 6.0Re27.0 tst gdu 6.06 82.1205.1 8.9205.12650107027.0 111 1097.3sm397.0 sm 复核： 864.1 1081.1 205.1397.01070Re 5 6 tt du 属于过渡区，与假定相符。 3-2、有一玉米淀粉水悬浮液，温度 C200 ，淀粉颗粒平均直径为 m15 ，淀粉颗粒吸 水后的密度为 3mkg1020 ，试求颗粒的沉降速度。 （答： 16 sm1066.2 tu ） 解：先假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求 tu ， 已知： mmd 6101515 ， 31020 mkgs ， 查表得 20的水的 32.998 mkg ， sPa 310004.1 ， 163262 1066.210004.118 8.9)2.9981020()1015(18 smgdu st 检验 etR 值： 15 11096.3 10005.1 2.9981066.21015 53 66 tet duR 计算结果表明，与假设相符，故算得的 161066.2 smu t 正确。 3-3、密度为 3mkg2650 的球形石英微粒在 C200 空气中自由沉降，计算服从斯托克 斯公式的最大微粒直径及服从牛顿公式的最小微粒直径。 （答： m3.57 ， m1510 ） 解： 层流区 Re 的上限值： 1Re tct ud ， 18 2 gd du scct 查表得 C20 空气的 3mkg205.1 ， sPa1081.1 5 ， 3 218 gd sp m5 7 . 3m1073.5 8.9205.1205.12650 1081.118 53 25 湍流区 Re 的下限值： 1000Re tct ud ， gddu scct 74.11000 3 262 1074.1 gd sp m5101m10510.1 8.9205.1205.12650 1081.11074.1 33 2562 3-4、气流中悬浮某种球形微粒，其中最小微粒为 10m ，沉降处于斯托克斯定律区。 今用一多层隔板降尘室以分离此气体悬 浮物。已知降尘室长度 10m ，宽度 5m ，共 21 层， 每层高 100mm ，气体密度为 3mkg1.1 ，粘度 cp0218.0 ，微粒密度为 3m000kg4 。 试问：（ 1）为保证最小微粒的完全沉降，可允许的最大气流速度为多少？（ 2）此降沉室最 多每小时能处理多少 3m 气体？ （答： 1sm1 ， 13 hm37800 ） 解： 1 3 262 sm01.0 100218.018 8.91.14000101018 gdu st 水平流速 1sm11.01001.0 Hluu t ； 13 hm37800360001.021510 tV Auq 。 3-5、一除尘室用以除去炉气中的硫铁矿尘粒。矿尘最小粒径 m8 ，密度为 3m000kg4 。除尘室内长 4.1m ，宽 1.8m ，高 4.2m 。室内温度为 C274 0 ，在此温度下 炉气的 黏 度 为 sPa104.3 5 ，密度为 3m.5kg0 。若每小时需处理炉气 2160 标准 3m ， 试计算除尘室隔板间的距离及除尘室的层数。 （答： m084.0 ， 50 ） 解： 13 sm54.1273 42727336002160 Vq ， 16 水平流速 1sm20.02.48.1 54.1 bHqu V ， 假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求 tu ， 13 5 262 sm101.4 104.318 8.95.0400010818 gdu st ， 每层间距 m084.01.420.0 101.4 3 luuh t ， 层数 50084.0 2.4 hHn ， 复核： 1108.4 104.3 5.0101.4108 45 36 tet duR 与假定相符。 3-6、用一个 截面为矩形的沟槽，从炼油厂的废水中分离所含的油滴。拟回收直径为 m200 以上的油滴。槽的宽度为 4.5m ，深度为 0.8m 。在出口端，除油后的水可不断从下 部排出，而汇聚成层的油则从顶部移去。油的密度为 3m70kg8 ，水温为 C200 。若每分 钟处理废水 3m 20 ，求所需槽的长度 L 。 （答： m6.26L ） 解：假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求 tu ， 查表得 20的水的 32.998 mkg ， sPa 310004.1 ， 133262 sm1079.210004.118 8.92.9988701020018 gdu st 负号代表油滴向上运动， 复核： 1557.0 10004.1 2.9981079.210200 3 36 tet duR 与假定相符， 油滴从槽底升至表面所需的时间 s2871079.2 8.0 3 t ， 故废水在槽中通过的时 间应大于 s287 ，即： 废水在槽内通过的时间 287 8.05.4 60/20 Lt m6.26L 3-7、过滤含 20% （质量）固相的水悬浮液，得到 315m 滤液。滤渣内含有 30%水分。 求所得干滤渣的量。 （答： kg4200 ） 解：设悬浮液量 1G ，湿滤渣量 2G ，干滤渣量 30.0123 GG 10001521 GG 30.0120.0 231 GGG 由上面两式可得： kg210001 G ， kg60002 G ， kg42003 G 。 3-8、用一台 25-BM S50/810 型板框压滤机 过滤某悬浮液，悬浮液中固相质量分率为 0.139 ，固相密度为 3m200kg2 ，液相为水。每一 3m 滤饼中含 500kg 水，其余全为固相。 已知操作条件下的过滤常数 125 sm1072.2 K ， 233 mm1045.3 eq 。滤框尺寸 为 mm25810 ，共 38 个框。试求：（ 1）过滤到滤框 内全部充满滤渣所需的时间及所得滤 液体积；（ 2）过滤完毕用 30.8m 清水洗涤滤饼，求洗涤时间。洗水温度及表压与滤浆的相 同。 （答： min04.4 ， 3m88.3 ， min38.6 ） 17 解：滤框尺寸： mm25810810 ，共 38 个框， 框内实际总容积为 3m615.0 ， 滤饼体 积等于全部滤框内的实际总容积即 3m615.0 ， 滤饼中含水量 kg5.307500615.0 ，体积为 3m3075.0 ， 滤饼中固相体积 3m3075.03075.0615.0 ， 滤饼中固相质量 kg9845.3075.676 ， 悬浮液的质量 kg91.4866139.0/5.676 ， 滤液的质量 kg91.388298491.4866 滤液的体积 3m88.31000/91.3882 V ， 过滤面积 29.4923881.081.0 mA ， 单位面积的滤液量 23 mm0778.09.49/8829.3 q ， 由 ee Kqq 2 式中： 125 sm1072.2 K ， 233 mm1045.3 eq ， Kqe e 2 4 .0 4 m ins2.242 （过滤时间） 清洗时间 6 . 2 8 m i ns3839.491072.2 8.01045.30178.088 5 3 KA Vqq we w 。 第 4 章 传热 4-1、 燃烧炉的平壁由下列三种材料构成 : 耐火砖的热导 率 为 ,KmW05.1 11 厚度 mm230b ；绝热砖的热导 率 为 11 KmW151.0 ；普通砖的热导 率 为 11 KmW93.0 。若耐火砖内侧温度为 C10000 , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度 为 C9400 ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过 C1300 (假设每两种砖之间接触良好界面 上的温度相等 ) 。试求：（ 1）绝热砖的厚度。绝热砖的尺寸为： mm230mm113mm65 ; (2) 普通砖外测的温度。普通砖的尺寸为： mm240mm1200 m m5 。 ( 答： m460.02 b ； C6.344 t ) 解： 第一层： 1 1 21 b tt A Q 第二 层： 2 2 32 b tt A Q 32222111 ttbttb 130940151.09401000 23.0 05.1 2 b m446.02 b 因为绝热砖尺寸厚度为 mm230 ，故绝热砖层厚度 2b 取 m460.0 ， 18 校核： 3940460.0 151.0940100023.0 05.1 t C3.1053 t ； 43332111 ttbttb C6.344 t 。 4-2、 某工厂用 mm5mm170 的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失， 在 管外包两层绝热材料：第一层为厚 mm30 的矿渣棉，其热导 率 为 11 Km0.065W ;第二 层为厚 mm30 的石棉灰，其热导 率 为 11 Km0.21W 。管内壁温度为 C3000 ，保温层外 表面温度为 C400 。管道长 m50 。试求该管道的散热量。无缝钢管热导 率 为 11 Km45W （答： kW2.14Q ） 解：已知： 11棉 Km0 .0 6 5 W ， 11灰 Km0 .2 1 W 查表得： 11 KmW54 钢 3 4 32 3 21 2 1 41 ln1ln1ln1 2 d d d d d d tt l Q 其中： 0606.0 16.0 17.0lnln 12 dd ， 302.0 17.0 23.0lnln 23 dd ， 231.0 23.0 29.0lnln 34 dd 1mW284 21.0 231.0 065.0 302.0 45 0606.0 403002 lQ ， kW2.14W1042.150284 4 Q 。 4-3、 冷却水在 mm1mm19 ，长为 m0.2 的钢管中以 1s1m 的流速通过。水温由 88K2 升至 K298 。求管壁对水的对流传热系数。 (答： 12 Km4260W ) 解：设为湍流 水的定性温度 K2932 298288 t ， 查表得： 11 CkgkJ183.4 pc ， 11 KmW5985.0 ， sPa10004.1 3 ， 3mkg2.998 ， m2l ， m017.0d ， 507.117017.02 dl ， 44 6 101069.110004.1 2.9981017.0Re du 与假设相符， 19 01.75985.0 10004.110183.4Pr 33 pc ， 4.08.0 PrRe023.0 d 124.08.04 KmW426001.71069.1017.0 5985.0023.0 。 4-4、 空气以 1s4m 的流速通过一 mm75.3mm5.75 的钢管，管长 20m 。空气入口 温度为 C320 ，出口为 C680 。试计算空气与管壁间的对流传热系数。如空气流速增加一倍。 其它条件不变，对流传热系数又为多少？（答： 12 Km18.3W ， 12 KmW7.31 ） 解：设为湍流 空气的定性温度 C502 6832 t ， 查表得： 11 CkgkJ005.1 pc ， 112 KmW1083.2 ， sPa1096.1 5 ， 3mkg093.1 ， m20l ， mm6875.325.75 d ， 50294068.020 dl ， 44 5 1010517.11083.2 093.14068.0Re du 与假设相符， 698.01083.2 1096.110005.1Pr 2 53 pc ， 4.08.0 PrRe023.0 d 124.08.042 KmW3.18698.010517.1068.0 1083.2023.0 ， 当 uu 2 时 128.08.04.08.0 KmW7.3123.182PreR023.0 d 。 1214.031 KmW1990555.0 302.020097602.0 293.086.1 。 4-5、 有一套管式换热器，外管尺寸为 mm5.2mm38 ，内管为 mm5.2mm25 的 钢管，冷水在管内以 1s0.3m 的流速流动。水进口温度为 C200 ，出口为 C400 。试求管 壁对水的对流传热系数。（答 ： 12 Km1640W ） 解：设为湍流 水的定性温度 C302 4020 t ， 查表得： 11 CkgkJ174.4 pc ， 11 KmW618.0 ， sPa105.801 6 ， 3mkg7.995 ， 20 4 6 107456105.801 7.9953.002.0Re du 与假设不符，为过度流， 41.5618.0 105.80110174.4Pr 63 pc ， 4.08.0 PrRe023.0 d 湍 124.08.0 KmW175341.5745602.0 618.0023.0 ， 9358.07456 1061Re 1061 8.0 58.0 5 f ， 12 KmW1 6 4 01 7 5 39 3 5 8.0 湍过 f 。 4-6、 现测定套管式换热器的总传热系数，数据如下：甲苯在内管中流动，质量流量为 1h5000kg ，进口温度为 C800 ，出口温度为 C500 ；水在环隙中流 动，进口温度为 C150 ， 出口为 C300 。逆流流动。冷却面积为 2m5.2 。问所测得得总传热系数为若干？ （答： 12 Km737W ） 解：甲苯的定性温度 C652 5080 t ， 查表得： 11 CkgkJ88.1 pc ， kW3.7850801088.136005000 3 21 ttGcQ p ， C50308021 Tt ， C35155012 Tt ， 23550 ， C5.422 3550 mt ， 123 KmW737 5.425.2 103.78 mtA QK 。 4-7、 在一套管式换热器中，内管为 mm10mm180 的钢管，内管中热水被冷却，热 水流量为 1h3000kg ，进口温度为 C900 ，出口为 C600 。环隙 中冷却水进口温度为 C200 ， 出口温度为 C500 ，总传热系数 12 Km2000WK 。试求： （ 1） 冷却水用量； （ 2） 并流流动时的平均温度差及所需的管子长度； （ 3） 逆流流动时的平均温度差及所需的管子长度。 （答：（ 1） 1h3000kg ；（ 2） C30.6 ， 3.4m ；（ 3） C40 ， .6m2 ） 解： 11 CkgkJ186.4 pc ， 122211 TTcGttcGQ pp 1 2 hkg30002050186.4 6090186.43000 G ； C70209011 Tt ， C10506022 Tt ， C6.30 10 70