化工原理习题课
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化工原理课后习题答案
第一章流体流动1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。
已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。
解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到：设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa=8.54×103 Pa设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/㎥的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。
在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm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？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P油≤σ螺解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762150.307×103 Nσ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×nP油≤σ螺得 n ≥ 6.23取 n min= 7至少需要7个螺钉4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。
已知两吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg／㎥。
试求当压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离ｈ。
分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1´和4－4´为等压面，2－2´和3－3´为等压面，且1－1´和2－2´的压强相等。
根据静力学基本方程列出一个方程组求解解：设插入油层气管的管口距油面高Δh在1－1´与2－2´截面之间P1 = P2 + ρ水银gR∵P1 = P4，P2 = P3且P3 = ρ煤油gΔh ， P4 = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）联立这几个方程得到ρ水银gR = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）-ρ煤油gΔh 即ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据1.0³×10³×1 - 13.6×10³×0.068 = h(1.0×10³-0.82×10³)ｈ= 0.418ｍ6. 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。
化工原理课后习题(参考答案)
解
x
1 / 17 0.0105 1 / 17 100 / 18
p* 798 E＝ 76 kPa x 0.0105 1 / 17 c 0.584 kmol / m3 (100 1) / 998 .2
0.584 H c / p 0.73kmol /(m3 kPa) 0.798 y * 798 / 100 10 3 7.98 10 3
1 1 m K Y k Y kY
1 m 比较 与 kY kX
（2）
N A KY Y Y *
5-15Байду номын сангаас在一吸收塔中，用清水在总压为0.1MPa、温度20oC条件下吸收混合 气体中的CO2，将其组成从2%降至0.1%（摩尔分数）。20oC时CO2水溶 液的亨利系数为E=144MPa。吸收剂用量为最小用量的1.2倍。试求（1） 液-气比L/G及溶液出口组成X1；（2）总压改为1MPa时的L/G及溶液出口 组成X1 解：（1）
qm qm1 qm 2 20 10 30t / h 30000 kg / h
qv qm / 30000 / 998 .2 30.05m3 / h 流速为 v 1.0m / s
d
4qv 4 30.05 0.103 m 103 mm v 3600 1.0
G(Y1 Y2 ) L( X 1 X 2 )
Y1 Y2 L G min X 1,max X 2
通过
算出最小液气比：（L/G）min
（2）解题过程类似于（1）小题
0.01 1.8 10 4 解 x1 0.01 1 997 / 18
p1 1.662 10 5 1.8 10 4 29.92 kPa
化工原理传热习题课
K：不变。
Q
t2
t m
练习3： 无相变的冷、热流体在列管式换热器中进行换热， 今若将单管程变成双管程，而其它操作参数不变， 试定性分析K、Q、T2、t2、tm的变化趋势。
t1 T2 T1 t2
答： u , h1 , K ，
T2 , t 2 , t m , Q
双管程列管式
套管式
K： K 不变 Q： Q 排除法
t2 h1、h2不变 T2： T2 t m t m
t2：
T1 T2
0
A
练习2： 在一列管式换热器中用饱和水蒸汽预热某有机溶液（无相 变），蒸汽走壳程，今若蒸汽压力变大，而其它操作参数 不变，试定性分析K、Q、t2、tm的变化趋势。
蒸汽温度 T
h2=3.5kW/m2K cp=4.187 kJ/kgK 216kg/h
Q 8.4 kJ s
油 216kg/h T1=150℃ cp=2.0 kJ/kgK， h1=1.5 kW/m2K
T 2=80℃ t1=20℃
t2 53.4C
K 0.894kW m 2 K (以外表面为基准)
tm，并
解：（1）Q w r 2100 2232 1302kw 凝 3600 Q 1302 Q wct W＝ ＝ ＝4.146kg/s ct 4.187 90－ 15 （ 2）
A实 85.4m
2
A需 A实
换热面积够用
四管程列管式
【例7-5】(P) 在一逆流换热器中将热气体从150℃冷却 至60℃，气体流经管内，冷却剂为水，温度从15℃升 至35℃，气侧给热系数为50W /(m2· ℃)，水侧给热系数 为5000W /(m2· ℃), 现工厂扩大生产能力，气体的流量 增加25%，冷却水的进口温度不变，忽略管壁和污垢 热阻，试求： ⑴ 冷却水的流量不变，气体的出口温度和冷却水 的出口温度； ⑵ 气体流量增加后，拟通过调节冷却水的流量以 使气体出口温度保持在60℃不变，调节后水的流量 和冷却水的出口温度。
Q
t2
t m
练习3： 无相变的冷、热流体在列管式换热器中进行换热， 今若将单管程变成双管程，而其它操作参数不变， 试定性分析K、Q、T2、t2、tm的变化趋势。
t1 T2 T1 t2
答： u , h1 , K ，
T2 , t 2 , t m , Q
双管程列管式
套管式
K： K 不变 Q： Q 排除法
t2 h1、h2不变 T2： T2 t m t m
t2：
T1 T2
0
A
练习2： 在一列管式换热器中用饱和水蒸汽预热某有机溶液（无相 变），蒸汽走壳程，今若蒸汽压力变大，而其它操作参数 不变，试定性分析K、Q、t2、tm的变化趋势。
蒸汽温度 T
h2=3.5kW/m2K cp=4.187 kJ/kgK 216kg/h
Q 8.4 kJ s
油 216kg/h T1=150℃ cp=2.0 kJ/kgK， h1=1.5 kW/m2K
T 2=80℃ t1=20℃
t2 53.4C
K 0.894kW m 2 K (以外表面为基准)
tm，并
解：（1）Q w r 2100 2232 1302kw 凝 3600 Q 1302 Q wct W＝ ＝ ＝4.146kg/s ct 4.187 90－ 15 （ 2）
A实 85.4m
2
A需 A实
换热面积够用
四管程列管式
【例7-5】(P) 在一逆流换热器中将热气体从150℃冷却 至60℃，气体流经管内，冷却剂为水，温度从15℃升 至35℃，气侧给热系数为50W /(m2· ℃)，水侧给热系数 为5000W /(m2· ℃), 现工厂扩大生产能力，气体的流量 增加25%，冷却水的进口温度不变，忽略管壁和污垢 热阻，试求： ⑴ 冷却水的流量不变，气体的出口温度和冷却水 的出口温度； ⑵ 气体流量增加后，拟通过调节冷却水的流量以 使气体出口温度保持在60℃不变，调节后水的流量 和冷却水的出口温度。
化工原理第一章习题课
局部阻力系数ζ （进口为0.5，出口为1） 当量长度le 4.非圆形管当量直径
4A de C
管内湍流 Re 2000
机械能衡算方程
u 2 P we gz wf 2
J/kg
例：为了测出平直等径管AD上某泄漏点M的位置，采用 如图所示的方法，在A、B、C、D四处各安装一个压力表， 并使LAB=LCD 。现已知AD段、AB段管长及4个压力表读 数，且管内流体处于完全湍流区。试用上述已知量确定泄 漏点M的位置，并求泄漏量点总流量的百分数。
2.ρ——流体密度，kg/m3（平均值）
P1 P2 3.柏式应用于可压缩流体， P1 0.2 用平均压强来计算ρm代入
机械能衡算方程
u 2 P we gz wf 2
J/kg
w f w f w f ——管路总阻力，J/kg
'
1.静止流体或理想流体 w f 0
( Hg ) g
Hf , ab；
( Hg ) g
Hf , cd ;
机械能衡算方程
u 2 P we gz wf 2
J/kg
P
Байду номын сангаас
——静压能（流动力），J/kg
1.△P——两截面上压强差，若两容器开口，△P=0 绝压，表压，真空度（负表压）的概念 流体静力学基方方程式
P Pa gh
U形管压差计测两截面（容器）总势能差
gz P R( A ) g
如图所示，贮槽内水位维持不变。管路直径100mm，管路 上装有一个闸阀，距管口入口端15m处安有以水银为指示 液的U形管压差计。测压点与管路出口端之间的直管长度为 20m。求1）当闸阀关闭时，测得R=600mm，h=1500mm， 当闸阀部分开启时，测得R=400mm，h=1400mm。摩擦系 数可取0.025。问每小时流量？2）当闸阀全开时，U管压差 计的静压强为若干？闸阀全开时，le/d=15，摩擦系数不变。
化工原理(二)习题课
饱和蒸汽，塔顶采用全凝器且为泡点回流，塔釜用间接
蒸汽加热。已知两组分间的平均相对挥发度为3.0，精馏 段操作线方程为，塔顶产品中易挥发组分的回收率为 0.95，试求： （1） 操作回流比、塔顶产品中易挥发组分的摩尔分率； （2） 塔底产品的流量和塔底产品中易挥发组分的摩尔分率
（4） 最小回流比； （5） 提馏段操作线方程和q线方程； （6） 塔顶第2块理论板上升蒸汽的组成；
（1）水分蒸发量及干燥产品量；
（2）干燥器出口处空气的温度以及新鲜空气的用量（m3/；
（3）预热器的加热量（不计热损失）； （4）在I-H 图上定性表示出预热及 干燥过程中空气状态的变化图。
（7） 若塔顶第1块实际板的液相默弗里板效率为
0.7，求塔顶第2块实际板上升蒸汽的组成。
3、用常压连续干燥器干燥处理量为900 kg/h的湿物料， 要求湿物料含水量由10%降至2%（均为湿基）。干燥介 质为温度t0= 25 ℃，湿度H0= 0.011 kg/(kg干空气) 的新 鲜空气。空气经预热器加热至t1= 110 ℃后进入干燥器， 经过理想干燥过程后，在干燥器出口处空气的湿度为 0.023 kg/(kg干空气)。试求：
(1) 吸收剂用量（kg/h）及出塔洗油中苯的含量； (2)气相总体积传质系数Kya；
(3) 所需填料层高度，m；
(4)增大填料层高度，若其它操作条件不变， 定性分析出塔气组成和塔底吸收液组成的变化情况， 并图示操作线的变化。
2、
用一精馏塔分离某二元理想混合物，进料量为
100kmol/h，其中易挥发组分的摩尔分率为0.4，进料为
1、在一填料塔中，用含苯0.0001（摩尔分数，下同）的
洗油逆流吸收混合气体中的苯。已知混合气体的流量为 2400m3/h（标准状态），进塔气中含苯0.06，要求苯的 吸收率为90%。该塔塔径为0.6m， 操作条件下的平衡关 系为ye=24x，气相总传质单元高度为1.36m，实际操作 液气比为最小液气比的1.3倍，洗油摩尔质量为 170kg/kmol。试求：
化工原理第一章习题课(李鑫)
H H2 H1
【例2-2】
• 解：（1）两槽液面的高度差H • 在压力表所在截面2-2´与高位槽液面3-3´间列柏 努利方程，以贮槽液面为基准水平面0-0´ ， • 得：
2 u32 p3 u 2 p2 gH2 gH h f , 23 2 2
H
• • • • •
3
3
【例2-5】 将高位槽内料液向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为 大气压。要求料液在管内以0.5m/s的速度流动。设料液在管内压头 损失为1.2m（不包括出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔 入口处高出多少米？
用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞口高位槽， 如附图所示。输送量为0.1m3/min，输送管路为φ 38×3mm的无缝钢 管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，且在压送过程中不变。 设管路的总压头损失为3.5m（不包括出口），硫酸的密度为1830 kg/m3，问酸蛋中应保持多大的压力？
流体能自动从高（机械能）能位 流向低（机械能）能位
2 4.32J / kg
6.92 2 9.81 1 14.13J / kg 2 2 u p (表) p 2 (表) 2 2
9.81
1
1
Et2<Et3
小管中的水自下而上流动。
1m 2 4
大气
2 2 2 4
1m
喉径
2 4
2
2
2
u4 2 9.81 1 4.43m / s 大气 u2=（d4/ d2）2 u4 =（1/ 0.8）2 4.43=6.92m/s 2 u2 p 2 ( 表 ) 4 1-1 与 2-2 间 gz 1 2
1m
p 2 (表)
【例2-2】
• 解：（1）两槽液面的高度差H • 在压力表所在截面2-2´与高位槽液面3-3´间列柏 努利方程，以贮槽液面为基准水平面0-0´ ， • 得：
2 u32 p3 u 2 p2 gH2 gH h f , 23 2 2
H
• • • • •
3
3
【例2-5】 将高位槽内料液向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为 大气压。要求料液在管内以0.5m/s的速度流动。设料液在管内压头 损失为1.2m（不包括出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔 入口处高出多少米？
用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞口高位槽， 如附图所示。输送量为0.1m3/min，输送管路为φ 38×3mm的无缝钢 管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，且在压送过程中不变。 设管路的总压头损失为3.5m（不包括出口），硫酸的密度为1830 kg/m3，问酸蛋中应保持多大的压力？
流体能自动从高（机械能）能位 流向低（机械能）能位
2 4.32J / kg
6.92 2 9.81 1 14.13J / kg 2 2 u p (表) p 2 (表) 2 2
9.81
1
1
Et2<Et3
小管中的水自下而上流动。
1m 2 4
大气
2 2 2 4
1m
喉径
2 4
2
2
2
u4 2 9.81 1 4.43m / s 大气 u2=（d4/ d2）2 u4 =（1/ 0.8）2 4.43=6.92m/s 2 u2 p 2 ( 表 ) 4 1-1 与 2-2 间 gz 1 2
1m
p 2 (表)
化工原理习题课
3.某敞口高位槽送水的管路如图所示，所有管径均为50mm， 某敞口高位槽送水的管路如图所示，所有管径均为 某敞口高位槽送水的管路如图所示 ， 管长L 管长 OC=45m， LCB=15m（均包括所有局部阻力当量长 ， （ ），当阀 全关， 当阀a全关 打开时， 度），当阀 全关，阀b打开时，压力表 B的读数为 打开时 压力表P 2.4×104Pa。假设阻力系数 均为 均为0.03，水的密度为 × 。假设阻力系数λ均为 ， 1000kg/m3。 （1）试计算B管道 ）试计算 管道 （CB段）的流速； 段 的流速； （2）若维持阀 的开度 ）若维持阀b的开度 不变，逐渐打开阀a， 不变，逐渐打开阀 ， 直到CB、 两管中流 直到 、CD两管中流 速相等，此时B管的流 速相等，此时 管的流 速又为多少？ 速又为多少？
化工原理习题课
流体流动及流体输送机章
1.用离心泵把 ℃的水从储槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持 用离心泵把20℃的水从储槽送至水洗塔顶部， 用离心泵把 恒定。各部分相对位置如本题附图所示。 恒定。各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为 Φ76mm×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为 × ，在操作条件下， 24.66×103Pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量 × ；水流经吸入管与排出管（不包括喷头） 计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出 损失可分别按与 计算，由于管径不变，故式中 为吸入或排出 管的流速m/s。排水管与喷头连接处的压强为 管的流速 。排水管与喷头连接处的压强为98.07×103Pa × 表压）。 （表压）。 试求：（ ）水在管内的 试求：（1） ：（ 流速u；（ ；（2） 流速 ；（ ）泵的有效 功率；（ ；（3） 功率；（ ）已知泵的效 率为60%，求操作条件下 率为 ， 泵的轴功率。 泵的轴功率。
化工原理第一章习题课
化工原理第一章习题课(总6页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--一、概念题1．某封闭容器内盛有水，水面上方压强为p 0，如图所示器壁上分别装有两个水银压强计和一个水银压差计，其读数分别为R 1、R 2和R 3，试判断： 1）R 1 R 2（＞，＜，＝）； 2）R 3 0（＞，＜，＝）；3）若水面压强p 0增大，则R 1 R 2 R 3 有何变化（变大、变小，不变）2．如图所示，水从内径为d 1的管段流向内径为d 2管段，已知122d d =，d 1管段流体流动的速度头为，m h 7.01=，忽略流经AB 段的能量损失，则=2h m ，=3h m 。
3．如图所示，管中水的流向为A →B ，流经AB 段的能量损失可忽略，则p 1与p 2的关系为 。
21)p p A > m p p B 5.0)21+> m p p C 5.0)21-> 21)p p D <4．圆形直管内，Vs 一定，设计时若将d 增加一倍，则层流时h f 是原值的 倍，高度湍流时，h f 是原值的 倍（忽略管壁相对粗糙度的影响）。
5．某水平直管中，输水时流量为Vs ，今改为输2Vs 的有机物，且水μμ2=，水ρρ5.0=，设两种输液下，流体均处于高度湍流状态，则阻力损失为水的倍；管路两端压差为水的 倍。
6．已知图示均匀直管管路中输送水，在A 、B 两测压点间装一U 形管压差计，指示液为水银，读数为R （图示为正）。
则： 1）R 0（>，=，<）2）A 、B 两点的压差p ∆= Pa 。
)()ρρ-i Rg A gh Rg B i ρρρ+-)() )()ρρρ--i Rg gh C gh Rg D i ρρρ--)()3）流体流经A 、B 点间的阻力损失f h 为 J/kg 。
4）若将水管水平放置，U 形管压差计仍竖直，则R ，p ∆ ，f h 有何变化7．在垂直安装的水管中，装有水银压差计，管段很短，1，2两点间阻力可近似认为等于阀门阻力，如图所示，试讨论：1）当阀门全开，阀门阻力可忽略时，1p 2p （＞，＜，＝）；2）当阀门关小，阀门阻力较大时，1p 2p （＞，＜，＝），R （变大，变小，不变）；3）若流量不变，而流向改为向上流动时，则两压力表的读数差p ∆，R ；（变大，变小，不变）。
化工原理习题课
PM
Et2
ZM
g
(
L2 d
M2
1) u2 2
（4）
当阀关小时，式（4）中u减小，而ξM-2增大，因此难以由式（4） 直接判断出PM的变化趋势，使分析过程变得复杂。因此适当的选 取衡算范围以避免式中同时出现两个或两个以上的变量成相反变
化的情况。
例3 如图所示，高位水箱下面接一φ32x2.5的水管，将水引向
一楼某车间，其中，ABC段管长为15m。假设摩擦系数λ约为 0.025，球心阀全开及半开时的阻力系数分别为6.4和9.5，其他 局部阻力损失可忽略。试问：
（1）当球心阀全开时，一楼 水管内水的流量为多少？
（2）今若在c处接一相同直径 的管子（如图虚线所示）， 也装有同样的球心阀且全 开，以便将水引向离底层 3m处的二楼。计算当一楼水管上阀门全开或半开时， 一、二楼水管及总管内水的流量各为多少？
例4 一油田用φ600X25、长L= 100km 水平铺设的管线将原 油输送至某炼油厂油库。已知原油粘度μ= 0.187Pa.s 密度ρ=890kgm3。因油管允许承受的最高压力为6MPa
（表压），故全程需设：两个泵站，如图所示。第一个泵 站设在油田处，试问要使油管达到最大输送能力，第二 个泵站应设在何处？此时输送量为多少？假设局部阻力 损失忽略不计，管壁绝对粗糙度ε=0.1m
PN
Et2
ZN
g
(
L2 d
N2
1)
u2 2
(3)
当阀门关小时，式（3）中等号右边除u减小外，其余各量均不变，
且
(
L2 d
N
化工原理6.9 习题课答案(精馏)
1、用一连续精馏塔分离苯－甲苯溶液，原料中含苯 0.40，塔顶馏出液含苯0.95，塔釜残液含苯0.02
（以上均为质量分率），原料为气液混合物，其中 蒸汽占1／3（摩尔比），苯－甲苯平均相对挥发为 2.5，设泡点回流，塔釜采用间接蒸汽加热，塔顶 采用全凝器，试求: (1)原料中气液相组成及塔顶易挥发组分的回收率；
3.998106 kJ / h 1110.6kW
（3） q 0
y xF 0.3
y 2.47x 1 1.47x
ye 0.3
xe 0.148
Rmin
xD ye ye xe
0.9 0.3 3.95 0.3 0.148
R Rmin 3.95
V' V 1 qF V F R 1D F 3.95 1 30 100 48.5koml / h
F, xF D, xD
W, xW
0.8
Dx D Fx F
xF xW xD xW
xD xF
0.2 0.3
xW xW
0.3 0.2
xW 0.0857
全塔为提馏段，且泡点加料 L F
L V
F D
1 D/F
xF
1
xW /xD
xF
1.876
W F D F 1 1.876 1 0.876 V DD
（2） q 1
Rmin
1
1
xD xF
1 xD
1 xF
1 2.47
1
0.9 0.3
2.471 0.9
1 0.3
1.80
R Rmin 1.80
V' V R 1D 1.80 1 30 84koml / h
Q' V 'r FC P ts t 84 32600 100161.5 98 20
（以上均为质量分率），原料为气液混合物，其中 蒸汽占1／3（摩尔比），苯－甲苯平均相对挥发为 2.5，设泡点回流，塔釜采用间接蒸汽加热，塔顶 采用全凝器，试求: (1)原料中气液相组成及塔顶易挥发组分的回收率；
3.998106 kJ / h 1110.6kW
（3） q 0
y xF 0.3
y 2.47x 1 1.47x
ye 0.3
xe 0.148
Rmin
xD ye ye xe
0.9 0.3 3.95 0.3 0.148
R Rmin 3.95
V' V 1 qF V F R 1D F 3.95 1 30 100 48.5koml / h
F, xF D, xD
W, xW
0.8
Dx D Fx F
xF xW xD xW
xD xF
0.2 0.3
xW xW
0.3 0.2
xW 0.0857
全塔为提馏段，且泡点加料 L F
L V
F D
1 D/F
xF
1
xW /xD
xF
1.876
W F D F 1 1.876 1 0.876 V DD
（2） q 1
Rmin
1
1
xD xF
1 xD
1 xF
1 2.47
1
0.9 0.3
2.471 0.9
1 0.3
1.80
R Rmin 1.80
V' V R 1D 1.80 1 30 84koml / h
Q' V 'r FC P ts t 84 32600 100161.5 98 20
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2016/3/30
3. 如图所示，用内径d＝100mm的管道，从水箱中引水。 如水箱中水面恒定，水面高出管道出口中心高度H＝ 4m，忽略水箱入管道的入口阻力损失。水在管内流动 损失，沿管长均匀发生，hf A-B＝3· ｕ2/（2ｇ）。求： （1）水在管内的流速ｕ及流量Q （2）管道中点处M的静压强PM。假设AB高度差为3m
2016/3/30
（1）列0－0与2－2截面柏努利方程： Z0＋P0/ρｇ＋ｕ00 /2ｇ＝Z2＋P2/ρｇ＋ｕ22 /2ｇ＋∑ｈf 以2－2截面为基准面，Z2＝0，u0＝0，P0＝P2 ∴4＝ｕ22 /2ｇ＋3ｕ22 /2ｇ＝4×ｕ22 /2g 解得 ｕ2＝4.43 m.s-1 ∴V＝ｕA＝0.785×0.12×4.43 ＝0.0348 m3.s-1＝125 m3.h-1
d 3
d 2 s g ut 18
5 18 2 Re 18 1 . 81 10 1 3 4.639 105 m s g 1.205 5000 1.205 9.807
2
2016/3/30
• 4. 对某悬浮液进行恒压过滤。已知过滤时间为300s时， 所得滤液体积为0.75m3，且过滤面，则又 需过滤时间为 多少 解：由 得 q 2qe q K
（2）列M点与出口截面的柏努利方程 ZM＋PM/ρｇ＋ｕM2 /2ｇ＝Z2＋P2 / ρｇ＋ｕ22 /2ｇ＋∑ｈf M-2 1＋PM /ρｇ＋ｕM2 /2ｇ＝ｕ22 /2ｇ＋3/3×ｕ22 /2ｇ
∵ ｕM＝ｕ2 ∴PM/ρｇ＝3/3×ｕ22 /2ｇ－1
2016/3/30
•
水在一倾斜管中流动，如附图所示，已知压差计读数 为200mm，试问测量段的阻力为多少？
• 某板框压滤机共有10个框, 框空长、宽各为500 mm, 在一定压力下恒压过滤30min后, 获得滤液5m3, 假设滤 布阻力可以忽略不计, 试求: • (1) 过滤常数K; • (2) 如果再过滤30min, 还能获得多少m3滤液?
2016/3/30
（1）过滤面积
m2
m2/s
m2/s
（2） 过滤获得的滤液量
2016/3/30
4. 在内管为φ180×10mm的套管换热器中,将流量为 3500kg.h-1的某液态烃从 100℃冷却到60℃,其平均比热为 2.38kJ.kg-1.K-1,环隙走冷却水,其进出口温度分别为40℃和 50℃,平均比热为4.17kJ.kg-1K-1,基于传热外面积的总传热 系数K0=1800w.m-2K-1, 设其值恒定,忽略热损失。试求： (1)冷却水用量； (2)分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所 需管长。
（1）若在层流区重力沉降，则水中颗粒直径与空气中颗粒
直径之比为多少。
（2）若在层流区离心沉降，已知旋风分离因数与旋液分离
因数之比为2，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为多 少
2016/3/30
解：(1) 由
得
d 2 s g ut 18
d
所以
dw da
18 u t s g
m3
m3
2016/3/30
•
在一φ60×3.5mm的钢管外层包有两层绝热材料，里层 为40mm的氧化镁粉，平均导热系数λ=0.07W/m·℃，外 层为20mm的石棉层，其平均导热系数λ=0.157W/m·℃。 现用热电偶测得管内壁温度为500℃，最外层表面温度 为80℃，管壁的导热系数λ=45W/m·℃。试求每米管长 的热损失及两层保温层界面的温度。
2016/3/30
20℃的空气在直径为80mm的水平管流过。现于管路中 接一文丘里管，如本题附图所示。文丘里管的上游接 一水银U管压差计，在直径为20mm的喉颈处接一细管 ，其下部插入水槽中。空气流过文丘里管的能量损失 可忽略不计。当U管压差计读数R=25mm、h=0.5m时， 试求此时空气的流量为若干m3/h。当地大气压强为 101.33×103Pa。
2016/3/30
• 解：文丘里管上游测压口处的压强为 • p1=ρHggR=13600×9.81×0.025 • =3335Pa(表压) • 喉颈处的压强为 • p2=－ρgh=－1000×9.81×0.5=－4905P（表压） • 空气流经截面1-1'与2-2'的压强变化为
p1 p 2 101330 3335 101330 4905 0.079 7.9% 20% p1 101330 3335
2016/3/30
• 冷却水用量 • ｗh Cph (T1 -T2 )＝ｗc Cpc(t2 -t1 ) • 3500×2.38×(100-60)＝ｗc× 4.17×(50-40) • ｗc ＝7990kg.h-1 • Δt逆＝(50-20)/ｌｎ(50/20)＝32.75℃ • Δt并＝(60-10)/ｌｎ(60/10)＝27.91℃ • Q＝KAΔtm • Q＝7990×4.17×(50-40)=3.332×106kJ.h-1 • ∴ A＝3.332×105/[(1800/1000)×32.75×3600] • ＝1.57 (m2) • πｄ0 ｌ＝1.57 • 3.14×0.18×ｌ＝1.57 ∴ ｌ逆＝2.77(m ) • A并＝3.332×106/[(1800/1000)×27.91×3600]＝1.84 (m2) • 3.14×0.18×ｌ并＝1.84 ∴ ｌ并＝3.26 (m )
2016/3/30
• 解：取贮槽液面为1―1截面，管路出口内侧为2―2截面， 并以1―1截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程。
2 u12 p1 u2 p2 gZ1 We gZ2 h f 2 2
式中 Z1=0 Z2=15m p1=0（表压） p2=－26670Pa（表压） u1=0
HG z2 R2 P
（2）将式（a）减去式（b）并 经整理得 故
HG z1 R1 P
（a）
（b）
2016/3/30
2. 当20℃的甘油(ρ=1261kg.m-3,μ=1499厘泊)在内径为 100mm的管内流动时,若流速为2.0m.s-1时,其雷诺准数 Re为__________,其摩擦阻力系数λ为________.
s a w s w a
2500 1.205 1.005 10 3 2500 998 .2 1.81 10 5
9.612
2016/3/30
(2) 由
2 d 2 s uT ur 18 R
2 uT Kc gR
得
d 2 s ur gKc 18
，
18u r d s gKc
所以
dw da
s a w K ca s w a K cw
2500 1.205 1.005 10 3 2 2500 998 .2 1.81 10 5 1
1.分别由a管或由b管输送空气时，压差计读数分别为R1或R2， 试推导R1、R2分别同Z1、Z2的关系。 2.当（Z1－Z2）＝1.5m，R1＝0.15m，R2＝0.06m时，试求 石油产品的密度ρ及Zio
2016/3/30
解 • （1）在本例附图所示的流程中，由于空气通往石油产 品时，鼓泡速度很慢，可以当作静止流体处理。因此 可以从压差计读数R1，求出液面高度Z1，即
解 (a)每米管长的热损失 r1=0.053/2=0.0265m r2=0.0265+0.0035=0.03m r3=0.03+0.04=0.07 m r4 =0.07+0.02=0.09 m
2016/3/30
(b)保温层界面温度t3
t3=131.2℃
2016/3/30
• 一列管换热器，由φ25×2 mm的136根不锈钢管组成。平 均比热为4.187 kJ/kg.℃的某溶液在管内作湍流流动, 其流 量为15000kg/h, 并由15℃被加热到100℃。温度为110℃ 的饱和水蒸汽在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的 对流传热系数 为520w/m2. ℃, 蒸汽对管壁的对流传热系 数 为 1.16×104w/m2. ℃, 不锈钢管的导热系数λ =17 w/m. ℃, 忽略垢层热阻和热损失, 试求4管程时的列管长 度（有效长度）。
13.593
2016/3/30
• 3. 某一球形颗粒在空气中自由重力沉降。已知该颗粒 的密度为5000kg/m3，空气的密度为1.205kg/m3，空气 的粘度为1.8110-5Pas。则在层流区沉降的最大颗粒直 径为多少。 解：(1) 由
Re
dut
得
Re ut d
而 所以
故可按不可压缩流体来处理。
2016/3/30
• 在截面1-1‘与2-2’之间列柏努利方程式，以管道中心线 作基准水平面。两截面间无外功加入，即We=0；能量 损失可忽略，即 h f =0。据此，柏努利方程式可写为
2 u12 p1 u2 p gZ1 gZ2 2 2 2
2 u12 3335 u2 4905 2 1.2 2 1.2
2016/3/30
1、 某液体在一等径直管中始终处于层流装状态流动， 若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内 的相对粗糙度不变，则层流时，流动阻力变为原来的
多少倍
解：(1) 由
l u2 64 l u 2 32lu hf du d 2 d 2 d 2
2 2 u2 u1 13733
2 2
据连续性方程
4
d1 A1 0.08 u u1A1=u2A2 u2 u1 u1 1 d A2 0 . 02 2
Vs 3600
d 12 u1 3600
4