化工原理上册课后习题及答案.docx

第一章：流体流淌二、本章思索题IT何谓志向流体？实际流体与志向流体有何区分？如何体现在伯努利方程上？1-2何谓肯定压力、表压和真空度？表压与肯定压力、大气压力之间有什么关系？真空度与肯定压力、大气压力有什么关系？1-3流体静力学方程式有几种表达形式？它们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何确定等压面？1-4如何利用柏努利方程测量等宜径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时，直管水平安装与垂直安装所得结果是否相同？1-5如何推断管路系统中流体流淌的方向？1-6何谓流体的层流流淌与湍流流淌？如何推断流体的流淌是层流还是湍流？1-7肯定质量流量的水在肯定内径的圆管中稳定流淌，当水温上升时，RC将如何变更？1-8何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？1-9何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？ITO摩擦系数与雷诺数Re与相对粗糙度的关联图分为4个区域。每个区域中，.人与哪些因素有关？哪个区域的流体摩擦损失与流速”的一次方成正比？哪个区域的勿与成正比？光滑管流淌时的摩擦损失勿与的几次方成正比？1-11管壁粗糙度对湍流流淌时的摩擦阻力损失有何影响？何谓流体的光滑管流淌？1-12在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，须要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计算平均流速？三、本章例题例17如本题附图所示，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。已知贮槽宜径D为3m,油品密度为900kgm3.压差计右侧水银面上灌有槽下移动30mm时，贮槽内油面相应下移的高度，可阿求出排放量。首先应了解槽内液面下降后压差计中指示剂读数的变更状况，然后再寻求压差计中油面下移高度与槽内油面下移高度间的关系。设压差计中油面下移h高度，槽内油面相应下移H高度。不管槽内油面如何变更，压差计右侧支管中油品与整个管内水银体积没有变更。故当压差计中油面下移h后，油柱高度没有变更，仍为h1.,但因右侧水银面也随之下移h,而左侧水银面必上升h,故压差计中指示剂读数变为（R-2h）,槽内液面与左侧水银面间的垂直距离变为（HI-H-h）。当压差计中油面下移h后，选左侧支管油与水银交界面为参考面m,再在右侧支管上找出等压面n（图中未画出m与n面），该两面上的表压强分别为：Pm=(Hi-H-h)pug(%为油品密度)Pe=Kp0S+(0-油PHXg因P1.%,由上二式得:(1)(2)(M-H-h)p,g_1p,>g+(R1.-2h)p1.1.gg上式中第一项"向国=4*送+&""那将式(2)代分(4(20并招理得：H=P<i%,03(2？¾(X)-900,将萼代入上式:H=0.8767119(X)即压差计右侧支管油面下移30mm,槽内液面下降0.8767m,油品排放量为：-D'Hpa=-×3i×0.8767×900=5574.?44例1-2直径D为3m的贮水槽下部与直径4为40mm的水平输送管相连。管路上装有一个闸阀，闸阀上游设有水银液柱压差计，开口管水根面上方有一段式为20mm的清水。当阀门全关时，压差计上读数R为740mm,左侧指示剂液面与水管中心线间的垂直距离h为1m。当阀门全开时，不包括管子出口损失的系统阻力用阅历公式幼，=4OXJ计弊。式中幼，为流淌系数的总摩擦阻力，Jkg,“为水在管路中的流速，m/so试求将水放出24m3需经验若干时间。解：依据题意画出如附图所示的流程图。1-2见图由题意知流淌过程中槽内水面不断下降，故本题属于不行压缩流体作非定态流淌系统。液面高度随流淌时间增加而渐渐降低，管中水的流速随液面下降而渐渐减小。在微分时间内列全系统的物料衡算，可求得液体高度随时间变更的微分关系，再列瞬间的柏努利方程式可以获得液体在输送管内流速随液面高度的变更关系。联立微分式和瞬间的柏努利式即可求出排水时间。以水平管的中心线为基准面，另初始液面与基准而间的垂宜距离为H1,放出24m'水后的最终液面与基准面间的垂直距离为比(图中未画出)。用静力学基本方程式先求出H1,再用贮槽体积、宜径、液体深度间的关系求出Hzo当阀门全关时，压差计读数R=0.74m,按常规的方法在压差计上确定等压参考面，可得：(H1.+h)pH：og=R'pH；oh+Rp1.1.tf>取QHWg=100Okg/m'、Phs=13600kgm故：(H1+1.)X1000=0.02X1.000+0.74×13600解得H尸9.084m放出2痴'水后液面高度为：94，=9.084=5.64事实上本题是计算贮槽液面由9.084m降到5.687m所需时间。设四秒内液面下降高度为4，管中瞬间流速为，在面时间内列全系统水的体积衡算：K"0=MM"+"匕式中V1水的瞬间加入量，m/s；匕一水的瞬间排出量，m7s；4匕4。时间内，水在槽中的枳累量，/。式中各项为：V1=O4Vd,=-d0'ud+-D2dH444整理得初=Tiy也(1)«n«上式中瞬间液面高度H与瞬间速度的关系可通过列瞬间柏努利式求得。在瞬间液面(图中未画出)与管出口内侧截面2-Z间列瞬间柏努利方程式，以水平管中心线为基准面：8z'+V三21.+MtP2p2式中z1.=Hzi=O=0(表压)Pa=0(表压)U1.N0Mj=U(瞬间速度)%=40rJ9.81H=+4()m-2或W=0.492277(2)将式(2)代入式(1)：d=%0.492277或也一广看而二积分上式的边界条件为：4=0H1=9.084w2=2sH2=5.687/n.,&=fd0=-11430广缥*1.JM/=11430x2两阿中靛=11430×2(9.0tU-I7)=1438(4/例卜3流体在管内的汽化用虹吸管将水从水池中吸出，水池液面与虹吸管出口的垂宜距离z=5n,管路最高点与水面的垂直距离为2m,虹吸管出口流速与虹吸管最高点压强各为多少？若将虹吸管延长，使池中水面与出口的垂直距离增为Z=8,”，出口流速有何变更？（水温为30,大气压为101.3kPa,水按志向流体处理解：（1）由断面1-1、1-2之间的机械能守恒式得U2=2gz=-2x9.81x5=9.9m/s由断面1-1和C-C之间的机械能守恒式，并考虑到此=%可得2Pc=Pa-Pgh-号-=pa-Pf!（h+z）=1.013X10-1000X9.81X7=3.27X1.O1Pa（2）虹吸管延长后，假定管内流体仍保持连续状态，由断面11和T-Z之间的机械能守恒式得修，=斥Pc'=pa-pgf>-=pa-pg（s'+A）=1.013X10-1000X9.81X10=3.30×IO1Pa因”,小于水在30C的饱和蒸汽压出=4242Pa,故在最高点C旁边将出现汽化现象.此时，C点压强不再按机械能守恒式的规律变更，而保持为流体的饱和蒸汽压不变。因此，在断面IT和Z-2间，机械能守恒式不适用，算出的心无效。但是，在断面17和C-C之间，流体依旧是连续的，C点的流速可在断面1-1和C-C之间列出机械能守恒式求出：=/心”一国）=卜（1.°1327生_9.81.x2）=12,4ms出口流速心=小例1-4阻力损失与势能的消耗高位槽水面距管路出口的垂直距离保持为5m不变，水面上方的压强为4.095X10'Pa（表压），管路直径为20mm,长度为24m（包括管件的当量长度），阻力系数为0.02,管路中装球心阀一个，试求：（1）当阀门全开<=6.4）时，管路的阻力损失为多少？阻力损失为出11动能的多少倍？（2）假定义数值不变，当阀门关小（4=20）时，管路的出口动能和阻力损失有何变更？解：（1）在断面IT和2-2之间列机械能衡算式1+-+y=5+-+-+P2P2业=（g4+且）一（gz2+丝）PPP若取大气压强和管出口高度为基准，并忽视容器内归酬般（即，/0）,P0M,'z,Ie1.4,2Pp1.a22婢+生9.8MX"吆里9=六=胖=3也依1÷yi-+u1÷0.02×+6.4d'0.02，Az=(-+)-=(24+6.4)3.1=957Kj?d2或f=-=(905x1.0.-t.5x9.81)-3,1.=95JP21000（倍）(I24-4=-+=0.02×-+6.4=30.4M?d"0.02此结果表明，实际流体在管内流淌时，阻力损失和动能的增加是造成流体势能削减的两个缘由。但时于通常管路，动能增加是一个可以忽视的小量，而阻力损失是使势能减小的主要缘由。换言之，阻力损失所消耗的能量是由势能供应的。（2）当夕=20时g"+R9x5+E05x.电-TE-='臀一22依+-+,1.+0.02×-+20(I'0.02以=等一容/SM+岑镇-2=95M依与（1）比较，当阀门关小时，出口动能削减而阻力损失略有增加，但是，绝不行因此而误会为阻力所消耗的能量是由动能供应的。事实上，动能的增加和阻力损失皆由势能供应，当阀门关小时，由于损失的能量增加使得动能削减了。例1-5虹吸管顶部的最大安装高度利用虹吸管将池中温度为90C热水引出，两容器水面的垂直距离为2m,管段AB长5m,管段BC长IOm（皆包括局部阻力的当量长度），管路直径为20mm,直管阻力系数为0.02。若要保证管路不发生汽化现象，管路顶点的最大安装高度为多少？（已知90C热水饱和蒸汽压为7.01×10,Pa）解：在断面IT和2-2之间列机械能横算式T可求得由隐速仝丝捍“62必002x02设顶点压强=PV，在断面IT和断面B-B之间列机械能横算式，可求出B点最大安装高'H度为J=2n-<1÷1-5附图=10.33-70"K)-(1+0.02X)×=2.38"?9.81×I(XX)().0219.6虹吸管是实际工作中常常遇到的管道，为使吸液管正常工作，安装时必需留意两点：（1）虹吸管顶部的安装高度不宜过大：（2）在入口侧管路（图中AB段）的阻力应尽可能小。例1-6运用同一水源各用户间的相互影响从自来水总管引一支路AB向居民楼供水，在端点B分成两路各通向一楼和二楼。已知管段AB、BC和BD的长度（包括管件的当量长度）各为100m、IOin和20m,管径皆为30mm,宜管阻力系数皆为0.03,两支路出口各安装球心阀。假设总管压力为3.43X10Ta（表压）试求：（1）当一楼阀门全开（¢=6.4）,高度为5m的二楼能否有水供应？此时管路AB内的流量为多少？（2）若将一楼阀门关小，使其流量减半，二楼最大流量为多少？解，（1）首先推断二楼是否有水供应，为此，可假定支路BD流量为零,并在断面A和IT之间列机械能衡算式区二江+展+g匹p2d2I2x3.43×IO5/1(X)0=2.42，/S在断面A与B之间列机械能衡算式，得PupA.,h八3.43XIO,z_1001.2.422,_/二=-（2+1）=（0.03×+1.）×=4,8in<bmPgPgd2gI（XX）X9.810.032×9.81此结果表明二楼无水供应。此时管路AR内的流量为qv=d2ut=O.785×O.（）32x2.42=1.71×I0m,/s（2）设一楼流量减半时，二楼流量为火此时管段AB内的流速为争=为+生八+1,21：.!m1.z2Vj管段BD内的流速为MY4<v-=1.414X10,<7vmi-乃X0.0321在断面与2-2之间列机械能衡算式3.430'I(XX)100(1.414X10v+1.21)20.03=9.815+O.O3-X-，()+(0.03×-+6.4+1)0.032.55×I0hv+3.42×I05v-442.2=0-3.42xIO5+7(3.42x10-)÷42.55xIOy×44222x2.55x10"=8.071.WS对于通常的分支管路，总管阻力既不行忽视也不占主导地位，此时，变更支路的数目或阻力，对总流量与各支路间流量的安排皆有影响。例1-7提高流量安排匀称性的代价在相同的容器1、2内，各填充高度为InI和8m的固体颗粒，并以相同的管路并联组合，两支路的管长皆为5m,管径皆为200mm,直管阻力系数为0.02,每支管安装一闸门阀，容器1和2的局部阻力系数各为10和8。已知管路的总流量为0.3m's,试求：（1）当两阀门全开时.，两支路的流量比和并联管路的阻力损失:（2）当两阀门同时关小至分=20时，两支路的流量比与并联管路的阻力损失有何变更？解：由物料守恒关系求得-j11+7ti'1.i2=q%44M1.+t1.1.4x0.33.1416×0.2j(1)因并联管路阻力损失相等，由机械能衡算式得1-7附图（1）当两阀门全开O.O25O.2÷8÷O.1.7=()9u2VO.O2×5/0.2+10+0.17由式（1）、式（2）得上包=503ms1+0.9%=9.55-5.03=4.52S并联管路的阻力损失为h1.=(0.02X+8+0.17)=109.57.?0.22(2)当两阀门同时关小ut=J0.02x5/0.2+8+20=00(3)O.O2×5O.2+1O+2O-由式(1).式(3)得,=一"55_.=4.85?/S1+0.97U1=9.55-4.85三4Jnts并联管路的阻力损失为h,=(0.02X-+8+20)勺丝=335.2J/依022从今例可以看出，在不匀称并联管路中串联大阻力元件，可提高流量安排的匀称性，其代价仍旧是能量的消耗。例1-8倒U形管压差计水从倾斜直管中流过，在断面A和B之间接一空气压差计，其读数R=IOmm,两测压点垂直距离z=0.3m,试求:(I)A、B两点的压差等于多少？(2)若采纳密度为830kg11?的煤油作指示液，压差计读数为多少？(3)管路水平放置而流量不变，压差计读数与两点的压差有何变更？解：首先推导计算公式。因空气是静止的，故P,=%即P-Pgh=Pb-PhB-R)-p1.f!RP-刖A=Ph-网IB+gWp-pJ在等式两边皆加以我，P“+小(H-hJ=Pt1.+(-%)+gR(p-pi)(PA+PgZA)-(PH+所)=gR(p-P、)Pbp=gR(p-pJ(1)若忽视空气柱的重量，则P'-Pb,=gK(P-A)=9.81×0.01×I(XX)=98.IA/PA-PB=PAPJ_PS(Z1.ZB)=98.1+1000×9.81×0.3=3.04×IO'Pa（2）若采纳煤油作指示液，压差计读数为R=包二区S(P-Pt)98.198x(1000-830)=5.88×1()=58.8WJ（3）若管路流量不变，/，/-PJ不变，则压差计读数R亦不变。又因管路水平放置，z-z=0,故P-Ph=PA-Pn=xpa一般U形管压差计所用的指示液的密度大于被测流体的密度，若指示液的密度小于被测流体的密度，则必需采纳倒U形管压差计。最常用的倒U形管压差计是以空气作为指示剂，称为空气压差计。例卜9管内流量与所需势能差的关系<1）用压缩空气将密闭容器中的苯沿宜径为50mm的钢管送至某容器内，在某势能差下，10分钟可将容器内1.8m,的苯排空。问欲将输送时间缩短一半，管路两端的势能差须增加多少倍？（已知苯的温度为20C,管壁粗糙度为0.5mm）。（2）用压缩空气将容器中的甘油沿直径为IOmm的管道送至高位槽，甘油温度为60,管内流量为0.05X10M/s。若将流量提高一倍，管道两端的势能差须增加多少倍？解：（1）温度为20C时苯的密度P=884必/加,粘度=0671."P"s,管内流速为4V4x1.8加2X6OO3.14x0.05?X600Re=他=884x0.05x153-0().67XIOr三=0°,由直管阻力系数线图可以确认管内流淌已进入充分湍流区。输送时间减半，流速，增加一倍，立管阻力系数不变，故比空出:上4"小片咛/（倍）（2）温度为60时的甘油的密度0=1260依/病,粘度=0iPs,管内流速为匐V4x5x1.Or-3.14X0.01:=0.64，/S则Re=臂=%等图流量增加一倍，流速，增加一倍，但流淌形态仍为层流，故""=2（倍）pIt明显，在层流条件下，所需势能差与管内流速（或流量）成正比：而在湍流条件下，所需势能与流速（或流量）的平方成正比。例170无外加功简洁输送管路计算问题的自由度在附图所示的管路中，管长/=2而，管径d=53”，管壁粗糙度=0.5mm,高位槽液面距管路出口的垂直距离H=4m,管路中有一个标准直角弯头，一个1/2开的闸门阀。已知水温为20C,管内流速为05ms,高位槽液面上方压强为大气压，求流体在该管路中的阻力损失为多少？解：方法一：20水的粘度=1.×10-jP51.(XX)0.053X0.5Ix1.O3=2.65X1.O4查得C05-=0.00943d53ITO附图2=0.0384-3颗粒床层的固体颗粒直径小，则床层的比表面积()o（八）小(B)大(C)与颗粒直径无关(D)或大或小4-4颗粒床层的固体颗粒直径小，则床层的空隙率()。（八）小(B)大(C)与颗粒宜径无关(D)不确定4-5常见的间歇过滤机有和：连续过滤机有o（八）板框过滤机，回转真空过滤机，叶滤机(B)板框过滤机，叶滤机，回转真空过滤机(C)叶滤机，回转真空过滤机，板框过滤机(D)明流式板框过滤机，暗流式板框过滤机，叶滤机4-6在恒压过滤操作中，忽视过滤介质的阻力，且过滤面积恒定，则所得的滤液量与过滤时间的次方成正比，而对肯定的滤液量则须要的过滤时间与过滤面积的次方成反比。()1/2,2(B)2,1/2(C)I,1/2(D)1/2,14-7滤液在滤饼层中的流淌属于()流淌。（八）层流(B)湍流(C)过渡流(D)不确定4-8回转真空过滤机的转速越快，单位时间所获得的滤液量就越，形成的滤饼层厚度就越，过滤阻力越o（八）少，薄，小(B)少，厚，大(C)多，薄，小(D)多，薄,大4-9颗粒的沉降速度不是指。（八）等速运动段颗粒着陆的速度(B)加速运动段任一时刻颗粒的着陆速度(C)加速运动段结束时颗粒的着陆速度(D)重力减去浮力与流体阻力平衡时颗粒的着陆速度4-10在探讨旋风分别器分别性能时，临界宜径这一术语是指。（八）旋风分别器效率最高时的旋风分别器的宜径(B)旋风分别器允许的最小直径(C)旋风分别需能够全部分别出来的最小颗粒的宜径(D)能够保持层流时的最大颗粒宜径（八）长度、宽度、高度(B)长度、高度、宽度(C)宽度、高度、长度(D)宽度、长度、面积(二)思索题4-1曳力系数是如何定义的？它与哪些因素有关？4-2斯托克斯定律区的沉降速度与各物理量的关系如何？应用的前提是什么？颗粒的加速段在什么条件下可忽视不计？4-3重力降尘室的气体处理量与哪些因素有关？降尘室的高度是否影响气体处理量？4-4评价旋风分别器性能的主要指标有哪两个？4-5为什么旋风分别器处于低气体负荷卜操作是不相宜的？锥底为何需有良好的密封？4-6广义流态化和狭义流态化的各自含义是什么？4-7提高流化质量的常用措施有哪几种？何谓内生不稳定性？4-8气力输送有哪些主要优点？4-9颗粒群的平均直径以何为基准？为什么？-1-10数学模型法的主要步骤有哪些？4-11过滤速率与哪些因素有关？4-12过滤常数有哪几个？各与哪些因素有关？在什么条件卜.才成为常数？4-13最佳过滤周期对谯而言？4T4作回传真空过滤机生产实力的计算时，过滤面积为什么用力而不用四？该机的滤饼厚度是否与生产实力成正比？4-15强化过滤速率的措施有哪些？(三)练习题沉降4-1试求宜径30um的球形石英粒子在20水中与20空气中的沉降速度各为多少?石英的密度为2600kgm,答：7.86×10,ms,0.07ms4-2密度为2000kg11?的球形颗粒，在60C空气中沉降，求听从斯托克斯定律的最大直径为多少？答：88.8um4-3宜径为0.12三,密度为2300kgm'的球形颗粒在20C水中F1.由沉降，或计算颗粒中静止状态起先至速度达到99%沉降速度所需的时间和沉降的距离。答：8.43X103s,6.75×10sm4-4将20C含有球形染料微粒的水溶液置于量简中静置Ih,然后用吸液管于液面下5cm处吸取少量试样。试问可能存在于试样中的最大微粒宜径是多少um?已知染料的密度是3000kg111.答：3.6Um4-5某降尘室长2m、宽1.5m,在常压、100C下处理2700m'h的含尘气。设尘粒为球形，4=2400kgm气体的物性与空气相同。求：(1)可被100%除下的最小颗粒宜径：(2)宜径0.05mm的颗粒有百分之几能被除去？答：(1)64.7m:(2)604-6悬浮液中含有A、B两种颗粒，其密度与粒径分布为：Pa=1900kgm,d=0.10.3mm：Pb=1350kgmi.rf1=0.1.-0.15mm若用P=100okg/m'的液体在垂宜管中将上述悬浮液分级，问姑否可将A、B两种颗粒完全分开?设颗粒沉降均在斯托克斯定律区。答：A、B可完全分开4-7试证GRe为与沉降速度无关的无量纲数据，且当GRc；小于何值时则沉降走在斯托克斯定律区的范围以内？答：484-8下表为某种麻化剂粒度分倘与运用某种旋风分别器时每一粒度范围的分别效率。试计算该旋风分别器的总效率与未分别下而被气体带出的颗粒的粒度分布。若进旋风分别器的气体中催化剂尘粒的量为18gm,含尘气的流量为1850m7h,试计算每口损失的催化剂量为多少kg?粒径/Um510102020-40质量分率0.200.200.30粒级效率，,0.800.900.95答：0.925,0.53,0.27,0.20,0,59.9kgd401000.301.00流态化4-9在内径为1.2m的丙烯腊硫化床反应器中，堆放了3.62t磷铝酸钮催化剂，其颗粒密度为I1.OOkg/倘积累高度为5m,流化后床层高度为IOmo试求，（D固定床空隙率：（2）流化床空隙率：（3）流化床的压降。答：（1）0.42；（2）0.71；（3）3.14X1.O1Pa4-10试用动量守恒定律证明流体通过流化床的压降"=吧仁丝。A%（式中，加为颗粒质量；P（I和P分别为颗粒与流体的密度）。答：略4-11某圆筒形流化床上部设一扩大段，为保证气体夹带出反应器之傕化剂尘粒不大于55m,则流化床扩大段的直径为多少？已知:催化剂密度1300kgm',气体密度1.54kgm,黏度0.0137mPas,流化床床层直径为2m,操作气速为0.3ms.答：2.77m4-12试用欧根方程F*用、帝+8詈喘与沉降速度计算式，证明丛对小颗粒为91.6,对大颗粒为8.61。提示：对小颗粒，欧根方程中的惯性项可忽视，且二=,对于大InzJ21.=!11.t2m',2cr将已知值代入，得：1.n13Z）,1.096x16.4,04875127-/；9.78×3.77解得g=61.3"C从上面计算可看出，当流量增加时，总传热系数增大，冷流体被加热的程度提高（即出口温度上升），这是由于在原流量下并没有充分发挥换热器的作用。例4在一单程列管换热器内用冷水将管内的高温气体与1509冷却至80C。两流体逆流流淌并且均为湍流，气体的流量为2000kgh°冬季冷却水的入口温度为15C,流量为684kgh.试计算：1、当夏季的冷却水入口温度为25C时，若要求气体的流量和冷却程度不变，求冷却水的用量（假设总传热系数K和冬季相同）：2、若冬季的气体流量增加50%,而保持冷却程度不变，应如何调整操作参数并作出定量计算：3、若将管方改为双程，冬季仍维持气体流量增加50%与冷却水的流量和入口温度不变，求冷水和气体的出口温度。假设：各种状况下均可忽视管壁热阻、垢层热阻和热损失，空气和水的比热分别取1.02和4.18kJ（kgC）解：该题为传热过程的综合计算题。计算过程中的基本关系是热量衡算、总传热速率方程和对流传热系数关联式。解题的基本思路是以冬季工况为基准，分别求得Q、At,与KA”当操作条件变更时，分别比较上述参数的变更趋势并作定量计算。试差求得夏季冷却水出口温度=52-C39.7X10'X3600臼2(磋Ti)4.I8×I0j(52-25)=126%"(2)传热单元法为避开试差，可采纳传热单元数法计算。在该状况卜气体为最小值流体，则:(r11n1=K1A13600x5323ws<,12000x.02x0,=0.94150-80150-25=0.56由(NTU)I与有值查得=04f1.1.S2=122Okg1.h(msct,)t2()0()×1.020.4c,2=0,4×4.18三种方法所得结果略有差别，其中算术平均温度差法误差最大，传热单元法最为简便。2、冬季状况冬季气体流量增加，欲维持冷却程度不变，可调整的操作参数是加大冷却水的流量。但需留意，冷却水流量的增加比例要超过空气增加的比例。定量计算如下：依据K=ai=0.0231I如IPra3=检尸式中!为综合恒定值。加大流量后的参数用带上标“'”的符号表示。冬季操作时由于只有气体流量变更，故总传热系数K：与原来的比值为：W=I1.J',383KAi=1.383KiAi=1.383X532.5=736.4W/C=0.866(ATr)=",'A一736.4x3600,(mxcp),1.5x2(XX)×1.02x1.,£仍不变，即仍为0.56。查图得045(M.3OOO.O2ms、=-0.45×4J8=1627j，力msIfIS2三*即当空气流量增加50%时，冷却水流量需增加137.93、变更管程状况当管方改为双程时，管内流速加倍，K提高，即K；=创皿=.2m)o-2oai=1.741.a,-1.741K,.*.K'i=1.74IKiA=741×5325=927.1W/C传热速率与热量衡算方程为：Q=t1.1.cp1.(7J-7T)=mCC0式UTI)=K：A,&二整理得萼=&1.网=闷6M如心三2x,02×3600/-4=_a_=927J=1J67加二用01x4.18x10;3600上两式相减，得：三)=1,636-1.167=0,469整理之In=0.469或野=1.S98(1)1215热衡算式：W51Cpi(7；-7。=mr2cp2(fjTI)将已知值代入并简化得：=171-1.4r;(2)联解式(1)与式(2得：仃=8OCr=59,C即冷却水的出口温度比原来增高15C,气体出口温度比原来降低21C。例5用135C的饱和蒸汽于夹套加热釜内加热某种密度为1950kgm,的溶液。夹套直径D为2m、壁厚为8mm、材料为碳钢。有效装液容枳为6.2n平均传热面积A为12.5m1.为了提高传热效果，于釜内安装平桨式搅拌器。桨叶直径d为0.6m,转速n为200rmin.热损失与污垢热阻均可不考虑。试计算将溶液自IoC加热到9(C所需的时间。溶液在定性温度下的比热ct,=2.1.kJ(kgC);蒸汽冷凝传热系数J=11630W(m2)；溶液与壁间的传热系数,=1787W(C)。解：本题虽属于非定态传热，但蒸汽温度不变。溶液由起先温度匕被加热到终JZ时温度t2,溶液温度随时间而变。在每一瞬间，各处溶液温度都相同，沿传热面没有变更，故可以以一个操作循环为考虑基准，操作起先时的温度差为Ata、终了时的为Ati,仍旧可按连续操作中的公式计算平均温度差。因夹套面积很大，内外传热面积相差不大，故按平壁计算。取钢的导热系数工=46.51"(m-),在加热过程中，Cp和K变更不大，可以取其平均值近视计算，则：111=+K%010.0081187+46.5+IJ630=0.000818=1222Wz/(n2D忽视热损失与壁面的温升，则在向时间段内作热量衡算：m1.2cd=K(T-t)d()将上式积分，可得加热时间。与液体温度S的关系式：0二""InJ1.="p2(，2TJKT-t?K.!t式中一批操作的溶液质量m,2=6.2X1950=12090kgIn135-90则：12090×2.IX1.O3(90-10)=1222×12.5×78.4解得0=1696s=0.471h例6、某厂有两个规格完全一样的列管换热器，拟作为气体冷却器用。曾以其中一个进行试验，每小时可将肯定量的气体自80C冷却到60C；冷却水温度臼20升到30。气体在管内与冷却水成逆流流淌。经计算知基于列管换热器内表面的K,为40W(m2K)现拟将这两个热交换器并联运用，须要冷却的气体总量与试验时相同，但分成相等的两股而送入，冷却水进、出每个热交换器的温度仍与试验时相同。忽视壁阻和污垢热阻，试求：并联运用时总传热系数(2并联运用时每个热交换器送出气体的温度；(3)两个热交换器如何支配，才能把气体冷却到更低的温度？设气体流量与冷却水进、出每个热交换器的温度不变。气体对流传热系数可按下式计算：4=0.018史坦严，气体的物性d近似认为不变，平均温差可按算术平均计。解：(1)忽视水侧的热阻，则KiQai由气体对流传热系数式：区=0.018加严=夕小d并联后每台换热器中气体流量减半，则流速也减半：KJ1.=(1/2)oK1=40×0.5fta=23W(m2K)(2)单台换热器的传热速率为Q=m,icpi(7-T2)=M=:(8°-30)+(60-20)J=45"CQ=m,1.c1.,1.(-7D=.Aa,=40×45A=wu1,(80-60)(1)并联运用时，其中一台换热器的传热速率为：。=，J(Tj-G)=KAM,>1(8O-3O)+(-2O)=。=23A=,7(80-4)<2)22将(2)式与(1)式相比得：Tj=57.6C将两台换热器串联，第一台的出口温度已知为60C,也为其次台换热器的进口温度，其次台的总传热系数也为40W/加乙K）,则其次台换热器的传热速率为:Q'="1f-Tf)=QAM=s/so-f)=40A矶(goto)+(Tf-20)将上式与（1）相比得：T2"=47.3r即串联运用可以将出口温度降到最低，但流淌阻力加大°思索题I、传热过程有哪三种基本形式？它们的传热机理有何不同？2、物体的导热系数与哪些因素有关？非金属保温材料的导热系数为什么与密度有关？3、在两层平壁的热传导中，有一层的温度差较大，另一层的较小。哪一层的热阻大？4、愉送高温物料的圆形管外包覆两层厚度相同、导热系数不同的保温材料。若变更两种保温材料的内外次序，其保温效果是否会变更/?若被保温的是平壁，保温效果是否会变更？5、流体流淌对对流传热系数的贡献主要表现在哪些方面？6.层流底层的厚度主要和哪些因素有关？并找出相应的强化传热方法？7、流淌边界层和传热边界层有何联系和区分？8、对流传热中各个准数与哪些因素有关？9、自然对流中传热面的位置如何放置有利于增大传热速度？10 .为什么滴状冷凝的对流传热系数比膜状冷凝的大？IK液体沸腾的必要条件有哪两个/?强化沸腾传热从哪两方面着手？12 .为什么液体的对流传热系数比气体的大？13、为什么无相变更时的对流传热系数比有相变更时的小？4总传热系数、对流传热系数和导热系数的物理意义是什么？其单位是否相同？6影响辐射传热的主要因素有哪些？为什么低温时热辐射往往可以忽视？16 .蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体？17、换热器中冷热流体为什么大多采纳逆流换热？在什么状况下采纳并流操作？18、换热器的总传热系数大小与哪些因素有关？如何有效地提高总传热系数？19、在套管换热器中用饱和水蒸气加热内管中流淌的空气。总传热系数接近哪种流体的对流传20、以下几个中，温度差A1.有何区分?Q=A，Q=u4S-1Q=21、 在列管换热器的设计中为什么要限制校正系数v大于O.8?22、 在列管换热器中用热空气加热水，两流体均湍流流淌，逆流换热，若空气的流量增大或进口温度上升，水的出口温度如何变更？计算题1、燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：（八）耐火砖层，其热导率入1=1.05W(m4C),厚度b1.=230mm：(b)绝热砖层，其热导率人2=O.151W(mC);(C)一般砖层,热导率入3=093W(mC)。耐火砖层内侧壁面温度为100(TC,绝热语的耐热温度为940C,一般砖的耐热温度为130,CO(1)依据砖的耐热温度，确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度，若每块绝热瓶厚度为23011un,试确定绝热砖的层数；(2)若一股砖厚度为24On1.m,试计算一般砖层外表面温度。2、有直径为力38mmX2nm的黄铜冷却管，假如管内生成厚度为In1.m的水垢，水垢的热导率=1.163W(mC).试计算水垢的热阻是黄铜管热阻的多少倍黄铜的热导率A=IIOW/(mC)1.3、空气以4ms的流速通过。75.5mmX3.75mm的钢管，管长5m,空气入口温度为32,出口温度为68。试计算：(1)空气与管壁间的对流传热系数；(2)如空气流速增加一倍，其他条件不变，对流传热系数乂为多少：(3)若空气