《化工原理》上冊習(xí)題.pdf

化工原理上冊習(xí)題 緒論 1、熱空氣與冷凝水間的總傳熱系數(shù)K值約為 42.99kcal/(m2h)，試從基本 單位開始換算，將K值的單位改為W/(m2) 。 2、密度是單位體積物質(zhì)具有的質(zhì)量。在以下兩種單位制中，物質(zhì)密度的 單位分別為： SI kg/m3 米制重力單位 kgfs2/m4 常溫下水的密度為 1000kg/m3，試從基本單位開始換算，將該值換算為米制 重力單位的數(shù)值。 3、甲烷的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系符合下面經(jīng)驗公式： 1gp=6.421 261 352 +t 式中 P飽和蒸氣壓，mmHg； t溫度，。 今需將式中的 P 的單位改為 Pa，溫度單位改為 K，試對該式加以變換。 4、 將A、 B、 C、 D四組分各為0.25(摩爾分率,下同)的某混合溶液,以1000kmol/h 的流量送入精鎦塔內(nèi)分離,得到塔頂與塔釜兩股產(chǎn)品,進(jìn)料中全部 A 組分、96%B 組分及 4%C 組分存于塔頂產(chǎn)品中；全部 D 組分存于塔釜產(chǎn)品中。試計算塔頂與 塔釜產(chǎn)品的流量及其組成。 5、將密度為 810kg/m3的油與密度為 1000 kg/m3的水充分混合成為均勻的乳 濁液，測得乳濁液的密度為 950 kg/m3 。試求乳濁液中油的質(zhì)量分率。水和油混 合后體積無變化。 6、每小時將 200 kg 過熱氨氣（壓強(qiáng)為 1200kPa）從 95冷卻、冷凝為飽和 液氨。已知冷凝溫度為 30。采用冷凍鹽水為冷凝、冷卻劑，離開時為 10。 求每小時鹽水的用量。 熱損失可以忽略不計。 數(shù)據(jù)： 95過熱氨氣的焓， kJ/kg 1647 30飽和液氨的焓， kJ/kg 323 2鹽水的焓， kJ/kg 6.8 10鹽水的焓， kJ/kg 34 第一章 流體流動 1、某設(shè)備上真空表的讀數(shù)為 13.3103Pa，試計算設(shè)備內(nèi)的絕對壓強(qiáng)與表壓 強(qiáng)。已知該地區(qū)大氣壓強(qiáng)為 98.7103Pa。 2、在本題附圖所示的貯油罐中盛有密度為 960 kg/m3的油品，油面高于罐底 9.6 m，油面上方為常壓。在罐側(cè)壁的下部有一直徑為 760mm的圓孔，其中心距 罐底 800mm，孔蓋用 14mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作應(yīng)力取為 39.23 103Pa,問至少需要幾個螺釘? 3、某流化床反應(yīng)器上裝有兩個U管壓差計，如本題附圖所示。測得R1=400mm， R2=50 mm，指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴(kuò)散，于右側(cè)的U管與大氣連 通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度R3=50 mm。試求A、B兩處的表壓強(qiáng)。 習(xí)題 2 附圖 習(xí) 習(xí)題 3 附圖 4、本題附圖為遠(yuǎn)距離測量控制裝置，用以測定分相槽內(nèi)煤油和水的兩相界 面位置。已知兩吹氣管出口的距離H=1m，U管壓差計的指示液為水銀，煤油的 密度為 820 kg/m3。試求當(dāng)壓差計讀數(shù)R=68mm時，相界面與油層的吹氣管出口 距離h。 水 壓縮空氣 煤油 習(xí)題 4 附圖 5、用本題附圖中串聯(lián)U管壓差計測量蒸汽鍋爐水面上方的蒸汽壓，管壓差 計的指示液為水銀，兩U管間的連接管內(nèi)充滿水。已知水銀面與基準(zhǔn)面的垂直距 離分別為：h1=2.3m、h2=1.2m、h3=2.5m及h4=1.4m。鍋中水面與基準(zhǔn)面的垂直距 離h5=3m。大氣壓強(qiáng)Pa=99.3103Pa。試求鍋爐上方水蒸氣的壓強(qiáng)P。 （分別以Pa 和kgf/cm2來計量） 。 習(xí)題 6 附圖 習(xí)題 5 附圖 6、根據(jù)本題附圖所示的微差壓差計的讀數(shù)，計算管路中氣體的表壓強(qiáng)P。壓 差計中以油和水為指示液，其密度分別為 920 kg/m3及 998 kg/m3，U管中油、水 交界面高度差R=300mm。兩擴(kuò)大室的內(nèi)徑D均為 60mm，U管內(nèi)徑d為 6mm。 當(dāng)管路內(nèi)氣體壓強(qiáng)等于大氣壓時，兩擴(kuò)大室液面平齊。 7、列管換熱器的管束由 121 根252.5mm的鋼管組成?？諝庖?9m/s速度 在列管內(nèi)流動。空氣在管內(nèi)的平均溫度為 50、壓強(qiáng)為 196103 Pa（表壓） ，當(dāng) 地大氣壓為 98.7103 Pa。試求： （1）空氣的質(zhì)量流量； （2）操作條件下空氣的 體積流量； （3）將（2）的計算結(jié)果換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣的體積流量。 8、高位槽內(nèi)的水面高于地面 8m，水從 1084mm 的管道中流出，管路出 習(xí)題 8 附圖 口高于地面 2m。在本題條件下，水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按hf =6.5u2計算， 其中u為水在管內(nèi)的流速，m/s。試計算： （1）AA截面處水的流速； （2）水的流量，以m3 /h計。 9、 20 的水以 2.5 m/s 的流速流經(jīng) 382.5mm 的水平管,此管以錐形管與 另一 533mm 的水平管相連。如本題附圖所示,在錐形管兩側(cè) A、B 處各插入 一垂直玻璃管以觀察兩截面的壓強(qiáng)。若水流經(jīng) A、B 兩截面間的能量損失為 1.5 J/ kg ,求兩玻璃管的水面差(以 mm 計),并在本題附圖中畫出兩玻璃管中水面的 相對位置。 習(xí)題 9 附圖 10、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 分相對位置如本題附圖所示。管路的直徑均為762.5mm，在操作條件下，泵 入口處真空表的讀數(shù)為 24.66103 Pa；水流經(jīng)吸入管與排出管（不包括噴頭） 的能量損失可分別按f,1=2u2 與 f,2 =10u2 計算，由于管徑不變，故式中u為吸 入或排出管的流速m/s。排水管與噴頭連接處的壓強(qiáng)為 98.07103 Pa(表壓).試求 泵的有效功率。 習(xí)題 10 附圖 11、本題附圖所示的貯槽內(nèi)徑D為 2m，槽底與內(nèi)徑d0為 32 mm的鋼管相連， 槽內(nèi)無液體補(bǔ)充，其液面高度h1為 2m（以管子中心線為基準(zhǔn)） 。液體在本題管內(nèi) 流動時的全部能量損失可按hf =20u2公式計算， 式中u為液體在管內(nèi)的流速m/s。 試求當(dāng)槽內(nèi)液面下降 1 m時所需的時 間。 習(xí)題 11 附圖 習(xí) 習(xí)題 12 附圖 12、本題附圖所示為冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的密度為 1100 kg/m3，循環(huán)量 為 36 m3/h。 管路的直徑相同， 鹽水由A流經(jīng)兩個換熱器而至B的能量損失為 98.1J/ kg, 由B流至A的能量損失為 49 J/ kg，試計算： （1）若泵的效率為 70%時,泵的軸 功率為若干KW?（2）若A處的壓強(qiáng)表讀數(shù)為 245.2103Pa時，B處的壓強(qiáng)表讀數(shù) 為若干Pa？ 13、用壓縮空氣將密度為 1100 kg/m3的腐蝕性液體自低位槽送到高位槽，兩 槽的液面維持恒定。管路直徑均為603.5mm，其它尺寸見本題附圖。各管段 的能量損失為hf,AB=h B f,CD=u ，h 2 f,BC=1.18u 。壓差計中的指示液均為水銀。 試求當(dāng)R 2 1=45mm，h=200mm時： （1）壓縮空氣的壓強(qiáng)P1為若干？（2）U管壓差 計讀數(shù) R2為多少？ 習(xí)題 13 附圖 14、在實(shí)驗室中，用玻璃管輸送 20的 70%醋酸。管內(nèi)徑為 1.5cm，流量為 10 kg/min。用 SI 和物理單位各算一次雷諾準(zhǔn)數(shù)，并指出流型。 15、在本題附圖所示的實(shí)驗裝置中，于異徑水平管段兩截面間連一倒置 U 管 壓差計，以測量兩截面之間的壓強(qiáng)差。當(dāng)水的流量為 10800kg/h 時，U 管壓差計 讀數(shù) R 為 100mm。粗、細(xì)管的直徑分別為 603.5mm 與 423mm。計算： （1）1kg 水流經(jīng)兩截面間的能量損失； （2）與該能量損失相當(dāng)?shù)膲簭?qiáng)降為若干 Pa？ 習(xí)題 15 附圖 16、密度為 850 kg/m3、粘度為 8103Pas的液體在內(nèi)徑為 14mm的鋼管內(nèi)流 動，溶液的流速為 1m/s。試計算： （1）雷諾準(zhǔn)數(shù)，并指出屬于何種流型； （2） 局部速度等于平均速度處與管軸的距離； （3）該管路為水平管，若上游壓強(qiáng)為 147103Pa，液體流經(jīng)多長的管子其壓強(qiáng)才下降到 127.5103Pa? 17、 流體通過圓管湍流流動時， 管截面的速度分布可按下面經(jīng)驗公式來表示： ur=umax( R y )7 1 式中y為某點(diǎn)與壁面的距離，即 y=Rr。 試求其平均速度u與最大速度 umax 的比值。 18、一定量的液體在圓形直管內(nèi)作滯流流動。若管長及液體物性不變，而管 徑減至原有的 2 1 ，問因流動阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來的若干倍？ 19、內(nèi)截面為 10001200mm的矩形煙囪的高度為 30m。平均分子量為 30kg/kmol、平均溫度為 400的煙道氣自下而上流動。煙囪下端維持 49Pa的真 空度。在煙囪高度范圍內(nèi)大氣的密度可視為定植，大氣溫度為 20，地面處的 大氣壓強(qiáng)為 101.33103Pa。流體流經(jīng)煙囪時的摩擦系數(shù)可取為 0.05，試求煙道 氣的流量為若干kg/h？ 20、每小時將 2104kg的溶液用泵從反應(yīng)器輸送到高位槽（見本題附圖） 。 反應(yīng)器液面上方保持 26.7103Pa的真空度，高位槽液面上方為大氣壓強(qiáng)。管道 為764mm的鋼管，總長為 50m，管線上有兩個全開的閘閥、一個孔板流量計 （局部阻力系數(shù)為 4） 、五個標(biāo)準(zhǔn)彎頭。反應(yīng)器內(nèi)液面與管路出口的距離為 15m。 若泵的效率為 0.7，求泵的軸功率。 溶液的密度為 1073kg/m3，粘度為 6.310-4 Pas。管壁絕對粗糙度可取為 0.3mm。 習(xí)題 20 附圖 習(xí)題 21 附圖 21、從設(shè)備送出的廢氣中含有少量可溶物質(zhì)，在放空之前令其通過一個洗 滌器，以回收這些物質(zhì)進(jìn)行綜合利用，并避免環(huán)境污染。氣體流量為 3600 m3/h （在操作條件下） ，其物理性質(zhì)與 50的空氣基本相同。如本題附圖所示，氣體 進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)前的管路上安裝有指示液為水的U管壓差計，其讀數(shù)為 30mm。輸氣 管與放空管的內(nèi)徑均為 250 mm， 管長與管件、 閥門的當(dāng)量長度之和為 50 mm （不 包括進(jìn)、出塔及管出口阻力） ，放空口與鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口的垂直距離為 20m，已估計 氣體通過塔內(nèi)填料層的壓強(qiáng)降為 1.96103Pa。管壁的絕對粗糙度可取為 0.15mm，大氣壓強(qiáng)為 101.33103Pa。求鼓風(fēng)機(jī)的有效功率。 22、如本題附圖所示，貯槽內(nèi)水位維持不變。槽的底部與內(nèi)徑為 100mm 的 鋼質(zhì)放水管相連，管路上裝有一個閘閥，距管路入口端 15m 處安有以水銀為指 示液的 U 管壓差計，其一臂與管道相連，另一臂通大氣。壓差計連接管內(nèi)充滿 了水，測壓點(diǎn)與管路出口端之間的直管長度為 20m。 （1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時，測得 R=600mm、h=1500mm；當(dāng)閘閥部分開啟時，測 得 R=400mm、h=1400mm。摩擦系數(shù)可取為 0.025，管路入口處的局部阻力系 數(shù)取為 0.5。問每小時從管中流出水若干立方米。 （2）當(dāng)閘閥全開時，U管壓差計測壓處的靜壓強(qiáng)為若干（Pa，表壓） 。閘閥 全開時le/d15，摩擦系數(shù)仍可取為 0.025。 習(xí)題 22 附圖 23、10的水以 500L/min 的流量流過一根長為 300m 的水平管，管壁的絕 對粗糙度為 0.05mm。有 6m 的壓頭可供克服流動的摩擦阻力，試求管徑的最小 尺寸。 24、某油品的密度為 800 / m3、粘度為 41cP，由附圖中所示的A槽送至B 槽，A槽的液面比B槽的液面高 1.5m。輸送管徑為893.5mm、長 50m（包括 閥門的當(dāng)量長度） ，進(jìn)、出口損失可忽略。試求： （1）油的流量（m3/h） ； （2）若 調(diào)節(jié)閥門的開度，使油的流量減少 20%，此時閥門的當(dāng)量長度為若干（m）？ 習(xí)題 24 附圖 25、在兩座尺寸相同的吸收塔內(nèi)，各填充不同的填料，并以相同的管路并聯(lián) 組合。每條支管上均裝有閘閥，兩支路的管長均為 5m（包括除了閘閥以外的管 件局部阻力的當(dāng)量長度） ，管內(nèi)徑為 200mm。通過填料層的能量損失可分別折算 為 5u12與 4 u22， 式中u為氣體在管內(nèi)的流速m/s。 氣體在支管內(nèi)流動的摩擦系數(shù) =0.02。管路的氣體總流量為 0.3 m3/s。試求： （1）當(dāng)兩閥全開時，兩塔的通氣量； （2）附圖中AB的能量損失。 習(xí)題 25 附圖 習(xí)題 26 附圖 26、用離心泵將 20水經(jīng)總管分別送至A、B容器內(nèi)，總管流量為 89 m3/h， 總管直徑為1275 mm。原出口壓強(qiáng)表讀數(shù)為 1.93105Pa，容器B內(nèi)水面上方 表壓為 1kgf/cm2。 總管的流動阻力可忽略， 各設(shè)備間的相對位置如本題附圖所示。 試求： （1）離心泵的有效壓頭He； （2）兩支管的壓頭損失Hf,o-A、Hf,o-B。 B 27、 用效率為 80%的齒輪泵將粘稠的液體從敞口槽送至密閉容器內(nèi)， 兩者液 面均維持恒定，容器頂部壓強(qiáng)表的讀數(shù)為 30103Pa。用旁路調(diào)節(jié)流量，其流程 如本題附圖所示。主管流量為 14m3/h，管徑為663mm，管長為 80m（包括所 有局部阻力的當(dāng)量長度） 。 旁路的流量為 5m3/h， 管徑為322.5mm， 管長為 20m （包括除了閥門外的所有局部阻力的當(dāng)量長度） 。兩管路的流型相同，忽略貯槽 液面至分支點(diǎn)o之間的能量損失。被輸送液體的粘度為 50mPas，密度為 1100kg/ m3。試計算： （1）泵的軸功率； （2）旁路閥門的阻力系數(shù)。 習(xí)題 28 附圖 習(xí)題 27 附圖 28、本題附圖所示為一輸水系統(tǒng)，高位槽的水面維持恒定，水分別從 BC 至 BD 兩支管排出，高位槽液面與兩支管出口間的距離均為 11m。AB 管段內(nèi)徑 為 38mm、長為 58m；BC 支管的內(nèi)徑為 32mm、長為 12.5m；BD 支管的內(nèi)徑為 26mm、長為 14m，各段管長均包括管件及閥門全開時的當(dāng)量長度。AB 與 BC 管 主管 旁路 段的摩擦系數(shù)均可取為 0.03。試計算： （1） 當(dāng)BD支管的閥門關(guān)閉時，BC支管的最大排水量為若干m3/h？ （2） 當(dāng)所有閥門全開時，兩支管的排水量各為若干m3/h？BD支管的管壁 絕對粗糙度可取為 0.15mm，水的密度為 1000kg/ m3，粘度為 0.001Pas。 29、在 382.5mm 的管路上裝有標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計，孔板的孔徑為 16.4mm 管中流動的是 20的甲苯，采用角接取壓法用 U 管壓差計測量孔板的壓強(qiáng)差， 以水銀為指示液， 測壓連接管中充滿甲苯。 現(xiàn)測得 U 管壓差計的讀數(shù)為 600mm， 試計算管中甲苯的流量為若干 kg/h？ 第二章 流體輸送機(jī)械 1、在用水測定離心泵性能的實(shí)驗中，當(dāng)流量為 26m3/h時，泵出口處壓強(qiáng)表 和入口處真空表的讀數(shù)分別為 152kPa和 24.7kPa，軸功率為 2.45kW，轉(zhuǎn)速為 2900r/min。若真空表和壓強(qiáng)表兩測壓口間的垂直距離為 0.4m，泵的進(jìn)、出口管 徑相同，兩測壓口間管路流動阻力可忽略不計。試計算該泵的效率，并列出該效 率下泵的性能。 2、用某離心泵以 40m3/h的流量將貯水池中 65的熱水輸送到?jīng)鏊?，?經(jīng)噴頭噴出而落入涼水池中，以達(dá)到冷卻的目的。已知水在進(jìn)入噴頭之前需要維 持 49kPa的表壓強(qiáng)，噴頭入口較貯水池水面高 6 m。吸入管路和排出管路中壓頭 損失分別為 1 m和 3 m，管路中的動壓頭可以忽略不計。試選用合適的離心泵， 并確定泵的安裝高度。當(dāng)?shù)卮髿鈮喊?101.33kPa計。 3、常壓貯槽內(nèi)盛有石油產(chǎn)品，其密度為 760 kg/ m3，粘度小于 20cSt，在貯 存條件下飽和蒸汽壓為 80kPa，現(xiàn)擬用 65Y-60B型油泵將此油品以 15m3/h的流量 送往表壓強(qiáng)為 177kPa的設(shè)備內(nèi)。貯槽液面恒定，設(shè)備的油品入口比貯槽液面高 5 m，吸入管路和排出管路的全部壓頭損失分別為 1 m和 4 m。試核算該泵是否合 用。 若油泵位于貯槽液面以下 1.2 m 處，問此泵能否正常操作？當(dāng)?shù)卮髿鈮喊?101.33kPa 計。 4、欲用例 2-2 附圖所示的管路系統(tǒng)測定離心泵的氣蝕性能參數(shù)，則需在泵 的吸入管路中安裝調(diào)節(jié)閥門。適當(dāng)調(diào)節(jié)泵的吸入和排出管路上兩閥門的開度，可 使吸入管阻力增大而管內(nèi)流量保持不變。若離心泵的吸入管直徑為 100mm，排 出管直徑為 50mm，孔板流量計孔口直徑為 35mm，測得流量計壓差計讀數(shù)為 0.85mHg，吸入口真空表讀數(shù)為 550mmHg 時，離心泵恰發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，試求該 流量下泵的允許氣蝕余量和吸上真空度。已知水溫為 20，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?760mmHg。 5、用水對某離心泵做實(shí)驗，得到下列各實(shí)驗數(shù)據(jù)： Q,L/min 0 100 200 300 400 500 H,m 37.2 38 37 34.5 31.8 28.5 若泵送液體的管路系統(tǒng)：管徑為 764mm、長為 355m（包括局部阻力的 當(dāng)量長度） ，吸入和排出空間為常壓設(shè)備，兩者液面間垂直距離為 4.8m，摩擦系 數(shù)可取為 0.03。試求該泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時的流量。若排出空間為密閉容器，其內(nèi)壓強(qiáng)為 129.5kPa（表壓） ，再求此時泵的流量。被輸送液體的性質(zhì)與水的相似。 6、某型號的離心泵，其壓頭與流量間的關(guān)系可表示為 H=180.6106Q2（H單位為m，Q單位為m3/s） 若用該泵從常壓貯水池將水抽送到渠道中，已知貯水池截面積為 100 m2， 池中水深 7m。 輸水之初池內(nèi)水面低于渠道水平面 2m， 假設(shè)輸水渠道水平面保持 不變，且與大氣相通。管路系統(tǒng)的壓頭損失為Hf=0.4106Q2（Hf單位為m，Q單 位為m3/s） 。試求將貯水池內(nèi)水全部抽出所需的時間。 7、用兩臺離心泵從水池向高位槽送水，單臺泵的特性曲線方程為 H=251106Q2 管路特性曲線方程可近似表示為 Heee=101105Qe2 兩式中Q的單位為m3/s，H的單位為m。 試問兩泵如何組合才能使輸液量大？（輸水過程為定態(tài)流動） 8、現(xiàn)采用一臺三效單動往復(fù)泵，將敞口貯罐中密度為 1250 kg/ m3的液體輸 送到表壓強(qiáng)為 1.28106Pa的塔內(nèi)，貯罐液面比塔入口低 10m，管路系統(tǒng)的總壓 頭損失為 2m。 已知泵的活塞直徑為 70mm， 沖程為 225mm， 往復(fù)次數(shù)為 200l/min， 泵的總效率和容積效率分別為 0.9 和 0.95。試求泵的實(shí)際流量、壓頭和軸功率。 9、用一往復(fù)泵將密度為 1200 kg/ m3的液體從A池輸送到B槽中，A池和B槽 液面上方均為大氣壓。往復(fù)泵的流量為 5m3/h。輸送開始時，B槽和A池的液面高 度差為 10m。輸送過程中，A池液面不斷下降，B槽液面不斷升高。輸送管路管 內(nèi)徑為 30mm，長為 15m（包括局部阻力當(dāng)量長度） 。A池截面積為 12 m2，B槽 截面積為 4.15m2。液體在管中流動時摩擦系數(shù)為 0.04。試求把 25 m3液體從A池 輸送到B槽所需的能量。 10、已知空氣的最大輸送量為 14500kg/h，在最大風(fēng)量下輸送系統(tǒng)所需的風(fēng) 壓為 1600Pa（以風(fēng)機(jī)進(jìn)口狀態(tài)計） 。由于工藝條件的要求，風(fēng)機(jī)進(jìn)口與溫度為 40 、真空度為 196Pa 的設(shè)備連接。試選合適的離心通風(fēng)機(jī)。當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為 93.3kPa。 11、15的空氣直接由大氣進(jìn)入風(fēng)機(jī)再通過內(nèi)徑為 800mm的水平管道送至 爐底，爐底的表壓為 10.8kPa。空氣輸送量為 20000 m3/h（進(jìn)口狀態(tài)計） ，管長為 100m（包括局部阻力的當(dāng)量長度） ，管壁絕對粗糙度可取為 0.3mm。現(xiàn)庫存一臺 離心通風(fēng)機(jī)，其性能如下表所示。核算此風(fēng)機(jī)是否合用？當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?101.33kPa。 轉(zhuǎn)速，r/min 風(fēng)壓，Pa 風(fēng)量，m3/h 1450 12650 21800 12、某單級雙缸雙動空氣壓縮機(jī)，活塞直徑為 300mm，沖程為 200mm，每 分鐘往復(fù) 480 次， 壓縮機(jī)的吸氣壓強(qiáng)為 9.807104Pa， 排氣壓強(qiáng)為 34.32104Pa。 試計算該壓縮機(jī)的排氣量和軸功率。假設(shè)氣缸的余隙系數(shù)為 8%，排氣系數(shù)為容 積系數(shù)的 85%，絕熱總效率為 0.7。空氣的絕熱指數(shù)為 1.4。 13、用三級壓縮把 20的空氣從 98.07103kPa壓縮到 62.8105Pa，設(shè)中 間冷卻器能把送到后一級的空氣冷卻到 20，各級壓縮比相等。試求： （1） 在各級的活塞沖程及往復(fù)次數(shù)相同情況下，各級氣缸直徑的比。 （2） 三級壓縮所消耗的理論功（按絕熱過程考慮，空氣絕熱指數(shù)為 1.4， 并以 1 kg 計） 。 第三章 機(jī)械分離和固體流態(tài)化 1、取顆粒試樣 500g，作篩分分析，所用篩號及篩孔尺寸見本題附表中第 1、 2 列，篩析后稱取各號篩面上的顆粒截留量列于本題附表中第 3 列，試求顆粒群 的平均直徑。 習(xí)題 1 附表 篩號 篩孔尺寸，mm 截留量，g 篩號 篩孔尺寸，mm 截留量，g 10 14 20 28 35 48 1.651 1.168 0.833 0.589 0.417 0.295 0 20.0 40.0 80.0 130 110 65 100 150 200 270 0.208 0.147 0.104 0.074 0.053 60.0 30.0 15.0 10.0 5.0 共計 500 2、密度為 2650 kg/ m3的球形石英顆粒在 20空氣中自由沉降，計算服從斯 托克斯公式的最大顆粒直徑及服從牛頓公式的最小顆粒直徑。 3、在底面積為 40 m2的除塵室內(nèi)回收氣體中的球形固體顆粒。氣體的處理 量為 3600m3/h， 固體的密度s=3000 / m3， 操作條件下氣體的密度=1.06 / m3，粘度為 210-5 Pas。試求理論上能完全除去的最小顆粒直徑。 4、用一多層降塵室除去爐氣中的礦塵。礦塵最小粒徑為 8m，密度為 4000 / m3。除塵室長 4.1m，寬 1.8 m，高 4.2 m，氣體溫度為 427，粘度為 3.4 10-5 Pas，密度為 0.5 / m3。若每小時的爐氣量為 2160 標(biāo)準(zhǔn)m3，試確定降塵室 內(nèi)隔板的間距及層數(shù)。 5、已知含塵氣體中塵粒的密度為 2300 / m3，氣體流量為 1000 m3/h、粘 度為 3.610-5 Pas、密度為 0.674 / m3，采用如圖 38 所示的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分 離器進(jìn)行除塵。若分離器圓筒直徑為 0.4 m，試估算其臨界粒徑、分割粒徑及壓 強(qiáng)降。 6、 某旋風(fēng)分離器出口氣體含塵量為 0.710-3 / 標(biāo)準(zhǔn)m3， 氣體流量為 5000 標(biāo)準(zhǔn)m3/h，每小時捕集下來的灰塵量為 21.5 。出口氣體中的灰塵粒度分布及 捕集下來的灰塵粒度分布測定結(jié)果列于本題附表中： 試求： （1）除塵效率； （2）繪出該旋風(fēng)分離器的粒級效率曲線 習(xí)題 6 附表 粒徑范圍，m 05 510 1020 2030 3040 4050 50 在出口灰塵中所占的質(zhì)量分率，% 16 25 29 20 7 2 1 在捕集的灰塵中所占的質(zhì)量分率，% 4.4 11 26.6 20 18.7 11.3 3 7、在實(shí)驗室用一片過濾面積為 0.1 m2的濾葉對某種顆粒在水中的懸浮液進(jìn) 行實(shí)驗，濾葉內(nèi)部真空度為 500mmHg。過濾 5min得濾液 1L，又過濾 5min得濾 液 0.6L。若再過濾 5min，可再得濾液多少？ 8、以小型板框壓濾機(jī)對碳酸鈣顆粒在水中的懸浮液進(jìn)行實(shí)驗，測得數(shù)據(jù)列 于本題附表中： 已知過濾面積為 0.093 m2，試求： （1）過濾壓強(qiáng)差為 103.0k Pa時的過濾常 數(shù)K、qe及e;（2）濾餅的壓縮性指數(shù)s； （3）若濾布阻力不變，試寫出此濾漿在 過濾壓強(qiáng)差為 196.2k Pa時的過濾方程式。 習(xí)題 8 附表 過濾壓強(qiáng)差P kPa 過濾時間 S 濾液體積 V m3 50 2.2710-3 103.0 660 9.1010-3 17.1 2.2710-3 343.4 233 9.1010-3 9、在實(shí)驗室中用一個每邊長 0.162m的小型濾框?qū)aCO3顆粒在水中的懸浮 液進(jìn)行過濾實(shí)驗。料漿溫度為 19，其中CaCO3固體的質(zhì)量分率為 0.0723。測得 每 1 m3濾餅烘干后的質(zhì)量為 1602 。 在過濾壓強(qiáng)差為 275800Pa時所得的數(shù)據(jù)列 于本題附表中。 習(xí)題 9 附表 過濾時間 , s 1.8 4.2 7.5 11.2 15.4 20.5 26.7 33.4 41.0 48.8 57.7 67.2 77.3 88.7 濾液體積V, m30.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 試求過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積Ve，濾餅的比阻r，濾餅的空隙率及濾餅顆 粒的比表面積a。已知CaCO3顆粒的密度為 2930 / m3，其形狀可視為圓球。 10、用一臺BMS50/810-25 型板框壓濾機(jī)過濾某懸浮液，懸浮液中固相質(zhì)量 分率為 0.139，固相密度為 2200 / m3，液相為水。每 1 m3濾餅中含 500 水， 其余全為固相。已知操作條件下的過濾常數(shù)K=2.2710-5 m2/s, qe= 3.4510-3 m3 /m2。濾框尺寸為 810 mm810mm25 mm，共 38 個框。試求： （1）過濾至 濾框內(nèi)全部充滿濾渣所需的時間及所得的濾液體積； （2）過濾完畢用 0.8 m3清水 洗滌濾餅，求洗滌時間。洗水溫度及表壓與濾漿的相同。 11、用葉濾機(jī)處理某種懸浮液，先以等速過濾 20min，得濾液 2 m3。隨即保 持當(dāng)時的壓強(qiáng)差再過濾 40 min，問共得濾液多少m3？若該葉濾機(jī)每次卸渣、重 裝等全部輔助操作共需 20 min，求濾液日產(chǎn)量。濾布阻力可以忽略。 12、 在 3105Pa的壓強(qiáng)差下對鈦白粉在水中的懸浮液進(jìn)行過濾實(shí)驗， 測得過 濾常數(shù)K=510-5 m2/s, qe=0.01 m3 /m2，又測得濾餅體積與濾液體積之比=0.08。 現(xiàn)擬用有 38 個框的BMY50/810-25 型板框壓濾機(jī)處理此料漿，過濾推動力及所 用濾布也與實(shí)驗用的相同。 試求： （1） 過濾至框內(nèi)全部充滿濾渣所需的時間； （2） 過濾完畢以相當(dāng)于濾液量 1/10 的清水進(jìn)行洗滌，求洗滌時間； （3）若每次卸渣、 重裝等全部輔助操作共需 15min，求每臺過濾機(jī)的生產(chǎn)能力（以每小時平均可得 多少m3濾餅計） 。 13、某懸浮液中固相質(zhì)量分率為 9.3%，固相密度為 3000kg/ m3，液相為水。 在一小型壓濾機(jī)中測得此懸浮液的物料特性常數(shù)=1.110-4m2（satm） ，濾餅 的空隙率為 40%?，F(xiàn)采用一臺GP5-1.75 型轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)（此過濾機(jī) 的轉(zhuǎn)鼓直徑為 1.75m，長度為 0.98m，過濾面積為 5 m2，浸沒角度為 120） ，轉(zhuǎn) 速為 0.5r/min，操作真空度為 80.0kPa。已知濾餅不可壓縮，過濾介質(zhì)阻力可以 忽略。試求此過濾機(jī)的生產(chǎn)能力及濾餅厚度。 14、用板框過濾機(jī)在恒壓差下過濾某種懸浮液，濾框邊長為 0.65m，已測得 操作條件下的有關(guān)參數(shù)為：K=610-5 m2/s、qe=0.01 m3 /m2、=0.1 m3/ m3濾液。 濾餅不要求洗滌，其它輔助時間為 20min，要求過濾機(jī)的生產(chǎn)能力為 9 m3/h，試 計算： （1）至少需要幾個濾框n？（2）框的厚度L。 15、已知苯酐生產(chǎn)的催化劑用量為 37400kg，床徑為 3.34m，進(jìn)入設(shè)備的氣 速為 0.4m/s，氣體密度為 1.19 kg/ m3。采用側(cè)縫錐帽型分布板，求分布板的開孔 率。 16、 平均粒徑為 0.3mm的氯化鉀球形顆粒在單層圓筒形流化床干燥器中進(jìn)行 流化干燥。固相密度s=1980 / m3。取流化速度為顆粒帶出速度的 78%，試求 適宜的流化速度和流化數(shù)。干燥介質(zhì)可按 60的常壓空氣查取物性參數(shù)。 第四章 傳熱 1、平壁爐的爐壁由三種材料組成，其厚度和導(dǎo)熱系數(shù)列于本題附表中。 習(xí)題 1 附表 序號 材料 厚度 b mm 導(dǎo)熱系數(shù) W/（m） 1（內(nèi)層） 2 3 耐火磚 絕緣磚 鋼 200 100 6 1.07 0.14 45 若耐火磚層內(nèi)表面的溫度t1為 1150，鋼板外表面溫度t4為 30，又測得通 過爐壁的熱損失為 300W/ m2，試計算導(dǎo)熱的熱通量。若計算結(jié)果與實(shí)測的熱損 失不符，試分析原因和計算附加熱阻。 2、燃燒爐的內(nèi)層為 460mm厚的耐火磚，外層為 230mm厚的絕緣磚。若爐 的內(nèi)表面溫度t1為 1400，外表面溫度t3為 100。試求導(dǎo)熱的熱通量及兩磚間 的界面溫度。設(shè)兩層磚接觸良好，已知耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)為1=0.9+0.0007t，絕 緣磚的導(dǎo)熱系數(shù)為2=0.3+0.0003t。兩式中t可分別取為各層材料的平均溫度，單 位為，單位為W/（m） 。 3、直徑為 603mm 的鋼管用厚的軟木包扎，其外又用 100mm 厚的保溫 灰包扎，以作為絕熱層?，F(xiàn)測得鋼管外壁面溫度為110，絕熱層外表面溫度 10。已知軟木和保溫灰的導(dǎo)熱系數(shù)分別為 0.043 和 0.07 W/（m） ，試求每米 管長的冷量損失量。 4、蒸汽管道外包扎有兩層導(dǎo)熱系數(shù)不同而厚度相同的絕熱層，設(shè)外層的平 均直徑為內(nèi)層的兩倍。其導(dǎo)熱系數(shù)也為內(nèi)層的兩倍。若將二層材料互換位置，假 定其它條件不變，試問每米管長的熱損失將改變多少？說明在本題情況下，哪一 種材料包扎在內(nèi)層較為適合？ 5、在一直徑為 252.5mm 的蒸汽管道外，包扎一層導(dǎo)熱系數(shù)為 0.8 W/ （m）的保溫層。保溫層半徑為 50mm。管內(nèi)飽和蒸汽溫度為 130，大氣溫 度為 30。試求保溫層的臨界半徑。 假設(shè)管壁熱阻和蒸汽側(cè)對流熱阻可以忽略。 保溫層外壁對大氣的對流輻射 傳熱系數(shù)可按下式估計： T=9.4+0.052(twt) 式中 T對流輻射傳熱系數(shù)，W/（m2） ； tw保溫層外壁表面溫度，； t環(huán)境大氣溫度，。 并定性討論管道未保溫及不同保溫層半徑下單位管長熱損失的情況。 6、在并流換熱器中，用水冷卻油。水的進(jìn)、出口溫度分別為 15和 40， 油的進(jìn)、出口溫度分別為 150和 100。現(xiàn)因生產(chǎn)任務(wù)要求油的出口溫度降至 80，假設(shè)油和水的流量、進(jìn)口溫度及物性均不變，若原換熱器的管長為 1m， 試求此換熱器的管長增至若干米才能滿足要求。設(shè)換熱器的熱損失可忽略。 7、重油和原油在單程套管換熱器中呈并流流動，兩種油的初溫分別為 243 和 128；終溫分別為 167和 157。若維持兩種油的流量和初溫不變，而 將兩流體改為逆流，試求此時流體的平均溫度差及它們的終溫。假設(shè)在兩種流動 情況下，流體的物性和總傳熱系數(shù)均不變化、換熱器的熱損失可以忽略。 8、在下列各種列管式換熱器中，某種溶液在管內(nèi)流動并由 20加熱到 50 。加熱介質(zhì)在殼方流動，其進(jìn)、出口溫度分別為 100和 60，試求下面各種 情況下的平均溫度差。 （1） 殼方和管方均為單程的換熱器。設(shè)兩流體呈逆流流動。 （2） 殼方和管方分別為單程和四程的換熱器。 （3） 殼方和管方分別為二程和四程的換熱器。 9、在逆流換熱器中，用初溫為 20的水將 1.25kg/s的液體（比熱容為 1.9kJ/kg、密度為 850kg/ m3） ，由 80冷卻到 30。換熱器的列管直徑為25 2.5mm，水走管方。水側(cè)和液體側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為 0.85kW/（m2）和 1.70k W/（m2） ，污垢熱阻可忽略。若水的出口溫度不能高于 50，試求換熱 器的傳熱面積。 10、 在列管式換熱器中用冷水冷卻油。 水在直徑為192mm的列管內(nèi)流動。 已知管內(nèi)水側(cè)對流傳熱系數(shù)為 3490 W/ （m2） ， 管外油側(cè)對流傳熱系數(shù)為 258W/ （m2） 。換熱器在使用一段時間后，管壁兩側(cè)均有污垢形成，水側(cè)污垢熱阻為 0.00026m2/W，油側(cè)污垢熱阻為 0.000176m2/W。管壁導(dǎo)熱系數(shù)為 45W/ （m） ，試求： （1）基于管外表面積的總傳熱系數(shù)； （2）產(chǎn)生污垢后熱阻增加 的百分?jǐn)?shù)。 11、在一傳熱面積為 50 m2的單程列管換熱器中，用水冷卻某種溶液。兩流 體呈逆流流動。冷水的流量為 33000kg/h，溫度油 20升至 38。溶液的溫度由 110降至 60。若換熱器清洗后，在兩流體的流量和進(jìn)口溫度不變的情況下， 冷水出口溫度增到 45。試估算換熱器清洗前傳熱面兩側(cè)的總污垢熱阻。假設(shè)： （1） 兩種情況下， 流體物性可視為不變， 水的平均比熱容可取為 4.187kJ/ （kg） ； （2）可按平壁處理，兩種工況下i和o分別相同； （3）忽略管壁熱阻和熱損失。 12、在一單程列管換熱器中，用飽和蒸汽加熱原料油。溫度為 160的飽和 蒸汽在殼程冷凝 （排出時為飽和液體） ， 原料油在管程流動， 并由 20加熱到 106 。列管換熱器尺寸為：列管直徑為192mm、管長為 4m，共有 25 根管子。 若換熱器的傳熱量為 125kW，蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為 7000 W/（m2） ，油側(cè)污垢 熱阻可取為 0.0005m2/W，管壁熱阻和蒸汽側(cè)垢層熱阻可忽略，試求管內(nèi)油側(cè) 對流傳熱系數(shù)。 又若油的流速增加一倍，此時若換熱器的總傳熱系數(shù)為原來總傳熱系數(shù)的 1.75 倍，試求油的出口溫度。假設(shè)油的物性不變。 13、 90的正丁醇在逆流換熱器中被冷卻到 50。 換熱器的傳熱面積為 6m2， 總傳熱系數(shù)為 230W/（m2） 。若正丁醇的流量為 1930kg/h，冷卻介質(zhì)為 18 的水，試求： （1）冷卻水的出口溫度； （2）冷卻水的消耗量，以m3/h表示。 14、在逆流換熱器中，用冷油冷卻熱油。油的比熱容均為 1.68kJ/（kg） ， 熱油的流量為 3000kg/h，從 100冷卻到 25。冷油從 20加熱到 40。已知 總傳熱系數(shù)Ko隨熱油溫度T變化如下： 熱油溫度 T， 100 80 60 40 30 25 總傳熱系數(shù)Ko，W/（m2） 355 350 340 310 230 160 試求換熱器的傳熱面積。 15、在一逆流套管換熱器中，冷、熱流體進(jìn)行熱交換。兩流體的進(jìn)、出口溫 度分別為t1=20、t2=85，T1=100、T2=70。當(dāng)冷流體的流量增加一倍時， 試求兩流體的出口溫度和傳熱量的變化情況。 假設(shè)兩種情況下總傳熱系數(shù)可視為 相同，換熱器熱損失可忽略。 16、 試用因次分析方法推導(dǎo)壁面和流體間自然對流傳熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)方程式。 已知為下列變量的函數(shù)，即 =f（，cp，gt， ） l 17、在套管換熱器中，一定流量的水在內(nèi)管內(nèi)流動，溫度從 25升高到 75 ，并測得內(nèi)管水側(cè)的對流傳熱系數(shù)為 2000W/（m2） 。若相同體積流量的油 品通過該換熱器的內(nèi)管而被加熱，試求此時內(nèi)管內(nèi)油側(cè)對流傳熱系數(shù)。假設(shè)兩種 情況下流體呈湍流流動。已知定性溫度下流體物性如下： ，kg/ m3 ，Pas cp，kJ/（kg） ，W/（m） 水 1000 0.5410-3 4.17 0.65 油品 810 5.110-3 2.01 0.15 18、一定流量的空氣在蒸汽加熱器中從 20加熱到 80?？諝庠趽Q熱器的 管內(nèi)呈湍流流動。絕壓為 180kPa 的飽和水蒸氣在管外冷凝?，F(xiàn)因生產(chǎn)要求空氣 流量增加 20%， 而空氣的進(jìn)、 出口溫度不變。 試問應(yīng)采取什么措施才能完成任務(wù)。 作出定量計算。假設(shè)管壁和污垢熱阻均可忽略。 19、 98%的硫酸以 0.7m/s 的速度在套管換熱器的空隙內(nèi)流動， 硫酸的平均溫 度為 70，內(nèi)管外壁的平均溫度為 60。換熱器的內(nèi)管直徑為 252.5mm， 外管直徑為 513 mm，試求對流傳熱的熱通量。 20、溫度為 90的甲苯以 1500kg/h 的流量通過蛇管而被冷卻至 30。蛇管 的直徑為 573.5mm，彎曲半徑為 0.6m，試求甲苯對蛇管壁的對流傳熱系數(shù)。 21、常壓下溫度為 120的甲烷以 10m/s 的平均速度在列管換熱器的管間沿 軸向流動。離開換熱器時甲烷溫度為 30，換熱器外殼內(nèi)徑為 190mm，管束由 37 根 192 mm 的鋼管組成，試求甲烷對管壁的對流傳熱系數(shù)。 22、 室內(nèi)水平放置表面溫度相同、 長度相等的兩根圓管， 管內(nèi)通有飽和蒸汽。 兩管均被空氣的自然對流所冷卻，假設(shè)兩管間無相互影響。已知一管直徑為另一 管的 5 倍，且兩管的（GrPr）值在 104109之間，試求兩管熱損失的比值。 23、流量為 720kg/h 的常壓飽和水蒸氣在直立的列管換熱器的列管外冷凝。 換熱器內(nèi)列管直徑為 252.5 mm，長為 2m。列管外壁面溫度為 94。試按冷 凝要求估算換熱器的管數(shù)（設(shè)管內(nèi)側(cè)傳熱可滿足要求） 。換熱器熱損失可忽略。 24、 實(shí)驗測定列管換熱器的總傳熱系數(shù)時， 水在換熱器的列管內(nèi)作湍流流動， 管外為飽和水蒸氣冷凝。列管由直徑為252.5 mm的鋼管組成。當(dāng)水的流速為 1m/s時，測得基于管外表面積的總傳熱系數(shù)Ko為 2115W/（m2） ；若其它條件 不變，而水的速度變?yōu)?1.5m/s時，測得Ko為 2660W/（m2） 。試求蒸汽冷凝傳 熱系數(shù)。假設(shè)污垢熱阻可忽略。 25、兩平行的大平板，放置在空氣中相距為 5mm，一平板的黑度為 0.1，溫 度為 350K，另一平板的黑度為 0.05，溫度為 300K。若將第一板加涂層，使其黑 度變?yōu)?0.025，試計算由此引起的傳熱量變化的百分率。假設(shè)兩板間對流傳熱可 以忽略。 26、在管道中心裝有熱電偶以測量管內(nèi)空氣的溫度。由于氣體真實(shí)溫度t1與 管壁溫度tw不相同，故測溫元件與管壁間的輻射傳熱而引起測量誤差。試推導(dǎo)出 計算測溫誤差（t1t1*）的關(guān)系式。式中t1*為測量值。并說明降低測溫誤差的方 法。假設(shè)熱電偶的黑度為，空氣與熱電偶間的對流傳熱系數(shù)為。 27、在列管換熱器中，用 120的飽和蒸汽將存放在常壓貯槽中的溫度為 20 、比熱容為 2.09kJ/（kg） 、質(zhì)量為 2104kg的重油進(jìn)行加熱。采用輸油能力 為 6000kg/h的油泵，將油從貯槽送往換熱器，經(jīng)加熱后再返回貯槽中，油循環(huán)流 動。若要求經(jīng) 4h后油溫升高至 80，試計算換熱器的傳熱面積。設(shè)加熱過程中 Ko可取為 350 W/（m2） ，且在任何瞬間槽內(nèi)溫度總是均勻一致的。