《環(huán)工原理》部分課后作業(yè)及答案

第一篇

第二章質(zhì)量衡算及能量衡算

2.1某室內(nèi)空氣中03的濃度是0.08x10-61體積分?jǐn)?shù))，求：

(1)在1.013xl()5pa、25℃下，用Ng/n?表示該濃度；

(2)在大氣壓力為0.83x10^2和15c下，03的物質(zhì)的量濃度為多少？

解：(1)志向氣體的體積分?jǐn)?shù)及摩爾分?jǐn)?shù)值相等

由題，在所給條件下，Imol空氣混合物的體積為

V^Vo-PoTi/PiTo

=22.4Lx298K/273K=

所以O(shè)3濃度可以表示為

0.08x106molx48g/molx()-,=|ig/m3

(2)由題，在所給條件下，Imol空氣的體積為

Vi=Vo-PoTi/PiTo

=22.4Lx1.013x105Pax288K/(0.83x1"Pax273K)=

所以O(shè)3的物質(zhì)的量濃度為

0.08x106moi/=2.78X109moi/L

2.2假設(shè)在25℃和l.Ogxl^Pa的條件下，SO2的平均測(cè)量濃度為400/g/m3,假設(shè)允許值0.14xl0Q問(wèn)是否符合要求？

解：由題，在所給條件下，將測(cè)量的SO2質(zhì)量濃度換算成體積分?jǐn)?shù)，即

/?TxlO38.314x298x1()3

-9-6

-------P\=---------Z----------------X400X10=0.15X10

5

pMA41.013X10X64

大于允許濃度，故不符合要求

某一段河流上游流量為36000m3/d,河水中污染物的濃度為。有一支流流量為lOOOOnWd,其中污染物濃度為30mg/L。

假設(shè)完全混合。求：

(I)求下游的污染物濃度；

(2)求每天有多少kg污染物質(zhì)通過(guò)下游某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

解：(1)依據(jù)質(zhì)量衡算方程，下游污染物濃度為

3.0x36000+30x10000

夕14口+夕24V2mg1L=8.87mg/L

3+%236000+10000

(2)每天通過(guò)下游測(cè)量點(diǎn)的污染物的質(zhì)量為

pmx(qVi+%2)=8.87x(36000+10000)乂10-3依/4

=408.02依/d

某一湖泊容積lOxian?,上游有一未被污染的河流流入該湖泊，流量為50m3/s。一工廠以5m3/s的流量向湖泊排放

污水，其中含有可降解污染物，濃度為lOGmg/L。污染物降解反響速率常數(shù)假設(shè)污染物在湖中充分混合。求穩(wěn)

態(tài)時(shí)湖中污染物的濃度。

解：設(shè)穩(wěn)態(tài)時(shí)湖中污染物濃度為0”,，那么輸出的濃度也為8M

由質(zhì)量衡算，得^-cfm2-kpV=0

363

即5xlOOmg/L-(5+50)p?,m/s-10x10x0.25xpmm/s=0

解得Pm=

有一裝滿水的儲(chǔ)槽，直徑Im、高3m。現(xiàn)由槽底部的小孔向外排水。小孔的直徑為4cm,測(cè)得水流過(guò)小孔時(shí)的流速u°

及槽內(nèi)水面高度z的關(guān)系為：uo=(2gz),試求放出In^水所需的時(shí)間。

解：設(shè)儲(chǔ)槽橫截面積為Ai,小孔的面積為A?

由題得A2uo=-dV/dt

即Uo——dz/dtxAi/Az

所以有一dz/dtx(100/4)2=(2gz：

即有一226.55xzdz=dt——①

又zo=3mzi=zo-lm3x(KX2)"=

對(duì)①式積分得t=

2.14有一個(gè)總功率為1000MW的核反響堆，其中2/3的能量被冷卻水帶走，不考慮其他能量損失。冷卻水來(lái)自于當(dāng)?shù)?/p>

的一釜河流，河水的流量為lOOnr%,水溫為20C。

(1)假設(shè)水溫只允許上升10℃,冷卻水須要多大的流量；

(2)假設(shè)加熱后的水返回河中，問(wèn)河水的水溫會(huì)上升多少。C。

解：輸入給冷卻水的熱量為Q=10(X)x2/3MW=667MW

(I)以冷卻水為衡算對(duì)象，設(shè)冷卻水的流量為%,熱量變更率為J/pAT

依據(jù)熱量衡算定律，有外x103x4.183x10kJ/m占667x103KW

得Q=3/s

(2)由題，依據(jù)熱量衡算方程，得100x103x4.183xZ\TkJ/m3=667xl03KW

得△

第三章流體流淌

3.2常壓、20c的空氣穩(wěn)定流過(guò)平板壁面，在邊界層厚度為處的雷諾數(shù)為6.7x104。求空氣的外流速度。

解：設(shè)邊界層厚度為3;空氣密度為p,空氣流速為u。

由題，因?yàn)橥牧鞯呐R界雷諾數(shù)一般取5xl05>6.7xl(^,

所以此流淌為層流。對(duì)于層流層有5=—^

Re*

又有R，=也

兩式合并得4.641xRe05=^

即4.64lx(6.7X104)=uxlxlO3kg/m3x/(1.81xlO-5Pas)

解得u=/s

3.5如圖3?3所示，有始終徑為1m的高位水槽，其水面高于地面8m,水從內(nèi)徑為100mm的管道中流出，管路出口高

于地面2m,水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失(不包括出口的能量損失)可按Z%=6.5〃2計(jì)算，式中u為水在管內(nèi)的流速，

單位為m/s。試計(jì)算：

(1)假設(shè)水槽中水位不變，試計(jì)算水的流景：

(2)假設(shè)高位水槽供水中斷，隨水的出流高位槽液面下降，試計(jì)算液面下降1m所需的時(shí)間。

習(xí)題圖示

解：11〕以地面為基準(zhǔn)，在截面1?一和2?2,之間列伯努利方程，有

□i2/2+pi/p4-gzi=U22/2+p2/p+gZ2+Shf

由題意得pl=p2，且川=0

所以2x(8m-2m)=u2/2+2

解得u=/s

23

qv=uA=/sxjtx2/4=2.28X10-m/s

2

(2)由伯努利方程，有u1/2+gzi=+gz2+Zht-

即U]2/2+gZi=7ll22+gZ2

由題意得Ul/U2=O2=

取微元時(shí)間dt,以向下為正方向

那么有ui=dz/dt

22

所以(dz/dt)/2+gzi=7(100dz/dt)/2+gz2

積分解得t=

3.9一鍋爐通過(guò)內(nèi)徑為的煙囪解除煙氣，排放量為3.5xl05m3/h,在煙氣平均溫度為260℃時(shí)，其平均密度為0.6kg/n?,

平均粘度為2.8xlOFpa.s。大氣溫度為20℃,在煙囪高度范圍內(nèi)平均密度為1.15kg/nA為抑制煤灰阻力，煙囪底

部壓力較地面大氣壓低245Pa。問(wèn)此煙囪須要多高？假設(shè)粗糙度為5mlm

解：設(shè)煙囪的高度為h,由題可得

4

u=qv/A=Re=dup/pi=7.58xl0

相對(duì)粗糙度為￡/d=5mm/=1.429x10-3

查表得X=

所以摩擦阻力2%=丸9卷

建立伯努利方程有u12/2+p1/p+gz1=U22/2+p2/p+gZ2+Ehf

由題意得U|=U2?pi=po—245Pa,p2=p。一p%gh

即

(hxl.l5kg/m3x/s2-245Pa)/(/m3)=hx/s2+hx0.028/3.5mx()2/2

解得h=

用泵將水從一蓄水池送至水塔中，如圖34所示。水塔和大氣相通，池和塔的水面高差為60m,并維持不變。水泵吸

水口低于水池水面，進(jìn)塔的管道低于塔內(nèi)水面。泵的進(jìn)水管DN150,長(zhǎng)60m,連有兩個(gè)90。彎頭和一個(gè)吸濾底閥。

泵出水管為兩段管段串聯(lián)，兩段分別為DNI50、長(zhǎng)23m和DN100、長(zhǎng)100m,不司管徑的管道經(jīng)大小頭相聯(lián)，DN100

的管道上有3個(gè)90。彎頭和一個(gè)閘閥。泵和電機(jī)的總效率為60%。要求水的流量為140m3/h,假設(shè)當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)為元/

(kW.h),問(wèn)每天泵須要消耗多少電費(fèi)？：水溫為25C,管道視為光滑管)

解：由題，在進(jìn)水口和出水口之間建立伯努利方程，有Wc=gh+Iht

25c時(shí)，水的密度為/n?,粘度為0.9x103Pas

管徑為100mm時(shí)u=

Rc=dup/n=5.48xl0\為湍流

查表得入=

管徑為150mm時(shí)u=/s

Re=dup/|.i=3.66x105,為湍流

查表得X=2

泵的進(jìn)水口段的管件阻力系數(shù)分別為：

吸濾底閥，=90。彎頭，=管入口，=0.5

222

Shn=(+0.75x2++)x(/s)/2=/s

泵的出水口段的管件阻力系數(shù)分別為：

大小頭，=;90。彎頭，=；閘閥，=；管出口<=1

Zhf2=(I+0.75x3+++0.02x100/0.1)x(4.95m/s)2/2+(0.023x23/0.15)x(2.20m/s)2/2

=2/s2

2222222

Wc=gh+Lhf=/s+/s+60mx/s=917.49m/s=

WN=(%)x140m3/hx/m3=5.93x104W

總消耗電費(fèi)為元/(kW-h)x24h/d=7U/d

第四章熱量傳遞

4.3某燃燒爐的爐壁由500mm厚的耐火磚、380mm厚的絕熱磚及250mm厚的一般磚砌成。其九值依次為1.40W/(mK),

0.10W/(m-IQa0.92W/(m?K)。傳熱面積A為Im?。耐火磚內(nèi)壁溫度為1000C,一般磚外壁溫度為50℃。求：

(1)單位面積熱通量及層及層之間溫度；

(2)假設(shè)耐火磚及絕熱磚之間有一2cm的空氣層，其熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.0459W/(m?C)。內(nèi)外壁溫度仍不變，問(wèn)此時(shí)

單位面積熱損失為多少？

解：設(shè)耐火成、絕熱磚、一般磚的熱阻分別為口、打、門。

(1)由題易得ri=—=----°5"：~-=0.357m2-K/W

21.4恤尸K

n=3.8m2K/W

2

r3=0.272-mK/W

AT,

所以q=--------------=2

彳+^+G

由題意得T)=1000℃

T2=T|-QRI=℃

T3=T1-Q(R1+R2)=℃

T4=50℃

(2)由題，增加的熱阻為

r'=0.436m2K/W

q=AT/(口+>+門+r，)=:

某一①60mmx3mm的鋁復(fù)合管，其導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m.K),外包一層厚30mm的石棉后，又包一層厚為30mm的軟

木。石棉和軟木的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.15W/(m-K)和0.04W/(m?K)。試求：

(1)如管內(nèi)壁溫度為“05℃,軟木外側(cè)溫度為5℃,那么每米管長(zhǎng)的冷損失量為多少？

(2)假設(shè)將兩層保溫材料互換，互換后假設(shè)石棉外側(cè)溫度仍為5C,那么此時(shí)每米管長(zhǎng)的冷損失量為多少？

解：設(shè)鋁復(fù)合管、石棉、軟木的對(duì)數(shù)平均半徑分別為51、「m2、「m3

3

由題意有rmi=——mm=

rm2=-7x-mm=

rm3=八八mm=

,、b.b>“

(1)R/L=——!—+——=—+——1

2M%2叫“22嘰％3

33030

K-m/W+K-m/W+K-m/W

2^x45x28.472^x0.15x43.282ix004x73.99

=3.73xl0-4Km/W+0.735Km/W+1.613Km/W

=2.348K-m/W

…AT

Q/L=-------

R/L

(2)R/L41Hl%

2M%29加2嘰加

33030

Wm/K+W-m/K+Wm/K

2^x45x28.472/rx0.04x43.282^x0.15x73.99

=3.73x104K.m/W+2.758K-m/W+0.430K-m/W

=3.l89Km/W

AT

Q/L=~R1~L

用內(nèi)徑為27mm的管子，將空氣從IOC加熱到100C,空氣流量為250kg/h,管外側(cè)用120℃的飽和水蒸氣加熱(未液

化)。求所須要的管長(zhǎng)。

解：以平均溫度55c查空氣的物性常數(shù)，得

53

X=0.0287W/(m-K)g=1.99x10Pascp=(kg-K)p=/m

由題意得u=QZ(pA)=/s

Re=dup/p=(1.99X10-5)=1.65xlO5

所以此流淌為湍流

Pr=NCjA=(1.99x10-5)=

a=0.023A/d-RePr=(m2-K)

△T2=110KAT!=20K

△Tm=(AT2-ATI)/In(AT2/AT1)=(110K-20K)/In(110/20)=

由熱量守恒可得a7tdLATm=qmhCphATh

L=qmcPhATh/(andATnJ

=250kg(kg-K)x90K/[(m2-K)-n-]

在換熱器中用冷水冷卻煤油。水在直徑為(pl9x2mm的鋼管內(nèi)流淌，水的對(duì)流傳熱系數(shù)為3490W/(m2.K),煤油的對(duì)

流傳熱系數(shù)為458W/(m2K),>換熱器運(yùn)用一段時(shí)間后，管壁兩側(cè)均產(chǎn)生污垢，煤油側(cè)和水側(cè)的污垢熱阻分別為

0.0001761112.1</\￥和2.1</\￥,管壁的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m?K)。試求：

(1)基于管外外表積的總傳熱系數(shù)；

(2)產(chǎn)生污垢后熱阻增加的百分?jǐn)?shù)。

解：(1)將鋼管視為薄管壁，那么有

11Z?1

—=一+—+一+r.+

K囚4%

=—!—m?.K/W+”絲m?.+J_m??K/W+0.00026m2?K/W+0.000176m2?K/W

349045458

=2.95xlO-3m2K/W

K=(m2-K)

(2)產(chǎn)生污垢后增加的熱阻百分比為

j+乙x]00%

0.176+0.26

x100%=17.34%

2.95-0.176-0.26

注：如不視為薄管壁，將有5%左右的數(shù)值誤差。

在套管換熱器中用冷水將100℃的熱水冷卻到50C,熱水的質(zhì)量流量為3500kg/h。冷卻水在直徑為(pl80xi0mm的管內(nèi)

2

流淌，溫度從20℃升至30℃?；诠芡馔獗淼目倐鳠嵯禂?shù)為2320W/(m.K)o假設(shè)無(wú)視熱損失，且近似認(rèn)為冷

水和熱水的比熱相等，均為4.18kJ/(kg.K).試求

(1)冷卻水的用量；

(2)兩流體分別為并流和逆流流淌時(shí)所須要的管長(zhǎng)，并加以比較。

解：(1)由熱量守恒可得qHKCPCATc=qmhCphATh

qmc=3500kg/hx50℃/10°C=17500kg/h

(2)并流時(shí)有AT2=80KATI=20K

M-A7；80K—20K

43.28K

1盧

△7；20

由熱量守恒可得KAAT,n=qmhCphATh

即KirdLATm=qnihCphATh

L二%~防△方=3500依/〃x4.18〃/(依-K)x50K=3

-K/rdAT；-2320W/(如?K)?萬(wàn)?0.18巾43.28K-,加

逆流時(shí)有△TI=30K

M—A7；_70K30K

=47.21K

Ain四

30

閂匕旦q,*2h3500依/力X4.18。/(依K)x50K

I可上得Lz=----1-----=-----------：----------------------=3.28/w

2

Knd^rm23201V/(7W?K)?4?0.18m?47.2IK

比較得逆流所需的管路短，故逆流得傳熱效率較高。

火星向外輻射能量的最大單色輻射波長(zhǎng)為。假設(shè)將火星看作一個(gè)黑體，求火星的溫度為多少?

2.9x10—32.9x10-3

解：由X1nT=2.9xl()F得T==219.70K

413.2x10-6

假設(shè)將一外徑70mm、長(zhǎng)3m、外表溫度為227c的鋼管放置于:

(1)很大的紅磚屋內(nèi)，破墻壁溫度為27C；

(2)截面為0.3x2的磚槽內(nèi)，磚壁溫度為27℃。

試求此管的輻射熱損失。(假設(shè)管子兩端的輻射損失可無(wú)視不計(jì))補(bǔ)充條件：鋼管和磚槽的黑度分別為和。

444

解：(1)Qi2=Ci2912A(TI-T2)/100

由題有0-2=1，CI-2=EICO，￡1=

444

QI-2=￡ICOA(TI-T2)/100

=(m2-K4)x3mxx7cx(SOCT^-aOC^K4)/1004

=1.63x1gw

444

(2)QI-2=CI-2(PI-2A(TI-T2)/100

由題有(pl-2=1

Ci-2=C(x/[l/ei+AI/A2(1/82-1)]

444

Q1-2=C(>/[1/E|+A|/A2(1/82-1)]A(TI-T2)/100

2444444

=(m-K)+(3x0.07x7(/0.3x03x3)(-1)]x3mxxKx(500K-300K)/100

=1.42x1gw

第五章質(zhì)量傳遞

5.2在總壓為2.026xl05Pa、溫度為298K的條件下，組分A和B進(jìn)展等分子反向擴(kuò)散。當(dāng)組分A在兩端點(diǎn)處的分壓分

5582

別為pA.i=0.4x)0Pa和pA.2=0.1xl0Pa時(shí)，由試驗(yàn)測(cè)得k°G=1.26x10-kmol/(m-s-Pa),試估算在同樣的條件下，

組分A通過(guò)停滯組分B的傳質(zhì)系數(shù)kG以及傳質(zhì)通量NAO

解：由題有，等分子反向擴(kuò)散時(shí)的傳質(zhì)通量為N\=k以PA,「PA.2)="A?)

RTL

單向擴(kuò)散時(shí)的傳質(zhì)通量為七(PA,「PAJ=

NA=2嚅:丁J

所以汽八二磺(外」一〃42)上

又PB,2-PB.I1.75xlO5Pa

ln(%,2/%j)

52

即可得kG=k,Q''=1.44x10-mol/(m-s-Pa)

PBM

NA=%(PA「PA,2)=0-44mol/(m2-s)

淺盤中裝有清水，其深度為5mm，水的分子依靠分子擴(kuò)散方式漸漸蒸發(fā)到大氣中，試求盤中水完全蒸干所須要的時(shí)

間。假設(shè)擴(kuò)散時(shí)水的分子通過(guò)一層厚4mm、溫度為30℃的靜止空氣層，空氣層以外的空氣中水蒸氣的分壓為零。

分子擴(kuò)散系數(shù)DAB=2/h.水溫可視為及空氣一樣。當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?.01xl()5pa。

解：由題，水的蒸發(fā)可視為單向擴(kuò)散NJABMPA廠PA,O)

RTPB#

30c下的水飽和蒸氣壓為4.2474x103門,水的密度為/n?

故水的物質(zhì)的量濃度為995.7x1(?/18=0.5532x105mol/m3

2

30℃時(shí)的分子擴(kuò)散系數(shù)為DAB=/h

3

pA.i=4.2474xl0PapA.o=O

PB.O-PB,i=0.9886xl05Pa

P府

\"PBMPB)

又有NA=C水V/(A-t)(4mm的靜止空氣層厚度認(rèn)為不變)

所以有C4；V/(A-1)=DABP(PA.i—PA,0)/(RTpB.mZ)

可得t=

故需小時(shí)才可完全蒸發(fā)。

5.5一填料塔在大氣壓和295K下，用清水汲取氨一空氣混合物中的氨。傳質(zhì)阻力可以認(rèn)為集中在1mm厚的靜止氣膜

中。在塔內(nèi)某一點(diǎn)上，氨的分壓為6.6xlO^N/m\水面上氨的平衡分壓可以無(wú)視不計(jì)。氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為

0.236x10-W/so試求該點(diǎn)上氨的傳質(zhì)速率,

解：設(shè)PB/，PB,2分別為氨在相界面和氣相主體的分壓，PB.m為相界面和氣相主體間的對(duì)數(shù)平均分壓

PB.2-PB.I

由題意得P.=0.97963xlO5Pa

Binln

(PB.2/PBj)

NA=黑B丁j=-6.57x10-mol/(m2.s)

5.6始終徑為2m的貯槽中裝有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的氨水，因無(wú)視沒(méi)有加蓋，那么氨以分子擴(kuò)散形式揮發(fā)。假定擴(kuò)散通過(guò)一層

厚度為5mm的靜止空氣層。在l.OlxlCTpa、293K下，氨的分子擴(kuò)散系數(shù)為ISxloq^/s,計(jì)算12h中氨的揮發(fā)損

失量。計(jì)算中不考慮氨水濃度的變更，氨在20℃時(shí)的相平衡關(guān)系為P=2.69xlO\(Pa),x為摩爾分?jǐn)?shù)。

解：由題，設(shè)溶液質(zhì)量為ag

那么，氨的物質(zhì)的量為，總物質(zhì)的量為(/I8+/I7)mol

0.1a/17

所以，氨的摩爾分?jǐn)?shù)為*==0.1053

0.9a/18+0.1a/17

故，氨的平衡分壓為p=0.1053x2.69xl05Pa=0.2832xl05Pa

5

即有pA,i=0.2832xl(>PaPA.o=O

PB.O-PB,i=0.8608xlO5Pa

ln(PB.o/PB.i)

DABP(PA「PA.O)

所以=4.91x10-2mol/(m2.s)

RTPB.L

n=N「史-=6.66x103moi

A4

5.9在穩(wěn)態(tài)下氣體A和B混合物進(jìn)展穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，總壓力為L(zhǎng)013xl(rPa、溫度為278K。氣相主體及擴(kuò)散界面S之間的

垂直間隔為，兩平面上的分壓分別為PAiTBdxiyPa和PA2=0.67xl()4Pa?；旌衔锏臄U(kuò)散系數(shù)為1.85xl()-5m2/s,試

計(jì)算以下條件下組分A和B的傳質(zhì)通量，并對(duì)所得的結(jié)果加以分析。

(1)組分B不能穿過(guò)平面S；

(2)組分A和B都能穿過(guò)平面S。

解：(1)由題，當(dāng)組分B不能穿過(guò)平面S時(shí)，可視為A的單向擴(kuò)散

PB.1=P-PA,1=PB.2=P-PA.2=

DAB=1.85xlOsm7s

2

NA=D，BP(PAB-PA,2)=596x1()7mol/(m?

A

RTpB.mL/')

(2)由題，當(dāng)組分A和B都能穿過(guò)平面S,可視為等分子反向擴(kuò)散

「42

NA=DAB(PAPA,2)=536X1O_mol/(m-s)

可見在一樣條件下，單向擴(kuò)散的通量要大于等分子反向擴(kuò)散

第二篇

第六章沉降

6.2密度為2650kg/m3的球形顆粒在20C的空氣中自由沉降，計(jì)算符合斯托克斯公式的最大顆粒直徑和聽從牛頓公式

的最小顆粒直徑(空氣的密度為/nP,黏度為1.81xlO-5pa.s)。

解：假設(shè)顆粒沉降位于斯托克斯區(qū)，那么顆粒直徑最大時(shí)，&甲=細(xì)叱=2

所以d.=3，代入數(shù)值，解得d〃=7.22xl(T'm

,弧4-P)g「

同理，假設(shè)顆粒沉降位于牛頓區(qū)，那么顆粒直徑最小時(shí)，凡尸=2四=100。

所以4=1000，匕，同時(shí)吃=1.74?

所以0=32.3,代入數(shù)值，解得4，=1.51xl(T3m

6.6落球黏度計(jì)是由一個(gè)鋼球和一個(gè)玻璃筒組成，將被測(cè)液體裝入玻璃筒，然后記錄下鋼球落下確定間隔所須要的時(shí)

間，即可以計(jì)算出液體黏度。如今鋼球直徑為10mm,密度為7900kg/nR待測(cè)某液體的密度為1300kg/nR鋼球

在液體中下落200mm,所用的時(shí)間為，試求該液體的黏度。

解：鋼球在液體中的沉降速度為勺=L/s=200x10-3/9.02=0.022m/s

假設(shè)鋼球的沉降符合斯托克斯公式，那么

(7900-1300)x9.81x(10xl0-3)2

4-------------=--------------------------------=16.35Pas

18618x0.022

隊(duì)”n%dP0.022X10X10-3X1300八八「。皿幾十.

檢驗(yàn)：Re=-----=----------------------=0.017<2,假設(shè)正確。

0//16.35

6.7降塵室是從氣體中除去固體顆粒的重力沉降設(shè)備，氣體通過(guò)降塵室具有確定的停留時(shí)間，假設(shè)在這個(gè)時(shí)間內(nèi)顆粒沉

到室底，就可以從氣體中去除，如下列圖所示?，F(xiàn)用降塵室別離氣體中的粉塵（密度為4500kg/m3）,操作條件是：

氣體體積流量為6m3/s,密度為的3,黏度為3.0xl0-5pa.s,降塵室高2m,寬2m,長(zhǎng)5m。求能被完全去除的最小塵

粒的直徑。

含塵氣凈化氣

降塵

習(xí)題圖示

解：設(shè)降塵室長(zhǎng)為1，寬為b,高為h,那么顆粒的停留時(shí)間為4=//%,沉降時(shí)間為，沉=力//，當(dāng)幅2,沉?xí)r,

顆?？梢詮臍怏w中完全去除，％=4元對(duì)應(yīng)的是可以去除的最小顆粒，即%

因?yàn)?廣翁所以",吟=舞臉=孩=0.6向s

假設(shè)沉降在層流區(qū)，應(yīng)用斯托克斯公式，得

J18小4_]18x3x10-5x0.6

"pmin在⑵-同=19.81x(4500—0.6)8.57x10~5m=85.7pm

檢驗(yàn)雷諾數(shù)

Ddputp8.57x10-5x0.6x0.6,人尸、右右

Rer=-y-=------荻談------=1.03<2,在層流區(qū)。

所以可以去除的最小顆粒直徑為

6.8承受平流式沉砂池去除污水中粒徑較大的顆粒。假設(shè)顆粒的平均密度為2240kg/m3,沉淀池有效水深為，水力停留

時(shí)間為Imin,求可以去除的顆粒最小粒徑（假設(shè)顆粒在水中自由沉降，污水的物性參數(shù)為密度1000kg/m3,黏度為

1.2xlOTa-s）o

解：可以去除的顆粒的最小沉降速度為％沉=L2/60=0.02mzs

假設(shè)沉降符合斯克托斯公式，那么ut=

18〃

18xl.2xl0~3x0.02

所以dl.SSxlO^m

Pp)g^(2240-1000)x9.81

…"陷01.88x10^x0.02x1000

=3.13>2,假設(shè)錯(cuò)誤。

檢驗(yàn)Re=-------1.2x10-3

4

\（PP-p}gdPpRe?

假設(shè)沉降符合艾倫公式，那么ut=0.27j^—匕

P

所以dpi

2,12xIQ-4x0.02x1OOP

檢驗(yàn)Re=3.5,在艾倫區(qū)，假設(shè)正確。

p1.2x10-3

所以可以去除的顆粒最小粒徑為2.I2xlO-4m.

6.10用多層降塵室除塵，降塵室總高4m,每層高，長(zhǎng)4m,寬2m,欲處理的含塵氣體密度為1kg/m3,黏度為3x10叩@$

塵粒密度為3000kg/m3,要求完全去除的最小顆粒直徑為20pm,求降塵室最大處理的氣體流量。

解：假設(shè)顆粒沉降位于斯托克頓區(qū)，那么顆粒的沉降速度為

(Pp-p)gdj(3000-l)x9.81x(20xl0-6)2

18//-18x3x10-

檢驗(yàn)”等=1x2.0x10-5x0.0218

=0.0145<2,假設(shè)正確

3xl0-5

降塵室總沉降面積為A=20x4x2=16（）m2

所以最大處理流量為外=160x0.0218=3.488nP/s

6.11用及例題一樣的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)別離器搜集煙氣粉塵，含粉塵空氣的溫度為200℃,體積流量為3800m3/h,粉塵密度

為2290kg/m3,求旋風(fēng)別離器能別離粉塵的臨界直徑（旋風(fēng)別離器的直徑為650mm,200c空氣的密度為0.746

3

kg/m，黏度為2.60x10-5pa-s）o

解：標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)別離器進(jìn)LI寬度3=0/4=0.65/4=0.1625m,

進(jìn)口高度4=。/2=0.65/2=0.325m,

進(jìn)口氣速場(chǎng)=%/班,=(3800/3600)/(0.1625x0.325)=19.99m/s

所以別離粉塵的臨界直徑為

/9x2.60xl0-5x0,1625

=7.27xl0-6m=7.27pm

V3.14x19.99x2290x5

體積流量為lm3/s的20℃常壓含塵空氣，固體顆粒的密度為1800kg/nV（空氣的密度為/m3,黏度為1.81xlO-5pas）<>

那么

(1)月底面積為60m2的降塵室除塵，可以完全去除的最小顆粒直徑是多少？

(2)用直徑為600mm的標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)別離器除塵，離心別離因數(shù)、臨界直徑和分割直徑是多少？

解：(1)能完全去除的顆粒沉降速度為

u,=—=—=0.0167m/s

A60

假設(shè)沉降符合斯托克斯公式，可以完全去除的最小顆粒直徑為

h8xl.81xlQ-5xQ.Q167

=1.76xl0-5m=17.6jim

p.min\(1800-1.205)x9.81

1.205x1.76x10-5x0.0167

檢驗(yàn)：Re」*'==0.064<2,假設(shè)正確。

1.81xlO-5

(2)標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)別離器

進(jìn)口寬度B=0/4=0.6/4=0.15m進(jìn)口高度％=Q/2=0.6/2=0.3m,

進(jìn)口氣速=qv/Bhj=1/(0.15x03)=22.22m/s

===224

別離因數(shù)K,^"fcB9.81x0,6x0.375

g2

BI9xl,81xlQ-5xOJ5

臨界粒徑4==6.24x10-6m=6.24|im

F/V-Y3.14x22.22x1800x5

/1.81X10-5X07

分割直徑4。0.27x=4.45x10^01=4.45^11

V1800x22.22

水力旋流落的直徑對(duì)離心力的影響和離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的直徑對(duì)離心力的影響是否一樣?

解：對(duì)旋流別離器，離心力「=根”，進(jìn)口流速不變，離心力及直徑成反比，所以增大直徑，離心力減小。

對(duì)離心機(jī)，離心力耳=機(jī)%/,轉(zhuǎn)速不變，離心力及直徑成正比，所以增大直徑，離心力增加。

第七章過(guò)濾

7.1用板框壓濾機(jī)恒壓過(guò)濾某種懸浮液，過(guò)濾方程為

V2+V=6xlO-5A2r

式中：I的單位為s

(1)假設(shè)30min內(nèi)獲得5m3濾液，須要面積為？的濾框多少個(gè)？

(2)求過(guò)濾常數(shù)K,qe,teo

V2+V=6xlO-5A2r

解：(1)板框壓濾機(jī)總的過(guò)濾方程為

在，=30x60=1800;內(nèi)，V=5m3,那么依據(jù)過(guò)濾方程52+5=6x10-5A2x1800

求得，須要的過(guò)濾總面積為A=16.6711?

所以須要的板框數(shù)n=3包=41.675?42

0.4

(2)恒壓過(guò)濾的根本方程為丫2+2°=必2/

及板框壓濾機(jī)的過(guò)濾方程比較，可得K=6xl0-5m2/s

V,=0.5m3,q=^==O.O3m3/m2

'eA16.67

2

=0.03

-F-6xl0-5=15s

(為過(guò)濾常數(shù).及q,相對(duì)應(yīng).可以稱為過(guò)濾介質(zhì)的比當(dāng)量過(guò)濾時(shí)間..=生