化工原理重点习题

第一章

10. 解：水在管内流速与流量

贮槽水面为截面1——1’,真空表连接处为截面2——2’，并以截面1——1’为基准水平面。在两截面间列柏努利方程，即

∑+++=++1,2222121122f h p u gZ p u gZ ρ

ρ 式中01=Z m Z 5.12=

2(0221,1≈==∑u u h p f 表压）

表压）(/1047.2100133.1760

1852452m N p ⨯-=⨯⨯-= 将上列数值代入柏努利方程式，并解得水在管内的流速为

s m u /25.2)5.181.91000

1047.2(4

=⨯-⨯= 水的流量为

s kg uA w s /92.71000071.0422=⨯⨯⨯==π

ρ

2）泵的有效功率

贮槽水面为上游截面1——1’，排水管与喷头连接处为下游截面3——3’，仍以截面1——1’为基准水平面。在两截面间列柏努利方程，即

∑∑++++=+++2,1,2222121122f f e h h p u gZ W p u gZ ρ

ρ 式中

（表压）00

111=≈=p u Z 表压）

(/10807.9/21424222m N p s m u m Z ⨯===

2222,1,12102u u u h h f f =+=+∑∑

将上列数值代入柏努利方程式，并解得

kg J W e /4.28525.121000

10807.91481.924

=⨯+⨯+⨯= 泵的有效功率为

kW W w W N s e e 26.2226092.74.285==⨯==

在循环管路中任选某截面为1——1’，并兼为截面2——2’（意即流体由截面1——1’出发，完成一个流动循环 后达到截面2——2’）。在两截面间列柏努利方程式，得

∑+++=+++f e h p u gZ W p u gZ ρ

ρ2222121122 因截面1——1’与截面2——2’重合，所以

2

1211Z Z p p u

u ===

则上式可简化为

kg J h h h W BA f AB f f e /1.147491.98,,=+=+==∑∑∑

流体的质量流量为

s kg V w s s /113600/110036=⨯==ρ

泵的轴功率为

kW W w W N s e 31.223127.0/111.147/≈=⨯==η

2）B 处压强表的读数

在两压强表所在的位置截面A 与截面B 之间列柏努利方程式，并通过截面A 中心做基准水平面，得

∑+++=++AB f B B B A A A h p u gZ p u gZ ,2222ρ

ρ 式中 0=A Z

m Z B 7=

∑=⨯=⨯⨯==kg

J h m N p u u AB f A B A /1.98(/1045.210807.95.2,254表压）

将以上数据代入柏努利方程式，解得

245/102.61100)1.98781.9(1045.2m N p B ⨯=⨯+⨯-⨯=（表压）

B 处压强表的读数为

244

/63.010

87.9102.6cm kg p B =⨯⨯=

从本教材附录十五【P348】中查得70%醋酸在20℃时3/1069m kg =ρ，23/105.2m s N ⋅⨯=-μ

d=1.5cm=0.015m

s m u /882.01069015.0460102=⨯⨯⨯

=

π 则2105.21069882.0015.0-⨯⨯⨯==

μρdu R e =5657 属于湍流 2）用物理单位计算 5657025

.0069.12.885.1/2.885.1)

/(025.0/069.13

=⨯⨯===⋅==e R s

cm u cm

d s cm g cm g μρ 第三章

P196 8．在实验室里用面积0.1 m 2的滤叶对某悬浮液进行恒压过滤实验，操作压力差为67 kPa ，测得过滤5 min 后得滤液1 L ，再过滤5 min 后，又得滤液0.6 L 。试求，过滤常数e V K ，，并写出恒压过滤方程式。

解：恒压过滤方程为：

θK qq q =+e 22

由实验数据知：

min 51=θ，231/m m 01.01

.0001.0==q min 101=θ，3220.016m /m q =

将上两组数据代入上式得：

K q 5)01.0(2)01.0(e 2=+

K q 10)016.0(2)016.0(e 2=+

解得 23e /m m 007.0=q

/s m 108min /m 108.42725--⨯=⨯=K

所以，恒压过滤方程为

θ72108014.0-⨯=+q q （m 3/m 2，s ）

或 θ921080014.0-⨯=+V V （m 3，s ）

第四章

9. 在逆流换热器中，用初温为20℃的水将1.25kg ⋅s -1的液体（比定压热容为1.69kJ ⋅kg -1⋅℃-1，密度为850kg ⋅m -3）由80℃冷却到30℃。换热器的列管直径为Φ25×2.5mm ，水走管内。水侧和液体侧的对流表面传热系数分别为0.85和1.70kW ⋅m -2⋅℃-1，污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50℃，试求换热器的传热面积。

解： )(1211t t C w q p -=)(1222T T C w p -=m t A K ∆=00

水的出口温度取50 ℃

2.1810

30ln )2030()5080(1=---=∆m t ℃ K o =

7.3731700

15.224525025.020850251=+⨯⨯+⨯w/m 2.k w 2=1.25kg/s 2p C =1.69kJ/kg.k

故：A 0=5.152.187.373)3080(169025.1=⨯-⨯⨯m 2 10. 在列管式换热器中用冷水冷却油。水在直径为Φ19×2mm 的列管内流动。已知管内水侧对流表面传热系数h i 为3490 W ⋅m -2⋅℃-1,管外油侧的对流表面传热系数h o 为258 W ⋅m -2⋅℃-1.换热器在使用一段时间后，管壁两侧都有污垢形成，水侧污垢热阻Rs i 为0.00026 ㎡⋅℃⋅W -1,油侧污垢热阻Rs o 为0.000176㎡⋅℃⋅W -1。管壁热传导系数λ为45 W ⋅m -1⋅℃-1.试求：(1)基于管外表面积的总传热系数K O ；(2）产生污垢后热阻增加的百分数。

解：(1) 未结垢前 K o =2.233258

1174519002.0153490191=+⨯⨯+⨯w/m 2.k 结垢后 K 1=

59.211000176.000026.0258

1174519002.0153490191=+++⨯⨯+⨯w/m 2.k （2） 1.01

11001=-

K K K =10%

13. 90℃的正丁醇在逆流换热器中被冷却到50℃。换热器的传热面积为6m ²，总传热系数为230 W ⋅m -2⋅℃-1。若正丁醇的流量为1930kg ⋅h -1，冷却介质为18℃的水，试求：

(1)冷却水的出口温度；

(2)冷却水的消耗量，以m ³⋅h -1表示。

解：