流体流动输送习题

第一章习题详解
工®训练
某食品厂一生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮水池经换热器送到另一敞11高位槽。

已知高位槽液面比贮水池液面高出10m,管内径为75mm,管路总长（包括局部阻力的当量长 度在内）为400m 。

液体流动处于阻力平方区，摩擦系数为。

流体流经换热器的局部阻力系数 为。

离心泵在转速/7=2900r/min 时的H-Q 特性曲线数据如卜•:
Q/（m'/s ）
H'm
26
23 21
12
现因生产需要，要求流屋增加为0. 0055m7s,其他条件不变，试通过计算，提出几种不 同的解决方案，并对其进行比较。

（工厂有同型号备用泵）
解：取贮水池液面为1-1截面，高位槽液面为2-2截面，在两截面间列柏努利方程。

以
1-1 截面所在水平面为基准面
J + 尤 /2g + Pi /pg + \ = Z 2 + 応 /2g + p 2/pg + 功f
其中：Zi=0 m,爲=10 m,乩心处QO, R =A =O （表压），
则，管路特性方程为
亿=10 +功f = 10 + 418554/
根据离心泵特性曲线数据及管路特性曲线方程绘制，两曲线交点即为离心泵的工作点。

则其流量为：0. 0047m 3/s ；扬程为：19. Im 现需流量增加到0. 055 m 3/s
0.075
+ 0.32 ◎
龙'gxO.075"
= 4185540：
38363432302826242220181SM121036 420
0.002 0.003 0.004 0.005
0.006 0.007 OOM 0009
Q
方案I:改变泵的转速
H {n)
0.0055 _ n f
0.0047 - 2900
“' = 3393 r/min
此时扬程为：26. 2 mo
方案2：根据生产任务要求，购置新泵。

方案3：两台泵串联
则其流量为：0. 0065m3/s：扬程为：27. 5m。

方案4：两台泵并联
0.000 0.002 O.OM 0.006 0.008 0XJ10 0XJ12 0.014 0.016 0.018
Q
则其流量为：0. 0056m3/s：扬程为：23. 5m。

改变泵的转速：需要变速装置或能变速的原动机：改变转速时，要保证其转速不能超过泵的额定转速。

换泵：直接简便，但需设备投入。

串并联：利用工厂的闲置备用泵，不增加投资；串并联均能使流量和扬程増加，但由于本案管路系统阻力较高，相比之卜，采用串联操作流量超出生产要求太多，还需关小阀门以调节流量，多消耗能量，不经济。

所以，最终采用方案4,两泵并联以满足新的生产任务。

习题详解
1-4用一复式形管压差计测定水流管道J 、硒截面间的压差，压差计的指示液为汞，两
段汞 柱之间充满水，测压前两U 形压差计的水银液面为同一高度。

今若测得九=1.2 m,
/t=1.3m, &=0.9m,尺=0.95 m,问管道中月、硒点间的压差△氏为多少？(先推导关系式，
再进行 数字运算)。

解：P A = A- Q H ,。

劝i =(必 + 仏 g&) - P H ;
O ^I
P B = P I - P H :O S (代-Rj - P 辭 &
=+ Pugg (尽+人-”j]- Pugg (免 _R ：)-PtiggR?
则
'P AB ~ P A~ P B =卩11畐&- Pn z O^\ ~ Pn z O^ (K + ^2 - M ) + X^H :
O«? (^2 ~ ^2 ) +
pHg<?^2
=Aigg (R[ + Rj_ Pugg (/“ + K + 人-代-h 2 + Rj
=Pugg (& + Rj - P“g (& + RJ=g (& + RJ(P^ - P“)
彳3数据得：A/% =9.81x(0.9+0.95)x(13600 — 1000) = 2.29x10’ Pa
1-5密度为920 kg/m'的椰子油由总管流入两支管，总管尺寸为①60 mmX mm,两支管尺寸
分 另lj 为Q)38 mmX mm 与"25 mmX mm 。

已椰子油在总管中的流速为m/s,且两支管中的流量比 为。

试分别求椰子油在两支管中的体枳流量、质量流量、流速及质量流速。

兀pw2 兀12
兀12
—L)U = — 6<| W. H 11^
解：4
4「4…
—dhL = 2.2x —f/;w,
14
4…
[0.0532
X 0.8 = 0.031丸 + 0.018 沆
则 Q 1
2
0.0312M 1=2.2X 0.0182W 2
求解得流速分别为： Ui= m/s, Uz= m/s
由此得出其体枳流量：匕严彳=1.22 x 1 O'3
ill 3
/S
S = — d;u. =5.52xl0"4 m 3/s
-
4 ・~
质量流昼叫匕= l ・12kg/s,
= pK 2 =0.51 kg/s
质量G] = pi* = 1481 kg/m 2
• s , G 2 = pu 2 = 1996 kg/rn 2
・ s If 某输水管路，水温为20°C,管内径为200 mn ，试求：（1）管中流量达到多人时，可 使水由层流
开始向湍流过渡？（2）若管内改送运动粘度为cm%的液体，并保持层流流动，求管中最犬平均流速？
解：（1）查得20°C水的P= kg/m3, ^ = X10_3Pa • s
^=^=°-2X//X998；2>2000时，水由层流开始向湍流过渡
“ 1.005xW3
即流量达到匕=-d2u = -X0.22X0.01=3.14X W4 m'/s时，水由层流开始向湍流过・
4 4
渡。

（2）Re = — = Q 2XU , <2000 可保持层流
v 0.14x107
则管中最人流速为u = 0.14m/s
1-7—虹吸管放于牛奶贮槽中，其位置如图所示。

贮槽和虹吸管的直径分别为加Id,若流动阻力忽略不计，试计算虹吸管的流量。

贮槽液面高度视为恒定。

解：取贮槽液面为1-1截面，虹吸管出I I为2-2截面，在两截面间列柏努利方程。

以2-2截面所在水平面为基准面，流动阻力忽略不计。

gZ】+ M；/2+A/P=gZ2 + /2 + pjp
其中：zi=h zi=0, Q=ja=0（表压）
得u2=y/2gh
则虹吸管流量为：K = — d2u = — d2 J2gh ill3/s
“4 4 N
习题1-7附图习题1-8附图
1-9敞I I高位槽中的葡萄酒（密度为985 kg/m3）经①38 mmX2.5 mm的不锈钢导管流入蒸馆锅，如图所示。

高位槽液面距地面8 m,导管进蒸馆锅处距地面3 m,蒸馆锅内真空度为8 kPa。

在本题特定条件下，管路摩擦损失可按》瞬=J/kg （不包括导管出I I 的局部阻力）计算，"为葡萄酒在管内的流速（ni/s）o试计算：（1）导管A-A截面处葡萄酒的流速；⑵ 导管内葡萄酒的流量。

解：在高位槽液面与导管岀I I内侧截面间列柏努利方程，以地面为基准水平面gZ】+ U[ /2 + pjp = gZ2+ «；/2 + p2/p+》Wf
其中：药=8 m,公=3 m, a=0（表压），a=—8000 Pa（表压），S = J/kg
因为管径不变，故导管内各截面处流速相等，s=a 代入上式得
g x 8 = g x 3 + 沪/2 - 8000/985 + 6.5，
则导管A-A 截面处葡萄酒的流速"=2. 86 m/s
流量 K=-d 2
u = -x 0.0332
x 2.86 = 2.45 xlO -3
m 3
/s = 8.8 m 3
/li -4 4
1-13拟用泵将葡萄酒由贮槽通过内径为50 nm 的光滑铜管送至白兰地蒸饰锅。

贮槽液面
高出 地面3 m,管子进蒸馆锅处高出地面10 m 。

泵出II 管路上装有一闸阀调节流量，管路总长80 m
（包括除调节阀以外的所有局部阻力的当量长度）。

葡萄酒的密度为985 kg/m\黏度为
mPa ・s 。

试求：（1）在阀1/2开度和全开两种情况卞的管路特性方程；（2）流量为15m7h 时, 两种情况下管路所需的压头及功率。

解：（1）在贮槽液面与管出II 外侧截面间列柏努利方程，以地面为基准水平面
J
/2g + A I Pg + 々=冬 + 可 /2g + pjpg + 功 f
光滑管利用柏拉修斯（Blasius ）式 2 = 0.316//?^°25
,分别彳臥
则管路特性方程：阀门半开时几=7 +功f = 7 + 2.18w L75
阀门全开时人=7 +功彳=7 +1・93”E
(2) H = -^ =
4
15/3600 。

门.. = -------- =2.12 nVs
-x0.052
则 阀门半开时管路所需压头为：化= 7 + 2.1 &尸5 = 15.1山
管路所需功率为：他=匕=9.81x15.1x985 x 15/3600 = 608 W
其中：乙=3 m,乙=10 m,乩〜比A=A=0（表压），
功2
闸阀1 /2开度时
Z/Q225,全开时〃d=9
0.316
阀门全开时：纨= 0.5 (0.05x W x985/1.5xl0'3
)「
80
10.05+9
阀门全开时管路所需压头为：/2C = 7 + 1.93^75
= 14.2 m
管路所需功率为：N c = gh c pV z = 9.81 x 14.2 x 985 x 15/3600 = 572 W
1-14用离心泵将敞I I 贮槽中的人豆油（密度为940 kg/m,黏度为40X10_3
Pa ・s ）,送往一
精制设备中, 如附图所示。

设备内压强保持MPa （表压），贮槽液 面与设备入I I 之间的垂直距离为10 m,管路为①57
mmX4 mm 的钢管（=0.2 mm ）,管道总长60 m （包 括除孔板流量计在外的所有局部阻力的
当量长度）。

管路上装有孔径d=16 mm 的孔板流量计。

今测得连 接孔板的指示剂为水银的U 形管压差计的读数斤= 250 mm.孑L 板阻力可取所测得压差的80%。

试求泵消 耗的轴功率，泵的效率取为65忍
解：在敞门贮槽液面与管道设备入I I 处截面间列柏努利方程，以贮槽液面所在水平面为基准
水平面
gZ] + 尤/2 + p I P + 叭=+ u ；/2 +p 2/p+ 工 Wf
其中：Zi=0 m, z=10 m,乩2比=0, Q=0（表压），R=X 10° Pa （表压），
己知孔板流量计的%=c°
『R(：_d
假设孔流系数G 与屁数无关，由肘=查图得G=,代入上式得s=m/s
由 Au = A^u a => —x0.0492
xu = —x0.0162
x4.88=>w = 0.52 m/s
f 。

4
4
duo 0.049x0.52x940 口““ 叶讥才处
则Re = --- = ----------- --- = 598.78,显然与假设不符。

“
40x10-'
重设 G>=
9 则 5= m/s, u =
m/s,屁=为层流，/l=64/7?e= 由 叫:孔板=
0.8A/9 = 0.8x 7?(p 0 - p)g = 24839 J/kg
彳3柏努利方程得 w c = 9.81 x 10 + 0.01 x 106
/940 + 24856 = 24965 J/kg
习题1-14附图
60 0.049 0.532
2
+ 24839 = 24856 J/kg
得
叫=pAu = 940x — x0.0492 x 0.53 = 0.94 kg/s
则泵消耗的轴功率：
N = Njrj = w c m z/T] =24965x0.94/0.65 = 36103 W = 36.1 kW
1-16有一测空气的转子流量计，其流量刻度范闱为lOCTlOOO 1/h,转子材料用铝制成（心=2670 kg/m3）,今用它测定常压20°C的二氧化碳，试问能测得的最大流量为若干1/h?
1.293(2670-1.83) =Q84
1.83(2670-1.293)
则此条件下，转子流量计能测得的最人流量为K：=X 4000=3360 1/h
1-18某食■品厂为节约用水，用离心泵将常压热水池中
60°C的废热水经①68 mmX3. 5 mm的管子输送至凉
水塔顶，并经喷头喷出而入凉水池，以达冷却目
的，水的输送屋为22n?/h,喷头入门处需维持MPa
（表压），喷头入门的位置较热水池液面高5 m,
吸入管和排出管的阻力损失分别为1 niHQ和4
mHQ。

试选用一台合适的离心泵，并确定泵的安
装高度。

（当地大气压为MPa）习题1-17附图
解:在热水池液面与喷头入口处截面间列柏努利方程，
以贮槽液面所在水平面为基准水平面
石 + U；/2g + pjpg +1. = Z2 + 近/2g + p2/pg + 功f
其中：Zi=0 m, N=5 m, &=0（表压），A =X 10$ Pa（表压），功f = Z/?fl + 巩=1 + 4 = 5 niH2O
代入上式得A =5 + 0.05x107（983.1x9.81） + 5=15.18 niH.O
根据流量22 m7h和管路所需压头mHO选取离心泵型号为岀65-50-125。

所选离心泵在2900 r/min 时的性能为片25 m7h,肛20 mH：0,」¥= kW, q =69%,、h=
则离心泵的最大允许安装高度
乞洗许=9o — p)pg -功fl-△/?
983.1x9.81
则泵的实际安装高度应小于m,为安全计，取为4
第二章习题详解
工程训练F作方式对过滤机生产能力的影响
现有从发酵工序出来的啤酒悬浮液，含有约％（质量分数）的悬浮物。

利用
BAS16/450-25 型压滤利锻行过滤。

过滤面枳为16斥，滤框长与宽均为450mm,厚度为25mm,
共有40个框。

原操作方式采用恒压过滤，滤饼体枳与滤液体积之比c二m7m3,滤饼不可压缩，过滤介质当量滤液量QP',过滤常数K二X10"5。

考虑到生产需要，要求在保
证啤酒澄清度等产品质屋的基础上，试通过改变操作方式，改善现有设备的生产效率（过滤时间短），提出几种不同的解决方案，并比较选择最优方案。

参考答案：
恒压过滤：过滤面枳为16m‘，滤框长与宽均为450mm,厚度为25imi的，共有40个框。

滤饼体枳与滤液体枳之比c二m7m\滤饼不可压缩，过滤介质当量滤液量
q e=m：,过滤常数K=X10'5
滤框充满时所得滤饼体枳为
V F X X x io=
滤框充满时所得滤液量为
V1 0. 2025
v=^ ------- =
c 0.03
Ve=Aqe=16X= m3
由恒压过滤方程
V+2V C V=KA 0
沪十2V e V 5 龙 + 2 X 0. 16 X 6. 75
得过滤时间° - -- 二-------------- : -- ；一9172s~
力 1.968 X b - x "
方案一：
恒速过滤：过滤面积为］6ml滤框长与宽均为450mm.厚度为25nm的，共有40个框。

滤饼体积与滤液体积之比c= m3/m3,滤饼不可压缩，过滤介质当量滤液量qe=m：,过滤常数
K=X10'5
解：
滤框充满时所得滤饼体积为
V F XXX40=
滤框充满时所得滤液量为
V1 0. 2025
V二一二-- 二
c 0.03
Ve=Aqe=16X= m3
由恒速过滤方程
2 (0•莎 + 0. 16 X 6. 75)
得过滤时间（）
1.968 X 8 X 区•二9258s ~
方案二
先恒速后恒压过滤：过滤面枳为16ml滤框长与宽均为150mm,厚度为25mm的，共有40 个框。

滤饼体枳与滤液体积Z比c= m7m3,滤饼不可压缩，过滤介质当量滤液量口用，过滤常数K二X103先恒速操作lOmin,压差增人，并在此压差下继续恒压操作。

解：
滤框充满时所得滤饼体枳为
V F XXX40=
滤框充满时所得滤液量为
=V1_O- 2025
'匚 0. 03 二
Ve=Aqe=16X= m3
":二600s
V F X 10^X600= m3
恒压过滤是在已获得滤液量W的条件卜；
(V-V；) +2V e (V-VJ =KA (0-0.)
则
(V2 - V?) + 2V e(V - Vi)
02 ------------------------------------------------- +600=
KA2
(6. 752 - 1. 1522) + 2 X 0. 16(6. 75 - 1. 152)
1.968 X ' 5 X
=9136s=
综上所述，采用恒压过滤，在过滤初期，过滤速度太快，颗粒容易穿透滤布、滤液浑浊或滤布堵塞，而过滤末期，过滤速度又会太小。

方案一采用恒速过滤，过滤末期的压力势必很高，导致设备泄露或动力负荷过人。

方案二是工业上常用的操作方式，先以较低的速度进行恒速过滤，以免压力过早升高形成流到堵塞，当压力升高到定值后再采用恒压过滤，过滤时间最短，生产效率高，所以综合考虑选取方案二。

第二章习题详解
1、用BMS20/830-20板框压滤机恒压过滤某悬浮液。

已知在操作条件卞过滤常数K=2X 10 ；m"/s,过滤lOmin后，得滤液m'/nf。

求再过滤5min,又可得多少滤液(m'/nf)。

解：
根据恒压过滤方程式：
q J+2qq e=K °
得：
0. I2+ X 二2X10"5 x 600
qe= m'/nf
所以恒压过滤方程为
q2+=2X10"50
将o二(600+300)s=90(MtA恒压过滤方程，
解得
q= m3/m"
所以再过滤5min 后，又可得滤液
Aq= m'/iif 二 m 3
/m'
2、用过滤机过滤某种悬浮液，过滤初锻滤面积为10m‘，过滤介质阻力可以忽略。

为
了防止 开始阶段滤布被颗粒堵塞，采用先恒速后恒压的操作方法。

恒速过滤进行
lOmin,得滤液3m'。

然后保持当时的压差再过滤30min,求整个过滤阶段所得滤液量。

解:
恒速阶段过滤速率为
恒压过滤阶段的最初速率为
dV_K^ d^~2Vi
恒圧过滤的最初速率等于恒速阶段的过滤速率，即
加二
恒压过滤是在已获得滤液量V ：的条件卞，即
(V-VI)吻(V-V1) =KA (0-0.)
+ KA 2
( e - ^1)^/32
+ 1.8 X 3(^
3、用某压滤机过滤果汁，在恒压过滤lh 后，可得3m‘清汁，停止过滤后用清水(其
粘度 与滤液相同)于同样压力卞对滤饼进行洗涤。

求洗涤时间，设滤布阻力可以忽略。

解：
滤布阻力忽略时，恒压过滤方程为
V :
=KA :
将V 二3爪0二lh 彳5上式得
最终过滤速率
4、用转筒真空过滤机在恒定真空度下过滤某种悬浮液，此过滤鼓的过滤面积为崙，浸
没角度为120。

，转速为lrwif 。

已知过滤常数K 二X lowin'才，滤渣体积与滤液体积之 比c 二mf 3,过滤介质阻力相当于2mm 厚滤渣层的阻力，求：(1)过滤机的生产能力；⑵ 所得滤渣层的厚度。

解:
⑴\U2mm 厚滤渣层相应的滤液量
(V e =0)
二
1. 5in 3
• h '
2X3
对板框机，当洗涤粘度与滤液相同且洗涤压力与过滤压力相
同时,
dV\ 洗涤速率 4\d0
X 1.5 = 0. 375m 3 • h _ 1
2xl(r'xA 2x10-'x5
= c = 0.56 -
又n=lr l min'1=l/60 r V
120° 1
①———
360° 3
由恒压过滤方面知
亍+2叽二KA询/n
V2+2V X 二X IO"6 7X 5% X 60
解得
V 二m3
Q=V F二X 1= ■ mif 或m ■ h1
/c、碱时日由滤饼体积Vc 0.036x0.56 n nn ..
(2)滤饼层厚度二------- 二——二--------- =0.004m = 4mm
A A 5
5、鲜乳中脂肪球的平均直径约为4 Um, 20°C时，脂肪球的密度为1010kg/m\脱脂乳的密度为1030 kg/m\粘度为XIOPa・s,求脂肪球在脱脂乳中的沉降速度。

解：
假定沉降在层流区进行，则
_ - P)8 -〔4 X 1()V X〈1010 - 1030) X 9.81 二 _
U° 一18U18 X 2. 12 X 10'3
X10 W s
验算
du0P 4 X 10 _6 X 8. 23 X 10 _ 8 X 1030 -
rr 二X10" <1 u 2. 12 X 10 3
表明假定正确。

uo值为X lO^m/s即为所求的沉降速度。

负号表示脂肪球向上浮。

6用降尘室净化常压空气，空气温度20°C,流量为2500m'/h,空气中灰尘的密度为1800kg/ m\要求净化后的空气不含有直径人于10 Um的尘粒，求：⑴所需沉降面枳；⑵若降尘室的宽为3m、长为5m,计算室内需要多少隔板。

解：
(1) 20°C空气的密度P= kg/ m3'粘度吩X1(T Pa・s
设直径为10 U m的尘粒沉降于斯托克斯定律区，贝蹶粒的沉降速度为
J
2500/3600
“a 门
A=二 c eg 二 128. b nf uo 0.0054 (2)降尘室底面枳
Ao=3X5=15m ：
所以需要个隔板数为
A 128.6
N=^ - 1 =飞-- 1 二 8・ 6 a 9块
第五章传热
5-1某燃烧炉由三层绝热材料构成。

内层是耐火砖，厚度15O/77/H .导热系数
兄= 1.05W/〃「K ；中间层为绝热砖，厚度290mm, 2 = 0.15 W/〃「K ；最外层为普 通砖，厚度为190/77/7?，导热系数A = 0.SlW/mK .已知炉内壁温度为
1016°C,夕卜壁温度 为30°C 。

试求：
(1)单位面积上的传热速率q ；
⑵耐火砖与绝热砖界面温度：
(3)普通砖与绝热砖界面温度。

解：(1)单位面积上的传热速率q ；
… b. b, b, 1 0.15 0.29 0.19 2.311 R = —+ —— + —— = — ( - + ---- + ----- )= -----
2/ A 2A A. A A 1.05 0.15 0.81 A
⑵耐火砖与绝热砖界而温度:
q 、= q =
t 2 =^-60.3 = 1061 -60.3 = 1000.7^
⑶普通砖与绝热砖界面温度；
U0
孑(.-p )e (10 »、10■外 X (1800 - 1.2) X 9.81
°
= X 18 X 1・8W X
du 0P 10 X 10'6
X 5.42 X 10 _ 3
X 1.2
‘
R EC 二二 --------------------- - --------- X 10^<2 所以以上假设成立。

需要沉降面积为
1.81 X 10 '
1016-30 2.314
= 426W/m 2
426x0.15
~~L06
=60.3 °C
y/99 吐
g =匚 + 99.9 = 30 + 99.9 =
129.9 °C
5-2外径100mm的蒸汽管，管外包第一层绝热材料厚50〃〃〃，导热系数 A = 0.1 W/m • K,外层绝热材料为厚25mm,导热系数入=0.075 W/m • K ,若蒸汽管外壁温度为170°C,最外层表面温度为38°Co试计算每米管长的热损失和两层绝热材料的界面温度。

解：依题意知t\ = 0.05/« r2 = 0.1m r3 = 0.15w
2龙(h _厶)
1)r. 1 1 a —hi —+ ——hi
—
A 6 ^2 r2
2 兀(170—
38)
1 f0.1 1 f 0.15
——hi --- + ----- h i ---
0.7 0.05 0.075 0.1
=129.71V/w
q 1（人129.7 1 . 0.1 、s 5
人=f ------- In 二= 170 --------- hi——= 149・》°C
-1 2龙人 /; 6.28 0.7 0.05
5-3冷库由两层材料构成，夕卜层是红砖，厚度250〃?〃?，导热系数兄
=0.8VV//Z? • K；内层绝热材料为软木，厚度200加加，2 = 0.07 W/m - K :冷库内壁温度为-5°C,红砖外表面温度为25°C。

试计算此冷库损失的热流量q和两层材料的界面温度。

解：（1）冷库损失的热流量g
q = =严 - p = 9.47 W伽'
b\ br0.23 0.2 z
--- 1——---------- 1 -------
人A20.8 0.07
（2）两层材料的界面温度
J =/ -^-^ = 25-9.47 —= 22 r
-1入0.8
5-9两块相互平行的黑体长方形平板，其尺寸为1x2亦，板间距为血若平板表面温度分别为727°C和227°C。

试计算两平板间的辐射传热量。

解：应用公式0厂5殉［（希）—（金门
式中：C12 =耳• 6 • G）；对于黑体，勺=6 = 1
C12 = C0 = 5.669
角系数0查图5-22
得
///? = !> (p = 0.28
g 12 = 5.669 x 0.28 x 2(104 - 54) = 29.8KW
t 2 = 65 r
5-11在果汁预热器中，进I I 热水温度为98°C,出I I 温度降至75°C,而果汁进II
温度为
5°C,出II 温度升至65°C 。

试求两种流体在换热器内呈并流和逆流的平均温度差。

解:(1)并流时的平均温度差
T -t In __
T 2-t 2
(2)逆流时的平均温度差
(9165)-(75-5)
.98-65 •
lii ---- 75-5
第7章习题详解
7-1.在某单效蒸发器内，将NaOH 水溶液从15%浓缩到30%,
溶液的平均密度为1230kg / m 3
,分离室内绝对压强为50kPa,蒸
发器加热管内的液层高度为1. 5m,试求：
⑴因溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高; ⑵因液柱静压强引起的沸点升高； ⑶溶液的沸点。

解：
⑴计算因溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高
50kPa 水的沸点为°C,所以由图7-3查得相应溶液的沸点值为92°C Z = 92-81.2 = 10.8 °C r 0.0162(/+ 273)
(―)_ (98-5)-(75-65)=环匸 m3
75-65
J = -----------------
0.0162(81.2 + 273)
2304.5
二°C
⑵计算因液柱静压强引起的沸点升高
pgL
二50xl(P + 1230x9.81x1.5
2
由附录查得下，蒸汽的饱和温度为85°Co
人"=r凹- r P
= 85-81.2
二°C
⑶计算溶液的沸点
2 81.2+ 9.525+ 3.8 °C
= 94.525 °C
7-2.在单效真空蒸发器中，需要将2000 kg/h的桔汁从10%
浓缩到50%o进料温度为80°C,进料的平均定压比热为kg • K, 出料温度为60°C,当地大气压强为lOOkPa,加热蒸汽表压为
lOOkPa,蒸发器的总传热系数为1200 W/m2- °Co若不考虑热损
失，试求：
⑴每小时蒸发的水分量和成品量；
⑵加热蒸汽消耗量；
⑶蒸发器的传热面积。

解：
(1)计算每小时蒸发的水分量和成品量
W = F(1-卫)
X
=1600kg/h
L = F-W
= 2000-1600
=400kg/h
⑵计算加热蒸汽消耗量
200kPa下水的相变热和饱和温度：7f=kg, ThC 60°C下水的相变热：2-kg
_ R
若Q u0 , cue。

，则:
Fc(t-t0) + Wr
_ 2000 x 2.8(60 — 80) + 1600x 2355.1 2204.6
=1658kg/h
⑶计算蒸发器的传热面积
5
DR
K(T s-t)
1658x2204.6
1200x(120.2-60)
第10章
工程训练：一一洋葱干燥条件的确定
利用热风干燥生产洋葱脱水蔬菜，干燥第一阶段要求洋葱含水量由5=%干燥到5% 原干燥条件为，干燥空气干球温度为50°C、空气流量为140kg/h、载物量为ml干燥室面积为10 m2,其他条件如下表所示。

现因生产需要，要求在保证产品质量的基础上，利用现有设备将产量提高35%以上，试通过改变干燥空气温度，干燥空气流量，提出儿种不同的解决方案，并比较选择最优方案。

下表为不同温度、空气流量、料层厚度对应的临界含水量与恒速干燥速度。

注：干燥温度越高，营养成分被破坏的越多，复水性不佳，且热量损耗也就 越大。

洋葱50左右。

C 的干燥时干燥速度不是很快，60°C 的干燥温度比较适宜，
70°C 时洋葱复水性等品质有不良影响，洋葱营养成分破坏较多，复水性不好。

(忽
略风量变化引起的风机功率变化) 参考答案：
洋葱由5=%干燥到©=%，干燥空气干球温度为50°C 、空气流量为140kg/h. 载物量为
贰干燥室面积为10ml kg/kg ，临界含水量庄kg,恒速阶段干燥
速度为(m 2
-h)
G 二X10二20kg, Q GX (1-5)=20X ()=
恒速干燥阶段耗时0“根据式(10-29)
降速干燥阶段耗时4,根据式(10-32)
_ G c (X c -X*)b Xc-X* 1.9(7.95-0.42)血 7.95 — 0.42 2
_ ~AU~C 1
X 2-X*= 10x2.051 0.85-0.42
二 2h
总时间为严〃产2二 产量=G/ "二20/二h
热量消耗：假设空气的初始状态是温度为25°C,湿度为必。

(+ A)(50-25) =25 (+ K)
^ZXAZ X 〃二140X25 (+ /£) X=7490 (+ 曲
方案一：
洋葱由5=%干燥到5=%，干燥空气干球温度为60°C 、空气流量为140kg/h. 载物量为
贰干燥室面积为10m ：, kg/kg ，临界含水量庄kg,恒速阶段干燥
速度为(m 2
-h)
解：a=X10=20kg, Ge GX(1-5)=20X ()二
co { _ 0.905
1-© — 1-0.905
X 2
® _ 0.905
1 —© — 1-0.905
=9.5kg/kg
0.459 1-0.459
=0.85kg/kg
Gc
AU C
二 1.9
10x2.05
(9.5-7.95) =
=9.5kg/kg
0 459
7 He"沁
恒速干燥阶段耗时〃"根据式(10-29)
降速干燥阶段耗时九，根据式(10-32)
0 _ Gc(Xc — X*)h
】Xc —X* 1.9(&O5 —0.38) 4 8.05 — 0.38
2 _ 777X
2-X* "10x2.63
1 0.85-0.38
总时间为0二0严产二
产量=GJ 0二20/二h
产量提高率二()/=30%
热量消耗增加率：假设空气的初始状态是温度为25°C,湿度为必。

△F (+ 毘)(60-25)二35 (+ J%)
^ZXAZ X 〃二140X35 (+ J%) X二8085 (+ 山)
热量消耗增加率严卩。

"8877"叫=7.9%
方案二:
洋葱由5%干燥到5赳干燥空气干球温度为60°C、空气流量为155kg/h.
载物量为ml干燥室面积为10ml kg/kg,临界含水量片辰，恒速阶段干燥速度为(m‘・h)
解：G二X10二20雇，炉GX (1-5)二20X ()二
降速干燥阶段耗时九，根据式(10-32)
0 _ Gc(Xc — X*)h 】Xc —X* 1.9(&37 —0.33)h』.37 — 0.33
AU C
7490(1.01+1.88//0)
① _ 0.905
1-^ - 1-0.905
=9.5kg/kg
X2
妙0.459
—— _ ■—______
_ 1-6?. _ 1-0.459
=0.85kg/kg
恒速干燥阶段耗时根据式(10-29)
Gc AU C 二 1.9
10x2.90
(9.5-837) =
2 _ AU^X
1 0.85-0.33
2-X* "10x2.90
总时间为0 = 0\+0产二
产量=G/ "二20/二h
产量提高率二()/=%
热量消耗增加率：假设空气的初始状态是温度为25°C,湿度为弘
(+ 4)(60-25) =35 (+ K)
Q-LX/XI X 〃二 155X35 (+ /£) X=8192 (+ 肪
g 口 2—2 亠 > 8192(1.01+1.88//J-7490(1.01+1.88/70)
热量消耗增加率二 ---- ----------- - ---- - ----------- - =9.4%
7490(1.01+1.88//0)
方案三：
洋葱由5=%干燥到©=%，干燥空气干球温度为70°C 、空气流量为140kg/h. 载物量为此干燥室面积为10m ：, rkg/kg,临界含水量必二kg,恒速阶段干燥 速度为(m 2 -h)
解：a=X10=20kg, Ge GX(1-5)=20X ()二
恒速干燥阶段耗时0“根据式(10-29)
降速干燥阶段耗时 % 根据式(10-32)
X c -X* J.9(8.1-0,3)ki 8.1-0.3 X.-X*" 10x3.35 10.85-0.3
总时间为0 = 0\+0产二
产量=GJ "二20/二 16kg/h
产量提高率二()/=%
热量消耗增加率：假设空气的初始状态是温度为25°C,湿度为弘
(+ Q (70-25) -45 (+ 必)
Q-LX/\I X 〃二 140X45 (+ 忆)X 二7875 (+ 毘)
X 2
co { _ 0.905
1 —①—1-0.905
=9.5kg/kg co 2 i-co 2 0.459 1-0.459 =0.85kg/kg Gc AU C
x -X c ) = 1.9 10x3.35 (9.5 - &1)二
G c (X c -X*)hi
AU C
热量消耗增加率/7UW"叫=5」％综上所述，方案一增加干燥温度，不能达到目的；方案二增加空气温度、流量, 干燥产量能达到要求，干燥温度也
7490(1.01+1.88//J
比较适宜，能量消耗增加率为%;方案三增加空气温度，虽然能大幅度提高产量，能量消耗增加率为%,但是对预热功率要求较高，对产品质量影响也较大。

故综合考虑选取方案二。

本章习题以及参考答案
习题10-5在并流干燥器中，每小时将吨切丁胡萝卜从含水量干燥到(湿基, 下同)。

新鲜空气的温度为27°C,相对湿度为60%,空气预热温度为93°C,若干燥器中空气是绝热增湿，离开干燥器的温度为50°C,试求
(1)每小时除去的水分；
(2)每小时空气用量；
(3)每天的产品量。

解：⑴每小时除去的水分必根据式(10-21a)
w= Gg-型)
l_d
代入数值可得：W二X1000X () / () =h
(2)每小时空气用量厶由于妒27°C,(PF,查图10-3得炉辰，则A93°C,
M二kg,干燥过程中空气是绝热增湿，沿绝热饱和线交^=50°C,
则山二kg,根据式(10-21c)
W
L = ------- = ( ) =60 kg/h
H’-H,
实际消耗空气用量为厂二厶(1+曲二60 X (1+ )二61 kg/h
(3)每天的产品量G
G F (6H力X24二()X24二d
习题10-6.某果蔬加工厂用热风个干燥新鲜蘑菇，生产能力为100kg/h,经干燥器脱水处理，湿基含水量由降至，温度由25°C升至35°C,干蘑菇比热容为(kg・K)。

新鲜空气由温度25°C、0为经预热器升温至70°C。

加热后的空气通过干燥室温度降至50°C o假设空气在干燥过程是绝热增湿。

试求：(1)每小时除去的水分；
(2)每小时空气用量；
(3)汽化1 kg水分的热消耗量。

解：⑴每小时除去的水分必根据式(10-21a)
Gg-d)
1_ ©
代入数值可得:IV =100X () / () =600kg/h
(2)每小时空气用量厶由于妒25°C,(PF，查图10-3得毘二kg,则
fx=70°C, 处二kg,干燥过程中空气是绝热增湿，沿绝热饱和线交&50°C，则
T^kg,根据式(10-21c)
L =-------- 二600/ ()二60 000 kg/h
实际消耗空气用量为厂二厶(1+ /£) =60 000X (1+ ) =60 360 kg/h (3)汽化lkg 水分的热消耗量g,根据式(10-25a)
B (G Q t疔广J /w+ Hz-1) +<?1一G广MI
I Q= (+)孙皿二(+X) X 25+2492 X=kg
片(+)坍皿二(+X) X 50+2492 X=kg
代入数值得：
q= (100XX35-100XX25)/ 600^100 X25
=5 kg
习题10-7.用连续式干燥器每小时干燥处理湿物料9 200kg,湿基含水量由％降至%,温度由25°C升至。

C,其比热容为(kg-K)o空气温度26°C,湿球温度23°C,在加热器中升温到95°C进入干燥器。

离开干燥器的空气温度为65°C O假设空气在干燥过程是绝热增湿，试求：
(1)每小时产品量及水分蒸发量；
(2)每小时空气用量；
(3)干燥器的热效率。

解：(1)产品量根据式(10-21b) GX (1-5)= GX (1-5)
即：^=9 200 0 /()
=9 080 kg
水分蒸发量闽根据(10-2la)
W二5(® -®)二9 os。

()/()二120辰
1_©
(2)每小时空气用量厶由于妒26°C, 223°C,查图10-3得脸kg,则坊95°C,山二kg,干燥过程中空气是绝热增湿，沿绝热饱和线交2二65°C,则必二kg, 根据式(10-21c)
W
L =------- =120/ () =10 000 kg/h
实际消耗空气用量为厶' 二厶(1+ /£) =10 000X (1+ ) =10 180 kg/h
(3)干燥器的热效率％
I F (+)址時 (+X) X 26+2492 X=kg
片(+)坦暗(+X) X 65+2492 X=kg 热量消耗量旷L (厶-厶)/上10 000 kj/ho
根据式226）心+丁…00%
习题10-8某物料在某恒定干燥情况下的临界含水量於kg/kg,平衡水分圧 kg/kg,将其从尤二kg/kg 干燥到丘二kg/kg 需7h,问继续干燥至kg/kg,还 需几小时？ 解：恒速干燥阶段耗时g 根据式（10-29）
一 Gc
AU C
降速干燥阶段耗时“2,根据式(10-32)
& _G c (X c -X*)lu X c -X*
2 AU C X 2-X*
G c (0.16 - 0 05)血 0.16 - 0.05 二 ~AU~C
0.09 —
0.05 一 Gc
AU C
贝|J: 0J 0亍,所以久二，0亍
根据式(10-32)
& =C £PC £-X*)lu X £-X*
3 AU C X 3-X*
_ G c (0.16 - 0.05) s 0.16 - 0.05 _ ~AU~C 0.07 — 0.05
一 Gc
AU C
则：0亍,所以久二，还需小时。

'o+U"xlOO% =
q
2492 +1.88x65-4.187 x 34.4 6007 xl00% = 41.1%
(0.33 —
0.16)
习题10-9将500kg 湿物料由最初含水量5二干燥到5二，己测得干燥条件 下降速阶段的干燥速率曲线为直线，物料临界含水量= kg/kg,平衡水分*二 kg/kg,恒速阶段干燥速率为lkg/ （m 2
・h ）o 一批操作中湿物料提供的干燥表面 积为40Z 试求干燥总时间。

解：根据式（10-20）
X 产匸石=（）=
Q GX （1-5）二500 （） =425辰 恒速干燥阶段耗时""根据式（10-29）
降速干燥阶段耗时0…根据式（10-32） & _G c （X c -X*）hi X c -X*
2 AU C X 2-X*
_ 425（0.11 — 0.002） 4 0.11-0.002 _
~ 40x1 0.0081-0.002"
总时间 0二久+么二+二
流体的流动
一、填空：
1. 当20°C 的甘油（P 二1261kg. nf ： u 二1499厘泊）在内径为lOOnim 的管内流动时,
若流速为2. Om. s'1
时,其雳诺准数Re 为（）其摩擦阻力系数入为（）. 2. 流体在圆形直管中作层流流动，如果流量等不变，只是将管径增大一倍，则 阻
力损失为原来的（）。

3. 流体的粘度指（）。

4. 粘度值随温度变化而变化，对于液体，温度升高，粘度（）：对于气体，温
度升高，粘度—（）。

5. 柏努利方程如衡算基准以 表示,柏努利方程可表示为（），若用（）表示则 可表示为（）o
Gc
AU C
425 (0.18-0.11) =
6.机械能主要包括（）和（）及静压能。

7.流体的粘度指（）。

8.管路中的流动阻力损失主要包含（）、（）。

9.粘度值随温度变化而变化，对于液体，温度升高，粘度（）；对于气体，温度
升高，粘度（）。

10.牛顿粘性定律表达式为（）,其粘性系数粘度的物理意义是（）。

11•某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是（）型曲线，其管中心最大流速为平均流速的（）倍。

12、某流体在圆形直管中作滞流流动时，摩擦系数入与Re的关系为（）o
13、孔板流量计测得的速度是（）。

14、已知一密闭管路，管的内径为d,管长为L,液体在管内作稳定连续层流流动, 流量为V,总的阻力损失为h“现将管的内径换成d/2 ,其它均不改变，此时新管路内的流速为原流速的（）,流体流动的总阻力损失为（）。

15、单元操作中的衡算通常包括（）衡算和（）衡算。

16、空气过滤净化常在空气加热之前进行是因为（）。

17、局部阻力有（）和（）两种计算方法。

18、压强的表示方法主要有绝对压力、（）和（）。

19、流体流动过程的阻力损失可以分为（）和（）。

二、判断：
1.为减少吸入管路的阻力损失，一般应使吸入管径小于排出管径（）
2.静止流体内部压强只与水平高度有关，等高位面即为等压面。

（）
3.在Re处于2000〜4000之间时流体的流动属于介于层流和湍流间的过渡流型。

（）
4.孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒截面，变压差；后者是
恒压差，变截面。

（）
三、选择：
1.流体管内作湍（紊）流流动时，其平均流速u与管中心的最大流速g的关系为（）o
~ B. u~ C. u~ D u~
2.气体输送较之于液体输送其特点体现在（）
A阻力损失大B流体粘度小C质量流量大D温度高
3.液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原來的一半, 假
定管内的相对粗糙度不变，贝烷全湍流（阻力平方区）时，流动阻力变为原来的（）o
A.1/16
B. 8 倍
C. 16 倍D 32 倍
4.在稳定流动的并联管路中，管子长，直径小，而摩擦系数大的管段，通过的流量（）。

A.与主管相同
B.大
C.小D不确定
5.水在园形直管中作滞流流动，流速不变，若管子直径增大一倍，则阻力损失为原
来的（）。

A. 4 倍
B. 1/2
C. 2 倍D 1/4
6.在一定流量下，流体在并联管路中作稳定连续流动，当并联管路数目愈多，则（）o
A.流体阻力损失越大
B.流体阻力损失越小
C.流体阻力损失与并联管数无关D不确定
7.孔板流量计测得的是（）
A速度分布B平均速度C最大速度D压力
8.在管路上安装仪表一般选择在距入口出口30〜50d以上的位置主要因为（）
A便于测量湍动时的情况
B避免由于流体边界层发展导致速度分布沿管长的变化。

C避免边界层脱体。