食品工程原理 思考题与习题

思考题与习题绪论一、填空1 同一台设备的设计可能有多种方案，通常要用（）来确定最终的方案。

2 单元操作中常用的五个基本概念包括（）、（）、（）、（）和（）。

3 奶粉的生产主要包括（）、（）、（）、（）、（）等单元操作。

二、简答1 什么是单元操作？食品加工中常用的单元操作有哪些？2 “三传理论”是指什么？与单元操作有什么关系？3 如何理解单元操作中常用的五个基本概念？4 举例说明三传理论在实际工作中的应用。

5 简述食品工程原理在食品工业中的作用、地位。

三、计算1 将5kg得蔗糖溶解在20kg的水中，试计算溶液的浓度，分别用质量分数、摩尔分数、摩尔浓度表示。

已知20％蔗糖溶液的密度为1070kg/m3。

2 在含盐黄油生产过程中，将60%(质量分数)的食盐溶液添加到黄油中。

最终产品的水分含量为15.8%，含盐量1.4%，试计算原料黄油中含水量。

3 将固形物含量为7.08%的鲜橘汁引入真空蒸发器进行浓缩，得固形物含量为58%得浓橘汁。

若鲜橘汁进料流量为1000kg/h，计算生产浓橘汁和蒸出水的量。

4 在空气预热器中用蒸气将流量1000kg/h，30℃的空气预热至66℃，所用加热蒸气温度143.4℃，离开预热器的温度为138.8℃。

求蒸气消耗量。

5 在碳酸饮料的生产过程中，已知在0℃和1atm下，1体积的水可以溶解3体积的二氧化碳。

试计算该饮料中CO2的(1)质量分数；(2)摩尔分数。

忽略CO2和水以外的任何组分。

6 采用发酵罐连续发酵生产酵母。

20m3发酵灌内发酵液流体发酵时间为16h。

初始接种物中含有1.2%的酵母细胞，将其稀释成2%菌悬液接种到发酵灌中。

在发酵罐内，酵母以每2.9h 增长一倍的生长速度稳定增长。

从发酵罐中流出的发酵液进入连续离心分离器中，生产出来的酵母悬浮液含有7%的酵母，占发酵液中总酵母的97%。

试计算从离心机中分离出来的酵母悬浮液的流量F以及残留发酵液的流量W(假设发酵液的密度为1000kg/m3)。

第一章流体流动一、名词解释1 流体的黏性2 牛顿流体3 流体的稳定流动4 层流边界层二、填空1 通常把( )流体称为理想流体。

2 牛顿黏性定律表明，两流体层之间单位面积的( )与垂直于流动方向的( )成正比。

3 流体在管道中的流动状态可分为( )和( )两种类型。

4 在过渡区内，流体流动类型不稳定，可能是( )，也可能是( )，两者交替出现，与( )情况有关。

5 流体的流动状态可用( )数来判断。

当其>( )时为( )；<( )时为( )。

6 流体在管道中的流动阻力可分为( )和( )两类。

7 当流体在圆管内流动时，管中心流速最大，滞流时的平均速度与管中心的最大流速的关系为( )。

8 根据雷诺数的不同，摩擦系数-雷诺数图可以分为( )、( )、( )和( )四个区域。

9 管路系统主要由( )，( )和( )等组成。

10 局部阻力有( )和( )两种计算方法。

三、选择1 液体的黏性随温度升高而( )，气体的黏性随温度升高而( )。

A. 升高，降低；B. 升高，升高；C. 降低，升高2 砂糖溶液的黏度随温度升高而( )。

A. 增大；B. 减小；C. 不变3 层流时流体在圆管内的速度分布规律为( )形式。

A. 二次曲线；B. 直线；C. 指数四、简答1 推导理想流体的柏努利方程。

2 举例说明理想流体柏努利方程中三种能量的转换关系。

3 简述流体流动状态的判断方法及影响因素。

4 如何用实验方法判断流体的流型？5 说明管壁的粗糙度对流体流动阻力的影响。

五、计算1 某真空浓缩器上真空表的读数为15.5×103 Pa，设备安装地的大气压强为90.8×103 Pa，试求真空浓缩器内的绝对压强。

2 一敞口储槽内贮存有椰子油，其密度为910kg/m3，已知：Z1=0.6m，Z2=1.8m；槽侧壁安装的测压管上段液体是水，测压管开口通大气。

求槽内油面的位置高度h。

高度1.92m3 某设备进、出口的表压强分别为－13 kPa 和160 kPa ，当地大气压为101.3 kPa ，求该设备进、出口的压强差。

4 用一串联U 形管压差计测量水蒸气锅炉水面上的蒸气压pv , U 形管压差计指示液均为水银，连接两U 形管压差计的倒U 形管内充满水，已知从右至左四个水银面与基准水平面的垂直距离分别为h1=2.2m 、h2=1m 、h3=2.3m 、h4=1.3m 。

锅炉水面与基准水平面的垂直距离为h5=3m 。

求水蒸气锅炉水面上方的蒸气压p v 。

5 试管内盛有10cm 高的水银，再于其上加入6cm 高的水。

水银密度为13560 kg/m 3，温度为20℃，当地大气压为101kPa 。

求试管底部的压强。

6 在压缩空气输送管道的水平段装设一水封设备如图，其垂直细支管（水封管）用以排除输送管道内的少量积水。

已知压缩空气压强为50 kPa （表压）。

试确定水封管至少应插入水面下的最小深度h 。

7 贮油槽中盛有密度为960㎏/m 3的食用油，油面高于槽底9.6 m ，油面上方通大气，槽侧壁下部开有一个直径为500 mm 的圆孔盖，其中心离槽底600 mm 。

求作用于孔盖上的力。

8 如本题图所示,用套管式热交换器加热通过内管的果汁，已知内管为Φ33.5mm×3.25mm ，外管为Φ6mm×3.5mm 的焊接钢管。

果汁密度为1060㎏/m 3，流量为6000㎏/h ；加热媒质为115℃的饱和水蒸气在外环隙间流动，其密度为0.9635㎏/m 3，流量为120㎏/h 。

求果汁和饱和水蒸气的平均流速。

2习题2附图习题4附图习题7附图习题 6 附图9 水流经一文丘里管如本题图示，截面1处的管内径为0.1 m ，流速为0.5 m/s ，其压强所产生的水柱高为1m ；截面2处的管内径为0.05 m 。

忽略水由1截面到2截面流动过程的能量损失，求1、2两截面产生的水柱高差h 为多少米？10 某植物油流过一水平渐缩管段，管大头内径为20mm ，小头内径为12mm ，现测得这两截面间的压强差为1000Pa ，该植物油的密度为950kg/m 3，不计流动损失。

求每小时油的质量流量。

qm=602kg/hr11 从高位槽向塔内加料。

高位槽和塔内的压力均为大气压。

要求料液在管内以1.5 m/s 的速度流动。

设料液在管内压头损失为2.2 m (不包括出口压头损失)。

高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米？h=2.315m12 20℃下水在50 mm 内径的直管中以3.6 m/s 的流速流动，试判断其流动类型。

湍流13 37℃下血液的运动黏度是水的5倍。

现欲用水在内径为1 cm 的管道中模拟血液在内径为5mm 的血管中以15cm/s 流动过程的血流动力学情况，实验水流速度应取为多少？14 果汁在内径为d 1的管路中作稳定流动，平均流速为u 1，若将管径增加一倍，体积流量和其他条件均不变，求平均流速为原来的多少倍？15 如本题图示，将离心泵安装在高于井内水面5米的地面上，输水量为50m3/h ,吸水管采用Φ114×4㎜的电焊钢管，包括管路入口阻力在内的吸水管路上总能量损失为∑hf = 5 J/kg,1 2习题 9 附图饱和水蒸汽习题 8 附图1 2 习题10附图习题11附图105 Pa 。

求该泵吸入口处的真空度。

16 用泵输送某植物油，管道水平安装，其内径等于10mm ，流量为0.576 m 3/h ，油的粘度为50黏度0-3 Pa ⋅s ，密度为950kg/m 3。

试求从管道一端至相距30米的另一端之间的压力降。

17 用离心泵将某水溶液由槽A 输送至高位槽B ,两槽液面维持恒定并敞开通大气，其间垂直距离为20 m 。

已知溶液密度为1200 kg/m 3 ，溶液输送量为每小时30 m 3 ,管路系统各种流动阻力之和 ∑h f = 36 J/kg ,该泵的效率为0.65 。

求泵的轴功率。

kW W P z 6.33.3572≈= 18 某饮料厂果汁在管中以层流流动，如果流量保持不变，问：（1）管长增加一倍；（2）管径增加一倍；（3）果汁温度升高使黏度变为原黏度1/2（设密度变化极小）。

试通过计算说明三种情况下摩擦阻力的变化情况。

19 植物油在圆形直管内作滞流流动，若流量、管长、液体物性参数和流动类型均不变，只将管径减至原来的2/5，由流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍？20 用泵将密度为930 kg/ m3 、黏度为 4黏度mPa ⋅s 的某植物油送至贮槽，管路未装流量计，但已知A 、B 两处压力表的读数分别为 p A =1.2 MPa ，p B =1.12 MPa ，两点间的直管长度为25m ，用管直径为Φ89×3.5mm 的无缝钢管，其间还有3个90°的弯头。

试估算该管路油的流量。

21 用一台轴功率为7.5kw 的库存离心泵将溶液从贮槽送至表压为0.2×105Pa 的密闭高位槽（见右图），溶液密度为1150kg/m 3、黏度为1.2×10-3Pa·s 。

管子直径为Φ108×4 mm 、直管长度为70 m 、各种管件的当量长度之和为100 m (不包括进口和出口的阻力)，直管阻力系数为0.026。

输送量为50m 3/h,两槽液面恒定，其间垂直距离为20m 。

泵的效率为65%。

试从功率角度考虑核算该泵能否完成任务。

22 一台效率为0.65的离心泵将果汁由开口贮槽输送至蒸发器进行浓缩。

已知果汁密度为1030 kg/m 3，黏度为1.2×10-3Pa·s ，蒸发器液面上蒸发空间的真空表读数为50 kPa ,果汁输送量为16 m 3/h 。

进蒸发器的水平管中心线高于开口贮槽液面20 m ，管直径为Φ57mm×3 mm 的冷轧不锈钢管，不包括管路进、出口能量损失的直管及各管件当量长度之和为50m ,管壁习题17附图习题16附习题15附图 习题21附图 2习题20附图 习题23附图绝对粗糙度为0.02mm，当地大气压强为1×105Pa。

求泵的轴功率P Z 。

23 高位水槽底部接有一长度为30m（包括局部阻力的当量长度）、内径为20mm的钢管，该管末端分接两个处于同一水平面的支管，支管直径与总管相同，各支管均装有一相同的球阀（ζ=6.4），因支管很短，除球阀的局部阻力外，其他阻力可以忽略。

高位槽水位恒定，水面与支管出口的垂直距离为6m 。

试求开一个阀门和同时开两个阀门管路系统的流量。

第二章流体输送机械一、名词解释1 离心泵的气蚀现象2 泵的工作点3 离心泵的安装高度4 离心泵的切割定律和比例定律二、填空1 产品样本上离心泵的性能曲线是在一定的( )下，输送( )时的性能曲线。