发布时间 : 星期二 文章化工原理作业题更新完毕开始阅读064cf9d0b14e852458fb57a6
?de?4?4 当量直径 (0.5)2?174?(0.025)2??0.0291m
?(d2?nd1)0.5?174?0.0252(d2?nd12)【1-33】如习题1-33附图所示，用离心泵从河边的吸水站将20℃的河水送至水塔。水塔进水口到河水水面的垂直高度为34.5m。管路为?114mm?4mm的钢管，管长1800m，包括全部管路长度及管件的当量长度。若泵的流量为30m3/h，试求水从泵获得的外加机械能为多少？钢管的相对粗糙度
?d?0.002。
解 水在20℃时??998.2kg/m3，??1.004?10?3Pa?s d?0.106m, l?le?1800m
流量 qV?30m3/h 流速 u?30/3600? ?0.9448m/s ?2?2d?(0.106)44qVRe?du???0.106?0.9448?998.2?9.96?104 湍流 ?31.004?10习题1-33附图
查得??0.0252
l?leu218000.94482摩擦阻力损失 ?hf???0.0252???191J/kg
d20.1062以河水水面为基准面，从河水水面至水塔处的水管出口之间列伯努利方程。 u20.94482外加机械能 W?Z2g???hf?34.5?9.81??191?530 J/kg
22
【2-2】原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为1400kg/m3的水溶液，其他性质可视为与水相同。若管路状况不变，泵前后两个开口容器的液面间的高度不变，试说明：(1)泵的压头（扬程）有无变化；(2)若在泵出口装一压力表，其读数有无变化；(3)泵的轴功率有无变化。
解 (1)液体密度增大，离心泵的压头（扬程）不变。（见教材） (2)液体密度增大，则出口压力表读数将增大。 (3)液体密度?增大，则轴功率P?qV?gH?将增大
【2-10】 用离心泵输送80℃热水，今提出如下两种方案（见习题2-10附图）。若两方案的管路长度（包括局部阻力的当量长度）相同，离心泵的汽蚀余量?h?2m。试问这两种流程方案是否能完成输送任务？为什么？环境大气压力为101.33kPa。
习题2-10附图
解 水在80℃时饱和蒸气压pV?47.38kPa，密度??971.8kg/m3，汽蚀余量kPa ?h?2m，大气压力p0?101.33最大允许安装高度为
p0?pV(101.33?47.38)?103Hg允许=??h??Hf??2??Hf?3.66??Hf
?g971.8?9.81第(2)方案的安装高度Hg?7m，大于Hg允许，不能完成输送任务。 第(1)方案的安装高度Hg??1m
若?1?3.66??Hf．则?Hf?4.66m水柱时可以用。
【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm厚的软木做成的。软木的热导率λ=0.043 W/(m·℃)。若外表面温度为28℃，内表面温度为3℃，试计算单位表面积的冷量损失。
解 已知t1?3℃, t2?28℃, ?=0.043W／(m?℃), b?003.m， 则单位表面积的冷量损失为 q??b?t1?t2??0.043?3?28???35.8 W/m2 0.03【4-6】某工厂用?170mm?5mm的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料，第一层为厚30mm的矿渣棉，其热导率为0.065W/(m?K)；第二层为厚30mm的石棉灰，其热导率为0.21W/(m?K)。管内壁温度为300℃，保温层外表面温度为40℃。管路长50m。试求该管路的散热量。
解 ql?2?(t1?t4)
1r21r31r4ln?ln?ln?1r1?2r2?3r3?2?(300?40)
18511151145ln?ln?ln45800.065850.21115?284 W/m
Q?qll?284?50?1.42?104W
?14.2 kW
【4-9】空气以4m／s的流速通过?75.5mm?3.75mm的钢管，管长5m。空气入口温度为32℃，出口温度为68℃。(1)试计算空气与管壁间的对流传热系数。(2)如空气流速增加一倍，其他条件均不变，对流传热系数又为多少？(3)若空气从管壁得到的热量为578W，钢管内壁的平均温度为多少。
解 已知u?4m/s, d?0.068m, l?5m, t1?32℃, t2?68℃ (1)对流传热系数?计算
空气的平均温度 tm?32?68?50℃ 2查得空气在50℃时的物性数据??1.093kg/m3，
??1.96?10?5Pa?s, ??2.83?10?2W/(m?℃), cp?1.005kJ/(kg?℃)
Pr?0．698，空气被加热，Pr的指数n?0．4
雷诺数
Re?du???0.068?4?1.093?1.52?104 湍流 ?51.96?10l5??73.5?60 d0.068?4对流传热系数 ? ?0.023Re0.8Pr0．d2.83?10?2??0.023??(1.52?104)0.8?(0.698)0.4?18.4 W/(m2?℃)
0.068(2)空气流速增加一倍，对流传热系数?'为
?u'??'?????u?0.8?2??18.4????1?0.8?32 W/(m2?℃)
(3)若空气从管壁得到的热量为578W，计算钢管内壁平均温度 用式Q??A计算钢管内壁的平均温度tw。 （tw?tm）已知空气进出口平均温度 tm?50℃
在第(1)项中已计算出对流传热系数 ??18.4W/(m2?℃) 钢管内表面积为 A??dl???0.068?5?1.07m2 钢管内壁平均温度 tw?tw?Q578?50??79.4℃ ?A18.4?1.07【4-16】用冷却水使流量为2000kg/h的硝基苯从355K冷却到300K，冷却水由15℃升到35℃，试求冷却水用量。若将冷却水的流量增加到3.5m3/h，试求冷却水的出口温度。
解 硝基苯流量qm1?2000kg/h，平均温度Tm?cp1?1.58kJ/?kg?K?
T1?T2 355?300?=327.5K,比热容22硝基苯的放热量 Q?qm1cp1?T1?T2? ?2000?1.58??355?300??48.3 kW 3600 t1?t215?35=?25℃ 22(1) 冷却水用量计算 平均温度tm?比热容cp2?4.179kJ/?kg?℃?，密度??997kg/m3
qm2?Q48.3?3600??2080 kg/h
cp2(t2?t1)4.179(35?15)qv2?qm2??2.09 m3/h
(2) 用水量qv2?3.5m3/h时，求t2?？
用水量增大，水出口温度t2应降低。先假设水的比热容及密度不变。从上面的计算式可知qv2与?t2?t1?成反比，故
2.09t?15 ?2, t2?26.9℃ 3.535?15假设t2?26.9℃ 水的平均温度 tm?t2?t126.9?15??21℃ 22查得水的比热容cp?4.182 kJ/?kg?℃?，密度??998kg/m3 计算t2 t2?t1?t2?15?QQ ?cp2qm2cp2qv2?48.3?3600?26.9℃
4.182?3.5?998与假设相符。
【4-17】在一换热器中，用水使苯从80℃冷却到50℃，水从15℃升到35℃。试分别计 算并流操作及逆流操作时的平均温度差。
解 (1)并流操作 苯 T1?80℃?T2?50℃ 水 t1?15℃?t2?35℃
?t1?65℃?t2?15℃
Δt并?Δt1?Δt265?15??34.1℃ Δt165lnln15Δt2(2) 逆流操作
苯 T1?80℃?T2?50℃ ?t1/?t2?45/35?2 t2?35℃?t1?15℃ 水
?t1?45℃?t2?35℃
Δt逆?Δt1?Δt245?35? ?40℃22
【4-20】有一套管式换热器，内管为?180mm?10mm的钢管，内管中有质量流量为3000kg/h的热水，从90℃冷却到60℃。环隙中冷却水从20℃升到50℃。总传热系数
K?2000W/(m2?℃)。试求：(1)冷却水用量；(2)并流流动时的平均温度差及所需传热
面积；(3)逆流流动时的平均温度差及所需传热面积。
解 (1)冷却水用量qm2计算