上冊(cè)一、選擇題1、某液體在一等徑直管中穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，若體積流量不變，管內(nèi)徑減小為原來的一半，假定管內(nèi)的相對(duì)粗糙度不變，則C。A．4倍 B．8倍 C．16倍 D．32倍完全湍流(阻力平方區(qū))D。A．4倍 B．8倍 C．16倍 D．32倍解：(1)由

lu2

64 lu232luf d 2

du d 2 2h ud2 d 2

d 2

d 4得 f

2

1

1

1

24

162h ud2f1 1 2

d d

d (2)由

l

u

fl

u222 22f d 2 d d 2h u2

d 4

d 5得 f

2 11

1

25

32h u2d d d df1 1 2 2 2 2水由高位槽流入貯水池，若水管總長(zhǎng)（包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi)）縮短(流動(dòng)在阻力平方區(qū))A。A．1.155倍 B．1.165倍 C．1.175倍 D．1.185倍p u2 p u2解：由 gz 11 gz 2h1

2 2 f得 h hf1 f2l u2 l u2所以

e

e

21 d 2 2 d 2又由完全湍流流動(dòng) 得 f d所以 le1

u2l1 e

u221而 VuAu d2llle1e210.75V 所以 22 10.75V V u1 1兩顆直徑不同的玻璃球分別在水中和空氣中以相同的速度自由沉降。已知玻璃球的密度為2500kg/m3，水的密度為998.2kg/m3，水的粘度為1.00510-3Pas1.205kg/m31.8110-5Pas。（1）B。A．8.612 B．9.612 C．10.612 D．11.612（2）若在層流區(qū)離心沉降，已知旋風(fēng)分離因數(shù)與旋液分離因數(shù)之比為2D。A．10.593 B．11.593 C．12.593 D．13.593d2g解：(1)由 ut18u18utgssaws w a

s 18所以 w d

9.612a1.2051.00510325001.2051.0051032500998.21.81105(2)由 u s T，K Tr 18

c gR18ugKrs c18ugKrs c得 u s gKr 18 KsawKcas w a cw25001.2051.00510322500998.21.811051

，d所以w d

13.593a5000kg/m31.205kg/m31.8110-5Pas。則B10-5m。A．3.639 B．4.639 C．5.639 D．6.639C10-3m。A．1.024 B．1.124 C．1.224 D．1.324解：(1)由 Re

dut2得 u Ret dd218.818.811052131.2059.807

gt所以 d

1818182Re3gs

4.639105mddsdds得 1.74

Redd

2Re2 1.742d222Re2d31.742 gsd

1.811051.8110521000231.7421.2059.807對(duì)不可壓縮濾餅先進(jìn)行恒速過濾后進(jìn)行恒壓過濾。100s3104Pa；過濾時(shí)間500s9104Pa300sCA．4104Pa B．5104Pa C．6104Pa D．7104Pae300s=0m3/m2(過濾介質(zhì)的阻力可以忽略)300sD。eA．0.386m3 B．0.486m3 C．0.586m3 D．0.686m3解：(1)由 pab得 3104100ab910450b6104兩式相減，得 6104

40，a 150400所以 b310410015015000所以 p15030015000600006104Pa3 由 q2q2R

2qe

qqR

KR得 q2q2R

KRq2Kq2KV2AR KRR R0.750.7525103300

2.06251.43612.0625q1.43610.750.6861m3/m2300s1m2K=510-3m2/s0.75m3，則C。A．505s B．515s C．525s D．535s解：由 q22qe得 2qe

qKqKq2所以

Kq251033000.752

0.625e 2q 20.75q22q

q1.5220.6251.5 K 5 825300525s25mm2.5m的水平管外冷凝。C。A．0.641倍 B．0.741倍 C．0.841倍 D．0.941倍A。A．0.493倍 B．0.593倍 C．0.693倍 D．0.793倍1解：(1)由 1

r240.725d1 d 111

t s w得 2

4

0.841 d1 o2

21(2)由

r24t s w41 1.13 d 144

1.13 251034VH得 VH

0.725

0.493L 0.725 2.5 8.90C50C15C53CC。A．5% B．6% C．7% D．8%解：由 Qh

Wc h ph

TQ2

Wc c pc

t2Q Q

t 5015 4038得

c 1 2 2

0.05Qh二、計(jì)算題

TT1 2

9050 40ab空氣hab空氣hwwHgR132Hg5R214，測(cè)壓連接管內(nèi)充滿常溫的水，密度為，兩Hg wUU壓差計(jì)內(nèi)的水銀液面均為同一高度，測(cè)壓后兩

、

，試求a、b兩點(diǎn)間的壓力差pa

p。b解： p p1 a

gh，pw 1

pgh1 w 1p p，p1 2

p 3

gR，p1 3

p，p4

p 5

gR2p p5 b

ghw 5p pb

ghw

p gR4

ghw 5p pa b

p gR3

ghw 4

gR

ghw 5

Rgh2 w

ghw 5R而 h h1，hR1 2

h 2R2R所以 p p R

gh

gR

gh

R g 2a b Hg 1 2

1w 2

w 25

R1

R 1

R Hg 1

2 2 w 1

2 Hg 2 w 1 245Hg45Hg1Rwh123awhhb的指示液為水銀其密度為 其他管內(nèi)均充滿Hgw水，其密度為，UR，兩wab兩測(cè)壓點(diǎn)間的壓力差pa

p。 2b解：由 pa

p gh1 w 1p p p1 2 3p p gR3 4 p p4 5p pb 5

gRghw w 2所以 pa

p ghw

p

gRghw

p

gRghw 1所以 p pa b

gRghw

gRghw w 2 gR gR

gRwgRw

1gh

h2 gRw

gRhHg

ghw w某流體在水平串聯(lián)的兩直管1、2d1

d /2，l2

100m，Re 180010.64m2的壓1力降為0.064m液柱，試計(jì)算管道2的長(zhǎng)度l。2d u d 2 12 1解：由 d 2，1

u2d1

2 42 1 26du2 2 Re

d u 1 1所以 2Re

du

2 22 d u 4 21所以 Re

11Re

1 19002 2所以

1

0.0356

64

0.0711 Re1

180

2 Re2

900又 ph lu2，p

lu2 f d 2

d 2gl2l2 d

u222g

l u2 d H所以 2 f

，

2

2

1

f2l u2 H

l u2 d H1

f1 1 1 1 2 f11 d 2g1 u2 d

1 0.064所以 l2

l 12

1u2

2d1

fHf1

100422 162 0.641cP10m3/h45mm的水平1.5105Pa(表壓)100mPa(絕對(duì)壓力)?4 100.0452解： 0.0452

4V

3600 1.75m/sdu 0.0451.751000R 78750Re0.25

1103 0.3164787500.25

0.0189p u2 p u2由 gz 11 gz 2h1

2 2 f得 p

p

u22 1 f 1 d 2100 10001.7521.51050.0189 0.045 278.56875104N/m2

1.870125105N/m2

絕壓用一離心泵將冷卻水由貯水池送至高位槽。已知高位槽液面比貯水池液面高出10m，管路總長(zhǎng)（包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi)）為400m75mm0.03H180.6106Q2，試求：管路特性曲線泵工作時(shí)的流量和揚(yáng)知： h10mlle

400md0.07m0.03H180.6106Q2求：(1) He

fQe(2) QHp p

u2u

ll 8解：(1)由

z

2

2

Q2e 2 1

2g d 2gd4 e400 8得 H 100.03 Q2104.1795105Q2e 0.0752g0.0754 e e(2)而 H180.6106Q2所以 104.1795105Q2180.6106Q2810.1795105解之： Q 2.8034103810.1795105所以 H104.1795105

2.8034103

13.2846H6m20C的清水，已知流s量為20m3/h，吸入管內(nèi)徑為50mm，吸入管的全部阻力損失為Hf

1.5mHO，22當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?0mHO。試計(jì)算此泵的允許安裝高度H 為多少米？2g解：

4 203600 2.831/s1 2

00528H Hg s

u2H12g 16

2.8311.560.401.54.09129.807遠(yuǎn)距離液位測(cè)量H850kg／m3R150mm，同貯槽內(nèi)的液位H等于多少?解：因觀察瓶?jī)?nèi)只有少許氣泡產(chǎn)生，這表明在管道內(nèi)氮?dú)獾牧魉贅O小，可近似認(rèn)為處于靜止?fàn)顟B(tài)。在靜止流體內(nèi)部各點(diǎn)的單位總勢(shì)能相等，故ABp AB（因

很小，N2貯槽內(nèi)液位為管道兩點(diǎn)之間壓的測(cè)量AB兩斷面分別位于直管段內(nèi)，在此兩斷面間裝有單UU壓強(qiáng)計(jì)(如附圖所示)u形管內(nèi)指示液的密度為U1形管的中間流體和直管內(nèi)流體相同，密度均為 ，R1＝R2十R3。解：在直管內(nèi)垂直于流動(dòng)方向的橫斷面上，p是常數(shù)。連接于A、B的虛擬壓強(qiáng)差。對(duì)于單U形管壓強(qiáng)計(jì)p pA B

R(1

)g （1）對(duì)于復(fù)式U形管的左、右兩U形管可分別寫出：9p pR(A 2

)gppB

R(3

)g兩式相加得p pA

(R2

R)(3

)g （2）由式1、式2可得R1

RR 。2 3虹吸管頂部的最大安裝高度902mAB5mBC10m(皆包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)20mm，直管阻力0.02。若要保證管路不發(fā)生汽化現(xiàn)象，管路頂點(diǎn)的最大安裝高度為多少？(90℃熱水的飽和蒸汽壓為7．01×104Pa)解： 在斷面1—1和2—2之間列機(jī)械能衡算式，可求管內(nèi)流速設(shè)頂點(diǎn)壓強(qiáng)pB

p1—1B—B之間列機(jī)械能街算式，可求V出B點(diǎn)最大安裝高度為：噴嘴的尺寸與噴出速度附圖所示管路由18m9m。當(dāng)閥門全開口，試求：管路出口流速及流量；25mm的噴嘴，噴嘴的局部阻力系數(shù)?

＝0.5，E?(假設(shè)噴嘴的局部阻力系數(shù)10 ＝0．5不變)。E若將流體視為理想流體，安裝咳嘴前后流量的變化如何？解： (1)管路中各管件的局部阻力系數(shù)分別是： A

D

0.171—12—2之間的機(jī)械能衡算式，得在管路出口安裝噴嘴，縮小了出口流通面積并引入一個(gè)局部阻力，使管內(nèi)流量減少，管內(nèi)流量的降低使沿程阻力損失大為減少，而且減少量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過噴嘴產(chǎn)生的局部阻力損失，因此，就整個(gè)管路而言，阻力損失不是增加而是減小了。噴嘴出口的流速之所以能夠加快，其原因就在于此。在本例中，安裝噴嘴后，出口的流通面積縮小了3／4，流量減少了：由(2)可知，噴嘴直徑越小，管路沿程阻力損失亦越小，噴出速度越大。當(dāng)可求得噴嘴的最大噴出速度為：(4) u2gH2gH11

，故安裝噴嘴前從水塔管道輸送水，水塔水面距出水管口的垂育距離為10m，新管道全長(zhǎng)500m502010m3/h試求水管的最小直徑。[解]取水塔水面為1—1截面，水管出水口為2—2截面，基準(zhǔn)水平面通過出水管的水平中心線，在兩截面間列柏努利方程式：d120mm厚度bd，可以忽略試樣徑向的熱損失。由于安裝不好，試樣與冷、熱表面之間均存在著一層厚度為0.1mm的空氣隙。設(shè)熱表面溫度t 180C，冷1表面溫度t2

。測(cè)試時(shí)測(cè)得的傳熱速率Q。mt m空氣隙在t1

下的導(dǎo)熱系數(shù)

1 2=dQ 3.780102W/(mK)，在t 下的導(dǎo)熱系數(shù)Q1 2 2.675102W/(mK2 t（提示：不考慮空氣隙計(jì)算得到的導(dǎo)熱系數(shù)12

2b b b

0.1mm1 2氣隙計(jì)算得到的導(dǎo)熱系數(shù)為真實(shí)值，即要計(jì)算）解：由Qt1t2b得 Qb Qb

58.2b

34.3067bt t 1 2

td1 2 4

18030785122t t

t又由Q 1 2 1 2 b b b b b b121SS1211b b b

2t

2 1 2S1得 21 2 1 Q1 2所以 b

t 1 2Q

b1b

2b2b18030.785.122 .1103 .1103 0.02276543.9271

58.2

3.780102 2.675102所以

43.9271

0.219021.90% 43.927150mm6mm20mm厚300C35C0.07W/(mK)0.3W/(mK)，試求每米管長(zhǎng)的熱損失及玻璃纖維層和石棉層之間的界面溫度。Q

t

230035解： 1 3 359W/mL 1 r 1 r 1 62 1 102ln2 r 1 1 2

ln3r2

ln 0.07 50

ln0.3 62Q t 1 2 359W/mL 1 rln2 r1 1

3.07所以 t2

300351.9 128213（忽略進(jìn)口段的影響測(cè)得其對(duì)流傳熱系數(shù)為若液體的流速保持不變，試問管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)有何變化？知：d0.020m20mmd27mm2求：21

du0.8

cn解：(1)由u u，0.023

p 2 1d0.8 2

d d d d 0.8 20270.8得 2 2 12

0.9417 d0.8 d d1 1 2 1d

2720(2)由 W2

1W，WVuA1u d 2得 uA2 2

uA1

，u2d1du2 d

8

1 2d d

0.8

d

0.8d

20.8所以 2 2

2 2

2

1 d

0.8

du

d d

1 11 2 1d

2 1 21d d

0.8d

1.6

d 1.8 201.8d1d2

d1

d1

27

0.5826 2 1 2 2100C40mm2m的單根豎管外表94C。試求每小時(shí)的蒸汽冷凝量。100C下水的汽化潛熱r=2258103J/kg，97C下水的物性數(shù)據(jù)為：=0.682W/(mK)，=2.8210-4Pas，=958kg/m3。1解：由 1

r24o t s w141225810395829.8070.68234 1得 1 74569/m2Ko 2.82104210094 又由 Qo

Sts

t w

do

Lts

t w得 W

o

Ltsr

t w

7465.46590.0429422581034.9857103kg/s17.9484kg/h1m420K285K310K350K管長(zhǎng)外，其他尺寸也不變。試求加長(zhǎng)后的管長(zhǎng)。知：l1求：l2

，T1

420K，T2

370K，T350K，t2

285K，t2

310K解：由 Wc h ph 1

TWc 2 c pc

t1得 Wch Wch

420370Wcc 420350Wcc

3102852852所以 42370 31285 50 2542

350 t2

，285

t2

285t2852570322又由 tm

Tt 1

5022T

t2ln 1 1T t2 2得 tm1

1356092.49Kln13560135t 13530t m2

ln 135350t2

2 135 69.81Kln3015又由 QKStm

KndltmQ得 Q1l

lll1Q

t m2tm1t

70 92.49所以 2l1

2 Q t1 m2

1.854850 69.81在一內(nèi)鋼管為18010mm的套管換熱器中，將流量為3500kg/h的某液態(tài)烴從100C60C2380J/(kgK)分別為40C和50C，平均比熱為4174J/(kgK)。內(nèi)管內(nèi)外側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)分別為2000W/(m2K)45W/(mK)熱阻可以忽略。試求：冷卻水用量；基于內(nèi)管外側(cè)面積的總傳熱系數(shù)；對(duì)數(shù)平均溫差；內(nèi)管外側(cè)傳熱面積。解：(1)由 Wc h ph 1

TWc 2 c pc

t1Wc

T 3500238060得 W

h p

2

7982kg/hc c t tpc 2 1

4174

5040d d 180160dm

o dln odi

169.80mm ln180 1601 1 d b d 1K o i

odi

dom o所以 Ko

1 180 0.01 180 1 883.8571W/(m2K)t t 5020

2 1 32.75Cm逆 t 50ln 2 lnt 201由 QKo

St

Wc h ph

T216Wc T

3500238060得 S h ph 1

3.1975m3Kto 逆

3600883.85732.75120C20C比熱為2.09kJ/(kgC、質(zhì)量為的重油進(jìn)行加熱。采用輸油能力為6000kg/h4h80C，試計(jì)算換熱器的傳熱面積。設(shè)加熱過程中K可350W/(m2C)，且在任何時(shí)刻槽內(nèi)溫度總是均勻一致的。TTtt1t tt t知：T120CtTTtt1t tt t1 1t tc 2090J/(kgC)，m2104kg 2 1p6000W6000kg/h kg/s360043600sK350W/(m2C)。求：St t

T解：在時(shí)刻，t

2

2

1 2 2 1 mt Ttmlnt2 lnT

Ttln 2Tt

Ttln 1Tt又 Wcp 2

tKSt1

1KS

1 1 2t t2 1T tKS T

lnTt12KS所以

，ln 1 p Ttln 1Tt

Tt Wc2 pTt KS

2Tt Tt1Tt2

eWcp，Tt2

1，tKS 2eWcp

T 1KSeWcp在d內(nèi)，mcdtp 1

KStm

dKS t2t1 dTtln 1Tt217TtT 1tKS 1

KS KS所以 mcdtp 1

KS

eWcpKSWcp

WcdKS KS

eWcpTTt1KSeWcp

eWcp

1d KS KS Wcp

eWcpTeWcpt KSeWcpKS

d Wcp

KSeWcp1TtKS 1eWcpKS

d t dt

W eWcp

Tt W eWcp1 1 所以

1

，

1 1 t1

Tt 0 m

Tt m

m KSe1 Wcep

2 Wcp

eWcpe1 m Tt 1 m Tte1 ln 1， 1 ln 1KSeWcpKS

Tt21

KSeWcpKS

Tt21 eWc

1m

Tt1

， Wcp

1mln

Tt1W Tt2Wc

W Tt21所以 S pK

m Tt1 ln 160003600

W Tt21 ln 14.3526m2350

1 2104600036004

ln1201208018下冊(cè)吸收劑用量對(duì)氣體極限殘余濃度的影響用純水逆流吸收氣體混合物中的SO2(其余組分可視為惰性成分)SO25％體積百分?jǐn)?shù)條件下相平衡關(guān)系y 5.0x，試分別計(jì)算液氣比為4與6時(shí)氣體的極限出口濃度。液氣比與相平衡常數(shù)m的相對(duì)大小。／＝4（／＜m＝ab與平衡線交于塔底(b)衡關(guān)系可以計(jì)算液體出口的最大濃度為：由物料衡算關(guān)系可求得氣體的極限出口濃度為：L／G＝6時(shí)(由平衡關(guān)系可以計(jì)算氣體極限出口濃度為：由物料衡算關(guān)系可求得液體出口濃度為：L/G＜mL/G＞m用量無關(guān)。逆流與并流操作最小吸收劑用量3039×105Pa絕對(duì)20SO2的初始濃度為0.05摩爾分率SO2含量不超過1％體積百分?jǐn)?shù))。已知在常壓下20℃時(shí)的平衡關(guān)系為y＝13．9x，試求逆流與并流操作時(shí)的最小液比(L／G) 各為多少?解：由常壓下20℃時(shí)的相平衡關(guān)系y＝13．9x，可求得p＝3．039×105Pa、19t=20℃時(shí)的相平衡常數(shù)為：（1）逆流操作時(shí)，氣體出口與吸收劑入口皆位于塔頂，故操作線的一個(gè)端點(diǎn)(y2,x2)(bb)底與平衡線相交于點(diǎn)d，即x1max

y/m。于是,由物料衡算式可求得最小液氣比1附圖（a）附圖（b附圖（a）附圖（b）(2)yx)的1 2位置已確定（附圖b。當(dāng)吸收列用量最小時(shí)，氣液兩相同樣在塔底達(dá)到平衡，操作線與平衡線交于d點(diǎn)，此時(shí)x1max

2。由物料衡算式可得最小液氣比ymy為從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，在同樣的操作條件下完成同樣的分離任務(wù)，逆流操作所需要的最小液氣比遠(yuǎn)小于井流。因此，從平衡觀點(diǎn)看，逆流操作優(yōu)于并流操作。吸收塔高的計(jì)算某生產(chǎn)過程產(chǎn)生兩股含有HCl的混和氣體，一股流量G＇＝0.015kmo1／s，1HCI濃度yG1

0.1（摩爾分率），另一股流量G＝0．015kmo1／s，HCl濃度1y 0.04(摩爾分率)。今擬用一個(gè)吸收塔回收二股氣體中的HCl，總回收率不G2208520E＝2．786×105Pa常壓，試求：將兩股物料混和后由塔底入塔(aa)，最小吸收劑用量為多少?若將第二股氣流在適當(dāng)高度單獨(dú)加入塔內(nèi)(附圖a中點(diǎn)b)，最小吸收劉用量有何變化？若空塔速度取0．5m／s，并已測(cè)得在此氣速下

a8103 kmo1／y（s．m21．2倍，混合進(jìn)料所需塔高為多少？若塔徑與實(shí)際液氣比與(2)為多少？中間加料位于何處？解：(1)在操作條件下，系統(tǒng)的相平衡常數(shù)為：兩股氣體混和后的濃度為：氣體出口濃度為兩股氣體混合后進(jìn)塔的最小液氣比（參見附圖b）為：附圖（a）附圖（c附圖（c）附圖（b）間加料處與平衡線相交(附圖（b）21吸收塔下半部的液氣比L /G4.056，對(duì)下半部作物料楊算可得液體最大出口濃度為

min 1

，0（y ，yG2 G2 m

）和（

y，G1）三點(diǎn)即得分段進(jìn)料的操作G1 m22吸收劑再循環(huán)對(duì)所需塔高的影響用純水吸收空氣—氨混合氣體中的氨，氨的初始濃度為0.05(摩爾分率)0.05液平衡關(guān)系y 0.95x，試計(jì)算：e23吸收劑用量對(duì)傳質(zhì)系數(shù)的影響24傳質(zhì)阻力較小側(cè)流體的流量變化對(duì)吸收過程的影響25提高回收率的代價(jià)2627理論板數(shù)的計(jì)算2829回流溫度對(duì)所需理論塔板數(shù)的影響混合液組成分離要求回流比加料熱狀態(tài)及相平衡關(guān)系皆與例1.相同但回流溫度為20℃，求所需理論板數(shù)為多少?已知回流液體的泡點(diǎn)為83℃，汽化潛熱為3．2 比熱容為140J/(mo1．K)。30與題8相比較可知在同樣回流比下，回流液體的溫度越低，塔內(nèi)實(shí)際循環(huán)的物料量越大，所需理論板數(shù)越少，其代價(jià)自然是增加塔釜的熱耗。原料組成對(duì)最小回流比的影響的濃度各為0.2與0.4(皆為摩爾分率)，欲用精餾方法加以分離，要求餾出物組成為0.85，混合液在泡點(diǎn)狀態(tài)加入塔內(nèi)，試求所需的最小回流比各為多少?若原料液系由水與乙醇混合0.20.4時(shí)，所需要的最小回流比各為多少？?jī)晌锵灯胶怅P(guān)系如附圖所示。31加料熱狀況對(duì)所需最低能耗的影響100kmol/h0.3(摩爾分率)，溫度20℃，0.9，90％，