09版《食品工程原理》复习题答案

1 食品工程原理复习题 答案 第一部分 动量传递 （流动、 输送、非均相物系 ） 一 是指单位时间内所传递的物质的量或能量。 雷诺将 u、 d、 、 组合成一个复合数群。 头）： 是指单位重量液体流经泵后所获得的能量。 同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值。 二 的流体。 （黏度为零） 密度是 和 的函数。 （压力，温度 ） 00它的绝对压强为 地大气压强为 103 560 种连续流体的内部，各截面上 与 之和为常数。 （位能，静压能） 确，流体阻力 ，不易发生故障；需 安装。 （小，垂直） 流量不变 ,管径不变，管长增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的 _倍。 （ 2） 流量不变，管径 、管长不变，油温升高，粘度为原来的 1/2 ，则摩擦阻力损失为原来的 倍。 （ 1/2） 流量不变，管长不变 , 管径增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的 _倍。 （ 1/16） 截面上的总机械能 守恒，因实际流体流动时有 。 （不，摩擦阻力） 比，而与其阻力成 比。 （正，反） 阀为 。 （逆止阀） 12. 是 为了防止固体物质进入泵内，损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。 (滤网 ) 高压流体泵壳通道逐渐扩大的的离心力机械旋转所造成的气压 流体被甩出后常压流体 )()(低速流体、高速流体 ) 特性曲线与 特性曲线式 （管路，泵或 下，输送 时的性能曲线。 （转速， 20的水或水） 锅炉中的压力突然升高，则泵提供的流量 _，扬程 _。 （减少；增大） 离心机功能），离心机分为过滤式、 和 三种类型。 （ 沉降式、分离式 ） 18. 常速离心机、高速离心机、超速离心机是根据 的大小划分的。 （分离因数） 口的表压分别为 57 地大气压为 101.3 求此设备进、出口的压力差为多少 (答： k P 出进 三 体流速 与管道的截面积 ( A )关系。 A 反比 中心流速最大，层流时的平均速度与管中心的最大流速的关系为 ( B )。A. u 3/2 B. u 1/2 C. u C )。 不断加速 时有随机方向的脉动 C )。 2 A. 大 B. 中等 C. 小 D. 越大越好 管道上的阀门开度减小后 ,其水流量、摩擦系数、管道总阻力损失将分别处于（ D ）。 A. 增大、减小、不变 B. 减小、增大、增大 C. 增大、减小、减小 D. 减小、增大、不变 6当不可压缩理想流体在水平放置的变径管路中作稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静 压力 ( A )。 7水在内径一定的圆管中稳定流动，若水的质量流量保持恒定，当水温度升高时， C )。 8层流与湍流的本质区别是 ( D )。 动阻力小的为层流 湍流有径向脉动 9在流体阻 力实验中，以水作工质所测得的直管摩擦阻力系数与雷诺数的关系不适用于 ( B )在直管中的流动。 10. 一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处的压力表也逐渐降低为零，此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是 ( D )。 A. 忘了灌水 B. 吸入管路堵塞 C. 压出管路堵塞 D. 吸入管路漏气 （ A ）。 A. 先关出口阀后停电 B. 先停电后关出口阀 C. 先关出口阀或先停电均可 D. 单级泵先停电，多级泵先关出口阀 B ）。 A. 功率最大时的扬程 B. 效率最高时的扬程 C. 泵的最大扬程 D. 最大流 量时的扬程 （ C ）。 A. 大气压力就越 高， 允许吸上真空高度就越 高 B. 大气压力就越 高， 允许吸上真空高度就越 小 C. 大气压力就越低，允许吸上真空高度就越小 D. 大气 压力就越 低， 允许吸上真空高度就越 大 A )的相互转换来吸送流体。 A. 动能和静压能 B. 动能和位能 C. 静压能和位能 体在并联管路中作稳定连续流动，当并联管路数目愈多，则（ C ）。 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 16. 在法定计量单位制种，粘度的单位（ D ）。 A. B. P C. g/(s) D. Pas B ）。 滤面积 2成正比 液体积 拟滤液体积 18沉降速度在斯托克斯区即层流区，说明 ( C )。 体阻力都起作用 体阻力都不起作用 四 答：离心泵进行流 量调节通常有三种方法，即改变阀门的开度，改变泵的转速与切削叶轮调节。 往复泵流量调节通常采用改变电机转速，调节活塞往复的次数 , 旁路调节。 2当离心泵启动后不吸液，其原因主要有哪些？ 3 答：离心泵启动后不吸液可能的原因：由于灌液不够或底阀、泵壳密封不严密而漏液使泵内存有空气发生气缚现象；底阀或吸入管路堵塞；安装高度过高（气蚀）：电机接线不正确致使叶轮反转。 出用液柱高度表示的公式？ 答：压力测量 斜管压差计，微差压计； 液面 测量； 确定液封高度。 由静力学基本方程式 0 可得液柱高度表示的公式为：0 4. 雷诺准数的物理意义及判断流动类型？ 答：物理意义：惯性力与黏性力之比。 判断类型： 2000时，为层流； 4000时，为湍流； 000 5. 看 图解释流体输送 适宜管径选择？ 答：要考虑到总费用最省的原则。一般来讲，管径越大，流速越小，流阻也越小，所需泵功率会越小，动力费越小；随着管径增大，动力费减少。但管径增大， 购买钢管的设备费投入会增大。所以，应根据具体的设计需要，选用总费用最省的管径，即适宜管径。 答：先将泵壳内灌满被输送的液体。启动泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。于是液体以较高的压力，从压出口进入压出管，输送到所需的场所。当叶轮中心的液体被甩出后，泵壳的吸入口就形成了一定的真空，外面的大气压力迫使液体经底阀吸入管进入泵内 ，填补了液体排出后的空间。这样，只要叶轮旋转不停，液体就源源不断地被吸入与排出。 气缚 ”现象？ 答：离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体。 饼过滤 开始时，滤液有一点混浊，过一段时间才会转清？ 答：当悬浮液中颗粒含量较多（体积 1）、颗粒尺寸比过滤介质孔径小时，过滤开始会有部分颗粒进入过滤介质孔道里，迅速发生 “架桥现象 ”。也会有少量颗粒穿过过滤介质而与滤液一 起流走。随着滤渣的逐渐堆积，过滤介质上面会形成滤饼层。此后，滤饼层就成为有效的过滤介质而得到澄清的滤液。 第二部分 热量传递 （ 传热、 制冷） 一 通过流体内分子的定向流动和混合而导致热量的传递。 若流体的运动是由于流体内部冷、热部分的密度不同而引起的。 单位时间、单位面积所传递的热量。 或 热流量与传热面积之比。 参与换热的两流体在传热面的两侧分别彼此呈垂直方向流动。 两个温度不同的物体由于传热，进行热量的交换。 两种流体 进行热交换时，在沿传热壁面的不同位置上，在任何时间两种流体的温度皆不变化。 4 ： 制冷量与所耗外功之比。 媒）： 用于将制冷系统产生的冷量传给被冷却物体的中间介质。 冻结始温和冻结终温之差与冻结时间比值。 食品表面到中心间的最短距离与达到 10后中心温度降到冰点所需时间之比。 二 . 填空题 _，对流传热系数 的单位是 _。 （ Q= W/K） 方向的导热截面面积和温度梯度成 。 （正比） .（ Q= 用 _ 操作，所需的传热面积较小。 （逆流） 气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度 200，出口温度 120，冷气体进口温度 50，两气体物性数据可视为相同 ,不计热损失时，冷气体出口温度为 。 （ 130 ） 水进口温度为 90，出口温度为 50，冷水进口温度为 15，出口温度为 53，冷热水 的流量相同，则热损失占传热量的 。 （ 5%） 值有三个来源： 、 和计算。 （选取经验值、实验测定 源温度愈高，制冷因数越 _。 （大） 9. 制冷剂的放热量包括冷却、 、 三个阶段放热量。 （冷凝、过冷） _ 。（ 18 ） _ _所放出的热量是确定制冷设备大小的主要依据。 （单位时间） 12 若流体内部有温度差存在：当有动传时 必有 _ 。 （热传） 三 D ）。 凝与冷却 ; 流传热与辐射传热 层界面间接触均匀，第一层两侧温度 120和 80，第三层外表面温度为 40，则第一层热阻 层热阻 C ）。 A. 3) B. B. 12 C. 1=2 D. 无法确定 知 1 116w/ 2 11600 w/ 要提高传热系数（ K），最简单有效的途径是（ A ）。 A. 设法增大 1 B. 设法增大 2 C. 同时增大 1和 2 由 100冷却到 40，冷却水初温为 15，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案 0，方案 5，则 ( C )。 需传热面积 需传热面积 需传热面积 需传热面积 度）冷冻是指 在 ( D )。 以下的 以下的 以上的 以下的 A )。 四 流传热和辐射传热 ,三者之间有何不同 ? 传导热是固体或静止流体的分子运动或分子振动传递热量。对流传热则是流体质点发生相对位移来传递热量。辐射传热是高温物体以电磁波形式向空间发射能 量来传递热量。 空调制冷装置却安放在房间的上部？ 5 答：一般房间室内换热通常用自然对流给热方式，而自然对流给热的效果与换热面的位置有关。 采暖时由于热空气的气体受热后体积膨胀且密度减小。因此热空气向加热面上方流动；同时冷空气因密度大于热空气而下降至加热面附近，即在加热面上方的较大空间有利于产生较强的自然对流，从而增加对流给热效果。同理，空调等制冷装置安放在房间上部的原因也是增强自然对流效果。 对流传热系数的主要因素？ 答： 流体的状态：液体、气体、蒸汽及在 传热过程中是否有相变化。有相变化时对流传热系数比无相变化时大的多； 流体的物理性质：影响较大的物性有密度 、比热 热系数 、粘度 等； 流体的流运状况：层流、过渡流或湍流；自然对流，强制对流； 传热表面的形状、位置及大小：如管、板、管束、管径、管长、管子排列方式、垂直放置或水平放置等。 答：在 0以下低温，微生物生命活动显著受抑制，防食品腐败； 氧化和酶反应速度显著下降； 水分活度降低。 答：热流体流过管道时 , 在湍流主体中 ,流体剧烈拢动 ,形成漩涡 , 使质点强烈混合而交换热量，温度较均匀，几乎不存在温度梯度；但在紧靠管壁，有一层很薄的作层流流动的流体层（层流底层），在这层薄层内，热量传递以导热方式进行，从微观上言，是靠分子传递。由于流体的导热系数很小，故热阻丝要集中层流底层内。对管内层流流动，热量传递也是主要靠导热。但由于温度存在（轴向的，径向的），有密度差，会引起质点的对流，比较复杂。 如何来减少此热损失？ 答：由于换热器外壁面温度往往高于周围外界空气的温度，外壁面不断通过对流和辐射传将热量传给换热器 周围的空气而散失，即产生散热损失。为了减少散热损失，一般在换热器外壁面上包上一层（或两层）导热系数较小的绝热材料（或不同的两种导热系数较小的绝热材料），使传热热阻增大，外壁面温度降低，从而减小了散热损失。 第 三 部分 质量传递 （干燥、传质、蒸馏、萃取、膜分离） 一 因浓度差而产生的扩散作用形成相内和相间的物质传递过程。 是将要干燥的物料置于高频电场内，由于高频电场的交变作用使物料加热而达到干燥的目的。 物料干燥达临界点时的物料含水量。 湿空 气的焓为干空气的焓和水汽的焓之和。或称湿空气的热含量。 面汽化控制： 物料中水分表面汽化的速率小于内部扩散的速率。 单相内存在组分的化学势差，由分子运动而引起的质量传递。 单位时间通过单位面积物质的扩散量与浓度梯度成正比。 达到相平衡时，某组分在蒸汽中的分压和它在平衡液相中的摩尔分率之比。 物质处于其临界温度和临界压力以上状态时，向该状态气体加压，气体不会液化，只是密度增大，具有类似液态性质，同时还保留气体性能。 使溶剂与物料充 分接触，将物料中的组分溶出并与物料分离的过程。或利用混合物各组分对某溶剂具有不同的溶解度，从而使混合物各组分得到分离与提纯的操作过程。 二 . 填空题 ： 0 1， 越 ，空气吸湿的能力越强，越干燥。 （小） 和 相结合的过程。 （传热、传质） 饱和湿空气经预热器后湿度 ，温度 。 （不变，升高） 物料中所含小于平衡水分的水分 ,称为 。 （ 不可去 除水分 ） 。 和 是超临界流体的三个基本性质。 （黏度、扩散系数） 6. 介于超滤和反渗透之间一种膜分离技术。 （纳滤） 6 是以 为推动力的膜分离过程，是一个不可逆过程。 (压力差 ) _引起。 （浓度差） 于 状态 。（ 流体 ） ,利用 多次部分 、多次部分 的方法 ,将各组分得以分离的 过程。 （沸点或挥发度，汽化、冷凝） 湿图中 , 线以下的区域对干燥 操 作无意义。 （饱和空气） 状态 。（ 液体 ） 三 （ D ）。 球温度方程可知湿球温度 B ）。 点 的函数 度的函数 度的函数 D. 湿球温度、 露点 的函数 其相对湿度愈低时，其湿球温度 ( C )。 B. 不变 与其它因素有关 料的结合水与非结合水的划分，取决于（ A ）。 已 知湿空气的下列哪两个参数，可以查 得其它未知参数 ( A )。 A. (H， T ) B. (H) C. ( H) D. (h， B ） A. 传热 B. 传热加传质 C. 传质 A )其处于液态下的溶剂萃取速率。 A. 大于 ； B. 小于 ； 利用孔径 ( C )的超滤膜来过滤含有大分子物质或微细粒子的溶液，使大分子物质或微细粒从溶液中分离出来。 A. 100m； B. 0m； C. A ）。 四 球温度、露点在什么情况下相等，什么情况下不等 ? 答：对于饱和的湿空气 T 对于不饱和的湿空气 T 水的温度不同时，对测量结果有无影响？为什么？ 答：无影响。若水温等于空气球温度时，则由于湿纱布表面的水分汽化而使其水温下降；若水温高也会降温（一方面供给水分汽化需要热量，一方面散热至空气中）；若水温低则水分汽化需要的热量就会从空气吸热，最终都会达到湿、热平衡。 为什么说干燥介质 湿空气既是载热体又是载湿体？ 答：引物料中水分汽化需要热量，此热量由空气供给，而汽化的水汽又要靠空气带走（破坏其平衡状态），以便使干燥能稳定连续地进行。故湿空气在干燥过程中起到供热、去湿的作用。因此称湿空气既是载热体又是载湿体。 是一传质过程？ 答： 湿空气预热可提高载热载湿的能力（湿含量不变，温度增加， 相对湿度下降，传热传质推动力加大）。热空气传热给湿物料是一个传热过程，湿物料中的湿分汽化扩散至气体主体是一个传质过程。 5如何强化干燥过程？ 答：强化干燥过程要依据干燥的不同阶段而采取不同的措施。在等速干燥阶段要使干燥速率提高，其措施有：增大热空气的温度、降低其湿度：增大热空气的流速；改变其接触方式（如垂直流过物料层效果比 7 平行好，若将物料充分分散于气流中更好）。 在降速干燥阶段，主要通过改变物料的尺寸（变小）、厚度（减薄）或将物料充分分散于气流中来增大其汽、固两相的接触面积或加强搅拌等措施来提高干燥速 率。 6湿物料经干燥后达不到产品含水量的要求（偏高），你认为应采取什么措施来解决它？ 答：若在等速干燥阶段达不到含水量要求，可适当提高热空气的温度或降低其湿度，或采用加大气流速度等措施来强化干燥过程， 使 物料含水量达到要求。 若在降速干燥阶段达不到含水量要求，则应想法改变汽、固两相接触方式，如加强物料层搅拌或改变物料的大小（变小、减薄）等来达到。当然延长干燥时间也是解决方法之一，但这不是好方法，因为这样做会使产量减小。 用 特点 进行比较？ 答：萃取法用于混合物中各组分沸点接近或形成 恒沸物 ， 用一般蒸馏法不能分离或很不经济； 萃取法用于溶质的浓度很低且为难挥发组分 ， 用蒸馏法所消耗的热量很大； 萃取法可用于热敏性混合物的分离 ， 用蒸馏法易受热破坏。 答： 都是传质过程， 蒸馏法 适用于液体，萃取法适用于液体和固体。 蒸馏法：分离液体混合物，是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，其挥发性能不同（或沸点不同）来实现分离目的。 或者说利用液体混合物各组份沸点（或挥发度）不同，将物质多次部分气化与部分冷凝，从而使液体混合物分离与提纯的过程。 萃取法 ： 使溶剂与物料充分接触，将物料中的组分溶出并与物料分离的过程。 或者说 利用混合物各组分对某溶剂具有不同的溶解度，从而使混合物各组分得到分离与提纯的操作过程。 第 四 部分 计算题 1.绪论习题 将固形物含量为 14%的碎果在混合器中与糖和果胶混合，质量比例为碎果糖果胶 =1后将混合物蒸发得固形物含量 67%的果酱。对 1000得多少果酱，蒸出水多少千克。 （答： 果酱 蒸出水 ） 解：加入的总物料质量为： 胶糖果 出的水分为 则 总物料衡算： m 酱固形物衡算： 2 0 067 答 : 可得果酱 和蒸出水 . 2.习题 1一套管换热器，其内管为 60管流过密度为 1150kg/流量为 5000kg/隙 间流压力（绝压）为 均温度为 0，流量为 160kg/准状态下气体密度为 1.2 kg/求液体和气体的流速分别为若干 m/s？（答： U=s;U=s ） 解： 内d， 外d； 对液体：1 00044/22 内 对气体：0101 3 P ， 224 内外内外 g 2322 3 ， 8 13 60/ 。 答 :液体流速为 s，气体流速为 3.习题 1知水在管中流动。在截面 1处的流速为 s。管内径为 于水的压力产生水柱高为 1m；在截面 2处管内径为 计算在截面 1、 2处产生水柱高度差 忽略水由 1到 2处的能量损失） （答： 解： 1 22112 对截面 1与截面 2列伯努利方程： 222121 22 g P 2_ 212221 ， 21 ， 2212221 。 答 : 水柱高度差 4.例题 水 在 20时的物理性质 =0as， =7m3/度为 100定水的流型？若 =所产生的阻力损失。 (答：为湍流，阻力损失 35J/或 压头损失 或 压力损失 04 解：先判定流型 :管内径 d=42= / 0 6 0 0/27 2 53 0 8 0 4000，为湍流 9 f /3520 8 0 00 2 6 或 0 6 或 22 3 9 720 8 0 80 2 6 答：为湍流，阻力损失 35J/5. 1图示装置中，出水管直径为 57阀门全闭时，压力表读数为 在阀门开启后，压力表读数降至 总压头损失为 柱），求水的流量为若干 m3/h ? ( 答： h ) 解：取水面为 00 截面，压力表处为 11 截面，以压力表管中心线为基准面。故 00 P， 01 Z 。 当阀门全关闭时： P ， 由流体静力学原理得： 1100 10 ， 当阀门打开后，在 00 截面与 11 截面间列伯努利方程： 2221112000 式中 00 u， P ， 水柱 11 u ， 121 4 132 0 04 。 答：水的流量为 h 6. 2离心泵以 15的水进行性能试验，体积流量为 540m3/h，泵出口压力表的读数为 350入口真空表的读数为 30压力表和真空表测压截面间的垂直距离为 350入管和压出管内径分别为35010求泵的扬程。（ 答： 解： 1313 0 1222 ， 1211 ， 10 g 2 21222102122210 0 0 0 0 103 5 。 答：泵的扬程 m 7.2离心泵的额定流量为 16.8 m3/h，扬程为 18 m。试问此泵是否能将密度为 1060 kg/量为 15 m3/敞口贮槽向上输送到表压为 30 敞口贮槽与高位设备的液位的垂直距离为 8.5 m。已知管路的管径为 长为 124m （包括直管长度与所有管件的当量长度），摩擦因数为 答：此泵可用） 解： 1 3 7 54 232 答：离心泵的送液能力和扬程都大于管路系统所要求的，故此泵可用。 8.绪论习题 空气预热器中用蒸汽将流量 1000kg/h,30 的空气预热至 66 ， 空气的平均比热容p /1005 ， 所用加热蒸汽温度 ，离开预热器的冷凝水温度 (比焓分别为： 3;/ 4 2 21 )。求蒸汽消耗量。（答 :蒸汽消耗量 kg/h.） 解 : 6630 21 和 间空气的平均比热容： / 1 的水蒸气比焓： 3;/ 4 2 21 在无损失时，热流体的放热速率应等于冷流体的吸热速率，即： 2 306600 0)()(21121221 答 :蒸汽消耗量 kg/h. 9.例题 某冷库壁内外层砖壁厚各为 12，中间夹层填以绝热材料厚 10。砖的导热系数为 绝热材料导热系数 墙的外表面温度为 10，内表面温度为 试求进入冷库的热流密度及绝缘材料与砖墙两接触面的温度。（答 : 与砖墙两接触面的温度分别为 .） 解：已知 0 , 5 , b1=1=3= mK） , 2= mK） )/(10 233221141 答 :该冷库壁的温度降主要在绝热 材料层发生，与砖墙两接触面的温度分别为 和 。 10. 例题 在 60 层为 40均导热系数 = mK），外层为 20平均导热系数 = mK）。现用热电偶测得管内壁的温度为 500，最外层表面温度为 80，管壁的导热系数 =45W/（ mK）。试求每米管长的热损失及保温层界面的温度。（答 : 热损失 191W/m,保温层界面的温度 132） 解：已知 3 6 6 3 1 ， 3 ， 11 343232121411 0500( 232121311 0 2 6 00( 32 答 : 保温层界面温度 132 。 11. 例 5 现用一列管式换热器加热原油，原油在管外流动，进口温度为 100 ,出口温度为 160；某反应物在管内流动，进口温度为 250，出口温度为 180。试分别计算并流与逆流时的平均温度 差。 （答 : 65， 85） 解： 并流 2121ln C 652015060180()100250( 逆流 2121ln C 85809000180()160250( 答 :逆流时的平均温度差 85比并流时 65大。 12. 例 5刮板式换热器冷却苹果酱，苹果酱质量流量为 50 kg/h，比热容为 3187J/口温度为 80 ,出口温度为 20。套管环隙逆流通冷水，比热容为 4186J/口温度为 10，出口温度为 17 。传热系数 68W/需要的冷却水流量；与并流进行换热平均温差及换热面积比较。（答 : 冷却水流量 326kg/h; 逆流 换热面积 , 换热面积 解： 080(318750)(621 冷却水流量： 326)1017(621 ： 80 20 冷流体 t： 17 10 63 10 10201780020()1780(C 21 6 82 6 6 0 ： 80 20 冷流体 t： 10 17 70 3 12)1080(C 6 6 0 答：冷却水流量 326kg/h; 逆流 换热面积 并流 , 换热面积 流比并流时的平均温度 差大，所需换热面积较小。 13. 例 7有一 连续干燥器，要求将 1200kg/0%的湿物料减至 2%。干燥介质为空气，进入干燥器时湿含量 离开干燥器 求： (1)水分蒸发量 ； (2)空气消耗量 ； (3)干燥产品量。 (答：水分蒸发量 98 kg/h，干燥空气用量 2330 h，干燥产品量 1100 kg/h) 解： (1) 水分蒸发量 (2) 干燥空气用量 L d /8 312 (3) 干燥产品量 G2 0 011 32112 答：水分蒸发量 98 kg/h，干燥空气用量 2330 h，干燥产品量 1100 kg/h 14. 9压下，空气在温度为 20、湿度为 状态下被预热到 120后进入理论干燥器，废气出口的湿度为 物料