




已阅读5页,还剩204页未读, 继续免费阅读
版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1 现象以及污染控制装置现象以及污染控制装置 的基本原理 为相关的专业课程打下良好的理论基础 2 第二章第二章 质量衡算与能量衡算质量衡算与能量衡算 2 1 某室内空气中 O3的浓度是 0 08 10 6 体积分数 求 1 在 1 013 105Pa 25 下 用 g m3表示该浓度 2 在大气压力为 0 83 105Pa 和 15 下 O3的物质的量浓度为多少 解 理想气体的体积分数与摩尔分数值相等 由题 在所给条件下 1mol 空气混合物的体积为 V1 V0 P0T1 P1T0 22 4L 298K 273K 24 45L 所以 O3浓度可以表示为 0 08 10 6mol 48g mol 24 45L 1 157 05 g m3 2 由题 在所给条件下 1mol 空气的体积为 V1 V0 P0T1 P1T0 22 4L 1 013 105Pa 288K 0 83 105Pa 273K 28 82L 所以 O3的物质的量浓度为 0 08 10 6mol 28 82L 2 78 10 9mol L 2 2 假设在 25 和 1 013 105Pa 的条件下 SO2的平均测量浓度为 400 g m3 若允许值为 0 14 10 6 问是否符合要求 解 由题 在所给条件下 将测量的 SO2质量浓度换算成体积分数 即 33 96 5 108 314298 10 400 100 15 10 1 013 1064 A A RT pM 大于允许浓度 故不符合要求 2 3 试将下列物理量换算为 SI 制单位 质量 1 5kgf s2 m kg 密度 13 6g cm3 kg m3 3 压力 35kgf cm2 Pa 4 7atm Pa 670mmHg Pa 功率 10 马力 kW 比热容 2Btu lb J kg K 3kcal kg J kg K 流量 2 5L s m3 h 表面张力 70dyn cm N m 5 kgf m N m 解 质量 1 5kgf s2 m 14 709975kg 密度 13 6g cm3 13 6 103kg m3 压力 35kg cm2 3 43245 106Pa 4 7atm 4 762275 105Pa 670mmHg 8 93244 104Pa 功率 10 马力 7 4569kW 比热容 2Btu lb 8 3736 103J kg K 3kcal kg 1 25604 104J kg K 流量 2 5L s 9m3 h 表面张力 70dyn cm 0 07N m 5 kgf m 49 03325N m 2 4 密度有时可以表示成温度的线性函数 如 0 At 式中 温度为 t 时的密度 lb ft3 0 温度为 t0时的密度 lb ft3 t 温度 如果此方程在因次上是一致的 在国际单位制中 A 的单位必须是什么 解 由题易得 A 的单位为 kg m3 K 4 2 5 一加热炉用空气 含 O2 0 21 N2 0 79 燃烧天然气 不含 O2与 N2 分析燃烧所得烟道气 其组成的摩尔分数为 CO2 0 07 H2O 0 14 O2 0 056 N2 0 734 求每通入 100m3 30 的空气能产生多少 m3烟道气 烟道气温度为 300 炉内为常压 解 假设燃烧过程为稳态 烟道气中的成分来自天然气和空气 取加热炉 为衡算系统 以 N2为衡算对象 烟道气中的 N2全部来自空气 设产生烟道气 体积为 V2 根据质量衡算方程 有 0 79 P1V1 RT1 0 734 P2V2 RT2 即 0 79 100m3 303K 0 734 V2 573K V2 203 54m3 2 6 某一段河流上游流量为 36000m3 d 河水中污染物的浓度为 3 0mg L 有一支流流量为 10000 m3 d 其中污染物浓度为 30mg L 假设完全混合 1 求下游的污染物浓度 2 求每天有多少 kg 污染物质通过下游某一监测点 解 1 根据质量衡算方程 下游污染物浓度为 1122 12 3 03600030 10000 8 87 3600010000 VV m VV qq mg Lmg L qq 2 每天通过下游测量点的污染物的质量为 3 12 8 87 3600010000 10 408 02 mVV qqkg d kg d 2 7 某一湖泊的容积为 10 106m3 上游有一未被污染的河流流入该湖泊 流量为 50m3 s 一工厂以 5 m3 s 的流量向湖泊排放污水 其中含有可降解污染 物 浓度为 100mg L 污染物降解反应速率常数为 0 25d 1 假设污染物在湖中 充分混合 求稳态时湖中污染物的浓度 解 设稳态时湖中污染物浓度为 则输出的浓度也为 m m 则由质量衡算 得 5 12 0 mm qqk V 即 5 100mg L 5 50 m3 s 10 106 0 25 m3 s 0 m m 解之得 5 96mg L m 2 8 某河流的流量为 3 0m3 s 有一条流量为 0 05m3 s 的小溪汇入该河流 为研究河水与小溪水的混合状况 在溪水中加入示踪剂 假设仪器检测示踪剂 的浓度下限为 1 0mg L 为了使河水和溪水完全混合后的示踪剂可以检出 溪 水中示踪剂的最低浓度是多少 需加入示踪剂的质量流量是多少 假设原河水 和小溪中不含示踪剂 解 设溪水中示踪剂的最低浓度为 则根据质量衡算方程 有 0 05 3 0 05 1 0 解之得 61 mg L 加入示踪剂的质量流量为 61 0 05g s 3 05g s 2 9 假设某一城市上方的空气为一长宽均为 100 km 高为 1 0 km 的空箱模 型 干净的空气以 4 m s 的流速从一边流入 假设某种空气污染物以 10 0 kg s 的总排放速率进入空箱 其降解反应速率常数为 0 20h 1 假设完全混合 1 求稳态情况下的污染物浓度 2 假设风速突然降低为 1m s 估计 2h 以后污染物的浓度 解 1 设稳态下污染物的浓度为 则由质量衡算得 10 0kg s 0 20 3600 100 100 1 109 m3 s 4 100 1 106 m3 s 0 解之得 6 1 05 10 2mg m3 2 设空箱的长宽均为 L 高度为 h 质量流量为 qm 风速为 u 根据质量衡算方程 12 m t mm d qqk V d 有 22 t m d quLhk L hL h d 带入已知量 分离变量并积分 得 2 3600 6 5 01 05 10 t 106 6 10 d d 积分有 1 15 10 2mg m3 2 10 某水池内有 1 m3含总氮 20 mg L 的污水 现用地表水进行置换 地表 水进入水池的流量为 10 m3 min 总氮含量为 2 mg L 同时从水池中排出相同的 水量 假设水池内混合良好 生物降解过程可以忽略 求水池中总氮含量变为 5 mg L 时 需要多少时间 解 设地表水中总氮浓度为 0 池中总氮浓度为 由质量衡算 得 0 t VV d V qq d 即 1 t 10 2 dd 积分 有 5 020 1 t 10 2 t dd 求得 t 0 18 min 7 2 11 有一装满水的储槽 直径 1m 高 3m 现由槽底部的小孔向外排水 小孔的直径为 4cm 测得水流过小孔时的流速 u0与槽内水面高度 z 的关系 u0 0 62 2gz 0 5 试求放出 1m3水所需的时间 解 设储槽横截面积为 A1 小孔的面积为 A2 由题得 A2u0 dV dt 即u0 dz dt A1 A2 所以有 dz dt 100 4 2 0 62 2gz 0 5 即有 226 55 z 0 5dz dt z0 3m z1 z0 1m3 0 25m2 1 1 73m 积分计算得 t 189 8s 2 12 给水处理中 需要将固体硫酸铝配成一定浓度的溶液作为混凝剂 在一配料用的搅拌槽中 水和固体硫酸铝分别以 150kg h 和 30kg h 的流量加入 搅拌槽中 制成溶液后 以 120kg h 的流率流出容器 由于搅拌充分 槽内浓 度各处均匀 开始时槽内预先已盛有 100kg 纯水 试计算 1h 后由槽中流出的溶 液浓度 解 设 t 时槽中的浓度为 dt 时间内的浓度变化为 d 由质量衡算方程 可得 3012010060 t d t d 时间也是变量 一下积分过程是否有误 30 dt 100 60t dC 120Cdt 即 30 120C dt 100 60t dC 由题有初始条件 8 t 0 C 0 积分计算得 当 t 1h 时 C 15 23 2 13 有一个 4 3m2的太阳能取暖器 太阳光的强度为 3000kJ m2 h 有 50 的太阳能被吸收用来加热流过取暖器的水流 水的流量为 0 8L min 求流 过取暖器的水升高的温度 解 以取暖器为衡算系统 衡算基准取为 1h 输入取暖器的热量为 3000 12 50 kJ h 18000 kJ h 设取暖器的水升高的温度为 T 水流热量变化率为 mp q cT 根据热量衡算方程 有 18000 kJ h 0 8 60 1 4 183 TkJ h K 解之得 T 89 65K 2 14 有一个总功率为 1000MW 的核反应堆 其中 2 3 的能量被冷却水带走 不考虑其他能量损失 冷却水来自于当地的一条河流 河水的流量为 100m3 s 水温为 20 1 如果水温只允许上升 10 冷却水需要多大的流量 2 如果加热后的水返回河中 问河水的水温会上升多少 解 输入给冷却水的热量为 Q 1000 2 3MW 667 MW 1 以冷却水为衡算对象 设冷却水的流量为 热量变化率为 V q mp q cT 根据热量衡算定律 有 103 4 183 10 kJ m3 667 103KW V q Q 15 94m3 s 9 2 由题 根据热量衡算方程 得 100 103 4 183 T kJ m3 667 103KW T 1 59K 10 第三章第三章 流体流动流体流动 3 1 如图 3 1 所示 直径为 10cm 的圆盘由轴带动在一平台上旋转 圆盘与 平台间充有厚度 1 5mm 的油膜 当圆盘以 n 50r min 旋转时 测得扭矩 M 2 94 10 4 N m 设油膜内速度沿垂直方向为线性分布 试确定油的黏度 图 3 1 习题 3 1 图示 解 在半径方向上取 dr 则有 dM dF r 由题有 dF dA d d u y 22 dA d 2drrrrr d2 d unr y 所以有 23 d dM 2d4d d un rr rrr y 两边积分计算得 24 M n r 代入数据得 2 94 10 4N m 0 05m 4 2 50 60 s 1 5 10 3m 可得 11 8 58 10 3Pa s 3 2 常压 20 的空气稳定流过平板壁面 在边界层厚度为 1 8mm 处的雷 诺数为 6 7 104 求空气的外流速度 解 设边界层厚度为 空气密度为 空气流速为 u 由题 因为湍流的临界雷诺数一般取 5 105 6 7 104 所以此流动为层流 对于层流层有 0 5 4 641 Rex x 同时又有 x Re xu 两式合并有 0 5 4 641 Re u 即有 4 641 6 7 104 0 5 u 1 103kg m3 1 8mm 1 81 10 5Pa s u 0 012m s 3 3 污水处理厂中 将污水从调节池提升至沉淀池 两池水面差最大为 10m 管路摩擦损失为 4J kg 流量为 34 m3 h 求提升水所需要的功率 设水的 温度为 25 解 设所需得功率为 Ne 污水密度为 Ne Weqv g z hf qv 9 81m s2 10m 4J kg 1 103kg m3 34 3600m3 s 964 3W 3 4 如图所示 有一水平通风管道 某处直径由 400mm 减缩至 200mm 为 了粗略估计管道中的空气流量 在锥形接头两端各装一个 U 管压差计 现测得 粗管端的表压为 100mm 水柱 细管端的表压为 40mm 水柱 空气流过锥形管的 12 能量损失可以忽略 管道中空气的密度为 1 2kg m3 试求管道中的空气流量 图 3 2 习题 3 4 图示 解 在截面 1 1 和 2 2 之间列伯努利方程 u12 2 p1 u22 2 p2 由题有 u2 4u1 所以有 u12 2 p1 16u12 2 p2 即 15 u12 2 p1 p2 2 0 g R1 R2 2 1000 1 2 kg m3 9 81m s2 0 1m 0 04m 1 2kg m3 解之得 u1 8 09m s 所以有 u2 32 35m s qv u1A 8 09m s 200mm 2 1 02m3 s 3 5 如图 3 3 所示 有一直径为 1m 的高位水槽 其水面高于地面 8m 水 从内径为 100mm 的管道中流出 管路出口高于地面 2m 水流经系统的能量损 失 不包括出口的能量损失 可按计算 式中 u 为水在管内的流速 2 5 6 uhf 单位为 m s 试计算 13 1 若水槽中水位不变 试计算水的流量 2 若高位水槽供水中断 随水的出流高位槽液面下降 试计算液面下降 1m 所需的时间 图 3 3 习题 3 5 图示 解 1 以地面为基准 在截面 1 1 和 2 2 之间列伯努利方程 有 u12 2 p1 gz1 u22 2 p2 gz2 hf 由题意得 p1 p2 且 u1 0 所以有 9 81m s2 8m 2m u2 2 6 5u2 解之得 u 2 90m s qv uA 2 90m s 0 01m2 4 2 28 10 2m3 s 2 由伯努利方程 有 u12 2 gz1 u22 2 gz2 hf 即 u12 2 gz1 7u22 gz2 由题可得 u1 u2 0 1 1 2 0 01 取微元时间 dt 以向下为正方向 则有 u1 dz dt 所以有 14 dz dt 2 2 gz1 7 100dz dt 2 2 gz2 积分解之得 t 36 06s 3 6 水在圆形直管中呈层流流动 若流量不变 说明在下列情况下 因流 动阻力而产生的能量损失的变化情况 1 管长增加一倍 2 管径增加一倍 解 因为对于圆管层流流动的摩擦阻力 有 22 0 328 d lu r lu p mm f 1 当管长增加一倍时 流量不变 则阻力损失引起的压降增加 1 倍 2 当管径增加一倍时 流量不变 则 um 2 um 1 4 d2 2d1 16 2f p 1f p 即压降变为原来的十六分之一 3 7 水在 20 下层流流过内径为 13mm 长为 3m 的管道 若流经该管段的 压降为 21N m2 求距管中心 5mm 处的流速为多少 又当管中心速度为 0 1m s 时 压降为多少 解 设水的黏度 1 0 10 3Pa s 管道中水流平均流速为 um 根据平均流速的定义得 4 0 2 02 0 d d 18d 8d f f v m p r p ql ur Arl 所以 2 0 8 m f u l p r 代入数值得 21N m2 8 1 0 10 3Pa s um 3m 13mm 2 2 15 解之得 um 3 7 10 2m s 又有 umax 2 um 所以 u 2um 1 r r0 2 1 当 r 5mm 且 r0 6 5mm 代入上式得 u 0 03m s 2 umax 2 um pf umax umax pf 0 1 0 074 21N m 28 38N m 3 8 温度为 20 的水 以 2kg h 的质量流量流过内径为 10mm 的水平圆管 试求算流动充分发展以后 1 流体在管截面中心处的流速和剪应力 2 流体在壁面距中心一半距离处的流速和剪应力 3 壁面处的剪应力 解 1 由题有 um qm A 2 3600kg s 1 103kg m3 0 012m2 4 7 07 10 3m s 282 8 20004 m e u d R 管内流动为层流 故 管截面中心处的流速 umax 2 um 1 415 10 2m s 管截面中心处的剪应力为 0 2 流体在壁面距中心一半距离处的流速 16 u umax 1 r2 r02 u1 2 1 415 10 2m s 3 4 1 06 10 2m s 由剪应力的定义得 2 0 d 4 d m uu r rr 流体在壁面距中心一半距离处的剪应力 1 2 2 um r0 2 83 10 3N m2 3 壁面处的剪应力 0 2 1 2 5 66 10 3N m2 3 9 一锅炉通过内径为 3 5m 的烟囱排除烟气 排放量为 3 5 105m3 h 在烟 气平均温度为 260 时 其平均密度为 0 6 kg m3 平均粘度为 2 8 10 4Pa s 大气温度为 20 在烟囱高度范围内平均密度为 1 15 kg m3 为克服煤灰阻力 烟囱底部压力较地面大气压低 245 Pa 问此烟囱需要多高 假设粗糙度为 5mm 解 设烟囱的高度为 h 由题可得 u qv A 10 11m s Re du 7 58 104 相对粗糙度为 d 5mm 3 5m 1 429 10 3 查表得 0 028 所以摩擦阻力 2 2 f h u h d 建立伯努利方程有 u12 2 p1 gz1 u22 2 p2 gz2 hf 由题有 17 u1 u2 p1 p0 245Pa p2 p0 空gh 即 h 1 15 kg m3 9 8m s2 245Pa 0 6kg m3 h 9 8m s2 h 0 028 3 5m 10 11m s 2 2 解之得 h 47 64m 3 10 用泵将水从一蓄水池送至水塔中 如图 3 4 所示 水塔和大气相通 池和塔的水面高差为 60m 并维持不变 水泵吸水口低于水池水面 2 5m 进塔 的管道低于塔内水面 1 8m 泵的进水管 DN150 长 60m 连有两个 90 弯头和 一个吸滤底阀 泵出水管为两段管段串联 两段分别为 DN150 长 23m 和 DN100 长 100 m 不同管径的管道经大小头相联 DN100 的管道上有 3 个 90 弯头和一个闸阀 泵和电机的总效率为 60 要求水的流量为 140 m3 h 如果 当地电费为 0 46 元 kW h 问每天泵需要消耗多少电费 水温为 25 管 道视为光滑管 图 3 4 习题 3 10 图示 解 由题 在进水口和出水口之间建立伯努利方程 有 We gh hf 25 时 水的密度为 997 0kg m3 粘度为 0 9 10 3Pa s 管径为 100mm 时 u 4 95m s Re du 5 48 105 为湍流 18 为光滑管 查图 0 02 管径为 150mm 时 u 2 20m s Re du 3 66 105 管道为光滑管 查图 0 022 泵的进水口段的管件阻力系数分别为 吸滤底阀 1 5 90 弯头 0 75 管入口 0 5 hf1 1 5 0 75 2 0 5 0 022 60 0 15 2 20m s 2 2 29 76m2 s2 泵的出水口段的管件阻力系数分别为 大小头 0 3 90 弯头 0 75 闸阀 0 17 管出口 1 hf2 1 0 75 3 0 3 0 17 0 02 100 0 1 4 95m s 2 2 0 023 23 0 15 2 20m s 2 2 299 13m2 s2 We gh hf 29 76m2 s2 299 13m2 s2 60m 9 81m s2 917 49 m2 s2 917 49J kg WN 917 49J kg 60 140m3 h 997 0kg m3 5 93 104W 总消耗电费为 59 3kW 0 46 元 kW h 24h d 654 55 元 d 3 11 如图 3 5 所示 某厂计划建一水塔 将 20 水分别送至第一 第二车 间的吸收塔中 第一车间的吸收塔为常压 第二车间的吸收塔内压力为 20kPa 表压 总管内径为 50mm 钢管 管长为 30 z0 通向两吸收塔的支 管内径均为 20mm 管长分别为 28m 和 15m 以上各管长均已包括所有局部阻 力当量长度在内 喷嘴的阻力损失可以忽略 钢管的绝对粗糙度为 0 2mm 现 要求向第一车间的吸收塔供应 1800kg h 的水 向第二车间的吸收塔供应 2400kg h 的水 试确定水塔需距离地面至少多高 已知 20 水的粘度为 1 0 10 3 Pa s 摩擦系数可由式计算 23 0 Re 58 1 0 d 19 图 3 5 习题 3 11 图示 解 总管路的流速为 u0 qm0 r2 4200 kg h 1 103kg m3 0 0252m2 0 594m s 第一车间的管路流速为 u1 qm1 r2 1800kg h 1 103kg m3 0 012m2 1 592m s 第二车间的管路流速为 u2 qm2 r2 2400 kg h 1 103kg m3 0 012m2 2 122m s 则 Re0 du 29700 0 0 1 d 58 Re 0 23 0 0308 Re1 du 31840 1 0 1 d 58 Re 0 23 0 036 Re2 du 42400 2 0 1 d 58 Re 0 23 0 0357 以车间一为控制单元 有伯努利方程 20 u12 2 gz1 p1 hf1 gz0 p0 p1 p0 故 1 592m s 2 2 9 8m s2 3m 0 0308 0 594m s 2 30 z0 m 2 0 05m 0 036 1 592m s 2 28m 2 0 02m 9 8m s2 z0 解之得 z0 10 09m 以车间二为控制单元 有伯努利方程 u22 2 gz2 p2 hf2 gz0 p0 2 122m s 2 2 9 8m s2 5m 20kPa 1 103kg m3 0 0308 0 594m s 2 30 z0 m 2 0 05m 0 0357 2 122m s 2 15m 2 0 02m 9 8m s2 z0 解之得 z0 13 91m 故水塔需距离地面 13 91m 3 12 如图 3 6 所示 从城市给水管网中引一支管 并在端点 B 处分成两路 分别向一楼和二楼供水 20 已知管网压力为 0 8 105Pa 表压 支管管径 均为 32mm 摩擦系数 均为 0 03 阀门全开时的阻力系数为 6 4 管段 AB BC BD 的长度各为 20m 8m 和 13m 包括除阀门和管出口损失以外的 所有局部损失的当量长度 假设总管压力恒定 试求 1 当一楼阀门全开时 二楼是否有水 2 如果要求二楼管出口流量为 0 2L s 求增压水泵的扬程 图 3 6 习题 3 12 图示 解 1 假设二楼有水 并设流速为 u2 此时一楼的流速为 u1 21 以 AC 所在平面为基准面 在 A C 断面之间建立伯努利方程 有 uA2 2 pA u12 2 p1 gz2 hfAC 因为 uA u1 0 p1 0 则有 pA hfAC 1 在 A D 断面之间建立伯努利方程 即 uA2 2 pA u22 2 p2 gz2 hfAD uA u2 0 p2 0 z2 3m pA hfAD gz2 2 联立两式得 hfBC hfBD gz2 3 0 03 8m 0 032m 6 4 1 u12 2 0 03 13m 0 032m 6 4 1 u22 2 3m 9 8m s2 所以有 u1min2 2 1 97m2 s2 hfmin 0 03 28m 0 032m 6 4 1 u1min2 2 67 28 m2 s2 pA 所以二楼有水 2 当二楼出口流量为 0 2L s 时 u2 0 249m s 代入 3 式 0 03 8m 0 032m 6 4 1 u12 2 0 03 13m 0 032m 6 4 1 u22 2 3m 9 8m s2 可得 u1 2 02m s 此时 AB 段流速为 u0 2 259m s hfAC 0 03 20m 0 032m 2 259m s 2 2 0 03 8m 0 032m 6 4 1 2 02m s 2 2 48 266 m2 s2 30 399 m2 s2 78 665 m2 s2 pA 0 8 105Pa 998 2kg m3 80 144 m2 s2 22 因为 hfAC400 计算结果表明该设计不合理 改进措施 1 提高钢板的工作温度 选用耐热钢板 2 增加耐火砖厚度 或改用导热系数更小的耐火砖 4 6 水以 1m s 的速度在长为 3m 的 25 2 5mm 管内 由 20 加热到 40 试求水与管壁之间的对流传热系数 解 由题 取平均水温 30 以确定水的物理性质 d 0 020 m u 1 m s 995 7 kg m3 80 07 10 5 Pa s 4 5 0 020 1 995 7 Re2 49 10 80 07 10 du 流动状态为湍流 53 80 07 104 174 10 Pr5 41 0 6176 p C 所以得 32 0 80 4 0 023 4 59 10 RePr WmK d 4 7 用内径为 27mm 的管子 将空气从 10 加热到 100 空气流量为 250kg h 管外侧用 120 的饱和水蒸气加热 未液化 求所需要的管长 解 以平均温度 55 查空气的物性常数 得 0 0287W m K 1 99 10 5Pa s cp 1 005kJ kg K 1 077kg m3 由题意 得 u Q A 112 62m s Re du 0 027 112 62 1 077 1 99 10 5 1 65 105 31 所以流动为湍流 Pr cp 1 99 10 5 1 005 0 0287 0 697 0 023 d Re0 8 Pr0 4 315 88W m2 K T2 110K T1 20K Tm T2 T1 ln T2 T1 110K 20K ln 110 20 52 79K 由热量守恒可得 dL Tm qmhcph Th L qmcph Th d Tm 250kg h 1 005kJ kg K 90K 315 88W m2 K 0 027m 52 79K 4 44m 4 8 某流体通过内径为 50mm 的圆管时 雷诺数 Re 为 1 105 对流传热系 数为 100 W m2 K 若改用周长与圆管相同 高与宽之比等于 1 3 的矩形 扁管 流体的流速保持不变 问对流传热系数变为多少 解 由题 该流动为湍流 0 80 4 0 023 RePr d 0 80 4 11211 0 80 4 22122 0 023RePr 0 023RePr d d 因为为同种流体 且流速不变 所以有 0 8 112 0 8 221 Re Re d d 由Re du 可得 0 8 0 2 1122 0 8 2211 ddd ddd 32 矩形管的高为 19 635mm 宽为 58 905mm 计算当量直径 得 d2 29 452mm 0 20 222 1 21 2 50 100 111 17 29 452 d WmKWmK d 4 9 在换热器中用冷水冷却煤油 水在直径为 19 2mm 的钢管内流动 水 的对流传热系数为 3490 W m2 K 煤油的对流传热系数为 458 W m2 K 换热器使用一段时间后 管壁两侧均产生污垢 煤油侧和水侧的污垢热阻分别 为 0 000176 m2 K W 和 0 00026m2 K W 管壁的导热系数为 45 W m K 试 求 1 基于管外表面积的总传热系数 2 产生污垢后热阻增加的百分数 解 1 将钢管视为薄管壁 则有 12 12 22222 32 111 10 0021 mK WmK WmK W0 00026mK W0 000176mK W 349045458 2 95 10 mK W ss b rr K K 338 9W m2 K 2 产生污垢后增加的热阻百分比为 12 12 100 1 0 1760 26 100 17 34 2 950 1760 26 ss ss rr rr K 注 如不视为薄管壁 将有 5 左右的数值误差 4 10 在套管换热器中用冷水将 100 的热水冷却到 50 热水的质量流量 为 3500kg h 冷却水在直径为 180 10mm 的管内流动 温度从 20 升至 30 已知基于管外表面的总传热系数为 2320 W m2 K 若忽略热损失 且近似认 为冷水和热水的比热相等 均为 4 18 kJ kg K 试求 33 1 冷却水的用量 2 两流体分别为并流和逆流流动时所需要的管长 并加以比较 解 1 由热量守恒可得 qmccpc Tc qmhcph Th qmc 3500kg h 50 10 17500kg h 2 并流时有 T2 80K T1 20K 21 2 1 8020 43 28 80 lnln 20 m TTKK TK T T 由热量守恒可得 KA Tm qmhcph Th 即 K dL Tm qmhcph Th 2 3500 4 18 50 3 58 2320 0 1843 28 mhphh m q cT kg hkJkg KK Lm K d TWmKmK 逆流时有 T2 70K T1 30K 21 2 1 7030 47 21 70 lnln 30 m TTKK TK T T 同上得 2 3500 4 18 50 3 28 2320 0 1847 21 mhphh m q cT kg hkJkg KK Lm K d TWmKmK 比较得逆流所需的管路短 故逆流得传热效率较高 4 11 列管式换热器由 19 根 19 2mm 长为 1 2m 的钢管组成 拟用冷水将 质量流量为 350kg h 的饱和水蒸气冷凝为饱和液体 要求冷水的进 出口温度 分别为 15 和 35 已知基于管外表面的总传热系数为 700 W m2 K 试计 算该换热器能否满足要求 34 解 设换热器恰好能满足要求 则冷凝得到的液体温度为 100 饱和水 蒸气的潜热 L 2258 4kJ kg T2 85K T1 65K 21 2 1 8565 74 55 85 lnln 65 m TTKK TK T T 由热量守恒可得 KA Tm qmL 即 2 2 350 2258 4 4 21 700 74 55 m m q Lkg hkJ kg Am K TWmKK 列管式换热器的换热面积为 A总 总 19 19mm 1 2m 1 36m2 4 21m2 故不满足要求 4 12 火星向外辐射能量的最大单色辐射波长为 13 2 m 若将火星看作一个 黑体 试求火星的温度为多少 解 由 mT 2 9 10 3 得 33 6 2 9 102 9 10 219 70 13 2 10 m TK 4 13 若将一外径 70mm 长 3m 外表温度为 227 的钢管放置于 1 很大的红砖屋内 砖墙壁温度为 27 2 截面为 0 3 0 3m2的砖槽内 砖壁温度为 27 试求此管的辐射热损失 假设管子两端的辐射损失可忽略不计 补充条件 钢管和砖槽的黑度分别为 0 8 和 0 93 解 1 Q1 2 C1 2 1 2A T14 T24 1004 由题有 1 2 1 C1 2 1C0 1 0 8 Q1 2 1C0 A T14 T24 1004 0 8 5 67W m2 K4 3m 0 07m 5004K4 3004K4 1004 35 1 63 103W 2 Q1 2 C1 2 1 2A T14 T24 1004 由题有 1 2 1 C1 2 C0 1 1 A1 A2 1 2 1 Q1 2 C0 1 1 A1 A2 1 2 1 A T14 T24 1004 5 67W m2 K4 1 0 8 3 0 07 0 3 0 3 3 1 0 93 1 3m 0 07m 5004K4 3004K4 1004 1 42 103W 4 14 一个水加热器的表面温度为 80 表面积为 2m2 房间内表面温度为 20 将其看成一个黑体 试求因辐射而引起的能量损失 解 由题 应满足以下等式 44 1 21 212 1 2 4 100 CA TT Q 且有 1 2 1 A A1 C1 2 C0 1 又有 A1 2m2 1 1 所以有 4444 0112 1 2 44 5 67 2 353293 925 04 100100 C A TT QW 36 第五章第五章 质量传递质量传递 5 1 在一细管中 底部水在恒定温度 298K 下向干空气蒸发 干空气压力为 0 1 106pa 温度亦为 298K 水蒸气在管内的扩散距离 由液面到管顶部 L 20cm 在 0 1 106Pa 298K 的温度时 水蒸气在空气中的扩散系数为 DAB 2 50 10 5m2 s 试求稳态扩散时水蒸气的传质通量 传质分系数及浓度分 布 解 由题得 298K 下水蒸气饱和蒸气压为 3 1684 103Pa 则 pA i 3 1684 103Pa pA 0 0 0 5 0 0 9841 10 Pa ln BB i B m BB i pp p pp 1 稳态扩散时水蒸气的传质通量 0 42 A N1 62 10molcms ABA iA B m Dp pp RTpL 2 传质分系数 82 0 5 11 10molcms Pa A G A iA N k pp 3 由题有 0 1 11 1 z L A AA i A i y yy y yA i 3 1684 100 0 031684 yA 0 0 简化得 1 5z A y10 9683 5 2 在总压为 2 026 105Pa 温度为 298K 的条件下 组分 A 和 B 进行等分 子反向扩散 当组分 A 在两端点处的分压分别为 pA 1 0 4 105Pa 和 pA 2 0 1 105Pa 时 由实验测得 k0G 1 26 10 8kmol m2 s Pa 试估算在同样的 条件下 组分 A 通过停滞组分 B 的传质系数 kG以及传质通量 NA 37 解 由题有 等分子反向扩散时的传质通量为 1 2 00 1 2 ABAA AGAA Dpp Nkpp RTL 单向扩散时的传质通量为 1 2 1 2 ABAA AGAA B m Dp pp Nkpp RTpL 所以有 0 1 2 AGAA B m p Nkpp p 又有 2 15 2 1 1 75 10 Pa ln BB B m BB pp p pp 即可得 1 44 10 5mol m2 s Pa 0 GG B m p kk p 2 1 2 0 44molms AGAA Nkpp 5 3 浅盘中装有清水 其深度为 5mm 水的分子依靠分子扩散方式逐渐蒸 发到大气中 试求盘中水完全蒸干所需要的时间 假设扩散时水的分子通过一 层厚 4mm 温度为 30 的静止空气层 空气层以外的空气中水蒸气的分压为零 分子扩散系数 DAB 0 11m2 h 水温可视为与空气相同 当地大气压力为 1 01 105Pa 解 由题 水的蒸发可视为单向扩散 0 ABA iA A B m Dp pp N RTpz 30 下的水饱和蒸气压为 4 2474 103Pa 水的密度为 995 7kg m3 故水的物质的量浓度为 995 7 103 18 0 5532 105mol m3 30 时的分子扩散系数为 38 DAB 0 11m2 h pA i 4 2474 103Pa pA 0 0 0 5 0 0 9886 10 Pa ln BB i B m BB i pp p pp 又有 NA c水V A t 4mm 的静止空气层厚度认为不变 所以有 c水V A t DABp pA i pA 0 RTpB m z 可得 t 5 8h 故需 5 8 小时才可完全蒸发 5 4 内径为 30mm 的量筒中装有水 水温为 298K 周围空气温度为 30 压力为 1 01 105Pa 空气中水蒸气含量很低 可忽略不计 量筒中水面到上沿 的距离为 10mm 假设在此空间中空气静止 在量筒口上空气流动 可以把蒸 发出的水蒸气很快带走 试问经过 2d 后 量筒中的水面降低多少 查表得 298K 时水在空气中的分子扩散系数为 0 26 10 4m2 s 解 由题有 25 下的水饱和蒸气压为 3 1684 103Pa 水的密度为 995 7kg m3 故水的物质的量浓度 c水为 995 7 103 18 0 5532 105mol m3 30 时的分子扩散系数为 DAB D0 T T0 1 75 0 26 10 4m2 s 303 298 1 75 2 6768 10 5m2 s pA i 3 1684 103Pa pA 0 0 pB m pB 0 pB i ln pB 0 pB i 0 99737 105Pa 又有 NA c水dV A dt c水dz dt 所以有 c水dz dt DABp pA i pA 0 RT pB m z 分离变量 取边界条件 t1 0 z1 z0 0 01 及 t2 2d z2 z 积分有 z2 24 3600 0 0 010 dd ABa ia B m Dp pp z zt RTpc 水 可得 z 0 0177m 39 z z z0 0 0077m 7 7mm 5 5 一填料塔在大气压和 295K 下 用清水吸收氨 空气混合物中的氨 传 质阻力可以认为集中在 1mm 厚的静止气膜中 在塔内某一点上 氨的分压为 6 6 103N m2 水面上氨的平衡分压可以忽略不计 已知氨在空气中的扩散系数 为 0 236 10 4m2 s 试求该点上氨的传质速率 解 设 pB 1 pB 2分别为氨在相界面和气相主体的分压 pB m为相界面和气相 主体间的对数平均分压 由题意得 B 2B 15 B m B 2B 1 pp p0 97963 10 Pa ln pp ABA 1A 2 22 A B m Dp pp N6 57 10molms RTpL 5 6 一直径为 2m 的贮槽中装有质量分数为 0 1 的氨水 因疏忽没有加盖 则氨以分子扩散形式挥发 假定扩散通过一层厚度为 5mm 的静止空气层 在 1 01 105Pa 293K 下 氨的分子扩散系数为 1 8 10 5m2 s 计算 12h 中氨的挥发 损失量 计算中不考虑氨水浓度的变化 氨在 20 时的相平衡关系为 P 2 69 105x Pa x 为摩尔分数 解 由题 设溶液质量为 a g 氨的物质的量为 0 1a 17mol 总物质的量为 0 9a 18 0 1a 17 mol 所以有氨的摩尔分数为 0 1a 17 x0 1053 0 9a 180 1a 17 故有氨的平衡分压为 p 0 1053 2 69 105Pa 0 2832 105Pa 即有 pA i 0 2832 105Pa PA0 0 B 0B i5 B m B 0B i pp p0 8608 10 Pa ln pp 40 所以 ABA iA 0 22 A B m Dp pp N4 91 10molms RTpL 2 3 A d n Nt6 66 10 mol 4 5 7 在温度为 25 压力为 1 013 105Pa 下 一个原始直径为 0 1cm 的氧气 泡浸没于搅动着的纯水中 7min 后 气泡直径减小为 0 054cm 试求系统的传 质系数 水中氧气的饱和浓度为 1 5 10 3mol L 解 对氧气进行质量衡算 有 cA GdV dt k cA s cA A 即 dr dt k cA s cA cA G 由题有 cA s 1 5 10 3mol L cA 0 cA G p RT 1 013 105 8 314 298 mol m3 40 89mol m3 所以有 dr 0 03668k dt 根据边界条件 t1 0 r1 5 10 4m t2 420s r2 2 7 10 4m 积分 解得 k 1 49 10 5m s 5 8 溴粒在搅拌下迅速溶解于水 3min 后 测得溶液浓度为 50 饱和度 试求系统的传质系数 假设液相主体浓度均匀 单位溶液体积的溴粒表面积为 a 初始水中溴含量为 0 溴粒表面处饱和浓度为 cA S 解 设溴粒的表面积为 A 溶液体积为 V 对溴进行质量衡算 有 41 d VcA dt k cA S cA A 因为 a A V 则有 dcA dt ka cA S cA 对上式进行积分 由初始条件 t 0 时 cA 0 得 cA cAS 1 e kat 所以有 1 131 A A S c0 5 ka tln 1180sln 13 85 10 s c1 5 9 在稳态下气体 A 和 B 混合物进行稳态扩散 总压力为 1 013 105Pa 温 度为 278K 气相主体与扩散界面 S 之间的垂直距离为 0 1m 两平面上的分压 分别为 PA1 1 34 104Pa 和 PA2 0 67 104Pa 混合物的扩散系数为 1 85 10 5m2 s 试计算以下条件下组分 A 和 B 的传质通量 并对所得的结果加以分析 1 组分 B 不能穿过平面 S 2 组分 A 和 B 都能穿过平面 S 解 1 由题 当组分 B 不能穿过平面 S 时 可视为 A 的单向扩散 pB 1 p pA 1 87 9kPa pB 2 p pA 2 94 6kPa B 2B 15 B m B2B 1 pp p0 9121 10 Pa ln pp DAB 1 85 10 5m2 s ABA 1A 2 42 A B m Dp pp N5 96 10molms RTpL 2 由题 当组分 A 和 B 都能穿过平面 S 可视为等分子反向扩散 ABA 1A 2 42 A Dpp N5 36 10molms RTL 可见在相同条件下 单向扩散的通量要大于等分子反向扩散 42 第六章第六章 沉降沉降 6 1 直径 60 m 的石英颗粒 密度为 2600kg m3 求在常压下 其在 20 的 水中和 20 的空气中的沉降速度 已知该条件下 水的密度为 998 2kg m3 黏 度为 1 005 10 3Pa s 空气的密度为 1 205kg m3 黏度为 1 81 10 5Pa s 解 1 在水中 假设颗粒的沉降处于层流区 由式 6 2 6 得 m s 2 6 2 3 3 2600998 29 8160 10 3 13 10 1818 1 005 10 PP t gd u 检验 63 3 60 103 13 10998 2 0 1862 1 005 10 Pt eP d u R 位于在层流区 与假设相符 计算正确 2 在空气中 应用 K 判据法 得 3 6 3 22 5 60 109 81 1 205 2600 20 336 1 81 10 PP dg K 所以可判断沉降位于层流区 由斯托克斯公式 可得 m s 2 6 2 5 2600 9 8160 10 0 28 1818 1 81 10 PP t gd u 6 2 密度为 2650kg m3的球形颗粒在 20 的空气中自由沉降 计算符合斯 托克斯公式的最大颗粒直径和服从牛顿公式的最小颗粒直径 已知空气的密度 为 1 205kg m3 黏度为 1 81 10 5Pa s 解 如果颗粒沉降位于斯托克斯区 则颗粒直径最大时 2 Pt eP
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 医疗器械质量管理体系的国际化标准解读
- 医疗信息共享的伦理与法律电子病历与隐私保护的平衡
- 减少医疗浪费提高资源利用效率
- 医疗AI技术的发展及其对健康产业的贡献分析
- HIPAA政策解析及其实施要点详解
- 医疗大数据与决策科学融合的未来
- 医疗器械法规对康复机器人研发的规范与引导
- 弥漫性食管壁内憩室的临床护理
- 代理广告租赁合同范例
- 全生命周期健康管理平台的未来趋势分析
- T8联考·2025届高三下学期3月联合测评数学试卷(含答案)
- K30自动生成及计算试验记录
- 2024-2025春鲁教版(五四学制)(2024)化学初中八年级全一册第七单元 燃烧及其控制《第二节促进燃烧与防止爆炸》教学设计
- 以太网技术相关的重要考试题目试题及答案
- 新能源项目融资策略-全面剖析
- 2025年安徽国元农业保险滁州中心支公司招聘笔试参考题库含答案解析
- 安徽省 2025 年九年级中考历史模拟试卷二(含答案)
- 2025年小学科学考调试题及答案
- 杭州临安通达装饰材料有限公司年产15000吨高档环保装饰纸扩建项目报告表
- 第3课《在北京的金山上》-课件 花城版音乐三年级下册
- 客车安全培训课件
评论
0/150
提交评论