宁波工程学院化工原理计算题

1、第一单元 流体流动1-1 U型管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸汽压，如图 1-1 所示， U型管压差计的指示液为水银，两 U 型管的连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距离分别为：h1=2.3m, h2=1.2m, h 3=2.5m, h 4=1.4m, h 5=3m,大气压强 Pa=745mmH。g 试求锅炉上方水蒸汽的压强 P0 。解： 由静力学方程得：pcpaHg g(h1h2)pcpg水 g(h3h2 ) PB水 g(h3h2)pApBHg g(h3h4)pApo水g(h5h4)pcpaHg g(h1h2)pcpapBpC水 g(h3h2)pApBpopA水 g(h5h4)图 1-

2、1Hg g(h1 h2)Hg g(h3 h4)由以上各式可得： po paHg g (h1 h2) (h3 h4 ) 水g (h3 h2) (h5 h4 )74576010133013600 9.81( 2.3 1.2)(2.5 1.4)1000 9.81(2.5 1.2) (3 1.4)23.64 105 Pa本题是静力学方程与 U型压差计的应用。1-2 密度为 850kg/m3 的某液体由敞口高位槽从 894mm的管道中流出， 高位槽液面高于地面 12m，管路出口高于地面 3m（如图 1-2） 。已知该液体流经2 3m系统的总能量损失可按 （ hf） Wf =7.5u 2 计算， u 为液

3、体在管内的流速 m/s 。试计算：图 1-21）管内液体的流速；2）该液体的体积流量和质量流量（分别以m3/h 和 kg/h ）。解：1） 在 1-1 与 2-2 之间列柏努利方程 ,，以 0-0 为基准面22u1p1u2 p2gz1we gz2wf22已知： z 1=12m, z 2=3m, u 1=u2 0， p 1=p2=0( 表压) We=0 , W f =7.5u 2 得： 12(9.81)=3(9.81) + 7.5u 2 u=3.43m/s2) V=u A=3.43 (3.14/4)(0.0812)=0.0177 m3/s=63.7 m3/h m=V =63.7 850=5414

4、5 kg/h 本题是练习柏努利方程、体积流量与质量流量的计算及相互换算。1-3 质量流量为 16200kg/h 的 25%氯化钠（ NaCl）水溶液在 503mm的钢管中流过。已 知水溶液的密度为 1186kg/m3，粘度为 2.3 10 - 3Pas。 求：1）判断该水溶液的流动类型；2）计算在层流时的最大流速。解：1）判断流动类型16200us36002.4972.5 m/sA(0.044)2 1186Redu0.044 2.5 1186567224000 为湍流2.3 10 32）求层流时的最大流速层流时， Re 准数最大值为 2000，相应的流速即为 umax滞Redumax 滞0.0

5、44 1186 umax 滞2.3 102000得 umax 滞 0.088 m/s本题是练习 Re 数的计算及其流型判断。1-4 某车间输水管路为 603.5mm的钢管，流速为 4m/s ，因生产情况有变动，预使流速 减至 2.5m/s 左右，而用水量不变。拟采用两个改进方案：1)换一根粗管； 2)增加一根管子。求两种方案各应选用管子的型号。解： 1)换一根粗管根据连续性方程： Vs u1 A1 u2 A2即：22Vs(0.053) 2 4d粗 2.544所以： d粗4 (0.053) 0.067 m。粗 2.5故可选无缝热轧钢管，规格为 763.5mm 此时管内实际流速： 2V4(0.05

6、3) ?4u s 4 2.36m/ sA 4 (0.069)22 )增加一根管子Vs 不变，总体积流量为两根管子内体积流量之和，用d 增 表示所增加管子的内径，则：2Vs(0.053) 2 4 (0.053)2 2.5 d增 2.54 4 4得： d增4 (0.053)2 2.5 (0.053)2 0.041m。503.5mm。增 2.5 可选无缝热轧钢管，规格为 此时新增管子内实际流速为：22V4(0.053)2 ?44(0.053)2 ?2.5u s 4 4 2.28m/sA4(0.043)2本题要求掌握管子的选择方法。1-5. 粘度为 0.075Pas，密度为 900kg/m3的某种油品

7、，以 36000kg/h 的流量在 1144.5mm 的钢管中作定态流动。求： 1)该油品流过 15m管长时因摩擦阻力而引起的压强降Pf 为多少？： 2)若流量加大为原来的 3 倍，其它条件不变，则直管阻力 hf 又为多少？取钢管壁面 绝对粗糙度为 0.15mm。解： 1）求 Pf 。求 u 及Re。36000vsuA3600 900 1.284 m/s2 (0.105) 24Re du0.105 1.284 9000.0751617.8 2000 属层流求 ，hf 及求Pf 。hfPf64Re641617.80.03956l u20.03956d2hf 900 4.659150.105(1.

8、284)2 4.659 J/kg24193.1Pa2)当流量为原来的 3 倍而其它条件不变，则 u=3 1.284=3.852m/sRe=31617.8=4853.44000 属湍流应据 Re 值及 /d 值查莫狄图求 相对粗糙度 /d=0.15 10 - 3/0.105=1.43 10 -3 及 Re=4853.4查出 =0.0215hf22 l u2 0.0215 15 (3.852)2 d 2 0.105 222.79 J/kg说明: 求压降（阻力），必须先求 Re，确定流型后才能选用对应的计算公式。1-6 某车间丙烯精馏塔的回流系统如图 1-3 所示，塔内 操作压强为 1304kPa（

9、表压），丙烯贮槽内液面上方的压强 为 2011kPa （表压），塔内丙烯出口管距贮槽的高度差为 30m，管内径为 145mm，送液量为 40t/h 。丙烯的密度为 600kg/m3，设管路全部能量损失为 150J/kg 。问：将丙烯图 1-3we 值后才能判断从贮槽送到塔内是否需要用泵？计算后简要说明。解： 1）将丙烯从贮槽送到塔内是否用泵，必须用柏努利方程式求出 2）取贮槽液面为 1- 1截面，且定为基准水平面， 取塔内丙烯出口管的管口为 2-2 截面， 如图示3）在两截面间列出柏努利方程：z1g2u12P1z2g2u22P2hf1 23已知： ： z1=0， z2=30m， u10， u2

10、 可求出， P 1=2011kPa，=600kg/m 3，P2 =1304kPa ，hf1 2 =150kJ/kg 。4）求 u2 及 we。u240 1033600(z21.12m / s(0.145)2 600422u2 u1 P2 P12z1)g2 hf1 2 30 9.81 (1.12)2(1.3042.011) 106150 733.4J /kg600说明： we 的涵义是外加功，计算结果 we 为负值，说明系统不需要外加功，而依靠贮槽与塔 两个设备的压强差即可满足输送丙烯的要求。1-7 用一虹吸管将 80热水从高位槽中抽出，两容器中 水面恒定（如图 1-4 ）。已知 AB长 7m，

11、BC 长 15m（均包括 局部阻力的当量长度） ，管路内径为 20mm，摩擦系数可取 为 0.023 。试求：1）当 z1 3m时，水在管内的流量；2）在管子总长不变的情况下，欲使流量增加20，则 H1应为多少 ?图 1-43）当 H13m时，管路顶点 B可提升的最大高度 ;4）对计算结果作简要说明。解： 1）如图所示，在高位槽液面（为1-1 截面）与低位槽液面（为 2-2 截面）间列柏努利方程z1g1 2 p12u1z2g1 2 p2 u222Wf ,1 2其中：z 1=3m；u1u2 0； p1= p2=0（表压）；z2=0简化z1gWf ,1 2l l e u2d2流速2gz1d(l l

12、e)2 9.81 3 0.020.023 221.525m / s流量2）欲使流量增加此时1.2u 1.21.525 1.83m / sH1Wf2lle u 2d2所以H12u22 1.8320.023 4.31m d 2g 0.022 9.81leVd2u 0.785 0.022 1.525 4.789 10 4m3/s 1.724m3 /h420%，需增大两容器中水位的垂直距离。3）H1一定时， B 点的位置愈高，其压力愈低。当pB降至同温度下水的饱和蒸汽压时，水将汽化，流体不再连续，以此确定管路顶点提升的最大高度。查得 80水的饱和蒸汽压为 47.38kPa ，密度为 977.8kg/m

13、3 。在 1-1 与 B-B间列柏努利1 2 p11 2 pB方程：z1gu11 zB guB B W f,1 B22简化z1g1uBWf ,1 B1 2 B f ,1 B22H 2,maxp1 pB uBl le uBg 2g d 2g（101.3 47.38） 1037 1.5252（1 0.023 ）977.8 9.810.02 2 9.814.55m4）说明虹吸管是实际中经常遇到的管路，由以上计算可知：输送量与两容器间的距离有关，距离越大，流量越大；虹吸管的顶点不宜过高，以避免液体在管路中汽化，尤其是输送温度较高、易挥发的液体时更需注意。1-8 用离心泵将常温水从蓄水池送至常压高位 槽

14、（如图 1-5 所示）。管路为 57 3.5 mm的光滑管，直管长度与所有局部阻力 （包括孔板） 的当 量长度之和为 250m。输水量用孔板流量计测量，孔板孔径 do 20 mm，流量系数为 0.61 ，从水池面到A点的管长（含所有局部阻力当量长度）80m，两 U 形压差计的指示液均为汞。摩擦系数0.3164 30R.3e10.6254计算。若水流量为7.42 m3/h ， 求：图 1-5每 kg 水从泵所获得的有效功；A 截面处 U形压差计读数 R1；孔板处压差计读数 R2解： 1）在低位槽1-1 ）与高位槽（ 2-2）之间列柏努利方程，且以低位槽（ 1-1）截面为基准： We2up zg2

15、upWf式中， u1 u20 ， p1 p2 0 （表压）， z1 0 ， z2 15m7.42/36002 1.05m/ s0.785 0.052Redu52500 ，0.3164 0.0209Re0.25Wfl le u 57.6J /kg d2代入，We15 9.807 57.6204.7J /kg2）A截面 U形管压差计读数 R1 ：在 A-A与 2-2 间列柏努利方程，并简化式中，所以2pA u2z2gWf ,A 2u 1.05m / s ，Wf,ApA4.84对于 U形压差计R1pAz21m2 0.0209 2500.05104Pa （表压）3）80 1.052 39.17J /k

16、gpA 1.5 R1 g1.5 g 4.84 104R1 Ag1.5 1000 9.81 0.511m13600 1000 9.81孔板流量计的 U 形压差计读数 R2 ：VS7.423600R2C0 A02R2A g20.61 0.02240.468m2 13600 1000 9.81R21000说明：本题是有关流体力学的综合计算题，其中包括柏努利方程求 we ）、静力学基本方程（求 R1），能量损失计算（求w f ），孔板流量计应用（求 R2）等。1-9 如图 1-6 所示，从自来水总管接一管 段 AB向实验楼供水，在 B 处分成两路各通图 1-6向一楼和二楼。两支路各安装一球形阀，出口分

17、别为 C 和 D。已知管段 AB、BC和 BD的长度 分别为 100m、 10m和 20m（仅包括管件的当量长度） ，管内径皆为 30mm。假定总管在 A 处的 表压为 0.343MPa，不考虑分支点 B 处的动能交换和能量损失，且可认为各管段内的流动均 进入阻力平方区，摩擦系数皆为 0.03 ，试求：1）D阀关闭， C阀全开（6.4）时， BC管的流量为多少？2）D 阀全开， C 阀关小至流量减半时， BD管的流量为多少？总管流量又为多少？解： 1）在 A-C 截面（出口内侧）列柏努利方程2 pA uA gzAA2AgzCpC2 uCwf ,A C zAzCuApC 0( 表)wf,AC(

18、lABl BCd入口2 ) uC2 阀)2pAl AB lBC( 入口d21)u2C2uC3.43 10510002 /(0.03100 100.030.5 6.4 1)=2.41m/suCd 2=2.4140.0324331.71 10 3m3 /s2） D 阀全开， C 阀关小至流量减半时：在 A-D 截面（出口内侧）列柏努利方程（不计分支点B 处能量损失）2 pAuAgzA A2AgzD2 pDuD2wf,A D其中： zA 0， zD 5muA 0pD 0(表)wf ,A DAB入口 ）l BD阀）2uD2pA 5gl ABd入口 ）l BDd1)2uD2uD2VD / d 2 4Vc

19、V2c VDd2424VD /0.0321414.7VD0.85 10 V D 1414.7VD 1.204(0.03)23.43 10510001009.81 (0.0301.0003 0.5)2(1414.7VD 1.20)2 20 D (0.03 2 0.0326.4 1) (1414.7VD)2化简得1.28 108VD2 1.7 105VD221.59 0解得：VD 8.10 10 4m3 / s总管流量V VC VD 8.5 10 4 8.110 4 1.66 10 3m3/ s说明：对于分支管路，调节支路中的阀门（阻力），不仅改变了各支路的流量分配，同时也改变了总流量。但对于总管

20、阻力为主的分支管路，改变支路的阻力，总流量变化不大。10第二单元 流体输送机械2-1. 离心泵在一定输送流量范围和转速下， 压头和流量间关系可表示为 H 252.0Q2（式中 H 单位为 m， Q 单位为 m/min ）。若将该泵安装在特定管路内，该管路特性方程可表示为2H e 20 1.86Qe 。（式中 H单位为 m， Qe为 m3/min ）。试求： 1）输送常温下清水时，该泵的流量、压头和轴功率。2）输送密度为 1200Kg/m3 的水溶液时，该泵的流量、压头和轴功率。 假设该泵的效率为 60。Q Qe ， H解： 1）根据离心泵的工作点定义可得： 求输送常温下清水时，该泵的性能。H

21、e 可得： 25 2.0Q220 1.86Q2，即 3.86Q2 53 3 3得： Q 1.138m /min=68.3m /h=0.019m /s 。 H 25 2.0Q2 25 2 (1.138)2 22.4mN QHP1021.1386022.4 1000102 0.66.942Kw2）求输送密度为 1200Kg/m3 的水溶液时，该泵的性能。当输送液体的密度改变时，泵的流量和压头不变。故：3Q Q 0.019m /s， H H 22.4mNQH而轴功率发生变化，1020.019 22.4 1200102 0.68.345Kw本题要求掌握离心泵特性参数的计算及流体密度对其性能参数的影响。

22、2-2. 在某特定管路系统中，用离心泵输送清水。当泵的出口阀全开时，管路特性方程为He 18 1.3 10 Qe （Qe 单位是 m3/s ）。现关小阀门调节流量，当泵的流量为0.012m3/s时，对应的压头为 44m。试求：1）关小阀门后的管路特性方程。 2）关小阀门造成压头损失占泵提供压头的百分数。11解： 1)求关小阀门后的管路特性方程。 本题中， K不发生变化，而 B 值因关小阀门而变大。关小阀门后离心泵特性不变。22 K、Q、H值代入管路特性方程，可得： 44 18 BQe2 ，即 44 18 B(0.012)2 可解出 B 1.806 105故关小阀门后管路特性方程为：52He 1

23、8 1.806 105 Qe22) 流量为 0.012m3/s 时，原管路所要求的压头为：H e 18 1.3 105 (0.012)2 18 18.72 36.72m 故关小阀门多耗的压头为： H H H e 44 36.72 7.28mH 7.28 关小阀门造成的压头损失占泵提供压头的百分数为： 100% 16.55%H 44本题是离心泵管路特性曲线的练习及管路阀门局部阻力对泵压头的影响。2-3. 某造纸厂抄纸车间一台扬克式纸机，原生产邮封纸，所配置得白水泵 (离心水泵)其流 量为 Q 20m3/h ，扬程 H为 31m，轴功率 N为 2.6Kw，配套电机 4.5Kw。现因市场变化，该纸机

24、转产卫生纸，白水泵流量比原来下降10，扬程下降 20。若不更换泵，而将原白水泵Q、 H和 N：叶轮外径切割 5，其它尺寸不变，改用 3Kw电机拖动。问此方案是否可行？解： 据离心泵得切割定律，可算出叶轮外径切割5后，泵的QD22 得：QD2HD2 2(DD22)2HN(DD2)3D2N由1)由2)由3)Q得：得：D2 Q 0.95D2 Q 0.95QD2D20.9Q又因 N 2.6Kw，则 NH (DD2)2D2N (DD2)3D20.857N 0.8570.95D2 2(0.9D52D2 )2 H0.95D2 3(0.9D52D2 )3 N2.6 2.23Kw0.903H 0.8H0.857

25、 N取安全系数为 1.2 倍来配套电机，则所需配套电机功率为：1.2 2.23 2.68Kw 3Kw4)由计算结果知，原水泵叶轮外径切割5后，流量、扬程、所配电机功率都适用，故此方案可行。122-4 用某离心油泵从贮槽取液态烃类至反应器，贮槽液面恒定，其上方绝压为660KPa，泵安装于贮槽液面以下 1.6m 处。吸入管路得压头损失为 1.6m 。输送条件下液态烃的密度为530Kg/m3，饱和蒸气压为 645KPa，输送流量下泵的气蚀余量为3.5m，请分析该泵能否正常操作。解：题给泵的气蚀余量，可由下式求泵的安装高度 HgpapvgNPSHH f0 13(660 645) 103530 9.81

26、3.5 1.62.21m1）输送流量为 25m3/h、温度为20C的水；2）输送流量为 25m3/h、温度为60C的水；33）输送流量为 25m3/h、温度为20C的油；饱和蒸汽压 2.674310 Pa，密度 740kg/m )4）输送流量为 30 m3/h、温度为20C的水为安全起见，离心泵得实际安装高度应至少比计算值减0.5m，为：2.21m 0.5m 2.71m由题给条件， 目前泵的安装高度为 -1.6m-2.71m ，表明泵的安装高度已偏高， 很可能发生气 蚀现象，故该泵不能正常操作。本题要求掌握离心泵的气蚀现象及离心泵的安装高度的确定。2-5 用某种型号的离心泵从敞口容器中输送液体

27、， 离心泵的吸入管长度为 12m，直径为 62mm。0.028 ，总局部阻力系数假定吸入管内流体流动已进入阻力平方区，直管摩擦阻力系数为2.1 ，当地的大气压为1.013 105Pa。试求此泵在以下各种情况下允许安装高度为多少？5）输送流量为 25m3/h 的沸腾水。解： 1）从泵的样本查得，该泵在流量为25m3/h，允许汽蚀余量为2.0m。吸入管内流速： u14Qd24* 2523.14* 0.0622 *36002.30m / s吸入管路阻力损失：Hf2 u 2g0.03 10 2.1 2.320.0622* 9.811.87m20 C 水的饱和蒸汽压2.33kPa 。此时泵的允许安装高度

28、为：13H p0 gmaxgpv gh H f51.01 1023301000 9.811000 9.812)60 C水的饱和蒸汽压 19.93kPa ，代入上式解得：p0pv1.01 10519930H gmaxh H fgg1000 9.811000 9.813)20 C 油饱和蒸汽压2.67104Pa，将相关数据代入上式得：p0pv1.01 10526700H gmaxhHfgg740 9.81740 9.812.02.02.0流量变化，则吸入管路阻力也要变化。1.871.871.876.22m4.42m6.41m此时，u14Qd24*3023.14* 0.0622 * 36002.76

29、m / sHfu22g100.030.0622.122.7622.69m2* 9.81最大允许安装高度：Hp0pvHg max51.01 1023302.0 2.69 5.4m1000 9.811000 9.815)液体沸腾时，pvp0此时， H gmax2.0 1.873.87m说明： 影响离心泵最大允许安装高度的因素可以概括为以下几个方面：流体的种类，一般来说，蒸汽压越大，最大允许安装高度越低； 流体的温度，温度越高，最大允许安装高度越低； 流体流量，流量越大，吸入管路阻力越大，最大允许安装高度越低； 储槽压力和吸入管路配置情况；当被输送液体沸腾时， 最大允许安装高度与流体的种类无关， 主

30、要取决于流体的流量和吸 入管路的阻力。可见，生产中流体温度和流量的上浮都可能导致原本正常工作的泵发生汽蚀。 因此， 计 算泵的最大允许安装高度时，应以可能的最高操作温度和流量来计算。142-6 用离心泵将 20的水从水池送入高压高位 槽（见图 2-1 ）。泵的进、出口处分别装有真空表 及压力表。在一定转速下测得离心泵的流量 Q 、 扬程 H e 、泵出口压力 p 表、泵入口真空度 p真以及 泵的轴功率 N 。现改变以下各条件之一而其它条 件不变，问上述离心泵各参数将如何变化？1）出口阀门开度增大；32）液体密度改为 1500 kg/m 3；3）泵叶轮直径减小 5%；4）转速提高 5%。解：1）

31、出口阀门开度增大， 则管路阻力变小， 管路特性曲线变平缓； 但其起点 A z p/ g度增大将使工作点向右下方移动 （图中由 D到 E），结果是流量 Q增大、扬程 He 下降、轴功率 N上升。以低位槽液面为上游截面（ 1-1 ）、以压力表所在处为下游截面（ 4-4 ），写柏努利方程：p12u11 z1 H ep42u4z4g2gg2gH f 1 42l le u4p压gp4 p1ggHez1 z42 u4 2gH f1 4 H ez1 z4d 2g1）不变；泵的特性不会发生变化。因此，出口阀门开当出口阀门开大时，上式右端各变量中，He下降、 u4上升；其余量都不变。因此，压力表读数下降。以低位

32、槽液面为上游截面（ 1-1 ）、以压力表所在处为下游截面（ 3-3 ），写柏努利方程：p真p1p32 u3H f1 3z3 z1ggg3 1 2g2）15p12 u1p32 u3H f1 3z1z3g2gg2g当出口阀门开大时，上式右端各变量中，表读数上升。2）高位槽为密闭容器，故管路特性曲线在H轴上截距 A z p/ g 中的 p为正。当被输送液体密度增大时， A下降，管路特性曲线向下平移， 如图所示。工作点由 A 点移到 B 点。结果是流量 Q增大、扬程 He下降、轴功率 N上升（ 泵的 HQ曲线不随被输送液体密度的变化而变化）。当流量增加时，管内流速和能量损失都增大，由式（ 2）可知，真

33、空表读数增大。以压力表所在处 （ 4-4）为上游截面，以管路出口处2-2 ）为下游截面，写柏努利方程：2p3 u3z3 g 2gp2g2 u2z2 H f 3 22g 2 f 3 2p压 p3gg其中 u2 u3 。由式（ 3）可以看出，流量增加时，管路能量损失增大，在流体密度上升的情p2gz2 z3H f3 23）u3 上升、 H f1 3 上升，其余量不变。因此，真空而工作点由泵的特性和管路的特性共同决定。况下，压力表读数是增加的。3）叶轮直径减小 5%时泵的特性曲线变化情况如图所示，特性曲线由1 变为 3，工作点由 C变为 D，结果是流量 Q减小、扬程 He 下降、轴功率 N下降。（用切

34、割定律也可得到相同的结 论）流量减小时，管路能量损失减小，由式（ 2）可 知，真空表读数下降。流量减小时，管路能量损失减小，由式（ 3）可 以看出，压力表读数要减小。4）转速提高 5%时泵的特性曲线变化如图所示， 特性 曲线由 1 变为 2，工作点由 C 变为 E，结果是流量 Q 增加、扬程 He 上升、轴功率 N上升。由式（ 3）可知，压力表读数增加；由式（ 2）可知，真空表读数增加。说明 ：离心泵的工作状态与其工作点对应，16 变这两种特性都可以使工作点发生变化， 对应的流量、压力、 轴功率、压力表和真空表都会 发生变化。工程上，离心泵所在管路的流量调节也正是基于这一原理而实现的。17第三

35、单元 沉降与过滤3-1 用落球法测定某液体的粘度（落球粘度计），将待测液体置于玻璃容器中测得直径为36.35mm的钢球在此液体内沉降 200mm所需的时间为 7.32s, 已知钢球的密度为 7900kg/m 3，液 体的密度为 1300 kg/m 3。试计算液体的粘度。200解：（ 1）钢球的沉降速度 ut h 1000 0.2732m/ st 7.32 （2）假设沉降在滞留区，则可用斯托克斯公式计算：utd 2( s )g18d2( s )g (6.35 10 3)2 (7900 1300) 9.81s 5.309Pa S18ut18 0.027323) 核算流型：Retdut6.35 10

36、 3 0.02732 13005.3090.04248 1故假设成立，求出的 有效。本题要求掌握重力沉降速度的计算。3-2 采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。降尘室底面积为 10 ，高 1.6m。操33 作条件下气体密度为 0.5kg/m 3，粘度为 2.0 10 5Pa s ，颗粒密度为 3000 kg/m 3。气体体积3流量为 5m/s 。试求：1）可完全回收的最小颗粒直径；2）如将降尘室改为多层以完全回收20 m 的颗粒，求多层降尘室的层数及板间距。解： 1）设沉降运动处在层流区，则能完全回收的最小颗粒直径：dmin1852 10 559.813000 0.61078.2 mV5

37、校核：最小颗粒的沉降速度： u0 VAs0 150 0.5m/ s18Red minu78.2 100.5 0.610 51.173 2 ，近似认为沉降运动处于层流区。2）20 m的颗粒也要能全部回收，所需要的降尘面积可按下式计算（既然直径为78.2 m 的颗粒尚能处于层流区，则 20 m 的颗粒沉降也一定处在层流区） ：A018 Vsg s d2018 2 10 5 59.813000 0.620 10 6 22153m2需要降尘面积为 153 ，所以降尘室应改为 16层（ 15 块隔板），实际降尘面积为 160。 层间距为 0.16m。说明 ： 就设备结构参数而言，降尘室的处理量主要取决于

38、其底面积而与高度无关；由本 题可以看出， 当处理量一定时， 完全分离出更小的的粒径就必须扩大降尘室的底面积， 这是 通过多层结构来实现的 。3-3 用一多层降尘室以除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为8m，密度为 4000 kg/m3 。降尘室内长 4.1m，宽 1.8m，高 4.2m，气体温度为 427，粘度为 3.4 10-5Pas，密度为 0.5 kg/m3 ，若每小时的炉气量为 2160 标准 m3。试求降尘室内的隔板间距及层数。解： 1）操作条件下炉气处理量为：1.54m3 /s2160 273 427Vs3600 2732）假设沉降在滞流区，可求出ututd2 ( s )g1862(8

39、 10 6 )2 (4000 0.5) 9.8134.1 10 3m/s而气体水平通过速度 uvs /bH 1.54 /(1.84.2)0.20m/s3）层数 nvs1.54n s 131511 5018 3.4 105b ut1.8 4.1 4.1 104) 隔板间距 hH (n 1)h 可得： h H 4.2m 0.082mn 1 515）核算颗粒沉降和气体流动是否都在滞流区19 Retdut8 10 6 4.1 10 3 0.54.8 10 43.4 101 在滞流区 de2bhbh2 1.8 0.0821.8 0.0820.157m气体流动的 Re 为：Redeu0.157 0.205

40、 0.5 4623.4 10 52000 在滞流区。故降尘室计算合理，结果有效。3-4 采用标准型旋风分离器除去炉气中的球形颗粒。要求旋风分离器的生产能力为 直径 D 为 0.4m，适宜的进口气速为 20m/s。炉气的密度为 0.75kg/m 3，粘度为 2.6 （操作条件下的） ，固相密度为 3000kg/m3，求（ 1）需要几个旋风分离器并联操作；2.0m 3，-5 10-5Pas( 2) 临界粒径 dc；（ 3）分割直径 d50；4）压强降 P。解： 对于标准型旋风分离器，h=D/2 ， B=D/4， Ne=5，=81） 并联旋风分离器数 n：单台旋风分离器的生产能力为：(Vs)单=hB

41、ui=DDui(0.4 2/8) 20=0.40m3/s2 4 in=Vs/ (Vs) 单 =2.0/0.40=52）求临界粒径 dcB=D/4=0.4/4=0.1m ，Ne=5，代入下式：dcN9eBsui59 2.6 10 5 0.14.985 3000 20610 6m 4.98 m3）分割直径 d50d50 0.27 (D)ui0.2752.6 10 5 0.43000 203.554 10 6 m 3.5544）压强降 P2 ui 28 0.75 (20) 2 1200Pa2本题要求掌握旋风分离器性能参数及其计算。20433-5 用板框压滤机在 9.81 104pa 恒压差下过滤某种

42、水悬浮液。要求每小时处理料浆8m3。已测的 1m3 滤液可得滤饼 0.1m3, 过滤方程式为：V 2 V 5 10 4 A2 (单位为 s)。求 1)过滤面积 A ； 2 )恒压过滤常数 K、 qe、 e 解：1) 过滤面积 A3 由题给： 0.1 V VF /(1 ) 8/(1 0.1) 7.273m3代入题给过滤方程：2 4 2 2(7.273)2 7.273 5 10 4 3600 A260.17 1.8A23解出： A=5.782m32）求过滤常数 K、 qe、把题给过滤方程与恒压过滤方程 V 2 2VVe KA 2 相比较，可得-4 3 3 3K=510-4m3/s ； 2V e=1

43、m3； 故 Ve=0.5m30.5 3 2 qe=Ve/A= 0.0865m3 /m25.782eqe2 / K2(0.0865)25 10 415s本题要求掌握过滤常数的计算。23-6 某板框式压滤机的过滤面积为0.2m2，在压差 p 1.5atm 下以恒压操作过滤一种悬 浮液， 2 小时后得滤液 4m3, 介质阻力可略，滤饼不可压缩，求： 1）若过滤面积加倍，其他 情况不变，可得多少滤液？ 2）若在原压差下过滤 2 小时后用 0.5m3的水洗涤滤饼，需多长 洗涤时间？解：原工况下的过滤常数 K 为：（介质阻力可略）22K V 2 /(A2 )22(4.0)5.56 10 2m2 /s(0.

44、2)2 2 36001） 过滤面积加倍，其他情况不变可得滤液量：21VK(A ) 25.56 10 2(2 0.2)2 2 3600 8.0m32) 求洗涤时间 wVwdv( ) wd对于板框压滤机，(dv)wdKA28(V Ve)因介质阻力可略，故 Ve=0, 题给 Vw=0.5m3 代入后可得：71942s 2h0.5225.56 10 2 (0.2)28 4.0本题要求掌握过滤条件对过滤的影响。3-7 用板框式压滤机在 2.95 105pa 的压强差下，过滤某种悬浮液。过滤机的型号为 BMS20/635-25 ，共 26 个框。现 已测得操作条 件下的过 滤常 数 K=1.13 10-4

45、m2/s ， qe=0.023m3/m2，且 1m3滤液可得滤饼 0.020m3 求： 1) 滤饼充满滤框所需的过滤时间。 2) 若洗涤时间为 0.793h ，每批操作的辅助时间为 15min，则过滤机的生产能力为多少？解：1) 过滤时间过滤面积为：A 2 (0.635) 2 26 20.98m2滤饼体积为：Vs (0.635)2 0.025 26 0.262m3滤液体积为：V Vs 0.262 / 0.020 13.10m3 v32而 q=V/A=13.10/20.98=0.624m 3/m2过滤时间22q22qqe (0.624)2 0.624 0.023e 4 3700sK 1.13 1

46、0 42)生产能力Q操作周期 T=Q+Qw+QD=3700+0.793 3600+15 60=7455sQ 3600VT3600 13.10 6.33m2 /h7455本题要求掌握过滤时间及过滤机生产能力的计算。223-8 拟在 9.81 103Pa的恒定压强差下过滤悬浮液。滤饼为不可压缩，其比阻r 为 1.3310 2 3 3 -31010 1/m2，滤饼体积与滤液体积之比 v 为 0.333m3/m3，滤液的粘度为 1.0 10-3 Pa.S ；且过 滤介质阻力可略。求： 1）每平方米过滤面积上获得1.5m3 滤液所需的过滤时间； 2）若将此过滤时间延长一倍可以再获得多少滤液？解：解： 1

47、）求 由题给条件可得，单位面积上所得滤液量q =1.5m 3/m21SK 2k p1 S1S2 p1 S32 p 2 9.81 1033 2rr 1.0 10 3 1.331010 0.333求 求 K，题给滤饼为不可压缩，则S=0，r = r= 常数，代入已知量则：1.522当过滤介质可略时， q =k，则有4.43 10 3508s2）过滤时间加倍时，增加的滤液量 2 2 508 1016s q k4.43 10 3 1016 2.12m3 /m2 增加的滤液量为：32q q 2.12 1.5 0.62m3 /m2即每平方米过滤面积上将再得 0.62m3 滤液。说明：1）过滤常数 K 与过

48、滤的压力有关，只有当恒压过滤时，K才为常数；2）用恒压过滤方程计算时，过滤时间与滤液量均为累计的量23第四单元 传 热4-1 外径为 50mm的不锈钢管，外包 6mm厚的玻璃纤维保温层，其外再包20mm厚的石棉保温层，管外壁温为300 C，保温层外壁温为35 C，已知玻璃纤维和石棉的导热系数分别为0.07W/(m K)和 0.3 W/(m K)，试求每米管长的热损失及玻璃纤维层和石棉层之间的界面温度。解：2 t1 t32 300 351 ln r21 r11 ln 62 1 ln1020.07 50 0.3 62351.9W /m351.9W /m2 t1 t21 r2ln1 r13.07 所以t2 300 351.9 128 C2本题要求掌握导热过程的计算。4-2 有一列管式换热器， 由 38 根25mm2.5mm的无缝钢管组成。苯在管内流动，由20 被加热至 80，苯的流量为 8.32kg/s 。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对苯的传热 系数。当苯的流量提高一倍，传热系数有何变化。解：苯在平均温度 tm 1 20 80 50 下的物性可由附录查得：m23密度 =86