化工原理试卷库1

1、强化传热的途径有_、_、_。（3分）增加传热系数；增加传热面积；增加温差对流传热的总热阻由热阻较一侧的对流传热所控制，总传热系数K总是接近与对流传热系数较一侧流体的值，欲提高K值，关键在于提高较一侧的值。（填大或小）（3分）大；小 ；小工业上的过滤操作分为过滤和过滤两大类。饼层 ； 深床9、静止流体中颗粒的重力沉降分为_ _个阶段.起初为_阶段,而后为_阶段,终端速度_。（4分）两；加速；匀速； ut10、蒸汽冷凝方式主要分为_冷凝与_冷凝.工业上冷凝器的设计以_冷凝计算。（3分）滴状；膜状；滴状11、叶滤机采用_洗涤法，洗涤速率_过滤终了时的过滤速率，而板框压滤机采用_洗涤法，洗涤速率为过滤

2、终了时滤液流率的_。（4分）置换；等于；横穿；1/43、在3×105Pa的压强差下对钛白粉在水中的悬浮液进行过滤试验，测得过滤常数为K=5×10-5m2/s，qe=0.01m3/m2，又测得滤饼体积与滤液体积之比v=0.08。现拟用有38个筐的BMY50/810-25型板框压滤机处理此浆料过滤推动力及所用滤布也与实验用的相同。试求：（1）过滤至筐内全部充满滤渣所需的时间；（5分）（2）过滤完毕以相当于滤液量1/10的清水进行洗涤，求洗涤时间；（5分）（3）若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15min，求每台过滤机的生产能力（以每小时平均可得多少m3滤饼计）。（6分）解：P=

3、 3*105Pa K = 5*10-5m2/s qe = 0.01m3/m2 =0.08(1) 框的体积 = 38 *0.81 *0.81 *0.025 = 0.6233 m3滤框充满时滤液的体积： V= 0.6233*12.5 = 7.79125m3v2 + 2VVe = KA27.791252 + 2 *7.79125* 0.01* 49.8636 = 5*10-5 *49.86362= 550.8s(2) ( dV/d)w = KA2/8(V+Ve)= 5*10-5 *49.86362/8(7.79125+0.01*49.8636) = 1.875*10-3m3/sw = Vw/( dV

4、/d)w= 415.6s(3) = F + w + d = 550.8 + 415.6 + 15*60 = 1866.4s = 3600 V饼/T = 0.6233/(1866.4/3600) = 1.202 m3滤饼/h4、欲在直立式单程列管换热器的壳方将流量为0.35kg/s、温度为80的苯蒸气冷凝并冷却至30。苯的冷凝潜热为394kJ/kg，液苯的比热容为1.8 kJ/(kg·)。换热器由38根直径为25×2.5mm、长度为2m的无缝钢管组成。钢的导热系数为45 W/(m)。 苯蒸气在管外冷凝传热系数为o1=1.4KW/(m2),液苯在管外传热系数为o2=1.2 KW

5、/(m2).冷却水在管内与苯呈逆流流动，其比热容为4.18kJ/（kg·），其在管内的传热系数为i=1.717KW/(m2),温度由20上升至30,试计算：（1）冷却水的流量；（2）该换热器能否满足要求。计算时忽略污垢热阻和热损失。（16分）wh = 0.35kg/s T1 = 80 T2 = 30 r = 394kJ/kg Cph = 1.8 kJ/(kg·) d0 = 25mm di = 20mm S= d0 l=0.157m2 S= 0.157*38 = 5.97m2=45 W/(m)o1=1.4KW/(m2)o2=1.2 KW/(m2).Wc =? Cpc = 4.

6、18kJ/（kg·）i=1.717KW/(m2)t1 =20 t2 = 30(1) Q =wh r + wh Cph (T1-T2) = wccpc (t1-t2 )0.31(394+1.8*50) = Wc * 4.18* (30-20) wc = 4.05Kg/s(2) 换热器要求的热负荷 Q = 169.4KJ 1/ o =/1o1 + 1/o2 = 1/1.4 + 1/1.2 o = 0.646 Kw /m2. 1/K = 1/ o + b/ d0/dm + d0/(dii) K = 427.6 W/(m2)实际达到的热负荷 Q = KS tm = 427.6 * 0.157

7、 * 38 * 30 = 76.5 KJ S = 169.4 * 10 3/ 427.6 *30 = 13.2 m2因此换热器不能满足要求。5过滤的主要方式为_、_，工业生产中应用较多的是_。（3分）饼层过滤；深床过滤；饼层过滤6重力沉降中，K=为层流区上限，K=为牛顿区下限。（2分） 2.62 ； 69.17流动的流体通过温度与其不同的固体壁面时的传热过程称为，其中在靠近壁面的层流底层的传热方式为，在湍流主体中的传热方式为。（3分）对流传热 ；传导； 热对流； 8为对某管道保温，现需将二种导热系数分别为1和2的材料包于管外，已知1<2, 1=2,则应将导热系数较的材料包于内层，更有利于

8、保温。（2分）小旋风分离器一般用来分离_物系；旋液分离器一般用来分离_物系。（4分）固-气；液-固11 黑体的_为1，镜体的_为1，透热体的_为1，灰体的吸收率A随辐射线_而变。（4分）吸收率；反射率；透射率；波长12称为颗粒的比表面积，球形颗粒的比表面积为：。（3分） 单位体积颗粒的表面面积 ；6/d 4、在57×3mm的蒸汽管(管材的145W/(m.K)外壁包了一层25mm厚，导热系数20.2W/(m.K)的石棉层。蒸汽管的内壁温度为175，石棉层外表面温度为50，试求每米蒸汽管单位时间所损失的热量。现欲在石棉层外再加一层导热系数为0.07W/(m.K)的氧化镁保温材料，使热损失

9、为原来的一半，设总温度差保持不变，试问此保温材料应多厚？（16分）解： r1= 2505mm r2 = 28.5mm r3= 53.5mm(1) Q= (t1-t3)/ (1/2L1* ln r2/r1) + 1/2L2 ln r3/r2L = 1m所以 Q = (175-50)/ 1/2*45 ln28.5/25.5 + 1/2*0.2 ln 53.5/28.5 = 249 J/m(2) 设氧化镁保温材料厚mm249/2 = 125/1/2*45 ln28.5/25.5 + 1/2*0.2 ln 53.5/28.5 +1/2*0.07 ln (53.5+)/53.5= 13.1mm2、燃烧炉

10、墙壁由两种材料构成，已知t1=1000,t3=100,b1=2b2，导热系数1=0.52；则t2=( ) (a)360 (b)280 t1 t2 t3 (c)200 (d)380 1 2 b1 b2b有两台同样的管壳式换热器，拟作气体冷却器用。在气、液流量及进口温度一定时，为使气体温度降到最底应采用的流程为_。(a)气体走管外，气体并联逆流操作；(b)气体走管内，气体并联逆流操作；(c)气体走管内，气体串联逆流操作；(d)气体走管外，气体串联逆流操作。c空气以u=20m/s的速度在圆形直管内作强制湍流，测得对流传热系数ai =100w/m2.k，当其它条件不变，而将速度变为u=40m/s，则a

11、i变为( ) w/m2.k(a)100 (b) 174 (c) 200 (d)141b在换热器进、出口温度一定的情况下，冷、热流体的流动方式中，平均温度差最大的是（ ）。（ a）逆流； （b）并流； （c）错流； （d）折流。a8、蒸汽加热空气的实验中，紫铜管内空气的对流传热系数为50 w/m2.k，套管环隙蒸汽的对流传热系数为10000 w/ m2.k，忽略污垢热阻及管壁热阻，紫铜管规格为25×2.5mm，则基于紫铜管外侧的总传热系数为w/m2.k 39用套管换热器将90的热油冷至60，热油流率为8000 kg/h，冷却水进口温度为25，水的流率为10000 kg/h，总传热系数K

12、0=200 w/m2.，内管尺寸为180×10mm，忽略热损失，Cp水=4.18 kJ/kg.；Cp油=3 kJ/kg., 计算： (1)水的出口温度 （2）逆流平均温差 （3）套管长度。（15分）(1) t2 Q=ms1cp1(t1-t2) =8000/3600×3×(90-60)=200 kw ms2cp2(t2- t1) = Q t2=Q/ ms2cp2 + t1=200/(4.18×10000/3600)+25=42 （5分）(2) tm tm=(48-35)/ln(48/35)=41 （4分）(3) LQ=KoSotm So=200×

13、103/(200×41)=21m2So=doL L=21/(3.14×0.18)=42m （6分）3、保温良好的逆流列管换热器中，热空气在25×2.5mm的内管流动，温度由150降至70，管内空气对流传热系数为50W/m2.，冷水在壳程湍流，水温由30升至60，管外水对流传热系数为2000W/ m2.，水的流量为2000kg/h,忽略管壁及污垢热阻，比热数据为：Cp空气=1.01KJ/kg·K，Cp水=4.18 KJ/kg·K求： （1）空气流量 （2）传热平均温度差（3）若管长为6m，管数n为多少？（16分）(1) Q=WcCpc(t2-t1

14、)= WhCph(T1-T2)=2000×4.18×30/3600=69.7kw, Wh=3600×69.7/1.01×(150-70)=2757kg/h （5分）（2）t1=150-60=90，t2=70-30=40tm =（t1-t2）/ln(t1/t2)=（90-40）/ln(90/40)=61.7(4分)（3）1/K=1/o + do /(idi)=25/(50×20)+1/2000 ,K=39w/m2·k Q=koSotm ,So=69.7×103/(61.7×39)=29m2ndoL=So ,n=29/

15、(3.14×0.025×6)=62根 （7分）4、传热的基本方式有、；导热、热对流、热辐射2、在套管换热器实验中，管内为蒸汽冷凝，管外走冷水。管外冷水升温所需热量为Qo；管内蒸汽冷凝放出热量为Qr，管内、外侧传热面积分别为Si与So；管内、外对流传热的推动力分别为ti与to，则计算对流传热系数i与0时应分别用公式i=_ _和0=_。i=Qr/(Si*ti)、o=Qo/(So*to)下列数的大小与单位制选择有关的是（ ）（a）Re (b)Pr (c)Nu (d)传热系数Kd7、导热系数为A=0.4W/m·K与B=0.2W/m·K的保温材料A,B在一根钢管上

16、包上相同的厚度，为减少热损失，应放于内层的是（ ） (a) A材料 (b) B材料 (c)都一样b5、在下列流体中，应走列管换热器壳程的是（ ）；（a） 水蒸汽冷凝； （b）HCl溶液被加热；（c）高压空气升温； （d）硫酸被加热a画出间壁式传热过程模型，并说明模型要点(10)1、为热对流； 热流主体热膜壁冷膜冷流主体、热膜和冷膜、导热传热 T Tw tw 2、内无传热阻力阻力集中于、内。 t3.理论上降尘室的生产能力VS与有关，而与无关，故降尘室可设计成扁平形或设置多层隔板。3.理论上降尘室的生产能力VS与 降尘室底面积 有关，而 与 降尘室高度H 无关，故降尘室可设计成扁平形或设置多层隔板

17、。4.流动的流体通过温度与其不同的固体壁面时的传热过程称为，其中在靠近壁面的层流底层的传热方式为，在湍流主体中的传热方式为。4.流动的流体通过温度与其不同的固体壁面时的传热过程称为 对流传热 ，其中在靠近壁面的层流底层的传热方式为 热传导 ，在湍流主体中的传热方式为 热对流占主导，也存在热传导 。3.以小型板框压滤机对某悬浮液进行恒压过滤试验，过滤压强差分别为p1和p2，且p1=2p2，滤饼不可压缩。若滤布阻力不变，则（）（A）K1=2K2，e1=2e2（B）K1=2K2，e1=1/2e2（C）K1=1/2K2，e1=2e2（D）K1=1/2K2，e1=1/2e23.D 4.在列管式换热器中用

18、饱和水蒸气预热某有机溶液（无相变），蒸气走壳程，若饱和水蒸气压力ps增大，有机溶液流量Wc和入口温度t1不变，则（）（A） 传热量Q增大，有机溶液出口温度t2增大（B） 传热量Q减小，有机溶液出口温度t2减小（C） 传热量Q增大，有机溶液出口温度t2减小（D） 传热量Q减小，有机溶液出口温度t2增大 4.A2.用板框压滤机在恒压强差下过滤某种悬浮液，测得过滤方程式为：V2+V=5×10-5A2，式中：V-滤液体积，m3，A-过滤面积，m2，-过滤时间，s。试求：(1)欲在30min内获得5m3滤液，需要边框尺寸为635mm×635mm×25mm的滤框若干个；(2)

19、过滤常数K、qe、e。（注意写清单位）解：（1）所需滤框数由已知的过滤时间和相应的滤液体积，利用恒压过滤方程求过滤面积。再由滤框尺寸确定所需的滤框数。将有关数据代入恒压过滤方程式并整理得到又A=2×0.6352n则n=A/2×0.6352=18.26/2×0.6352=22.64实取23个滤框，则实际过滤面积为A=2×0.6352×23=18.55m2（2）过滤常数K、qe、e根据恒压过滤方程式确定过滤常数K、Ve，再计算e。由题给恒压过滤方程式可得K=5×10-5m2/s2Ve=1及Ve=0.5m3qe=Ve/A=0.5/18.55

20、=0.027m3/m2e =qe2/K=0.0272/5×10-5=14.6s3.在传热面积为20m2的某换热器中，用温度为20，流量为13200kg/h的冷却水，冷却进口温度为110的醋酸，两流体呈逆流流动。换热器刚投入使用时，冷却水出口温度为45。运转一段时间后，两流体的流量、进口温度均不变，而冷水的出口温度降至38，试求传热系数下降的百分率。解：换热器运转一段时间后，因管壁产生污垢，使传热系数K下降，具体分析如下：Q=Whcph(T1-T2)=Wccpc(t2-t1)，由热量衡算式看出，运转前后，当两流体的W、cp及T1、t1不变时，仅冷水出口温度t2由45降至38，势必使T2

21、增加，则传热量Q下降，tm增加，由传热速率方程Q=KStm可知，K必然下降。两种情况下，So为已知，Q、tm均可计算，于是K即可求得。开始运转时运转一段时间后，因 即 ，解出T2=59.6则传热系数下降的百分率为：3.旋风分离器的主要性能指标有和。旋风分离器的主要性能指标有分离效率和气体流经旋风分离器的压强降。4.对流传热的总热阻由热阻较一侧的对流传热所控制，总传热系数K总是接近与对流传热系数较一侧流体的值，欲提高K值，关键在于提高较一侧的值。对流传热的总热阻由热阻较大一侧的对流传热所控制，总传热系数K总是接近与对流传热系数较小一侧流体的值，欲提高K值，关键在于提高较小一侧的值。3.下列哪种操

22、作可以使转筒真空过滤机的生产能力增大1倍？（假设滤饼不可压缩）（）（A）转筒转速增大3倍（B）转筒浸没度增大1倍（C）转筒尺寸按比例增大3倍（D）操作真空度增大1倍A 4.在一列管式换热器中用水来冷却某有机溶液，现希望有机溶液的出口温度降低一些（溶液的流量、进口温度不变），下列哪一个措施不可能达到（）（A）增加冷却水的用量（B）降低冷却水的进口温度（C）将单管程改为双管程（D）将并流改为逆流C 2.在板框压滤机中以300kPa的压强差过滤含钛白粉的水悬浮液。通过试验已测得过滤常数K=4.5×10-5m2/s，qe=0.01m3/m2，且每获得1L滤液得滤饼0.06L。采用的正方形板框

23、压滤机尺寸为：滤框边长810mm，框厚25mm，25个框。过滤推动力及所用滤布与试验时相同。试求：（1） 过滤至滤框内充满滤饼后，用相当滤液量1/10的清水进行洗涤，求洗涤时间；（2） 若每次卸渣、重装等辅助时间为0.25h，求以滤饼体积计的过滤机的生产能力。解：（1）洗涤时间W过滤面积 A=2l2n=2×0.812×25=32.8m2滤饼体积 Vc=l2bn=0.812×0.025×25=0.41m3 v =0.06m3滤饼/m2滤液过滤至框内全部充满滤饼的滤液量：V=Vc/v =0.41/0.06=6.83m3 q =V/A=6.83/32.8=0.

24、208m3/m2洗涤速率为洗涤时间（2）生产能力Qe因为先求出过滤时间。将框内全部充满滤饼之滤液量q和过滤常数qe及K代入恒压过滤方程q2+2qqe=K中，则：生产能力3.在一列管式蒸汽冷凝器中，110的饱和水蒸气在壳程冷凝为同温度的水，蒸气冷凝传热系数为1.1×104W/(m2·)，水在管内被加热，其进口温度为25，比热容为4.18kJ/(kg·)，流量为12500kg/h，管壁对水的对流传热系数为1000 W/(m2·)。列管式换热器由25×2.5mm长3m的32根钢管组成。试求冷水的出口温度。计算中忽略管壁及污垢热阻，不计换热器的热损失。

25、解：联立冷流体的热量衡算方程和传热速率方程式如下：Q=Wccpc(t2-t1)=KoSotm因所以整理上式得：，则（1）其中So=ndol=32×3.14×0.025×3=7.536m2将T=110，t1=25及代入（1）式，得，解出t2=52.35、旋风分离器的总的分离效率是指（ ）A颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率B颗粒群中最小粒子的分离效率C全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率D不同粒级（直径范围）粒子分离效率之和C6、在下列流体的物理性质中，（ ）值大，对流传热系数的值减少。A导热系数 B密度 C 粘度 D比热C7、间壁式换热器两侧流体，若12，则

26、总传热系数近似等于（ ），壁温接近于（ ）侧流体温度。A 1 B 2 C 1+2 D 1-2B A10、有一蒸汽管外径为25mm，外面包有两层保温材料（1在内部），每层厚25mm，若两种材料的导热系数之比2/1=5，今将两种保温材料互换，其他条件不变，则热损失将（）A 增大 B 减小 C 不变 D 无法判定A4、过滤是的单元操作，原始的悬浮液称为，通过多孔介质的液体称为 ，被截留的固体物质称为 。利用多孔性物质分离固液混合物料液（料浆）滤液滤饼6、旋风分离器性能的好坏，主要以来衡量。愈小，说明其分离性能愈好。临界粒径分离效率临界粒径7、传热过程即。根据传热的机理不同，传热的基本方式有。热量的传

27、递过程传导、对流、辐射8、换热器传热过程的强化途径有。强化总传热系数、强化传热面积、强化传热温度差9、矩形换热管，其长为a，宽为b，则此换热管的当量直径为。2ab/(a+b)10、多层筒壁稳定导热中，若某层的热阻最小，则该层两侧的温差；若某层的平均导热面积最小，则通过该层的热流密度。最小最大3、某台板框式压滤机的过滤面积为0.4m2，恒压过滤，2h后得滤液80m3，过滤介质阻力可忽略。试求（1）若将操作时间缩短一半，其它情况不变，可得滤液多少m3？（2）恒压过滤2h后，用6m3的水洗涤滤渣，需多少洗涤时间？（共15分）3.V2=KA2，KA2=V2/，V12=KA21 （3分）（V1/V）2=

28、（1/）（2分） V1=V0.5=80×0.707（1分）=56.57m3（1分）w=Vw/（dv/d）w （3分）（dv/d）w=1/4（dv/d）E（2分）=1/4×（KA2/2V）= KA2/8V=（ V2/）/8V=5（2分）w=Vw/（dv/d）w =6/5=1.2h（1分4、在套管换热器中，用冷却水将100的热水冷却到60，热水流量为3500kg/h，冷却水在管内流动，温度从20升到30，已知基于内管外表面积的K0=2320w/(m2.)，内管直径为180×10mm，若忽略热损失，且近似地认为冷水与热水的比热相同，均为4.187kJ/(kg.)试求：（

29、1）传热量Q（2）冷却水用量（3）两流体作逆流时的平均温度差及所需的管子长度。（共15分）Q=WhCp，h（T1-T2）（2分）Wh=3500kg/h=3500/3600kg/s，Cp，h=4.187 kJ/(kg.)，T1-T2=100-60=40（1分）Q=WhCp，h（T1-T2）=3500/3600×4.187×40×1000=162827.77w（1分）WhCp，h（T1-T2）= WCCp，C（t2-t1）（2分）3500×40= WC×10，WC=3500×40/10=14000 kg/h（1分）Q=K0A0（tm）逆（

30、2分）A0=d0L（1分）（tm）逆=（70-40）/ln7/4=30/ ln7/4（3分）L=Q/ K0d0（tm）逆（1分） = 2.31 m（1分）6、筛分分析是。用一套标准筛对颗粒的粒度分布进行测量。7、过滤方式有，助滤剂的使用方法可以分为。滤饼过滤 ，深床过滤 预涂，预混9、对流传热的热阻主要集中在中，因此是强化对流传热的主要途径。滞流内层 设法减少其厚度10、列管式换热器中，被冷却流体宜走，压强高的流体宜走。管间 管内5、板框式压滤机洗涤时，洗水流经长度约为过滤终了时滤液流经路径的，而洗水流经面积为过滤面积的。（）5 BA 2倍，2倍 B 2倍，0.5倍C 0.5倍，2倍 D 0.

31、5倍，0.5倍6、总热阻是由热阻的那一侧的对流传热所控制，当两个对流传热系数相差较大时，若要提高K值，关键在于提高对流传热系数的值。（）A 大、大 B 大、小 C 小、大 D 小、小B7、当容器尺寸大于颗粒尺寸倍时，器壁效应可以忽略，球形颗粒比非球形颗粒的沉降速度要一些。（）A 10，快 B 10，慢 C 100，快 D 100，慢C8、夹套式换热器，用蒸汽进行加热时，蒸汽由接管进入夹套，间壁式换热器流体的流向常采用。（）A上部，逆流 B上部，并流 C 下部，逆流 D 下部，并流C10、在讨论旋风分离器分离性能时，临界直径这一术语是指（）。A旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径B旋风分离器允

32、许的最小直径C旋风分离器能够全部分离出来的最小颗粒的直径D能保持滞流流型时的最大颗粒直径C3、某台板框式压滤机的过滤面积为0.2m2，恒压过滤，2h后得滤液40m3，过滤介质阻力可忽略。试求（1）若将操作时间缩短一半，其它情况不变，可得滤液多少m3？（2）恒压过滤2h后，用5m3的水洗涤滤渣，需多少洗涤时间？（共15分）V2=KA2，KA2=V2/，V12=KA21 （3分）（V1/V）2=（1/） （2分）V1=V0.5=40×0.707（1分）=28.28m3（1分）w=Vw/（dv/d）w （3分）（dv/d）w=1/4（dv/d）E（2分）=1/4×（KA2/2V）

33、= KA2/8V=（ V2/）/8V=40/16=2.5（2分）w=Vw/（dv/d）w =5/2.5=2h（1分）4、在套管换热器中，用冷却水将90的热水冷却到50，热水流量为3000kg/h，冷却水在管内流动，温度从20升到40，已知基于内管外表面积的K0=2000w/(m2.)，内管直径为160×10mm，若忽略热损失，且近似地认为冷水与热水的比热相同，均为4.187kJ/(kg.)试求： （1）传热量Q（2）冷却水用量（3）两流体作并流时的平均温度差及所需的管子长度。（共15分）Q=WhCp，h（T1-T2）（2分）Wh=3000kg/h=3000/3600kg/s，Cp，h

34、=4.187 kJ/(kg.)，T1-T2=90-50=40（1分）Q=WhCp，h（T1-T2）=3000/3600×4.187×40×1000=139566.66w（1分）WhCp，h（T1-T2）= WCCp，C（t2-t1）（2分）3000×40= WC×20，WC=3000×40/20=6000 kg/h（1分）Q=K0A0（tm）并（2分）A0=d0L（1分）（tm）并=（70-10）/ln7=60/ ln7（3分）L=Q/ K0d0（tm）并（1分） = 4.51m（1分）第三章机械分离与固体流态化【例31】落球粘度计。

35、使用光滑小球在粘性液体中的自由沉降可以测定液体的粘度。现有密度为8010kg/m3、直径0.16mm的钢球置于密度为980 kg/m3的某液体中，盛放液体的玻璃管内径为20mm。测得小球的沉降速度为1.70mm/s，试验温度为20，试计算此时液体的粘度。测量是在距液面高度1/3的中段内进行的，从而免除小球初期的加速及管底对沉降的影响。当颗粒直径d与容器直径D之比d/D0.1，雷诺数在斯托克斯定律区内时，器壁对沉降速度的影响可用下式修正：式中u't为颗粒的实际沉降速度；ut为斯托克斯定律区的计算值。0.1解： =1.73×103m/s按式3-12可得 =0.0567Pa

36、3;s校核颗粒雷诺数2Ret上述计算有效。【例3-2】拟采用降尘室回收常压炉气中所含的球形固体颗粒。降尘室底面积为10m2，宽和高均为2m。操作条件下，气体的密度为0.75kg/m3，粘度为2.6×105Pa·s；固体的密度为3000 kg/m3；降尘室的生产能力为3 m3/s。试求：1）理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径；2）粒径为40m的颗粒的回收百分率；3）如欲完全回收直径为10m的尘粒，在原降尘室内需设置多少层水平隔板？解：1）理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径由式3-20可知，在降尘室中能够完全被分离出来的最小颗粒的沉降速度为m/s由于粒径为待求参数，沉降雷诺准数

37、Ret和判断因子K都无法计算，故需采用试差法。假设沉降在滞流区，则可用斯托克斯公式求最小颗粒直径，即2核算沉降流型Ret原设在滞流区沉降正确，求得的最小粒径有效。2）40m颗粒的回收百分率假设颗粒在炉气中的分布是均匀的，则在气体的停留时间内颗粒的沉降高度与降尘室高度之比即为该尺寸颗粒被分离下来的分率。由于各种尺寸颗粒在降尘室内的停留时间均相同，故40m颗粒的回收率也可用其沉降速度u't与69.1m颗粒的沉降速度ut之比来确定，在斯托克斯定律区则为回收率= u't / ut=(d'/dmin)2=(40/69.1)2=0.335即回收率为33.5%。3）需设置的水平隔板层

38、数多层降尘室中需设置的水平隔板层数用式3-20a计算。由上面计算可知，10m颗粒的沉降必在滞流区，可用斯托克斯公式计算沉降速度，即m/s所以，取47层隔板间距为m核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚度所占的空间，则气体的流速为2000m/s所以Re即气体在降尘室的流动为滞流，设计合理。【例3-3】某淀粉厂的气流干燥器每小时送出10000m3带有淀粉的热空气，拟采用扩散式旋风分离器收取其中的淀粉，要求压强降不超过1373Pa。已知气体密度为1.0kg/m3，试选择合适的型号。解：已规定采用扩散式旋风分离器，则其型号可由表3-4中选出。表中所列压强降是当气体密度为1.2 kg/m3时的数值。

39、根据式3-29，在进口气速相同的条件下，气体通过旋风分离器的压强降与气体密度成正比。本题中热空气的允许压强降为1373Pa，则相当于气体密度为1.2 kg/m3时的压强降应不超过如下数值，即从表3-4中查得5号扩散式旋风分离器（直径为525mm）在1570Pa的压强降下操作时，生产能力为5000 kg/m3。现要达到10000 m3/h的生产能力，可采用两台并联。当然，也可以作出其它的选择，即选用的型号与台数不同于上面的方案。所有这些方案在满足气体处理量及不超过允许压强降的条件下，效率高低和费用大小都不相同。合适的型号只能根据实际情况和经验确定。【例3-4】拟在9.81×103Pa的

40、恒定压强差下过滤某悬浮液。已知该悬浮液由直径为0.1mm的球形颗粒状物质悬浮于水中组成，过滤时形成不可压缩滤饼，其空隙率为60%，水的粘度为1.0×10Pa·s，过滤介质阻力可以忽略，若每获得1m3滤液所形成的滤饼体积为0.333m3。试求：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，可再得滤液多少？解：1）求过滤时间已知过滤介质阻力可以忽略的恒压过滤方程为单位面积获得的滤液量q=1.5 m3/ m2过滤常数对于不可压缩滤饼，s=0，r'=r=常数，则已知p=9.81×103Pa，=1.0×103Pa

41、83;s，v=0.333m3/m2根据式3-37知，又已知滤饼的空隙率=0.6球形颗粒的比表面 m2/m3所以 1/m2则m2/s所以s 2）过滤时间加倍时增加的滤液量 s则 m3/m2 m3/m2即每平方米过滤面积上将再得0.62m3滤液。例3-5 附表1序号过滤时间，s过滤压强差p，Pa1100 3×10425009×104【例3-5】在0.04m2的过滤面积上，以1×104m3/s的速率对不可压缩的滤饼进行过滤实验，测得的两组数据列于本题附表1中。今欲在框内尺寸为635mm×635mm×60mm的板框过滤机内处理同一料浆，所用滤布与实验时

42、的相同。过滤开始时，以与实验相同的滤液流速进行恒速过滤，至过滤压强差达到6×104Pa时改为恒压操作。每获得1m3滤液所生成的滤饼体积为0.02m3。试求框内充满滤饼所需的时间。解：欲求滤框充满滤饼所需的时间，可用式3-56进行计算。为此，需先求得式中有关参数。依式3-55a，对不可压缩滤饼进行恒速过滤时的p关系为p=a+b将测得的两组数据分别代入上式： 3×104=100a+b 9×104=500a+b解得a=150 b=1.5×104即p=150+1.5×104因板框过滤机所处理的悬浮液特性及所用滤布均与实验时相同，且过滤速度也一样，故板框

43、过滤机在恒速阶段的p关系也符合上式。恒速终了时的压强差pR=6×104Pa，故s由过滤实验数据算出的恒速阶段的有关参数列于本例附表2中。例3-5 附表2序号，sp，PaV=1×104，m3m3/m211003×1040.010.2523006×1040.030.75由式3-47a知将上式改写为应用附表2中数据便可求得过滤常数K和qe，即（a）（b）本题中正好p2=2p1，于是，K2=2K1。联解式a、b、c得到qe=0.25m3/m2 K2=5×103m2/s上面求得的qe、K2为板框过滤机中恒速过滤终点，即恒压过滤的过滤常数。m3/m2A=2

44、×0.6352=0.8065m2滤饼体积Vc=0.6352×0.06=0.0242m3单位面积上的滤液体积为 m3/m2将K、qe、qR及q的数值代入3-56a得（1.520.752）+2×0.25（1.50.75）=5×103（300）解得=712.5 s【例3-6】在25下对每升水中含25g某种颗粒的悬浮液进行了三次过滤实验，所得数据见本例附表1。试求：1）各p下的过滤常数K、qe及e；2）滤饼的压缩性指数s。解：1）求过滤常数（以实验为例）根据实验数据整理各段时间间隔的与相应的q值，列于本例附表2中。在直角坐标纸上以为纵轴、q为横轴，根据表中数据标

45、绘出q的阶梯形函数关系，再经各阶梯水平线段中点作直线，见本例附图1中的直线。由图上求得此直线的斜率为s/m2又由图上读出此直线的截距为s/m则得到当p=0.463×105Pa时的过滤常数为m2/sm3/m2s实验及的q关系也标绘于本题附图1中。例3-6 附表1实验序号过滤压强差p×105，Pa0.4631.953.39单位面积滤液量q×103，m/3m2过滤时间，s000011.3517.36.54.322.7041.414.09.434.0572.024.116.245.40108.437.124.556.75152.351.834.668.10201.669.

46、146.1例3-6 附表2实验序号q×103m/3m2q×103m/3m2ss×103s/m0011.3511.3517.317.31.52422.7011.3541.424.12.12334.0511.3572.030.62.69645.4011.35108.436.43.20756.7511.35152.343.93.86868.1011.35201.649.34.344各次实验条件下的过滤常数计算过程及结果列于本题附表3中。例3-6 附表3实验序号Pas/m2s/mKm2/sqem3/m2es0.4634.90×10412604.08×1

47、050.025716.21.951.764×1044031.134×1040.02284.583.391.192×1042591.678×1040.02172.812）求滤饼的压缩性指数s将附表3中三次实验的Kp数据在对数坐标上进行标绘，得到本题附图2中的、三个点。由此三点可得一条直线，在图上测得此直线的斜率为1s=0.7，于是可求得滤饼的压缩性指数为s=10.7=0.3。【例3-7】对例3-6中的悬浮液用具有26个框的BMS20/635-25板框压滤机进行过滤。在过滤机入口处滤浆的表压为3.39×105Pa，所用滤布与实验时的相同，浆料温度仍

48、为25。每次过滤完毕用清水洗涤滤饼，洗水温度及表压与滤浆相同而其体积为滤液体积的8%。每次卸渣、清理、装合等辅助操作时间为15min。已知固相密度为2930kg/m3，又测得湿饼密度为1930kg/m3。求此板框压滤机的生产能力。解：过滤面积A=（0.635）2×2×26=21m2滤框总容积=（0.635）2×0.025×26=0.262m3已知1m3滤饼的质量为1930kg，设其中含水xkg，水的密度按1000 kg/m3考虑，则解得x=518kg故知1m3滤饼中的固相质量为 1930518=1412kg生成1m3滤饼所需的滤浆质量为 1412

49、5;kg则1m3滤饼所对应的滤液质量为 578921930=55962kg1m3滤饼所对应的滤液体积为m3由此可知，滤框全部充满时的滤液体积为V=55.96×0.262=14.66m3则过滤终了时的单位面积滤液量为m3/m2根据例3-6中过滤实验结果写出p=3.39×105Pa时的恒压过滤方程式为（q+0.0217）2=1.678×104(+2.81)将q=0.6982 m3/m2代入上式，得（0.6981+0.0217）2=1.678×104(+2.81)解得过滤时间为：=3085s。由式3-58及式3-60可知：对恒压过滤方程式3-51a进行微分，得

50、 2（q+qe）dq=Kd，即已求得过滤终了时q=0.6982 m3/m2,代入上式可得过滤终了时的过滤速率为 m3/s已知VW=0.08V=0.08×14.66=1.173 m3则s又知D=15×60=900s则生产能力为m3/h第四章传热【例4-1】某平壁厚度b=0.37m，内表面温度t1=1650，外表面温度t2=300，平壁材料导热系数=0.815+0.00076t，W/（m·）。若将导热系数分别按常量（取平均导热系数）和变量计算，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。解：（1）导热系数按常量计算平壁的平均温度平壁材料的平均导热系数W/（m·）导

51、热热通量为：W/m2设壁厚x处的温度为t，则由式4-6可得故上式即为平壁的温度分布关系式，表示平壁距离x和等温表面的温度呈直线关系。（2）导热系数按变量计算，由式4-5得或qdx=（0.815+0.0076t）dt积分得（a）W/m2当b=x时，t2=t，代入式（a），可得整理上式得解得上式即为当随t呈线性变化时单层平壁的温度分布关系式，此时温度分布为曲线。计算结果表明，将导热系数按常量或变量计算时，所得的导热通量是相同的，而温度分布则不同，前者为直线，后者为曲线。【例4-2】某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm，其导热系数分别为0.9W/（m·）及0

52、.7W/（m·）。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700，外表面温度为130。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、导热系数为0.06W/（m·）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740，外表面温度为90。设两层砖的导热系数不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？解：加保温层前单位面积炉壁的热损失为此时为双层平壁的热传导，其导热速率方程为：W/m2加保温层后单位面积炉壁的热损失为此时为三层平壁的热传导，其导热速率方程为：故加保温层后热损失比原来减少的百分数为：【例4-3】在外径为140mm的蒸气管道外包扎保温材料，以减少

53、热损失。蒸气管外壁温度为390，保温层外表面温度不大于40。保温材料的与t的关系为=0.1+0.0002t（t的单位为，的单位为W/（m·）。若要求每米管长的热损失Q/L不大于450W/m，试求保温层的厚度以及保温层中温度分布。解：此题为圆筒壁热传导问题，已知：r2=0.07m t2=390t3=40先求保温层在平均温度下的导热系数，即W/（m·）（1）保温层温度将式（4-15）改写为得r3=0.141m故保温层厚度为b=r3r2=0.1410.07=0.071m=71mm（2）保温层中温度分布设保温层半径r处的温度为t，代入式（4-15）可得解上式并整理得t=501lnr942计算结果表明，即使导热系数为常数，圆筒壁内的温度分布也不是直线而是曲线。【例4-4】有一列管式换热器，由38根25mm×2.5mm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：苯在平均温度下的物性可由附录查得：密度=860kg/m3；比热容cp=1.80kJ/（kg·）