食品工程原理考卷课件

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1、【1-1】椰子油流过一内径为20mm的水平管道，其上装有一收缩管，将管径逐渐收缩至12mm，如果从未收缩管段和收缩至最小处之间测得的压力差为800Pa，试求椰子油的流量。 解：设椰子油密度为940 kg/m3，忽略流动损失外,因为,，上式简化为，,由连续性方程可知,m3/s,【1-2】牛奶以2103m3/s的流量流过内径等于27mm的不锈钢管，牛奶的粘度为2.12103Pa.s，密度为1030kg/m3，试确定管内流动是层流还是紊流。 解：由雷诺数表达式可知 由判别式可知为紊流。,【1-5】液体在圆形直管内作层流流动，若流量、管长和液体的物性参数保持不变，而将管径减至原有的1/2，问因流动阻力

2、而产生的能量损失为原来的多少倍。 解：设管径减至原有的1/2后，流体流动状态仍然保持层流。由流动阻力方程可知,即因流动阻力而产生的能量损失为原来损 失的16倍。,【1-7】某离心泵安装在高于井内水面5.5m的地面上，吸水量为40m3/h。吸水管尺寸为 mm，包括管路入口阻力的吸水管路上的总能量损失为4.5J/kg。试求泵入口处的真空度。（当地大气压为1.0133105Pa） 解：根据能量方程，设井水面为I-I界面，管道出口处为II-II界面。,泵入口真空度为,【1-9】每小时将10m3常温的水用泵从开口贮槽送至开口高位槽。管路直径为 mm，全系统直管长度为100m，其上装有一个全开闸阀、一个全

3、开截止阀、三个标准弯头、两个阻力可以不计的活接头。两槽液面恒定，其间垂直距离为20m。取管壁粗糙度为0.25mm、水的密度为1000kg/m3、粘度为1103Pa.s。试求泵的效率为70时的轴功率。 解：根据公式（1-31d），设两槽液面分别为II和IIII,管道内水的流速为,根据莫迪图查得阻力系数约为 0.032，则沿程阻力损失为,由表1-5可知，,轴功率为,【1-10】用泵将开口贮槽内密度为1060kg/m3、粘度为1.1103Pa.s的溶液在稳定流动状态下送到蒸发器内，蒸发空间真空表读数为40kPa。溶液输送量为18m3/h。进蒸发器水平管中心线高于贮槽液面20m，管路直径 mm，不包括

4、管路进、出口的能量损失，直管和管件当量长度之和为50m。取管壁粗糙度为0.02mm。试求泵的轴功率（泵的效率为65）。 解：根据公式（1-31d），设贮槽液面和蒸发器水平管出口分别为II和IIII,管道内溶液流动状态为,根据莫迪图查得阻力系数 约为0.02，则沿程阻力损失为,由表1-5可知管道进口和出口的局部阻力系数，,轴功率为,【1-11】将温度为263K的冷冻盐水（25CaCl2溶液，密度为1240kg/m3，粘度为7103Pa.s）从开口贮槽送入冷却设备。已知贮槽盐水液面低于管路出口2m。整个输送管道直径 mm，长50m，其中有6个标准弯头，1个截止阀，2个闸阀，均为全开。如果要求流量为

5、6m3/h，试求所需泵的扬程。 解：根据公式（1-31d），设贮槽液面和管路出口分别为II和IIII 管道内溶液流动状态为 假设管道粗糙度较小，利用公式（1-59）估算阻力系数 则沿程阻力损失和局部阻力损失为,【1-13】拟用一台3B57型离心泵以60m3/h的流量输送常温的清水，已查得在此流量下的允许吸上真空Hs5.6m，已知吸入管内径为75mm，吸入管段的压头损失估计为0.5m。试求： 若泵的安装高度为5.0m，该泵能否正常工作？该地区大气压为9.81104Pa； 若该泵在海拔高度1000m的地区输送40的清水，允许的几何安装高度为若干米？当地大气压为9.02104Pa。 解：1）首先求解

6、速度 根据式（1-94） 安装高度大于允许安装高度4.38m，故该 水泵不能正常工作。 解：2）查表可知，20水的饱和蒸气压为 2334.6Pa，40水的饱和蒸气压为7376Pa ，密度为992.2kg/m3，根据式（1-95）对允 许吸上真空高度进行修正。,再由式（1-94）得 即在海拔1000m处水泵的安装高度不应该超过3.11m。,【2-1】一食品冷藏室由内层为19 mm厚的松木，中层为软木层，外层为51 mm厚的混凝土所组成。内壁面温度为-17.8 ,混凝土外壁面温度为29.4 。松木、软木和混凝土的平均热导率分别为0.151,0.043 3,0.762 W/(mK)，要求该冷藏室的热

7、损失为15W/m2。求所需软木的厚度及松木和软木接触面处的温度。 解：三层平壁的导热。 1）所需软木的厚度,由,得,解得：,2）松木和软木接触面处的温度,由,解得：,【2-4】将粗碎的番茄通过内径为60 mm的管子从20 加热到75 。其流量为1 300 kg/h,管内壁面温度为105 ,求对流传热系数。 已知粗碎的番茄物性数据如下：=1 050 kg/m3；cp=3.98 kJ/（kgK）； =2.15 mPas(47.5 时),1.2 mPas(105 时)；=0.61 W/(mK)。 解：流体在管内被加热。,，为过渡流，且为高粘度流体。,校正系数为：,【2-5】一带有桨式搅拌器的容器内装

8、有温度为37.8 的料液。用夹套内的蒸汽加热。容器内径为1.22 m,搅拌器直径为0.406 m,转速为2.5 r/s,容器壁温为93.3 。料液的物性为:=977 kg/m3；cp=2.72 kJ/（kgK）；=100 mPas(37.8 时),7.5 mPas(93.3 时)。求料液对容器壁的对流传热系数。 解：对流传热系数计算式如下：,（1）对于平桨、夹套式，,料液的平均物性如下：,将以上各值代入式（1），得：,【2-6】室内水平放置表面温度相同、长度相等的两根圆管，管内通有饱和水蒸气。两管均被空气的自然对流所冷却，假设两管间无相互影响。已知一管直径为另一管的5倍，且两管 的（GrPr）

9、值在104109之间，求两管热损失的比值。 解：水平管外自然对流，有,在本题条件下，定性温度相同，只是定性尺寸不同，故,即大管的热损失是小管的3.34倍。,由于,【2-8】烤炉内在烤一块面包。已知炉壁温度为175 ，面包表面的黑度为0.85,表面温度为100 ,表面积为0.064 5 m2，炉壁表面积远远大于面包表面积。求烤炉向这块面包辐射 传递的热量。 解：两物体构成封闭空间，且,，由下式计算辐射传热量：,负号表示炉壁向面包传递热量。,【2-10】在逆流换热器中，用初温为20 的水将1.25 kg/s的液体比热容为1.9 kJ/(kgK)、密度为850 kg/m3由80 冷却到30 。换热器

10、的列管直径为25 mm2.5 mm,水走管内。水侧和液体侧的对流传热系数分别为850 W/（m2K）和1 700W/（m2K）,污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50 ，求水的流量和换热器的传热面积。 解：传热量为,又,即冷水流量为,取管壁的热导率,，则有,传热面积由下式计算：,热流体：,冷流体：, 将已知值代入式（1），得：,【2-11】在一单程列管换热器中用饱和水蒸气加热食用油。温度为160 的饱和蒸汽在壳程冷凝，冷凝液在饱和温度下排出。食用油在管程流动，并由20 加热到106 。列管换热器尺寸为：列管直径为19 mm2 mm、管长为4 m，共有25根管子。若换热器的传热量为125 k

11、W，蒸汽冷凝传热系数为7 000 W/（m2K）,油侧污垢热阻为0.000 5 m2K/W,管壁热阻和蒸汽侧污垢热阻可忽略,求管内油侧对流传热系数。 又若油的流速增加一倍，此时若换热器的总传热系数为原来的1.75倍,求油的出口温度。假设油的物性不变。 解：（1）管内油侧的对流传热系数 对数平均温差：,【2-12】在列管换热器中用冷水冷却油。水在直径为19 mm2 mm的列管内流动。已知管 内水侧对流传热系数为3 490 W/（m2K）,管外油侧对流传热系数为258 W/(m2K)。 换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.000 26 m2K/W, 油侧污垢热阻为0.0

12、00 176 m2K/W。管壁的热导率为45 W/（mK）。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：以外表面为基准。 （1）基于管外表面的总传热系数,产生污垢前的总热阻：,（2）产生污垢后热阻增加的百分数,% 产生污垢后的总热阻：,【2-13】在套管换热器中采用并流的方式用水冷却油。水的进、出口温度分别为15 和40 ，油的进、出口温度分别为150 和100 。现因生产任务要求油的出口温度降至80 ， 假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，且仍为并流，换热器除管长外，其他尺寸不变，若原换热器的管长为1 m，求现在需要的管长。设换热器的热损失可忽略。 解

13、：热量衡算（忽略热损失）：,【2-14】某列管换热器的管程走冷却水，有机蒸汽在管外冷凝。在新使用时冷却水的进、出口温度分别为20 和30 。使用一段时间后，在冷却水进口温度与流量相同的条件下，冷却水出口温度降为26 。已知换热器的传热面积为16.5 m2,有机蒸汽的冷凝温度为80 , 冷却水流量为2.5 kg/s,求污垢热阻。 解：无污垢时的传热量：,【2-15】某气体混合物（比热容和热导率均未知）以90 kg/h的流量流过套管换热器的内管，气体的温度由38 被加热到138 。内管内径为53 mm，外管内径为78 mm，壁厚均为2.5 mm,管外为水蒸气冷凝使管内壁温度维持在150 。已知混合

14、气体的粘度为0.027 mPas,其普兰特数为1,求套管换热器的管长。,【2-16】有一套管换热器，内管为19 mm2 mm，管长为2 m，管内的水与环隙中的油逆流流动。油的流量为270 kg/h，进口温度为100 ，水的流量为360 kg/h，进口温度为10 。若忽略热损失，且知以管外表面积为基准的总传热系数为374 W/（m2K）,油的比热容为1.88 kJ/(kgK),求油和水的出口温度分别为多少?,【4-1】用光滑小球在粘性流体中自由沉降可测定该液体的粘度。测试时用玻璃筒盛满待测液体，将直径为6mm的钢球在其中自由沉降，下落距离为200mm，记录钢球的沉降时间。现用此法测试一种密度为1

15、300 kg/m3的糖浆，记录的沉降时间为7.32秒，钢球的比重为7.9， 试求此糖浆的粘度。,【4-2】某谷物的颗粒粒径为4mm，密度为1400 kg/m3。求在常温水中的沉降速度。又若此谷物的淀粉粒在同样的水中的沉降速度为0.1mm/s，试求其粒径。,【4-3】气体中含有大小不等的尘粒，最小的粒子直径为10m。已知气体流量为3000m3/h（标准态），温度为500，密度为0.43 kg/m3，粘度为3.610-5Pas，尘粒的密度为2000 kg/m3。今有一降尘室，共有5层，求每层的沉降面积。,【4-9】果汁中滤渣为可压缩的，测得其压缩指数为0.6。在表压为100kPa下由压滤机过滤。最

16、初1小时可得清汁2.5m3，问若其他条件相同，要在最初1小时得到3.5m3的清汁，要用多大压力？设介质阻力可忽略不计。,【4-10】用某板框过滤机过滤葡萄糖溶液，加入少量硅藻土作助滤剂。在过滤表压100kPa下过滤2h，头1h得滤液量8m3。假设硅藻土是不可压缩的，且忽略介质阻力不计 ， 试问：（1）在第2h内可得多少滤液？（2）过滤2h后用2 m3清水（粘度与滤液相近），在同样压力下对滤饼进行横穿洗涤，求洗涤时间；（3）若滤液量不变，仅将过滤压差提高1倍，问过滤时间为多少？（4）若过滤时间不变，仅将过滤压强提高1倍，问滤液量为多少？,【4-11】有一叶滤机，自始至终在某一恒压下过滤某种悬浮液时，得出如下过滤方程式：（q+10）2=250(t+0.4)。式中q以L/m2表示，以min表示。今在实际操作中，先在5min内使压差由零升至上述压差，其间过滤为恒速过滤，以后则维持该压力不变作恒压过滤，全部过滤时间为20min。试求：（1）每一循环中，每1m2过滤表面可得多少滤液？（2