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1、1 第一章流体流动习题解答11 已知甲城市的大气压为760mmHg ，乙城市的大气压为750mmHg。某反应器在甲地操作时要求其真空表读数为600mmHg，若把该反应器放在乙地操作时，要维持与甲地操作相同的绝对压，真空表的读数应为多少，分别用mmHg 和 Pa 表示。590mmHg, 7.86 104Pa 解： P（甲绝对） =760-600=160mmHg 750-160=590mmHg=7.86 104Pa 12 用水银压强计如图测量容器内水面上方压力P0，测压点位于水面以下0.2m 处，测压点与 U 形管内水银界面的垂直距离为0.3m，水银压强计的读数R 300mm，试求（ 1）容器内压
2、强P0为多少？（ 2）若容器内表压增加一倍，压差计的读数R 为多少？习题 1 2 附图(1) 3.51104N m2 (表压 )；(2)0.554m 解：1.根据静压强分布规律PAP0gH PB，gR 因等高面就是等压面，故PA PBP0，gRgH 13600 9.81 0.3 1000 9.81(0.2+0.3)=3.51104N/(表压 ) 2.设 P0加倍后， 压差计的读数增为R， R R，容器内水面与水银分界面的垂直距离相应增为H，H 2R。同理，02RpgRgHgRgRgHg000pggpp0.254m gg10009.81gg136009.81 2RHR，4， （）3.5110 2
3、20.30.2540.554mRRR，2 13 单杯式水银压强计如图的液杯直径D 100mm，细管直径d 8mm。用此压强计测量容器内水面上方的压强p0，测压点位于水面以下h 0.5m处，试求（ 1）当压强计读数为R 300mm，杯内水银界面测压点A 与细管的垂直距离a 0.4m，容器内压强p0等于多少？（ 2）表压p0增加一倍并忽略杯内界面高度的变化，读数R 为多少？（ 3）表压p0增加一倍并考虑杯内界面位置的变化，读数R 为多少？习题 1 3 附图(1) 3.12 104N m2（表压）；(2)0.534m； (3) 0.536m 解：1.因 A、 B 两点位于同一平面，pA=pB，P0，
4、gRg（ h a） 136009.81 0.3 10009.81 （0.5 0.4 ）3.12 104N/ （表压）2.表压加倍后，设压强计读数为R，。若忽略杯内水银界面的变化，则,0423.121010009.810.50.40.534 136009.81pghaR gm，（）（）3.与（ 1）相比，表压加倍后杯内水银面下降了1h，管内水银面上升2h，压强计读数的增加量为12Rhh2122dhh D由以上两式可得3 1221Rh Dd根据等高面即等压面的原理01pghahgRR，（）（）2022dRpgRg hagRg Dd，（）00222ppR dgg Dd，42223.12100.234
5、 0.008136009.8110009.81 0.10.0080.30.2340.534RRR，此结果表明，使用单杯压强计，因h1+ （ 122 =）第一种热阻大，所以热损失少。2 钟理伍钦化工原理课后习题答案0818209 整理5. 外径为50mm 的管子，其外包扎有一层厚度为40mm，热传导系数为0.13 W.m-1. -1的绝热材料。 管子外表面的平均温度t1 为 800。现拟在绝热材料外再包扎一层热传导系数为 0.09 W.m-1.-1 的氧化镁绝热层，使该层的外表面温度t3 为 87，设管子的外表面温度仍为800。外界环境温度t为 20。试求氧化绝热层的厚度。假设各层间接触良好。解
6、：t1=800 t2=? t3=87 ta=20r1=25mm r2=65mm r3=r2+x=65+x mm 1=0.13 w/m2.k 2=0.09 w/m2.k hT=9.4+0.052 （ 87-20） =12.88w/m2.K q=.12211ln)(2rrttL )2087(ln)(223322.=.LdhrrttLTd=0.05+0.08+2 10-3 x =0.13+210-3 x 解得： x=18mm 6试用量纲分析法推导壁面和流体间强制对流传热系数h 的准数关联式。已知h 为下列变量的函数：),(luCfhp =，式中 、Cp、 、分别为流体的热传导系数、比定压热容、密度、
7、粘度、u 为流体流速，l 为传热设备定型尺寸。解：设 （ 1） gfecdpbLuCQh = 由 量 纲 式.=TMh3 .=TML3 .= LU .= .LM .=KLCp.22 .=3LM LL= 代入（ 1） 两边的量纲相同，可以解得：yxafNuPrRePr)(Re, = ， a x，为常数，由试验确定。y 7苯流过一套管换热器的环隙，自 20升至80，该换热器的内管规格为 19 2.5mm，外管规格为 38 3mm。苯的流量为1800kg.h-1。试求苯对内管壁的对流表面传热系数。解 t=(80+20)/2=60 由附表得苯在60的物性：830=kg/m3 Pa.S 31032.0.
8、 = 2=PCkJ/kg.k 136.0= w/m2.环隙当量直径1319320=.=.=iedddmm 环隙中苯的流速5.4830013.04360018002= = Awum/s 45101052.1Re =27 du 318.0PrRe023.0=Nu 3 钟理伍钦化工原理课后习题答案0818209 整理7.4136.01032.0102Pr33= =. pC 8.535=Nu 5605013.0136.08.535.= =deNuhw/m2.8 2atm， 20下， 60m3.h-1 的空气在套管换热器的管内被加热到80，内管直径为57 3.5mm，长度为3m，试求管壁对空气的对流表面
9、传热系数。解：5028020=+=t 在此温度下空气的物性参数：19.232308205.0292= =RTPM kg/m3 017.1=pCkJ/kg.k 210826.2. = w/m.k Pa.S 51096.1. = 698.0Pr= 5.805.043600602= =AVum/s = =.51096.105.019.25.8Re du4.7 104104 3.08.0PrRe023.0=Nu 112698.0)107.4(023.03.08.04= 3.6305.010826.21122= =.dNuhi w/m2.9温度为90的甲苯以1500 kg.h-1 的流量通过蛇管而被冷却
10、至30。蛇管的直径为57 3.5mm，弯曲半径为0.6m，试求甲苯对蛇管的对流表面传热系数。解：6023090=+=t 在此温度下甲苯的物性参数：38.0= 10-3 Pa.S 1.8 kJ/kg.k =pC126.0= w/m.k 830= kg /m3 =.321038.005.005.0436001500Re du2.79 104104 43.5126.01038.0108.1Pr33= =. uCp直管hi=318.0Pr0Re023.0id 0.023 05.0126.0 (2.79 104)0.8 3143.5 =365w/m2.k 4 钟理伍钦化工原理课后习题答案0818209
11、整理蛇管hi hi 直管 4.395)6.005.01(365)5.31(=+ = +ciddw/m2.k cd 弯曲半径管半径id 10有一双管程列管换热器，由96 根 252.5mm 的钢管组成。苯在管内流动，由20被加热到80，苯的流量为9.5 kg.s-1，壳程中通入水蒸气进行加热。试求（ 1）壁对苯的对流表面传热系数（ 2）苯的流率增加一倍，其它条件不变，此时的对流表面传热系数。（ 3）管径降为原来1/2，其它条件与（1）相同，此时对流表面传热系数又为多少？解：28020+=t=50 在此温度下甲苯的物性参数：9.1=pCkJ/kg.k= 0.37 10-3Pa.S 840= kg/
12、m3138.0= w/m.k 75.0= =AWm/s = =.31037.002.084075.0Re ud3.4 104104 09.5138.01037.0109.1Pr33= =. uCp3.08.0PrRe023.0=Nu158= （ 1）1091=dNuhi w/m2.k （ 2）流率增加一倍12WW=12uu=2 因此)(121uuhhii=0.8=20.8=1.74 1898109174.11= =ihw/m2.k (3)半径减半12uu=)(212112ddAAAW AW= 2 2 12dd=124uu= )(121uuhhii=0.8)(21dd0.2=3.48 37994
13、8.310911=ihw/m2.k 5 28 钟理伍钦化工原理课后习题答案0818209 整理11. 12饱和温度为100的水蒸气在长为2.5m，外径为 38mm 的竖直圆管外冷凝。管外壁温度为 92。试求每小时蒸气冷凝量。又若将管子水平放置每小时蒸气冷凝量又为多少。解：962100922=+=+=wsttt 定性温度下的物性：01.68= 10-2 w/m.k 960= kg/m3 68.29= 10-5 Pa.S 08.2268= kJ/kg L=2.5m 冷凝传热膜系数4132)(943.0wsttLgh.= 代入以上数据得=h5413.6 w/m2.k wrthAq=. = =)921
14、00(5.2038.06.5413=2268.08 103 w =w5.7 10-3kg/s=20.5kg/h 当管子水平放置，管外径do=0.038m 传热膜系数410943.0725.0.= dLhh=2.19 h =2.195413.6=11853.6w/m2.k wrtAhq= = 31008.2268)92100(5.2038.06.11853 . = w=1.25 10-2kg/s=45kg/h 13.在下列的各种列管换热器中，每小时将29400kg 的某种溶液从20加热到50。溶液 在列管内流动。加热介质的进口温度为100，出口温度为60，试求下面情况下的平均温度差。(1)壳方和
15、管方流体均为单程的换热器，假设两流体呈逆流流动。(2)壳方和管方流体分别为单程和四程的换热器。(3)壳方和管方流体分别为二程和四程的换热器。 解：(1) kg/h 29400=W201=t . .502=t601=T . 1002=T401= t502= t4525040=+= mt (24512Fx，所以原料为气液混合物。由 q线方程可得Fx（ 1 q）y qx ，解得q 0.667。12 无13 在常压连续精馏塔中，分离苯甲苯混合液，若原料为饱和液体，其中含苯为0.5，塔顶馏出液中含苯0.9，塔底釜残液中含苯0.1（以上均为摩尔分率）,回流比为4.52，试求理论板层数和加料板位置。物系平衡资料见题7。解：按 M-T 图解法求理论板层数。图示步骤略。精镏段操作线截距 1RxD 152.49.0 0.163。绘得的理论板层数为：N 16
