1 第一章 流体流动习题解答 1�1 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 1�2 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) 3.51×104N�m�2 (表压)� (2)0.554m] 解� 1. 根据静压强分布规律 PA�P0�g�H PB���gR 因等高面就是等压面�故 PA� PB P0���gR��gH�13600×9.81×0.3�1000×9.81(0.2+0.3)=3.51×104N/㎡ (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� '''''' 02RpgRgHgRg RgHg�������������� 000pggpp0.254mgg10009.81gg136009.812RHR�� �����������4�������3.51 10���� ���220.30.2540.554mRRR��� ���� 2 1�3 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�m�2�表压� �(2)0.534m�(3) 0.536m] 解� 1. 因 A、B 两点位于同一平面�pA=pB� P0���gR��g�h�a� �13600×9.81×0.3�1000×9.81�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 ,0423.12 1010009.81 0.50.40.534136009.81pg haRgm�������������������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 12Rhh�� �� � 2122dhhD��� 由以上两式可得 3 1221RhDd����根据等高面即等压面的原理 01pg hahg RR����� ��� ������� 2022[]dRpgRg hag RgDd����������������� 00 222ppRdggDd����������42223.12 100.2340.008136009.8110009.810.10.008������0.30.2340.534RRR�� �����此结果表明�使用单杯压强计�因�h1+ �122λ λ =� 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 tα 为 20℃试求氧化绝热层的厚度假设各层间接触良 好 解� t1=800℃ t2=? t3=87℃ ta=20℃ r1=25mm r2=65mm r3=r2+x=65+x mm λ 1=0.13 w/m2.k λ 2=0.09 w/m2.k hT=9.4+0.052×�87-20�=12.88w/m2.K q==.12211ln)(2rrttLλπ)2087(ln)(223322.=.LdhrrttLTπλπ d=0.05+0.08+2×10-3 x =0.13+2×10-3 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�),,,,,(luCfhpμ ρ λ =�式中λ 、Cp、ρ 、μ 分别为流体的热传导系数、比定 压热容、密度、粘度、u为流体流速�l 为传热设备定型尺寸 解� 设 �1� gfecdpbLuCQhμ ρ λ = 由量纲式 ......=TMh3θ ......=TML3θ λ ......=θ LU ......=θ μ .LM ......=KLCp.22 θ ......=3LMρ []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φ 19×2.5mm� 外管规格为φ 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=ρ kg/m3 Pa.S 31032.0.×=μ 2=PCkJ/kg.k 136.0=λ w/m2.℃ 环隙当量直径 1319320=.=.=iedddmm 环隙中苯的流速 5.4830013.04360018002=×××==π ρ Awum/s 45101052.1Re>×==μ ρ27 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=×××==.λ μ pC 8.535=Nu 5605013.0136.08.535.=×==deNuhλ w/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Φ 57×3.5mm�长度为 3m�试求管壁对空气的对流表面传热系数。
解� 5028020=+=t℃ 在此温度下空气的物性参数� 19.232308205.0292=××==RTPMρ kg/m3 017.1=pCkJ/kg.k 210826.2.×=λw/m.k Pa.S 51096.1.×=μ698.0Pr= 5.805.043600602=××==πAVum/s =×××==.51096.105.019.25.8Reμρdu4.7×104104 > 3.08.0PrRe023.0=Nu � 112698.0)107.4(023.03.08.04= × × × 3.6305.010826.21122= × × ==.dNuhiλ 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至 30℃蛇管的直径为Φ 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=μ×10-3 Pa.S 1.8 kJ/kg.k =pC126.0=λw/m.k 830=ρkg/m3 =××××==.321038.005.005.0436001500Reπμρdu2.79×104>104 43.5126.01038.0108.1Pr33=×××==.λuCp 直管 hi==318.0Pr0Re023.0idλ 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 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φ 25×2.5mm 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=μ0.37×10-3Pa.S 840=ρkg/m3138.0=λw/m.k 75.0= =ρAWm/s =×××==.31037.002.084075.0Reμρud3.4×104104 >09.5138.01037.0109.1Pr33=×××==.λuCp 3.08.0PrRe023.0=Nu158= �1� 1091==dNuhiλ 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=)(212112ddAAAWAW==ρ ρ 2 2 12dd=124uu= )(121uuhhii=0.8)(21dd0.2=3.48 379948.310911=×=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=λ×10-2 w/m.k 960=ρ kg/m3 68.29=μ×10-5 Pa.S 08.2268=γkJ/kg L=2.5m 冷凝传热膜系数 4132])([943.0wsttLgh.=μ λ γ ρ 代入以上数据得=h5413.6 w/m2.k wrthAq=.××××=Δ=)92100(5.2038.06.5413π =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′=2.19×5413.6=11853.6w/m2.k wrtAhq= Δ ′ = 31008.2268)92100(5.2038.06.11853 × . × × × × = π 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=t℃ 601=T℃..←1002=T℃ 401=Δ t℃ 502=Δ t℃ 4525040=+=Δ mt。