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1、2.6某一段河流上游流量为36000m3/d，河水中污染物的浓度为3.0mg/L。有 一支流流量为10000 m3/d，其中污染物浓度为30mg/L。假设完全混合。（1）求下游的污染物浓度（2）求每天有多少 kg 污染物质通过下游某一监测点。 解：（1）根据质量衡算方程，下游污染物浓度为mg / L = 8.87mg / L3.0 x 36000 + 30 x 10000qV 1 + qV 236000 +100002）每天通过下游测量点的污染物的质量为P x （q + q ）二 8.87 x （36000 +10000） x 10-3kg /dm V1 V 2二 408.02kg / d2.
2、7某一湖泊的容积为10x106m3，上游有一未被污染的河流流入该湖泊，流 量为50m3/s。一工厂以5 m3/s的流量向湖泊排放污水，其中含有可降解污染物， 浓度为100mg/L。污染物降解反应速率常数为0.25dT。假设污染物在湖中充分 混合。求稳态时湖中污染物的浓度。解：设稳态时湖中污染物浓度为P，则输出的浓度也为Pmm 则由质量衡算，得q - q- k p V = 0m1m 2即5x100mg/L(5 + 50) p m3/s 10x106x0.25xp m3/s = 0mm解之得P =5.96mg/Lm2.13有一个4x3m2的太阳能取暖器，太阳光的强度为3000kJ/ （m2h）,有
3、 50%的太阳能被吸收用来加热流过取暖器的水流。水的流量为0.8L/min。求流过 取暖器的水升高的温度。解：以取暖器为衡算系统，衡算基准取为 1h。 输入取暖器的热量为3000x12x50% kJ/h= 18000 kJ/h设取暖器的水升高的温度为（aT）,水流热量变化率为q c ATmp根据热量衡算方程，有18000 kJ/h =0.8x60xlx4.183xATkJ/h.K解之得T=89.65K2.14有一个总功率为1000MW的核反应堆，其中2/3的能量被冷却水带走, 不考虑其他能量损失。冷却水来自于当地的一条河流，河水的流量为 100m3/s 水温为20C。(1) 如果水温只允许上升
4、10C，冷却水需要多大的流量；(2) 如果加热后的水返回河中，问河水的水温会上升多少C。 解：输入给冷却水的热量为Q= 1000x2/3MW=667 MW(1)以冷却水为衡算对象，设冷却水的流量为q，热量变化率为q c AT。V m p 根据热量衡算定律，有q x103x4.183x10 kJ/m3 = 667x103KWVQ=15.94m3/s2）由题，根据热量衡算方程，得100x103x4.183xT kJ/m3 = 667x103KWT=1.59K4.3某燃烧炉的炉壁由500mm厚的耐火砖、380mm厚的绝热砖及250mm 厚的普通砖砌成。其久值依次为1.40 W/(mK), 0.10
5、W/(mK)及0.92 W/(mK)。 传热面积A为1m2。已知耐火砖内壁温度为1000C，普通砖外壁温度为50Co(1) 单位面积热通量及层与层之间温度；(2) 若耐火砖与绝热砖之间有一 2cm 的空气层，其热传导系数为 0.0459W/(mC)。内外壁温度仍不变，问此时单位面积热损失为多少?解：设耐火砖、绝热砖、普通砖的热阻分别为 r1、 r2、 r3。(1)由题易得0.5m1.4Wm 1K-1= 0.357 m2K/Wr2 = 3.8 m2K/Wr3 = 0.272m2 K/W所以有q=AT=214.5W/m2r + r + r123由题T1=1000CT2=T1QR1=923.4CT3
6、=T1Q(R1+R2)=108.3CT =50C4( 2)由题，增加的热阻为r =0.436 m2K/Wq=AT/+r3r)=195.3W/m24.4某一橫0 mmx3mm的铝复合管，其导热系数为45 W/(mK)，外包一层 厚 30mm 的石棉后，又包一层厚为 30mm 的软木。石棉和软木的导热系数分别 为 0.15W/(mK)和 0.04 W/(mK)。试求(1) 如已知管内壁温度为-105C，软木外侧温度为5C,则每米管长的冷损 失量为多少？(2) 若将两层保温材料互换，互换后假设石棉外侧温度仍为5C,则此时每 米管长的冷损失量为多少？解：设铝复合管、石棉、软木的对数平均半径分别为 rm
7、1、rm2、rm3。m1 m2 m3由题有3r =mm=28.47mmm130ln27rm2=rm330mm=43.28mm60ln -30300 mm=73.99mmln90b(1) R/L=+2k九r1 m 1b2k九r2 m 2b+32k九r3 m 330302兀 x 45 x 28.47 K “朋 + 2k x 0.15 x 43.28 Km/W + 2k x 0.04 x 73.99 Km/W60-+32k九r3 m 32k x 45 x 28.47 Wm/K +2k x 0.04 x 43.28 W ”K +2k x 0.15 x 73.99 W ”K= 3.73x10-4Km/W
8、+0.735Km/W+1.613Km/W= 2.348Km/WQ/L=蛊=464W/m R/L= J +2k九r2k九r1 m12 m 2= 3.73x10-4Km /W+2.758Km /W+0.430Km /W= 3.189Km /WQ/L=ATR / L=34.50W/mdu pRe = 2.49 x104流动状态为湍流所以得0.023 九d - Re0.8 - Pr0.4=4.59 x 103 W /(m2 - K)4.6水以1m/s的速度在长为3m的申25x2.5mm管内，由20C加热到40C。 试求水与管壁之间的对流传热系数。解：由题，取平均水温30C以确定水的物理性质。d=0.0
9、20 m, u=1 m/s, p = 995.7 kg/m3, p = 80.07x10-5 Pas。0.020 x 1x 995.780.07 x10-5Pr = = 8007 x10-5 x 4174x 103 = 5.41九0.61764.8某流体通过内径为50mm的圆管时，雷诺数Re为lxlO5,对流传热系数 为100 W /(m2K)。若改用周长与圆管相同、高与宽之比等于1： 3的矩形扁管， 流体的流速保持不变。问对流传热系数变为多少？解：由题，该流动为湍流。0.023九 口 “a 二Reo$ - Pr0.4da0.023九 d Re 0.8- Pr 0.42+ia2且流速不变，0.
10、023九 d Re 0.8- Pr 0.42 1 22因为为同种流体，所以有a Re 0.8 - d1 =12a Re 0.8 - d221可得d 0.8 - d+2-a d 0.8 - d 2 2 1 1 矩形管的高为19.635mm,宽为58.905mm,计算当量直径，得d2=29.452mm4.11列管式换热器由19根0 19x2mm长为1.2m的钢管组成，拟用冷水将 质量流量为 350kg/h 的饱和水蒸气冷凝为饱和液体，要求冷水的进、出口温度分 别为15C和35C。已知基于管外表面的总传热系数为700 W/ (m2K),试计算 该换热器能否满足要求。解：设换热器恰好能满足要求，则冷凝
11、得到的液体温度为100C。饱和水蒸 气的潜热 L=2258.4kJ/kg/T2 = 85K, AT =65KAT =mAT - ATAT 1 =2InAT85 气等 K = 74.55 K85ln -由热量守恒可得KAAT =q Lmmq LmK AT350kg /h x 2258.4kJ /kg _ 彳 2叶700W /(m2 K) x 74.55K 一 . %列管式换热器的换热面积为A =19xl9mmxnxl.2m总=1.36m2 V4.21m2故不满足要求。4.13若将一外径70mm、长3m、外表温度为227C的钢管放置于：(1) 很大的红砖屋内，砖墙壁温度为27C；(2) 截面为0.
12、3x0.3m2的砖槽内，砖壁温度为27C。试求此管的辐射热损失。(假设管子两端的辐射损失可忽略不计)补充条件 钢管和砖槽的黑度分别为 0.8 和 0.93解：(1) Q1_2 = C1_21_a(T4T；) /1004由题有(p12=1，C12=s1C0, s1=0.8Qi_2=sicoa (Ti4T24)/1004= 0.8x5.67W/ (m2K4) 0.07n/0.30.33)( 1/0.93 1)3m0.07mn (5004K4_3004K4)/1004= 1.42x103W5.1 在一细管中，底部水在恒定温度 298K 下向干空气蒸发。干空气压力为 0.1x106pa、温度亦为298
13、K。水蒸气在管内的扩散距离(由液面到管顶部)L= 20cm。在0.1x106Pa、298K的温度时，水蒸气在空气中的扩散系数为 DAB = 2.50x10-5m2/s。试求稳态扩散时水蒸气的传质通量、传质分系数及浓度分布。解：由题得，298K下水蒸气饱和蒸气压为3.1684x103Pa，则 pA.=3.1684x103Pa, Pao=0p - pp = 严b = 0.9841 x 105PaB,m In p p ,1)B ,0! B ,i稳态扩散时水蒸气的传质通量：m2 - s)N=AD p (p - p )AB 4= 1.62 X 10 -4RTp LB,m2)传质分系数：Na_) = 5.11X 10-8 p - pA,iA,0-s-Pa)3)由题有、z1 -y =G-y )AA ,i1 - y lA,0J-y丿A,iyAi = 3.1684/100=0.031684y/0简化得y = 1 - 0.9683(1亠)A5.3浅盘中装有清水，其深度为5mm,水的分子依靠分子扩散方式逐渐蒸发 到大气中，试求盘中水完全蒸干所需要的时间。假设扩散时水的分子通过一层厚4mm、温度为30C的静止空气层，空气层以外的空气中水蒸气的分压为零。分子扩散系数DAB = 0.11m2/h.水温可视为与空气相同。当地大气压力为1.01x105Pa。 解：由题，水的蒸发可视为单向扩散
