【正文】 . 1Re ??? ???? ?μdu ? f== (2) 比較單位重量流體因阻力而損失的壓頭 管路上沒有管件時(shí) :gudlfH f 2821 ??? 0 2 2????? ? 管路上有管件時(shí) ,從表 23 查得各管件的當(dāng)量長(zhǎng)度分別為 : 4 個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 90o 彎頭 : ????el 2 個(gè)全開式標(biāo)準(zhǔn)閥 : 022 ????el 一個(gè)水表 : ????el m 0 28222??????????????gudlelfHf (3)比較因阻力而造成的壓降 管路上沒有管件時(shí)： 121 ??? fHρg pp . 8 1 P a1 0 0 321 ??????? ppΔp 管路上有管件時(shí)： 221 ??? fHρg pp Pa101 . 7 59 . 8 1 P a1 0 0 01 . 7 8 42139。 ???????? ppp 由上述的計(jì)算可以看出，管路中因阻力所造成的壓降（或壓頭損失）中，局部阻力的壓頭損失占很大的比率。在此比例中，局部阻力的壓頭損失占全部阻力所造成的壓頭損失的百分?jǐn)?shù)為 % ?? 化學(xué)工程習(xí)題答案 8 1用 離心泵將湖水通過等徑管道送到一蓄水池中，湖面與地面在同一水平面上（如圖所示），若將通過此管路的流量加倍，問泵的功率增加多少倍？ 已知流量未增加時(shí)的 Re=1 105， Re 與λ的關(guān)系為： Re 5 104 1 105 2 105 3 105 λ 解 :取湖面為 11’截面，蓄水池水面為 22’截面，以湖面為基準(zhǔn)面，列柏努利方程： fHguρgpzHeguρgpz ???????? 2222222111 已知： 000 212121 ?????? ppuuzz (表壓 ) 所以： fHHe ?? 設(shè)流量變化前后的參數(shù)分別為： 39。ReRe ff H39。,u 39。,H,u, ?? 因?yàn)椋? 24dπqu V? ， μduρ?Re 所以： uu39。 2? Re2Re ?39。 2 2239。39。39。39。2.uuHHHeHegudlelHfff???????????????? 39。39。39。 ????? Heq HeqPP VVee 即泵的功率增加到原來的 倍 1某車間現(xiàn)有一臺(tái)離心泵，泵的銘牌上標(biāo)明其流量 qv=30m3h1，揚(yáng)程He’= 米水柱，允許吸上真空度 Hs=，泵的流量和揚(yáng)程均符合要求，若已知整個(gè)吸入管路的阻力損失為 米水柱，當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?736 毫米汞柱，試計(jì)算：輸送 80oC 水時(shí)泵的安裝高度為多少？若整個(gè)吸入管路的阻力損失為 米水柱時(shí)，泵又該怎樣安裝？ 解：已知 pa=736 毫米汞柱 =10 米水柱 由附錄二查得 80℃時(shí)水的飽和蒸汽壓 pt= 該溫度下水的密度為 m3 故安裝高度 Hg 應(yīng)為： Hg=(ρgpt) = ( 3?? )= 化學(xué)工程習(xí)題答案 9 Hg’ =( 3?? )m2m= 計(jì)算出的 Hg’ 為負(fù)值，這說明管路阻力損失變大時(shí)，泵應(yīng)安裝在貯槽液面以下 米處。 第三章 傳熱過程 平壁爐的爐壁由三種材料組成，其厚度和導(dǎo)熱系數(shù)列于本題附表。 習(xí)題 1 附表 序號(hào) 材 料 厚度 δ/mm 導(dǎo)熱系數(shù) λ/Wm1K1 1(內(nèi)層 ) 耐火磚 200 2 絕熱 磚 100 3 鋼 6 45 若耐火磚層內(nèi)表面的溫度 t1 為 1150℃ ,鋼板外表面溫度 t4 為 30℃ ,又測(cè)得通過爐壁的熱損失為 300Wm2。試計(jì)算傳導(dǎo)傳熱的面積熱流量。若計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)的熱損失不符，試分析原因并計(jì)算附加熱阻。 解： 233221141 mW45 301150 ???? ???? ????λδλδλδ ttR tq 22 m12 43 WmW0. 90 111 20 ?? ???? 計(jì)算的面積熱流量大于實(shí)測(cè)值，說明壁面間接觸不良，有空氣層存在，產(chǎn)生了附加熱阻，其值 R 為： 121233221112計(jì) 算實(shí)測(cè) ) ( )λδλδλδ(WCm300 301150?????????????????????? RRR φ 50mm5mm 的不銹鋼管，導(dǎo)熱系數(shù) λ1=16Wm1K 1，其外包扎厚 30mm 的石棉，導(dǎo)熱系數(shù) λ2=m1K 1，石棉層外再包 30mm 厚的保溫灰，導(dǎo)熱系數(shù) λ1=m1K 1。若不銹鋼管內(nèi)壁溫度為 260℃ ，保溫層最外層的壁溫為 35℃ ，問每米管長(zhǎng)的熱損失為多少？ 解：不銹鋼管的內(nèi)半徑為 r1=20mm，外半徑 r2=25mm，∴ r2/ r12，故可按算術(shù)平均求平均面積 : L..πLπrAmm ???? m2 020205022 11 石棉層內(nèi)半徑 r2=25mm，外半徑 r3=55mm ∵ r3/ r22， 需按對(duì)數(shù)平均求傳熱面積 mm2 ???mr 化學(xué)工程習(xí)題答案 10 LLπrA mm ???? 22 ? 保溫灰層內(nèi)半徑 r3=，外半徑 r4= 3 ???mr LLπrA mm, ???? 0 . 0 6 9 m22 33 ? 33322211141 AmλδAmλδAmλδ ttq ?? ??? 故每 米 管長(zhǎng)的熱損失為 111m1 3 8 . 9 WmW1 . 6 1 9 4225 mW0 . 0 6 920 . 0 70 . 0 3 . 20 . 0 3202020502160 . 0 0 535260 ????????????????????..πq / L 某蒸汽管外包扎有二層厚度相等的絕熱材料，外層的平均直徑為內(nèi)層平均直徑的兩倍，而外層的導(dǎo)熱系數(shù)為內(nèi)層的 1/2，若將此兩種絕熱材料互換位置，各層厚度與原來的一樣，設(shè)蒸汽管外壁溫度及外層絕熱曾的外側(cè)面溫度與原來情況分別對(duì)應(yīng)相等，各絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)值不因互換位置而異，問哪種情況的散熱??？ 解：多層圓筒壁的導(dǎo)熱計(jì)算式為： 222111 Amλ δAmλ δΔtq?? 設(shè)下標(biāo) 1 代表內(nèi)層，下標(biāo) 2 代表外層 依題意：121221 221 mm dd，λλδ ，δδ ???? 故 Am2 =2Am1 (Am=πdmL) 互換前 1112112211 221121 AmλδΔtAλδAλδ ΔtAλδAλδ Δtqmmmm?????? 互換后1111212211 2521121 AmλδΔtAλδAλδ ΔtAλδAλδ Δtqmmmm39。 ?????? 25 111139。 ????AmλδΔtAmλδΔtqq 化學(xué)工程習(xí)題答案 11 計(jì)算表明外層材料換內(nèi)層后散熱小，即將導(dǎo)熱系數(shù)小的材料放在內(nèi)層為宜。 常壓下空氣在內(nèi)徑為 的管中流動(dòng)，溫度由 220℃ 降到 180℃ ，若空氣流速為 15ms1，試求空氣與管內(nèi)壁之間的對(duì)流傳熱膜系數(shù)。 解：在定性溫度 C20 0C2 22 018 0 oo ???mt和常壓下，空氣的物性： 11 Kkg1 .0 2 6 k J ?? ???pC 11 Km0 .0 3 9 3 W ?? ???λ sPa1026 6 ??? ?μ ???ρ 為湍流1 0 9 3 01026 0 . 7 6 4150 . 0 2 5 4Re0 . 6 7 90 . 0 3 9 3 1026101 . 0 2 6663?? ????????????μduλμCp pr? ?? ???????? d?? =m2K 1 有一列管式換熱器、蒸汽在管外冷凝，加熱管內(nèi)的冷水，水的進(jìn)出口溫度分別為 20℃和 40℃ ，水的流速為 1ms1，列管為 φ25mm 的鋼管，求水在管內(nèi)的對(duì)流傳熱膜系數(shù)，若水的流速減至 s1 時(shí)，水在管內(nèi)的對(duì)流傳熱膜系數(shù)將是多少？ 解：（ 1）水的定性溫度為 C30C2 4020 ?? ???mt,此時(shí)水的物性常數(shù)： 113 Kkg4 . 1 7 4 k Jm9 9 5 . 7 k g ??? ????? pCρ sPa100 . 8 0 1Km0 . 6 1 8 W 311 ????? ?μλ 2 4 8 6 0100 . 8 0 1 9 9 5 . 710 . 0 2Re 3 ?????? ?μdu ρ 為湍流 120 . 40 . 80 . 40 . 833 6 1 2 2 3α 1 8 0 7 4Pr?????????????????? λ μC p =m2K 1 (2)水的流速降到 s1 后： 5 . 4 1PrPr 39。渡流系7 4 5 8100 . 8 0 1 9 9 5 . 70 . 0 30 . 0 2Re 339。???? ???? ? 過μdu ρ 校正系數(shù)： 0 . 9 3 87458 1061Re 1061 1 .851 .85 ???????f 化學(xué)工程習(xí)題答案 12 ∴ f .. 4080 PrRe02 3039。 ??? ? 12120 . 40 . 8Km1 6 4 0 WKm0 .9 3 8 W5 .4 17 4 5 80 .0 20 .6 1 80 .0 2 3????????????? 溫度為 90℃的甲苯以 1500kgh1 的流量通過蛇管時(shí)被冷卻至 30℃，蛇管的直徑為 ?? ，彎曲半徑為 ，試求甲苯對(duì)蛇管的對(duì)流傳熱膜系數(shù)。 解：定性溫度 60C)3090(21 ??? ?mt℃，其物性為 11 Km0 .1 2 7 W ?? ???λ 3???μ 11 Kkg1 .8 5 k J ?? ???pC 單位面積上流過的甲苯流量 G 為： 12122 sm2 1 2 k gsmkg0 . 0 543 6 0 01 5 0 0 ???? ???????? ?G 43 2 1 ?????? ?μdG 為湍流 33 ?????? ?λ μC p 先按直管計(jì)算 3080 PrRe0230 .. ? 12KmW347)( ?????????????? 對(duì)彎管進(jìn)行校正得： 1212 KmW398KmW) (4737711 ???? ????????? )(α39。 常壓下溫度為 120℃的甲烷，以 10ms1的平均速度在列管換熱器的管間沿軸向流動(dòng)，離開換熱器時(shí)，甲烷的溫度為 30℃，換熱器外殼內(nèi)徑為 190mm，管束由 37 根 φ 19mm 2mm的鋼管組成，試求甲烷對(duì)管壁的對(duì)流傳熱膜系數(shù)。 解：定性溫度 75C2 30120tm ??? ?℃，此時(shí)的甲烷的物性 為： sPa100 .0 1 1 5 3 ??? ?μ 11 Km0 .0 4 0 7 W ?? ???λ 11 Kkg5 k ?? ???pC 化學(xué)工程習(xí)題答案 13 3335 m0 . 5 6 k gmkg348108 . 3 1 4 16101 . 0 1 3 ?? ????? ???? RTPMρ 此為物料在非圓形管間流動(dòng)，其當(dāng)量直徑為 0 . 0 2 5 4 mm0 . 0 1 9370 . 1 9 0 . 0 1 9370 . 1 9444 222222??? ????????? ndD )nd(Dn πππD )dπnDπ(de 3 ?? ???? ?μdu ρ 0 . 7 0 60 . 0 4 0 7 100 . 0 1 1 5102 . 5Pr 33 ?????? ?λ μC p 故 4080 PrRe0230 .. ? 12120 . 30 . 8Km6 2 .4 WKmW0 .7 0 6( 1 2 3 6 9 )0 .0 2 5 40 .0 4 0 70 .0 2 3???????????? 在一雙殼程，四管程的列管換熱器中 ，用水冷卻某熱流體，冷水在管內(nèi)流