化工原理题库练习与解答

1．单位体积流体所具有的（ ）称为流体的密度。 A A 质量；B 粘度；C 位能；D 动能。

2．单位体积流体所具有的质量称为流体的（ ）。 A A 密度；B 粘度；C 位能；D 动能。 3．层流与湍流的本质区别是（ ）。 D

A 湍流流速＞层流流速； B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C 层流的雷诺数＜湍流的雷诺数；D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 4．气体是（ ）的流体。 B

A 可移动；B 可压缩；C 可流动；D 可测量。

5．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的（ ）。 C A 绝对压力；B 表压力；C 静压力；D 真空度。 6．以绝对零压作起点计算的压力，称为（ ）。 A A 绝对压力；B 表压力；C 静压力；D 真空度。

7．当被测流体的（ ）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 D A 真空度；B 表压力；C 相对压力；D 绝对压力。

8．当被测流体的绝对压力（ ）外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 A

A 大于；B 小于；C 等于；D 近似于。

9．（ ）上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值，称为表压力。 A

A 压力表；B 真空表；C 高度表；D 速度表。

10．被测流体的（ ）小于外界大气压力时，所用测压仪表称为真空表。 D A 大气压；B 表压力；C 相对压力；D 绝对压力。

11. 流体在园管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心的最大流速的关系为（ ）。 B

A. Um＝1/2Umax； B. Um＝0.8Umax； C. Um＝3/2Umax。 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A A. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关； B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关； C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。 13.层流底层越薄( )。 C

A. 近壁面速度梯度越小； B. 流动阻力越小； C. 流动阻力越大； D. 流体湍动程度越小。 14.双液体U形差压计要求指示液的密度差( ) C A. 大； B. 中等； C. 小； D. 越大越好。 15.转子流量计的主要特点是( )。 C

A. 恒截面、恒压差； B. 变截面、变压差； C. 恒流速、恒压差； D. 变流速、恒压差。 16.层流与湍流的本质区别是：( )。 D

A. 湍流流速>层流流速； B. 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C. 层流的雷诺数<湍流的雷诺数；D. 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 17.圆直管内流动流体，湍流时雷诺准数是（ ）。 B

A. Re ≤ 2000； B. Re ≥ 4000； C. Re = 2000～4000。 18.某离心泵入口处真空表的读数为 200mmHg ， 当地大气压为101kPa, 则泵入口

处的绝对压强为（ ）。 A

A. 74.3kPa； B. 101kPa； C. 127.6kPa。

19.在稳定流动系统中，水由粗管连续地流入细管，若粗管直径是细管的2倍，则细管流速是粗管的（ ）倍。 C A. 2； B. 8； C. 4。

20.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（ ）。 C

A. 流动速度大于零； B. 管边不够光滑； C. 流体具有粘性。 21.在相同条件下，缩小管径，雷诺数（ ）。 A A. 增大； B. 减小； C. 不变。

22.水在园形直管中作滞流流动，流速不变，若管子直径增大一倍，则阻力损失为原来的（ ）。 A

A. 1/4； B. 1/2； C. 2倍。 23．单位时间内流过管道任意截面的流体量称为（ ）。 C A 流速；B 流线；C 流量；D 流函数。

24．单位时间内流体在流动方向上所流过的（ ）称为流速。 C A 宽度；B 高度；C 距离；D 直线。

25．柏努利方程式中的（ ）项表示单位质量流体所具有的位能。 A

A gz；B ；C ；D we。

26．柏努利方程式中的 项表示单位质量流体所具有的（ ）。 B

A 位能；B 动能；C 静压能；D 有效功。

27．柏努利方程式中的（ ）项表示单位质量流体所具有的静压能。 C

A gz；B ；C ；D we。

28．柏努利方程式中的（ ）项表示单位质量流体通过泵（或其他输送设备）所获得的能量，称为有效功。 D

A gz；B ；C ；D we。

29．柏努利方程式中的（ ）项表示单位质量流体因克服流动阻力而损失的能量。 D

A gz；B ；C ；D 。

30．流体在直管中流动，当（ ）≤2000时，流体的流动类型属于层流。 A A Re；B Pr；C Nu；D Gr。

31．流体在直管中流动，当Re（ ）4000时，流体的流动类型属于湍流。 B A ＜；B ≥；C ≤ ；D ≠。

32．流体在直管中流动，当2000＜（ ）＜4000时，流体的流动类型属于不稳定的过渡区。 A

A Re；B Pr；C Nu；D Gr。

33．流体在管内作（ ）流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动。 A A 层流；B 湍流；C 过渡流；D 漩涡流。

34．流体在管内作（ ）流动时，其质点作不规则的杂乱运动。 B A 层流；B 湍流；C 过渡流；D 漩涡流。

35．流体在圆管内（ ）流动时，平均速度是最大速度的一半。 A A 层流；B 湍流；C 过渡流；D 漩涡流。

36．对于（ ），当量直径等于四倍的流通截面积除以润湿周边。 B

A 圆形管；B 非圆形管；C 矩形管；D 直管。

二、填空题

1.流体静力学基本方程式

或 pp0gh

2.定态流动的柏努利方程式––––能量衡算式

1kg流体：

gZ1P1u1PuWegZ222hf22 [J/kg]

3．单位体积流体所具有的 质量 称为流体的密度。

4. 雷诺准数的表达式为_____ Re=dｕρ/μ_____。当密度ρ＝1000kg.mμ=1厘泊的水,在内径为d=100mm,以流速为1m.s__10____,其流动类型为__湍流__。

5. 当地大气压为750mmHg时, 测得某体系的表压为100mmHg,则该体系的绝对压强为___ 850__mmHg, 真空度为__-100__mmHg。

6. 当地大气压为750mmHg时, 测得某体系的表压为100mmHg,则该体系的绝对压强为_113404__Pa, 真空度为_ -133402__Pa。

7. 某物的比重为0.879, 其密度为_879kg/m 3_, 其比容为_0.00114 m3/kg _。 8. 圆管中有常温下的水流动, 管内径d=100mm, 测得其中的质量流量为15.7kg./s, 其体积流量为_0.0157m3/s ，平均流速为_ 2.0m/s。

9. 当20℃的甘油(ρ=1261kg/m3, μ=1499厘泊)在内径为100mm的管内流动时, 若流速为1.0m/s时, 其雷诺准数Re为__84.1__, 其摩擦阻力系数λ为__0.761__。 10.某长方形截面的通风管道, 其截面尺寸为30×20mm,其当量直径de为__24mm__。 11.测量流体流量的流量计主要有如下四种:_ 转子流量计, 孔板流量计, _文丘里

,粘度

,其雷诺准数等于

流量计,__ 湿式气体流量计_, 测量管内流体点的速度, 则用_皮托管___。 12.管出口的局部阻力系数等于__1.0__, 管入口的局部阻力系数等于__0.5__。 13.化工生产中，物料衡算的理论依据是＿质量守恒定律＿，热量衡算的理论基础是＿能量守恒定律＿。

14.流体体积流量一定时，有效截面扩大，则流速 减少＿，动压头＿减少＿，静压头＿增加＿。

15.理想流体在变径管路中作稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静压力 _减少_。

16.套管由φ57×2.5mm和φ25×2.5mm的钢管组成，则环隙的流通截面积等于_1633mm2 _______，润湿周边等于_242mm __，当量直径 等于_27mm _。

17.流体在等径管中作稳定流动，流体由于流动而有摩擦阻力损失，流体的流速沿管长 __不变__。

18.液柱压力计量是基于_流体静力学__原理的测压装置，用U形管压差计测压时，当一端与大气相通时，读数R表示的是___表压___或__真空度__。

19.米糠油在管中作流动，若流量不变, 管径不变，管长增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的__2__倍。

20.米糠油在管中作层流流动，若流量不变，管长不变, 管径增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的__1/16__倍。

21.当Re 为已知时，流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数λ=__64/Re _，在管内呈湍流时，摩擦系数λ与___ Re __、___ε/d__有关。

22.液体的粘度随温度升高而__减小_，气体的粘度随温度的升高而_增大_。 23.某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是_ 抛物线__型曲线，其管中

心最大流速为平均流速的__2倍__倍，摩擦系数λ与Re的关系为__λ＝64/Re _。 24.牛顿型流体与非牛顿型流体的主要的区别是_牛顿型流体符合牛顿粘性定律__。 25.稳定流动的定义是__流动状况不随时间而变____。

三、计算题

1．一套管换热器的内管外径为80 mm, 外管内径为150 mm, 其环隙的当量直径为多少?

解：de = 4× = 4× = 150 – 80 = 70 mm

2．某液体在一管路中稳定流过，若将管子直径减小一半，而流量不变，则液体的

流速为原流速的多少倍?

解：V = uA， u1A1 = u2A2， A = ， 当 d1 = 2d2 时

u1 = u2 ， 有 ， ， 即

得 u2 = 4u1

3．一定量的液体在圆形直管内作滞流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至

原有的一半，问因流动阻力产生的能量损失为原来的多少倍？

解： 流动阻力 ，设管径改变后 ，则根据u1A1 = u2A2

可得u2 = 4u1，滞流时 ， =

， ， ∴

3

4．某设备上真空表的读数为13.3×10Pa，计算设备内的绝对压强与表压强。已知

该地区大气压强为98.7×10Pa。

解：绝对压强 = 大气压 — 真空度 = 98.7×103 — 13.3×103 = 85.4×103 Pa

表压强 = —真空度 = —13.3×103 Pa

5．甲乙两地的平均大气压强分别为85.3×103 Pa和101.33×103 Pa，在甲地操作的

真空精馏塔塔顶的真空表读数为80×103 Pa，在乙地操作时，若要求塔内维持相同的绝对压强，真空表读数应为多少?

解：在甲地 绝对压强 = 大气压 — 真空度 = 85.3×103 — 80×103 = 5.3×103 Pa

在乙地 真空度 = 大气压 —绝对压强 = 101.33×103 — 5.3×103 = 96.03×103 Pa

6．在兰州操作的苯乙烯真空精馏塔顶的真空表读数为80×103 Pa，在天津操作时，

若要求塔内维持相同的绝对压强，真空表的读数应为多少？兰州地区的平均大气压强为85.3×103 Pa，天津地区的平均大气压强为101.33×103 Pa。 解：在兰州 绝对压强 = 大气压 — 真空度 = 85.3×103 — 80×103 = 5.3×103 Pa

在天津 真空度 = 大气压 —绝对压强 = 101.33×103 — 5.3×103 = 96.03×103 Pa

3

7．某设备的进、出口压强分别为1200 mmH2O（真空度）和1.6 kgf/cm2（表压）。

若当地大气压为760 mmHg, 求此设备进、出口的压强差。（用SI制表示） 解： 进口 P1（绝压）= P（大气压）- P（真空度） 出口 P2（绝压）= P（大气压）+ P（表压） P1（真空度）= 1200 mmH2O = 0.12 kgf/cm2

P1（绝压）- P2（绝压）= - [P1（真空度）+P2（表压）] = -（0.12+1.6）= -1.72 kgf/cm2 = -1.72×9.81×104 = -1.687×105 N/m2

11．有一内径为25 mm的水管，如管中水的流速为1.0 m/s，求： （1）管中水的流动类型；

（2）管中水保持层流状态的最大流速（水的密度ρ=1000 kg/m3, 粘度μ= 1 cp）。

解：（1）Re = duρ/μ= 0.025×1×1000/0.001 = 25000＞4000 流动类型为湍流。

（2）层流时，Re ≤ 2000，流速最大时，Re = 2000，即duρ/μ= 2000

∴u = 2000μ/dρ= 2000×0.001/（0.025×1000）= 0.08 m/s

12．密度为850 kg/m3、粘度为8×10-3 Pa·s的液体在内径为14 mm的钢管内流动，

液体的流速为1 m/s。计算：（1）雷诺准数，并指出属于何种流型；（2）若要使该流动达到湍流，液体的流速至少应为多少？

解：（1）Re = duρ/μ= 0.014×1×850/8×10-3 = 1487.5 ≤ 2000 流动类型为层流

（2）湍流时，Re ≥ 4000，流速最小时，Re = 4000，即duρ/μ= 4000

∴u = 4000μ/dρ= 4000×0.008/（0.014×850）= 2.69 m/s

13．用 108×4 mm 的钢管从水塔将水引至车间，管路长度150 m（包括管件的当

量长度）。若此管路的全部能量损失为118 J/kg，此管路输水量为若干m3/h？（管路摩擦系数可取为0.02，水的密度取为1000 kg/m3）

解：能量损失 118 J/kg

∴ u = 2.8 m/s

流量 V = uA = 2.8× 79.13 m3/h

14．用Φ168×9 mm的钢管输送原油。管线总长100 km, 油量为60000 kg/h，油管

最大抗压能力为1.57×107 Pa。已知50 ℃时油的密度为890 kg/m3, 粘度为181 cp。假定输油管水平放置，其局部阻力忽略不计。问：为完成上述输油任务, 中途需设几个加压站?

解：u1 = u2，Z1 = Z2，

u = V/A = (60000/890)/(3600×0.785×0.152) = 1.06 m/s Re = duρ/μ= 0.15×1.06×890/(181×10-3) = 782 层流 λ= 64/Re = 64/782 = 0.0818

ΔP =λ(l/d)(u2/2)ρ= 0.0818×(105/0.15)×(1.062/2)×890 = 2.72×107 Pa n = 2.72×107/(1.57×107) = 1.73 中途应设一个加压站

15．在附图所示的储油罐中盛有密度为960 kg/m 的油品。油面

高于罐底9.6 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm圆孔，其中心距罐底800 mm，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×10Pa，问：至少需要几个螺钉？

6

3

解：设通过孔盖中心的水平面上液体的静压强为

p，则p就是管内液体作用与孔盖上的平均

压强。由流体静力学基本方程式知

作用在孔盖外侧的是大气压强 pa，故孔盖内外两侧所受压强差为

作用在孔盖上的静压力为

每个螺钉能承受的力为

4

3

螺钉的个数 = 3.76×10/6.04×10 = 6.23 个

即至少需要7个螺钉。

16．某流化床反应器上装有两个U管压差计，如本题附图所示。测得R1 = 400 mm，R2 = 50 mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，在右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3 =50 mm。求A、B两处的表压强。 解：U管压差计连接管中是气体，其密度远远小于水银及水的密

度，由气柱高度所产生的压强差可以忽略。设R2下端为C点，R1下端为D点，因此可认为 PA≈PC,PB≈PD。

PA≈PC =ρH2OgR3 +ρHggR2

= 1000×9.81×0.05 + 13600×9.81×0.05

2

= 7161 N/m（表压）

PB≈PD = PA +ρHggR1

= 7161 + 13600×9.81×0.4

4

2

= 6.05×10 N/m（表压）

17．根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强p。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为920

33

kg/m 及998 kg/m，U管中油、水交界面高度差R = 300mm。两扩大室的内径D均为60 mm，U管内径d为6 mm。(当管路内气体压强等于大气压强时，两扩大室液面平齐。）

解：当管路内的气体压强等于大气压强时，两扩大室的液面平齐，则两扩大室液面差

Δh与微差压差计读数R的关系为

当压差计读数R = 300 mm时，两扩大室液面差为

m

则管路中气体的表压强为

2

p =（998 - 920）×9.81×0.3 + 920×9.81×0.003 = 257 N/m（表压）

18．用泵将水从水池送至高位槽。高位槽液面高于

水池液面50m，管路全部能量损失为20 J/kg，流量为36 m3/h，高位槽与水池均为敞口。若泵的效率为60%，求泵的轴功率。（水的密度取为1000 kg/m3）

解：设水池液面为1-1＇截面，高位槽液面为2-2＇，以水池液面为基准水平面，

在两截面间列柏努利方程式。

Z1 = 0，Z2 = 50 m，u1≈0，u2≈0，P1 = P2 = 0（表压），Σhf = 20 J/kg ∴ we = 9.81×50 + 20 = 510.5 J/kg 水的质量流率 ws = 36×1000/3600 = 10 kg/s 有效功率 Ne = we·ws = 510.5×10 = 5105 W 轴功率 N = 5105/0.6 = 8508.3 W 19．水以2.5m/s的流速流经 38×2.5 mm的水平

管，此管以锥形管与另一 38×3 mm的水平管相连。如附图所示，在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5 J/kg，求两玻璃管

的水面差（以mm记），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。（水的密度取为1000 kg/m3）

解：上游截面A-A＇，下游截面B-B＇，通过管子中心线作基准水平面。在两截面

间列柏努利方程式。

式中 ZA = ZB = 0，uA = 2.5 m/s，ΣhfA,B = 1.5 J/kg

根据连续性方程式，对于不可压缩流体

有 m/s

两截面的压强差为

= 即 由于

mmH2O

∴ pB ＞ pA

= 868.55 N/m2

20. 如图所示，常温的水在管道中流过，两个

串联的U形管压差计中的指示液均为水银，密度为Hg，测压连接管内充满常温的水，密度为w，两U形管的连通管内充满空气。若测压前两U形管压差计内的水银液面均为

1ab空气hwHgR123w5HgR24同一高度，测压后两U形管压差计的读数分别为R1、R2，试求a、b两点间的压力差

papb。

解： p1pawgh1，pap1wgh1

p1p2，p2p3HggR1，p3p4，p4p5HggR2

h1hR1Rh5h22，2

而

RRpapbHggR1R2wghwg1wghwg222 所以

21.在如图所示的测压差装置中，U形管压差计

45中的指示液为水银，其密度为Hg，其他管内

1w2aHg3R均充满水，其密度为w，U形管压差计的读数为R，两测压点间的位差为h，试求a、b两测压点间的压力差papb。 解：由 pap1wgh1

h1whbh2所以 pap3wgh1p4HggRwgh1p5HggRwgh1 所以 papbHggRwgh1wgRwgh2 22．用离心泵将水从储槽送至水洗塔的顶部，槽内

水位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为 76×2.5 mm。在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66×103 Pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按

与

计

算。由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速m/s。排水管与喷头处的压强为98.07×103 Pa（表压）。求泵的有效功率。（水的密度取为1000 kg/m） 解：（1）水在管内的流速与流量

设储槽水面为上游截面1-1＇，真空表连接处为下游截面2-2＇，并以截面1-1＇

为基准水平面。在两截面间列柏努利方程。

式中 Z1 = 0，Z2 = 1.5 m，p1 = 0（表压），p2 = -24.66×103 Pa（表压）

3

u1 ≈0，

将上列数值代入柏努利方程式，解得水在管内的流速u2

m/s

水的流量 ws = uAρ= （2）泵的有效功率

kg/s

设储槽水面为上游截面1-1＇，排水管与喷头连接处为下游截面2-2＇，仍以

截面1-1＇为基准水平面。在两截面间列柏努利方程。 式中 Z1 = 0，Z2 = 14 m，u1 ≈0，u2 = 2 m/s，p1 = 0（表压）

p2 =98.07×103 Pa（表压），

将上列数值代入柏努利方程式，解得

we J/kg

泵的有效功率 Ne = we·ws = 285.41×7.92 = 2260 W 23．在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管

段两截面间连一倒置U管压差计，以测量两截面之间的压强差。当水的流量为10800 kg/h 时，U管压差计读数R为100 mm。粗、细管的直径分别为Φ60×3.5 mm与Φ42×3 mm。计算：（1）1kg水流经两截面间的能量损失；（2）与该能量损失相当的压强降为多少Pa？（水的密度取为1000 kg/m3）

解：（1）1kg水流经两截面间的能量损失

设导管在上游的连接处为截面1-1＇，下游的连

接处为截面2-2＇，并通过管轴作基准水平面。 在两截面间列柏努利方程 式中 Z1 = Z2 = 0，u = ws/Aρ

m/s

m/s

∵ ， ∴ J/kg

将以上各数值代入柏努利方程式，解得

J/kg

（2）与该能量损失相当的压强降

N/m2

24． 在图示装置中，水管直径为Φ57×3.5 mm。当

阀门全闭时，压力表读数为0.3大气压, 而在阀门开启后，压力表读数降至0.2大气压。设管路入口至压力表处的压头损失为 0.5 mH2O，求水的流量为若干m3/h？

解：阀门全闭时，由 P2 =ρgH，H = 0.3×1.013×105/（1000×9.81）= 3.1 m 即水槽液面距阀门中心线的高度为3.1 m。

阀门开启时，以水槽液面为上游截面1-1＇，压力表处为下游截面2-2＇，管

路中心线为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式

Z1 = H = 3 m，Z2 = 0，P1 = 0，P2 = 0.2×1.013×10 Pa，u1≈0，Σhf/g = 0.5 mH2O

5

代入上式

3.1 = 0.2×1.013×10/（1000×9.81）+ 解得 u2 = 3.24 m/s

5

/（2×9.81）+ 0.5

Vh =（π/4）d2u×3600 = 22.9 m3/h 25．如图所示，密度为850 kg/m3的料液从高位槽

送入塔中，高位槽内的液面维持恒定。塔内表压强为9.81×103 Pa，进料量为5 m3/h。连接管直径为 38×2.5 mm，料液在连接管内流动时的能量损失为30J/kg（不包括出口的能量损失）。求：高位槽内的液面应比塔的进料口高出多少？

解：以高位槽液面为上游截面1-1＇，连接管出口内侧为下游截面2-2＇，并以截

面1-1＇为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。

式中 Z1 = 0，u1≈0， m/s

p1 = 0（表压），p2 = 9.81×103 Pa（表压），Σhf = 30 J/kg 将上述数值代入柏努利方程，解得

m

高位槽内的液面应比塔的进料口高4.37 m。

26．如图所示，用泵将储槽中密度为1200 kg/m3的

溶液送到蒸发器内。储槽内液面维持恒定，其上方与大气相同。蒸发器内的操作压强为200mmHg（真空度），蒸发器进料口高于储槽内的液面15 m，输送管道的直径为 68×4 mm，送料量为20 m3/h，溶液流径全部管道的能量损失为120 J/kg，求泵的有效功率。

解：以储槽的液面为上游截面1-1＇，管路出口内侧为下游截面2-2＇，并以截面

1-1＇为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。

式中 Z1 = 0，Z2 = 15 m， p1 = 0（表压）， Pa（表压）

u1 ≈0， m/s，Σhf = 120 J/kg

将以上各项数值代入柏努利方程中

we

J/kg

ws

kg/s

Ne = we·ws =246.9×6.67 = 1647 W 27．附图中所示的高位槽液面维持恒定，管路中ab

和cd两段的长度、直径及粗糙度均相同。某液

体以一定流量流过管路，液体在流动中温度可视为不变。问：（1）液体通过ab和cd两管段的能量损失是否相等？（2）此两管段的压强差是否相等？写出它们的表达式。

解：（1）直管的能量损失 ???????????????????????????????????

管段ab与cd中，长度、直径均相同；流量不变则流速相同；温度不变，

密度相同，粘度相同，则雷诺数相同；又由于粗糙度相同，则摩擦系数相同，所以两管段的能量损失相等。 （2）两管段的压强差不相等。 在两管段上分别列柏努利方程式

ab管段

式中 ua = ub，则

cd管段

式中 uc = ud，Zc = Zd，则

28.有两个液面高度相差6m的贮槽，其底部彼此用管道连接（本题附图所示）。A槽底面出口连接一根直径为600mm、长为3000m的管道BC,在接点C管路分为两支管分别与下槽相通，支路CD和CE的长度皆为2500m、直径均为250mm，若已知摩擦系数值均为0.04，试求A槽向下槽的流量为多少？（忽略所有的局部阻力）

解：在分支点C所在截面与F水槽液面之间分别列支路CD和CE的机械能衡算式可确定：

由于dCD=dCE,故可判断出uCD=uCE VBC=2VCD 4即4062uBC20.252uCD

在两水槽液面之间列机械能衡算方程：

22pAuApFuFzzhfAFg2gAg2gF （a）

式中：pA=pF=0(表压)，uA=uF≈0,zA-zF=6m,

将以上数据代入（a）式中，并整理解得uBC0.183m/s.

29.如本题附图所示用泵将20℃水经总管分别打人容器A、B内，总管流量为

176m3/h，总管直径为Φ168x5mm,C点处压力为1. 97kgf/cm2 (表) ,求泵供给的压头及支管CA、CB的阻力（忽略总管内的阻力）。

ucV4解：（1）总管流速

do21762.49m/s236000.7850.158

在图示的O-O与C-C截面之间列机械能衡算方程： 式中：pCpO1.9798100193257Pa,uO0,uC2.49m/s, （2）求支路阻力

在C-C和A-A截面之间列机械能衡算方程：

式中：pCPA193257Pa,uC2.49m/s,uA0,zCzA16m，故支路CA的阻力为

hf

1932572.492164.0m10009.8129.81液柱

CA同理

(1.971)981002.492082.0m10009.8129.81 液柱

流体输送设备一章习题及答案

一、选择题

1、离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( )。A A. 气缚现象； B. 汽蚀现象；

C. 汽化现象； D. 气浮现象。 2、离心泵最常用的调节方法是 ( )。B

A. 改变吸入管路中阀门开度；B. 改变压出管路中阀门的开度；C. 安置回流支路，改变循环量的大小；D. 车削离心泵的叶轮。

3、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后获得的( )。B

A. 包括内能在内的总能量；B. 机械能；C. 压能；D. 位能（即实际的升扬高度）。

4、离心泵的扬程是 ( )。D

A. 实际的升扬高度；B. 泵的吸液高度；C. 液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度

D. 单位重量液体出泵和进泵的机械能差值。

5、某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因( )。C

A. 水温太高；B. 真空计坏了；C. 吸入管路堵塞；D. 排出管路堵塞。

6、为避免发生气蚀现象，应使离心泵内的最低压力（ A ）输送温度下液体的饱和蒸汽压。

A. 大于；B. 小于；C. 等于。 7、流量调节，离心泵常用（ ），往复泵常用（ ）。A；C

A. 出口阀 B. 进口阀 C. 旁路阀 8、欲送润滑油到高压压缩机的气缸中，应采用（ ）。输送大流量，低粘度的液体应采用（ ）。C；A

A. 离心泵；B. 往复泵；C. 齿轮泵。 9、1m3 气体经风机所获得能量，称为（ ）。A

A. 全风压；B. 静风压；C. 扬程。

10、往复泵在启动之前，必须将出口阀（ ）。A

A. 打开；B. 关闭；C. 半开。

11、用离心泵从河中抽水，当河面水位下降时，泵提供的流量减少了，其原因是（ ）。C

A. 发生了气缚现象；B. 泵特性曲线变了；C. 管路特性曲线变了。 12、离心泵启动前_____，是为了防止气缚现象发生。D A 灌水；B 放气；C 灌油；D 灌泵。

13、离心泵装置中_____的滤网可以阻拦液体中的固体颗粒被吸入而堵塞管道和泵

壳。A A. 吸入管路；B. 排出管路；C. 调节管路；D. 分支管路。

14、为提高离心泵的经济指标，宜采用 _____ 叶片。B A 前弯；B 后弯；C 垂直；D 水平。 15、离心泵最常用的调节方法是（ ）。B

A. 改变吸入管路中阀门开度；B. 改变排出管路中阀门开度； C. 安置回流支路，改变循环量的大小；D. 车削离心泵的叶轮。 16、往复泵的 _____ 调节是采用回路调节装置。C A. 容积；B. 体积；C. 流量；D. 流速。

二、填空题

1、某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为H = 19m水柱,输水量为20kg·s,则泵的有效功率为_________。3728w

2、离心泵的主要部件有如下三部分:______,_____,_______。泵壳；叶轮；泵轴 3、调节泵流量的方法有：___________,___________,____________。改变阀门的开度；改变泵的转速；车削叶轮外径

4、泵起动时，先关闭泵的出口开关的原因是______________________________。降低起动功率，保护电机，防止超负荷而受到损伤；同时也避免出口管线水力冲击 5、离心泵的流量调节阀安装在离心泵______管路上，关小出口阀门后，真空表的读数______，压力表的读数______。出口；减小；增大

6、离心泵的工作点是______曲线与______曲线的交点。离心泵特性；管路特性 7、泵的扬程的单位是______，其物理意义是______。M；泵提供给单位重量流体的能量

8、离心泵输送的液体粘度越大，其扬程______，流量_______,轴功率______，效率________。越小；越小；越大；越小

9、离心泵输送的液体密度变大，则其扬程_________，流量________，效率_________，轴功率_________。不变；不变；不变；变大

10、通风机的全风压是指_________的气体通过风机所获得的能量，单位常用_________；习惯上以_________单位表示。单位体积；Pa；mmH2O

11、水环真空泵可以造成的最大真空度为85%，即真空泵能达到的最低压力（绝压）

-1

是_________mmHg。114

12、启动往复泵时 灌泵。不需要

13、齿轮泵的流量 _____ 而扬程 ______。 较小；较高

14、石油化工厂常用的压缩机主要有_____和_______两大类。 往复式；离心式 15、往复泵常用 _____ 的方法来调节流量。回路调节 16、往复泵适用于 。流量较小，扬程较高的场合

三、计算题

1、如图2-1用离心泵将20℃的水由敞口水池送到一压力为2.5atm的塔内，管径为φ108×4mm管路全长100m(包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内)。已知： 水的流量为56.5m3·h-1，水的粘度为1厘泊，密度为1000kg·m-3，管路摩擦系数可取为0.024，计算并回答：

(1)水在管内流动时的流动形态；(2) 管路所需要的压头和功率； 图2-1 解：已知：d = 108-2×4 = 100mm = 0.1m

A=(π/4)d2 = 3.14×(1/4)×0.12 = 0.785×10-2 m l+Σle =100m qv = 56.5m3/h

∴u = q/A = 56.5/(3600×0.785×10-2) = 2m/s μ = 1cp = 10-3 Pa·S ρ=1000 kg.m-3, λ = 0.024 ⑴ ∵ Re = duρ/μ=0.1×2×1000/10-3 = 2×105 > 4000 ∴水在管内流动呈湍流

⑵ 以1-1面为水平基准面,在1-1与2-2面间列柏努利方程： Z1 +(u12/2g)+(p1/ρg)+H =Z2+(u22/2g)+(p2/ρg)+ΣHf

∵Z1=0, u1=0, p = 0 (表压), Z2=18m, u2=0 p2/ρg=2.5×9.81×104/(1000×9.81)=25m ΣHf =λ[(l+Σle )/d](u2/2g)

=0.024×(100/0.1)×[22/(2×9.81)] = 4.9m ∴H = 18+25+4.9 = 47.9m

Ne = Hqvρg = 47.9×1000×9.81×56.5/3600 = 7.4kw

2、拟用泵将碱液由敞口碱液槽大入位差为10m高的塔中，塔顶压强（表压）为0.06 Mpa.全部输送管均为 57mm3.5mm 无缝钢管。管长50m （包括局部阻力的当量长度）。碱液的密度  = 1200kg/m3，粘度为  = 2mPa·s。管路粗糙度为 0.3mm。试求：

（1）流动处于阻力平方区时的管路特性曲线； （2）流量为30 m3/h 时的 He 和Pe。 解：

（1）在阻力平方区， = f（/d） /d = 0.006，查图得： = 0.033 管路特性方程：

（2）qv = 30 m/h 时,

3、采用IS80-65-125水泵从一敞口水槽输送60℃热水。最后槽内液面将降到泵人口以下2.4m。已知该泵在额定流量60m3/h下的(NPSH)r为3.98m，60℃水的饱和蒸

3

汽压Pv为19.92kpa、ρ为983.2kg/m，泵吸入管路的阻力损失为3.0m，问该泵能否正常工作。

解：∴该泵不能正常工作。

说明安装高度偏高。4、拟用一台IS65-50-160A型离心泵将20oC的某溶液由溶液罐送往高位槽中供生产使用，溶液罐上方连通大气。已知吸入管内径为50 mm，送液量为20 m3/h，估计此时吸入管的阻力损失为3m液柱，求大气压分别为101.3 kPa的平原和51.4kPa的高原地带泵的允许安装高度，查得上述流量下泵的允许汽蚀余量为3.3 m，20oC时溶液的饱和蒸汽压为5.87 kPa，密度为800 kg/m3。 解：

其中[Z2]为为负值，表明在高原安装该泵时要使其入口位于液面以下，才能保证正常操作。同时考虑实际操作的波动一般还应给予适当的裕量，比如安装高度再降低0.5m，变成-1m。

5、今选用IS型水泵将水从低位水池向高位槽送水，要求送水量为40 t/h，槽内压强（表压）为0.03 Mpa，槽内水面离低位水池水面16 m，管路总阻力为4.1 J/N。试确定选用哪一种类型为宜？

解：在槽内水面和低位水池水面之间列柏努利方程：

p0.03106 即管路所需压头为23.2 m。 HzH164.123.2m3g10009.81q4010查课本附录型合适。 q9 ，选IS-80-65-16040m3/h10006、用泵将5℃的水从水池吸上，经换热器预热后打入某容器。已知泵的流量为

1000kg/h, 加热器的传热速率为11.6W，管路的散热率为2.09kw,泵的有效功率为1.2kw。设

池面与容器的高度不变，求水进入容器时的温度。

分析：本系统对水提供能量的来源有二：泵和加热器。泵所提供的能量除使水的机械能增加外，其余部分则因克服流动阻力而转化为热能。这部分热能和加热器加入的热能，一部分散失到环境中，一部分被水吸收转化为内能使水温升高。如果设法求出水的内能增加值，该问题就迎刃而解。 2’ 2 解：

(1)水的内能增加值 0 0 如图2-2，以0-0'面为基准面，列1-1’.2-2’截面间的柏努利方程式，以表压计。 4m ’1 1 式中 U1,U2——截面１，２水的内能，J/Kg ；

图 2-2

Q——加热器加入的热量，J/Kg。

p1p20

Z14m Z210m

’3

10m 已知 u1u2o

将其代入上式， 整理得

传热速率：Q11.62.099.51kW

9.511033600Q3.42104J/kg1000可写成

1.21033600h4.32104J/kg1000泵对水加入的能量：

水的内能增加值：

（２）水温 取水的比热容为4.19kJ/(kgC)，则水进入容器时的温度为

沉降与过滤一章习题及答案

一、选择题

1、 一密度为7800 kg/m3 的小钢球在相对密度为1.2的某液体中的自由沉降速度为在20℃水中沉降速度的1/4000，则此溶液的粘度为 （设沉降区为层流）。D

A 4000 mPa·s； B 40 mPa·s； C 33.82 Pa·s； D 3382 mPa·s 2、含尘气体在降尘室内按斯托克斯定律进行沉降。理论上能完全除去30μm的粒子，现气体处理量增大1倍，则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为 。D

A．230m； B。1/23m；C。30m； D。230m 3、降尘室的生产能力取决于 。 B

A．沉降面积和降尘室高度；B．沉降面积和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；

C．降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；D．降尘室的宽度和高度。

4、降尘室的特点是 。D

A．结构简单，流体阻力小，分离效率高，但体积庞大； B．结构简单，分离效率高，但流体阻力大，体积庞大； C．结构简单，分离效率高，体积小，但流体阻力大； D．结构简单，流体阻力小，但体积庞大，分离效率低

5、在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列因素 无关。C A．颗粒的几何尺寸 B．颗粒与流体的密度 C．流体的水平流速； D．颗粒的形状

6、在讨论旋风分离器分离性能时，临界粒径这一术语是指 。C

A. 旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径; B. 旋风分离器允许的最小直径; C. 旋风分离器能够全部分离出来的最小颗粒的直径; D. 能保持滞流流型时的最大颗粒直径

7、旋风分离器的总的分离效率是指 。D

A. 颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率; B. 颗粒群中最小粒子的分离效率; C. 不同粒级(直径范围)粒子分离效率之和; D. 全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率

8、对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的 。C

A．尺寸大，则处理量大，但压降也大； B．尺寸大，则分离效率高，且压降小；

C．尺寸小，则处理量小，分离效率高； D．尺寸小，则分离效率差，且压降大。 9、恒压过滤时， 如滤饼不可压缩，介质阻力可忽略，当操作压差增加1倍，则过滤速率为原来的 。 B

A. 1 倍； B. 2 倍； C.2倍； D.1/2倍

10、助滤剂应具有以下性质 。B

A. 颗粒均匀、柔软、可压缩; B. 颗粒均匀、坚硬、不可压缩; C. 粒度分布广、坚硬、不可压缩; D. 颗粒均匀、可压缩、易变形

11、助滤剂的作用是 。B

A．降低滤液粘度，减少流动阻力； B．形成疏松饼层，使滤液得以畅流； C．帮助介质拦截固体颗粒；

D．使得滤饼密实并具有一定的刚性

12、下面哪一个是转筒真空过滤机的特点 。B

A．面积大，处理量大；B．面积小，处理量大；C．压差小，处理量小；D．压差大，面积小 13、以下说法是正确的 。B

A. 过滤速率与A(过滤面积)成正比; B. 过滤速率与A2成正比; C. 过滤速率与滤液体积成正比; D. 过滤速率与滤布阻力成反比

14、恒压过滤，如介质阻力不计，过滤压差增大一倍时，同一过滤时刻所得滤液

量 。C

A. 增大至原来的2倍; B. 增大至原来的4倍; C. 增大至原来的大至原来的1.5倍 15、过滤推动力一般是指 。 B

A．过滤介质两边的压差；B. 过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差; C. 滤饼两面的压差; D. 液体进出过滤机的压差

倍; D. 增

16、恒压板框过滤机，当操作压差增大1倍时，则在同样的时间里所得滤液量将 （忽略介质阻力） 。 A

A．增大至原来的2倍； B．增大至原来的 2倍 ； Ｃ．增大至原来的 4 倍； D．不变 二、填空题

1、一球形石英颗粒，分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降，若系统温度升高，则其在水中的沉降速度将 ，在空气中的沉降速度将 。下降，增大

2、在滞流(层流)区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比。 2 3、降尘室的生产能力与降尘室的 和（ ） 有关。 长度 宽度

4、已知某沉降室在操作条件下的气体流率为3600m3/h，沉降室长、宽、高尺寸为

LbH=532,则其沉降速度为 m/s。0.067

5、在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，气流速度 。减少一倍

6、若降尘室的高度增加，则沉降时间 ，气流速度 ，生产能力 。增加；下降；不变

7、一降尘室长8m，宽4m，高1.5m，中间装有14块隔板，隔板间距为0.1m。现颗粒最小直径为12m，其沉降速度为0.02 m/s，欲将最小直径的颗粒全部沉降下来， 则含尘

气体的最大流速不能超过 m/s。1.6

8、在旋风分离器中，某球形颗粒的旋转半径为0.4 m, 切向速度为15 m/s。当颗粒与流体的相对运动属层流时，其分离因数KC为 。57

9、选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据是 ； ； 。气体处理量，分离效率，允许压降

10、通常， 非均相物系的离心沉降是在旋风分离器中进行， 悬浮物系一般可在旋液分离器或沉降离心机中进行。气固；液固

11、已知q为单位过滤面积所得滤液体积V/A，qe为Ve/A，Ve为过滤介质的当量滤液体积(滤液体积为Ve时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力)，在恒压过滤

时，测得

Δ/Δq=3740q+200 则过滤常数K = （ ）。 0.000535

12、实现过滤操作的外力可以是 、 或 。重力；压强差；惯性离心力

13、在饼层过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是 而不是 。滤饼层；过滤介质

14、对恒压过滤，当过滤面积增大一倍时，如滤饼可压缩，则过滤速率增大为原来的

倍。 四

15、用板框式过滤机进行恒压过滤操作，随着过滤时间的增加，滤液量 ，生产能力 。增加；不变

16、对恒压过滤，介质阻力可以忽略时，过滤量增大一倍，则过滤速率为原来的 。 二分之一

三、计算题

1、某一锅炉房的烟气沉降室，长、宽、高分别为11×6×4 m，沿沉降室高度的中间加一层隔板，故尘粒在沉降室内的降落高度为2m。烟气温度为150℃，沉降室烟气流量12500m3标准）/ h，试核算沿降室能否沉降35μm以上的尘粒。 已知ρ尘粒 = 1600 kg/m3，ρ烟气 = 1.29 kg/m，μ烟气 = 0.0225cp 解：

设沉降在滞流状态下进行，Re ＜1，且因 ρ尘粒>>ρ烟气，故斯托克斯公式可简化为：

u0 = d尘粒2ρ尘粒g/18μ烟气

= (35×10-6)2×1600×9.81/ (18×2.25×10-5) = 0.0474 m/s

检验：Re = d尘粒u0ρ烟气/μ烟气

= 35×10-6×0.0474×1.29/(2.25×10-5) = 0.095＜1

故采用计算式正确，则35mm以上粒子的沉降时间为： θ沉降 = 2/0.0474 = 42.2s

又，烟气流速u = [(12500/(4×6×3600))×[（273+150）/273] = 0.224 m/s

烟气在沉降室内停留时间：θ停留 = 11/0.224 = 49.1s 即θ停留＞θ沉降

∴35mm以上尘粒可在该室沉降 2、相对密度7.9，直径2.5 mm的钢球，在某粘稠油品（相对密度0.9）中以5mm/s的速度匀速沉降。试求该油品的粘度。 解：

设沉降以滞流状态进行，则：

μ油品 = d钢球2 (ρ钢球-ρ油品)g/(18 u钢球)

2

= (0.0025)×(7900-900)×9.81/(18×0.005) = 4.77Pa?s

验算：Re = d钢球u钢球ρ油品/μ油品

= 0.0025×0.005×900/4.77 = 2.36×10-3 ＜1 假设正确

3、直径为30m的球形颗粒,于大气压及20℃下在某气体中的沉降速度为在水中沉降速度的88倍, 又知此颗粒在此气体中的有效重量为水中有效重量的1.6倍。试求此颗粒在此气体中的沉降速度.

3 20℃的水:1CP,1000kg/m

气体的密度为1.2kg/m3 (有效重量指重力减浮力)

解: ∵ ∴

(水)g(气)g1.6

(1000)g(1.2)g1.6

32665kg/ms 解得：

设球形颗粒在水中的沉降为层流, 则在水中沉降速度:

du01301068.171041000Re10.0245310 校核：＜1

假设正确.

则此颗粒在气体中的沉降速度为

4、有一降尘室，长6m，宽3m，共20层，每层100mm，用以除去炉气中的矿尘，

333000kg/ms矿尘密度，炉气密度0.5kg/m，粘度0.035mPas，现要除去炉气中

10m以上的颗粒，试求：

（1） 为完成上述任务，可允许的最大气流速度为多少？ （2） 每小时最多可送入炉气若干？

（3） 若取消隔板，为完成任务该降尘室的最大处理量为多少？

d2()gu18解：（1）设沉降区为滞流，则

因为 s 则

Re0du0101064.671030.50.0351036.671041 假设正确

由降尘室的分离条件，有 （2）V20Au20634.671033600=6052.3m3/h Au0634.671033600302.6m3/h（3） V

可见加隔板可提高生产能力，但隔板间距不能过小，过小会影响出灰和干扰沉降。

5、一降尘室，长5m，宽3m，高4m，内部用隔板分成20层，用来除去烟气

3kg/m75m中以上的颗粒。已知烟气密度为0.6，粘度为0.03mPas，尘粒密

3kg/m度为4300，试求可处理的烟气量。 364300kg/msd7510m解：

设沉降区为层流，则

Redu751060.440.60.031030.661验算 故假设正确

3总处理量为 qnuA200.4453132m/s

6、一降尘室长5m，宽3m，高4m，内部用隔板分成20层，用来回收含尘气体中

3的球形固体颗粒，操作条件下含尘气体的流量为36000m/h，气体密度

34300kg/m0.9kg/m3，0.03mPass粘度。尘粒密度，试求理论上能100%

除去的最小颗粒直径。

2解：降尘室总面积 A2053300m 生产能力的计算式为 qAu

注意式中 u0 为能 100% 除去的最小颗粒的沉降速度，而A应为总沉降面积。 解出

设沉降区为层流，则有

uq36000/36000.033m/sA300

180.031030.0332.06105m(43000.9)9.81 =

d

2.061050.0330.9验算Re0 =

upu=

0.031030.021

故假设正确

7、在202.7kPa(2atm) 操作压力下用板框过滤机处理某物料，操作周期为3h，其中过滤1.5h，滤饼不需洗涤。已知每获1m3 滤液得滤饼0.05m3,操作条件下过滤常数3.310m/s，介质阻力可忽略，滤饼不可压缩。试计算： （1） 若要求每周期获

0.6m3的滤饼，需多大过滤面积？ （2） 若选用板框长宽

的规格为1m1m，则框数及框厚分别为多少？ 解：（1）

V0.612m30.05 Ve0

5222 所以 VKA

V125 A=K=3.3101.53600=28.43m2 (2) A=n211

A28.4322=14.2 取15个 所以

0.6qn=15=0.04m 所以

n应注意每个框的两侧都有滤布，故计算面积时要在n个框面积的基础上再乘

以2。

8、一小型板框压滤机有5个框，长宽各为0.2 m, 在300 kPa(表压)下恒压过滤2 h，滤饼充满滤框，且得滤液80 L,每次洗涤与装卸时间各为0.5 h。若滤

32

饼不可压缩，且过滤介质阻力可忽略不计。求：(1)洗涤速率为多少m/（m.h）? (2)若操作压强增加一倍，其它条件不变，过滤机的生产能力为多少？ 解：（1）洗涤速率

因过滤介质阻力可忽略不计，即

q2=Kτ 过滤面积 A=5×0.22×2=0.4 m2

单位过滤面积上的滤液量 q=V/A=80×10-3/0.4=0.2 m3/m2 过滤常数 K= q2/τ=0.22/2=0.02 m2/h

过滤终了时的速率 (dq/dτ)E=K/2q=0.02/(2×0.2)=0.05 m/h 洗涤速率 (dq/dτ)W=0.5 (dq/dτ)E=0.5×0.05=0.025 m/h (2) Δp’=2Δp时的生产能力

因滤饼不可压缩,所以 K’=KΔp’/Δp=2K=2×0.02=0.04 m2/h

因在原板框压滤机过滤，悬浮液浓度未变，则当5个板框充满滤饼时所得滤液量仍为V’=0.08 m3, 故此时所用的过滤时间为 τ= q’2/K’=q2/K=0.22/0.04=1 h

生产能力 Q=V’/(τ+τw+τD)=0.08/(1+0.5+0.5)=0.04 m3 滤液/h

9、在一板框过滤机上过滤某种悬浮液，在1atm表压下20分钟在每1m2过滤面积上得到0.197m3的滤液,再过滤20分钟又得滤液0.09m3。试求共过滤1小时可得总滤液量为若干m3.

解: 当120min时, q1 = 0.197m3/m2

240min时, q2 = 0.197+0.09 = 0.287m3/m2 代入恒压过滤方程时可得:

323.2q0.0222m/m,K2.3810m/min e 联立解得：

q2(0.0222)20.207min3K2.3810由此

23(q0.0222)2.3810(600.207) 当过滤1小时后,可得滤液量:

解得: q = 0.356m3/m2 即每m2过滤面积过滤1小时后可得滤液为0.356m3

10、一转筒真空过滤机，其直径和长度均为1m，用来过滤某悬浮液。原工况下每转一周需时1min，操作真空度为4.9KPa (500mmHg)，每小时可得滤液60m，滤

3饼厚度为12mm，新工况下要求生产能力提高1倍，操作真空度提高至6.37kPa (650mmHg)，已知滤饼不可压缩，介质阻力可忽略。试求： （1） 新工况过滤机的转速应为多少？ （2）新工况所生成的滤饼厚度为多少？ 解：（1）Ve= 0 所以V2KA2 设浸没度为，转速为n (r/min) 则转筒旋转一周所需时间为

60(s)n

60(s)n，其中转筒整个面积浸入滤槽即过滤时间为

所以

VAK60n

60Knm3/h 所以

故Q = 60nV = 60A

Q2Q1K2n2K1n1

Kn2n11(2)214.9(2)23.1r/minK216.371由题知 S = 0 及Kp 故

(2) 设滤饼的厚度为，则有

n260A22n160An1 m3饼/h 所以

22n1121127.7mmn23.1

（一） 选择题：

1、关于传热系数K下述说法中错误的是（ ） A、传热过程中总传热系数K实际是个平均值； B、总传热系数K随着所取的传热面不同而异； C、总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关； D、要提高K值，应从降低最大热阻着手； 答案：C

2、揭示了物体辐射能力与吸效率之间关系的定律是（ ）。 A、斯蒂芬-波尔兹曼定律； C、折射； B、克希霍夫； D、普郎克； 答案：B

3、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ），走壳程的有（ ）。 Ａ、高压流体； Ｂ、蒸汽； Ｃ、易结垢的流体； Ｄ、腐蚀性流体； Ｅ、粘度大的流体； Ｆ、被冷却的流体； 答案：Ａ、Ｃ、Ｄ；Ｂ、Ｅ、Ｆ

4、影响对流传热系数的因素有( )。 A、产生对流的原因； B、流体的流动状况； C、流体的物性； D、流体有无相变； E、壁面的几何因素； 答案:A、B、C、D、E

5、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径增加一倍（管长、流动状态及其他条件均

不变），你认为此措施是： A、不可行的； B、可行的；

C、可能行，也可能不行； D、视具体情况而定； 答案：A

解：原因是：流量不变 du常数

20.80.21.8当管径增大时，a. ul/d，u/d1/d

b. d增大时，α增大，d

1.8综合以上结果，A1/d，管径增加，A下降

Δtm 根据mcpt2t1KAKAtmAt2t1Tt1lnTt2

2对于该系统K∴

1Tt1lnTt2 即

Tt1lnTt2∵A 则∴t2

mcpA 本题在于灵活应用管内强制湍流表面传热系数经验关联式：

Nu0.023Re0.8Prn，即物性一定时，u0.8/d0.2。

4根据连续性方程，流量不变时，，所以管径变化，管内流速也

发生变化。

管间用饱和水蒸气加热，热阻小，可以忽略不计，总热阻近似等于管内传热热阻，即K

6、对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K值从大到小正确的排列顺序应是（ ）。

A、②>④>③>①； B、③>④>②>①； C、③>②>①>④； D、②>③>④>①；

冷流体 热流体 ① 水 气 体 ②水沸腾 水蒸气冷凝 ③ 水 水 ④ 水 轻油 答案：D

7、为了在某固定空间造成充分的自然对流，有下面两种说法： ①加热器应置于该空间的上部；

Vd2u常数②冷凝器应置于该空间的下部；正确的结论应该是（ ）。 A、这两种说法都对； C、第一种说法对，第二种说法错； B、这两种说法都不对； D、第二种说法对，第一种说法错； 答案：B

8、下述各种情况下对流传热系数由大到小的正确顺序应该是（ ）。 A、③>④>①>②； C、③>④>②>①； B、④>③>②>①； D、③>②>④>①；

① 空气流速为30m/S时的a； ② 水的流速为1.5m/s时的a； ③ 蒸汽滴状冷凝时的a； ④ 水沸腾时的a； 答案：C

9、传热过程中当两侧流体的对流传热系数都较大时，影响传热过程的将是（ ）。 A、管避热阻； B、污垢热阻；

C、管内对流传热热阻； D、管外对流传热热阻； 答案：B

4R1.210e10、在冷凝器中用水冷凝苯蒸汽，水走管程，其雷诺数,此时对流传热

系数为。若将水的流量减半，其对流传热系数（ ）。

0.80.8A、>(1/2)； B、<(1/2)；

0.8C、=(1/2)； D、无法确认； 答案：B

4'0.8R10)(1/2)但本例中流型 已e分析：水的流量减半后，按流(公式计算，

'61051＜13'0.8R510)Re变成渡流e，此时。又，∴'＜12

11、关于辐射传热，下述几种说法中错误的是（ ）。

A、除真空和大多数固体外，热射线可完全透过；

B、热辐射和光辐射的本质完全相同，不同的仅仅是波长的范围； C、热射线和可见光一样，都服从折射定律； D、物体的温度不变，其发射的辐射能也不变； 答案：A

12、关于下面两种说法的正确结论应是（ ）。

1）物体的相应位置确定后，系统的黑度只与表面黑度有关； 2）通过改变表面黑度的方法不能强化或消减辐射过程。

A、这两种说法都对； C、第一种说法对，第二种说法不对； B、 两种说法都不对； D、第二种说法对，第一种说法不对； 答案：C

13、冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90C，出口温度为50C，冷水进口温度为15C，出口温度为53C，冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性为相同，则热损失占传热量的（ ）。

A、5%； B、6%； C、7%； D、8%；

答案：A

解：由 QhWhcphT1T2，QcWccpct1t2

QhQcT1T2t2t19050531540380.05QTT905040h12得

14、某套管换热器由?108×4mm和?55×2.5mm钢管组成，流体在环隙间流动，其当量直径为（ ）mm。

A、53； B、45； C、50； D、58； 答案：B

15、有两台同样的管壳式换热器，拟作气体冷却器用。在气、液流量及进口温度一定时，为使气体温度降到最低应采用的流程为（ ） A、 气体走管外，气体并联逆流操作； B、 气体走管内，气体并联逆流操作； C、 气体走管内，串联逆流操作； D、 气体走管外，串联逆流操作； 答案：D

16、对在蒸汽-空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中（ ）在工程上是可行的：

A、提高空气流速； B、提高蒸汽流速；

C、采用过热蒸汽以提高蒸汽温度；

D、在蒸汽一侧管壁上加装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液； 答案：A

17、判断下面关于系统进行稳定传热时的说法哪一个是错误的，错误的是（ ） A、 通过一定传热面的传热速率不随时间变化，为一定值； B、 系统中任一点的温度维持恒定；

C、 总的传热速率等于通过垂直于热流方向的各层传热面的传热速率之和； D、 系统中任一传热面上的热通量在过程中不变； 答案：C

18、在常压水蒸气冷凝加热空气，空气平均温度为20℃，则壁温约为（ ）

A、20℃； B、100℃； C、60℃； D、49.7℃。 答案：B

19、有一套管换热器，长10m，管间用饱和水蒸气作加热剂。一定流量下且做湍流流动的空气由内管流过，温度可升至指定温度。现将空气流量增加一倍，并近似认为加热面壁温不变，要使空气出口温度仍保持原指定温度，则套管换热器的长度为原来的（ ）

A、2倍； B、1.75倍； C、1.15倍； D、2.30倍； 答案：Ｃ

20、为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是（ ） Ａ、表面光滑，颜色较浅； Ｂ、表面粗糙，颜色较深； Ｃ、表面粗糙，颜色较浅； Ｄ、表面光滑，颜色较深； 答案：Ａ

（二） 填空题

1、对流传热总是概括地着眼于壁面和流体主体之间的热传递，也就是将边界层的 和边界层外的 合并考虑，并命名为给热。 答案：热传导；对流传热

2、给热是以 和 的差作为传热推动力来考虑问题的。 答案：流体的平均温度；壁面温度

3、流体在垂直管内自上而下流动同时被加热时，其对流传热系数比用普通准数关联式计算的结果要 。 答案：大

分析：流体被加热时，自然对流的方向是自下而上，恰与流体流动的方向相反，引起湍动加剧。

4、金属的导热系数大都随其纯度的增加而 ，随其温度的升高而 。 答案：增大；减小

5、在工程计算中，对两侧温度分别为t1,t2的固体，通常采用平均导热系数进行热传导计算。平均导热系数的两种表示方法是 或 。

2； 答案；

6、对流传热的热阻主要集中在 ，因此， 是强化对流传热的重要途径。

答案：滞流内层；减薄湍流内层的厚度

7、在、、 、 cp这4个物性参数中，若 值大，对流传热系数就增大；若 值大，对流传热系数就减小。

12答案：、cp、；

8、黑体的表面温度从300℃升至600℃，其辐射能力增大到原来的 倍. 答案: 5.39

分析: 斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与绝对温度的4次方成正比, 而

600273300273=5.39。 非摄氏温度,即

49、流体在圆形直管内作强制湍流流动，若传热推动力增大1倍，则对流传热速率

增大 倍。 答案：1

10、由核状沸腾转变为膜状沸腾时的温度差称为 。这时单位时间、单位面积所传递的热量称为 。 答案：临界温度差；临界热负荷

11、处理量为440kg/h的有机溶液在某换热器中预热。运转一周期后，该溶液在管内生成积垢，使换热器总热阻增加了10%。若维持冷、热介质出口温度不变，则该溶剂的处理量变为 。 答案：400kg/h

1K'QK1''''KK=1.1 分析：设Q=KAtm QKAtm  QQ440'故 Q=1.11.1=400kg/h

12、苯在内径为20mm的圆形直管中作湍流流动，对流传热系数为1270W/（m·℃）。如果流量和物性不变，改用内径为30mm的圆管，其对流传热系数将变为 Ｗ／（m·℃）。 答案：612

22分析： =0.023dRe0.8Prn

0.8WS/dd24 =0.023d1(12)0.81.8 ∝d=d

1.8Prn

30 =20=0.482

2 =0.482=0.4821270=612W/(m·℃)

13、热油和水在一套管换热器中换热，水由20℃升至75℃。若冷流体为最小值流体，传热效率0.65，则油的入口温度为 。 答案：104℃

7520T120分析：ε==0.65 T1=104℃

14、在计算换热器的平均传热推动力时，若两端的推动力相差不大于2倍，则其算术平均值与对数平均值相差不大于 。 答案：4%

15、换热器在使用一段时间后，传热速率会下降很多，这往往是由于 的缘故。

答案：传热管表面有污垢积存

16、流体横向流过管束作湍流流动时，在管外加有折流板的情况

0.140.551/3Nu0.36RePr()W下,。可见对流传热系数与当量直径的__________成反比。

答案：0.45次方

17、对大空间的自然对流，通常取加热（或冷却）表面的 为特征尺寸。 答案：垂直高度

18、用套管换热器加热内管的空气，蒸汽在管间冷凝。现欲通过实验方法测定蒸汽和空气的给热系数，需用的主要仪器有 。 答案：热电偶温度计、水银温度计、流量计

19、柴油在圆形直管内作强制滞流流动，给热系数可用下式计算：

0.141/31/3dNu1.86RePr(i)1/3()LW。若流量和物性不变，将管内径减半后仍为滞流，则管内对流传热系数变为原来的 倍。

答案：2

WS/dd2i4由1.86di分析：

d11/31/3d11/3Pr1/3(di1/30.14)()LW

知

'1()12'2 故2

20、传热效率随传热单元数的增加而 ，但最后趋于一定值。 答案：增大

（三） 计算题

1、某流体通过内径为100mm圆管时的流传热系数为120W/(m2·℃),流体流动的雷

诺数Re=1.2×105,此时的对流传热系数关联式为Nu0.023RePr。

今拟改用周长与圆管相同、高与宽之比为1：3的矩形扁管，而保持流速不变，试问对流传热系数有何变化？

du0.40.023Prd 解：由对流传热系数的计算公式：

0.80.20.2 当物性不变时ud ∵u不变， ∴d 求扁管的当量直径de：

设a、b，分别为矩形截面的宽与长

a1b3 2(ab)d 由题意

d3dab8 8 解之

0.80.80.44abde2(ab)2d3d883d33.140.0050.0295md16162 ∴

设、分别为圆管与扁管的对流传热系数，则

2∴ '=1.11=1.11100=111W/(m℃)

22

对流传热系数由原来的100W/(m·℃)，增至现在的111 W/(m·℃)。

分析：由以上的计算可以看出，由于矩形扁管的当量直径小于同周长圆的直径，其对流传热系数大于后者。因此用非圆形管道制成的换热器（如最近开发的螺旋扁管换热器），一般都具有高效的特点。

2、一立式换热器规格如下：管长3m，管数30根，管径为 φ25×2.5mm，管程为1。现拟选用此换热器冷凝、冷却CS2饱和蒸气，使之从饱和温度46 ℃ 降至10 ℃，走管外，其流量W=0.07kg/s，其冷凝潜热为356kJ/kg，比热容为1.05kW/(kg℃) 。水走管内，且与CS2呈逆流流动。冷却水进出口温度为5 ℃ 和30℃。已知冷凝和冷却段基于换热管外表面的总传热系数分别为K1=200W/(m2·℃)和K2=100

2

W/(m·℃)。问此换热器是否合用？

分析：判断一台换热器是否合用，一般可以采用比较传热速率或传热面积的方法，本例采用后一种方法：分别计算已有换热器面积和所需换热器面积，比较二者后即可以得出结论。本例不同之点在于：该换热器既作冷凝器又作冷却器，需分段计算所需面积，即冷凝段所需面积A1和冷却段所需面积A2，而A1、A2的求得又须以Δtm1、Δtm2为前提。因此，解决该题的重点在于求出冷凝、冷却段交界处的冷却水温度，即冷却水离开冷却段的温度t。 解：（1）以管子外表面为基准计算已有换热器的传热面积：

（2）求所需的传热面积 ① 冷凝段与冷却段的传热量

②两段的平均温差 冷却水用量

冷却水离开冷却段的温度

冷凝段的平均温差 4646℃

Q27.5Wc0.263kg/sCpct2t14.18305Q22.65tt157.4WCCpC0.2634.18QWr0.0735624.9kW

Q2WhcPhTsT20.071.0546102065kW

K1 水 CS2冷凝

总传热量：QQ1Q224.92.6527.5kW

K2 冷却

℃

水 CS2

307.4 1638.6℃

tm138.61616.438.6ln16℃

冷却段的平均温差

4646℃

7.45 38.65℃

tm238.6516.438.6ln5

③所需传热面积 冷凝段

Q124.9103A14.84m2K1tm120025.7Q22.65103A21.61m2K2tm210016.4

冷却段

A>A'，即已有传热面积大于所需传热面积，所以此换热器合用。

3、将流量为2200kg/h的空气在蒸汽预热器内从20℃加热到80℃。空气在管内作湍流流动，116℃的饱和蒸汽在管外冷凝。现因工况变动需将空气的流量增加20%，而空气的进、出口温度不变。问采用什么方法才能完成新的生产任务？请作出定量计算（要求：换热器的根数不作变化）。 分析：由传热基本方程QKAtm着眼考虑：空气流量增加20%而进出口温度不变，即Q增加20%。因为蒸汽的冷凝系数远大于空气的对流传热系数,所以总传热系数K接近空气的对流传热系数。空气流量增加后，总传热系数增大，但其增大的幅度不能满足热负荷增大的要求，故可以改变的只有Δtm及A。 解： 蒸汽空气 ，又管壁较薄可忽略其热阻 在物性不变的前提下 由题意，n为常数

空气WC1Ad1.8 (a)

0.80.8WAtmLQC2将（a）式代入：d0.8 （b） （a）、（b）二式中C1、C2均为比例系数。

设“1”，“2”分别代表工况改变前后的情况，由（b）式：

Q2Q1t2t 已知：1.2 K’A100t1ln100t(b)

比较（a）、（b）二式得 将已知数据代入 增加冷凝量为

即蒸气冷凝量增加了64％。此例可以帮助我们加深对控制热阻的理解。

由于原来的冷却水出口温度已经很低，冷却水流量加倍后，平均温差即传热推

1‘2‘动力增加很少，这可由t2与t2的比较看出。但因蒸气冷凝给热系数远大于冷却水的对流传热系数，所以管内对流传热热阻就成为整个冷凝过程的控制热阻。冷却水流

'量加倍后，管内对流传热系数增大到原来的21.74倍，控制热阻相应降低，导致总传热系数几乎以与管内对流传热系数相同的幅度增大，结果使冷凝液大量增加，

0.8由此可见，降低控制热阻，是增大传热速率的一个重要途径。

4、废热锅炉由25mm2.5mm的锅炉钢管组成。管外为水沸腾，绝对压强为2.8MPa，

2管内走合成转化气，温度由550℃降至450℃。已知转化气一侧，1250W/(m℃）

210000W/(m℃）0水侧。若忽略污垢热阻，求换热管的壁温Tw及tw。

解：方法一：

（1） 先求总传热系数（以管子内表面为基准）

d11bdi2i Ki=242W/(m·℃Kiidm) odo10.002520120250452510000250.0040.00004950.00008 2.8MPa下水的饱和温度为230℃。  （2） 平均温度差∴

0.00413(550230)(450230)tm270C2qi（3）热通量

QKitm24227065.3kW/m2（4）管壁温度 Ai1） 先着眼于管内的对流传热。

qi i(TTw)由牛顿冷却定律：

又

65.3103TwT500239i250 ℃

qi ②再眼于管外的对流传热

52.3103twt230235010000 ℃

q0 方法二：

(1) 先求传热过程的总热阻及分热阻（基于内表面）

2 =0.00413(m℃)/W

(2) 再求管壁温度

在连续传热过程中，温降与热阻成正比。故

5504502 已知：t = 2300c T = = 500℃

R1(Tt)∴ tw = T- R

0.004500(500230)2390.00413 =℃ R3(Tt)R tw = t +

=

两种解法结果相同

分析：由于管内外水沸腾传热系数较大，管内合成转化气对流传热系数相对要小得多,所以壁温接近水的温度。又因为管壁的热阻较小，所以温降也小，也就是说管壁两侧温度比较接近。两种方法略作比较可以发现，第二种方法更简捷、直观。

壁温的估算对工程技术人员十分重要。无论选择换热器类型还是选定换热器都需要知道壁温，一些对流传热系数的计算也需要知道壁温。

5、在列管换热器中用蒸汽加热空气，蒸汽走完程，空气走管程且作湍流流动，若其它条件不变，仅将：(1)空气的压强加倍；(2)传热管的数目加倍 试估算Ｑ/?tm将如何变化？

解：（1） 蒸汽》空气 K  空气

由 Q =KAΔtm

得 Q/tmKA空气A

du2300.0008(500230)2350.00413℃

 Re=由上可知，当压强加倍后，管内空气的，u将有所改变，具体说增大 u减少，

dGdG但质量流速G = u 不变。即Re=不变。

cp又 r= 不变 ∴ 不变

∴ Q/Δtm亦不变化 （2）传热管数目加倍。

传热管数目加倍，则传热面积A加倍；但流通面积增大1倍后，流速相应减少1

0。8倍，管内对流传热系数减至原来0.50.574倍。

（Q/tm）A2220.57421.15（Q/tm）1A11∴ 6、平均温度为270℃的机油从一φ108mm×6mm的钢管中流过。已知油对管壁的对

流传热系数为340W/(m2·℃)，大气温度为12℃。试求：(1)每米管长的热损失；(2)若管外包以导热系数为0.045W/(m·℃)，厚度为20mm的玻璃棉作保护层，此时的热损失又为多少？

假设管壁及污垢热阻可以忽略不计，外壁对空气的对流－辐射联合传热系数可用aT=8+0.05tW来计算。其中tW表示壁温，℃；αT的单位为W/(m2·℃)。 解：（1）设油和空气的温度分别为t1、t2。 从热油和空气的传热来看 Q=KA(t1-t2)

欲求Q必先知K，而K又与αT有关。

由αT的计算式可以看出，求解tW是关键。但从外壁对周围环境的联合传热方程QT=αTA(tW-t)分析，要想求得tW又须知QT。如此应采取试差法求解。 设未保温时管外壁温度为265℃则

αT=8+0.05×265=21.3 W/(m·℃) 每米钢管的外表面积

A=πdL=3.14×0.108×1=0.339m2 散热量

QT=αTA(tW-t)

=21.3×0.339(265-12)=1827W 校核壁温

由 Q=KA(t1-t2)

11111其中: K1T34021.3

2

=0.0499（m2℃）/W

2

∴ K=20W/(m·℃)

又 Q=20×0.339(270-12)=1753W

稳定传热时，QT应等于Q；现QT>Q，说明假设的壁温偏高。 重设tW=250℃

αT=8+0.05×250=20.5W/(m2·K) QT=20.50×0.339(250-12)=1654W 校核壁温

111 K34020.5=0.0517(m2·℃)/W

∴ K=19.3W/(m2·K)

Q≈19.3×0.339(250-12)=1688W QT≈Q,说明所设壁温合理。

165416882 故每米钢管的损失约为=1671W。

(2)设保温后外壁温度为50℃

αT=8+0.05×50=10.5W/(m2·℃)

此时每米管长的外表面积 AT=π(0.108+0.04)×1=0.465m2 散热量 QT=10.5×0.465(50-12)=186W 校核壁温

b 由于增加了保温层的热阻，总热阻

111b110.02 K1T34010.50.045=0.543(m2·℃)/W

∴ K=1.84W/(m2·℃)

0.3390.4652 传热面积取保温层内、外表面积的平均值 A==0.402m2

Q=KA(t1-t2)

=1.84×0.402(270-12)=190W Q≈QT，说明所设壁温合理。

1861901882故保温后每米钢管热损失仅有=188W，为不保温时的1671=11.3%。

分析：比较保温前后可以看出：保温前总热阻为0.0517(m·℃)/W，保温后总

2

热阻为0.543(m·℃)/W，大了一个数量级；保温前钢管外壁温度为250℃，保温后保温层表面温度降至50℃，下降了200℃。

本例提示我们：高温设备经保温可极大限度地减少热损失，因此是十分必要的。

27、用传热面积A1=1m的蛇管加热器加热容器中的某油品，拟将油温从t120C升

2t80CK200W/(mC)，油品质量m500kg，比2至。已知加热器的总传热系数

2

2热容cp2.2kJ/(kgC)。容器外表面散热面积S212m,空气温度t20℃,空气与

2器壁的对流传热系数10W/(mC)，加热蒸汽的压强为250kPa。试求：

（1） 所需加热时间；

（2） 油品能否升至90C。

不考虑管壁热阻及油与壁面的对流传热热阻。

分析：显然，这也是个不定态的问题。蒸气通过蛇管加热器使油品不断升温，当油品温度超过容器外空气温度后在自身升温的同时又不断向器外空气散热。器内﹑器外传热推动力都随时间不断变化。但不管情况如何改变，热平衡关系却总是成立的。因此，求解本题的关键在于找出其间这样一个平衡关系：蒸气的加热速率等于油品的吸热速率与容器向外散热速率之和。

又：油温升高的过程即为器壁向环境散热量不断增加的过程，直至这两个过程速率相等。此时的油品温度即为其可能达到的最高温度。

解：油品从20C升至80C所需时间

查表得，250KPa时蒸气的饱和温度TA=127℃ 蛇管加热器的传热速率 QhKA1TAt 式中 t ——任一瞬间油品温度，C

dtd 油品的吸热速率

器壁的散热速率 QA2tt 由热平衡关系 QhQcQa

Qcmcp故

将已知条件代入

KATStmcpdtA2ttd

dt86.9t 整理

80dtd34382086.9t

积分 086.920Q3438ln86.980 ∴

d3438(2) 油品可能升至的最高温度

令加热器的传热量与器壁的散热量相等

即 KA1TAtA2tt

代入数据 2001127t1012t20

解之 t=86.9℃<90℃

由计算结果知：油品从20℃升至80℃需2.17h。油温最高升至86.9℃，不能达到90℃。

8、欲将一容器中的溶液进行加热，使其从30℃加热至60℃，容器中的液量为6000kg，用夹套加热，传热面积为6m，容器内有搅拌器，因此器内液体各处的温

2度可视为均匀的，加热蒸气为0.1MPa的饱和水蒸气，传热系数为800w/m℃，求将溶液由30℃加热至60℃所需要的时间？

2已知溶液比热为5kJ/kg℃，热损失忽略不计。 解：溶液从30℃被加热到60℃所需的热量： 而夹套的传热效率：QKAtm

其中，对于0.1MPa的饱和水蒸气，T100℃

tmt2t1603053.6Tt110030lnln10060Tt2℃

5Q800653.62.5710w 则

Q191083.5103s0.972h5Q2.5710∴ 所需加热时间为：

29、现有两台单壳程单管程的传热面积均为20m的列管式空气加热器，每台加热器均由64根573.5mm钢管组成。壳程为170℃的饱和水蒸气冷凝（冷凝潜热r2054kJ/kg），空气入口温度t130℃，流量为2.5kg/s，以湍流方式通过管内。

（1）若两台换热器并联使用，通过每台热换器的空气流量均等，此时空气的

2对流传热系数为38W/m℃，求空气的出口温度t2及水蒸气的总冷凝量w0为多少？

（2）若二台换热器改为串联使用，问此时空气的出口温度t2'及水蒸气的总冷凝量w0'为多少？

假定空气的物性不随温度压力而变化，视为常量cp1/kg℃。 解：（1）两台并联使用：

空蒸,K空38W/m2℃

w2cp2(t2t1)KAtm对于其中一台：2

Tt11w2cp2lnKA2Tt2即： 1170302.51103ln38202170t2 解得：t293.8℃

即空气的出口温度t2为93.8℃

352Qwc(t't)2.510(93.830)1.59510W 2p221两台的传热量：

2Q1.595105w00.0777kg/s280kg/h3r205410蒸汽总冷凝量：

（2）两台串联使用：

'空1.741空1.7413866.2W/m2℃

2K''66.2W/m空即 ℃

w2cp2(tt1)K(2A)t'2''m又 即：

w2cp2lnTt1'2KA'Tt2

t'2t1w2cp2(tt1)K(2A)Tt1lnTt'2

'2'∴

2.5103ln17030266.220'170t'2 t2121C

'即空气的出口温度t2121C ''35Qwc(t2t1)2.510(12130)2.27510w2p2总传热量：

Q'2.275105w00.111kg/s400kg/h3r205410水蒸汽总冷凝量：

10、有一套管换热器，管内为542mm，套管为1164mm的钢管，内管中苯被加

'热，苯进口温度为50℃，出口温度为80℃，流量为4000Kg/h。环隙为133.3℃的饱和水蒸气冷凝，其汽化热为2168.1KJ/Kg，冷凝传热膜系数为11630W/mK。苯

3880KJ/m在50～80℃之间的物性参数平均值为密度，比热cp1.86KJ/Kg℃，

23220.3910Ns/m粘度，导热系数0.134W/mK，管内壁垢阻为0.000265cm/W，

管壁及管外侧热阻不计。试求：

（A）加热蒸汽消耗量；

（B）所需的传热面积（以内管外表面计）。

（C）当苯的流量增加50%，要求苯的进出口温度不变，加热蒸汽的温度应为多少？

解：（1）加热蒸汽消耗量： （2）内管中苯的流速：

du0.050.6438804Re27.245100.39103湍流

则以内管外表面计的传热系数为：

K656W/m2℃

tmt2t1805067.2Tt1133.350lnln133.380Tt2℃

（3）苯的流量增加50%，而进出口温度不变，

'21.50.81.383则 2

'21.3839371296W/m2℃

K'830W/m2℃（以内管外表面计）

即：

解得：T'145.2℃

即苯的流量增加50%而温度不变时，加热蒸汽的温度应为145.2℃。

11、有一换热器，并流操作时，冷流体进出口温度分别为25℃和70℃，热流体进出口温度分别为150℃和100℃。若在两种流体流量和进出口温度均不变的条件下，将并流操作改为逆流操作，试问该换热器的传热速率和传热平均温度差有何变化？（定量说明）

计算时可视为CP和K常量。 逆流操作时：

w1Cp1wC21.5w2cp2lnT't1K'A1T't2

2p解：

热流体为最小热溶流体

1t2t170250.9R1T1T2150100

1 并流时：传热速率Qw1CPT1T2w1CP15010050wCP（1）

1tmT1t1T2t2150251007066.6lnT1t1T2t2ln1502510070传热平均温差

'℃

逆流时：NTu1=NTu1=0.751

1T1T2150T20.438T1t115025 T295.3℃

t1T1T2t2tt又：21T1T2

2515095.3t274.2℃ 7025150100 t2传热速率：Qw1Cp1T1T2w1Cp115095.354.7w1Cp1

TtT2t115074.295.32512tmT1t215074.2lnln95.325T2t1传热平均温差  =73.0℃ 则传热速率增大：即增大9.4%。

Q54.7w1Cp11.094Q50w1Cp1

tm73.01.096t66.6传热平均温差增大：m 即增大9.6%。

12、一长度为3m、管外径为131mm、管内通有123℃饱和蒸汽的竖直加热管。管外

壁的温度为120℃，周围空气的温度为20℃，试求： （1）每米管道因自然对流而产生的热损失为多少? （2）若管外包一层40mm的保温层后,保温层外表面温度降至60℃,上述热损失减至多少?

12020702解: (1)定性温度=℃,在此温度下空气的物性为

2232.9610W/(m2.92101/℃ ℃）

查表得：C10.135 n1/3 =6。84W/（m2℃） （1）

'6020402加保温后定性温度℃，在此温度下：

'3'2 2.7610W/(m℃） 3.19101/℃

Pr'=0.699

333.191039.81(6020)(1.70105)2 Gr'=

=1.17×1011

Gr'·Pr'=1.17×1011×0.699 =8.17×1010

2.761020.135(8.171010)1/33 α'=

=5.39 W/(m·℃)

Q()' L=5.39×3.14×0.131(60-20)=88.7W/m

即加了保温层后，每米管道的热损失由原来的281W/m减至88.7W/m。

此题亦可采取简化的方法：如上求出α=6.84W/(m·℃)后，因为保温前后均属自然对流，假定物性不变，则保温前后对流系数的关系为

6.84'5.031.361.36∴ W/(m2·℃)

5.395.036.68 简化计算的结果与前面计算相差5.39％

L3gtC(pr)1/32 分析：α=L可以发现：当n=1/3时，定性尺寸（此例中既蒸汽管的长度）可以消去。利用这种自然对流与定性尺寸无关的特点，可以在较小尺寸的模型上进行自然对流传热研究，即所谓的“自模化”实验，从而为实验工作带来诸多方便。

13、有一套管换热器，管内为542mm，套管为1164mm的钢管，内管中苯被加

热，苯进口温度为50℃，出口温度为80℃，流量为4000Kg/h。环隙为133.3℃的饱和水蒸气冷凝，其汽化热为2168.1KJ/Kg，冷凝传热膜系数为11630W/mK。苯

3880KJ/m在50℃~80℃之间的物性参数平均值为密度，比热cp1.86KJ/Kg℃，

23220.3910Ns/m粘度，导热系数0.134W/mK，管内壁垢阻为0.000265cm/W，

管壁及管外侧热阻不计。试求：

（A）加热蒸汽消耗量；

（B）所需的传热面积（以内管外表面计）。

（C）当苯的流量增加50%，要求苯的进出口温度不变，加热蒸汽的温度应为多少？

解：（1）加热蒸汽消耗量： （2）内管中苯的流速：

du0.050.6438804Re27.245100.39103湍流

则以内管外表面计的传热系数为：

K656W/m2℃

tmt2t1805067.2Tt1133.350lnln133.380Tt2℃

（3）苯的流量增加50%，而进出口温度不变，

'21.50.81.383则 2

'21.3839371296W/m2℃

K'830W/m2℃（以内管外表面计）

即：

解得：T'145.2℃

即苯的流量增加50%而温度不变时，加热蒸汽的温度应为145.2℃。

14、有一套管换热器，内管为542mm，外管为1164mm的钢管。现用120℃的饱和水蒸气加热苯，使苯由50℃加热至80℃，苯在内管中以4000kg/h的流量流动，试求：

（A）加热蒸汽消耗量； （B）所需套管的有效长度；

（C）由于某种原因，加热蒸汽的温度降为110℃，苯的出口温度将变为多少？（假设苯不变,在50～80℃范围内，苯的物性为cp1.86kJ/kg℃，3.9104Pas,0.145W/m℃，880kg/m3，钢的导热系数为45W/m℃，120℃时水蒸气冷凝潜热r2205kJ/kg，蒸汽侧对流传热系数汽10000W/m℃，壁两侧垢层热阻及换热器损失均可忽略，加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出。）

解：（1）加热蒸汽消耗量：Drw2cp2(t2t1)

1.5w2cp2lnT't1K'A1T't2

（2）套管的有效长度：

du0.6430.058804Re27.254103.9104湍流 ℃

则以内管外表面计的传热系数： k803w/m2℃

tmt2t1805053.6Tt112050lnln12080Tt2℃

（3）当T'110℃时，苯不变，汽也可视为不变。

K'K803w/m2℃

则 w2cp2(t'2t1)K'At'm 即：

w2cp2lnT't1K'd1lT't'2

解得：t'275.7℃

15、某一列管式换热器，将一定量的空气加热。空气在管内作湍流流动，饱和水蒸气在管外冷凝。今因生产任务加大一倍，除用原换热器外，尚需加一台新换热器。如果使新旧两台换热器并联使用，且使二台换热器在空气流量、进、出口温度及饱和蒸汽温度都相同的条件下操作。

原换热器列管数为n1，管径为d1，管长为l1，而新换热器管数为n2(n2n1)，管径为d2(d20.5d1)。试问新换热器管长l2为原换热器管长l1的几倍。

解：二台换热器的空气流量、进、出口温度及饱和蒸汽温度都相同，且蒸空，

∴ 原换热器：w2CP(t2t1)KAtm空Atm (1) 新换热器：w2CP(t2t1)K'A'tm'空A'tm (2)

22（2）/（1）得：'空A'空A

u其中：原换热器管内流速，

u'w2/0.785d12n1

新换热器管内流速，

w2/20.785d2n2

l2dn111112l12d2n2222

则 2空d2l2n2空d1l1n1

1即新换热器管长l2为原换热器管长l1的2倍。

16、某常用套管换热器每小时冷凝甲苯蒸汽1000kg，冷凝温度110℃，冷凝潜

210000W/m℃，冷却水温16℃，以2500kg/hr363kJ/kg0热为，冷凝膜系数

2的流量进入内管内（内径50mm），作湍流流动，膜系数12160W/m℃，水

的比热取为4.19kJ/kg℃，忽略壁阻及污垢热阻。

试求A）冷却水出口温度及管长；

B）如在夏季，冷却水入口温度将升至25℃，使换热器传热能力下降，为此建议将水流量增加一倍，那么，该换热器的传热能力能否增加？定量地说明。

解：（1）冷却水出口温度：

l250.7℃

tmt2t150.71675.3Tt111016lnln11050.7Tt2℃

管长：

i0216104K1776W/m24i0216010℃

'i20.81.741（2）当t'125℃时。而流量加倍时， i 'i1.74121603761w/m2℃

'i037611042K'2733w/m'i03761104℃

2(即：

250011025)4.19103ln27330.054.803600110t'2

t'250.3℃ t'mt'2t'150.32571.6Tt'111025lnln11050.3Tt'2℃

55Q'K'At'27330.054.8071.61.47510w m则传热能力

原传热能力 QKAtm17760.054.8075.31.00810w

∴ 换热器的传热能力能增加。

17、在列管式换热器中，用饱和水蒸气将空气由10℃加热到90℃,该换热器由38根252.5mm,长1.5m的铜管构成,空气在管内作湍流流动,其流量为

310J/Kg℃,饱和水蒸气在管间冷凝。已知操作条件下740Kg/h,比热为1.005

的空气对流给热系数(或称对流传热膜系数)为70W/m.℃,水蒸气的冷凝给热系数为8000W /m℃,管壁及垢层热阻可忽略不计。

A） 试确定所需饱和水蒸气的温度；

B） 若将空气量增大25%通过原换热器，在饱和水蒸气温度及空气进口温度均不变的情况下，空气能加热到多少度？（设在本题条件下空气出口温度有所改变时，其物性参数可视为不变）

解：（1）饱和水蒸气的温度T:

2Adln0.0251.5384.477m1其中：

2211125d1/2d2k1800070202 k55.6w/m℃(以外表面计)

(740T10)1.005103ln55.64.4773600T90 T=124℃

'2(1.25)0.81.20(2) 若空气量增大25%,则 2 '21.2021.207084w/m2℃

由式（１）可知： 解得：t288.1C 即空气加热到88.1C

18、欲设计一列管式换热器，用110℃的饱和水蒸气将1400kg/h的常压空气由20℃预热到95℃。A、若初步选定采用单管程换热器，空气走管程，管束由120根252.5的铜管组成。试确定所需管束长。B、若选用双管程浮头式列管换热器。管子总数、管长及直径同上。则空气的出口温度有无变化？试确定之。

在计算中，冷凝液膜的热阻、管壁及其两侧污垢热阻可忽略不计，其空气平均温度下的物性可取：粘度0.02CP，比热：CP1.0kJ/kg℃，导热系数

'0.029W/m℃，密度1.076kg/m。

解：（1）管长：

w2/1400/3600u322n0.785d2管内流速：=1.0761200.7850.02=9.59m/s

du0.029.591.076Re21.03210430.0210湍流

℃

冷凝液膜热阻，管壁及两侧污垢热阻可忽略不计， K246.7w/m2℃（以内表面计）

tmt2t1952041.9Tt111020lnln11095Tt2℃

2则 w2Cp(t2t1)KAtmKd2lntm 即管束长2.0m

'220.81.741（2）若改为双管程： 2

'21.74146.781.3w/m2℃ 即：K''281.3w/m2℃

w2Cp2(t'2t1)K'd2lnt'2t1Tt1lnTt'2 K'55.1w/m2℃

由（1）式可知： 解得: T'138.9℃

因现蒸汽温度T142.9℃>T'138.9℃,所以此蒸汽能满足传热要求。

19、有一套管式换热器，甲流体（走管间）和乙流体（走管间）在其中逆流换热。生产要求将流量为810kg/h的甲流体（CP0.8Kcal/kg℃）从120℃冷却至70℃，

2管壁的对流膜系数12000Kcal/mh℃，并可视作不变。乙流体由20℃被加热至50℃。35℃的水的粘度为0.72Cp，已知内管内径为0.0508m，乙流体的平均流速

2627Kcal/mh℃，内管两端m/s2为0.15，管内壁对乙流体的对流传热膜系数压强差为P。

如果管壁及污垢热阻不计，流体的物性常数及摩擦力系数均可视为常数。 求当此换热器内管两端压强差经调节增至3P时，完成这一传热过程所需的传热面积。

lu2Pd2 解：当内管压强差为P时，

l(u')23Pd2 P内管压强差为3时，

du0.05080.15994Re1.0510430.7210湍流

 当内管压强差为3P(u'0.26m/s)时，管内流动也肯定为湍流

w'2Cp2lnT't1K'AT't2

u''22u则K0.80.266270.150.8974kcal/m2h℃

122000974655kcal/m2h122000974℃

又由原工况：w1Cp1T1T2w2Cp2t2t1可得： ℃

热流体的流量，进出口温度不变（生产要求） 解得：t'237.3℃

tmw2Cp21080kcal/hT1t'2T2t112037.3702065lnT1t'2T2t1ln12037.37020平均温差：℃

则由 w1Cp1T1T2KAtmP可得：8100.812070655A65

20、有一换热器，并流操作时，冷流体进出口温度分别为25℃和70℃，热流体进出口温度分别为150℃和100℃。若在两种流体流量和进出口温度均不变的条件下，将并流操作改为逆流操作，试问该换热器的传热速率和传热平均温度差有何变化？（定量说明）

计算时可视为CP和K常量。 逆流操作时：

w1Cp1wC22p解：

∴ 热流体为最小热溶流体

1t2t170250.9R1T1T2150100

11 并流时：传热速率Qw1CPT1T2w1CP15010050wCP（1）

tmT1t1T2t2150251007066.6lnT1t1T2t2ln1502510070传热平均温差

'℃

逆流时：NTu1=NTu1=0.751

∴

111expNTu11R11exp0.75110.90.438R1expNTu11R10.9exp0.75110.9

T1T2150T20.438T1t115025 T295.3℃

t1T1T2t2又：t2t1T1T2

2515095.3t274.2℃ 7025150100 t2传热速率：Qw1Cp1T1T2w1Cp115095.354.7w1Cp1

TtT2t115074.295.32512tmT1t215074.2lnln95.325T2t1传热平均温差  =73.0℃ 则传热速率增大：即增大9.4%。

Q54.7w1Cp11.094Q50w1Cp1

tm73.01.096t66.6传热平均温差增大：m 即增大9.6%。