文档库

最新最全的文档下载
当前位置:文档库 > 《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

第0章绪论

1)广义地说,凡工业生产的关键环节是改变物质组成,这类生产便归属化工生产范畴。

2)为了便于管理及技术交流,很多行业从化工中划分出去,但它们仍属“化工大家族”中的一员。这些行业有石油化工,塑料工业,制药工业,硅酸盐工业……

3)生产工艺学是研究某一化工产品生产全过程的学科。

4)化学工程是研究化工生产中共性问题的学科。

5)化工生产中虽然化学反应是核心,但前、后对物料的处理大都为物理加工过程。这些对物料的物理加工过程称为单元操作。

6)介绍主要单元操作的原理、方法及设备的课程叫化工原理。

7)物理量=数×单位。

8)基本单位:长度m,质量kg ,时间s。(答:m,kg,s)

9)导出单位:力N,功或能J ,功率W,压强Pa。

10) 有的单位前面有“字首” ,这些字首的意思是:k 103,c 10-2 ,m 10-3,μ 10-6。

11)查得30℃水的粘度--μ×105 /Pa·S为80.12,表明μ=80.12×10-5Pa.s。

12)量纲是普遍化单位。如长度单位有m,cm,mm,km 等,其量纲为L 。

13)物料衡算是对一定的时间间隔、一定的空间范围(控制体)而言的。

14)总的物料衡算式为∑M i-∑M o= M a ,各种M的单位均为质量单位,如kg。

15)若无化学反应,对任一组分j,物料衡算式为∑M i,j-∑M o,j= M a,j

16)若进、出控制体的物料均为连续流股,各流股的质量流量均恒定,∑M i=∑M o,控制体内任一位置物料的所有参量—如温度、压强、组成、流速等都不随时间而改变,则该控制体处于定态或称定常态或稳定态过程。

17)流体粘度的单位换算关系是:cP(厘泊)=0.001Pa·S,则3.5 cP=3.5×10-3Pa·S ,0.005 Pa·S = 5.0 cP 。【分析】3.5cP=3.5cP ×(0.001Pa.S/1cP)=3.5×10-3Pa.S

0.005 Pa.S=0.005 Pa.S×(1cP/ 0.001Pa.S)=5.0cP

式中(0.001Pa.S/1cP及(1cP/ 0.001Pa.S)称为“转换因子”,用于物理量的单位转换。

18)任一物理方程式中各物理量必然单位和谐。以离心泵的扬程、流量关系为例,若He=36-0.02V2(单位He— m ,V-- m3/h),则式中36的单位是m ,0.02单位是m/(m3/h2)。

19)某管路特性方程为He’=8.0+8.07×105V2(式中He’—m ,V—m3/s)当以V’[m3/h]替代V,则该公式改为He’=8.0+0.06227(V’)2。

[分析] 因为1[m3/h]=(1/3600)[m3/h],所以He’=8.0+8.07×105[V’×(1/3600)]2=8.0+0.06227(V’)2

20)圆球固体颗粒在流体中作自由重力沉降,在stokes区的沉降速度计算式为u t=g dp2(ρs-ρ)/(18μ)。式中u t—沉降速度,m/s,g—重力加速度,g=9.81m/s2,dp—颗粒直径,m ;ρs—颗粒密度,㎏/m3;μ—流体粘度,Pa·S。当以u t’[cm/s],μ’[cP]分别替代u t与μ,则该公式为

u t’=10-5 g dp2(ρs-ρ)/(18μ’)。

分析:u t=100u t’,cm/s], μ=1000μ’,所以:u t’=10-5 g dp2(ρs-ρ)/(18μ’)

第一章流体流动

1)温度升高,液体粘度下降,气体粘度增大。

2)流体的粘度可通过流体粘性定律τ=μ(dv/dy)=μ(ΔV/Δy)[N/m2](y的取向:令dv/dy为正)求得。试分析下列情况的τ值。图中A为薄平板或圆筒面的面积(m2)。(答:F/A, G.sinα/A, G/(πDH))

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

3)理想流体是μ=0,∑h f=0,△V=0的流体。

4)2.04ml 某液体的质量为2.10g,其密度为1029kg/m3。(答:1029)

5)1atm=1.013×105 Pa=760mmHg=10.33mH2O

1at=1 kgf/cm2=9.81×104Pa=735.6mmHg=10mmH2O

6) 外界大气压是753mmHg(绝压)某容器内气体的真空度为7.34×104Pa,其绝压为2.70×104Pa,表压为

-7.34×104Pa 。

7)1.60at(绝压),35.0℃的N2(分子量M=28.0)的密度为1.72kg/m3(答:1.72)

【分析】根据题给的条件可按理想气体计算密度。ρ=pM/(RT),R=8314J/(kmol.K),不要用T=273+t。

8) 水面压强p0=1atm,水深64m处的压强p=7.29×105Pa (p0,p皆为绝压) 。

9)如右图,U形压差计读数R=0.119m ,ρHg=13.6×103kg/m3, 不计两液面大气压P的差异。

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

10)修正压强p m= p+ρgh。在重力场中静止的恒密度流体,只要流体是连通的,则处处流体的p m=常数。11)流体在圆管内流动,通常讲的“管流”指的是流体充满管内且流动。

【分析】如无说明,流体在管内的流动皆为管流。

12)Φ57×3.5mm的圆直钢管,管内充满流动的水,则水的流动截面积A=1.96×10-3m2。

【分析】Φ57×3.5mm,表示钢管外直径为57mm,管子壁厚为3.5mm,其内径为50mm。

13)ρ=940 kg/m3的液体,以8.60m3/h的流量流过12)题的管内,其平均流速u=1.22m/s,质量流速G=1146(kg/s·m) (答:1.22,1146)

14) 水在Φ60×3mm钢管内流过,流量V=2.75×10-3m3/h,水的粘度μ=1.005cP,则Re=6.45×104,流型为湍流。

【分析】Re=duρ/μ,当流体流过管内,Re=4Vρ/(πdμ)。前者出现u,后者出现V,此题用后者算比较好。

15)圆直管内流体层流的点流速分布侧型为抛物线,令管子内半径为R,轴心线处点流速为νmax,,则任一点与轴心线距离为r处的点流速ν=νmax [1-(r/R)2]。且平均流速u=1/2νmax。

16)流体在圆、直管内湍流的点流速分布规律ν=νmax (1-r/R)n,常见的n值为1/7 。

17)均匀流遇到与其流线平行的静止固体壁面时,与壁面接触的流层质点被固体吸着而流速降为零,流体与壁面间没有摩擦发生,这叫无滑动现象。由于流体有粘性,受壁面影响而流速降为零的流体层逐渐增厚。若均匀流流速为u0,则,ν<0.99 u0的减速部分称为边界层。

18)湍流边界层紧邻壁面处存在着层流内层。

19)均匀流体流入圆管内,随着流进圆管内距离的增加,边界层不断增大的管段称为进口段,在边界层厚

度达到管内半径以后的管段称为稳定段,管流的Re及流速侧型都是指稳定段而言的。

20)u2/2 表示每_稳定段kg流体具有的机械能,u2/(2g)表示每N流体具有的机械能。

21)流体从1截面流至2截面的过程中,由于流体有_______ ,导致部分流体机械能转变为内能,每kg 流体由此损耗的机械能以________表示。

22)某液体,ρ=880 kg/m3,μ=24 cP,在Φ57×3mm圆直管内流过,流速u=0.802m/s,则流过20m管子的阻力为5.38J/kg。

【分析】Re=duρ/μ=0.051×0.802×880/(240×0.001)=1500,层流,层流阻力可按海根.泊稷叶公式计算。∑h f=32μul/(ρd2)=32×24×0.001×0.802×20/(880×0.0512)=5.38 J/kg

23)流体在一圆直管内流动,Re=700,若流量加倍,对同一管段来说,阻力消耗的功率为原来的4倍。(答:4)

【分析】原来是层流,流量加倍后,Re=1400,仍属层流。层流:N=∑h f.(Vρ)[w],所以N’/N=(∑h f’/∑h f)(V’/V)=(u’/u)2=22=4

24)量纲分析法是一种指导实验的方法。其依据是任一物理方程必然量纲和谐。通过量纲分析,可把物理量间一般不定函数式转变成特征数间一般不定函数式。根据∏定理,“特征数”数=“物理量”数-“基本量纲”数。

25)量纲分析法的好处是:①减少变量,大大减轻实验工作量。②在满足流体各物性值均为恒值的条件下,通过实验得到的特征数间的定量关系式可推广应用于其它工质及其它几何相似的不同尺寸的设备。26)雷诺数表示惯性力与粘性力之比。

27)由量纲分析法指导实验得到的公式是一种半理论半经验公式。

28)工业上常用的粗糙管有水煤气管,无缝钢管,铸铁管。

29)工业上常用的光滑管有玻璃管,塑料管,黄铜管。

30)计算直管沿程阻力的范宁公式为∑h f=λ(l/d)u2/2 J/kg。

31)在湍流区(包括过渡流区),当ε/d一定,随Re增大,λ值先下降,然后达到常数。λ=常数的区域称为阻力平方或高度湍流区。

32)在高度湍流区摩擦系数λ取决于ε/d,与Re无关。若流体在某粗糙管内高度湍流,当流量加倍,对同一直管段来说,阻力将增至原来的4倍。(答:ε/d,Re,4)

33)在湍流区(包括过渡流区),当Re一定,随着ε/d减小,λ值减少。ε/d的极限为光滑管。光滑管,当Re=3000,λ=0.3164/Re0.25,此公式称为布拉修斯公式。

34)流体流过弯头,三通,阀门等的阻力称为局部阻力。局部阻力总伴随着边界层分离现象。计算局部阻力的公式有两种,即h f =ζu2 /2 J/kg 及h f =λ(le/d)u2 /2 J/kg。

35)通过管道,将地面管内的水输到敞口水塔水面上方。已知出水口距地面高20m,水流速1.20m/s,管长及局部阻力当量管长l+∑le 为40m,管内径38mm,摩擦系数λ=0.028输入端管内的表压p1 =2.216at。【分析】p1/1000=(9.81×20)+(0.028×40/0.038) ×(1.20)2/2

所以,p1=2.174×105 Pa(表压)=2.216 at(表压)

36)水由A水库通过长管道流入B水库,如下图所示管内径为d1,输入量为V1。现欲加大流量,要求V2=2.4V1,设管长不变,布拉修斯公式可用,局部阻力不计,采用增大管内径方法解决,则d2/d1 =1.38。

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

【分析】EA-EB=∑h f(E通常表示每千克流体的总机械能。)

因前后情况EA和EB都没有改变,故∑h f,1=∑h f,2,

∑h f=8λlV2/(π2d5)=8×0.3164lV2/{[4Vρ/πdμ]0.25

π2d5}∝(V1.75/d4.75)

V 11.75/d14.75=V 21.75/d24.75所以d 2/d 1=(V 2/V 1)(1.75/4.75)=1.38

37)如下图所示,水由A-A 截面经向上倾斜异径管流至B-B 截面。A 、B 截面处均流线平行,由A 、B 截面到U 形管的连接管内及U 形压差计内指示液上方均为与管内相同的水。已知R=68mm ,则 p m,A -p m,B =8.405×103Pa 。

【分析】在重力场中流体恒密度条件下,静止流体的Pm 为恒值,由此可导出下式:

p m,A -p m,B = p m,3 -p m,4= p 3 -p 4 =(ρ

Hg -ρ)gR=(13.6-1)×103×9.81×0.068

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

=8.405×103Pa

38)承37题,若流量不变把管子水平放置,则会发生如下变化:( p m,A -p m,B ) 不变

读R 不变,(p A -p B ) 减小。

【分析】

根据

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

()31144453e e 131 4.33/A V ,E P E V 1l 1l V18.14m /h 41.3m E e m h hf H -==???→↑→↑???→↓→↓→↓→↓

+∑-

+∑??=??=??

∑经验恒定,阀门开大()=30/20=22,,//2/m A A m B B f p u p u h ρρ+=++∑,f h ∑与管子倾斜角度无关,所以 (,m A p -,m B p )不

变,亦即R 不变。

,m A p -,m B p =()()A A B B p gz p gz ρρ+-+=常量

()A B B A p p g z z ρ-=-常量+

当管子由倾斜向上改为水平,()B A z z -减小,

(A B p p -)减小。 39)三根内径相同的直管,管内水流量相同,两侧压点的距离相同,但管子安装方向不同,一根水平,一根倾斜向上,一根倾斜向下,如下图所示,则 R 1 ,R 2, R 3 的关系是123R R R ==,△p 1、△p 2、△p 3 的关系是213p p p >>。

【分析】,1,2,3m m m p p p ==,123R R R ∴==

()A B B A p p g z z ρ-=+-常量,213p p p ∴>>

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

40)某套管,外管内直径为d 2,内管外直径为d 1,此套管的当量直径d e = d 2-d 1。

41)有时把流体流过一段管路的阻力f h ∑改用摩擦压降f p ?-形式表示,二者关系是/f f h p ρ=-∑。

42)水以s m /2.1流速从圆直等径管内流过,摩擦系数λ=0.026,则紧邻管壁处流体剪应力w τ=

4.68N/m 2,在r/R=0.50(R 为管半径)处的剪应力τ=2.34N/m 2。

【分析】①2,1,2,2(/)m m f m p p h p l d u ρρρλ+=+∑/=///2

2,1,2()/m m p p d l u λρ∴-=?/2

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

②参看右图,沿管轴线向作1长管段的力的衡算:

()()()2212/4/4sin w d p p d l g dl ππρατπ--=?

其中,sin l α=21z z -,可整理得

,1,2()/4m m w p p d l τ∴-=

③因此,()2

221.2/8 4.68/w u N m τλρ=??=3/8=0.02610

④无论层流或湍流的管流,剪应力τ均与该流层距轴心线的距离r 成正比,故 ()2/ 4.680.5 2.34/w r R N m ττ==?=

43)如右图所示,A d >>B d 。当水流向为 A B ,U 形压差计读数为R 1。当流向为 B A ,读数为R 2。两者流量相同,均不计AB 段直管阻力,只计截面突变阻力,则1R >2R 。

【分析】当d A >>d B ,由A →B ,ζ=0.5,由B →A ,ζ=1,局部阻力均按ζu A 2/2计。

A →

B :222/2/20.5/2A A B B B p u p u u ρρ+=++//

()22/ 1.5/2/2A B B A p p u u ρ∴

-=- B →A :222/2/2/2B B A A B p u p u u ρρ+=++//

∴(p B -p A )/ρ= u A 2

/2

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

44)45℃的水蒸汽压P V =9.586kPa ,P O =1atm ,u 2=0.60

,5.1,/2m H s m gH o o =则如图所示的能正常虹吸操作的max H =8.81m (计算max H 时可忽略阻力)。

【分析】2

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

33.25/u m s u ===虹吸管正常操作应该管内的水不汽化。令P 3=P v 时的H 为H max ,排1-3截面的伯努利方程,得:51.01310/1000

?=m H H 81.82/)25.3(1000/10586.981.9max 23max =∴+?+

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

45)两管并联,管1的管长(包括局部阻力的当量管长)、管内径及摩擦系数为

1l 、1d 和1λ,管2的相应值为2l 、2d 和2λ,则流量比=21V V

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

46)转子流量计对某种流体的操作特性是恒流速、恒压降,现有一转子流量计,转子密度3

/2800m kg f =ρ,其刻度是按20℃的水标定的。当用于31/840m kg =ρ的流体,读得刻

度为

则实际流量是,/80.33h m 4.33h m /3。 【分析】V 1=V

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

34.33/m h == 47)以孔板流量计测量某液体流量,用U 形压差计作为测压仪器。若流量加倍且流量改变前后孔流系数C 0为不变的常数,则加大流量后U 形压差计读数R '为原流量时读数R 的4倍。(答:4)

48)以下是两道判断题。在分析=时,可用E 表示某截面每kg 液体的总机械能,可略去液体动能。各水槽液位假设不变。

①当阀A 关小,P 3升高,P 4降低。

[分析]

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

,13

f h -

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

∑,42

h -∑

②原来A ,B 阀均部分开启,当A 阀开大,B 阀不变,则V 增大,P 4下降,V 3减少。

[分析]1144453A V ,E P E V E hf -???→↑→

↑???→↓→↓→↓→↓∑经验恒定阀门开大

第二章 流体输送机械

1) 流体输送机械依结构及运行方式不同,可分为4种类型,即离心式、往复式、旋转式及流体作用式。

2) 离心泵均采用后弯叶片,其泵壳侧形为蜗壳形,引水道渐扩,是为了使流体动能转化为静压能。

3) 离心泵的三条特性曲线是He~V ,Na~V 和η~V 曲线。这些曲线是一定的流体工质和一定转速条件下,由实验测得的。

4) 离心泵铭牌上写的参量是ηmax 时的参量。 5) 离心泵启动前要盘车、灌液,灌液是为了防止气缚现象发生。

6) 离心泵停泵要前先关小出口阀,以避免发生易损坏阀门和管道的水锤现象。 7) 离心泵在长期正常操作后虽工作条件未变,却发生气蚀,其原因一般是汲入管内壁因污垢沉积造成流体流动阻力增加。

8) 液体容器绕中心轴等角速度ω旋转,如附图所示。液面任一点高度z 与该点对轴心线的距离r 之间的数量关系是z=ω2r 2/2g 。

【分析】旋转液体中任一点都满足的方程是:p+ρgz-ρω2r 2/2=常量c ,如图,取o 点为柱坐标原点,在o 点处,r=0,z=0,p=p 0,所以c= p 0,于是,上式可改成p+ρgz-ρω2r 2/2= p 0,在液面上,p=p 0,即ρgz=ρω2r 2/2,则z=ω2r 2/2g

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

9) 如下图,用离心泵将水由水槽输入塔内,塔内压强p 2=0.2at (表压),汲入及压出管总长及局部阻力当量管长1+∑l e =20mm ,摩擦系数λ=0.024,则输送每N 水所需的外加功H e ’与流量V 的数量关系式为H e ’=10.24+4.06×106V 2。

【分析】排1-2截面间伯努利方程:H e ’=22025

8(1)le p p H V g gd λρπ+-++∑= 4262250.29.811080.024248.210.2 4.061010009.819.81(0.025)

V V π????++=+?? 式中单位:H e ’—m ,V —m 3/s

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

10)承9)题,H e ’表示在9)题条件下,为实现水流量为V[m 3/s]的输送,1[N]水必须得到的外加机械能[J]。

9)题导出的H e ~V 关系又称为管路特性曲线。设λH e ’=H 0+KV 2。

11)承9)题的管路特性方程可改写成H e ’=10.2+0.313V 2[m](式中:V —m 3/h )。如选用的泵的“H e ~V”关系可表达为H e =42-0.01V 2[m],则工作点为V=9.92m 3/h,He=41m 。

【分析】泵:He=42-0.01V 2,H e ’=10.2+0.313V 2

令He= H e ’,得V=9.92m 3/h ,He=41m

注意:V 的单位只能统一才能联立求解。

12)承11)题,若略关小出口阀,使1+∑l e =30m ,设λ不变,则新工作点为V 1=8.14m 3/h ,H e ,1=41.3m 。

【分析】出口阀关小后,与原来的相比,

()e e 11l 1l +∑-+∑()=30/20=1.5,所以K 1=1.5K=1.5?0.313=0.47,新的管路特性方程为210.20.47V e H '=+

{2420.01V

10.20.47V e e H H =-'=+泵:管路:,令e H =e H ',所以{ V 1=8.14m 3/h ,H e ,1

=41.3m 13)承12)题,已知在出口阀关小后V 1=8.14 m 3/h 时泵的效率η=0.62,与原来的V=9.92m 3/h 相比,因关小阀而多消耗在阀上的轴功率ΔN a =372W 。

【分析】参照附图,当阀关小V 1=8.14m 3/h 时,若按原来的管路特性曲线计,只需

e H '=10.2+0.313?(8.14)2=30.9m ,但因阀关小增加阀的阻力,实际H e,1=41.3m ,所以因阀关小而多耗的轴功率

()()()()()32232

2g max 1v 21T f /(41.330.9)8.14109.81/36000.62372//8.14/9.920.822420.01(/2) 6.20.0854/H p p /g h H 0 2.4 3.3 5.7mu /2V ,H /a e e f N H V g W

n n V V V H V m V m h H KV ρηρρρ?=??=-????='''===-=+-='''

=--?=--=-∑∑,汲允-3/(41.330.9)8.1410a e N H V g ρη?=??=-

??()9.81/36000.62372W ??=

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

14)承13)题,若管路及阀门开启度均保持原来情况不变,用减小泵转速的方法使流量降至8.14m 3/h ,则调节后的转速与原转速之比n ’/n=0.82。

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

【分析】//8.14/9.920.82n n V V ''===

15)已知单台离心泵的性能为H e =42-0.01V 2(V —m 3/h ),则两台相同的上

述的泵串联或并联,其综合的性能分别为H e ,串=()22

420.01V -,H e ,并=2420.01(/2)V -。

16)如图,当泵出口阀全开,V=25 m 3/h 时管路阻力∑H f =53.4mH 2O ,则阀全开时的管路特性方程为()236.20.0854/e H V m V m h '=+-。

【分析】阀全开,

2f H KV =∑,即53.4=K(25)2,所以K=0.0854m/(3/m h )2故阀全开时管路特性方程为()236.20.0854/e H V m V m h '=+-

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

17)单项选择题:离心泵的安装高度与D 。

(A )泵的结构无关 (B )液量流量无关 (C )汲入管阻力无关 (D )液体密度有关

【分析】当离心泵从低位液槽汲液,液槽的液面压强为P 1(绝压),该液体在工作温度下的蒸汽压为P v ,则泵的最大安装高度为

()()gmax 1v f H p p /g h H ρ=--?∑,汲允-

其中允许汽蚀余量h ?允与泵的类型,尺寸,转速,流量有关。

18)某离心泵在高原使用,外界大气压p 0=8.6 mH 2O (绝压),输15℃的水,水的蒸汽压p V =1.707kPa 。由工作点查得Δh 允=3.5m ,可算得汲入管阻力为2.3 mH 2O ,则最大安装高度为2.63m 。

【分析】()()gmax 0v f H p /g p /g h H ρρ=--?∑,汲允-

()38.6 1.70710/10009.81 3.5 2.3 2.63m =-??--=

19)以离心泵由A 槽把饱和液体输至B 槽。要求流量为16 m 3/h 。查得该泵在该流量时

Δh 允=2.4m ,可算得汲入管阻力为3.3m 。可判断此泵在该流量时不会发生气蚀。

【分析】饱和液体,即工作温度下液体的蒸汽压pv 等于外压p1,于是

()()gmax 1v f H p p /g h H 0 2.4 3.3 5.7m ρ=--?=--=-∑,汲允-从附图见,g H =-8m ,因此g H

20)使用离心泵从此泵的位置更低的液槽汲液,不应在汲入管上装阀以调节流量,原因是当阀关小时会造成气蚀。

21)往复泵属于正位移类型的流体输送机械,常用于流量小,压头大的场合。在固定操作条件下,通过泵体的液体流量是恒定的。当需要调节流量时,不能用调节出口阀的办法,只能用调节旁路阀门方法解决。

22)在风机样本中,离心式风机的性能曲线是在一定转速下,规定进口气体密度ρ=1.2kg/m 3条件下测得的。性能曲线共有4条,即H T ~V ,H 静~V ,N a ~V ,η~V 曲线。

23)若以下标“1”、“2”表示风机的进、出口截面,风机全风压H T 为按风机进口截面处气体密度计的每立方米气体流过风机所提高的机械能,J/m 3或Pa 。

24)在全风压中,往往略去位能项。

25)若风机操作时进风口压强为p 1,出风口压强为p 2(全为绝压),进风口气体密度为ρ1,出风口气速为u 2,则风机的静压强H 静= P 2-P 1,出口动能为221u /2ρ。

26)若风机在工作时进风口气体密度为ρ,,按此密度计的风机流量为V ,,实测得风机全风压为'T H ,为了从风机样本中选择风机型号,须做参量转换。转换关系为:V 样本= V ,,(H T )样本/1.2='

T H /ρ,。 第三章 颗粒流体力学与机械分离

1) 正圆柱体颗粒,高h=2mm ,底圆直径d=2mm ,其等体积当量直径d e,v =2.29mm,形状系数Ψ=0.874。

2) 对某号筛,穿过筛孔的颗粒质量称为筛过量,留在该号筛面上的称为筛余量。

3) 某颗粒群,依颗粒大小的差异,可粗分为三部分,其平均粒径d p,i 为1.08,1.52及2.24mm 的部分的质

量分数x i 相应为0.31,0.55及0.14,设所有颗粒形状系数相同,则按比表面积相等原则算出的颗粒群的平均粒径为1.41mm 。(答:1.41)

[分析] ,1/(/)m i p i d x d =∑

4) 由固体颗粒堆积成的固定床,其空隙率ε= (床层体积-颗粒体积)/床层体积。 5) 对于颗粒乱堆的固定床,若颗粒足够小,可认为床层各向同性,即床层内处处ε值相等,且床层内任

一平截面上空隙面积与界面总面积之比(自由截面率)在数值上等于ε。

6) 当流体通过多孔介质,或称流体对固定床的渗流,当雷诺数Re ’<2,流动阻力属粘性阻力时可用柯士

尼公示计算流动阻力,该公式可表达为-Δp m =A μ,u ,L Pa 。(式中A 为固定床的结构参量,对一定的固定床,A 为常量)

7) 当流体通过多孔介质,在更宽的雷诺数范围内,亦即流动阻力可包含粘性阻力及涡流阻力时,可用欧

根公式计算流动阻力。该公式可表示为-Δp m /L=A μ,u +B ρ, u 2Pa.(式中A,B 为固定床的不同的结构参量,对一定的固定床,A,B 均为常量) 。

8) 为了固、液分离,常用的机械分离方法是过滤和沉降。 9) 过滤是以过滤介质(如滤布,滤网)截留悬浮在流体中的固体颗粒的操作。滤饼过滤是指过滤过程中

在过滤介质上形成滤饼的操作。滤饼在过程中起过滤介质作用。在常见的用于固液分离的恒压差滤饼过滤中,随着过滤时间τ的延长,滤饼厚度L 增加,过滤阻力(滤液流过滤布及滤饼的阻力)减小,滤液流率τd dv /_________。(v 是通过滤布的液量累积量),这是个非定态过程。

10) 若过滤面积为Am 2,经过一段时间的过滤后,得滤液量Vm 3,同时生成厚度为Lm 的滤饼,滤饼空隙率为

ε,固体颗粒的密度为p ρ㎏/m 3,即可判断截留的固体质量为(1)p LA ερ-㎏,与之对应的液体体积为V LA ε+m 3。当过滤前悬浮液的浓度以Φ㎏固/m 3清夜表示,则Φ=(1)/()P LA V LA ερε-+。

11) 推导液体流过滤饼(固定床)的过滤基本方程式的基本假设是:液体在多孔介质中流型属层流,依据

的公式是柯士尼公式。

12) 在过滤速率方程中,对于液体流过过滤介质的阻力的处理方法是,按等阻力原则将其折合成一层虚拟

的厚度为L e 的附加滤饼层,该虚拟滤饼层的结构与操作中生成的滤饼的相同。当过滤面积为A ,则滤布阻力可用L e 或q e 表示,L e 是与生成AL e 滤饼层相应的滤液量,q e 是对单位过滤面积生成L e 厚的滤饼所对应的滤液量。

13) 以叶滤机恒压过滤某悬浮液,已知过滤时间τ1=5min ,单位过滤面积通过滤液量q 1=0.112m 3/m 2,滤饼厚

度L 1=2.0mm ,当过滤累积时间τ2=10min ,累积的q 2=0.162 m 3/m 2,则过滤总共时间τ3=25min 时,滤饼厚度L 3=4.66mm 。

[分析]恒压过滤,通式为22e q qq K τ+=,代入1τ,2τ两时刻的值,得

22(0.112)20.1125(0.162)20.16210e e q K q K ??+?=?????+?=????

? 两式联立,解得322.9310/min K

m -=?, 3329.3210/m e q m -=? 对于233333,29.3210 2.931025q q τ--+??=?? 3230.261/q m m ∴=

∵L ∝q ,∴3131/ 2.00.261/0.112 4.66L L q q mm ==?=

14) 承13)题,若过滤25min 便停止过滤,则过滤终了时的瞬时过滤速率dq/dτ=5.42

?10-3m 3/(min·m 2)。 [分析] 3

33232.9310 5.4210/min 2()2(0.2619.3210)

q e d K m m d q q τ---?===??++? 15) 承14)题,若过滤停止后,即洗涤滤饼,洗涤液与滤液粘度相同,洗涤压差与过滤压差相同,洗涤液

量为总滤液量的0.12,则洗涤时间τW =5.78min 。

[分析]对叶滤机,当w ,,,m w m E p p μμ=-?=-?,则

3(/)(/),0.120.261/(5.4210) 5.78min w E w dq d dq d τττ-=∴=??=

16) 一个过滤周期包含着过滤、滤饼洗涤及清理三个阶段,三段操作时间依次为τF ,τW 和τR 三者之和为∑τ,

其中过滤阶段得滤液量v ,则过滤机得生产能力G=_______m 3/s.若为恒压过滤且过滤介质阻力不计,洗涤时E m W m W P P ,,,?=?=μμ,则当τR =______时,生产能力最大。

(答:/,F W ντττ+∑) 17) 在一台板框压滤机中滤框有一种结构类型,滤板有二种结构类型。

18) 某板框压滤机对某料浆进行恒压过滤,滤饼充满滤框需22min ,现框数加一倍,操作压力及物性不变,

则滤饼充满滤框的时间是B min 。

(A ) 11 (B )22 (C )33 (D )44

19) 板框压滤机,若滤饼洗涤时,E m W m W P P ,,,?=?=μμ,则(/dV d τ)w =1/4 (/dV d τ)E 。

20) 以板框压滤机恒压过滤某悬浮液,若滤布阻力不计,悬浮液浓度不变,滤液粘度不变,仅是操作压差

增加一倍,已知滤饼的压缩性指数S=0.35,则对于同一V 值,增压后的滤液流率/dV

d τ为原来的

1.57倍。

[分析] 21

//[2()],2/()s e m o dV d KA V V K p r τμ-=+=?Φ 21) 板框压滤机恒压过滤某料浆,若料浆浓度Φ减小为原来的1/2,设滤布阻力可略,滤饼比阻系数及其

他操作条件不变,可略去滤饼中滤液量,则滤饼充满滤框的时间为原来条件下充满滤框时间的2倍。

[分析]

/[(1)]p L q ρε=Φ-,滤饼充满框时,L=0.5框厚=定值,当Φ值减半,必然q 值加倍。又,12/(s m o K p r μ-=?Φ,Φ值减半,则K 值加。由2q K τ=即可判断,Φ减半,则τ加倍

22) 回转真空过滤机在滤布阻力不计条件下的生产能力3/s 。

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

23) 回转真空过滤机若增大转速,优点是增大生产能力,缺点是卸滤饼处因滤饼变薄,刮刀易损坏滤布。

24) 自由沉降是指颗粒在沉降过程中没有同其他颗粒碰撞,而且不受器壁与器底影响的沉降。

25) 重力自由沉降速度u t 是颗粒在重力场中,在流体中自由沉降且颗粒受到的重力、浮力与曳力平衡时的

恒定速度。

26) ρp =2600㎏/m 3,d p =0.120mm 的光滑圆球在20℃水中自由重力沉降速度u t =1.26m/s,水的μ=1.0cp. [分析]设颗粒沉降属斯托克区

2322()

9.81(0.12010)(26001000) 1.2610/18180.001p s t gd u m s ρρμ

---??-===?? 校核320.12010 1.26101000Re, 1.5120.001p t p d u ρμ

--????===<,计算有效 27) 以重力沉降室分离某悬浮系的固体颗粒,若要求大于某指定粒径的颗粒全部沉至器底,其处理能力与设备的水平面积有关,与高度无关。

28) 某悬浮系水平流过一重力沉降室,设进沉降室时悬浮系中颗粒分布均匀。当悬浮系离开沉降室时粒径

为d p,c 的颗粒正好沉降至器底,此粒径颗粒的自由沉降速度为u t,c ,则d p

29) 评价旋风分离器的主要性能指标是粒级效率与压降。

30) 含尘气体通过旋风分离器收尘,为表示其性能,常用的术语“粒级效率”是对某指定粒径的颗粒的收尘

效率,“分割粒径d 50”是粒级效率为50%的颗粒粒径。

31) 据早期对旋风分离器的除尘机理研究,认为圆筒部分外旋流是唯一的除尘区,由此导出的“临界粒径d c ”是能全部收下的颗粒中的最小粒径。

32) 在散式流化作中,流化床的压降Δp m 等于单位床层横截面积上悬浮颗粒的净重。流体空速增大,床层高度增加,床层空隙率增加,压降不变。

33) 在聚式流化操作中,可能发生的不正常现象腾涌与沟流。

34) 起始流化速度由固定床的“压降~流速”曲线交点决定,带出速度为最大流化速度,即颗

粒的自由沉降速度。

第四章 传热及换热器

1)传热是以温度差为推动力的能量传递过程。

2)传热的基本方式有导热,对流传热,热辐射三种。

3)热冷流体热交换的类型有三种,即间壁式、直接接触式及蓄热式。

4)常见的加热剂有水蒸气、热水及矿物油等。常用的冷却剂有冷水、空气及冷冻盐水等。

5)对某换热设备,单位时间热冷流体间传递的热量称为传热热率或热负荷,常以Q 表示,单位为W 。单位时间、单位传热面积传递的热量称为传热通量,常以q 表示,单位是W/m 2。

6)某传热过程测得控制体内某一点位置的温度随时间而变,即可判断该传热过程为非定态过程。

7)定态、一维导热、傅里叶定律的表达式是dQ=/dA dt dn λ-??。

8)导热系数λ的单位是W/(m ·℃)。使用此单位时,普通碳钢、不锈钢、空气在常温、常压下的λ值分别为45、16、0.02。(答:W/(m ·℃),45,16,0.02)

9)对于大多数物质,导热系数λ与温度t (℃)的关系为λt =(1)o at λ+。

10)温度升高金属的导热系数λ值减小,液体的λ值减小,空气的λ值增大。

11)面积A=0.05m 2,壁厚为3.0mm 的金属平壁,其导热系数λ=45W/(m·℃)。若壁的两侧面温度分别为104℃和103.6℃,则传热速率Q=300W 。

[分析] 3/45*0.050*(104103.6)/(3.0*10)300Q A t W λδ-=???=-=

12)Φ48×3.5mm 钢管外包以8mm 厚的保温层,保温层的导热系数λ=0.12W/(m·℃),管内壁及保温层外侧温度分别为120℃及60℃,则每米管长的散热速率Q/L=157W/m 。

[分析]

13212322()2(12060)157/(1/)ln(/)(1/)ln(/)(1/45)ln(48/41)(1/0.12)ln(64/48)

t t Q W m L d d d d ππλλ--===++13)对流给热共分为四种类型即强制对流、自然对流、液体沸腾和蒸汽冷凝给热。

14)对于无相变的对流给热,以特征数表示的一般函数式为Nu=f(Re ,Gr ,Pr )。

15) Gr=32/gl t v β?,表示自然对流运动热过程的影响。

16)Pr=/p C μλ?,表示流体物性对给热过程的影响。

17)Nu=/l

αλ,表示给热速率与相同条件下按导热计的导热速率之比。 18)水从Φ60×3.5mm 钢管内流过且被加热,已知水的Pr=4.32,Re=1.44×105,λ=0.634W/(m·℃),则水对管壁的给热系数α=6.613×103W/(m·℃).

[分析]当流体从圆直、等径管内流过,当Re>4000,属湍流,Pr >0.7,流体粘度不大于同温度水的年度的二倍且管子的长,径比1/d>50(如无特殊说明,1/d 的条件都满足)的条件下可应用Dittus 和Boelter 公式。该公式Nu=0.023Re 0.8Pr n (n=0.4,当流体被加热,n=0.3,流体被冷却)。本题符合上述条件,且流体被加热,故

0.80.450.80.430.023(/)Re Pr 0.023(0.634/0.053)(1.4410)(4.32) 6.61310d αλ==?=? W/(m 2·℃)

19)承18题,若管子不变,水流速增加至原来的1.5倍,该物性数据不变,则α’=9.147×103W/(m 2·℃)。

[分析] 0.80.40.80.023(/)(/)Pr d du u αλρμ=∝

0.830.83'('/) 6.61310 1.59.14710u u αα∴==??=? W/(m 2·

℃) 20)承19题,若水流量不变,改用Φ68×3mm 钢管,物性数据不变,则α’’=4.986×103W/(m 2·℃).

[分析] 0.80.4 1.8410.023()Pr d

v d d λραπμ=∝() 1.83 1.83''(/'') 6.61310(53/62) 4.98610d d αα==?=? W/(m 2·

℃) 21)某流体经过一直管后流入同一内径的弯管,则α弯>α直的原因是在弯管内流体有附加扰流。

22)某金属导线,直径0.50mm ,电阻0.16欧姆/m ,通过1.6安培电流。导线发热速率Q=I 2R[W]。导线外包绝热层,厚0.8mm ,其λ=0.16 w/(m·℃)。外围是20℃的空气,空气α=12 W/(m·℃).。过程定态。则金属线与绝热层间界面温度为25.8℃。

[分析]这是有内热源的导热与对流给热串联传热的问题。令导热直径为d 1,绝热层外直径为d 2,导线外侧温度为t 1,绝热层外侧温度为t 2,大气温度为t o ,可建立如下传热速率式:

12220212010122221122()()()ln(/)

1111ln 22L t t Q d L t t d d t t t t t t d d ln d L L d L d d L

πλαπαππλπλαπ-==----===+ 即220

31.60.161 2.101ln 20.160.5012 2.110t t ππ--?=+???

∴t 1=25.8℃

23)某蒸汽管外包有厚度为δ的绝热材料。现将该保温层划分成厚度为δ/2的内外两层,略去保温层导热系数λ值随温度的变化,则内保温层热阻大于外包保温层热阻。

[分析] ,,(/2)()/m m t Q A A δλδλ?=+外内(2)()

因A m,内

24)某钢管外壁温度高于外界空气温度,为减少散热,拟在管外包厚度均为δ的两层保温层。现有导热系数分别为λ1和λ2的两种绝热材料,λ2>λ1则把λ1的绝热材料包在内层的保温效果好。

25)某小口径钢管,外半径为r 1,外壁温度为T ,外界空气温度为t 0,空气给热系数为α。T>t 0,为减小散热,拟在管外包导热系数为λ的保温层,保温层厚δ,保温层外半径为r 2。设T 、λ均为恒值。在实践中发现,单位管长散热速率Q/L 随δ的增大出现先升后降的现象,如附图所示,Q/L 最大时的δ为临界保温层厚δc ,可推得,Q/L 最大时保温层外半径

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

r 2,c =/λα。

[分析]

212/1

1ln 22Q L r r r πλπα=+总热阻R

可见,随r 2增大,保温层的热阻增大,而空气的给热热阻减小,二者对Q/L 的影响相反。可通过R 对r 2极值以求出r 2,c

令22212dR 110,(ln )022r d dr dr r r πγπα

=+=即

得222,2,2,2,2,11111)()022/c

c c c c r r r r r ππαλαλα

+-==∴=即

此极限是极大还是极小值,须以二阶导数判定。 22223

2222221112()2222d R d dr dr r r r r πλπαπλπα-=-=+ 当 2./c r λα=,则22

2.23202r c d R dr απλ=>丨,即当c δδ=时,R 为极小亦即Q/L 为极大。

26)大容器内液体沸腾给热随液体过热度△t (即加热壁壁温t w 与液体饱和温度t s 之差)增加,可向后出现自然对流、泡核沸腾及膜状沸腾给热三种状况。正常操作应在泡核沸腾给热状况。

27)承26题,膜状沸腾给热状况是不允许发生的,若发生则属生产事故,故正常操作的过热度必须严控在临界过热度以下。

28) 液体沸腾的必要条件是液体过热和有汽化核心。

29)蒸汽冷凝分膜状与滴状冷凝两种类型。对于同一蒸汽同一冷凝温度t s ,滴状冷凝α值常取为_________ W/(m·℃). (答:大、膜、10000)

30)水蒸汽冷凝,若水蒸汽中混有1%的空气(不凝性气体),其α值会比纯水蒸汽α值下降60%。

31)蒸汽膜状冷凝凝液在壁面层流流下,若蒸汽饱和温度与壁温之差(t s —t w )增大,则α值减小。

[分析] 1

2341.13[]()

s w g r L t t ρλαμ=-,此公式不必记,但α与()s w t t -得关系应知道 32) 靠自然抽风的烟囱,在烟囱内烟气与烟囱壁间的给热是自然对流还是强制对流给热?答:强制对流给热。(答:强制对流给热)

33) 黑体是吸收率a=1的物体。黑体的辐射能力E b =C 0(T/100)4 W/m 2,其中C 0是黑体的辐射系数,其值为5.67W/(m 2·K 4).

34) 某种物体在某温度下对任一波长的单色辐射能力与同温同一波长的黑体单色辐射能力之比E λ/E bλ=ε,

若ε值不随波长而变,该物体称为灰体,ε称为该物体的黑度。

35) 空间有面积分别为A 1及A 2的两平面,其间相对位置是任意的。角系数?12表示黑体或灰体的A 1平面

发出的辐射能中到大A 2的平面的分率。 A 1?12=A 2?21。

36) 两灰体为透热体,则由1面至2面的净辐射传热速率Q 12=C 0·εs [ ][W]。式中εs 为系统黑度。对于很

大的物体2包住凸面物体1,则上式中εs = 。(答:44112121,[(/100)(/100)],A T T ?ε-)

37) 设有温度分别为T A 和T B 两平行平面,T A >T B ,为减少辐射传热,在两平板间设置几块平行遮热板,所

有板的黑度相等,各板面积相同,间距很小,则设置遮热板后的辐射传热速率为未装遮热板时1/(n+1)。

[分析]两平行板间:441212

0[()()]100100s T T q c ε-=?- 本题条件下,1121

1[1]s εεε-=+-=常数

未装遮热板 440[()()]100100

A B A B s T T q c ε-=?-

装遮热板后

44110[()()]100100A A s T T q c ε-=?- 4412120[()()]100100

s T T q c ε-=?- ………

440[()()]100100n B n B s T T Q c ε-=?- ∵

1121......(1)A nB A A B q q q n q q ----+++=+= ∴ 1/(1)A A B q q n --=+

38) 用热电偶测量某管道内流动气体的温度。由仪表中读得热电偶温度为780℃ 。热电偶的黑度为0.06,输气管管壁温度为600℃ 。气体的给热系数为65W/(m 2.℃ )若把热电偶温度视为气体温度,按绝对温度计算的相对误差是-24.4%。减小测温误差的方法有热电偶外装遮热罩及减少输气管的散热速率等。

[分析]管内传热情况为:???→???→给热辐射气体热电偶管壁。在过程定态,即热电偶温度恒定条件下,令气体、热电偶及管壁温度分别为Tg ,T1,Tw ,热电偶的黑度为1ε,则下士成立:

441g 10[()()]100100

w T T c αε-1(T -T )= 即44g 273.2780

273.260065[()()]100100++-T -(273.2+780)]=0.60*5.67[ ∴T g =1392.9K=1120℃

故测温相对误差=(780+273.2-1392.9)、1392.9=-24.4%

39) 常见的间壁式换热器有以下类型:套管式,列管式及螺旋板式等。

40) 用套管换热器以冷水使饱和甲苯蒸汽冷凝为饱和液体。甲苯走环隙,温度T=100℃ ,流量W h =2200kg/h ,其冷凝潜热r h =363kJ/h ,冷凝水走内管内,进出口水温分别是t 1=15℃ ,t 2=43℃ ,水的比热Cp.c=4.174kJ/(kg.℃ )。则该换热器的热负荷Q=7.986×105kJ/h,平均传热温差△t m =70.07℃ 。

[分析]Q=W h ×r h =2200×363=7.986×105 kJ/h

又Q=Wc ·C p ,c (t 1-t 2)即7.986×105=Wc ×4.174(43-15)

所以Wc=6.833×103kg/h

因为△t 1=100-15=85℃,△t 2=100-43=57℃

所以△t m =(△t 1-△t 2)/Ln (△t 1/△t 2)=(85-57)/Ln (85/57)=70.07℃

41) 承40)题,已知内管规格为Φ57×3.5mm ,内管内冷凝水给热系数αi =3738W/(m 2.℃ ),环隙中甲苯冷凝的给热系数α0=5200W/(m 2.℃ ),若略去管壁及污垢热阻,则以内管壁面为基准的传热系数K i =2292W/(m 2.℃ ),该换热器的长度L=7.68m 。

[分析] 111150,3738520057

i i i o o i d K d K αα=+=+?即 所以K i =2292 W/(m 2.℃ )

又i ()i m Q K d L t π=??,即57.98610

(1000/3600)2292(0.050)70.07L π?=??

所以L=8.8m

42) 承41)题, 若其它条件不变,只是因气候变化,冷水进口温度为20℃,设物性数据不变,则冷水出口

温度t 2'=46.5℃。

[分析]对于热流体侧为蒸汽冷凝,有相变且热流体温度T 保持不变,而冷流体侧则无相变,有温度变化的情况,可运用如下等式:

1,211221212

()[()()]/ln

()/ln c p c i i i i T t W C t t K A T t T t T t T t K A t t T t -?-=-----=-- 所以1,2

ln c p c i i T t W C K A T t -?=- 原来:,10015ln

10043c p c i i W C K A -?=- c W ,,p c C ,i K ,i A 均前后不变 后来:,'2

10020ln 100c p c i i W C K A t -?=- 前后情况对比,得'2'2

1001510020,46.410043100t t --==--所以℃ 43) 列管换热器有三种类型,即:固定管板式、U 形管式、浮头式。

44) 列管换热器内设置折流板的目的是增大壳程流体流速,使尽量多的壳程流体可垂直流过管束,使其给热系数增大。

45) 折流板有两种形式,即圆缺形式、盘环形式。

46) 某单管程,单壳程列管换热器,壳程为水蒸汽冷凝,蒸汽温度为T=140℃,管程走空气,由t 1=20℃升至t 2=90℃。若将此换热器改为双管程,空气流量不变,设空气物性不变,空气原来在管内湍流,管壁及污垢热阻均可略去,改为双管程后换热管数不变,则改为双管程后空气出口温度t 2'=113.9℃。

[分析]原来:1,2

ln c p c i i T t W C K A T t -?=- 后来:1,2ln

''c p c i T t W C K A T t -?=- 两式相除,得1'212ln

'ln i i T t K T t T t K T t --=--,由于水蒸气冷凝h α》空气c α,且管壁及污垢热阻不计,故''i c i c K K αα=,

又由于空气在管内均为湍流,且改成双管程后,空气在管内的流速为单管程的2倍,故'0.82c c

αα= 因此,0.8214020

ln

140'214020ln 14090t --=--,∴'2t =113.9℃

47) 螺旋板换热管的特点是因时弯曲通道,比起直通道,在其他条件相近时,传热系数较大,热冷流体逆流换热,平均温差大,紧凑,不易堵塞,但坏了不能修。

48) 如下图,当Wc 下降,其他不变,则A 。

t 2

W h ,T 1

《化工原理》(第三版)复习思考题及解答剖析

T 2

A)Q ,t 2 ,T 2 C) Q ,t 2 ,T 2 [分析] 0i 2Wc K T Q α↓???→↓???→↓??→↑??→↓直接间接 (幅度大) (幅度大) (幅度小) (幅度小) (幅度小)

又Q =,2

1()c p c W C t t ?-,可判断,t 2必然上升 ↓ ↓ ↑

(幅度小) (幅度大)

49)有一加热釜,内有Wkg 比热为C p 的液体。用蛇管加热器加热液体,蛇管内通温度为T 的饱和蒸汽,凝液为饱和水。釜内有搅拌器,故液体温度均匀。蒸汽与釜液之间传热系数为K 1,蛇管换热器面积为A 1。外界空气温度为t 0,釜液与外界空气的传热系数为K 2,釜液温度升至t max 时,便维持恒温。写出釜液升温阶段有t 1升至t 2所需时间的计算式及计算t max 的计算式。(答:①在釜液升温的非定态过程,在dt 时间内)

0i a dQ dQ dQ -= 即

11220()()p K A T t d K A t t d W C dt ττ---=?? 或 11220[()()]p K A T t K A t t d W C dt τ---=??

所以 2

11122011220()()t p t dt d W C K AT K A t K A K A t τττ==?+-+??

②釜液温度为max t 时,过程定态,0i

Q Q = 则 11max 22max 0()()K A T t K A t t -=-