比热资料

比热

引：

质量 升高温度 吸收热量 1kg 1℃ 4.2×103J 2kg 1℃ 2kg 2℃ 从填上表格引入热量的计算，并启发学生得出热量计算用比热×质量×升高的温度。 实验

方案一：质量相同的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不同。 方案二：质量相同的不同物质，吸收相同的热量，升高的温度不同。 定义：单位质量/升高1℃ 一、比热容。 公式（下一节）： 单位：J/（kg. ℃）

影响因素：物质种类和状态有关，与温度、质量、热量等无关。

二、观察比热容表，了解常见物质比热容。

学会读表，引导学生寻找规律，让学生说出自己的发现： （1）比热容是物质的特性，不同物质比热容一般不同 （2）同种物质状态不同时比热容不同 （3）液体的比热容一般比固体的比热容大 三、比热容应用

温差、散热物质，……

（第二课时） 【教学目标】

1加深比热的概念的理解，学会根据比热容进行热量计算。

2理解热量的计算公式。 【教学重点】

理解热量的计算公式。 【教学难点】

热量计算公式的应用。 【教学过程】 引：

比较下列物质谁的比热大：一滴水和一桶水？一枚铁针和一支铁棒？0℃的水和100℃的水？ 以水的比热为例，说明它的物理意义，使1千克的水温度升高1℃，需要吸收4.2×103 焦的热量，完成下列表格。

质量 升高温度 吸收热量 1kg 1℃ 4.2×103J 2kg 1℃ 2kg 2℃ 从填上表格引入热量的计算，并启发学生得出热量计算用比热×质量×升高的温度。

理解。Q＝cmΔt

一．吸热公式及理解。 Q吸＝cm（t-t0）

用Δt升=(t-t 0)表示升高的温度可写成Q吸＝cmΔt升

式中的Q吸是吸收的热量，单位是J；c是物质的比热；m是物质的质量，单位是kg；t0初温，t是末温，单位是℃。 二．放热公式的理解。

Q放＝cm（t0－t）

用Δt降=( t0－t)表示降低的温度可写成Q放＝cmΔt降 三、一般公式

吸热：Δt升=(t-t 0) Q＝cmΔt 放热：Δt降=( t0－t)

注：区别“升高”、“升高了”、“升高到”和“降低”、“降低了”、“降低到”。

气体比热容比CP/CV的测定

实验目的：

1、测定多种气体（单原子、双原子、多原子）的定压比热容CP

与定容比热容CV之比。

2、练习使用物理天平、螺旋测微计、数字计时仪、大气压力计等仪器。 实验仪器与用具：

振动主体、多功能数字记时仪（分50次、100次两档）、微型气泵、大气压力计、缓冲瓶、螺旋测微计、物理天平、镊子等。 实验原理：

气体由于受热过程不同，有不同的比热容。对应于气体受热的等容和等压过程，气体的比热容有定容比热容CV和定压比热容CP。定容比热容是单位质量某种气体在保持体积不变的情况下，温度升高1K时所需的热量。而定压比热容则是单位质量某种气体在保持压强不变的情况下，温度升高1K所需的热量。显然，后者由于有对外作功而大于前者，即CP＞CV。因此，比值=CP/CV＞1。一般说来，在实验中测定CV是比较困难的，故CV通常是通过测定 CP及值来获得。本实验将用测定物体在特定容器中的振动周期来计算值。

实验基本装置如图所示，振动物体小球的直径 比玻璃管直径仅小0.01～0.02mm它能在此精密的

C B A

玻璃管中上下移动。在壁上有一小孔C，并 插入一根细管，通过它各种气体可以注入到烧瓶中。

为了补偿由于空气阻尼引起振动物体A振幅的衰减，因此通过C管一直注入一个小气压的气流，在精密玻璃管B的开设一个小孔。当振动物体A处于小孔下方的半个振动周期时注入气体使容器的内压力增大。引起物体A向上移动，而当物体A处于小孔上方的半个振动周期时，容器内的气体将通过小孔流出，使物体下沉，以后重复上述过程。只要适当控制注入气体的流量，物体A能在玻璃管B的小孔上下作间谐振动。振动周期可利用光电计时装置来测量。 钢球A的质量为m ,半径为r（直径为d ）,当烧瓶内压强P满足下面条件时钢球A处于平衡状态：

PPLmgr2 （1）

式中：PL为大气压强

若物体偏离平衡位置一个较小距离x，则容器内的压力变化πr2dp

物体的运动方程为：

md2x2dtπrdp （2）

2因为物体运动过程相当快，所以可以看作是绝热过程，绝热方程

为

：

PV常数

（3）

将（3）式求导数得出：

dpPdVV （4）

容器内体积的变化：

dVr2x （5）

由（2）、（4）、（5）三式可得：

dxdt222r4PmVx0 （6）

此式即为熟知的简谐振动的微分方程，它与式（7）比较：

d2x2dt22x0 （7）

P可得： 又因 所以 即

2r4mV2T （8）



r42PmV2T

4mVT2Pr4mVTPd24 （9）

式中各量均可方便测得，因而可算出值，由气体运动论可以知道，值与气体分子的自由度数f有关。对单原子气体（如氩）只有三个平动自由度，对于刚性双原子气体（如氮）除上述3个平动自由度外还有2个转动自由度。对于刚性多原子气体，则有6个自由度（3个平动自由度和3个转动自由度）。

比热容比与自由度f的关系式（由理论上得出）为：

f2f （10）

下面给出几种气体的比热容比的理论值： 单原子气体（Ar，He） f=3 =1.67 刚性双原子气体（N2，H2， O2） f=5 =1.40 刚性多原子气体（CO2，CH4） f=6 =1.33

可见，经典理论中比热容比仅与分子自由度有关，与气体的种类和温度无关。

式（9）即为本实验的原理公式。容积V由实验室给出。因此，只要在实验中测得振动物体的直径d，周期T，质量m，并由气体计读出大气压强PL，再由（1）求得P，将V，T，d，P代入式（9）就可以求得待测气体的比热容比，（注意：各量均换算成国际单位制后再代入（9）式计算。760mmHg=1.013×105N/m2）。 实验内容和步骤：

1． 用螺旋测微器测量备用小球（不可从玻璃管中取出，以免

损坏仪器）直径10次。

2． 测量大气压强PL（实验开始前和结束后，各测一次，取

平均值）

3． 用物理天平测量备用小球的质量。

4． 利用小气泵作气源（本实验气源为空气，可近似认为是双

原子气体），来测定物体在特定容器中的振动周期T。方法：

① 将气泵接上220V电源，调节气泵上气量调节旋钮，控制气量大小，稍等半分钟，小球即可上下振动。

② 调节橡皮塞上针型调节阀和气泵上气量调节旋钮，使小球在玻璃管中以小孔为中心上下振动。

③ 打开周期计时装置开关（档位：选50次或100次），按下复位按钮后即可自动记录振动周期所需时间，重复5次并记录。

5． 更换小气泵中的气源（单原子气体、双原子气体、多原子

气体），可选做。 6． 实验记录表格自行设计。

数据处理：

1． 分别测量并计算结果，并与理论比较，求百分比。 2． 试求实验结果的不确定度。 实验注意事项：

1． 2．

不要随意移动本实验装置，以免损坏仪器。 调节气量时，气流不要过大或过小，否则钢球不以

玻璃管上小孔为中心上下振动。

3．

测量小球质量和直径时有备用小球，不要随意取出

玻璃管中小球，避免灰尘进入或小球生锈，使小球卡在玻璃管中。 预习作业：

1．了解气体自由度f与比热容比的关系。 2．如果压强增大，气体比热容比将发生什么变化？ 思考题：

1． 若空气中有水蒸汽，实验结果有何变化？

2．如果振动物体的周期较长，公式（9）还适应吗？为什么？ 材料 比热容[J/kg·°c] 铝 铜 铁 铅 干泥土 880 390 460 130 840 传热计算题

1．有无保温层的热损失

平壁炉炉壁是用内层为120mm厚的某种耐火材料和外层为230mm厚的某种建筑材料砌成，两种材料的导热系数均未知。已测得炉内壁壁温为800℃，外侧壁面温度为113℃。为减少热损失，在普通建筑材料外面又包砌一层为50mm的石棉，包砌石棉后测得的各层温度为：炉内壁温度800℃、耐火材料与建筑材料交界面温度为686℃、建筑材料与石棉交界面温度为405℃，石棉层外侧温度为77℃。问包砌后热损失比原来减少百分之几？

密度(kg/m3次方) 2700 00 7900 11300 1800

答：42.5%

2．导热系数为变量时的热损失

有一水蒸汽管道，其外径为426mm，长为50m，管外覆盖一层厚为400mm的保温层，保温材料的导热系数随温度变化，其关系为

0.59104tW/(m.K)(式中t为温度，C)。现已测得水蒸气管道的外表面温

度为150C，保温层外表面温度为40C，试计算该管道的散热量。 答：19.1kW

3．导热总温差在多层壁内的分配及保温材料的合理使用

60×3mm钢管外包一层30mm石棉层（导热系数为0.16W/(m.K)）

后，再包一层30mm软木（导热系数为0.04 W/(m.K)），已测得管内壁温度为-110℃，软木外侧温度为10℃。又已知大气温度为20℃。 (1) 求每米管长所损失的冷量及软木层外壁面与空气间的对流传热膜系数。

(2) 计算出钢、石棉及软木层各层热阻在总热阻中所占的百分数。若忽略钢管壁热阻，重新计算每米管长损失的冷量。

(3) 若将两层保温材料互换（各层厚度仍为30mm），钢管内壁面温度仍为-110℃，作为近似计算，假设最外层的石棉层表面温度仍为10℃。求此时每米管长损失的冷量。

(4) 若将两层保温材料互换，钢管内壁温度仍为-110℃，计算每米管长实际损失的冷量及最外层的石棉层表面的实际温度。

提示：保温层互换后，保温层外壁面与空气间的对流传热膜系数与互换前相同。

(5) 由以上各题的计算结果，您将得到哪些有用的结论？

答：(1)-52.1W/m, 9.21W/(m

2

.K)；(2)0.01%,29.94%,70.05%,-52.1W/m；

(3)-38.1W/m；(4)-38.74W/m,12.6C 4．保温层的临界半径

在25×2.5mm的蒸气管道外包一层厚度为37.5mm、导热系数为0.8W/(m.K)的保温层。管内饱和蒸气温度为130℃，大气温度为30℃。试求：

(1) 保温层的表面温度并计算分析此保温层能否起到减小热损失的作用。

(2) 若采用=0.8W/(m.K)的保温材料，其他不变，再计算保温效果。 以上计算可忽略壁阻及蒸气侧热阻。裸管或保温层外表面对大气的联合给热系数可取为12W/(m2.K)。 答：(1)tw=79C,r2临界

=mm，不起减少热损失的作用；

(2)tw=38.8C,r2>r临界=67mm，可减少热损失

5．球形壁内的一维稳定热传导

有一球形容器，内外壁半径分别为r1和r2，内外壁温度分别为t1

和t2，容器壁的导热系数为，试推导此球形壁内的传热速率Q的计算式。 答：Qt1t2(r2r1)/Am，Am4rm，rm2r1r2

6．流速增大对管内对流传热系数的影响

有一蒸气冷凝器，蒸气侧给热系数2为10000W/(m2.K)，冷却水侧给热系数2为1000W/(m2.K)，已测得冷却水进、出口温度分别为

t1=30℃，t2=35℃，如将冷却水流量增加一倍，蒸气冷凝量将增加多少？已知蒸气在饱和温度100℃下冷凝。 答：G’/G=1.

7．管径对管内对流传热系数的影响

套管换热器由48×3mm和25×2.5mm钢管制成，两种流体分别在内管和环隙中流动，分别测得传热膜系数1和2。若两流体流量保持不变并忽略出口温度变化对物性的影响，试求将内管改为

32×2.5mm后两侧的传膜系数有何变化？（设流动为湍流）

答：i’=0.583i；o’=1.57o 8．物性对对流传热系数的影响

水在一定流量下通过某套管换热器的内管，温度可以从20℃升至80℃，并测得传热膜系数为1000W/(m2K)，试求同样体积流量的苯通过换热器内管时的传热膜系数为多少？已知在两种情况下流动皆为湍流，苯进、出口的平均温度为60℃。 答：281.4W/(m2.K) 9．气体温度的测量误差

如图所示，用一带保护管的热电偶测量管道中空气温度，设内管壁温度为230℃，保护管外壁温度为300℃，黑度=0.3。试计算保护套管与管壁间的辐射热负荷。又设空气对保护套管壁的传热膜系数并提出减小测量误差的办法。 答：q1-2=745W/m2；T=343C

17.4W/(m2K)，试求空气的真实温度，

10．热辐射的热损失计算

在一大车间内有一圆柱形焙烧炉，炉高6m，外径6m，炉壁内层为300mm的耐火砖，外层包有20mm的钢板，已测得炉内壁温度为320℃，车间内温度为23℃，假设由炉内传出的热量全部从炉外壁以辐射的方式散失。试求此炉每小时由炉壁散失的热量为若干？已知耐火砖1.05W/(mK)，钢板热阻可以不计。

提示：Tw4可用试差法求解，炉外壁温度在110～120℃之间。 答：Q106kW

11．并流与逆流操作时的对数平均温差的计算 在一列管换热器中，用热柴油与原油换热。

(1) 当柴油与原油逆流流动时测得柴油进、出口温度分别为243℃和155℃，原油进、出口温度分别为128℃和162℃。求传热平均温度差。

(2) 保持原油、柴油流量及进口温度不变，但该换热器改用并流操作，计算并流时的tm。

在上述两种情况下，换热器K值及两流体比热容均可认为不变。 答：(1)49.2C；(2)42.5C

12．逆流与并流操作时最小载热体用量的比较

用90C热水将流量为10000kg/h的原油从20C预热至70C，已知原油的比热容为2400J/(kg.K)，试分别计算逆流与并流操作时所需要的加热剂用量。

答：4082kg/h；14280kg/h

13．管内流速对传热的影响

有一单管程列管式换热器,壳程为116℃饱和水蒸气冷凝，空气在管程湍流流动，流量为Gkg/h，由20℃加热到80℃。

(1) 若设计时将此换热器管程改为双程，为完成相同任务，换热器面积可减少多少？（管径及总管数均不变）。

(2) 若管程仍为单程，将空气流量增加至20%，为保持空气出口温度不变，问此时加热蒸气的温度必须为多少度？ 答：(1)42.6%；(2)118C 14．计算冷却水用量及出口温度

某气体冷却器总传热面积为20m2，用以将流量为1.4kg/s的某种气体从50℃冷却至35℃，使用的冷却水初温为25℃，与气体作逆流流动，换热器的总传热系数为230W/(m2K)，气体的平均比热1.0kJ/(kgK)，试求冷却水用量及水的出口温度。 答：0.21kg/s；48.4C

15．热阻较小侧流体的流量变化对传热过程的影响

一套管换热器逆流操作时，管间通空气，流量为2.52kg/s，进出口温度分别为130C和70C；管内通冷水，流量为0.6kg/s，冷水的进口温度为30C。已知空气侧的对流传热系数为50W/(m2.K)，水侧的对流传热系数为2000W/(m2.K)，空气和水的平均比热分别为1.0kJ/(kg.K)和4.2kJ/(kg.K)，试计算水量增加一倍后换热器的传热量与原工况的比值。 答：Q’/Q=1.156

16．热阻较大侧流体的流量变化对传热过程的影响

一套管换热器逆流操作时，管间通空气，流量为2.52kg/s，进出口温度分别为130C和70C；管内通冷水，流量为0.6kg/s，冷水的进口温度为30C。已知空气侧的对流传热系数为50W/(m2.K)，水侧的对流传热系数为2000W/(m2.K)，空气和水的平均比热分别为1.0kJ/(kg.K)和4.2kJ/(kg.K)，试计算空气流量增加一倍后换热器的传热量与原工况的比值。 答：Q’/Q=1.4

17．冷凝冷却器所需传热面积的计算

有一单管程列管换热器，其规程如下：管径为25×2.5mm，管长3m，管子数n=37。今拟采用此换热器冷凝并冷却CS2饱和蒸气，自饱和温度46℃冷却到10℃。CS2在壳程冷凝，其流量为300kg/h，冷凝潜热为352kJ/kg，冷却水在管程流动，进口温度为5℃，出口温度为32℃，逆流流动。已知CS2在冷凝和冷却时的传热系数分别在

K1=291及K2=174W/(m2K)。问此换热器是否适用？（传热面积A及传

热系数均以外表面积计）

答：A需=5.16m2有一单壳程4管程列管换热器，传热面积为21m2，壳程通入温度为120C的热油冷却至40C，管程通冷却水，冷却水的进出口温度分别为10C和32C。已知油的流量为6000kg/h，热油的比热容为2000J/(kg.K)，试计算该换热器的平均传热推动力及总传热系数为多

少？

答：48C，265W/(m2.K) 19．污垢对传热的影响

用一实验来研究污垢对传热的影响，采用28×1mm的铜管，水在管内流动，水蒸气在管外冷凝。传热系数K在很宽的水流速范围内可用如下方程表示：

对于清洁管：1K0.00021500uK0.00070.8

0.8对于结垢的管：11500u

其中=500u0.8是水与管壁间的对流传热膜系数的经验式，单位是kcal/(m2.h.K)；u为水的流速m/s。试求污垢热阻和蒸气冷凝时的传热膜系数。

答：R1=0.0005(m2.K.h)/kcal；2=5000kcal/(m2.h.K) 20．换热器总传热系数及污垢热阻的计算

有一列管换热器，列管规格为252.5mm钢管。表压为196kPa的饱和水蒸汽在壳程冷凝加热管程内的冷水。冷水进口温度为20℃、出口温度为80℃。水的流速为0.6m/s，水侧垢阻为6104(m2K)/W。蒸汽冷凝传热膜系数为104W/(m2K)，蒸汽侧垢阻及壁阻可忽略。求： (1) 以外表面积为基准的总传热系数K1；

(2) 一年后，由于管内壁结垢，冷却水出口温度降为70℃，求此时的总传热系数K1及水侧垢阻。

答：(1)837W/(m2.K)；(2)K1’=6W/(m2.K),R2=8.82×10-4(m2.K)/W 21．换热器的操作计算

有一传热面积为15m2的列管换热器，用管程的冷却水使壳程110℃的饱和水蒸汽冷凝。已知冷却水进口温度为20℃、出口温度为80℃，冷却水流量为2.5×104kg/h、比热为4kJ/(kg.K)。试求： (1) 总传热系数K；

(2) 一年后，由于结垢，在冷却水流量及进口温度、蒸汽温度维持原值的条件下，冷却水的出口温度降至72℃。若要维持冷却水出口温度仍为80℃，饱和水蒸汽应为多少度？ 答：(1)2035W/(m2.K)；(2)123.9C 22．换热器的选用 用冷却水冷却热油，已知：

水：流量为300kg/h，t1=25C，t2=90C

油：流量为360kg/h，T1=175C，cp1=2.1kJ/(kg.K) 现库房有两台列管换热器，规格为:

I：A=0.8m2，K=625W/(m2.K)，单壳程、双管程； II：A=0.8m2，K=500W/(m2.K)，单壳程、单管程。 问：哪一台换热器能满足换热要求？ 答：应选换热器II 《化工原理》复习提要(上) 1.各章要点 1.1流体流动 1.1.1基本概念

连续介质模型;组成的表示(质量分率,摩尔分率,体积分率);流体的密

度及影响因素;流体静压强的特征,单位,表示方式及等压面;流量,流速的各种表达方式及计算;净功,有效功率,轴功率;牛顿粘性定律, 粘度μ及其影响因素;流体的流动类型,雷诺数,层流与湍流的本质区别;边界层厚度,边界层的形成和发展,边界层分离;局部阻力与直管阻力,当量直径与当量长度,相对粗糙度,圆形直管内的速度分布,摩擦系数,因次一致性原则,π定理与因次分析法,局部阻力系数;简单管路,并联管路,分支(汇合)管路. 1.1.2仪器设备

各种液柱式压差计,测速管,孔板流量计,文丘里流量计,转子流量计等的结构,测试原理,安装要求. 1.1.3基本公式 流体静力学基本方程: 柏努利方程: 连续性方程: 阻力计算方程: 1.2流体输送机械 1.2.1基本概念

流体输送设备的类型;离心泵的主要部件及其作用;工作原理;类型;气缚现象产生的原因及消除措施;离心泵的理论流量与理论扬程,离心泵的基本方程式及影响扬程,流量的主要因素;离心泵的主要性能参数――流量,扬程,轴功率,效率(容积效率,机械效率,水力效率);特性曲线的测定,换算和应用及设计点;离心泵的设计点;离心泵的工作点及

其调节方法;气蚀现象(避免措施),临界气蚀余量,必需气蚀余量,最大吸上真空高度,允许吸上真空高度等概念及测定;泵的安装高度及其计算;离心泵的主要类型及型号表示,选择原则;正位移式输送设备的特点及操作要点. 1.12.2仪器设备

离心泵,往复泵的的结构,操作与调节. 基本公式 比例定律 切割定律

管路特性曲线方程 离心泵特性曲线方程 允许吸上真空高度的换算 离心泵的安装高度

往复泵的流量 单动往复泵 双动往复泵 1.3非均相物系的分离和固体流态化 1.3.1基本概念:

颗粒特性(体积,表面积,比表面积,形状系数),颗粒群的性质(筛分分析,分布函数,密度函数,平均直径,密度),床层特性(空隙率,比表面积,各向同性),沉降操作(重力沉降,离心沉降;自由沉降,干扰沉降;沉降速度及影响因素);尘室的特点及生产能力;离心沉降的原理,离心沉降的沉降速度的特点;离心分离因素;旋风分离器的临界直径及影响因素降,分离效率,压降;滤饼,料浆,滤液;饼层过滤与深层过滤;可压缩滤饼,不可压缩滤饼,助滤剂;过滤基本方程,比阻,过滤速度与过滤速率,恒压过滤,

恒速过滤,先恒速后恒压过滤;滤饼洗涤,洗涤速率;板框压滤机,叶滤机,转筒真空过滤机的特点;生产能力及影响因素. 1.3.2仪器设备

降尘室,旋风分离器,板框压滤机,叶滤机,转筒真空过滤机等的结构,特点.

1.3.3基本公式 重力沉降速度 降尘室的生产能力

过滤基本方程 过滤过程的物料衡算 恒压过滤方程

先恒速后恒压的过滤方程 洗涤时间 生产能力 转筒真空过滤机的生产能力 1.4传热 1.4.1基本概念:

热传导,热对流,热辐射;对流传热,辐射传热;传热速率,热通量;稳态传热,非稳态传热;冷热流体的接触方式;载热体,加热剂,冷却剂;温度场,温度梯度,等温面及其特点;傅立叶定律,导热系数及影响因素,接触热阻;传热推动力,热阻;牛顿冷却定律,热边界层,对流传热系数及影响因素,进口段,保温层的临界直径;热负荷;总传热系数,污垢热阻;平均温度差,逆流,并流,错流,折流,管程数,壳程数,温度差校正系数;传热效率,传热单元长度,传热单元数,最小值流体;自然对流,强制对流,努塞尔准

数(Nu),普兰特准数(Pr),格拉斯霍夫准数(Gr);滴装冷凝,膜装冷凝;大容积沸腾,表面汽化,泡核沸腾,膜状沸腾,沸腾曲线;黑体,镜体,白体,灰体,吸收率,反射率,透过率;辐射能力,辐射系数,单色辐射能力;黑度;克希霍夫定律;总辐射系数,角系数;各种换热器的结构及特点. 1.4.2仪器设备:

套管换热器,列管换热器的结构,特点. 1.4.3基本公式: 热传导: 对流传热系数 热量衡算 总传热系数 传热速率方程 平均温度差 辐射能力 辐射传热速率 2.基本联系 2.1基本概念填空 1.

1at=_______kgf/cm2=_______

m.H2O=________mm.Hg=_______N/m2.

2.实际流体在内径为D的等径直管的进口稳定段后流动,其边界层厚度为 ;若Re=500,则最大流速等于平均流速的 倍,摩擦系数λ= .若保持流量不变,采用内径为为D/2的管道输送该流体,则压降等于原来压

降的 倍.

3.流体粘度的因次表达式是 .理想流体的粘度等于 ,通常流体的粘度随流体的温度而变化,气体的粘度随温度的升高而 ,液体的粘度随温度的升高而 .

4.当地大气压为760mmHg,则0.25MPa(表)= Kg(f)/cm2(绝). 5.水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力及液位恒定的反应器,当管道上的阀门开度减小使时,水的流量将 ,摩擦系数将 ,管路总机械能损失将 .

6.稳态流动时,流速只与 有关,而非稳态时的流速却与 和 有关. 7.流体粘度的因次式是 .通常流体的粘度随流体的温度而变化,气体的粘度随温度的升高而 ,液体的粘度随温度的升高而 . 8.当地大气压为760mmHg,则70Kpa(绝)= mmHg(真空度). 9.当流体在圆形直管内作滞流时,其速度分布是 型曲线,其管中心最大流速为平均流速的 倍,摩擦系数λ与Re的关系式为 . 10.气体的粘度随温度的升高而 ,液体的粘度随温度的升高而 . 11.孔板流量计和转子流量计最主要的区别在于:前者是恒 ,变 ;后者是恒 ,变 .

12.边长为0.5m的正方形通风管道的当量直径为 . 13.在压强恒定的条件下,空气的粘度随温度的降低而 .

14.当Re为已知时,流体在圆形直管中呈层流时的摩擦系数λ= .在粗糙管中呈湍流时,摩擦系数λ与 , 有关.

15.当流体在圆形直管内的Re=1500时,其速度分布是 型曲线,其管

中心最大流速为平均流速的 倍,摩擦系数λ= . 16.液体的粘度随温度的升高而 .

17.当地大气压为760mmHg.测得某容器内的绝对压强为90kPa,则容器内的压强为 mmHg(真空度)= at(表压).

18.密度为ρkg/m3,粘度为μPa.s的流体在内径为di的圆形直管内以流速u流动,则Re= .当Re< ,流体呈现为层流(滞流),λ= ,管内速度分布是 型曲线,此时管中心处的流速等于平均流速的 倍. 19.理想流体的粘度为 ,液体粘度随温度的升高而 . 20.层流和湍流的本质区别是 .

21.因次分析法的基础是 ,粘度的因次表达式为 . 22.减小流体在管路中流动阻力∑hf的措施有 , , .

23..当地大气压强为1at,某系统的表压强为0.5at,该系统的绝对压强为 at = mH2O.

24.流体的粘度与温度有关.其中,液体的粘度随温度的升高而 . 25.当地大气压为760mmHg.测得某容器内的绝对压强为90kPa,则容器内的压强为

mH2O(真空度)= at(表压).

26.对0.2×0.4m的矩形通风管道,其润湿周边长为 ,当量直径为 . 27.功率的因次是 .因次分析的基础是 .

28.已知某油品在管的进口稳定段后的半径为R的圆形管道内流动,

其Re=700,平均流速为0.25m/s,流过100m直管的流体阻力为7J/kg,则管道中 流速最大,最大流速为 m/s,摩擦系数λ= .若将流量增大一倍而其它条件不变,流过100m的流体阻力hf= .

29.水由液位的敞口高位槽通过一管道流进一液位及压力恒定的反应器.当管道上的阀门开度减小时,管路中水的流量将 ,摩擦系数将 ,管路的总能量损失将 .

30.理想流体是指 的流体.实际流体在可分为牛顿型流体和非牛顿型流体,其中牛顿型流体是指 .

31.当地大气压为10mH2O,则49kPa(真空度)= mmHg(绝)= at(表). 32.实际流体在内径为D的等径直管的进口稳定段后流动,其边界层厚度为 ;若Re=500,则最大流速等于平均流速的 倍.

33.测量流体流量时,随着流体的流量增加,孔板流量计中孔板两侧的压差将 ;若改用转子流量计,当流量增加时转子上下两端的压差将 . 34.密度为ρkg/m3,粘度为μPa.s的流体在内径为di的圆形直观内流动,则Re= .

当Reb2>b3;导热系数λ1<λ2<λ3.在稳态热传导过程中,各层热阻的关系为:R1 R2 R3,各层的传热速率关系为:Q1 Q2 Q3.(或=)

112,两流体通过间壁换热,冷流体从20 C被加热到50 C,热流体从100 C被冷却到50 C,则逆流时的Δtm= C,并流时的Δtm= C. 113.在传热实验中,用饱和水蒸汽加热空气,总传热系数K接近于 侧的对流传热系数,而壁温接近于 侧的流体温度. 114.蒸汽冷凝时的对流传热系数α较大的原因是 .

115.冷凝现象有 冷凝和 冷凝,工业冷凝器的设计都按 冷凝设计;沸腾现象有 沸腾和 沸腾,工业上的沸腾装置一般是按 沸腾设计的. 116.蒸汽冷凝放热时,要经常注意排放 ,这是因为 . 117.在SI单位制中,对流传热系数α的单位是 .

118.两流体通过间壁换热,冷流体从20 C被加热到50 C,热流体从100 C被冷却到65 C,则最小平均温差推动力Δtmmin= C. 119.对流传热是指 和 间的传热过程.

120.某物体(近似为灰体)的黑度为0.7,物体的温度为300℃,其辐射能力为 ,其吸收率为 .

121.密度为ρ,导热系数为λ,粘度为μ,比热为Cp的流体的Pr= ,若该流体Prt2)

12.在测量直管阻力的实验中,有一同学认为被测直管段必须是水平直管段.你认为对吗 并说明理由.

13.在流量计校核的实验中,测量水温的目的是什么

14.在流量计校核的实验中,有一个以汞为指示剂的压差计,其标度的最小为mm.一同学的实验记录该压差计的读书为565mm.该记录是否正确 为什么

15.简述离心泵的开车和停车时的操作步骤.

16.在传热实验中,为什么要测量大气压和进口处气体的表压强 17.传热实验中需要记录的温度有那些

18.传热实验中的水蒸汽能否用大流量的热水代替

19.在传热实验中,调节好流量后3min,测得空气的出口温度为57℃,

再经过2min后,测得空气的出口温度为58℃,而两次测得的空气进口温度相同,为什么会出现这种现象 如何处理.

20.一同学设计了如下图所示的实验流程以测定离心泵的特性曲线,请指出图中的错误.

21.实验室现有秒表,计量槽,文丘里流量计,孔板流量计,离心泵,水池,磅秤,转子流量计,100L水桶,真空表,压力表,U型管,汞,闸阀,导管,无缝钢管及各类管件等,请选相应仪器设备组成校核文丘里流量计或孔板流量计的实验装置. 2.4计算题

1.用本题附图中串联U管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸汽压,U管压差计的指示液为水银,两U管间的连接管内充满水.已知水银面与基准面的垂直距离分别为:h1=2.3m,h2=1.2m,h3=2.5m及h4=1.4m.锅中水面与基准面的垂直距离h5=3m.大气压强Pa=99.3×103Pa.试求锅炉上方水蒸气的压强P.(分别以Pa和kgf/cm2来计量). 2.高位槽内的水面高于地面8m,水从Ф108×4mm的管道中流出,管路出口高于地面2m.在本题条件下,水流经系统的能量损失可按∑hf =6.5u2计算,其中u为水在管内的流速,m/s.试计算: (1)A0A'截面处水的流速;(2)水的流量,以m3 /h计. 第1题附图 第2题附图

3.用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部,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Ф76×2.5mm,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∑f,1=2u2 与 ∑f,2 =10u2 计算,由于管径不变,故式中u为吸入或排出管的流速m/s.排水管与喷头连接处的压强为98.07×103 Pa(表压).试求泵的有效功率.

4.本题附图所示为冷冻盐水循环系统.盐水的密度为1100 kg/m3,循环量为36 m3/h.管路的直径相同,盐水由A流经两个换热器而至B的能量损失为98.1J/ kg, 由B流至A的能量损失为49 J/ kg,试计算:(1)若泵的效率为70%时,泵的轴功率为若干KW (2)若A处的压强表读数为245.2×103Pa时,B处的压强表读数为若干Pa 第3题附图 第4题附图

5. 20℃的水以2.5 m/s的流速流经Ф38×2.5mm的水平管,此管以锥形管与另一Ф53×3mm的水平管相连.如本题附图所示,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计),并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置.

6.用压缩空气将密度为1100 kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽,两槽的液面维持恒定.管路直径均为Ф60×3.5mm,其它尺寸见本题附图.各管段的能量损失为∑hf,AB=∑hf,CD=u2,∑hf,BC=1.18u2.压差计中的指示液均为水银.试求当R1=45mm,h=200mm时:(1)压缩空气的压强P1为若干 (2)U管压差计读数 R2为多少 第5题附图

第6题附图

7.每小时将2×104kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽(见本题附图).反应器液面上方保持26.7×103Pa的真空度,高位槽液面上方为大气压强.管道为Ф76×4mm的钢管,总长为50m,管线上有两个全开的闸阀,一个孔板流量计(局部阻力系数为4),五个标准弯头.反应器内液面与管路出口的距离为15m.若泵的效率为0.7,求泵的轴功率. 溶液的密度为1073kg/m3,粘度为6.3×10-4 Pa・s.管壁绝对粗糙度ε可取为0.3mm.

8.如本题附图所示,贮槽内水位维持不变.槽的底部与内径为100mm的钢质放水管相连,管路上装有一个闸阀,距管路入口端15m处安有以水银为指示液的U管压差计,其一臂与管道相连,另一臂通大气.压差计连接管内充满了水,测压点与管路出口端之间的直管长度为20m. (1)当闸阀关闭时,测得R=600mm,h=1500mm;当闸阀部分开启时,测得R=400mm,h=1400mm.摩擦系数λ可取为0.025,管路入口处的局部阻力系数取为0.5.问每小时从管中流出水若干立方米.

(2)当闸阀全开时,U管压差计测压处的静压强为若干(Pa,表压).闸阀全开时e/d≈15,摩擦系数仍可取为0.025. 第7题附图 第8题附图

9.某油品的密度为8000/ m3,粘度为41cP,由附图中所示的A槽送至B槽,A槽的液面比B槽的液面高1.5m.输送管径为Ф×3.5mm,长50m(包括阀门的当量长度),进,出口损失可忽略.试求:(1)油的流量

(m3/h);(2)若调节阀门的开度,使油的流量减少20%,此时阀门的当量长度为若干(m) 第9题附图

10.示输水系统.已知:管路总长度(包括所有局部阻力当量长度)为100m,其中压力表至高位槽为80m,管路摩擦系数λ=0.025,管的内径为0.05m,水的密度为1000kg/m3,泵的效率为0.8,输水量为10m3/h,当地大气压强为760mmHg.求:

1)泵的轴功率N= ;2)压力表的读数为多少kg(f)/cm2

11.如图所示,用内径d=100mm的管道,从水箱中引水.如果水箱中水面恒定,水面与出口管道中心所在水平面间的高度差为4m,忽略水箱入管道的入口阻力损失,HfA-B=3u2(不含出口阻力损失),HfA-M=2u2.水的密度取1000kg/m3,当地大气压强为750mmHg.求:1)水在管内的流速及流量(m3/h) 2)管道中M的静压强PM(表)= 第10题附图 第11题附图

12.将20 C的水由水池打至一敞口高位槽中,槽内的水面与水池内的水面的垂直距离为31.6m.管路总能量损失为50J/kg,流量为20m3/h.试求理率为多少KW

13.水在下图的管道中流动,流量为42.4m3/h,A,B两截面的内径分别为50mm,100mm,从A流向B的突然扩大阻力系数ζe=0.56,从B流向A的突然缩小阻力系数ζc=0.42,压差计的指示液为汞,密度为13600kg/m3,水的密度取1000kg/m3.试求:

1)流体由A流向B时,压差计的读数R1= 2) 流体由B流向A时,压差计的读数R2= 第13题附图

14.在内径di=50mm的管道中安装有一孔径为d0=25mm的孔板流量计以测量水的流量,孔板的孔流系数C0=0.62(设与管内Re无关),测量条件下,水的密度为1000kg/m3,粘度为1mPa.s,U型压差计的指示液为汞(密度为13600kg/m3).试求:

1)压差计的读数R=200mm时,水的流量为多少 水在管道中Re= 2)压差计的最大读数Rmax=800mm,流量计所能测量的最大流量是多少

3)若用上述U型管压差计,当测量的最大流量Vmax=40m3/h,孔板的孔径d0= (设孔板的孔流系数不变) 第14题附图

15.用离心泵经Φ57×3.5mm的钢管将敞口贮槽内的有机溶剂(密度为800kg/m3,粘度为0.02Pa.s)输送到反应器中.设贮槽内的液面距反应器内的管道出口间的高度差保持16m,如图所示.已知钢管总长(包括所有局部阻力当量长度)为25m,反应器内的压力恒定为4kg(f)/cm2(表压),有机溶剂的流量为6m3/h,泵的效率为60%.试确定泵的轴功率.

16.如图所示,水以13.6m3/h的流量流经一扩大管段,已知d1=40mm,d2=80mm,倒U型压差计中水位差R=170mm.试求:1)水流经扩大段的流体阻力hf,2)如将粗管一端抬高,使管段成倾斜放置而

流量不变,推导说明R的读数有何变化. 第15题附图 第16题附图

17.如图所示的管路系统中,有一直径为Φ38×2.5mm,长为30m的水平直管段AB,并装有孔径为16.4mm的标准孔板流量计来测量流量,流量系数C0=0.63.流体流经孔板的永久压降为3.5×104N/m2,AB段的摩擦系数可取为0.024.试计算:1)液体流经AB段的压强降;2)若泵的轴功率为500W,效率为60%,则AB段所消耗的功率为泵有效功率的百分率.(被输送液体密度为867Kg/m3,指示剂密度为13600Kg/m3) 第17题附图

18.用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油,流量为38.4T/h,高位槽中液面比油池中液面高20m,管路总长(包括阀门及管件的当量长度)430m,进出口阻力不计.管径为φ108×4mm,若油在输送温度下的比重为0.96, 粘度为3430cp,求泵所需的实际功率,设泵的效率η=50%.

19.如图所示:水以一定流速自下向上流动,在U形压差计中测得读数h=100mm,二测压孔间距为1m,求:(1)流体由2-2截面流至1-1截面的能量损失h0为多少m水柱 (2)2-2与1-1截面间静压差ΔP为多少m水柱 (3)若流体作反向流动,则U形压差计读数h为多大 第19题附图

20.密度为1200kg.m0的盐水,以20m0.h0的流量流过内径为75mm的无缝钢管.两液面间的垂直距离为25m,钢管总长为120m,管件,阀

门等的局部阻力为钢管阻力的25%.试求泵的轴功率. 假设:(1)摩擦系数λ=0.03;(2)泵的效率η=0.6

21.如图3B57离心泵将20℃的水由敞口水池送到一压力为2.5at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,水的粘度为1厘泊,密度为1000kg.m3,管路摩擦系数可取为0.024,试计算并回答:(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; 第21题附图

22在用水测定离心泵性能的实验中,当流量为26m3/h时,泵出口处压强表和入口处真空表的读数分别为152kPa和24.7kPa,轴功率为2.45kW,转速为2900r/min.若真空表和压强表两测压口间的垂直距离为0.4m,泵的进,出口管径相同,两测压口间管路流动阻力可忽略不计.试计算该泵的效率,并列出该效率下泵的性能.

23.用某离心泵以40m3/h的流量将贮水池中65℃的热水输送到凉水塔顶,并经喷头喷出而落入凉水池中,以达到冷却的目的.已知水在进入喷头之前需要维持49kPa的表压强,喷头入口较贮水池水面高6 m.吸入管路和排出管路中压头损失分别为1 m和5m,管路中的动压头可以忽略不计.试选用合适的离心泵,并确定泵的安装高度.当地大气压按101.33kPa计.

24.常压贮槽内盛有石油产品,其密度为760 kg/ m3,粘度小于20cSt,在贮存条件下饱和蒸汽压为80kPa,现拟用65Y-60B型油泵将此油品以15m3/h的流量送往表压强为177kPa的设备内.贮槽液面恒定,设

备的油品入口比贮槽液面高5 m,吸入管路和排出管路的全部压头损失分别为1 m和4 m.试核算该泵是否合用.

若油泵位于贮槽液面以下1.2 m处,问此泵能否正常操作 当地大气压按101.33kPa计.

25.用两台离心泵从水池向高位槽送水,单台泵的特性曲线方程为 H=25-1×106Q2

管路特性曲线方程可近似表示为 He=10+1×105Qe2

两式中Q的单位为m3/s,H的单位为m.

试问两泵如何组合才能使输液量大 (输水过程为定态流动)

26.现采用一台三效单动往复泵,将敞口贮罐中密度为1250 kg/ m3的液体输送到表压强为1.28×106Pa的塔内,贮罐液面比塔入口低10m,管路系统的总压头损失为2m.已知泵的活塞直径为70mm,冲程为225mm,往复次数为200l/min,泵的总效率和容积效率分别为0.9和0.95.试求泵的实际流量,压头和轴功率.

27.用3B33A型离心泵从敞口水槽中将70℃的热水送到它处,槽内液位恒定.输水量为35~45m3/h.在最大流量下吸入管的压头损失为1m.液体在吸入管路的动压头不计.试确定泵的允许安装高度.(流量为35~45m3/h时泵的允许吸上真空高度为6.4~5.0m,70℃的热水的密度为977.8kg/m3,饱和蒸汽压为31.1kPa).

28.某厂准备用离心泵将20 C的清水以40m3/h的流量由敞口槽送至吸收塔的塔顶.已知塔内的表压强为1.0kgf/cm2,塔顶水入口距水池水

面的垂直距离为6m,吸入管和排出管的压头损失分别为1m,3m,管路内的动压头不计.当地大气压为760mmHg,水的密度为1000kg/m3.仓库中现有三台离心泵,其型号和性能参数如下所示,从中选一台比较合适的以作上述送水之用,并确定其安装高度. 型号 流量(m3/h) 扬程(m) 允许吸上真空高度(m) 3B57A 50 38 7.0 3B33 45 32 6.0 3B19 38 20 5.0

29.有一离心泵在流量为12m3/h时,压力表和真空表的读数分别为1.9at(表),140mmHg(真),轴功率为1.20kw.电机转数为2900转/分,真空表和压力表间的垂直距离为0.7m,出口和入口管径相等.求:离心泵的扬程H和效率η各为多少 (水的密度:1000kg/m3)

30.欲用离心泵将20 C的水以30m3/h的流量由水池打到敞口高位槽,两液面均保持不变,液面高差为18m,泵的吸入口在水池液面上方2m处.泵的吸入管路全部阻力为1mH2O柱,压出管路全部阻力为3mH2O柱,泵的效率为0.6,求泵的轴功率.

若已知泵的允许吸上真空高度为6m,问泵的安装高度是否合适 (动压头可忽略不计).水的密度可取1000kg/m3.

31.有一台离心泵,其性能表上注明允许的吸上真空高度Hs=5.4m.在使用中,其进口处真空表的读数已达500mmHg,试问操作是否正常 当地大气压为760mmHg.

32.拟用离心泵从敞口水池中输送20℃的清水,当地大气压为

760mmHg,泵允许吸上真空高度为5m.当泵的输水量为12m3/h,泵出口处压力表的读数为0.2Mpa,进口处真空表的读数为140mmHg,真空表和压力表间的垂直距离为0.7m,泵的轴功率为1.20kW,电机转速为2900转/分,泵进,出口管径相同,吸入管段最大的机械能损失为9.81J/kg(吸入口动压头不计).求:1)泵的最大安装高度为多少 2)泵扬程和效率各为多少 (水的密度=1000kg/m3)

33.欲用离心泵将20℃的水以30m3/h的流量由敞口水池打到敞口的高位槽中,两液面均保持不变,液面间高度差为18m,泵的吸入口在水池液面上方3.7m处.泵的吸入管路全部阻力为1mH2O,排除管路的全部阻力为3mH2O,泵的效率为60%,求:1)泵的轴功率;2)从泵的性能表中查得泵的允许吸上真空高度为5m,该泵能否正常操作 (动压头不计,当地大气压为700mmHg,水的密度为1000Kg/m3)

34.现有一台离心泵,铭牌上标出允许吸上真空度Hs=6m,用来输送20℃的清水,已知吸入管路的全部阻力损失为1.5 mH2O,当地大气压为10mH2O,若略去泵入口处的动压头.试计算此泵的允许安装高度Hg 为多少米

35.欲用离心泵将密度为1100kg/m3的液体(性质与水相近)以20m3/h的流量由贮槽打到高位槽.两槽均通大气.位差为23m.(设液面保持不变)管路全部压头损失为3m液柱,求泵的扬程和有效功率.今库房有下列型号的离心泵,选用哪台合适 型号 流量m3/h0 扬程 m 2B31 20 30.8

2B31A 20 25.2 3B33A 25 26.2 第35题附图

36.密度为2650 kg/ m3的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降,计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径.(ρ=1.2050/ m3,粘度为1.81×10-5 Pa・s)

37.在底面积为40 m2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒.气体的处理量为3600m3/h,固体的密度ρs=30000/ m3,操作条件下气体的密度ρ=1.060/ m3,粘度为2×10-5 Pa・s.试求理论上能完全除去的最小颗粒直径.

38.用一多层降尘室除去炉气中的矿尘.矿尘最小粒径为8μm,密度为40000/ m3.除尘室长4.1m,宽1.8 m,高4.2 m,气体温度为427℃,粘度为3.4×10-5 Pa・s,密度为0.50/ m3.若每小时的炉气量为2160标准m3,试确定降尘室内隔板的间距及层数.

39.已知含尘气体中尘粒的密度为23000/ m3,气体流量为1000 m3/h,粘度为3.6×10-5 Pa・s,密度为0.6740/ m3,采用如图3―8所示的标准型旋风分离器进行除尘.若分离器圆筒直径为0.4 m,试估算其临界粒径,分割粒径及压强降.

40.在实验室用一片过滤面积为0.1 m2的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行实验,滤叶内部真空度为500mmHg.过滤5min得滤液1L,又过滤5min得滤液0.6L.若再过滤5min,可再得滤液多少

41.以小型板框压滤机对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行实验,测得

数据列于本题附表中:

已知过滤面积为0.093 m2,试求:(1)过滤压强差为103.0k Pa时的过滤常数K,qe及θe;(2)滤饼的压缩性指数s;(3)若滤布阻力不变,试写出此滤浆在过滤压强差为196.2k Pa时的过滤方程式. 过滤压差△P(kPa) 过滤时间θ(S) 滤液体积V(m3) 103.0 50 2.27×10-3 660 9.10×10-3 343.4 17.1 2.27×10-3 233 9.10×10-3

42.在实验室中用一个每边长0.162m的小型滤框对CaCO3颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验.料浆温度为19℃,其中CaCO3固体的质量分率为0.0723.测得每1 m3滤饼烘干后的质量为16020.在过滤压强差为275800Pa时所得的数据列于本题附表中. 过滤时间θ, s

1.8 4.2 7.5 11.2 15.4 20.5 26.7 33.4 41.0 48.8 57.7 67.2 77.3 88.7 滤液体积V, m3

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8

试求过滤介质的当量滤液体积Ve,滤饼的比阻r,滤饼的空隙率ε及滤饼颗粒的比表面积a.已知CaCO3颗粒的密度为29300/ m3,其形状可视为圆球.

43.用一台BMS50/810-25型板框压滤机过滤某悬浮液,悬浮液中固相质量分率为0.139,固相密度为22000/ m3,液相为水.每1 m3滤饼中含5000水,其余全为固相.已知操作条件下的过滤常数K=2.27×10-5 m2/s, qe= 3.45×10-3 m3 /m2.滤框尺寸为810 mm×810mm×25 mm,共38个框.试求:(1)过滤至滤框内全部充满滤渣所需的时间及所得的滤液体积;(2)过滤完毕用0.8 m3清水洗涤滤饼,求洗涤时间.洗水温度及表压与滤浆的相同.

44.用叶滤机处理某种悬浮液,先以等速过滤20min,得滤液2 m3.随即保持当时的压强差再过滤40 min,问共得滤液多少m3 若该叶滤机每次卸渣,重装等全部辅助操作共需20 min,求滤液日产量.滤布阻力可以忽略.

45.在3×105Pa的压强差下对钛白粉在水中的悬浮液进行过滤实验,测得过滤常数K=5×10-5 m2/s, qe=0.01 m3 /m2,又测得滤饼体积与滤液体积之比=0.08.现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机处理此料浆,过滤推动力及所用滤布也与实验用的相同.试求:(1)过滤至框内全部充满滤渣所需的时间;(2)过滤完毕以相当于滤液量1/10

的清水进行洗涤,求洗涤时间;(3)若每次卸渣,重装等全部辅助操作共需15min,求每台过滤机的生产能力(以每小时平均可得多少m3滤饼计).

46.某悬浮液中固相质量分率为9.3%,固相密度为3000kg/ m3,液相为水.在一小型压滤机中测得此悬浮液的物料特性常数=1.1×10-4m2(s・atm),滤饼的空隙率为40%.现采用一台GP5-1.75型转筒真空过滤机进行生产(此过滤机的转鼓直径为1.75m,长度为0.98m,过滤面积为5 m2,浸没角度为120°),转速为0.5r/min,操作真空度为80.0kPa.已知滤饼不可压缩,过滤介质阻力可以忽略.试求此过滤机的生产能力及滤饼厚度.

47.有一小型板框过滤机,过滤面积为0.1m2,用于恒压过滤某种悬浮液.得出下列过滤方程:

(q+10)2=250(θ+0.4) 式中q:升/m2,θ:min

试求:1)经过249.6min获得的滤液量是多少升 2)若表压强增加一倍,且滤饼不可压缩,经249.6min所获得的滤液量是多少升

48.有一台型号为BMY10的板框过滤机,过滤面积为10m2,过滤操作压差为2.5at(表压),共过滤15min得滤液2.5m3(滤饼不可压缩,介质阻力不计).试问:1)若该机的生产能力为4m3/h,计算洗涤,卸料等时间共为多少 2)若操作压差改为1.5at(表压),过滤时间和其它时间不变,则生产能力为多少

49.在一板框过滤机上恒压过滤某悬浮液.在1atm表压下20min时在每1m2的过滤面积上获得0.197m3的滤液,再过滤20min,又获得

0.09m3的滤液.试求过滤1小时可获得多少滤液.

50.某板框过滤机的过滤面积为0.4m2,在恒压下过滤某悬浮液,4小时后共获得0.8m3滤液,过滤介质阻力不计.试求:1)若其它条件不变,而过滤面积加倍,可得多少滤液 2)若其它条件不变,过滤时间为2小时,可得多少滤液

51.表面光滑的球形颗粒在连续介质中作重力自由沉降.颗粒直径为dp,密度为ρs.介质的密度为ρ,粘度为μ.假定沉降在stohes区(ζ=24/Ret),试推导自由沉降的沉降速度计算式.

52.在底面积为40m2的降尘室内回收含尘气体中的球行固体颗粒.含尘气体的流量为3600m3/h(操作条件下体积),气体密度为1.06Kg/m3,粘度μ=2×10-5Pa.s,含尘气体中颗粒密度为3000Kg/m3.试计算理论上能完全出去的最小颗粒直径.

53.一除尘室高4m,长8m,宽6m,用于除去炉气中灰尘,灰尘的密度为3000Kg/m3,炉气的密度为0.5Kg/m3,炉气的粘度为3.5×10-5Pa.s.要求将15μm的尘粒完全除去,则降尘室的处理能力为多少m3/h 若要求将生产能力提高一倍,应采取什么措施

.某板框过滤机的过滤面积为0.4m2,在恒压下过滤某悬浮液4小时得滤液80m3,过滤介质阻力不计.试求:1)若在原压力下过滤4小时后用5m3水洗涤滤饼,需多长得洗涤时间(滤液与水的性质相同) 2)若其它条件不变,将过滤面积增加一倍,过滤4小时所得滤液量为多少 55.用板框过滤机恒压过滤钛白(TiO2)水悬浮液.过滤机尺寸:滤框的边长810mm(正方形),每个框厚42mm,共10框.现测得:过滤10min

得滤液1.31m3,再过滤10min共得滤液1.905m3.已知滤饼与所得滤液体积之比为0.1.试计算:1)将滤框完全充满滤饼所需的过滤时间;2)若洗涤时间和辅助时间共45min,过滤至框完全充满滤饼时该装置的生产能力为多少m3(滤液)/h

56.用一台BMS50/810-25型板框压滤机过滤某悬浮液,悬浮液中固相质量分率为0.139,固相密度为22000/m3,液相为水.每1m3滤饼中含5000水,其余全为固相.已知操作条件下的过滤常数K=2.27×10-5m2/s,qe=

3.45×10-3m3

/m2.滤框尺寸为

810mm×810mm×25mm,共38个框.试求:(1)过滤至滤框内全部充满滤渣所需的时间及所得的滤液体积;(2)过滤完毕用0.8 m3清水洗涤滤饼,求洗涤时间.洗水温度及表压与滤浆的相同.

57.有一降尘室,长,宽,高分别为11×6×4m,沿沉降室高度的中间加一层隔板.现需使用此降尘室处理常压下的烟气.已知烟气处理量为12500标准m3/h,烟气的温度为150℃,密度为0.85kg/m3,粘度为2.5×10-5Pa.s.问此降尘室能否沉降密度为1600kg3/m,直径为35μm以上的尘粒

58.平壁炉的炉壁由三种材料组成,其厚度和导热系数列于本题附表中. 习题1附表 序号 材料 厚度b(mm)

导热系数(W/(m・℃)) 1(内层) 2 3 耐火砖 绝缘砖 钢 200 100 6 1.07 0.14 45

若耐火砖层内表面的温度t1为1150℃,钢板外表面温度t4为30℃,又测得通过炉壁的热损失为300W/ m2,试计算:1)导热的热通量;2)绝热砖和钢板的界面温度t的理论值.若计算结果与实测的热损失不符,试分析原因和计算附加热阻.

59.燃烧炉的内层为460mm厚的耐火砖,外层为230mm厚的绝缘砖.若炉的内表面温度t1为1400℃,外表面温度t3为100℃.试求导热的热通量及两砖间的界面温度.设两层砖接触良好,已知耐火砖的导热系数为1=0.9+0.0007t,绝缘砖的导热系数为2=0.3+0.0003t.两式中t可分别取为各层材料的平均温度,单位为℃,单位为W/(m・℃).

60.直径为Ф60×3mm的钢管用厚的软木包扎,其外又用100mm厚的保温灰包扎,以作为绝热层.现测得钢管外壁面温度为-110℃,绝热层外表面温度10℃.已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07 W/(m・℃),试求每米管长的冷量损失量.

61.在并流换热器中,用水冷却油.水的进,出口温度分别为15℃和40℃,油的进,出口温度分别为150℃和100℃.现因生产任务要求油的出口温度降至80℃,假设油和水的流量,进口温度及物性均不变,若原换热器的管长为1m,试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求.设换热器的热损失可忽略.

62.重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动,两种油的初温分别为243℃和128℃;终温分别为167℃和157℃.若维持两种油的流量和初温不变,而将两流体改为逆流,试求此时流体的平均温度差及它们的终温.假设在两种流动情况下,流体的物性和总传热系数均不变化,换热器的热损失可以忽略.

63.在逆流换热器中,用初温为20℃的水将1.25kg/s的液体(比热容为1.9kJ/kg・℃,密度为850kg/ m3),由80℃冷却到30℃.换热器的列管直径为Ф25×2.5mm,水走管方.水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85kW/(m2・℃)和1.70k W/(m2・℃),污垢热阻可忽略.若水的出口温度不能高于50℃,试求换热器的传热面积.

.在列管式换热器中用冷水冷却油.水在直径为Ф19×2mm的列管内流动.已知管内水侧对流传热系数为3490 W/(m2・℃),管外油侧对流传热系数为258W/(m2・℃).换热器在使用一段时间后,管壁两侧均有

污垢形成,水侧污垢热阻为0.00026m2・℃/W,油侧污垢热阻为0.000176m2・℃/W.管壁导热系数为45W/(m・℃),试求:(1)基于管外表面积的总传热系数;(2)产生污垢后热阻增加的百分数.

65.在一传热面积为50 m2的单程列管换热器中,用水冷却某种溶液.两流体呈逆流流动.冷水的流量为33000kg/h,温度油20℃升至38℃.溶液的温度由110℃降至60℃.若换热器清洗后,在两流体的流量和进口温度不变的情况下,冷水出口温度增到45℃.试估算换热器清洗前传热面两侧的总污垢热阻.假设:(1)两种情况下,流体物性可视为不变,水的平均比热容可取为4.187kJ/(kg・℃);(2)可按平壁处理,两种工况下0i和0o分别相同;(3)忽略管壁热阻和热损失.

65.在一单程列管换热器中,用饱和蒸汽加热原料油.温度为160℃的饱和蒸汽在壳程冷凝(排出时为饱和液体),原料油在管程流动,并由20℃加热到106℃.列管换热器尺寸为:列管直径为Ф19×2mm,管长为4m,共有25根管子.若换热器的传热量为125kW,蒸汽冷凝传热系数为7000 W/(m2・℃),油侧污垢热阻可取为0.0005m2・℃/W,管壁热阻和蒸汽侧垢层热阻可忽略,试求管内油侧对流传热系数.

又若油的流速增加一倍,此时若换热器的总传热系数为原来总传热系数的1.75倍,试求油的出口温度.假设油的物性不变.

66.在套管换热器中,一定流量的水在内管内流动,温度从25℃升高到75℃,并测得内管水侧的对流传热系数为2000W/(m2・℃).若相同体积流量的油品通过该换热器的内管而被加热,试求此时内管内油侧对流传热系数.假设两种情况下流体呈湍流流动.已知定性温度下流体物

性如下:

,kg/ m3 ,Pa・s cp,kJ/(kg・℃) ,W/(m・℃) 水 1000 0.×10-3 4.17 0.65 油品 810 5.1×10-3 2.01 0.15

67.一定流量的空气在蒸汽加热器中从20℃加热到80℃.空气在换热器的管内呈湍流流动.绝压为180kPa的饱和水蒸气在管外冷凝.现因生产要求空气流量增加20%,而空气的进,出口温度不变.试问应采取什么措施才能完成任务.作出定量计算.假设管壁和污垢热阻均可忽略. 68.流量为720kg/h的常压饱和水蒸气在直立的列管换热器的列管外冷凝.换热器内列管直径为Ф25×2.5 mm,长为2m.列管外壁面温度为94℃.试按冷凝要求估算换热器的管数(设管内侧传热可满足要求).换热器热损失可忽略.

69.实验测定列管换热器的总传热系数时,水在换热器的列管内作湍流流动,管外为饱和水蒸气冷凝.列管由直径为Ф25×2.5 mm的钢管组成.当水的流速为1m/s时,测得基于管外表面积的总传热系数Ko为2115W/(m2・℃);若其它条件不变,而水的速度变为1.5m/s时,测得Ko为2660W/(m2・℃).试求蒸汽冷凝传热系数.假设污垢热阻可忽略. 70.两平行的大平板,放置在空气中相距为5mm,一平板的黑度为0.1,温度为350K,另一平板的黑度为0.05,温度为300K.若将第一板加涂层,使其黑度变为0.025,试计算由此引起的传热量变化的百分率.假设两板间对流传热可以忽略.

71.在管道中心装有热电偶以测量管内空气的温度.由于气体真实温

度t1与管壁温度tw不相同,故测温元件与管壁间的辐射传热而引起测量误差.试推导出计算测温误差(t1―t1*)的关系式.式中t1*为测量值.并说明降低测温误差的方法.假设热电偶的黑度为,空气与热电偶间的对流传热系数为0.

72.某厂有一单壳程列管换热器,列管规格为φ25×2.5mm,管长为6m,管数为501根,管程走热流体,流量为50000kg/h,平均比热为3.04KJ/kg. C,进口温度为500 C;壳程走冷流体,流量为40000kg/h,平均比热为3.14KJ/kg. C,进口温度为30 C.试求:1)逆流操作时,测得热流体的出口温度为200 C,总传热系数K0为多少W/m2. C;2)如采用并流操作,热流体的出口温度有无可能降为200 C 计算说明为什么 73.用传热面积为3m2由Φ25×2.5mm的钢管组成的单程逆流列管换热器,用初温为10 C的水将机油从200 C冷却到100 C,水走管程,油走管间.已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h,1200kg/h,其比热分别为4.184KJ/kg. C和2.0KJ/kg. C;水侧和油侧的对流传热 系数分别为2000w/m2. C和250w/m2. C.两流体呈湍流流动,忽略管壁和污垢热阻.试问:1)计算说明该换热器是否合用 2)夏天当地水的初温达到30 C,而油的流量和冷却程度不变时,该换热器是否合用 如何解决 (假设物性及传热系数不变)

74.某厂只能用120 C饱和水蒸汽,通过Φ25×2.5mm,长为3m的单管程列管式换热器,将列管内的17.2m3/h的水溶液从20 C加热到75 C,冷凝水于饱和温度下排出.已知管侧水溶液的对流传热系数αi=2500W/m2. C,壳侧蒸汽的α0=10000W/m2. C,溶液在管内呈湍流,

试问换热器的管数为若干 水溶液的密度ρ=1050kg/m3,比热为4.17KJ/kg. C.热损失及管壁,垢层热阻不计.检修时发现该换热器有三根管子已坏,拟将坏管堵塞再继续使用,试问此方案是否可行 (通过计算或推导说明).

75.有一列管式换热器,由Φ25×2.5mm长为2m的26根钢管组成.用120 C饱和水蒸汽加热某冷液体,该液体走管程,进口温度为25 C,比热为1.76KJ/kg. C,流量为18600kg/h.管外蒸汽的冷凝传热系数为1.1×104W/m2. C,管内对流传热热阻为管外蒸汽冷凝传热热阻的6倍.求冷液体的出口温度.(设换热器的热损失不计,管壁和两侧垢阻可以忽略不计)

76.在一传热面积为30m2的列管换热器中,用120℃的水蒸汽冷凝将某气体从30℃加热到80℃,气体走管内,流量为5000m3/h,密度为1Kg/m3,比热为1KJ/Kg.K.试估算该换热器的传热总系数K= 若气体流量减小50%,加热蒸汽温度及气体进口温度不变,气体的出口温度为多少 (流量减小后仍处于湍流区)(K≈αi)

77.用一传热面积为3m2的由Φ25×2.5mm钢管组成的单程列管换热器将机油从200℃冷却到100℃,冷却水的进口温度为10℃,水走管内,油走管外,两流体呈逆流流动.已知油和水的质量流量分别为1200Kg/h,1000Kg/h,比热分别为2KJ/Kg. ℃,4.184KJ/Kg. ℃,油侧和水侧的对流传热系数分别为250W/m2. ℃,2000W/m2. ℃,管壁热阻及垢阻不计.试求:1)算说明该换热器是否合用;2)夏天当水的进口温度升高到30℃,而油的流量及冷却程度不变时,该换热器是否合用 如

何解决

78.某列管换热器用109.2℃的饱和水蒸气加热管内的空气,使它由20℃升温至80℃,现空气的流量增加一倍,问在传热面积和空气的进,出口温度不变的情况下,加热蒸汽的温度应改为多少 (管壁热阻和污垢热阻不计,K0按平壁计算)

79.采用传热面积为4.48m2的单程管壳式换热器,进行溶剂苯和某水溶液的换热.苯的流量为3600kg/h,比热为1.88kJ/kg. ℃,温度从80℃冷却到30℃,水溶液由20℃加热至30℃.忽略热损失.试求:

1)传热系数K;2)因前工段的生产情况有变动,水溶液进口温度降到10℃,但由于工艺条件的需要,水溶液出口温度不能低于30℃.若两流体的流量不变及苯的进口温度不变,原换热器是否能保证水溶液的出口温度不低于30℃ (两种情况下两流体的物性常数可视为不变) 80.在一传热面积为30m2的列管换热器中,用120℃的饱和水蒸汽恰好将某工艺气体从30℃加热到80℃,工艺气体走管程,流量为5000m3/h,密度为1Kg/m3(均以入口状态计),比热为1KJ/Kg.℃,估算此换热器的总传热系数.若将工艺气体的流量减少50%,而进口温度及加热蒸汽温度不变,估算工艺气体的出口温度.

81.某厂一单管程单壳程列管换热器, 列管规格为φ25×2.5mm,管长6m,管数501 根,管程走热气体,流量为5000kg/h,平均比热3.04kJ/kg.K,进口温度500℃;壳程走冷气体,流量为4000 kg/h,平均比热3.14kJ/kg.K,进口温度30℃.逆流操作时,测得热气体的出口温度为200℃,求总传热系数K为多少

82.某车间有一台换热面积(以外表面积计)为2.5m2的单程列管换热器.用180℃的热废气预热轻油, 轻油走管外,其流量为200kg/h比热为2kJ/kg.K,温度由30℃升至80℃.轻油与热气体作逆流流动.热废气出口温度为70℃.求:换热器的热负荷和传热系数.

83. 采用传热面积为4.48m2单程管壳式换热器,进行溶剂和某水溶液间的换热.流量为3600kg/h,比热为1.88kJ/kg.K的苯,80℃冷却至30℃, 水溶液由20℃被加热到30℃.忽略热损失.试求:传热系数K 四川理工学院 材料与化学工程系 化学工程教研室

结合水的作用

大家知道，生物大分子具有一定的空间构象，它们的许多功能都与构象的相互转化有关。结合水是稳定大分子结构的必要因素。现已证明，脱氧核糖核酸的双股螺旋，胶原蛋白的三股螺旋，胰岛素、红氧还素等蛋白质晶体结构的形成，蛋白质分子A向B折叠的转化，类脂双分子膜的稳定等等，无一不和结合水的存在有关。

在生物体系中，质子的传递对能量的转换起着十分重要的作用。而结合水所形成的有序水的网络，为这种质子传递提供了必要的结构基础。

钠离子和钾离子的主动转移是重要的生命现象。主动转移是指细胞内外的离子或溶质的一种抗电化学梯度的反常运动，通常用“膜泵”理论给以解释。近年来，也有人从细胞内有序结构水对离子的排斥作用来讨论这一问题，并为实验所证实。

结合水对某些生物体系的代谢具有决定性的影响。美国科学家克列格最近完成了一个很有说服力的实验。他在一种小海虾上发现，随着水合程度的不同，可出现无代谢、性代谢、正常代谢三个阶段，并证明了不同的代谢状态与结合水密切相关。

结合水在肌肉收缩中的作用是圣乔治在1972年提出的。他认为肌肉收缩是收缩蛋白(肌球蛋白)周围水结构的形成与破坏的过程。其后不少实验都证实，在肌肉收缩过程中，水的状态确实发生着变化。 老年医学与癌症是目前医学界最为关心的问题。人们对水状态的研究也对此做出了有益的贡献。70年代初报道，一些肿癌组织中结合水量减少，水状态与正常组织不同。显然这方面的研究不但与探讨肿瘤发生的机理有关，而且对其早期诊断亦可提供有意义的信息。老年医学中关于衰老机制有着多种不同的解释。蛋白质分子交叉结合产生冰结区，从而抑制代谢的观点，就是其中的一种。它与细胞内水的状态不无联系。而衰老过程中组织可塑性的衰减可能与蛋白质大分子结合水的能力有关。

低温生物学的研究有着重要的理论和实际意义。在深低温条件下，细胞内结合水状态的改变，对生物活性的恢复能力有着直接的影响。 从以上的叙述不难看出，生物体系中结合水对于生命活动是十分重要

的。它不但对于阐明生命本质具有理论价值，而且可能对医学实践有所贡献。此外，其研究成果还有可能广泛应用于食品加工、纺织、制革、冷冻、包藏等工业生产中。可以预料，人们对于生命体系内水所进行的深入研究，必将结出丰硕的果实。

激光和水的结合--水刀激光切割技术

水刀引导式激光器是激光器技术和水流技术的混合技术。在这个独一无二的激光切割工艺中，一个纤幼线状水刀被用作光波导，以使高功率激光射在工件上。与传统激光切割工艺相比，这种方法的主要优势在于：（1）平行的侧壁；（2）工件的低热量输入，归功于工件在激光脉冲之间的冷却恰好发生在它之前被加热的位置；（3）熔融金属及时排出，归功于水刀的高动量。相比与锯切，这种技术切割金属可以达到无毛刺效果，施加在工件上的机械压力也小得多。 水刀引导激光切割系统的图示见图1，其中使用的水刀是5至50兆帕的纯去离子水和过滤水。喷嘴是由蓝宝石或钻石制成，以确保能够产生长而稳定的水刀。激光束，通过光纤由激光器传出，被校准，经过扩束器，然后集中穿过一个石英窗口，进入喷嘴。耦合单元和平常的光纤耦合单元类似，只除了喷嘴里的光亮度分布是平顶的，而且没有高斯分布。当激光进入水刀中，光在空气和水的接口处发生完全内反。

在切割过程中，工件被固定在一个CNC工作台上，在水刀引导

的激光束下朝着一个方向移动。光头沿着与之垂直的方向移动，只有在为了适应不同水压下的不同喷嘴尺寸的各种工作距离时，才有必要变动工作台和工件之间的距离。在切割过程中不会变动。

五年多以来，这一工具已经在很多加工方面得到应用。在这期间，与传统激光切割技术相比，LMJ水刀引导激光器在工业应用方面显示出各种各样的优势。

通常，LMJ技术使用固体Nd:YAG红外激光器（10nm,50-200W）。红外水刀引导激光器应用在硅、陶瓷和硬金属、立方氮化硼、锰锌系磁芯以及金属薄膜上有很高的效率。使用这一类型的激光器可获得优于磨锯方法8倍的切割速度。LMJ系统在诸如GaAs、GaN以及铜这样的脆而难以机械加工的材料上具有很高的效率。

这些材料对于去离子水的接触不敏感。所有的半导体产品都是通过平版印刷以及湿蚀刻加工生产的，并且经常和去离子水以及含水的方法接触。所以在这些材料的切割过程中，水的参与是完全可以的。 因为绿光（532nm）的吸收系数比红外光稍少，我们做了一个试验，用200W的绿光激光器，看看在获得和红外激光器相同的切割质量的情况下是否能够得到更快的速度。结果是正面的，200W的绿光激光器完全可以轻易得到更高的速度，特别在半导体工业，水刀激光器技术的优势能够转化为无碎片、无毛刺以及无破损角，甚至像75微米的芯片那么薄也没问题。

迄今为止，这项技术仅仅使用了红外和绿光激光器。从而材料适

用的范围在对这些波长有充足吸收率的材料中。所以，切割透明材料（玻璃、钻石、蓝宝石、透明聚合物）是很难的，甚至是不可能的。紫外光在透明材料中有更好的吸收率，所以一个适用紫外激光的设想在微喷射技术领域被提出。

一个适用于紫外波长的装置已经建立,它使用了石英和CaF2透镜。

这一理论显示可用波长被在吸收率比水低的范围内，也就是说吸收率要低于1/cm。紫外光被包含在这一窗口中，但是到目前为止还没有做高强度的实验。

Microjet设备是可以组合的。激光源通过一根光纤和切割头相连。为了避免损害光纤，直径50微米的水刀使用直径100微米的纤芯。紫外激光的引入应该会带来新的切割应用的领域，比如透明材料，同时也会出现更小的水刀直径。

一个红外多模激光器需要水刀有非常小的喷嘴。因为聚焦扩展激光束进入水刀的必要尺寸，这种需求很难达到。

其它新的加工能力，比如切割或雕刻透明材料，诸如聚合物、玻璃、钻石以及蓝宝石是非常有前景的应用。比如，紫外激光可以为半导体工业切割硅芯片，由一层玻璃或钻石覆层，这种材料常被用来生产快速光电组件。在电子工业中也同样具有前景，因为PCB中玻璃和Kevlar光纤的存在，尤其是富有弹性的，很难使用标准微喷射切割方法来达成。