化学工程基础课堂练习VIP免费

1课堂练习11、粘度为1.2×10-3Pa·s，密度为1100kg·m-3的某溶液，在一个外管为57mm×3.5mm，内管为25mm×2.5mm所套装而成的环形通道中流动，其质量流量为9.9×103kg·h-1，试判断溶液在环形导管中的流动型态。解：已知:D=0.057-2×0.0035=0.05m,=1.2×10-3Pa·s,=1100kg·m-3,qm=9.9×103kg·h-1,d=0.025m,则当量直径de=D-d=0.025m体积流量qV===9.0m3·h-1u===1.70m·s-1Re===3.9×104>4000呈湍流。2、温度为20℃的水（密度为1000kg·m-3，粘度为1.0×10-3Pa·s）流过长10.0m，内径10.0mm的导管。已知管中心水的流速为umax=0.09m·s-1，试求：水通过上述导管引起的压降。解：按umax计算雷诺数：(Re)max===900<2000因此流型肯定为层流，且已知平均流速u=0.5umax=0.5×0.09=0.045m·s-1=hf===0.144J·kg-1水流过的压降为p=0.1441000=144Pa。3、用离心泵从井中抽水送至水塔中（如图），水塔通大气，井和塔的液面均维持不变。已知抽水量为60m3·h-1，输水管道内径为125mm，管路总长加上弯管、阀门、进出口等局部阻力的当量长度总共为200m，水的密度为1000kg·m-3，粘度为1.005×10-3Pa·s。(1)求泵所需的扬程；(2)如泵的效率为70%，则泵的轴功率为多少？（注：取=0.184Re-0.2）解：(1)分别取井中水面与水塔液面为1—1和2—2截面，在其间列伯努利方程：2++Z1+He=++Z2+Hfu1=u2=0p1=p2=0Z2-Z1=40m体积流量为qV时，水在管中的流速和雷诺数分别为u===1.36m·s-1Re===1.69×105故摩擦系数为=0.184Re-0.2=0.184×(1.69×105)-0.2=1.66×10-2所以Hf==1.66×10-2××=2.5m则泵所需的扬程He=Hf+40=2.5+40=42.5m(2)泵的轴功率N===9.93×103W。4、某油槽供油系统的油温维持在50℃，油的密度为890kg·m-3，粘度为0.187Pa·s，油槽液面和出油口通大气，油槽液面至出油口垂直距离为6.83m，管路总长200m。油在管路内作定态流动，流速为1.2m·s-1。若忽略局部阻力，求所用输油管的管径。选取油槽液面为1—1截面，出油口为2—2截面，并以2—2截面为基准面。在1—1与2—2截面间列伯努利方程：gZ1++=gZ2+++式中：p1=0(表压)，p2=0(表压)，Z1=0，Z2=6.83m，u1=0，u2=1.2m·s-1，则Z1=(1+)设流型为层流，则由上式可得：6.83=[1+]解得：d=0.156m验算：Re===891891<2000所以确属层流，假设正确。课堂练习21、某冷库平壁面由厚度1=0.013m的松木内层（1=0.093W·m‐1·K‐1）、厚度2=0.1m3的软木中间层（2=0.046W·m‐1·K‐1）和厚度3=0.076m的混凝土外层（3=1.4W·m‐1·K‐1）所组成。冷库内壁面温度为255K，混凝土外壁面温度为297K。各层接触良好。试计算定态传热时，每平方米冷库平壁面上的热损失和松木内层与软木中间层交界面的（T2）。（1）解：取A=1m2计算，则：q=A===≈-17.7W·m-2q为负值，表明热量从冷库壁外表面传入。（2）定态传热时，各层相等，则：q1=q=111T即：-17.7=093.0013.02552T解得：T2257K。2、在1m长并流操作的套管式换热器中,用水冷却油。水的进口和出口温度分别为20℃和40℃;油的进口和出口温度分别为150℃和110℃。现要求油的出口温度降至90℃,油和水的进口温度、流量和物性均维持不变。若新设计的换热器保持管径不变管长应增至多长方可满足要求?解：(1)原有换热器Tm()()ln150201104013070=97℃(亦即97K)qcTTmp()12=qcTTmp''''()21qcqcmpmp''=()()''TTTT2112=4020150110=0.5(2)新设计换热器:'=qcmp()15090=qcTmp'''()320qcqcmpmp''=T320150110'=0.5,则T3'=50℃4Tm'()()ln15020905013040=76.4℃(3)新设计换热器的管长原有换热器:=qcmp()150110=KATm=Kdl97新设计换热器:'=qcmp()15090=K'A''mT=Kdl''.764两式相比得:l'=6040977641.=1.9m。3、在逆流操作的列管式换热器中,用水冷却液态化学制剂。水的进口和出口温度分别为25℃和50℃;制剂比定压热容为1.9kJ·kg-1·K-1,密度为850kg·m-3,进口和出口温度分别为80℃和40℃。换热器的列管由φ25mm×2.5mm钢管组成。管程水一侧和壳程制剂一侧的传热膜系数分别为0.85kW·m-2·K-1和1.70kW·m-2·K-1。污...