思考题与习题

绪论

一、填空

1 同一台设备的设计可能有多种方案，通常要用（ ）来确定最终的方案。 2 单元操作中常用的五个基本概念包括（ ）、（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。 3 奶粉的生产主要包括（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、（ ）等单元操作。 二、简答

1 什么是单元操作？食品加工中常用的单元操作有哪些？ 2 “三传理论”是指什么？与单元操作有什么关系？ 3 如何理解单元操作中常用的五个基本概念？ 4 举例说明三传理论在实际工作中的应用。

5 简述食品工程原理在食品工业中的作用、地位。 三、计算

1 将5kg得蔗糖溶解在20kg的水中，试计算溶液的浓度，分别用质量分数、摩尔分数、摩尔浓度表示。已知20％蔗糖溶液的密度为1070kg/m3。

2 在含盐黄油生产过程中，将60%(质量分数)的食盐溶液添加到黄油中。最终产品的水分含量为15.8%，含盐量1.4%，试计算原料黄油中含水量。

3 将固形物含量为7.08%的鲜橘汁引入真空蒸发器进行浓缩，得固形物含量为58%得浓橘汁。若鲜橘汁进料流量为1000kg/h，计算生产浓橘汁和蒸出水的量。

4 在空气预热器中用蒸气将流量1000kg/h，30℃的空气预热至66℃，所用加热蒸气温度143.4℃，离开预热器的温度为138.8℃。求蒸气消耗量。 5 在碳酸饮料的生产过程中，已知在0℃和1atm下，1体积的水可以溶解3体积的二氧化碳。试计算该饮料中CO2的(1)质量分数；(2)摩尔分数。忽略CO2和水以外的任何组分。 6 采用发酵罐连续发酵生产酵母。20m3发酵灌内发酵液流体发酵时间为16h。初始接种物中含有1.2%的酵母细胞，将其稀释成2%菌悬液接种到发酵灌中。在发酵罐内，酵母以每2.9h增长一倍的生长速度稳定增长。从发酵罐中流出的发酵液进入连续离心分离器中，生产出来的酵母悬浮液含有7%的酵母，占发酵液中总酵母的97%。试计算从离心机中分离出来的酵母悬浮液的流量F以及残留发酵液的流量W(假设发酵液的密度为1000kg/m3)。

第一章 流体流动

一、名词解释 1 流体的黏性 2 牛顿流体

3 流体的稳定流动 4 层流边界层 二、填空

1 通常把( )流体称为理想流体。

1

2 牛顿黏性定律表明，两流体层之间单位面积的( )与垂直于流动方向的( )成正比。 3 流体在管道中的流动状态可分为( )和( )两种类型。

4 在过渡区内，流体流动类型不稳定，可能是( )，也可能是( )，两者交替出现，与( )情况有关。

5 流体的流动状态可用( )数来判断。当其>( )时为( )；<( )时为( )。 6 流体在管道中的流动阻力可分为( )和( )两类。 7 当流体在圆管内流动时，管中心流速最大，滞流时的平均速度与管中心的最大流速的关系为( )。

8 根据雷诺数的不同，摩擦系数-雷诺数图可以分为( )、( )、( )和( )四个区域。 9 管路系统主要由( )，( )和( )等组成。 10 局部阻力有( )和( )两种计算方法。 三、选择

1 液体的黏性随温度升高而( )，气体的黏性随温度升高而( )。

A. 升高，降低； B. 升高，升高； C. 降低，升高 2 砂糖溶液的黏度随温度升高而( )。

A. 增大； B. 减小； C. 不变 3 层流时流体在圆管内的速度分布规律为( )形式。

A. 二次曲线； B. 直线； C. 指数 四、简答

1 推导理想流体的柏努利方程。

2 举例说明理想流体柏努利方程中三种能量的转换关系。 3 简述流体流动状态的判断方法及影响因素。 4 如何用实验方法判断流体的流型？

5 说明管壁的粗糙度对流体流动阻力的影响。 五、计算

1 某真空浓缩器上真空表的读数为15.5×103 Pa，设备安装地的大气压强为90.8×103 Pa，试求真空浓缩器内的绝对压强。

2 一敞口储槽内贮存有椰子油，其密度为910kg/m3，已知：Z1=0.6m，Z2=1.8m；槽侧壁安装的测压管上段液体是水，测压管开口通大气。求槽内油面的位置高度h 。

z2 h

z1

习题2附图

3 某设备进、出口的表压强分别为－13 kPa和160 kPa，当地大气压为101.3 kPa，求该设备进、出口的压强差。

4 用一串联U形管压差计测量水蒸气锅炉水面上的蒸气压pv , U形管压差计指示液均为水银，连接两U形管压差计的倒U形管内充满水，已知从右至左四个水银面与基准水平面的

2

垂直距离分别为h1=2.2m、h2=1m、h3=2.3m、h4=1.3m。锅炉水面与基准水平面的垂直距离为h5=3m。求水蒸气锅炉水面上方的蒸气压pv。

水

pv 汞

h5

h3 h1 h4 h2

习题4附图 5 试管内盛有10cm高的水银，再于其上加入6cm高的水。水银密度为13560 kg/m3，温度

为20℃，当地大气压为101kPa。求试管底部的压强。

6 在压缩空气输送管道的水平段装设一水封设备如图，其垂直细支管（水封管）用以排除输送管道内的少量积水。已知压缩空气压强为50 kPa（表压）。试确定水封管至少应插入水面下的最小深度h。 pa 压缩空气 h

8.6 m p ′ 水 pa p h 0.6 m

习题7附图 习题 6 附图

7 贮油槽中盛有密度为960㎏/m3的食用油，油面高于槽底9.6 m，油面上方通大气，槽侧壁下部开有一个直径为500 mm的圆孔盖，其中心离槽底600 mm 。求作用于孔盖上的力。 8 如本题图所示,用套管式热交换器加热通过内管的果汁，已知内管为Φ33.5mm×3.25mm，外管为Φ6mm×3.5mm的焊接钢管。果汁密度为1060㎏/m3，流量为6000㎏/h；加热媒质为115℃的饱和水蒸气在外环隙间流动，其密度为0.9635㎏/m3，流量为120㎏/h 。求果汁和饱和水蒸气的平均流速。

果汁 饱和水蒸汽

习题 8 附图

9 水流经一文丘里管如本题图示，截面1处的管内径为0.1 m，流速为0.5 m/s，其压强所产生的水柱高为1m；截面2处的管内径为0.05 m。忽略水由1截面到2截面流动过程的能量

3

损失，求1、2两截面产生的水柱高差h为多少米？

h 1m 水 1 2

习题 9 附图

10 某植物油流过一水平渐缩管段，管大头内径为20mm，小头内径为12mm，现测得这两截面间的压强差为1000Pa，该植物油的密度为950kg/m3，不计流动损失。求每小时油的质量流量。

11 从高位槽向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为大气压。要求料液在管内以1.5 m/s的速度流动。设料液在管内压头损失为2.2 m (不包括出口压头损失)。高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米？

h u2 u1

2 1

习题10附图 习题11附图

12 20℃下水在50 mm 内径的直管中以3.6 m/s的流速流动，试判断其流动类型。 13 37℃下血液的运动黏度是水的5倍。现欲用水在内径为1 cm的管道中模拟血液在内径为5mm的血管中以15cm/s流动过程的血流动力学情况，实验水流速度应取为多少？

14 果汁在内径为d1的管路中作稳定流动，平均流速为u1，若将管径增加一倍，体积流量和其他条件均不变，求平均流速为原来的多少倍？

15 如本题图示，将离心泵安装在高于井内水面5米的地面上，输水量为50m3/h ,吸水管采用Φ114×4㎜的电焊钢管，包括管路入口阻力在内的吸水管路上总能量损失为∑hf = 5 J/kg,当地大气压强为1.0133×105 Pa 。求该泵吸入口处的真空度。 5 m 2 1 20m 2 1 30

习题16附习题15附图

习题17附图

16 用泵输送某植物油，管道水平安装，其内径等于10mm，流量为0.576 m3/h，油的粘度为50黏度0-3 Pa?s，密度为950kg/m3。试求从管道一端至相距30米的另一端之间的压力降。 17 用离心泵将某水溶液由槽A输送至高位槽B ,两槽液面维持恒定并敞开通大气，其间垂

4

直距离为20 m 。已知溶液密度为1200 kg/m3 ，溶液输送量为每小时30 m3 ,管路系统各种流动阻力之和 ∑hf = 36 J/kg ,该泵的效率为0.65 。求泵的轴功率。 18 某饮料厂果汁在管中以层流流动，如果流量保持不变，问：（1）管长增加一倍；（2）管径增加一倍；（3）果汁温度升高使黏度变为原黏度1/2（设密度变化极小）。试通过计算说明三种情况下摩擦阻力的变化情况。

19 植物油在圆形直管内作滞流流动，若流量、管长、液体物性参数和流动类型均不变，只将管径减至原来的2/5，由流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍？ 20 用泵将密度为930 kg/ m3 、黏度为 4黏度mPa?s的某植物油送至贮槽，管路未装流量计，但已知A、B两处压力表的读数分别为 pA=1.2 MPa，pB=1.12 MPa，两点间的直管长度为25m，用管直径为Φ89×3.5mm的无缝钢管，其间还有3个90°的弯头。试估算该管路油的流量。 21 用一台轴功率为7.5kw的库存离心泵将溶液从贮槽送至表压为0.2×105Pa的密闭高位槽（见右图），溶液密度为1150kg/m3、黏度为1.2×10-3Pa·s。管子直径为Φ108×4 mm、直管长度为70 m、各种管件的当量长度之和为100 m (不包括进口和出口的阻力)，直管阻力系数为0.026。输送量为50m3/h,两槽液面恒定，其间垂直距离为20m。泵的效率为65%。。试从功率角度考虑核算该泵能否完成任务。

2 2

B

6m 1.6m 20 m A

1 1

习题21附图 习题20附图

习题23附图

22 一台效率为0.65的离心泵将果汁由开口贮槽输送至蒸发器进行浓缩。已知果汁密度为1030 kg/m3，黏度为1.2×10-3Pa·s，蒸发器液面上蒸发空间的真空表读数为50 kPa ,果汁输送量为16 m3/h。进蒸发器的水平管中心线高于开口贮槽液面20 m ，管直径为Φ57mm×3 mm的冷轧不锈钢管，不包括管路进、出口能量损失的直管及各管件当量长度之和为50m ,管壁绝对粗糙度为0.02mm ，当地大气压强为1×105Pa。求泵的轴功率PZ 。 23 高位水槽底部接有一长度为30m（包括局部阻力的当量长度）、内径为20mm的钢管，该管末端分接两个处于同一水平面的支管，支管直径与总管相同，各支管均装有一相同的球阀（ζ=6.4），因支管很短，除球阀的局部阻力外，其他阻力可以忽略。高位槽水位恒定，水面与支管出口的垂直距离为6m 。试求开一个阀门和同时开两个阀门管路系统的流量。

第二章 流体输送机械

一、名词解释 1 离心泵的气蚀现象 2 泵的工作点

5

3 离心泵的安装高度

4 离心泵的切割定律和比例定律 二、填空

1 产品样本上离心泵的性能曲线是在一定的( )下，输送( )时的性能曲线。 2 离心泵的实际工作压头和流量不仅与( )的特性曲线有关，还与( )的特性曲线有关。

3 离心泵压头的大小取决于( )、( )和( )。 4 离心泵的工作点由( )曲线和( )曲线共同决定。

5 为防止发生( )现象，泵的安装高度不能太高，可采取( )，( )等措施提高泵的安装高度。

6 管路系统主要由( )，( )和( )等组成。

7 泵的内部损失主要由( )，( )和( )引起。 三、选择

1 离心泵铭牌上标明的扬程是指( )。

A. 功率最大时的扬程 B. 最大流量时的扬程 C. 泵的最大扬程 D. 效率最高时的扬程

2 一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处的压力表也逐渐降低为零，此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是( )

A. 忘了灌水 B. 吸入管路堵塞 C. 压出管路堵塞 D. 吸入管路漏气 3 两台相同的泵串联工作时，其压头( )一台泵单独工作时的两倍。

A. > B. < C. =

4 正位移泵的流量与( )有关。

A. 泵的转速与结构 B. 管路阻力 C. 泵的压头 5 离心泵的压头、流量均与流体的( )无关。

A. 黏度 B黏度密度 C. 温度

6 液体的黏性随温度升高而( )，气体的黏性随温度升高而( )。

A. 升高，降低 B. 升高，升高 C. 降低，升高 7 余隙系数越大，压缩比越大，则容积系数( )。

A. 越小 B. 越大 C. 不变

8 正位移泵的压头与( )有关。

A. 泵的转速 B. 管路阻力 C. 流量 四、简答

1 离心泵发生气蚀现象的原因是什么？危害是什么？应如何防止？ 2 根据离心泵的特性曲线图说明用其出口阀门调节管路流量的原理。 3 简述实际流体柏努利方程的物理意义。 4 简述离心泵的结构和工作原理。

5 简述用旁路阀调节往复泵流量的原理。 五、计算

1 已知离心泵吸入管内径为100mm，吸入管路总压头损失为12u2/2g（u为吸管内水的流速，m/s），泵入口处真空表读数为45.33kPa。试求吸水管内的流量（m3/h）。已知水的密度为103m3/kg。

2 用泵将密度为1.15g/cm3的盐水，以0.0056m3/min的流量由一敞口大原料贮槽送敞口高位槽中，管道出口比原料贮槽的液面高23m，吸入管内径为90mm，泵出口管内径为52.5mm。假如管路系统的摩擦损失为53.8J/kg，泵的效率为70%，试计算泵的扬程和功率。

6

3 用泵将82.2℃的热水以0.379m3/min的流量从一出口贮槽中吸上来，泵的入口管为内径50.8mm，长6.1m的40号钢管，有三个弯头。水从泵中流出来后经过一长61m，内径50.8mm的带两个弯头的管段后再排到大气中，排出口比贮槽的液面高6.1m。（1）计算总摩擦损失；（2）计算泵所作的的功；3.泵的有效功率。

4 用泵降体积流量为0.5m3/h的水以0.1m/s的速度从10m下的加热罐中抽至水龙头处。假如罐的压力保持在600kPa的表压下，试求泵的能量。忽略管道阻力。

第三章 非均相物系的分离

一、名词解释 1 非均相物系 2 临界粒径 3 重力沉降 4 离心沉降 5 沉降速度 6 过滤速率 二、填空

1 滤饼过滤有（ ）和（ ）两种典型的操作方式。在实际操作中常用（ ）的操作方式。

2 沉降室应做成（ ）形或在室内设置（ ）。 3 沉降室的生产能力与（ ）和（ ）有关。 4 除尘系统可以由（ ）、（ ）和（ ）组成。

5 在除尘系统中，含尘气体可先在（ ）中除去较大尘粒，然后在（ ）中除去大部分尘粒。

6 过滤有( )和( )两种基本方式。

7 板框过滤机的工作过程主要有( )，( )和( )等。

8 滤饼过滤开始后会迅速发生( )现象。在滤饼过滤中，真正起过滤作用的是( )。 9 滤饼阻力的大小主要取决于(过滤介质)及其( )。 10 非均相物系的分离遵循（ ）的基本规律。 三、选择

1 在相同条件下,板框过滤机的洗涤速率为终了过滤速率的( )。 A.1/2；B.1/3；C.1/4

2 对于可压缩性滤饼,其压缩系数为( )。 A.s=0；B.s<1；C.s>1

3 过滤的推动力为( )。 A.浓度差；B.温度差；C.压力差

4 一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处的压力表逐渐上升，此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是( )。

A. 忘了灌水；B. 吸入管路堵塞；C. 压出管路堵塞；D. 吸入管路漏气 四、简答

1 简述旋风分离器的结构和设计原理。

2 简述影响重力沉降的因素(以斯托克斯区为例)。

3 设计一个含尘气体的分离系统，并简述各个设备的作用。

7

4 简述降尘室的结构和设计原理。

5 根据过滤基本方程，简述影响过滤的因素。 6 简述板框压滤机的工作过程。

7 设洗水的粘度和温度黏度液相同,试证明洗涤速率是最后过滤速率的1/4。 8 简述先恒速后恒压过滤的特点。 9 简述用试验法求过滤常数的方法。 五、计算

1试计算直径d90μm,密度ρs为3000kg/m3的固体颗粒分别在20℃的空气和水中的自由沉降速度。已知20℃时空气的密度为1.205kg/m3，黏度为1.81×10-5Pa?s，水的黏度为1.5×10-3Pa?s。 2某悬浮液中固相密度为2930kg/m3，其湿饼密度为1930kg/m3，悬浮液中固相颗粒的质量分率为25g/升水。该悬浮液于400mm汞柱的真空度下用小型转筒真空过滤机做试验，测得过滤常数K=5.15×10-6m2/s。现用一直径为1.75m，长0.98m的转筒真空过滤机生产。操作压力于试验相同，转速为1r/min，浸没角为125.5°，滤布阻力可忽略，滤饼不可压缩。试求此过滤机的生产能力和滤饼的厚度。

3已知含尘气体中尘粒的密度为2000kg/m3。气体温度为375K，黏度为0.6cP，密度为0.46kg/m3。现用一标准型旋风分离器分离其中的尘粒，分离器的尺寸为D=400mm，h=D/2，B=D/4。含尘气体在进入排气管以前在分离器内旋转的圈数为N=5，气体流量Q=1000m3/h。试计算其临界粒径。

4预用沉降室净化温度为20℃流量为250m3/h的常压空气，空气中所含灰尘的密度为1800kg/m3，要求净化后的空气不含有直径大于10μm的尘粒，试求所需净化面积为多大?若沉降室低面的宽为2m，长5m，室内需要设多少块隔板?已知20℃时，空气黏度为1.81×10-5Pa?s。

5若分别采取下列各项措施,试分析真空转筒过滤机的生产能力将如何变化。已知滤布阻力可以忽略，滤饼不可压缩。（1）转筒尺寸按比例增大1倍；（2）转筒浸没度增大1倍；（3）操作真空度增大1倍；4.转速增大1倍。

6用单碟片的碟式离心机澄清含有颗粒的黏性液体，颗粒密度为1461kg/m3，溶液的密度为801kg/m3，黏度为10P，离心机转筒的r2=0.02225m，r1=0.00716m，碟片的半锥角为45，如果转速为2300r/min，流量为0.002832m3/h。计算出口流体中最大颗粒的直径。

。

第四章 粉碎 筛分 混合 乳化

一、名词解释 1 粉碎 2 粒度 3 球形度 4 筛分 5 混合 6 均匀度 7 乳化 8 均质 二、填空

1根据被粉碎物料和成品粒度的大小，粉碎被分为（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四种。

8

2物料粉碎时所受到的作用力包括（ ）、（ ）和（ ）三种。 3粉碎操作方法包括（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四种。 4磨齿排列有四种方式，即（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。 5整个混合过程存在（ ）、（ ）和（ ）三种混合方式。 6从结构来看，桨叶有（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四种形式。

7固体混合机按照结构可分为（ ）和（ ）两种；按照操作方式可分为（ ）和（ ）。 8乳化液形成的方法基本上可分为（ ）和（ ）两种。 9均质机按其结构及上作原理大致可分为（ ）、（ ）、（ ）。 三、选择

1 对于中粉碎，成品粒度范围为( )。

A. 5-50mm B. 5-10mm C. 100μm以下 2 对于立方体形颗粒，球形度φs为（ ）。

A.1 B. 0.806 C. 0.65 3 当乳化剂的亲水亲油平衡值(HLB)（ ）时，此乳化剂为亲水性乳化剂。 A. ＞10 B. ＜10 C. =10 四、简答

1 食品加工中如何选用粉碎机？ 2 筛面的运动方式有哪些？

3 简述固体混和中的离析现象及防止方法。 4 影响乳化液稳定性的主要因素有哪些？ 5 乳化单元操作中乳化剂的作用有哪些？ 6 简述肢体磨的结构及工作原理。

第六章 传热学

一、名词解释 1 对流传热 2 自然对流 3 强制对流 4 热辐射 5 黑体

二、填空

1 常用的列管换热器的温度补偿方式有（ ）、（ ）和（ ）等。 2 强化传热的途径主要有（ ）、（ ）和（ ）等

3 热传导是借助于（ ）来进行热量的传递的。热传导主要发生在（ ）或（ ）中。 4 热量的传递是由于（ ）而引起的。根据传热原理，传热有（ ）、（ ）和（ ）三种

方式。

5 在对流传热中，雷诺准数等于（ ），它表示（ ）。 6 在对流传热中，努塞尔准数等于（ ），它表示（ ）。 7 影响对流传热的因素主要有（ ）、（ ）、（ ）和（ ）等。 8 用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃， 在设计列管式

换热器时，采用两种方案比较，方案I是令冷却水终温为30℃， 方案II是令冷却水终

9

9

温为35℃，则用水量 W1（ ）W2，所需传热面积A1（ ）A2（大于、小于、等于）。 冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90℃，出口温度为50℃，冷水进口温度为15℃，出口温度为53℃，冷热水的流量相同，则热损失占传热量的（ ）％（冷热水物性数据视为相同）

三、选择

1 在与等温面垂直的方向上，( )

A.温度梯度最大 B.温度梯度较小 C.没有温度梯度

2 液体的沸腾传热应控制在( )区,以获得较大的传热膜系数. A.核状沸腾;B.膜状沸腾;C.自然对流

3 在相同传热面积条件下,逆流操作时所需加热剂用量较并流操作( ). A.多;B.少;C.相同

4 间壁式换热器任一侧流体的对流换热过程中, 热阻主要集中在( ). A.间壁本身;B.层流底层;C.湍流主体

5 已知圆筒壁(外半径为r3)上两层保温材料的温度分布曲线如图示:A 层的导热系数 ( )B层的导热系数；应将( )放在内层保温效果好。(A,B 两层厚度相等)。 A. 等于 B. 大于 C. 小于 D. A 层

四、简答

1 简述影响对流传热系数的因素。

2 举例说明板式换热器在食品中的应用。

3 根据传热速率方程简述影响间壁式换热器的因素。 4 举例说明套管式换热器在食品中的应用。 5 简述套式换热器的特点及其应用。

五、计算

1 某平壁厚度b=0.37m，内表面温度t1=1650℃，外表面温度t2=300℃，平壁材料热导率λ=0.815+0.00076t，W/(m2·℃)。若将热导率分别按常量（取平均热导率）和变量计算，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。

2 用平板法测定材料的热导率。平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷却水通过夹层将热量移走。所加热量由加至电热器的电压和电流算出，平板两侧的表面温度用热电偶测得（见附表）。已知材料的导热面积为0.02m2，其厚度为0.01m，测得的数据如下，试求：

（1）材料的平均热导率?；

（1） 设该材料的热导率为???0(1?a't)，试求?0和a'。

电热器

电压/V

140 114

电流/A 2.8 2.28

材料表面温度/℃ 高温侧 300 200

低温侧 100 50

3 某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm，其热导率分别为0.9W/（m·℃）及0.7W/（m·℃）。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、热导率为0.06W/(m2·℃)的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃，外表面温度

10

为90℃。设两层砖的热导率不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？ 4 红砖平壁墙，厚度为500mm，一侧温度为200℃，另一侧为30℃。设红砖的平均热导率取0.57W/(m2·℃)，试求：

（1）单位时间、单位面积导过的热量； （2）距离高温侧350mm处的温度。 5 某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次彻成。

耐火砖：热导率?1=1.05 W/（m2·℃）；

厚度b1=0.23m；

绝热砖：热导率?2=0.151 W/（m2·℃） 每块厚度b2=0.23m； 普通砖：热导率?3=0.93 W/（m2·℃） 每块厚度b3=0.24m；

若已知耐火砖内侧温度为1000℃，耐火砖与绝热砖接触处温度为940℃，而绝热砖与普通砖接触处的温度不得超过138℃，试问：

（1）绝热层需几块绝热砖？ （2）此时普通砖外侧温度为多少？

6 在外径为140mm的蒸气管道外包扎保温材料，以减少热损失。蒸气管外壁温度为390℃，保温层外表面温度不大于40℃。保温材料的λ与t的关系为λ=0.1+0.0002t（t的单位为℃，λ的单位为W/（m2·℃））。若要求每米管长的热损失Q/L不大于450W/m，试求保温层的厚度以及保温层中温度分布。

7 φ60mm×3mm铝合金管（热导率按钢管选取），外包一层厚30mm石棉后，又包一层30mm软木。石棉和软木的热导率分别为0.16W/（m2·℃）和0.04W/（m2·℃）。又已知管内壁温度为-110℃，软木外侧温度为10℃，求每米管长所损失的冷量。若将两保温材料互换，互换后假设石棉外侧的温度仍为10℃不变，则此时每米管长上损失的冷量为多少？

8 空心球内半径为r1、温度为ti，外半径为r0、温度为t0，且ti＞t0，球壁的热导率为λ。试推导空心球壁的导热关系式。

9 在预热器内将压强为101.3kPa的空气从10℃加热到50℃。预热器由一束长度为1.5m，直径为φ86mm×1.5mm的错列直立钢管所组成。空气在管外垂直流过，沿流动方向共有15行，每行有管子20列，行间与列间管子的中心距为110mm。空气通过管间最狭处的流速为8m/s。管内有饱和蒸气冷凝。试求管壁对空气的平均对流传热系数。

10 在长为3m，内径为53mm的管内加热香蕉浆。香蕉浆的质量流速为172kg/（s·m2）。若香蕉浆在定性温度下的物性数据如下：

S；??0.692w/m·K；cp?3.865kJ/（kg·℃）。 ??890?10?5Pa·

试求香蕉浆对管壁的对流传热系数。

11 有一列管式换热器，由38根φ25mm×2.5mm的无缝钢管组成。果汁在管内流动，由20℃被加热至80℃，果汁的流量为8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对果汁的传热系数。当果汁的流量提高一倍时，传热系数有何变化。

12 热空气在冷却管管外流过，2=90W/(m2·℃)，冷却水在管内流过，

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℃）。冷却管外径1=1000W/（m·

do=16mm，壁厚b=1.5mm，管壁的λ=40W/（m2·℃）。试求：

①总传热系数Ko；

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②管外对流传热系数2增加一倍，总传热系数有何变化？ ③管内对流传热系数1增加一倍，总传热系数有何变化？

13 有一套管换热器，内管为φ25mm×1mm，外管为φ38mm×1.5mm。冷水在环隙内流过，用以冷却内管中的高温气体，水的流速为0.3m/s，水的入口温度为20℃，出口温度为40℃。试求环隙内水的对流传热系数。

14 有一不锈钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm×3.5mm，流量为2000kg/h的糖浆在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃。糖浆的对流传热系数h=230W/（m2·K），水的对流传热系数c=290W/（m2·K）。忽略污垢热阻。试求：①冷却水消耗量；②并流和逆流操作时所需传热面积；③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算冷却水出口温度与消耗量，假设总传热系数随温度的变化忽略不计。

22 某无相变的流体，通过内径为50mm的圆形直管时的对流传热系数为120W/(m2·℃)，流体的Re=2×104。假如改用周长与圆管相等，高与宽之比等于1∶2的矩形管，而流体的流速增加0.5倍，试问对流传热系数有何变化？

15 某食品厂用冷水冷却奶油。冷却器为φ14mm×8mm钢管组成的排管，水平浸于一很大的冷水槽中，冷水由槽下部进入，上部溢出，通过槽的流速很小。设冷水的平均温度为42.5℃，钢管外壁温度为56℃，试求冷水的对流传热系数。

16 室内有二根表面温度相同的蒸气管，由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍，小管的（Gr·Pr）=108。两水平管单位时间、单位面积的热损失的比值为多少？

17 饱和温度为100℃的水蒸气在长3m、外径为0.03m的单根黄铜管表面上冷凝。铜管坚直放置，管外壁的温度维持96℃，试求每小时冷凝的蒸气量。若将管子水平放，冷凝的蒸气量又为多少？

18有一台运转中的单程逆流列管式换热器，热空气在管程由120℃降至80℃，其对流传热系数1=50W/（m2·K）。壳程的冷却水从15℃升至90℃，其对流传热系数2=2000W/（m2·K），管壁热阻及污垢热阻皆可不计。当冷却水量增加一倍时，试求①水和空气的出口温度t'2和T'2，忽略流体物性参数随温度的变化；②传热速率Q'比原来增加了多少？

19 在一传热面积为15.8m2的逆流套管换热器中，用热油加热冷水。热油的流量为2.85kg/s，进口温度为110℃；水的流量为0.667kg/s，进口温度为35℃。热油和水的平均比热容分别为1.9kJ/(kg·℃)及4.18 kJ/(kg·℃)。换热器的总传热系数为320W/(m2·℃)试求水的出口温度及传热量。

20 求直径d=70mm、长L=3m的钢管（其表面温度t1=227℃）的辐射热损失。假定此管被置于：（1）很大的红砖里，砖壁温度t2=27℃；（2）截面为0.3m×0.3m的砖槽里，t2=27℃，两端面的辐射损失可以忽略不计。

21 用175℃的热油将300kg/h的果汁由25℃加热至90℃，已知热油的比热容为2.61kJ/（kg·℃），其流量为360kg/h，今有以下两个换热器，传热面积为0.8m2。

换热器1：K1=625 W/(m2·℃)，单壳程双管程。 换热器2：K2=500 W/(m2·℃)，单壳程单管程。 为满足所需的传热量应选用那一个换热器。

22 在一套管换热器中，用冷却水将1.25kg/s的蔗糖溶液由350K冷却至300K，冷却水在φ25mm×2.5mm的管内中流动，其进出口温度分别为290K和320K。已知水和蔗糖溶液的对流传热系数分别为0.85 kW/(m2·℃)和2.7 kW/(m2·℃)，又两侧污垢热阻忽略不计，试求所

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需的管长和冷却水消耗量。

23 在一列管换热器中，用初温为30℃的水将橘汁由120℃冷却到70℃，已知橘汁和水的流

44量分别为1×10（kg/h）和1.4×10（kg/h）。比热容分别为0.52（kcal/kg·℃）和0.46（kcal/kg·℃），

传热系数K=100（kcal/m2·h·℃）试分别计算并流和逆流时换热器所需的传热面积。 24 在并流换热器中，用水冷却奶油。水的进出口温度分别为15℃和40℃，奶油的进出口温度分别为120℃和100℃。现因生产任务要求奶油的出口温度降至80℃，设奶油和水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为1m，试求将此换热器的管长增至多少米才能满足要求？设换热器的热损失可忽略。

25 一传热面积为15m2的列管换热器，壳程用110℃饱和水蒸气将管程某溶液由20℃加热至80℃，溶液的处理量为2.5×104kg/h，比热容为4kJ/（kg·℃），试求此操作条件下的总传热系数。又该换热器使用一年后，由于污垢热阻增加，溶液出口温度降至72℃，若要出口温度仍为80℃，加热蒸气温度至少要多高？

26 用20.26kPa（表压）的饱和水蒸气将20℃的水预热至80℃，水在列管换热器管程以0.6m/s的流速流过，管子的尺寸为φ25mm×2.5mm。水蒸气冷凝的对流传热系数为104W/(m2·℃)，水侧污垢热阻为6×10-4(m2·℃)/W，蒸气侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计，试求：

（1）此换热器的总传热系数；

（2）设备操作一年后，由于水垢积累，换热能力下降，出口温度只能升至70℃，试求此时的总传热系数及水侧的污垢热阻。

27 今欲于下列换热器中，将某种溶液从20℃加热到50℃。加热剂进口温度为100℃，出口温度为60℃。试求各种情况下的平均温度差。

（1）单壳程，双管程 （2）双壳程，四管程

28 有一单壳程双管程列管换热器，管外用120℃饱和蒸气加热，干空气以12m/s的流速在管内流过，管径为φ38mm×2.5mm，总管数为200根，已知总传热系数为150 W/（m2·℃），空气进口温度为26℃，要求空气出口温度为86℃，试求：

（1）该换热器的管长应多少？

（2）若气体处理量、进口温度、管长均保持不变，而将管径增大为φ54×2mm，总管数减少20%，此时的出口温度为多少？（不计出口温度变化对物性的影响，忽略热损失）。

第八章 蒸发

一、名词解释 1 蒸发 2 多效蒸发

3 蒸发操作的有效温差 二、填空

1 一定压强下，溶液的沸点较纯水( )，两者沸点之差，称为溶液的( )。 2 浓缩是( )和( )均匀混合液的部分分离过程。

3 要维持连续的蒸发过程，一方面要不断地( )；另一方面还要不断地( )。 4 蒸发过程中温差损失主要由( )、( )和( )引起。 5 多效蒸发要求后效（ ）和（ ）小于前效的。

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6 欲提高蒸发器的生产强度，必须设法提高其（ ）和（ ）。 7 影响液柱沸点升高的因素主要有（ ）和（ ）。 8 由于（ ）和（ ），所以实际每蒸发1kg水要消耗1kg以上的蒸气。 9 常用的多效蒸发流程有（ ）加料、（ ）加料、（ ）加料和（ ）加料。 10 在并流加料的多效蒸发中，蒸发室压强逐效（ ），沸点逐效（ ），前效进入后效时（ ），浓度（ ），传热系数（ ）。 三、简答

1 试推导单效蒸发加热蒸气耗量的表达试。

2 多效蒸发的温差分配的实质是什么？通常应考虑哪些原则？

3 设计并绘出牛奶浓缩系统的流程和主要设备，并说明其特点和工作原理。

第十三章 膜分离

一、名词解释 1 反渗透 2 浓差极化

3 离子交换膜的交换容量 4 截留相对分子质量 二、填空

1在超滤过程中，超滤膜对大分子溶质的截留作用主要是由于以下几个原因：①( )；②( )；③( )。

2 电渗析时，阳离子交换膜只允许( )离子通过，而阴膜只允许( )离子通过。离子交换膜对离子的选择透过性主要来自于( )和( )。

3 反渗透膜由( )层和( )层组成，( )层决定了膜的分离性能，( )层只作为载体，不影响膜的分离性能。 三、简答

1 膜分离过程有哪些种类？它们各自的原理是什么？ 2 试比较超滤和反渗透操作的异同点。 3 超滤与常规过滤有哪些不同？ 4 简述离子交换膜的选择性透过原理。

5 举例说明反渗透常与某些操作联合而组成一完整的分离工艺过程。 6 以分离NaCl水溶液为例，说明电渗析过程中的主要作用和次要作用。

第十四章 食品工程原理的应用

1. 根据图0-1中乳粉的加工工艺以及工艺学等课程中学到的知识，讨论食品工程原理在乳

粉工程中的应用。

2. 根据前面章节所学的知识，结合火腿肠生产工艺，谈谈主要单元操作及其传递现象。

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