化工原理复习题（上册）
第一章 流体流动
一．选择题
1. 流体阻力的表现，下列阐述错误的是（ ）。 A.阻力越大，静压强下降就越大 B.流体的粘度越大，阻力越大
C.流体的流动状况是产生流体阻力的根本原因 D.流体的内摩擦力在流体激烈流动时不存在
2. 压强的具有专门名称的国际单位是Pa，用基本单位表示是（ ）。 A.atm B.mmHg C.Kg/m.s2 D.N/m2
3. 水在直管中流动，现保持流量不变，增大管径，则流速（ ）。 A.增大 B.减小 C.不变 D.无法判断
4. 流体在圆形直管中滞流流动时的速度分布曲线为 。 A.直线 B.抛物线 C.双曲线 D.椭圆线
5. 增大流体的流量，则在孔板流量计的孔板前后形成的压强差（ ）。 A.增大 B.减小 C.不变 D.无法判断 6. 流体在管内流动时的摩擦系数与（ ）有关。 A.雷诺准数和绝对粗糙度 B.雷诺准数和相对粗糙度 C.欧拉准数和绝对粗糙度 B. 欧拉准数和相对粗糙度 7. 测速管测量得到的速度是流体（ ）速度。 A.在管壁处 B.在管中心 C.瞬时 D.平均
8. 在层流流动中，若流体的总流率不变，则规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的（ ）倍。
A. 2； B. 6； C. 4； D. 1。
9. 流体在长为3m、高为2m的矩形管道内流动，则该矩形管道的当量直径为（ ）。 A. 1.2m； B. 0.6m； C. 2.4m； D. 4.8m。
10. 当流体在园管内流动时，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( )
A. u ＝3/2.umax B. u ＝0.8 umax C. u ＝1/2. umax D u =0.75 umax 11. 判断流体流动类型的准数为（ ）
A . Re数 B. Nu 数 C . Pr数 D . Fr数
12. 流体在圆形直管内作强制湍流时，其对流传热系数α与雷诺准数Re 的n 次方成正比，其中的n 值为（ ）
A . 0.5 B. 0.8 C. 1 D. 0.2 13. 牛顿粘性定律适用于牛顿型流体，且流体应呈（ ）
A．层流流动 B 湍流流动 C 过渡型流动 D 静止状态
14. 计算管路系统突然扩大和突然缩小的局部阻力时，速度值应取为（ ）
A. 上游截面处流速 B 下游截面处流速 C 小管中流速 D 大管中流速 15. 用离心泵在两个敞口容器间输送液体。若维持两容器的液面高度不变，则当输送管道上的阀门关小后，管路总阻力将（ ）。
A. 增大； B. 不变； C. 减小； D. 不确定。 16. 流体的压强有多种表示方式，1标准大气压为 ( ) A.780mm汞柱 B.1Kgf/cm2 C.10.336m水柱 D.10130Pa
17. 流体在圆管中层流流动，若只将管内流体流速提高一倍，管内流体流动型态仍为层流，则阻力损失为原来的（ ）倍。 A.4 B.2 C.2 D.不能确定
18. 阻力系数法将局部阻力hf表示成局部阻力系数与动压头的乘积，管出口入容器的阻力系数为 ( )
A.1.0 B.0.5 C.0.35 D.0.75
19. 在柏努利方程式中，P/ρg被称为 ( ) A.静压头 B.动压头 C.位压头 D.无法确定
20. 流体的流动形式可用雷诺准数来判定，若为湍流则Re ( ) A.<4000 B.<2000 C.>2000 D.>4000
21. 有两种关于粘性的说法： ( ) ①无论是静止的流体还是运动的流体都具有粘性。 ②粘性只有在流体运动时才表现出来。
A.这两种说法都对； B.这两种说法都不对；
C.第一种说法对，第二种说法不对； D.第二种说法对，第一种说法不对。 22. 层流与湍流的区别是（ ） A 湍流的流速大于层流流速
B流道截面积大的为湍流，小的为层流 C层流无径向脉动，湍流有径向脉动 D层流的雷诺准数小于湍流的雷诺准数
23. 真空表读数是60kPa，当地大气压为100kPa时，实际压强为（ ）kPa。
A.40 B.60 C.160 24. 2.当温度降低时，气体的粘度（ ）。
A.降低 B.不变 C.增大
25. 3.液体在圆形直管中稳定流动时，若管长及液体物性不变，当管内径减为原来的1/2，则流速变为原来的（ ）倍。
A.2 B.4 C.16
26. 当地大气压为100kPa，压强表读数是60kPa，则实际压强为（ ）kPa。
A、160 B、40 C、60 D、100
27. 液面保持恒定的敞口容器底部装有直径相等的进水管和出水管，当管内水的流速为2m/s时，进口能量损失为（ ）J/kg，出口能量损失为（ ）J/kg。
‘
A、 0.5 B、1 C、1.5 D、 2 28. 随着温度的升高液体的粘度（ ），气体的粘度（ ）。
‘
A、增加 B、不变 C、降低 二、填空题
1. 连续性介质假定是指______________________________。
2. 流体在光滑管内作湍流流动时，摩擦系数?与 和 有关；若其作完全湍
流（阻力平方区），则?仅与 有关。 3. 流体阻力产生的根源是____________________。粘性是指______________________________。
4. 在连续稳定流动过程中，流速与管径的__________成正比。均匀圆管内流体的流速不
因流阻的存在而__________。(减、降或不变) 5. 无因次数群是____________________的数组。 6. 滞流与湍流的根本区别是____________________。
7. 一定量的流体在圆形直管内流过，若流动处于阻力平方区，则流动阻力与速度的
__________成正比。 8. 圆形直管内流体滞流流动的速度分布呈__________形状。其平均速度是中心最大速度
的__________。摩擦阻力系数与雷诺数的关系是__________。 9. 流体流动边界层是指__________。流体流过某一障碍物发生边界层脱体的原因是
__________。由于固体表面形状而造成边界层分离所引起的能量损失，称为
__________。粘性流体绕过固体表面的阻力为摩擦阻力和__________之和，又称为局部阻力。 10. 米糠油在管中作层流流动，若流量不变，管径、管长不变，油温升高，粘度为原来的
1/2 ，则摩擦阻力损失为原来的_____倍。
11. 流体在圆形直管中作层流流动，如果流量等不变，只是将管径增大一倍，则阻力损失
为原来的_________。
-3
12. 当20℃的甘油(ρ=1261kg.m,,μ=1499厘泊)在内径为100mm 的管内流动时,若流速
-1
为2.5m.s时,其雷诺准数Re为__________ ,其摩擦阻力系数λ为________. 13. 当量直径的定义是de＝ ，对边长为ａ正方形风管当量直径de
＝ 。
14. 当量直径的定义是de＝ ，在套管环间流动的流体，外管的内径是d2，
内管的外径是d1，则当量直径de＝。
15. 当Re 为已知时，流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数λ=__________，在管内呈湍
流时，摩擦系数λ与____________、_____________有关。 16. 水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减
小后,水流量将__________，摩擦系数____________，管道总阻力损失________（增大、减小、不变）。
17. 某设备的表压强为50KPa，则它的绝对压强为 ，另一设备的真空度为50KPa，
则它的绝对压强为 。（当地大气压为100KPa）
18. 如果管内流体流量增大一倍后，仍处于层流状态，则阻力损失增大到原来的
倍
19. 流体在管路两截面间的压强差ΔP与压强降ΔPf 相等的条件
是 。 20. 局部阻力所引起的能量损失有两种计算方法：__________法和__________法。 21. 并联管路的特点是__________。分支管路的特点是______________________________。 22. 孔板流量计是通过__________来反映流量的大小，又称为__________流量计，而转子
流量计是流体流过节流口的压强差保持恒定，通过变动的__________反映流量的大小，又称__________。 23. 热量衡算中，物料衡算通式中的过程GA为__________。
24. 热量衡算中，物料的焓为相对值，通常规定__________℃液体的焓为零。 25. 水在直管中流动，现保持流量不变，增大管径，则流速__________。 26. 对不可压缩流体，满足__________条件时，才能应用柏努力方程求解。 27. 判断流体的流动类型用__________准数。
28. 流体在圆形直管中滞流流动时的速度分布曲线为__________。 29. 增大流体的流量，则在孔板前后形成的压强差__________。 30. 流体在管内流动时的摩擦系数与__________有关。 31. 测速管测量得到的速度是流体__________速度。
32. 流体时气体和液体的统称，其中__________是可压缩流体，__________是不可压缩流
体。 33. 表压、绝压、大气压之间的关系是__________
34. 据流体静力学基本方程式知，当液面上方压强变化时，液体内部各点压强__________
变化。 35. 等压面的要点有四个，即__________、__________、__________、__________。 36. 测量压强或压强差时，可用U管压差计、斜管压差计和微差压差计。若被测量的压强
差很小时，可用以上三种压差计种的__________和__________。 37. 粘度是衡量__________大小的物理量。
38. 孔板流量计是基于__________原理的流量测量仪表。 39. 恒压差、变截面的流量计有__________。 40. 恒截面、变压差的流量计有__________。
41. 实验证明，流体在管路中流动时，同一截面上各点的流速是不同的，管心处流速
__________，越靠近管壁，流速__________，在管壁处等于__________。
42. 某液体在一段水平圆形直管内流动，已知Re值为1800，若平均流速为0.5m/s，则管
中心点处速度为______m/s，流体在管内流动类型属______流动。
43. 某转子流量计，其转子材料为不锈钢，测量密度为1.2kg/m3的空气时，最大流量为
400m3/h，现用来测量密度为0.8kg/m3的氨气，其最大流量为________ kg/m3。 44. 流体在圆形直管中作滞流流动时，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的关系为______。
45. U形管差压计用水作指示液，测量气体管道中的压降，若指示液读数R=20mm，则所
表示压降为____Pa，为使读数增大，而Δp值不变，应更换一种密度比水_______的指示液。
46. 用测速管测定的是_____流速，孔板流量计测定的是______流速；测流体流量时，随
着流体流量增加，孔板流量计两侧压差值将_______；若改用转子流量计测量，当测量增大时，转子两端差值将______。 47. 4.气体的密度与压强成 。
48. 5.静止流体内部两点间压强差的大小，只与两点间垂直距离和 有关。 49. 6.转子流量计的压强差随流量的增加而 。
50. 9、在连续静止的同一种流体中，同一水平面上各点的压强 。 51. 10、孔板流量计前后产生的压强差随着流量的增加而 。 52. 流体是由无数质点所组成的 介质。
53. 流体流动与固体运动的区别在于其 运动的同时，内部还有 运
动。
54. 一真空表的读数为20kpa，已知所测物系的实际压强为80kpa，则此时的大气压强为
kpa。
55. 根据流体静力学基本方程式，在一 的、 的同种流体内部，等高面即为 。
56. 实际流体在管道内流动时产生阻力的主要原因是______________________。
57. 毕托管测量管道中流体的__________，而孔板流量计则用于测量管道中流体的
________。
58. 某设备上安装的真空表的读数为30kpa，已知当地的大气压强为 100kpa，则所
测物系的实际压强为 kpa。
59. 流体在一段圆形水平直管中流动，测得平均流速0.5m/s，压强降为10Pa，Re为
1000，问管中心处点速度为______m/s，若平均流速增加为1m/s，则压强降为______Pa。
60. 运动粘度ν=3×10-5 m2/s的某流体在φ100×4mm的圆管内流动，其雷诺准数
Re=1800，此流型为__________________，平均流速u=________________________________________m/s，管中心最大流速umax=_______________ m/s。
61. 边长为0.4m的正方型通风管道，其水力半径rH=____________m，当量直径
de=________________m。
62. 流体在圆形直管中作滞流流动时，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的关系为__________。 63. 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
__________，润湿周边长等于__________，当量直径等于__________。
64. 孔板流量计属于变________________流量计，而转子流量计则是变
__________________流量计。 65. 流体在圆形直管中作滞流流动时，摩擦系数λ与Re的关系为__________。
三、计算题
1. 有一管路系统如图所示。水在管内向高位槽流动，当E阀开度为1/2时， A、B两处
44
的压强表读数分别为 5.9×10Pa及 4.9×10Pa。
3
此时流体的流量为 36 m/h。 现将 E阀开大， B点压强
4
表读数升至 6.87×10Pa，
3
水的密度为 1000kg/m 。 假设在两种情况下，流体 都进入了阻力平方区。
求：E阀开大后，管内水的流量； A处压强表读数Pa。 2. 如图1所示：反应器和储槽均通大气，用虹吸管从高位槽向反
应器加料。要求料液流速为 u= 1 m/s，料液在管内阻力损失为∑hf=20J/kg（不计出口损失）。求：高位槽液面比管出口高出多少？（h=2.09m）
图1
3
图2
3. 如图2，储槽液面恒定。将30℃的C2H5OH(密度为800kg/m)用φ57×3.5mm的无缝钢管吸
3
入高位槽中。要求VS=0.004m/s，且∑hf=0。求真空泵需将高位槽的压力降到多少？
2
（p=5300N/m） 4. 用泵将密度为1100kg/m、粘度为1.0×10Pa.s的某水溶液从开口贮槽送至开口高位槽
内，两槽内液面维持恒定，液面相差18m，管路为φ70×2.5mm，长35m。管路上全部局部阻力的当量长度为60m，摩擦系数为0.03，泵提供的外功为300J/kg。求：流体的体积流量；泵效率为75％时，泵的轴功率。 5. 在图1-1所示管路中，管长50m，管内径为50mm，管路中有
一个标准弯头B，其局部阻力系数为0.75，一个半开的闸阀C，其局部阻力系数为4.5。已知20℃水的粘度为100.42×-53
10Pa.s，水的密度为998.2kg/m，管内水的流量为
30.25
3.5325m/h，摩擦系数计算公式为λ=0.3164/Re，求流体在管路中的阻力损失为多少J/kg？
6. 某钢质转子(密度为7900kg/m3)流量计，因流量过大，不适合
现场要求。若以同样形状的铝合金转子(密度为2700 kg/m3)
-43
代替钢转子，此时测得水的流量读数为8×10m/s，试求水的实际流量。
3
-3
1 A 1 2 B C 图1-1 2
7. 如图，密度为1000kg/m3，粘度为1?10Pa?s的水以10m/h的流量从高位槽中流
下，管道尺寸为?51?3mm，全长为150m（含局部阻力当量长度）高位槽出口与管道出口间的高度差为50m。在管路中离高位槽20m处有一压力表，其读数为14.7?10Pa（表压），求离管道出口20m处流体的静压强（表压）(已知管道的前后20m均为水平管，当Re?3?10~1?10时，??0.3164/Re350.254?33)
8. 用轴功率为0.55kW的离心泵，将敞口储槽中的液体输送至表压为90 kPa的密闭高位
33
槽中。已知液体的流量为4 m/h，密度为1200 kg/m、粘度为0.96?10?3Pa·s ；输送管路的内径为32 mm，管路总长度为50 m（包括管件、阀门等当量长度）；两槽液位维持恒定的高度差15 m。试计算该离心泵的效率。
9. 有一幢102层的高楼，每层高度为4m。若在高楼范围内气温维持20℃不变。设大气静
止，气体压强为变量。地平面处大气压强为760mmHg。试计算楼顶的大气压强，以mmHg为单位。(723.82mmHg)
10. 若外界大气压为1atm，试按理想气体定律计算0.20at（表压）、20℃干空气的密度。空
3
气分子量按29计。(1.439Kg/m) 11. 采用微差U形压差计测压差。如图。已知U形管内直径d为6mm，两扩大室半径均为80mm，
3
压差计中用水和矿物油作指示液，密度分别为1000及860kg/m。当管路内气体压强p与外界大气压p0相等时，两扩大室油面齐平，U形管两只管内油、水交界面亦齐平。现读得读数R=350mm，试计算：（1）气体压强p（表）。（2）若不计扩大室油面高度差，算得的气体压强p是多少？（3）若压差计内只有水而不倒入矿物油，如一般U形压差
0
计，在该气体压强p值下读数R为多少？(104.76KPa; 101.806KPa; 49mm) 12. 一直立煤气管，如图。在底部U形压差计h1=120mm，在H=25m高处的U形压差计
3
h2=124.8mm。U形管指示液为水。管外空气密度为1.28kg/m。设管内煤气及管外空气皆
3
静止，求管内煤气的密度。(1.013Kg/m)
3
13. 如图示，水以70m/h的流量流过倾斜的异径管通。已知小管内径dA=100mm，大管内径
习题13
习题12
dB=150mm，B、A截面中心点高度差h=0.3m，U形压差计的指示液为汞。若不计AB段的流体流动阻力，试问：U形压差计哪一支管内的指示液液面较高？R为多少？(R=3.92mm)
-43
14. 水以6.4×10m/s的流量流经由小至大的管段内。如图。小管内径d1=20mm，大管内径d2=46mm。欲测1、2两截面处水的压差，为取得较大的读数R，采用倒U形压差计。已
3
知压差计内水面上空是ρ=2.5kg/m的空气，读数R=100mm。求水由1至2截面的流动阻力∑hf。(2.98J/Kg) 15. 以水平圆直管输送某油品。管内径为d1，管两段压差为 。因管道腐蚀，拟更换管
道。对新装管道要求如下：管长不变，管段压降为原来压降的0.75，而流量加倍。设前后情况流体皆为层流。问：新管道内径d2与原来管内径d1之比为多少？(1.28) 16. 某流体在圆形直管内作层流流动，若管长及流体不变，而管径减至原来的一半，试问因
流动阻力而产生的能量损失为原来的多少？（16倍）
17. 在某输水管路中输送20℃的水，试求：（1）管长为5m，管径为?45?2.5mm，输水
量为0.06l/s时的能量损失；（2）若其它条件不变，管径为?76?3mm时能量损失由为多少？(4.8?10?3J/kg ； 5.13?10?4J/kg)
18. 用泵自储池向高位槽输送矿物油，流量为35T/h。池及槽皆敞口。高位槽中液面比池中
3
液面高20m。管径为Φ108×4mm，油的粘度为2840cP，密度为952kg/m，泵的效率为50%，泵的轴功率为85kW。求包括局部阻力当量管长的总管长。(336.7m)
-33
19. 粘度8×10Pa. S，密度为850kg/m 的液体在内径为14mm 的钢管内流动，溶液的流速
为1m/s ，试计算（1）雷诺准数Re ，并指明属于何种流型 ；（2）该管为水平管，若
5
上游某点的压力为1.47×10Pa ，问流体自该点开始流经多长的管子其压力下降为1.27
5
×10Pa 。（Re =1488, 属于层流 L =15m ）
20. 用离心泵将水由水槽送至水洗塔内。水槽敞口。塔内表压为0.85at。水槽水面至塔内
3
水出口处垂直高度差22m。已知水流量为42.5m/h，泵对水作的有效功为321.5J/kg，管路总长110m（包括局部阻力当量管长），管子内径100mm。试计算摩擦系数λ值。(0.0785)
4
21. 有一除尘洗涤塔，塔底压力表读数为4.9×10Pa ，塔顶水银压差计读数R =300mm 。
压力表与水银压差计间垂直距离为8m ，塔内操作温度为303K ，气体在标准状态下的
3
密度为0.76kg/m ，试求气体在塔内流动过程的流动损失。 (∑hf =9.469×10J/kg)
22. 将一敞口贮槽中的溶液用泵输送到另一敞口高位槽中，两槽之间的垂直距离为18m，输
送管路的规格为φ108×4mm, 溶液在管内的平均流速为1.3m/s，管路摩擦系数取λ
3
=0.02, 管路总长为140m（包括全部局部阻力的当量长度）, 试求: （1）.溶液在管内
3,
的流型。（2）.泵的轴功率（η=60%）（计算时, 取溶液密度为1500kg/m 粘度为1.5cP）(Re?1.3?10 湍流； 5.108kw)
23. 15．在一内径为320mm的管道中，用毕托管测定平均分子量为64 的某气体的流速。管
内气体的压力为101.33kPa，温度为40℃，粘度为0.022 cp。已知在管道同一截面上毕托管所连接的U形压差计最大度数为30mmH2O。试问此时管道内气体的平均流速为多少？(13.1m/s)
3
24. 一台离心泵在转速为1450r/min时，送液能力为22m/h，扬程为25m H2O。现转速调至
3
1300r/min，试求此时的流量和压头。(19.7m/h ； 20m)
25. 以碱液吸收混合器中的CO2的流程如附图所示。已知：塔顶压强为0.45at（表压），碱
3
液槽液面与塔内碱液出口处垂直高度差为10.5m，碱液流量为10m/h，输液管规格是φ
57×3.5mm，管长共45m（包括局部阻力的当量管长），碱液密度
，粘
5度，管壁粗糙度。试求：①输送每千克质量碱液所需轴功，J/kg。②输送碱液所需有效功率，W。(160.52J/kg 535.07w)
26. 水在图示管中流动，截面1处流速为0.6 m/s,管内径为200 mm,测压管中水的高度为1.2
m，截面2处管内径为100 mm，设水由截面1流到截面2间的能量损失为2.5 J/kg,水的密度1000 kg/m3。求：两截面处产生的水柱高度差 h 。
33
27. 用离心泵将密度为1000kg/m, 流量30 m/h的水溶液由敞口贮槽送至表压强为100kPa
的高位槽中。泵入口位于贮槽液面上方1m，两槽液面恒定，两液面间垂直距离20m。输送管路为￠76×3mm钢管，吸入管路长6m，排出管路长40m，贮槽液面与泵入口间、两液面间所有管件的当量长度分别为20m和50m，管路摩擦系数为0.03，当地大气压为100kPa。计算（1）泵的轴功率（泵的效率75%）；（2）泵入口处的真空度。
33
28. 用离心泵将密度为998kg/m, 流量36 m/h的水由敞口贮槽送至表压强为110kPa的高
位槽中。两槽内液面维持恒定，两液面垂直距离20m。输送管路为￠76×3mm钢管，管路总长150m（包括所有管件在内的当量长度），管路摩擦系数为0.022，当地大气压为98.1kPa，输送温度下水的饱和蒸汽压pV =2.3kPa,泵的必需气蚀余量(NPSH)r=3m,泵吸入管路的压头损失为2.5m水柱。计算（1）泵的有效功率；（2）泵的安装高度。
3
29. 用泵将密度为850kg/m，粘度为0.12pa·s的重油从常压贮油罐送至敞口高位槽中。贮
油罐内液面与高位槽中液面间的距离为20m。输送管路为φ108×4mm的钢管，总长为1000m（包括直管长度及所有局部阻力的当量长度），摩擦系数?取0.029。若流动中的雷诺准数Re为3000，试求：
(1) 油在管内的流速是多少 m/s？
3
(2) 输油量是多少 m/h？
(3) 输送管路的能量损失是多少 J/kg ？ (4) 所需泵的有效功率?
(5) 若泵的效率为0.55，计算泵的轴功率。
30. 用离心泵将一常压贮罐中的液体以19000kg/h的流量送入反应器。输送管路的规格为
φ45×2.5mm，反应器上压强表的显示值为210kPa，贮罐内的液面到输送管出口的垂直距离为9m。管路上装有3个当量长度1.5m的阀门，和一个阻力系数为ζ=2.1的流量
3
计，管路总长度为36m（包括所有进出口阻力）。已知输送液体的密度为1200kg/m，粘度为0.12Pas，管路液体呈层流流动，当地大气压强为100 kPa。试求： (1)管路中流体的流速u＝？（3分）
(2)管路中流体的雷诺准数Re＝？（2分） (3)管路的摩擦系数λ＝？（2分） (4)管路的总阻力损失Σhf＝？（8分）
(5)泵的总效率为60%时，所需轴功率N＝？（10分）
3
31. 从敞口容器A用泵B将密度为890 kg/m的液体送入塔C。塔内的表压强如附图所示。
液体输送量为15 kg/s，流体流经管路的能量损失（包括进、出口及全部损失）为122 J/kg，已知泵的效率为80%，求泵的有效功率Ne及轴功率N。
36 2 2160kN/ 2.1
3
32. 用泵将密度为950kg/m的液体从常压贮罐送至敞口高位槽中。贮罐内液面与高位槽中液
面间的距离为30m。输送管路为φ58×4mm的钢管，总长为1000m（包括直管长度及所有局部阻力的当量长度）。要求送液量为12000kg/h，管路摩擦系数?取0.026。试求：
3
(1) 输油量是多少 m/h？
(2) 油在管内的流速是多少 m/s？
(3) 输送管路的能量损失是多少 J/kg ？ (4) 所需泵的有效功率?
(5) 若泵的效率为0.55，计算泵的轴功率。
33. 用离心泵将一常压贮槽中的液体送入反应器，输送管路的规格为φ45×2.5mm（假设泵
的吸入管路与排出管路等径）。在泵的入口处有一U管压强计，以汞为指示剂，读数为
3
130mm (汞的密度为13600kg/m)。贮槽内液面到泵入口处的垂直距离为0.5m，输送管路在反应器处的出口到泵入口处的垂直距离为10m，忽略吸入管路以及泵进出口间的阻力损失。反应器上压强表的显示值为210kPa，管路上装有3个当量长度1.5m的阀门，和一个阻力系数为ζ=2.1的流量计。管路长度为36m（包括所有其他管件及进出口阻
3
力的当量长度）。已知输送液体的密度为1200kg/m，粘度为0.12Pas，管路液体呈层流流动，当地大气压强为100 kPa。试求： (1) 泵的输送能力？
(2) 总效率为60%时泵的轴功率？
第三章 非均相分离
一、填空题：
1.（2分）悬浮液属液态非均相物系，其中分散内相是指_____________；分散外相是指 ______________________________。
***答案*** 固体微粒， 包围在微粒周围的液体
2.（3分）悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降时，会受到_____________三个力的作用。当此三个力的______________时，微粒即作匀速沉降运动。此时微粒相对于流体的运动速度，称为____________ 。
***答案*** 重力、阻力、浮力 代数和为零 沉降速度
3.（2分）自由沉降是 ___________________________________ 。 ***答案*** 沉降过程颗粒互不干扰的沉降
4.（2分）当微粒在介质中作自由沉降时，若粒子沉降的Rep相同时，球形度越大的微粒，介质阻力系数越________ 。球形粒子的球形度为_________ 。 ***答案*** 小 1
5.（2分）沉降操作是使悬浮在流体中的固体微粒，在 _________力或__________力的作用下，沿受力方向发生运动而___________ ，从而与流体分离的过程。 ***答案*** 重 离心 沉积
6.（3分）球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是_______________ 。滞流沉降时，其阻力系数=____________.
***答案*** 粒子所受合力的代数和为零 24/ Rep
7.（2分）降尘宝做成多层的目的是____________________________________ 。 ***答案*** 增大沉降面积，提高生产能力。
8.（3分）气体的净制按操作原理可分为_____________________________________ ___________________.旋风分离器属_________________ 。
***答案*** 重力沉降、离心沉降、过滤 离心沉降 9.（2分）过滤是一种分离悬浮在____________________的操作。 ***答案*** 液体或气体中固体微粒
10.（2分）过滤速率是指___________________________ 。在恒压过滤时，过滤速率将随操作的进行而逐渐__________ 。
***答案*** 单位时间内通过单位面积的滤液体积 变慢
11.（2分）悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是___________________________ ___________________________________________________。
***答案*** 在滤饼中形成骨架，使滤渣疏松，孔隙率加大，滤液得以畅流
12.（2分）过滤阻力由两方面因素决定：一方面是滤液本身的性质，即其_________；另一方面是滤渣层本身的性质，即_______ 。 ***答案*** μ γL
13.（2分）板框压滤机每个操作循环由______________________________________五个阶段组成。
***答案*** 装合板框、过滤、洗涤、卸渣、整理
14.（4分）板框压滤机主要由____________________________________________，三种板按 ________________的顺序排列组成。
***答案*** 滤板、滤框、主梁（或支架）压紧装置等组成 1—2—3—2—1—2—3—2—1
15.（3分）某板框压滤机的框的尺寸为：长×宽×厚=810×810×25 mm，若该机有10块框，其过滤面积约为_________________ m。 ***答案*** 13.12
16.（4分）板框压滤机采用横穿洗涤滤渣，此时洗穿过____层滤布及____个滤框厚度的滤渣，流经过长度约为过滤终了滤液流动路程的____倍，而供洗液流通的面积又仅为过滤面积的____。
***答案*** 二; 一; 二 ; 二分之一
17.（3分） 转鼓真空过滤机，转鼓每旋转一周，过滤面积，的任一部分都顺次经历___________________________________________等五个阶段。 ***答案*** 过滤、吸干、洗涤、吹松、卸渣
18.（3分）离心分离因数是指_____________________________________________
___________________。为了提高离心机的分离效率，通常使离心机的___________增高，而将它的________减少。
***答案*** 物料在离心力场中所受的离心力与重力之比; 转速 直径适当 19.（2分）离心机的分离因数越大，则分离效果越__________；要提高离心机的分离效果，一般采用________________的离心机。
***答案*** 好 ; 高转速 ; 小直径
20.（3分）某悬浮液在离心机内进行离心分离时，若微粒的离心加速度达到9807m.s，则离心机的分离因数等于__________。 ***答案*** 1000 二、选择题：
1.（2分）欲提高降尘宝的生产能力，主要的措施是（ ）。
A. 提高降尘宝的高度； B. 延长沉降时间； C. 增大沉降面积 ***答案*** C
2.（2分）为使离心机有较大的分离因数和保证转鼓有关足够的机械强度，应采用（ ）的转鼓。
A. 高转速、大直径； B. 高转速、小直径； C. 低转速、大直径； D. 低转速，小直径； ***答案*** B
3.（2分）用板框压滤机恒压过滤某一滤浆（滤渣为不可压缩，且忽略介质阻力），若过滤时间相同，要使其得到的滤液量增加一倍的方法有（ ）。 A. 将过滤面积增加一倍； B. 将过滤压差增加一倍； C. 将滤浆温度到高一倍。 ***答案*** A
4.（2分）板框压滤机组合时应将板、框按（ ）顺序置于机架上。 A. 123123123??； B. 123212321??； C. 3121212??3
***答案*** B
5.（2分）有一高温含尘气流，尘粒的平均直径在2～3μm，现要达到较好的除尘效果，可采（ ）的除尘设备。
A. 降尘室； B. 旋风分离器； C. 湿法除尘； D. 袋滤器 ***答案*** C
6.（2分）当固体微粒在大气中沉降是层流区域时，以（ ）的大小对沉降速度的影响最为显著。
A. 颗粒密度； B. 空气粘度； C. 颗粒直径 ***答案*** C
7.（2分）卧式刮刀卸料离心机按操作原理分应属于（ ）离心机。 A. 沉降式 B. 过滤式 C. 分离式 ***答案*** B
8.（2分）分离效率最高的气体净制设备是（ ）。 A. 袋滤器； B. 文丘里除尘器； C. 泡沫除尘器 ***答案*** A
9.（2分） 若气体中所含微粒的最小直径为1μm，并含有少量水分，现要将此气体进行净制，并希望分离效率达99%，则应选用（ ）。
A. 袋滤器； B. 文丘里除尘器； C. 泡沫除尘器 ***答案*** B
10.（2分）当微粒与流体的相对运动属于滞流时，旋转半径为1m,切线速度为20m.s,同一微粒在上述条件下的离心沉降速度等于重力沉降速度的（ ）。 A. 2倍； B. 10倍； C. 40.8倍 ***答案*** C
11.（2分） 为提高旋风分离器的效率，当气体处理量较大时，应采用（ ）。 A. 几个小直径的分离器并联； B. 大直径的分离 ； C. 几个小直径的分离器串联。 ***答案*** A
12.（2分）颗粒的重力沉降在层流区域时，尘气的除尘以（ ）为好。 A. 冷却后进行； B. 加热后进行； C. 不必换热，马上进行分离。
***答案*** A
13.（2分）旋风分离器的临界粒径是指能完全分离出来的（ ）粒径。 A. 最小； B. 最大； C. 平均； ***答案*** A
14.（2分）旋风分离器主要是利用（ ）的作用使颗粒沉降而达到分离。 A. 重力； B. 惯性离心力； C. 静电场 ***答案*** B
15.（2分）离心机的分离因数α愈大，表明它的分离能力愈（ ）。 A. 差； B. 强； C. 低 ***答案*** B
16.（2分）恒压过滤时过滤速率随过程的进行而不断（ ）。 A. 加快； B. 减慢； C. 不变 ***答案*** B
17.（2分）要使微粒从气流中除去的条件，必须使微粒在降尘室内的停留时间（ ）微粒的沉降时间。
A. ≥； B. ≤； C. ＜； D. ＞ ***答案*** A
18.（2分） 板框过滤机采用横穿法洗涤滤渣时，若洗涤压差等于最终过滤压差，洗涤液粘度等于滤液粘度，则其洗涤速率为过滤终了速率的（ ）倍。 A. 1； B. 0.5； C. 0.25 ***答案*** C
19.（2分）现有一乳浊液要进行分离操作，可采用（ ）。 A. 沉降器； B. 三足式离心机； C. 碟式离心机。 ***答案*** C 20.（2分）含尘气体中的尘粒称为（ ）。
A. 连续相； B. 分散相； C. 非均相。 ***答案*** B 三、判断题：
1.（2分）离心机的分离因数α愈大，表明它的分离能力愈强。（ ） ***答案*** √
2.（2分）通过旋风分离器能够完全分离出来的最大颗粒直径，称临界颗粒直径。（ ）
***答案*** ×
3.（2分）固体颗粒在大气中沉防是层流区域时，以颗粒直径的大小对沉降速度的影响最为显著。（ ） ***答案*** √
4.（2分）旋风分离器是利用惯性离心力作用来净制气的设备。（ ） ***答案*** √
5.（2分）若洗涤压差与过滤压差相等，洗水粘度与滤液粘度相同时，对转筒真空过滤机来说，洗涤速率=过滤未速度。（ ） ***答案*** √
6.（2分）沉降器的生产能力与沉降高度有关。（ ） ***答案*** ×
7.（2分）恒压过滤过程的过滤速度是恒定的。（ ） ***答案** ×
8.（2分）要使固体颗粒在沉降器内从流体中分离出来，颗粒沉降所需要的时间必须大于颗粒在器内的停留时间。（ ） ***答案*** ×
9.（2分） 为提高旋风分离器的分离效率，当气体处理量大时，解决的方法有：一是用几个直径小的分离器并联操作。（ ） ***答案*** √
10.（2分）在气一固分离过程，为了增大沉降速度U，必须使气体的温度升高。（ ） ***答案*** ×
11.（2分）颗粒的自由沉降速度U小于扰沉降速度。（ ） ***答案*** ×
12.（2分） 通常气体的净制宜在低温下进行；（ ）而悬浮液的分离宜在高温下进行。（ ）
***答案*** √ √
13.（2分）粒子的离心沉降速度与重力沉降速度一样，是一个不变值。（ ） ***答案*** ×
14.（2分） 做板框压滤机的过滤实验时，滤液的流动路线与洗水的流动路线是相同的。（ ）
***答案*** ×
15.（2分）板框压滤机采用横穿法洗涤时，若洗涤压差=最终过滤压差，洗涤液粘度=滤液粘度，则其洗涤速率=1/4过滤终了速率。（ ） ***答案*** √
16.（2分）物料在离心机内进行分离时，其离心加速度与重力加速度的比值，称为离心分离因数。（ ） ***答案*** √
17.（2分）滤渣的比阻越大，说明越容易过滤。（ ） ***答案*** ×
18.（2分）恒压过滤时过滤速率随过程的进行不断下降。（ ） ***答案*** √
19.（2分）袋滤器可用于除去含微粒直径小至1μm的湿气体的净制。（ ） ***答案*** ×
20.（2分）欲提高降尘室的生产能力一倍，应将降尘室的高度增加一倍。（ ）
***答案*** × 四、问答题：
1.（8分）为什么工业上气体的除尘常放在冷却之后进行？而在悬浮液的过滤分离中，滤浆却不宜在冷却后才进行过滤？ ***答案***
由沉降公式u=d(ρ－ρ)g/(18μ)可见，U与μ成反比，对于气体温度升,高其粘度增大，温度下降，粘度减少。所以对气体的除尘常放在冷却后进行，这样可增大沉降速度U。而悬浮液的过滤，过滤速率为dv/(Adq)=△P/(rμL)，即粘度为过滤阻力。当悬浮液的温度降低时，粘度却增大，为提高过滤速率，所以不宜冷却后过滤。 2.（8分）试分析提高过滤速率的因素？ ***答案***
过滤速率为dv/Adθ=△P/rμL推动力/阻力提高过滤速率的方法有： （1）提高推动力△P，即增加液柱压力；增大悬浮液上面压力；在过滤介质下面抽真空。 （2）降低阻力，即提高温度使粘度下降；适当控制滤渣厚度；必要时可加助滤剂。
3.（8分） 影响重力沉降速度的主要因素是什么？为了增大沉降速度以提高除尘器的生产能力，你认为可以采取什么措施？ ***答案***
由重力沉降式U=d(ρs-ρ)g/(18μ)可见，影响重力沉降速度U的主要是d和μ（U∝d，U∝1/μ，为提高U，在条件允许的情况下，可用湿法增大颗粒直径。这样可大大增大U，较可行的办法是让含尘气体先冷却，使其粘度下降，也可使U增大。
4.（8分）为什么旋风分离器的直径D不宜太大？当处理的含尘气体量大时，采用旋风分高器除尘，要达到工业要求的分离效果，应采取什么措施？ ***答案***
旋风分离器的临界直径d=(9μB/πNUρ)，可见D↑时，B也↑（B=D/4），此时d也↑，则分离效率η↑，为提高分离效率，不宜采用D太大的分离器。为果气体处理大时，可采用几个小直径的旋风分离器并联操作，这样则可达到要求的分离效果。 5.（8分）为什么板框压滤机洗涤速率近似等于过滤终了时过滤速率的四分之一倍？ ***答案***
由于洗涤液通过两层过滤介质和整层滤渣层的厚度，而过滤终了时滤液只通过一层过滤介质和滤渣层厚度的一半，即洗涤液流动距离比滤液长1倍，其阻力也就大1倍，故（dv/dq)w就慢了0.5倍；又因洗涤液的流通面积此滤液的流通面积少1倍，这样（dv/dq)w又慢了0.5。基于上述两个原因，故当洗涤压差与过滤终了时压差相同时，且洗涤液的粘度与滤液粘度相近时，则（dv/dθ)w≈(1/4)(dv/dθ) 6．影响颗粒沉降速度的因素都有哪些？ 答：影响颗粒沉降速度包括如下几个方面： 颗粒的因素：尺寸、形状、密度、是否变形等；
介质的因素：流体的状态（气体还是液体）、密度、粘度等；
环境因素：温度（影响ρ、μ）、压力、颗粒的浓度（浓度大到一定程度使发生干扰沉降）等
设备因素：体现为壁效应。
7．多层沉降室和旋风分离器组设计的依据是什么？
答：（1）多层沉降室设计的依据是沉降室生产能力的表达式，即VS=blut
根据此式，VS与设备高度无关，而只是底面积bl和ut的函数。对指定的颗粒，在设备总高度不变条件下，设备n层水平隔板，即使底面积增加nbl倍，从而使生产能力达到原来的（n＋1）倍。如果生产能力保持不变，多层降尘室可使更小的颗粒得以分离，提高除尘效率。 （2）旋风分离组设计的依据是临界粒径定义式，即
当颗粒尺寸及介质被指定之后，B的减小可使dc降低，即分离效果提高。B和旋风分离器的直径成一定比例。在要求生产能力比较大时，采用若干个小旋风分离器，在保证生产能力前提下，提高了除尘效果。
8．若分别采用下列各项措施，试分析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。转筒尺寸按比例增大50％。 答：根据题给条件，转筒真空过滤机生产能力的表达式为
而A=πDL
转筒尺寸按比例增大50％。新设备的过滤面积为
A’=(1.5)2A=2.25A
即生产能力为原来的2.25倍，净增125％，需要换设备。
9．若分别采用下列各项措施，试分析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，转筒浸没度增大50％。
答：根据题给条件，转筒真空过滤机生产能力的表达式为
而A=πDL
转筒浸没度增大50％
即生产能力净增22.5％。增大浸没度不利于洗涤。
10．若分别采用下列各项措施，试分析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，操作真空度增大50％。
答：根据题给条件，转筒真空过滤机生产能力的表达式为
而A=πDL
操作真空度增大50％
增大真空度使 为原来的1.5倍，则效果同加大浸没度50％，即生产能力提高了22.5％。
加大真空度受操作温度及原来真空度大小的制约。
11．若分别采用下列各项措施，试分析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，转速增大50％。
滤浆中固体的体积分率由10％提高至15％。Xv的加大使v加大，两种工况下的v分别为
(a)
则
即生产能力（以滤液体积计）下降25.47％
12．若分别采用下列各项措施，试分析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，滤浆中固相体积分率由10％增稠至15％，已知滤饼中固相体积分率为60％。 根据题给条件，转筒真空过滤机生产能力的表达式为
而A=πDL
升温，使滤液粘度减小50％。
再分析上述各种措施的可行性。升温，使粘度下降50％。 答：根据题给条件，转筒真空过滤机生产能力的表达式为
而A=πDL 由式a可知
则
即可使生产能力提高41.4％。但温度提高，将使真空度难以保持。工业生产中，欲提高生产能力，往往是几个方法的组合。
13．何谓流化质量？提高流化质量的措施有哪些？
答：流化质量是指流化床均匀的程度，即气体分布和气固接触的均匀程度。提高流化质量的着眼点在于抑制聚式流化床内在不稳定性，即抑制床层中空穴所引发的沟流、节涌现象。
（1）分布板应有足够的流动阻力。一般其值 ，绝对值不低于3.5kPa。
（2）设置床层的内部构件。包括挡网、挡板、垂直管束等。为减小床层的轴向温度差，挡板直径应略小于设备直径，使固体颗粒能够进行循环流动。
（3）采用小粒径、宽分布的颗粒，细粉能起到“润滑”作用，可提高流化质量。 （4）细颗粒高气速流化床提供气固两相较大的接触面积，改善两相接触的均匀性，同时高气速可减小设备尺寸。
五、计算题：
3-1 某烧碱厂拟采用重力沉降净化粗盐水，粗盐水密度为1200kgm3黏度为2.3mPa?s，其中固体颗粒可视为球形，密度取2640kgm3。求直径为0.1mm颗粒的沉降速度。
解：在沉降区域未知的情况下，先假设沉降处于层流区，应用斯托克斯公式： ut?2??p???gdp18?9.81?10?4??2640?1200??3m ??3.41?10?3s18?2.3?10dput?10?4?3.41?10?3?1200??0.178?2 ?32.3?10??2校核流型 Ret??层流区假设成立，ut?3.41mms即为所求。
3-2 某烧碱厂拟采用重力沉降净化粗盐水，粗盐水密度为1200kgm3黏度为
2.3mPa?s，其中固体颗粒可视为球形，密度取2640kgm3。沉降速度为0.02ms的颗
粒直径。
解：假设沉降在层流区，ut?2??p???gdp18?。
dp?18?ut18?2.3?10?3?0.02??2.42?10?4m
g??p???9.81??2640?1200? 校核流型 Ret?dput??2.42?10?4?0.02?1200??2.53?2
2.3?10?3 原假设不成立。设沉降为过渡区。
??ut?1.4?0.4?0.6?dp???????0.153g????p?????校核流型 Ret?11.6??0.02?1.412000.4?2.3?10?30.6????????0.1539.81?2640?1200??????2.59?10?4?0.02?1200??2.70
2.3?10?3??11.6?2.59?10?4mdput??过渡区假设成立，dp?0.259mm即为所求。
3-3 长3m、宽2.4m、高2m的降尘室与锅炉烟气排出口相接。操作条件下，锅炉烟气
33量为2.5ms，气体密度为0.720kgm，黏度为2.6?10Pa?s，飞灰可看作球型颗粒，
3?5密度为2200kgm。求临界直径。
解： utc?Vmax2.5??0.347ms BL2.4?3 假设沉降处于层流区， dpc?18?utc18?2.6?10?5?0.347??8.68?10?5m
g??p???9.81??2200?0.720? 校核流型 Ret?dpcutc??8.68?10?5?0.347?0.720??0.834?2
2.6?10?5 故dpc?86.8?m即为所求。
3-4 长3m、宽2.4m、高2m的降尘室与锅炉烟气排出口相接。操作条件下，锅炉烟气量为2.5m3s，气体密度为0.720kgm3，黏度为2.6?10Pa?s，飞灰可看作球型颗粒，密度为2200kgm3。要求75?m以上飞灰完全被分离下来，锅炉的烟气量不得超过多少。
解：已知75?m，由上题知沉降必在层流区。
2??p???gdpc?5 utc?18?9.81?7.5?10?5??2200?0.720???0.259ms ?518?2.6?10??2 Vmax?BLutc?2.4?3?0.259?1.87m3s 校核气流速度： u?Vmax1.87??0.39ms?1.5ms BH2.4?233-5 过滤固相浓度c?1%的碳酸钙悬浮液，颗粒的真实密度?p?2710kgm，清3液密度??1000kgm，滤饼含液量??0.46，求滤饼与滤液的体积比?。
解： 设滤饼的表现密度为?c,kgm，且颗粒与液体均不可压缩，则根据总体积为分体积之和的关系，可得：
311????? ?c?p?所以：?c?1?3?1?0.460.46?3???1517kgm
?27101000?每获得1m滤液，应处理的悬浮液体积为?1???，其中固体颗粒的质量为：?1???c?p 每获得1m滤液得到的滤饼质量为???c?，其中固体颗粒的质量为：??c?1???
3
射固体颗粒全部被截留，则?B???C?，有??c?p?c?1????c?p
将已知值代入上式：??20.01?2710?0.0342m3滤饼/m3滤液。
1517??1?0.46??0.01?27103-6 过滤面积为5m的转股真空过滤机，操作真空度为54kpa，浸没度为1/3，每分钟转数为0.18。操作条件下的过滤常数K为2.9?10?6m2s，qe为1.8?10?3m3m2，求Vtm3h。
???160??2.9?10?6?3 解：Vt?60?0.18?5???1.8?10?30.18?????2???3?1.8?10?
??? ?0.877m3h
3-7 一填充床含有不同大小的颗粒，计10mm的占15%，20mm的占25%，40mm的
占40%，70mm的占20%，以上均为质量百分率。设球型度均为0.74,试计算平均等比表面积当量直径。
解：筛分法得到的颗粒尺寸为等比表面积当量直径dai，则平均等比表面积当量直径为
dam?11??24.78mm xi0.150.250.40.2????d10204070ai3-8 以圆柱形烟囱高30m，直径1.0m，当风以每小时50km横向掠过时，试求拽力
系数与该烟囱所受的拽力，设空气温度25?C。
解： 25?C空气：??1.185kgm，??18.35?10cP 空气的流速：u?50?10/3600?13.89ms Re?33?3dpu???1.0?13.89?1.185?8.97?105 ?618.35?10 查拽力系数图，对圆柱体??0.38
?u21?0.38??1.0?30???1.185?13.892?1303N 拽力：FD???Ap?223-9 密度为2000kgm的圆球在20?C的水中沉浮，试求其在服从斯托克斯范围内
3
的最大直径和最大沉降速度。
解：20?C水：??998.2kgm3，??1.005?10?3Pa?s 颗粒：?s?2000kgm3 在斯托克斯定律范围内：Rep?dp?u??1
即
998.2?dpu1.005?10?3?1
取Rep?1，则dp?u?1.006?10?6m?m/s
2?2000?998.2??9.81dp2 ?543300dp 又ut?18?1.005?10?3?4 dpmax?1.23?10m?123?m ?ut?max?8.19?10?3ms
3-10 一种测定黏度的仪器由一钢球和玻璃筒组成。测试是筒内装被测液体，记录钢球
下落一定距离的时间，球的直径为6mm，下落距离为20mm，测试一种糖浆时，记下的时间间隔为7.32s，此糖浆的密度为1300kg/m3，钢球的密度为7900kg/m3，求此糖浆的黏度。
解：钢球的沉降速度：ut?H?t?0.2?0.0273m/s 7.32 设沉降处于层流区，根据斯托克斯定律：
ds2??s???g0.0062??7900?1300??9.81 ????4.74Pa?s
18ut18?0.0273 核Rep:Rep?dsut???0.006?0.0273?1300?0.045?1
4.74 所以，假设在层流区沉降正确，糖浆的黏度为4740cP。
3-11 试求密度为2000kg/m的球型粒子在15?C空气中自由沉降室服从斯托克斯定律的最大粒径。
解：15?C空气：??1.226kg/m，??0.0179?10Pa?s
3?33ds2??s???g 当Rep?1时，ut? ?ds?18??
?518?218?1.79?10?3?6.21?10?5m?62.1?m ds?3???s???g1.226?2000?9.81??2 3-12 试求密度为2000kg/m3的球型粒子在15?C空气中自由沉降室服从牛顿定律的最小颗粒直径。
解：15?C空气：??1.226kg/m3，??0.0179?10?3Pa?s 服从牛顿定律的最小颗粒直径：Rep??utds??1000
同时ut?d?????g1000? ?1.74ss?ds? ds?32.33?2???s????32.33?1.79?10?2?521.226?2000?0.00164m?1.64mm
3-13 某悬浮液在以过滤面积为500cm的恒压压滤机内进行试验，所用真空度为
500mmHg柱，在十分钟内获得滤液为500ml，求过滤常数K及k。（滤饼不可压缩，滤
布阻力不计）
解：因滤布阻力不计，则过滤常数为
V2500?10?6?1?10?5m2/min K?2?2A?500?10?4?10????2 又滤饼不可压缩，则
K1?10?5??7.50?10?11m4/?min?N? k?2?P2?500?13.6?9.81 3-14 某板框压滤机在恒压过滤一小时后，共获得滤液11m，停止过滤后用3m清水（其黏度与滤液相同）于同样压力下对滤饼进行洗涤。设滤布阻力可忽略，求洗涤时间。 解：因洗涤水黏度与滤液黏度相同，洗涤压差也与过滤压差相同，且滤布阻力可忽略，则洗涤时间为 ?w?8aw??8?333?1?2.18h 113 3-15 用一板框压滤机在恒压下过滤某一悬浮液，要求经过三个小时能获得4m滤液，若已知过滤常数K?1.48?10m/h，滤布阻力略不计，若滤框尺寸为
?321000mm?1000mm?30mm，则需要滤框和滤板各几块。
解：滤布阻力忽略不计时恒压过滤方程 V?KA?
22
故过滤面积A?VK??41.48?10?3?3?60.0m2
A60??30 2ab2?1?1 板数n?1?31
框数n? 3-16 用一板框压滤机在恒压下过滤某一悬浮液，要求经过三个小时能获得4m滤液，若已知过滤常数K?1.48?10m/h，滤布阻力略不计，过滤终了用水进行洗涤，洗涤水黏度与滤液相同，洗涤压力与过滤压力相同，若洗涤水量为0.4m，求洗涤时间。 解：因洗涤水黏度与滤液相同，洗涤压力与过滤压力相同，介质阻力可忽略，则洗涤时间为：
?w?8aw??8?3?3230.4?3?2.4h 43 3-17 用一板框压滤机在恒压下过滤某一悬浮液，要求经过三个小时能获得4m滤液，若已知过滤常数K?1.48?10m/h，滤布阻力略不计，若辅助时间为一小时，求该压滤机的生产能力。
解：压滤机生产能力为 Vh??32V???w??D?4?0.625m3/h
3?2.4?13 3-18 一只含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m3，气体流率为1000m/h，密度为
0.674kg/m3，黏度为3.6?10?6N?s/m2。采用标准型旋风分离器进行除尘，若分离器的
直径为400mm，估算临界粒径。
解：标准型旋风分离器的结构尺寸为 B?D0.4D0.4??0.1，A???0.2m 4422 进口气速：u? 故
Vs1000/3600??13.9m/s，取N?3.5 A?B0.1?0.2临
界
直
径
：
9?Bdc???N?su9?3.6?10?5?0.1?9.6?10?6m?9.6?m
3.14?3.5?2300?13.93 3-19 一只含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m3，气体流率为1000m/h，密度为
0.674kg/m3，黏度为3.6?10?6N?s/m2。采用标准型旋风分离器进行除尘，若
分离器的直径为400mm，估算气体的阻力。
解： 标准型旋风分离器的结构尺寸为 B?D0.4D0.4??0.1，A???0.2m 4422 标准型旋风分离器??16AB16?0.2?0.1??8 22D1?0.4/2? 阻力：?P???121?u?8??0.674?13.92?521N/m2?53.1mmH2O 223 3-20 用一板框压滤机在恒压下过滤某一悬浮液，要求经过三个小时能获得4m滤液，
若已知过滤常数K?1.48?10m/h，滤布阻力略不计，（1）若滤框尺寸为
?321000mm?1000mm?30mm，则需要滤框和滤板各几块。（2）过滤终了用水进行
洗涤，洗涤水黏度与滤液相同，洗涤压力与过滤压力相同，若洗涤水量为0.4m，
求洗涤时间。
解：滤布阻力忽略不计时恒压过滤方程 V?KA? 故过滤面积A?223VK??41.48?10?3?3?60.0m2
A60??30 2ab2?1?1 板数n?1?31
框数n? （2）因洗涤水黏度与滤液相同，洗涤压力与过滤压力相同，介质阻力可忽略，则
洗涤时间为： ?w?8aw??8?0.4?3?2.4h 4第四章 传热
一、选择题
1. 对双层平壁的稳态导热过程，壁厚相同，各层的导热系数分别为?1和?2，其对应的温差分别为?t1和?t2，若?t1> ?t2，则?1和?2的关系为（ ）。 A. ?1?2。 D. 不确定。 2. 冷、热流体进、出口温度均不变时，并流推动力（ ）逆流推动力。 A.大于 B.小于 C.等于 D.不确定
3. 黑体的辐射能力与表面绝对温度的（ ）成正比。
A.一次方 B.二次方 C.三次方 D.四次方 4. 同一温度下，（ ）的辐射能力最大。
A.黑体 B.镜体 C.灰体 D.透热体
5. 傅立叶定律是描述（ ）的基本定律。
A.热传导 B.热对流 C.热辐射 D.对流传热 6. 多层平壁导热时，各层的温度差与各相应层的热阻所呈关系是（ ） Ａ.没关系，Ｂ.反比，Ｃ.正比，Ｄ.不确定
7. 在套管换热器中用冷却水冷却热流体，热流体质量流量和出入口温度T1、T2一定，冷却水入口温度t1一定，如果增加冷却水用量，则Q（ ），K（ ），t2（ ） A：增大 B：不变 C：减小
8. 一套管换热器，环隙为120℃蒸汽冷凝，管内空气从20℃被加热到50℃，则管壁温度应接近于（ ）。
A：35℃ B：120℃ C：77.5℃ D：50℃ 9. 流体在圆形直管内作强制湍流时，其对流传热系数与雷诺数Re的n次方成正比，其中n的值为（ ）
A.0.5 B.0.8 C.1 D.2
10. 在列管式换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否合理。甲：传热管的壁温将接近加热蒸汽温度。乙：换热器总传热系数Ｋ将接近空气侧的对流传热系数（ ） A.甲、乙均合理 B.甲、乙均不合理 C.甲合理，乙不合理 D.乙合理，甲不合理
11. 冷热流体分别在列管换热器的管程和壳程中流动，若аi远小于аo，则列管的壁温接近于（ ）的温度。
A：冷流体 B：热流体 C：无法确定
12. 自然对流的对流传热系数比强制对流的相比（ ）。 A.大 B.小 C.相等 D.不确定
13. 在多层平壁的稳定热传导中，各层厚度及面积相同，即b1=b2=b3，S1=S2=S3其温度变化如图所示，则三种材料的导热系数的大小为( ) A.λ1>λ2>λ3 B.λ1>λ2=λ3 C.λ1<λ2=λ3 D.λ1<λ2<λ3
14. 在列管换热器中，用常压水蒸汽加热空气，空气的进、出口温度分别为20℃和80℃,则管壁温度约为（ ）。
A.20℃ B.80℃ C.50℃ D.100℃
15. 单层平壁定态热传导时，若壁厚增加，则温差（ ），若导热系数增加，则温差（ ），若热阻增加，则温差（ ）
A 变大 B变小 C不变 D不确定
16. 下列各种情况下对流传热系数由大到小的正确顺序应该是（ ）。 ①空气流速为30m/s时的α ②水的流速为1.5m/s时的α ③蒸气滴状冷凝时的α ④水沸腾时的α
A.③>④>①>② B.④>③>②>① C.③>④>②>① D.③>②>④>①
17. 揭示了物体辐射能力与吸收率之间关系的定律是（ ）。 A.斯蒂芬－波尔兹曼定律 B.克希霍夫定律 C.折射定律 D.普朗克定律
18. 计算下列四种“数”时，其数值大小与单位制选择有关的是（ ）。
Ａ、普兰德准数； Ｂ、传热单元数NTU; Ｃ、离心分离因数K; Ｄ、过滤常数K 19. 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，气体串联逆流操作； Ｄ、气体走管外，气体串联逆流操作。
20. 同一物体在同一温度下的反射率与吸收率的关系是（ ）。 A.反射率大于吸收率 B. 反射率小于吸收率 C.反射率等于吸收率 D. 不确定
21. 若换热器两侧对流传热系数αi＞αo 时，总传热系数K接近于（ ）。
A.αo B.αi C.αi +αo
22. 多层平壁的定态热传导中，通过各层的传热速率、通过各层的热通量（ ）。
A.相同、相同 B.相同、不同 C.不同、不同
23. 某灰体的黑度为0.6,该灰体的吸收率为（ ）。
A. 1 B. 0.6 C. 0.4 24. 牛顿冷却定律是描述（ ）的基本定律。
A.热传导 B.对流传热 C.热辐射 25. 以下换热器属于列管换热器的是（ ）。
A.螺旋板式换热器 B.蛇管式换热器 C.U型管式换热器
26. 传热实验时,在套管换热器中用饱和水蒸气冷凝来加热空气（空气走内管,蒸汽走环隙）,为强化传热决定加装翅片,翅片应装在( )侧更为有效。 A、外管外 B、外管内 C、内管外 D、内管内
2
27. 黑度为0.8,表面温度为27℃的物体其辐射能力是（ ）W/m。
A、367.4 B、459.3 C、64.8 D、3306.7
28. 列管式换热器根据结构不同主要有（ ）。
A、套管式换热器、固定管板式换热器、浮头式换热器 B、固定管板式换热器、浮头式换热器、U型管式换热器 C、浮头式换热器、U型管式换热器、热管换热器 D、热管换热器、套管式换热器、固定管板式换热器
29. 流体在圆形直管中作滞流流动，若管长及流体的物性不变，而管径增为原来的2倍，则流速为原来的（ ）倍，流动阻力为原来的（ ）倍。 A、1/2 B、1/4 C、1/8 D、1/16
30. 传热过程中，当两侧对流传热系数αi＜αO时，要提高总传热系数K，关键是提高( )。 A、提高αO B、提高αi C、减小αO D、减小αi
31. 黑度为0.8,表面温度为127℃的物体其吸收率是（ ）。
A、127 B、27 C、0.8 D、0.2
32. 流体在圆形直管中作强制湍流传热，若管长及流体的物性不变，而管径变为原来的1/2，则对流传热系数为原来的（ ）倍。
0.8`1.8
A、4 B、1/4 C、2 D、2
二、填空题
1. 热量的传递是由于________引起的。
2. 3. 4. 5.
由傅立叶定律知，热传导速率与温度梯度成________比。
气体的导热系数随温度升高而________，故常用于绝热，保温。 热传导的传热距离愈远，则导热热阻愈________。
圆筒壁的热传导中，通过各层的热传导速率________，热通量________。（填相同、不同）
6. 对流传热的热阻主要集中在__________________。
7. 对流传热系数反映了对流传热的快慢，其值愈大，对流传热愈________。 8. 强化对流传热过程可采用的措施有________、________和________。 9. 辐射传热中，在能量传递的同时伴随着能量的________。 10. 同一温度下，灰体和黑体相比，________的辐射能力大。 11. 物体的吸收率愈大，其辐射能力愈________。
12. 同一温度下，物体的吸收率在数值上等于该物体的________。 13. 热传导存在于________中。
14. 对流传热是指________的传热过程。
15. 沿等温面方向，温度梯度的大小为________。
16. 冷、热流体进、出口温度均不变时，并流推动力比逆流推动力________。
17. 提高传热系数的重点在于______________________________列管式换热器安装折流档
板的目的是_____________________。
18. 提高换热器传热速率的途径有_____________、______________ 、__________________。 19. 黑体的辐射能力与其________的四次方成正比。 20. 傅立叶定律是描述________的基本定律。
21. 自然对流的对流传热系数比强制对流的________。
22. 金属固体、非金属固体、液体和气体四种物质，________的导热系数最大，________
的导热系数最小。
23. 定态多层平壁热传导中，各层平壁的温度差与其导热热阻成________比。 24. 传热的基本方式有 、 、 。
25. 蒸汽冷凝的方式有 和 ，工业上采用 。 26. 能全部吸收辐射能的物体称为 ，能全部反射辐射能的物体称为 。黑体与灰体
相比，发射能力最大的是 ，吸收能力最大的是 。
27. 某灰体的吸收率为0.8，其黑度为 ；某灰体的反射率为0.3，其黑度为 。 28. 写出三种常用的间壁式换热器的名称 、 、 。根据热补偿不同，
列管换热器可分为 、 、 等。
29. 大容积（器）饱和沸腾曲线а~△t可分为 、 、 几个阶段，
工业生产上，一般控制在 阶段。
30. 在钢、水、软木之间，导热效果最佳的是 ，保温效果最佳的是 。 31. 根据斯蒂芬—波尔兹曼定律，黑体的绝对温度增加一倍，其辐射能增加 倍。 32. 斯蒂芬—波尔兹曼定律的表达式为 。
33. 对流传热中，当在________情况下，进行的是恒温传热，在________情况下，进行的是
变温传热。
34. 影响对流传热系数的物性常数有________。
35. 应用准数关联式计算对流传热系数时应注意________、________和________。 36. 冷凝传热中，膜状冷凝的传热效果要比滴状冷凝的________。（填好、差） 37. 能被物体吸收而转变为热能的电磁波的波长在________之间，统称热射线。 38. 在间壁式换热器中，总传热过程由下列步骤所组成：首先是热流体和管外壁间的
__________传热，将热量传给管外壁面；然后，热量由管的外壁面以________方式传给管的内壁面；最后，热量由管的内壁面和冷流体间进行_______ 传热。
39. 对于套管式换热器，要提高传热系数，应提高传热系数较__（大，小）一侧的h；而换
热器内管管壁的温度则接近于传热系数较___（大，小）一侧的流体。 40. 流体湍动程度越强，对流传热系数就 。
41. 对流体无相变化的强制对流传热过程（不考虑自然对流影响时），Nu准数与
有关。
42. 流体在圆形直管内呈强制湍流时，当物性及操作条件一定时，对流传热系数与 成正比，与
成反比。
43. 对多层平壁稳定热传导过程，若某层热阻大，则 也大。 44. 多数固体材料可视为灰体，特点是（1） ，
（2） 。
45. 对多层圆筒壁稳定热传导过程，若某层 大，则温度差也大。
46. 通过因次分析，影响强制对流传热过程的准数有3个，其中反映对流传热强弱程度的准数
是 ，而反映流体流动湍动程度的准数是 。
47. 流体在弯管内作强制对流传热时,同样条件下,对流传热系数较直管内的要 。 48. 流体在圆形直管内作强制湍流时，强制对流传热系数的准数关联式中规定Re＞ 时
为湍流。
49. 某灰体在20℃时，其黑度为ε=0.8，则其辐射能力的大小为_________ ，其吸收率
为___________ 。
50. 间壁两侧流体的传热过程中，总传热系数接近热阻 的一侧的对流传热系数，壁温接
近热阻 的一侧流体的温度。
51. 增加列管换热器 数的目的是为了提高换热器管程流体的对流传热系数。要提
高换热器的换热速率，应提高 大的一侧流体的 。 52. 辐射传热过程中,物体的黑度越大，其辐射能力 。 53. 稳定热传导计算公式中
b项称为_____________________，其中k为kS__________________，单位是_________________。 54. 辐射传热中，设置隔热挡板是____________辐射散热的有效方法。挡板材料的黑度愈低，
辐射散热量____________。
55. 热传导中传热速率大小用__________定律描述，而对流传热中用_____________定律描
述。对流传热只能发生在________中。 56. 对流传热计算公式中
1项称为_____________________，其中的h为hS__________________，单位是_________________。 三、判断题
1. 流体在弯管内作强制对流传热时,同样条件下,对流传热系数较直管内的要小。
( )
2. 许多设备的外壁温度常高于环境温度,此时热量将以对流和辐射两种方式自壁面向环境传
递而引起热量散失。 ( )
3. 多层圆筒壁的稳态热传导过程,通过各层的传热速率、热通量都相同。
（ ）
4. 螺旋板式换热器属于板翅式换热器的一种型式。 （ ） 5. 任何物体的辐射能力与吸收率的比值为恒定值，等于同温度下黑体的辐射能力。
（ ）
6. 多层平壁的稳态热传导过程,通过各层的传热速率相同、而通过各层的热通量不同。
（ ） 四、计算题
1. 有一逆流操作的热交换器，用15℃的水冷却过热氨蒸汽，氨气温度为 95℃，流率为 200kg/h，氨气在热交换器中冷却。冷凝液在饱和温度（30℃）下派出。在冷却冷凝过程中，热交换器各界面上氨气与水的温度差最小处不允许小于 5℃。求冷却水用量及水最终出口温度？已知 90℃，0氨气的焓分别为 1647,1467KJ/kg,30℃液氨的焓为 323KJ/kg，水平均比热为 4183J/kg℃。 2. 一套管换热器用 133℃的饱和水蒸汽将管内的氯苯从 33℃加热到 73℃，氯苯流量为 5500Kg/h。现因某种原因，氯苯流量减少到 3300Kg/h，但其进出口温度维持不变，试问此时饱和蒸汽温度应为多少才能满足要求？此时饱和水蒸汽冷凝量为原工况的百分之几？（设两种工况下的蒸汽冷凝热阻，管壁热阻，垢层热阻及热损失均可略，且氯苯在管内作湍流流动，忽略两工况下蒸汽汽化潜热的变化）
2
3. 某厂现有两台单壳程单管程的列管式空气加热器，每台传热面积为A0=20m （管外面积），均由128根 Ф25×2.5mm的钢管组成。壳程为 170℃的饱和水蒸汽冷凝（冷凝潜热为r=2054KJ/kg），凝液不过冷。空气走管程，其入口温度t1 =30℃ ，流量为4500kg/h 假定空气的物性参数不随温度、压力变化，可视为常数，分别为CP=1.005KJ/Kg.K， ρ
3-3
=1.06Kg/m ，μ=20.1×10cp ,λ=0.029w/m.k。热损失可略，管内湍流时空气的对流给热
0.8
系数可用下式计算： Nu=0.02Re ；
4. 若两台换热器并联使用，通过两台换热器的空气流量均等，试求空气的出口温度t2(℃)及水蒸汽的总冷凝量 m1(kg/h)； 若两台改为串联使用，试求此时空气的出口温度t2(℃)及水蒸汽的总冷凝量 m1(kg/h)；试比较并联及串联时传热效率的大小，并求两情况下总传热能力的比值 Q串/ Q并。
5. 有一带夹套的反应釜，釜内盛有某反应液。反应液的初始温度为 20℃。釜内液体由于剧烈地搅拌可认为温度均一。反应液需加热到 80℃进行反应。若夹套内通以 120℃的蒸汽加热，已知前 10分钟反应液的温升为 60℃，则反应液由初始温度加热至反应温度需要多少时间？若夹套内通以进口温度为 120℃的热流体加热，前 10 分钟反应釜的温升同样为60℃，则反应液由初始温度加热到反应温度需多少时间？（热流体无相变）(非稳态传热) 6. 某单程列管式换热器，其换热管为?25?2 mm的不锈钢管，管长为3m，管数为32根。在该换热器中，用25℃的水将壳程的110℃的某有机蒸汽冷凝成同温度的液体，该有机蒸
2
汽的冷凝传热系数为8.2?103 W/(m·℃)。水的流量为15000 kg/h，平均比热容为4.18
2
kJ/(kg·℃)；管壁与水的对流传热系数为1000W/(m·℃)；不锈钢的导热系数为17 W/(m·℃)。试求： 总传热系数Ko；水的出口温度。
7. 有一加热器，为了减少热损失，在加热器壁的绝热材料。的外面包一层导热系数为0。16W/m℃，厚度为300mm的绝热材料。已测得绝热层外缘温度为此30℃，距加热器外壁250处为75℃，试求加热器外壁面温度为若干？(300℃)
8. 工厂用φ170 ×5mm的无缝钢管输水蒸气。为了减少沿途的损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚30mm的矿渣棉，其导热系数为0.065 W/m℃；第二层为厚30mm的石棉灰，其导热系数为0.21 W/m℃。管内壁温度为300℃；保温层外面温度为40℃。管道长50m.。
4
试求该管道的散热量。(1.42×10W)
9. 为100mm的蒸汽管，外包两层厚度皆为15mm的保温材料，外面一层的导热系数位0.15 W/m℃，里面一层的导热系数为0.5 W/m℃，已知蒸汽管外表面温度为150℃，保温层外表面
2
温度为50℃。求每米管长的热损失为多少？两保温层交界处的温度为多少？(329 W/m，
122.5℃)
10. 一套管式换热器，外管尺寸为φ38×2.5mm，内管为25×2.5mm的钢管，冷水在管内以0.3m/s的流速流动。水进口温度20℃，出口40℃，试求管壁对水的对流传热系数。(1640 W/m℃)
11. 石油厂常用渣油废热以加热原油。若渣油初温为300℃，终温为200℃；原油初温为25℃，终温为175℃。试分别求两流体作并流流动及逆流流动时的平均温度差，并讨论计算结果。(104℃，150℃)
12. 200Kg/h的硝基苯由355K冷却至300K，冷却水初温为15℃，终温为30℃，求冷却水用
3
量。又如将冷却的流量増加到3.5m/s，求冷却水的终温。(26℃)
13. 热器中采用120.85kPa(绝压)的饱和水蒸气加热苯，苯的流量为4500kg/h，从20加热到60。若设备的热损失估计为所需加热量的7%，试求热负荷及蒸汽用量(设蒸汽凝液在饱和温度时排除)。(131.24kg/h)
14. 某管壳式换热器中，用水逆流冷却某石油馏分，换热器的总传热系数为233.6。该馏分的流量为1500kg/h，平均比热为3.35KJ/kg. ℃，要求将它从90℃冷却到40℃。冷却水的
2
初温为15℃，出口温度为55℃。试求：所需传热面积和冷却水用量。(10m，1500kg/h) 15. 在管长为1m的冷却器中，用水冷却热油。已知两流体并流流动，油由420K冷却到370K，冷却水由285K加热到310K。欲用加长冷却器管子的办法，使油出口温度降至350K。若在两种情况下，油、水的流率、物性常数、进口温度均不变；冷却器除管长外，其它尺寸也不变；忽略热损失。试求管长。(1.66m) 16. 10．现测定套管式换热器的总传热系数，数据如下：甲苯在内管中流动，质量流量为5000 Kg/h，进口温度为80℃，出口温度为50℃；水在环隙中流动，进口温度为15℃，出口为30℃。
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逆流流动。冷却面积为2.5m。问所测得的总传热系数为若干？(745 W/m℃
17. 在一套管式换热器中，内管为φ180 ×10mm的钢管，内管中热水被冷却热水流量为300
2.
Kg/h，进口温度为，出口为60℃。环隙中冷却水进口温度为50℃，总传热系数 2000 W/m℃。 试求： （1）冷却水用
（2）并流流动时的平均温度差及所需的管子长度； （3）逆流流动时的平均温度差及所需的管子长度。 (3011.5Kg/h；2.32m；3.0m)
2
18. 在一传热外表面积为300m的单程列管式换热器中，300℃的某种气体流过壳方并被加热
4
到430℃，另一种560℃的气体作为加热介质，两气体逆流流动，流量均为1×10Kg/h,平均比热均为1.05 KJ/kg.℃，求总传热系数。假设换热器的热损失为壳方气体传热量的10%。
2
(11.3W/m℃)
19. 某列管换热器由φ25×2.5mm的钢管组成。热空气流经管程，冷却水在管间与空气呈逆
2
流流动。已知管内侧空气侧的对流传热系数为50 W/m?℃，管外水侧的对流传热系数为1000 2 W/m?℃，钢的导热系数为45 W/m?℃。试求基于管外表面积的总传热系数K。若管壁热阻和污垢热阻忽略不计，为提高总传热系数，在其它条件不变的情况下，分别提高不同流体的对流传热系数，即：(1)将管内侧空气侧的对流传热系数提高一倍；(2)将 管外水侧的对流传
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热系数提高一倍。分别计算K值。(37.2W/m?℃，74W/m?℃，39W/m?℃)
20. 在一单壳程、四管程换热器中，用水冷却热油。冷水在管内流动，进口温度为15℃，出口温度为32℃。热油在壳方流动，进口温度为120℃，出口温度为40℃。热油的流量为
2
1.25kg/s，平均比热为1.9KJ/kg.。若换热器的总传热系数为470 W/m?℃，试求换热器的
2
传热面积。(9.1 m)
21. 质量流量为7000kg/h的常压空气，要求将其温度由20℃加热到85℃，选用108℃的
42
饱和蒸汽作加热介质。若水蒸气的冷凝传热系数为1.0×10W/m?K。定性温度下空气的物性
参数：Cp=1.0kJ/kg?℃, μ=1.98×10cP , λ=2.85×10W/m?℃，普兰特准数为0.7。(1)总传热系数。(2) 核算此换热器能否完成此换热任务（已知该换热器为单管程、单壳程、管数为200根，管子规格为φ25×2.5mm，管长为2m，管壁及污垢热阻可忽略）(89.04，能) 22. 有一套管式换热器，内管为φ54×2mm，外管为φ116×4mm的列管，内管中苯被加热，其流速为0.643m/s，苯的进口温度为50℃，出口温度为80℃，外管中为120℃的饱和水蒸
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气冷凝，冷凝对流传热系数为1.0×10W/m.K，管壁热阻及污垢热阻均可忽略不计，试求：套管的有效长度。（K值的计算以内管的外壁为基准；苯在定性温度下的物性：
3
Cp=1.86KJ/kg.℃ ρ=880kg/m λ=0.134w/m.℃ μ=0.39cP）(14.3m)
2
23. 在传热面积为20 m的列管式换热器中用温度为20℃，流量为13500 kg/h冷水将某油品从110℃冷却至40℃，冷却水出口温度为50℃。运转一年后，两流体的流量和进口温度均不变，而测得冷却水出口温度降至40℃，经分析是由于污垢积累所至，试计算污垢热阻
2
的增加量。可忽略热损失，水的平均比热4.2KJ/Kg.℃。(0.002m℃/W) 24. 套管换热器的内管为φ38×2mm的铜管。今以绝对压强为294Kpa的饱和蒸汽将内管内的5000 kg/h氯苯由33℃加热到75℃。现某种原因，氯苯流率减小到1350 kg/h，而进、出口温度不变。如仍在原换热器内进行换热，你将采取什么措施？并计算建议改变的项目。两种流率下氯苯在管内流动均为湍流，但氯苯的物性常数可视为不变。已知冷凝传热膜系数比氯苯传热膜系数数值大得多。氯苯侧污垢热阻可忽略不计。(蒸汽压强降为176.5 Kpa)
25. 一卧式列管换热器，钢质换热管长3m，直径为φ25×2mm。水以0.7m/s的流速在管内流过，并从17℃被加热到37℃，流率为1.25kg/s、温度为72℃烃的饱和蒸汽在管外冷凝成同
2
温度的液体。烃蒸汽的冷凝潜热为315KJ/kg。已测得：蒸汽冷凝系数为800W/ m℃，管内侧热阻为外侧的40%，污垢热阻又为管内侧热阻的70%，试核算换热管的总根数及换热器的管程数。计算时可忽略管壁热阻及热损失。(80，4)
26. 在一油冷却器里，水一单管为100g/s的流量流过得钢管，油以单管为75g/s的流量在管外逆向流动。若管长为2m，油和水的进口温度分别为370K和280K，问油的出口温度为多
22
少？已知油侧的对流传热系数为1700 W/ m℃、水侧的对流传热系数为2500 W/ m℃，油的比热为1.9 KJ/Kg.℃(325K)
27. 某列管冷凝器，管内通冷却水，管外为有机蒸气冷凝。在新使用时，冷却水的进出口温度分别为20℃和30℃。使用一段时期后，在冷却水进口温度与流量相同的条件下，冷水出口
2
温度降为26℃。求此时的垢层热阻。已知换热器的传热面积为16.5m，有机蒸气的冷凝温度为80℃，冷却水流量为3.0Kg/s，水的比热为4.2KJ/Kg.K。(12分)
28. 一单壳程单管程列管式换热器，苯在换热器管内流动，流量为1.5kg/S，由80℃冷却到30℃。冷却水在管间和苯作逆流流动，水进口温度20℃，出口温度50℃,已知苯的平均比热
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为1.9×10J/（kg. ℃）,基于外表面积的总传热系数K为490W/(M. ℃),换热器的热损失忽略不计，试求：传热速率Q为多少kW?(4分);对流平均温度差为多少℃？（4分）；该列管换热
2
器的传热面积为多少M？（4分）
29. 有一台新的套管换热器，用水冷却油，水走内管，油与水逆流，内管为?19?3mm的钢管，外管为?40?3mm的钢管。水与油的流速分别为1.5m/s及1.1m/s，水的进出口温度为20℃和40℃，油的进口温度为100℃，热损失不计，试计算所需要的管长。 水，油和钢在定性温度下的物性常数： 水 油 钢 密度（kg/m3） 比热[J/(kg·℃)] 导热系数[W/(m·℃) 998.2 860 ------- 4138 1900 -------- 0.59 0.15 45.4 粘度[W/(m·K)] 0.001 0.0011 ------- -2-2
30. 在一新的套管换热器中，冷却水在φ25×2.5mm的内管中流动以冷凝环隙间的某蒸汽。
当冷却水的流速为0.4m/s和0.8m/s时，测得基于内管外表面的总传热系数分别为1200瓦每平方米开尔文和1700瓦每平方米开尔文。水在管内为湍流，管壁的导热系数为45w/m·K。水流速改变后可认为环隙间冷凝的传热膜系数不变，试求：当水的流速为0.4m/s时，管壁对水的对流传热系数为多少？管外蒸汽冷凝的对流传热系数为多少？若操作一段时间后，水流速仍维持0.4m/s，但测得的总传热系数比操作初期下降10%，试分析可能的原因，并论述此时蒸汽的冷凝量是否也下降10%。（13分）
31. 有一套管式换热器，管程走冷空气，温度由15℃加热到105℃，空气的流速为13.2m/s，
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空气在定性温度下的物性为：密度为1.06kg/m3，比热1.005kJ/(kg.K)，粘度2.01×10Pa.s，导热系数0.02893W/(m.K)，普兰特准数0.696，温度为115℃的水蒸汽在环隙冷凝，其对流
4
传热系数1.0×10W/(m2.℃)。套管换热器的内管尺寸为25×2.5mm，不计污垢热阻，求套管换热器的内管管长。
32. 在一套管式换热器中，用水冷却热油。换热器管长为1.5m，两流体作逆流流到，油由150℃冷却到95℃，冷却水由15℃加热到35℃。若用加长冷却器管子的方法，使油出口温度降至65℃。假设在这两种情况下，油和水的流量、物性常数、进出口温度均不变，冷却器除管长外，其它尺寸也不变，忽略热损失，试求管长。 33. 在列管式换热器中，用15℃的冷却水将某溶液从90℃冷却到40℃，该溶液流量为5400kg/h，比热为3.4kJ/(kg·K)，对流传热系数为600W/(m2·K)。冷却水走管程与管外溶液逆流换热，流量为10080kg/h，比热4.16 kJ/(kg·K)，对流 传热系数为1100W/(m2·K)。换热器管束由φ25×2.5mm钢管组成，钢管导热系数为45W/（m·K），管内、外两侧污垢热阻可略去不计，计算需换热器的传热面积(以So表示)，换热器的热损失可不计。若该换热器运行一段时间后，只能
将溶液冷却到45℃，问此时应采取什么措施才能保证换热要求？ 34. 在列管式换热器中，用饱和水蒸气加热原油。温度为160℃的饱和水蒸气在壳层冷凝排出饱和液体。原油在管程流动，由20℃被加热到106℃。饱和水蒸气的流量为2160kg/h，汽化潜热为2087kJ/kg，对流传热系数为1200W/(m2·K)。原油比热1.6 kJ/(kg·K)，对流 传热系数为400W/(m2·K)。换热器管束由φ25×2.5mm钢管组成，钢管导热系数为45W/（m·K），管内、外两侧污垢热阻及其热损失可略去不计。计算（1）原油的流量；（2）需换热器的传热面积(以So表示)。
35. 在一逆流换热器中，将1.26 kg/s的苯用冷却水从110℃冷却 到40℃，苯的比热为1.7 kJ/(kg·℃)。冷却水走管内,入口温度为18℃，出口温度36℃，水的比热为4.16 kJ/(kg·℃)，换热器由φ25×2.5mm的钢管组成。水和苯的对流传热系数分别为1800 W/(m2·℃)和600 W/(m2·℃),忽略管壁及两侧污垢热阻，不计换热器热损失。求：1.冷却水用量。2.换热器所需换热管总长。
36. 在一列管换热器中将15000kg/h的油品从20℃加热到90℃。油品走管内，管外加热介质为130℃的水蒸汽。换热器由100根φ15×1.5mm、长2m的钢管构成。已知αi＝360W/m2·℃，αo＝12000W/m2·℃，油品的比热为1.9kJ/kg·℃，操作条件下水的汽化潜热为2205kJ/kg，管壁的导热系数为45W/m·℃。若加热蒸汽全部冷凝后在饱和温度下排出，忽略热损失和管壁污垢热阻。试求：
(1) 换热器的热负荷Q＝？ (2) 加热蒸汽消耗量Wh＝？ (3) 总传热系数K＝？
(4) 该换热器能否满足生产任务？
37. 某内管为φ180×10mm的套管换热器中，将流量为3100kg/h的某液态烃从100℃冷却到60℃，其平均比热为2.38kJ/kg.K，冷却水进出口温度分别为40℃和50℃，其平均比热为4.174 kJ/kg.K，并、逆流时的总传热系数K0均为2000W/m2.K，试求：
(1)冷却水用量；
(2)计算两流体分别作并流流动、逆流流动时的平均温度差和管长，并根据计算结果加以讨论。
38. 某内管为φ150×10mm的套管换热器中，将流量为3100kg/h的某液态烃从120℃冷却到60℃，其平均比热为2.38kJ/kg.K，冷却水进出口温度分别为30℃和50℃，其平均比热为4.174 kJ/kg.K，并、逆流时的总传热系数K0均为2000 W/m2.K，试求：
(1)冷却水用量；
(2)两流体作并流流动时的平均温度差和管长； 3两流体作逆流流动时的平均温度差和管长。 39. 用初温为10℃的水在φ25×2.5mm的管子组成的单程列管式换热器内将机油由200℃冷却至100℃，水走管内，油走管间。已知水和机油的质量流量分别为1000 kg/h和1200 kg/h，其比热分别为4.18kJ/kg·K和2.0kJ/kg·K。水侧和油侧的对流传热系数分别为2000W/m2·K和250W/m2·K，两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻。试计算：
(1) 换热器的热负荷； (2) 冷却水的出口温度； (3) 总传热系数； (4) 所需传热面积；
(5) 若换热器由15根长3 m的上述换热管组成，说明该换热器是否合用？ 40. 单程列管式换热器由15根φ25×2.5mm、长3 m钢管组成，管内为初温10℃、终温20℃的冷却水，比热为4.18kJ/kg·K；管间为机油，由200℃冷却至100℃。机油的质量流量为1200 kg/h，比热为2.0kJ/kg·K。两流体呈逆流流动，试计算：
(1) 换热器的热负荷；
(2) 所需冷却水的质量流量； (3) 平均温度差； (4) 总传热系数。 41. 在一列管换热器中逆流将15000kg/h的某低粘度油品从20℃加热到80℃。油品走管内，管外加热介质为130℃的水蒸汽冷凝为饱和水。换热器由100根直径为25mm、长6m的薄壁钢管构成。已知αi＝360W/m2·℃，αo＝12000W/m2·℃，油品的比热为1.9kJ/kg·℃。操作条件下水的汽化潜热为2205 kJ/kg。若换热过程的热损失为冷热流体换热量的15%，忽略管壁及污垢热阻。试求：
(1) 加热蒸汽消耗量？
(2) 该换热器能否满足生产任务？
(3) 若其他已知条件不变，将油品的流量提高到17000kg/h，求此时的总传热系数。