1、习题与思考题第二章 液体搅拌第三章 流体输送设备【例 21】 离心泵特性曲线的测定附图为测定离心泵特性曲线的实验装置，实验中已测出如下一组数据：泵进口处真空表读数 p1=2.67104Pa(真空度)泵出口处压强表读数 p2=2.55105Pa(表压)泵的流量 Q=12.5103 m3/s功率表测得电动机所消耗功率为 6.2kW吸入管直径 d1=80mm压出管直径 d2=60mm两测压点间垂直距离 Z2 Z1=0.5m泵由电动机直接带动，传动效率可视为 1，电动机的效率为 0.93实验介质为 20的清水试计算在此流量下泵的压头 H、轴功率 N 和效率 。解：（1）泵的压头 在真空表及压强表所在截
2、面 11 与 22 间列柏努利方程： gupZ211fgupZ2式中 Z2 Z1=0.5mp1=2.6710 4Pa（表压）p2=2.55105Pa（表压）u1= m/s9.208.3dQu2=4.6.142两测压口间的管路很短，其间阻力损失可忽略不计，故H=0.5+81.92481.9075. 24=29.88mH2O（2）泵的轴功率 功率表测得功率为电动机的输入功率，电动机本身消耗一部分功率，其效率为 0.93，于是电动机的输出功率（等于泵的轴功率）为：N=6.20.93=5.77kW（3）泵的效率 gQHe107.58.92.13= 6.075在实验中，如果改变出口阀门的开度，测出不同流
3、量下的有关数据，计算出相应的 H、 N 和 值，并将这些数据绘于坐标纸上，即得该泵在固定转速下的特性曲线。【例 22】 将 20的清水从贮水池送至水塔，已知塔内水面高于贮水池水面13m。水塔及贮水池水面恒定不变，且均与大气相通。输水管为 1404.5mm的钢管，总长为 200m（包括局部阻力的当量长度）。现拟选用 4B20 型水泵，当转速为 2900r/min 时，其特性曲线见附图，试分别求泵在运转时的流量、轴功率及效率。摩擦系数 可按 0.02 计算。解：求泵运转时的流量、轴功率及效率，实际上是求泵的工作点。即应先根据本题的管路特性在附图上标绘出管路特性曲线。（1）管路特性曲线方程在贮水池水
4、面与水塔水面间列柏努利方程 feHgpZ式中 Z=13m p=0由于离心泵特性曲线中 Q 的单位为 L/s，故输送流量 Qe的单位也为 L/s，输送管内流速为： eeedQu0742.13.401422 8.9.2eef gulH= 0857.本题的管路特性方程为：He=13+ 2.eQ（2）标绘管路特性曲线根据管路特性方程，可计算不同流量所需的压头值，现将计算结果列表如下：Qe/Ls1 0 4 8 12 16 20 24 28He/m 13 13.14 13.55 14.23 15.2 16.43 17.94 19.72由上表数据可在 4B20 型水泵的特性曲线图上标绘出管路特性曲线 He
5、Qe。（3）流量、轴功率及效率 附图中泵的特性曲线与管路特性曲线的交点就是泵的工作点，从图中点 M 读得：泵的流量 Q=27L/s=97.2m3/h泵的轴功率 N=6.6kW泵的效率 =77%【例 23】 选用某台离心泵，从样本上查得其允许吸上真空高度 Hs=7.5m，现将该泵安装在海拔高度为 500m 处，已知吸入管的压头损失为 1 mH2O，泵入口处动压头为 0.2 mH2O，夏季平均水温为 40，问该泵安装在离水面 5m 高处是否合适？解：使用时的水温及大气压强与实验条件不同，需校正：当水温为 40时 pv=7377Pa在海拔 500m 处大气压强可查表 2-1 得Ha=9.74 mH2
6、OHs=Hs+（ Ha10） 24.018.93v=7.5+（9.7410）（0.750.24）=6.73 mH 2O泵的允许安装高度为： 1021fsgu（2-22 b）=6.730.21=5.53m5m故泵安装在离水面 5m 处合用。【例 2-4】 试选一台能满足 Qe=80m3/h、 He=180m 要求的输水泵，列出其主要性能。并求该泵在实际运行时所需的轴功率和因采用阀门调节流量而多消耗的轴功率。解：（1）泵的型号 由于输送的是水，故选用 B 型水泵。按Qe=80m3/h、 He=180m 的要求在 B 型水泵的系列特性曲线图 2-15 上标出相应的点，该点所在处泵的型号为 4B20-
7、2900，故采用 4B20 型水泵，转速为 2900r/min。再从教材附录中查 4B20 型水泵最高效率点的性能数据：Q=90m3/h H=20mN=6.36kW =78% Hs=5m（2）泵实际运行时所需的轴功率，即工作点所对应的轴功率。在图 2-6 的4B20 型离心水泵的特性曲线上查得 Q=80m3/h 时所需的轴功率为N=6kW（3）用阀门调节流量多消耗的轴功率 当 Q=80m3/h 时，由图 2-6 查得H=1.2m， =77%。为保证要求的输水量，可采用泵出口管线的阀门调节流量，即关小出口阀门，增大管路的阻力损失，使管路系统所需的压头 He也等于21.2m。所以用阀调节流量多消耗
8、的压头为： H=21.218=3.2m多消耗的轴功率为： kW906.7.036812.gQN【例 25】 已知空气的最大输送量为 14500kg/h。在最大风量下输送系统所需的风压为 1600Pa（以风机进口状态计）。风机的入口与温度为 40，真空度为196Pa 的设备连接，试选合适的离心通风机。当地大气压强为 93.3103Pa。解：将系统所需的风压 pT换算为实验条件下的风压 pT，即.pT21操作条件下 的计算：（40， p=（93300196）Pa）从附录中查得 1.0133105Pa，40时的 =1.128 kg/m 33kg/m04.1396128. 所以 Pa04.6Tp风量按
9、风机进口状态计 /h139.5Q根据风量 Q=13940m3/h 和风压 pT=1846Pa 从附录中查得 47211NO.6C 型离心通风机可满足要求。该机性能如下：风压 1941.8Pa=198mmH 2O风量 14100 m 3/h效率 91%轴功率 10kW习 题1拟用一泵将碱液由敞口碱液槽打入位差为 10m 高的塔中，塔顶压强为5.88104Pa（表压），流量 20m3/h。全部输送管均为 573.5mm 无缝钢管，管长 50m（包括局部阻力的当量长度）。碱液的密度 =1500kg/m3，粘度 =2103 Pas。管壁粗糙度为 0.3mm。试求：（ 1（ （1）输送单位重量液体所需提
10、供的外功。（ 2（ （2）需向液体提供的功率。2在图 2-11 所示的 4B20 型离心泵特性曲线图上，任选一个流量，读出其相应的压头和功率，核算其效率是否与图中所示一致。3用水对某离心泵作实验，得到下列实验数据：Q/（Lmin 1 ） 0 100 200 300 400 500H/m 37.2 38 37 34.5 31.8 28.5若通过 764mm、长 355m（包括局部阻力的当量长度）的导管，用该泵输送液体。已知吸入与排出的空间均为常压设备，两液面间的垂直距离为4.8m，摩擦系数 为 0.03，试求该泵在运转时的流量。若排出空间为密闭容器，其内压强为 1.29105Pa（表压），再求此
11、时泵的流量。被输送液体的性质与水相近。4某离心泵在作性能试验时以恒定转速打水。当流量为 71m3/h 时，泵吸入口处真空表读数 2.993104Pa，泵压出口处压强计读数 3.14105Pa。两测压点的位差不计，泵进、出口的管径相同。测得此时泵的轴功率为 10.4kW，试求泵的扬程及效率。5用泵从江中取水送入一贮水池内。池中水面高出江面 30m。管路长度（包括局部阻力的当量长度在内）为 94m。要求水的流量为 2040m3/h。若水温为 20，/d=0.001，（1）选择适当的管径（2）今有一离心泵，流量为 45 m3/h，扬程为 42m，效率 60%，轴功率 7kW。问该泵能否使用。6用一离
12、心泵将贮水池中的冷却水经换热器送到高位槽。已知高位槽液面比贮水池液面高出 10m，管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为 400m，管内径为 75mm，换热器的压头损失为 32（ u2/2g），摩擦系数取 0.03，离心泵的特性参数见下表：Q/（ms1 ） 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008H/m 26 25.5 24.5 23 21 18.5 15.5 12 8.5试求：（1）管路特性曲线；（2）泵的工作点及其相应的流量及压头。7若题 6 改为两个相同泵串联操作，且管路特性不变。试求泵的工作点及其相应流量及压头。8若题 6 改
13、为两个相同泵并联操作，且管路特性不变。试求泵的工作点及其相应流量及压头。9热水池中水温为 65。用离心泵以 40m3/h 的流量送至凉水塔顶，再经喷头喷出落入凉水池中，达到冷却目的。已知水进喷头前需维持 49103Pa（表压）。喷头入口处较热水池水面高 6m。吸入管路和排出管路的压头损失分别为1m 和 3m。管路中动压头可忽略不计。试选用合适的离心泵。并确定泵的安装高度。当地大气压强按 101.33103Pa 计。10将某减压精馏塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽，釜中真空度为 6.67104Pa（其中液体处于沸腾状态，即其饱和蒸汽压等于釜中绝对压强）。泵位于地面上，吸入管总阻力为 0.87
14、m 液柱。液体的密度为 986kg/m3，已知该泵的允许汽蚀余量 h=4.2m，试问该泵的安装位置是否适宜？如不适宜应如何重新安排？1115的空气直接由大气进入风机而通过内径为 800mm 的水平管道送到炉底。炉底的表压为 10.8103Pa。空气输送量为 20000m3/h（15，101.33103Pa），管长与管件、阀门的当量长度之和为 100m，管壁绝对粗糙度取 0.3mm。欲用库存一台离心通风机，其性能如下：转速 1450r/min风压 12650Pa风量 21800 m 3/h试核算此风机是否合用。第四章 粉碎、筛分与混合第六章 过滤与沉降【例 31】 落球粘度计。使用光滑小球在粘性
15、液体中的自由沉降可以测定液体的粘度。现有密度为 8010kg/m3、直径 0.16mm 的钢球置于密度为 980 kg/m3的某液体中，盛放液体的玻璃管内径为 20mm。测得小球的沉降速度为 1.70mm/s，试验温度为 20，试计算此时液体的粘度。测量是在距液面高度 1/3 的中段内进行的，从而免除小球初期的加速及管底对沉降的影响。当颗粒直径 d 与容器直径 D 之比 d/D0.1，雷诺数在斯托克斯定律区内时，器壁对沉降速度的影响可用下式修正： Ddutt104.2式中 ut为颗粒的实际沉降速度； ut为斯托克斯定律区的计算值。解：3231086.0d31084.27.4.1 Dut=1.7
16、3103 m/s按式 3-12 可得3232 107.8.96.018tsugd=0.0567Pas校核颗粒雷诺数Ret333 107.40567.9811. tdu上述计算有效。【例 3-2】 拟采用降尘室回收常压炉气中所含的球形固体颗粒。降尘室底面积为 10m2，宽和高均为 2m。操作条件下，气体的密度为 0.75kg/m3，粘度为2.6105 Pas；固体的密度为 3000 kg/m3；降尘室的生产能力为 3 m3/s。试求：1）理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径；2）粒径为 40m 的颗粒的回收百分率；3）如欲完全回收直径为 10m 的尘粒，在原降尘室内需设置多少层水平隔板？解：1）理
17、论上能完全捕集下来的最小颗粒直径 由式 3-20 可知，在降尘室中能够完全被分离出来的最小颗粒的沉降速度为 3.0blVustm/s由于粒径为待求参数，沉降雷诺准数 Ret和判断因子 K 都无法计算，故需采用试差法。假设沉降在滞流区，则可用斯托克斯公式求最小颗粒直径，即 m1.690.81.930621855min gudst核算沉降流型Ret 598.016.275min tud原设在滞流区沉降正确，求得的最小粒径有效。2）40m 颗粒的回收百分率 假设颗粒在炉气中的分布是均匀的，则在气体的停留时间内颗粒的沉降高度与降尘室高度之比即为该尺寸颗粒被分离下来的分率。由于各种尺寸颗粒在降尘室内的停
18、留时间均相同，故 40m 颗粒的回收率也可用其沉降速度 ut与 69.1m 颗粒的沉降速度 ut之比来确定，在斯托克斯定律区则为回收率= ut / ut=(d/dmin)2=(40/69.1)2=0.335即回收率为 33.5%。3）需设置的水平隔板层数 多层降尘室中需设置的水平隔板层数用式 3-20a 计算。由上面计算可知，10m 颗粒的沉降必在滞流区，可用斯托克斯公式计算沉降速度，即 35262 1029.610.88318gdustm/s所以 493tsblVn，取 47 层隔板间距为 02.147Hhm核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚度所占的空间，则气体的流速为 75.023
19、bHVusm/sm82.4.4hde所以 Re 174065即气体在降尘室的流动为滞流，设计合理。【例 3-3】 某淀粉厂的气流干燥器每小时送出 10000m3带有淀粉的热空气，拟采用扩散式旋风分离器收取其中的淀粉，要求压强降不超过 1373Pa。已知气体密度为 1.0kg/m3，试选择合适的型号。解：已规定采用扩散式旋风分离器，则其型号可由表 3-4 中选出。表中所列压强降是当气体密度为 1.2 kg/m3时的数值。根据式 3-29，在进口气速相同的条件下，气体通过旋风分离器的压强降与气体密度成正比。本题中热空气的允许压强降为 1373Pa，则相当于气体密度为 1.2 kg/m3时的压强降应
20、不超过如下数值，即 Pa16480.237p从表 3-4 中查得 5 号扩散式旋风分离器（直径为 525mm）在 1570Pa 的压强降下操作时，生产能力为 5000 kg/m3。现要达到 10000 m3/h 的生产能力，可采用两台并联。当然，也可以作出其它的选择，即选用的型号与台数不同于上面的方案。所有这些方案在满足气体处理量及不超过允许压强降的条件下，效率高低和费用大小都不相同。合适的型号只能根据实际情况和经验确定。【例 3-4】 拟在 9.81103Pa 的恒定压强差下过滤某悬浮液。已知该悬浮液由直径为 0.1mm 的球形颗粒状物质悬浮于水中组成，过滤时形成不可压缩滤饼，其空隙率为 6
21、0%，水的粘度为 1.010 Pas，过滤介质阻力可以忽略，若每获得 1m3滤液所形成的滤饼体积为 0.333m3。试求：1）每平方米过滤面积上获得 1.5m3滤液所需的过滤时间；2）若将此过滤时间延长一倍，可再得滤液多少？解：1）求过滤时间 已知过滤介质阻力可以忽略的恒压过滤方程为 Kq2单位面积获得的滤液量 q=1.5 m3/ m2过滤常数 vrps21对于不可压缩滤饼， s=0， r=r=常数，则rvK已知 p=9.81103Pa， =1.0103 Pas， v=0.333m3/m2根据式 3-37 知215ar，又已知滤饼的空隙率 =0.6球形颗粒的比表面433106.06dm2/m3
22、所以 13224.6.015r1/m2则 31004.89Km2/s所以 542.3qs2）过滤时间加倍时增加的滤液量 10859 s则 12.08142. 3Kqm3/m26051.2m3/m2即每平方米过滤面积上将再得 0.62m3滤液。【例 3-5】在 0.04m2的过滤面积上，以 1104 m3/s 的速率对不可压缩的滤饼进行过滤实验，测得的两组数据列于本题附表 1 中。今欲在框内尺寸为635mm635mm60mm 的板框过滤机内处理同一料浆，所用滤布与实验时的相同。过滤开始时，以与实验相同的滤液流速进行恒速过滤，至过滤压强差达到 6104Pa 时改为恒压操作。每获得1m3滤液所生成的
23、滤饼体积为 0.02m3。试求框内充满滤饼所需的时间。解：欲求滤框充满滤饼所需的时间 ，可用式 3-56 进行计算。为此，需先求得式中有关参数。依式 3-55a，对不可压缩滤饼进行恒速过滤时的 p 关系为 p=a +b将测得的两组数据分别代入上式：3104=100a+b 9104=500a+b解得 a=150 b=1.5104即 p=150 +1.5104因板框过滤机所处理的悬浮液特性及所用滤布均与实验时相同，且过滤速度也一样，故板框过滤机在恒速阶段的 p 关系也符合上式。恒速终了时的压强差 pR=6104Pa，故3015.0644abpRs由过滤实验数据算出的恒速阶段的有关参数列于本例附表
24、2 中。例 3-5 附表 2序号 ，s p，Pa V=1104 ，m 3 ,AVqm3/m21 100 3104 0.01 0.252 300 6104 0.03 0.75由式 3-47a 知eVKAd2将上式改写为 qe应用附表 2 中数据便可求得过滤常数 K 和 qe，即例 3-5 附表 1序号 过滤时间 ，s 过滤压强差 p， Pa1 100 31042 500 9104ee qdVqAK25.01241（a）7（b）本题中正好 p2=2 p1，于是， K2=2K1。联解式 a、 b、 c 得到qe=0.25m3/m2 K2=5103 m2/s上面求得的 qe、 K2为板框过滤机中恒速过
25、滤终点，即恒压过滤的过滤常数。 75.04.01Rum3/m2A=20.6352=0.8065m2滤饼体积 Vc=0.63520.06=0.0242m3单位面积上的滤液体积为 5.10286.4/vAVqcm3/m2将 K、 qe、 qR及 q 的数值代入 3-56a 得（1.5 20.75 2）+20.25（1.50.75）=510 3 （ 300）解得 =712.5 s【例 3-6】在 25下对每升水中含 25g 某种颗粒的悬浮液进行了三次过滤实验，所得数据见本例附表 1。试求：1）各 p 下的过滤常数 K、 qe及 e；2）滤饼的压缩性指数 s。解：1）求过滤常数（以实验为例）根据实验数
26、据整理各段时间间隔的q与相应的 q 值，列于本例附表 2 中。在直角坐标纸上以 为纵轴、 q 为横轴，根据表中数据标绘出 q q 的阶梯形函数关系，再经各阶梯水平线段中点作直线，见本例附图 1 中的直线。由图上求得此直线的斜率为 43109.4.52Ks/m2又由图上读出此直线的截距为 160eqKs/m则得到当 p=0.463105Pa 时的过滤常数为4108.90.2m2/s716eqm3/m2.68.522Ks实验及的 q q 关系也标绘于本题附图 1 中。例 3-6 附表 1实验序号 过滤压强差 p105 ，Pa 0.463 1.95 3.39单位面积滤液量 q103，m/ 3m2 过
27、滤时间 ，s0 0 0 011.35 17.3 6.5 4.322.70 41.4 14.0 9.434.05 72.0 24.1 16.245.40 108.4 37.1 24.556.75 152.3 51.8 34.668.10 201.6 69.1 46.1例 3-6 附表 2实验序号q103m/3m2 q103m/3m2ss q103s/m0 011.35 11.35 17.3 17.3 1.52422.70 11.35 41.4 24.1 2.12334.05 11.35 72.0 30.6 2.69645.40 11.35 108.4 36.4 3.20756.75 11.35
28、152.3 43.9 3.86868.10 11.35 201.6 49.3 4.344各次实验条件下的过滤常数计算过程及结果列于本题附表 3 中。例 3-6 附表 3实验序号510p过 滤 压 强 差 Pa Kq2直 线 的 斜 率s/m2eqKq2直 线 的 截 距s/mKm2/sqem3/m2 es 0.463 4.90104 1260 4.08105 0.0257 16.2 1.95 1.764104 403 1.134104 0.0228 4.58 3.39 1.192104 259 1.678104 0.0217 2.812）求滤饼的压缩性指数 s 将附表 3 中三次实验的 K p
29、 数据在对数坐标上进行标绘，得到本题附图 2 中的、三个点。由此三点可得一条直线，在图上测得此直线的斜率为 1 s=0.7，于是可求得滤饼的压缩性指数为s=10.7=0.3。【例 3-7】对例 3-6 中的悬浮液用具有 26 个框的 BMS20/635-25 板框压滤机进行过滤。在过滤机入口处滤浆的表压为 3.39105Pa，所用滤布与实验时的相同，浆料温度仍为 25。每次过滤完毕用清水洗涤滤饼，洗水温度及表压与滤浆相同而其体积为滤液体积的 8%。每次卸渣、清理、装合等辅助操作时间为15min。已知固相密度为 2930kg/m3，又测得湿饼密度为 1930kg/m3。求此板框压滤机的生产能力。
30、解：过滤面积 A=（0.635） 2226=21m2滤框总容积=（0.635） 20.02526=0.262m3已知 1m3滤饼的质量为 1930kg，设其中含水 xkg，水的密度按 1000 kg/m3考虑，则 10291x解得 x=518kg故知 1m3滤饼中的固相质量为 1930518=1412kg生成 1m3滤饼所需的滤浆质量为1412 578921kg则 1m3滤饼所对应的滤液质量为 578921930=55962kg1m3滤饼所对应的滤液体积为 962.510m3由此可知，滤框全部充满时的滤液体积为V=55.960.262=14.66m3则过滤终了时的单位面积滤液量为 6982.0
31、14Aqm3/m2根据例 3-6 中过滤实验结果写出 p=3.39105Pa 时的恒压过滤方程式为（ q+0.0217） 2=1.678104 ( +2.81)将 q=0.6982 m3/m2代入上式，得（0.6981+0.0217） 2=1.678104 ( +2.81)解得过滤时间为： =3085s。由式 3-58 及式 3-60 可知： EWdV41对恒压过滤方程式 3-51a 进行微分，得2（ q+qe） dq=Kd ，即 )(2eqK已求得过滤终了时 q=0.6982 m3/m2,代入上式可得过滤终了时的过滤速率为 34107.)0.698.(172)( eEKAdVm3/s已知 V
32、W=0.08V=0.0814.66=1.173 m3则 )1047.(3s又知 D=1560=900s则生产能力为 942.80173856.603DWVTQm3/h习 题1计算直径为 50m 及 3mm 的水滴在 30常压空气中的自由沉降速度。2试求直径 30m 的球形石英粒子在 20水中与 20空气中的沉降速度各为多少？已知石英密度 s=2600kg/m3。3若石英砂粒在 20的水和空气中以同一速度沉降，并假定沉降处于斯托克斯区，试问此两种介质中沉降颗粒的直径比例是多少？已知石英密度 s=2600kg/m3。4将含有球形染料微粒的水溶液于 20下静置于量筒中 1h，然后用吸液管在液面下 5
33、cm 处吸取少量试样。已知染料密度为 3000kg/m3，问可能存在于试样中的最大颗粒为多少 m？5气流中悬浮密度 4000kg/m3的球形微粒，需除掉的最小微粒直径为10m，沉降处于斯托克斯区。今用一多层隔板降尘室以分离此气体悬浮物。已知降尘室长 10m，宽 5m，共 21 层，每层高 100mm，气体密度为 1.1 kg/m3，粘度为 0.0218mPas。问1）为保证 10m 微粒的沉降，可允许最大气流速度为多少？2）降尘室的最大生产能力（m 3/h）为多少？3）若取消室内隔板，又保证 10m 微粒的沉降，其最大生产能力为多少？6试求密度为 2000kg/m3的球形粒子在 15空气中自由
34、沉降时服从斯托克斯定律的最大粒径及服从牛顿定律的最小粒径。7使用图 3-9 所示标准式旋风分离器收集流化床锻烧器出口的碳酸钾粉尘，在旋风分离器入口处，空气的温度为 200，流量为 3800 m3/h（200）。粉尘密度为 2290 kg/m3，旋风分离器直径 D 为 650mm。求此设备能分离粉尘的临界直径 dc。8速溶咖啡粉的直径为 60m，密度为 1050kg/m3，由 500的热空气带入旋风分离器中，进入时的切线速度为 20m/s。在器内的旋转半径为 0.5m。求其径向沉降速度。又若在静止空气中沉降时，其沉降速度应为多少？9某淀粉厂的气流干燥器每小时送出 10000m3带有淀粉颗粒的气流
35、。气流温度为 80，此时热空气的密度为 1.0 kg/m3，粘度为 0.02mPas。颗粒密度为 1500 kg/m3。采用图 3-9 所示标准型旋风分离器，器身直径 D=1000mm。试估算理论上可分离的最小直径，及设备的流体阻力。10某板框压滤机恒压过滤 1h，共送出滤液 11m3，停止过滤后用 3m3清水（其粘度与滤液相同）在同样压力下进行滤饼的横穿洗涤。设忽略滤布阻力，求洗涤时间。11板框过滤机的过滤面积为 0.4m2，在表压 150kPa 恒压下，过滤某种悬浮液。4h 后得滤液 80m3。过滤介质阻力忽略不计。试求：1）当其它情况不变，过滤面积加倍，可得滤液多少？2）当其它情况不变，
36、操作时间缩短为 2h，可得滤液多少？3）若过滤 4h 后，再用 5m3性质与滤液相近的水洗涤滤饼，问需多少洗涤时间？4）当表压加倍，滤饼压缩指数为 0.3 时，4h 后可得滤液多少？12以总过滤面积为 0.1m2，滤框厚 25mm 的板框压滤机过滤 20下的CaCO3悬浮液。悬浮液含 CaCO3质量分率为 13.9%，滤饼中含水的质量分率为 50%，纯 CaCO3密度为 2710kg/m3。若恒压下测得其过滤常数K=1.57105 m2/s， qe=0.00378m3/m2。试求该板框压滤机每次过滤（滤饼充满滤框）所需的时间。13有一叶滤机，自始至终在恒压下过滤某种悬浮液时，得出过滤方程式为：
37、q2+20q=250式中 qL/m2； min。在实际操作中，先用 5min 作恒速过滤，此时压强由零升至上述试验压强，以后维持此压强不变进行恒压过滤，全部过滤时间为 20min。试求：1）每一循环中每平方米过滤面积可得滤液量；2）过滤后用滤液总量 1/5 的水进行滤饼洗涤，问洗涤时间为多少？第七章 传热与蒸发【例 4-1】 某平壁厚度 b=0.37m，内表面温度 t1=1650，外表面温度t2=300，平壁材料导热系数 =0.815+0.00076t，W/（m）。若将导热系数分别按常量（取平均导热系数）和变量计算，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。解：（1）导热系数按常量计算平壁的平均温
38、度 9752301652ttm平壁材料的平均导热系数 .9706.85.mW/（m）导热热通量为： 567301.21 tbqW/m2设壁厚 x 处的温度为 t，则由式 4-6 可得t1故 xxq3649150.6750上式即为平壁的温度分布关系式，表示平壁距离 x 和等温表面的温度呈直线关系。（2）导热系数按变量计算，由式 4-5 得xtxtaxtq d076815dd0或 qdx=（0.815+0.0076 t）d t积分 bt021得 21207685. tt（a） 567305.367.0 qW/m2当 b=x 时， t2=t，代入式（a），可得22176.0185. t整理上式得 0
39、16507.58076.2 2 xtt解得 7614901上式即为当 随 t 呈线性变化时单层平壁的温度分布关系式，此时温度分布为曲线。计算结果表明，将导热系数按常量或变量计算时，所得的导热通量是相同的，而温度分布则不同，前者为直线，后者为曲线。【例 4-2】 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，其导热系数分别为 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、导热系数为 0.06W/（m）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为 74
40、0，外表面温度为 90。设两层砖的导热系数不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？解：加保温层前单位面积炉壁的热损失为 1SQ此时为双层平壁的热传导，其导热速率方程为： 247.0193213btSQW/m2加保温层后单位面积炉壁的热损失为 2S此时为三层平壁的热传导，其导热速率方程为： 32142 W/m7064190 btS故加保温层后热损失比原来减少的百分数为：%.SQ568102471021 【例 4-3】 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 与 t 的关系为 =0.1+0.0
41、002t（ t 的单位为， 的单位为 W/（m）。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。解：此题为圆筒壁热传导问题，已知： r2=0.07m t2=390 t3=40先求保温层在平均温度下的导热系数，即 143.03902.1W/（m）（1）保温层温度 将式（4-15）改写为 LQtr/2ln3307.ln4509.得 r3=0.141m故保温层厚度为b=r3 r2=0.1410.07=0.071m=71mm（2）保温层中温度分布 设保温层半径 r 处的温度为 t，代入式（4-15）可得 4507.0ln91rt解上式并整理得 t=501l
42、n r942计算结果表明，即使导热系数为常数，圆筒壁内的温度分布也不是直线而是曲线。【例 4-4】 有一列管式换热器，由 38 根 25mm2.5mm 的无缝钢管组成。苯在管内流动，由 20被加热至 80，苯的流量为 8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对苯的传热系数。当苯的流量提高一倍，传热系数有何变化。解：苯在平均温度 50821mt下的物性可由附录查得：密度 =860kg/m3；比热容 cp=1.80kJ/（kg）；粘度 =0.45mPas；导热系数 =0.14W/（m）。加热管内苯的流速为 810327850642ndquivm/s3096145082.udRei753
43、.cPrp以上计算表明本题的流动情况符合式 4-32 的实验条件，故4080408 79536220 i .red. 17W/（m 2）若忽略定性温度的变化，当苯的流量增加一倍时，给热系数为 158.08.0uW/（m 2）【例 4-5】 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 861.5mm 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。解：空气的定性温度=
44、 21（10+50）=30查得空气在 30时的物性如下： =1.8610-5Pas =1.165kg/m3 =2.6710-2W/（m） cp=1kJ/（kg）所以 41086150duRe77223cPrp空气流过 10 排错列管束的平均对流传热系数为： 3063060 7418 .Pred.=55W/（m 2）空气流过 15 排管束时，由表（4-3）查得系数为 1.02，则 =1.02 =1.0255=56W/（m 2）【例 4-6】 热空气在冷却管管外流过， 2=90W/（m 2），冷却水在管内流过， 1=1000W/（m 2）。冷却管外径 do=16mm，壁厚 b=1.5mm，管壁的
45、=40W/（m）。试求：总传热系数 Ko；管外对流传热系数 2增加一倍，总传热系数有何变化？管内对流传热系数 1增加一倍，总传热系数有何变化？解：由式 4-70 可知21moiodbK9015.46308 W/（m 2）可见管壁热阻很小，通常可以忽略不计。CW/4179023Ko传热系数增加了 82.4%。/3851362o传热系数只增加了 6%，说明要提高 K 值，应提高较小的 2值。及 NTU1（4-91 a）【例 4-7】 有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为 89mm3.5mm，流量为2000kg/h 的苯在内管中从 80冷却到 50。冷却水在环隙从 15升到 35。苯 的 对 流 传
46、 热 系 数 h=230W/（m 2K），水的对流传热系数 c=290W/（m 2K）。忽略污垢热阻。试求：冷却水消耗量；并流和逆流操作时所需传热面积；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。解 苯的平均温度 65208T，比热容 cph=1.86103J/（kgK）苯的流量 Wh=2000kg/h，水的平均温度 2531t，比热容cpc=4.178103J/（kgK）。热量衡算式为 )()(1221tcTQpph（忽略热损失）热负荷 4310.)580(6.0W冷却水消耗量 35)(7.46312 tcQpkg/h以内表面积 Si为基准的总传热系数为 Ki，碳钢的导热系数=45W/（mK） 089.2085.431 ociihi db=4.35103 +7.46105 +3.18103=7.54103 m2K/WKi=133W/（m 2K），本题管壁热阻与其它传热阻力相比很小，可忽略不计。并流操作 80 50 2.34156ln并m
