1、1第二章 非均相物系分离1、试计算直径为 30m 的球形石英颗粒（其密度为 2650kg/ m3） ，在 20水中和 20常压空气中的自由沉降速度。解：已知 d=30m、 s=2650kg/m3（1）20水 =1.0110-3Pas =998kg/m3设沉降在滞流区，根据式（2-15） m/s102.810.8.9)265()103(18)( 432 gdust校核流型 )210(38.210.9230 42346 ttdRe假设成立， ut=8.0210-4m/s 为所求（2）20常压空气 =1.8110-5Pas =1.21kg/m3设沉降在滞流区 m/s108.7108.9)2.65()
2、103(18)( 222 gdust校核流型： )210(4.108.2.730 456 ttdRe假设成立，u t=7.1810-2m/s 为所求。2、密度为 2150kg/ m3 的烟灰球形颗粒在 20空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多少？解：已知 s=2150kg/m3查 20空气 =1.8110-5Pa.s =1.21kg/m3当 时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径，根据式（2-15）并整理2ttduRe所以18)(23tsg2m3.71073.2.189).2150(36)(36 552 gds3、直径为 10m 的石英颗粒随 20的水作旋转运动，在旋转半径 R0.05m 处的切向速
3、度为12m/s， ，求该处的离心沉降速度和离心分离因数。解：已知 d=10m、 R=0.05m 、 ui=12m/s设沉降在滞流区，根据式（2-15）g 改为 ui/ R 即 cm/s62./s0.5.120.18)98265(18)( 3022 uuisr校核流型 )21(29.10.26435 rtdReur=0.0262m/s 为所求。所以 29481.052RguKic4、某工厂用一降尘室处理含尘气体，假设尘粒作滞流沉降。下列情况下，降尘室的最大生产能力如何变化？（1） 要完全分离的最小粒径由 60m 降至 30m；（2） 空气温度由 10升至 200；（3） 增加水平隔板数目，使沉降
4、面积由 10m2 增至 30 m2。解： 根据 及 VS=blutc18)(2gdusct（1） 4)603(22 ctsV（2）查 10空气 =1.7610-5Pas 200空气 =2.6010-5Pas 67.016.275 tcsuV（3） .3)(bls35、已知含尘气体中尘粒的密度为 2300kg/ m3。气体流量为 1000 m3/h、黏度为 3.6105 Pa.s、密度为 0.674kg/ m3，若用如图 2-6 所示的标准旋风分离器进行除尘，分离器圆筒直径为 400mm，试估算其临界粒径及气体压强降。解：已知 s=2300kg/m3 、V h=1000m3/h 、 =3.610
5、-5Pa.s 、 =0.674 kg/m3、D=400mm=0.4m，根据标准旋风分离器 h=D/2 、B=D/4故该分离器进口截面积 A=hB=D2/8所以 m/s89.134.0362Vusi根据式（2-26） 取标准旋风分离器 N=5 则 m810.89.1320514.34/9 5iscuNBd根据式（2-30） 取 =8.0 Pa2.67.082ifp6、有一过滤面积为 0.093m2 的小型板框压滤机，恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浮液。过滤时间为 50 秒时，共得到 2.2710-3 m3 的滤液；过滤时间为 100 秒时。共得到 3.3510-3 m3 的滤液。试求当过滤时间为
6、200 秒时，可得到多少滤液？解：已知 A=0.093m2 、t 1=50s 、V 1=2.2710-3m3 、t 2=100s 、V 2=3.3510-3m3 、t 3=200s由于 31 04.09.7Vq332 12.6.5A根据式（2-38a）2211Ktqe Kqe1002.36)10.36( 544323 联立解之：q e=4.1410-3 K=1.59610-54因此 5323 1096.2104. qqq3=0.0525所以 V3=q3A=0.05250.093=4.8810-3m37、某生产过程每年须生产滤液 3800 m3，年工作时间 5000h，采用间歇式过滤机，在恒压下
7、每一操作周期为 2.5h，其中过滤时间为 1.5h，将悬浮液在同样操作条件下测得过滤常数为 K=410-6m2/s； qe=2.510-2m3/m2。滤饼不洗涤，试求：（1） 所需过滤面积，（2） 今有过滤面积 8m2 的过滤机，需要几台？解：已知生产能力为 3800m3 滤液/ 年，年工作日 5000h， T=2.5h ，t=1.5h ，K=410-6m2/s ，q e=2.510-2m3/m2 ，（1） 因为 Q=3800/5000=0.76m3 滤液/h由式（2-42）5.23607.VT所以 V=2.50.76=1.9 m3由式（2-38a ） AAKtVqe 2262 105.963
8、106. 305.4).(.)9.()(解之 A=14.7 m215 m 2(2) 因为过滤机为 8 m2/台， 所以需 2 台过滤机。8、BMS50/810-25 型板框压滤机，滤框尺寸为 81081025mm，共 36 个框，现用来恒压过滤某悬浮液。操作条件下的过滤常数为 K=2.7210-5 m2/s；q e=3.4510-3m3/m2。每滤出 1 m3 滤液的同时，生成 0.148 m3 的滤渣。求滤框充满滤渣所需时间。若洗涤时间为过滤时间的 2 倍，辅助时间15min，其生产能力为多少？解：滤框总容积 V0=0.8120.02536=0.590 m3过滤面积 A=0.812236=4
9、7.2 m25s2831072.45.45308.2/m.1459. 320 KqtvAVe生产总周期为 T=283+2283+1560=1749s由 得一个周期滤液量为 vAV0 30m9.148.5vV所以生产能力为 h/21749.36303滤 液TQ9、有一直径为 1.75m，长 0.9m 的转筒真空过滤机过滤水悬浮液。操作条件下浸没度为 126o，转速为 1r/min，滤布阻力可以忽略，过滤常数 K 为 5.1510-6m2/s，求其生产能力。解：因为过滤面积 A=DL=3.141.750.9=4.95m 2浸没度 =126/360=0.35由式（2-45a ） h/m09.3 10
10、5.301695.406 6滤 液 KnQ10、某转筒真空过滤机每分钟转 2 转，每小时可得滤液 4 m3。若过滤介质阻力可以忽略，每小时获得 6 m3 滤液时转鼓转速应为多少？此时转鼓表面滤饼的厚度为原来的多少倍？操作中所用的真空度维持不变。解：已知 Q1=4m3/h ，n 1=2r/min ，Q 2=6m3/h ，V e=0由式（2-45a）两边平方，得122160)(KA22n/所以 21Qnr/min.42)6(26由式（2-35）得 1VALv2VALv而 v1=v2 又 A 不变，以 1 小时为计算基准， 则 Q1=V1 Q2=V2故 21VL1125.)46(LL7第三章 传热1
11、. 红砖平壁墙，厚度为 500mm，内侧温度为 200，外侧温度为 30，设红砖的平均导热系数为 0.57 W/(m)。试求：（1）单位时间、单位面积导出的热量；（2）距离内侧 350mm 处的温度。解：（1） W/m28.193025.721tbq(2) 解得：t=81.03.tt2. 在外径 100mm 的蒸汽管道外包一层导热系数为 0.08 W/(m)的绝热材料。已知蒸汽管外壁 150，要求绝热层外壁温度在 50以下，且每米管长的热损失不应超过 150W/m，试求绝热层厚度。解： 15050ln8.1432ln1)(22rrtLQq解得：r 2=69.9mm；壁厚：r 2-r1=19.9
12、mm3. 某燃烧炉炉墙由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为 1.2W/(m)，0.16 W/(m) 和 0.92 W/(m) ，耐火砖和绝热转厚度都是 0.5m，普通砖厚度为 0.25m。已知炉内壁温为 1000，外壁温度为 55，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。解： 123214btbtq 2/81.4792.0516.5mW4. 燃烧炉炉墙的内层为 460mm 厚的耐火砖，外层为 230mm 厚的绝热砖。若炉墙的内表面温度 t1 为 1400，外表面温度 t3 为 100。试求导热的热通量及两种砖之间的界面温度。设两种砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为 10.
13、9+0.0007t ，绝热砖的导热系数为 20.3+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)。解： （a）)(21tbq)(32tbq07.91 20.3t， ； mm， mm4t13t4612b将以上数据代入(a)式解得： ； （m 2）92t1689q5. 设计一燃烧炉时拟采用三层砖围成其炉墙，其中最内层为耐火砖，中间层为绝热砖，最外层为普通砖。耐火砖和普通砖的厚度分别为 0.5m 和 0.25m，三种砖的导热系数分别为 1.02 8W/(m)、0.14 W/(m)和 0.92 W/(m) ，已知耐火砖内侧为 1000，普通砖外壁温度为 35。试
14、问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖内侧温度不超过 940，普通砖内侧不超过 138。解： （a）123214btbtq 02.159.14.0.532tb将 t2=940代入上式，可解得 b2=0.997m(b)34214tbtq 92.053.14.0.53t将 t3=138C 解得 b2=0.250m将 b2=0.250m 代入 (a)式解得：t 2=814.4故选择绝热砖厚度为 0.25m6. mm的不锈钢管，其材料热导率为21W/mK；管外包厚 40mm的石棉，其材料热导率为500.25W/(mK)。若管内壁温度为330，保温层外壁温度为 105，试计算每米管长的热损失；解：这是通过
15、两层圆筒壁的热传导问题，各层的半径如下,m02.1r保 m025.2r保065.4.5.3r保每米管长的热损失： W/m9.36825ln.1l2)3(ln1l)(321 rrtlQ7. 蒸汽管道外包有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的对数平均直径为内层的2 倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将变为原来的多少倍？说明在本题情况下，哪一种材料放在内层较为适合?解： 保保md2保保mr21223ln)(lrr因为 ，所以23123lnlr位置互换前， ， ，则每米管长的热损失保保2312lnl)(rrtlQ保保23231lnl)(r
16、rt位置互换后， ， ，每米管长热损失 q保保92312lnl)(rrtlQ保保 23231lnl)(rt5./故位置互换前，即导热系数小的材料放在内层时，会取得较好的保温效果。8 常压下温度为 20的空气以 60m3/h 的流量流过直径为 573.5mm、长度为 3m 的换热管内，被加热升温至 80，试求管内壁对空气的对流传热系数。解：空气的定性温度： 。在此温度查得空气的物性数据如下：5028t， ， KJ/kg05.1pc KW/m3. sPa1096.53kg/m854.0m/s50.815.278.60/462dquV1096.4.5Re569.0283.Pr 5pcl/d=3/0.
17、05=60W/m2K.96.01850.PrRe023. 4.4.08. d9. 96%的硫酸在套管换热器中从 90冷却至 30。硫酸在直径为252.5mm、长度为 3m 的内管中流过，流率为 800kgh。已知在管内壁平均温度下流体的粘度为 9.3cP。试求硫酸对管壁的传热膜系数。已知硫酸在定性温度下的物性如下： ， KJ/kg6.1pc KW/m36.0sPa10.833kg/m186解： /s5.0)2.(46u（层流）176083.dRe.56.1.pcPr由于管子很细，液体黏度较大，故可忽略自然对流的影响， 可用下式计算：14.031)(86.1WldRerW/m2K45)3.8(2
18、6.5702. 1010. 98的硫酸以 0.6m/s 的流速在套管换热器的环隙间流动。 硫酸的平均温度为 70，换热10器内管直径为 252.5mm，外管直径是 513mm。试求：硫酸的对流传热系数。已知定性温度下硫酸的物性为： ， ；KJ/kg58.1pc KW/m36.0sPa104.633kg/m186壁温 60下硫酸黏度 cP67.w解：以 d1 及 d2 分别代表内管外径和外管内径，则当量直径 de 为m02.5.04.4121e d（过渡区）3.680udR1.2.453pcPr湍流时的对流传热系数：W/m2K14.0318.0)(27. wePrRd 974)6.(1.28)3
19、4(0.67103.0校正系数： .)2(68.158.15f过渡区时对流传热膜系数： W/m2Kf 5.7934.011 水在一定流量下流过某套管换热器的内管，温度可从 20升至 80，此时测得其对流传热系数为 1000W/(m2K)。试求同样体积流量的苯通过换热器内管时的对流传热系数为多少？已知两种情况下流动皆为湍流，苯进、出口的平均温度为 60。解： 由 查得水物性： ， ， ，5028 K)kJ/(g174.pc K)W/(m6473.03kg/m1.98。查得 时，苯的物性： ， ，sPa19.546/85. /1.，3kg/m86sPa104.3541.67.9251.Prp c023084.Pr.du4.5136.05.rP3p c 2814.054.3.0198267.Pr .8.4.8. K)W/(m.210214. 2
