1、（1）从附录查出或计算出经验公式有关物理量新旧单位之间的关系为 （见1）量纲为一，不必换算 1=1=16.01 kg/m2 （2） 将原符号加上“”以代表新单位的符号，导出原符号的“数字”表达式。下面以HE为例： 则 同理 （3） 将以上关系式代原经验公式，得整理上式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即第一章 流体流动 P72-75 作业3,4,12,20 练习1,2【练习】 1某气柜的容积为6 000 m3，若气柜内的表压力为5.5 kPa，温度为40 。已知各组分气体的体积分数为：H2 40%、 N2 20%、CO 32%、CO2 7%、CH4 1%，大气压力为 101.3 kPa
2、，试计算气柜满载时各组分的质量。气柜满载时各气体的总摩尔数各组分的质量： 2若将密度为830 kg/ m3的油与密度为710 kg/ m3的油各60 kg混在一起，试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。 【作业】流体静力学3已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压= 4某储油罐中盛有密度为960 kg/m3的重油（如附
3、图所示），油面最高时离罐底9.5 m，油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm的孔，其中心距罐底1000 mm，孔盖用14 mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5106 Pa，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3103 Pa）？由流体静力学方程，距罐底1000 mm处的流体压力为 作用在孔盖上的总力为 每个螺钉所受力为 因此 1220 的水以2.5 m/s的平均流速流经38 mm2.5 mm的水平管，此管以锥形管与另一53 mm3 mm的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压力。若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5
4、 J/kg，求两玻璃管的水面差（以mm计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。 解：在A、B两截面之间列机械能衡算方程 式中 z1=z2=0， hf=1.5 J/kg故 流体输送管路的计算 习题20附图 20如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100 mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15 m处安有以水银为指示液的U管压差计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度为20 m。 （1）当闸阀关闭时，测得R=600 mm、h=1500 mm；当闸阀部分开启时，测得R=400 mm、h=1400 mm。摩
5、擦系数可取为0.025，管路入口处的局部阻力系数取为0.5。问每小时从管中流出多少水（m3）？ （2）当闸阀全开时，U管压差计测压处的压力为多少Pa（表压）。（闸阀全开时Le/d15，摩擦系数仍可取0.025。）（1）闸阀部分开启时水的流量 在贮槽水面1-1，与测压点处截面2-2，间列机械能衡算方程，并通过截面2-2，的中心作基准水平面，得 （a） 式中 p1=0（表） ub2=0，z2=0 z1可通过闸阀全关时的数据求取。当闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学基本方程知 （b） 式中 h=1.5 m, R=0.6 m将已知数据代入式（b）得 将以上各值代入式（a），即 9.816.66=+
6、2.13 ub2 解得 水的流量为 （2）闸阀全开时测压点处的压力在截面1-1，与管路出口内侧截面3-3，间列机械能衡算方程，并通过管中心线作基准平面，得 （c）式中 z1=6.66 m，z3=0，ub1=0，p1=p3 =将以上数据代入式（c），即 9.816.66=+4.81 ub2 解得 再在截面1-1，与2-2，间列机械能衡算方程，基平面同前，得 （d）式中 z1=6.66 m，z2=0，ub10，ub2=3.51 m/s，p1=0（表压力）将以上数值代入上式，则 解得 p2=3.30104 Pa（表压） 第二章 流体输送机械 P123-124 作业2,4,7,10（新书）2,4,8,
7、11（旧） 练习1,3,5,9（新）1,3,6,10（旧）【练习】 1用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情况如本题附图所示。启动泵之前A、C两压力表的读数相等。启动离心泵并将出口阀调至某开度时，输油量为39 m3/h，此时泵的压头为38 m。已知输油管内径为100 mm，摩擦系数为0.02；油品密度为810 kg/m3。试求（1）管路特性方程；（2）输油管线的总长度（包括所有局部阻力当量长度）。习题1 附图（1）管路特性方程 甲、乙两地油罐液面分别取作1-1与2-2截面，以水平管轴线为基准面，在两截面之间列柏努利方程，得到 由于启动离心泵之前pA=pC,于是=0则 又m h2/m5=
8、2.5102 h2/m5 则 （qe的单位为m3/h）（2）输油管线总长度 m/s=1.38 m/s于是 m=1960 m3对于习题2的实验装置，若分别改变如下参数，试求新操作条件下泵的流量、压头和轴功率（假如泵的效率保持不变）。（1）改送密度为1220 kg/m3的果汁（其他性质与水相近）；（2）泵的转速降至2610 r/min。由习题2求得：q=57.61 m3/h H=29.04 m P=6.7 kW（1）改送果汁改送果汁后，q，H不变，P随加大而增加，即（2） 降低泵的转速根据比例定律，降低转速后有关参数为 6用离心泵将真空精馏塔的釜残液送至常压贮罐。塔底液面上的绝对压力为32.5 k
9、Pa（即输送温度下溶液的饱和蒸汽压）。已知：吸入管路压头损失为1.46 m，泵的必需气蚀余量为2.3 m，该泵安装在塔内液面下3.0 m处。试核算该泵能否正常操作。泵的允许安装高度为 式中 泵的允许安装位置应在塔内液面下4.26m处，实际安装高度为3.0m，故泵在操作时可能发生气蚀现象。为安全运行，离心泵应再下移1.5 m。10采用一台三效单动往复泵，将敞口贮槽中密度为1200 kg/m3的粘稠液体送至表压为1.62103 kPa的高位槽中，两容器中液面维持恒差8 m，管路系统总压头损失为4 m。已知泵的活塞直径为70 mm，冲程为225 mm，往复次数为200 min-1，泵的容积效率和总效
10、率分别为0.96和0.91。试求泵的流量、压头和轴功率。（1）往复泵的实际流量m3/min=0.499 m3/min（2）泵的扬程m=149.6 m（3）泵的轴功率kW=16.08 kW【作业】2用离心泵（转速为2900 r/min）进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空表和出口压力表的读数分别为60 kPa和220 kPa，两测压口之间垂直距离为0.5 m，泵的轴功率为6.7 kW。泵吸入管和排出管内径均为80 mm，吸入管中流动阻力可表达为（u1为吸入管内水的流速，m/s）。离心泵的安装高度为2.5 m，实验是在20 ，98.1 kPa的条件下进行。试计算泵的流量、压头和效率。（1）泵
11、的流量 由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面），得到 将有关数据代入上式并整理，得 m/s 则 m3/h=57.61 m3/h（2） 泵的扬程（3） 泵的效率 =68%在指定转速下，泵的性能参数为：q=57.61 m3/h H=29.04 m P=6.7 kW =68%4用离心泵（转速为2900 r/min）将20 的清水以60 m3/h的流量送至敞口容器。此流量下吸入管路的压头损失和动压头分别为2.4 m和0.61 m。规定泵入口的真空度不能大于64 kPa。泵的必需气蚀余量为3.5 m。试求（1）泵的安装高度（当地大气压为100 kPa）；（2）若改送55
12、的清水，泵的安装高度是否合适。（1） 泵的安装高度在水池液面和泵入口截面之间列柏努利方程式（水池液面为基准面），得 即 m（2）输送55 清水的允许安装高度 55 清水的密度为985.7 kg/m3，饱和蒸汽压为15.733 kPa则 =m=2.31m原安装高度（3.51 m）需下降1.5 m才能不发生气蚀现象。8用离心泵将水库中的清水送至灌溉渠，两液面维持恒差8.8 m，管内流动在阻力平方区，管路特性方程为 （qe的单位为m3/s）单台泵的特性方程为 （q的单位为m3/s）试求泵的流量、压头和有效功率。联立管路和泵的特性方程便可求泵的工作点对应的q、H，进而计算Pe。管路特性方程 泵的特性方
13、程 联立两方程，得到 q=4.52103 m3/s H=19.42 m则 W=861 W11用离心通风机将50 、101.3 kPa的空气通过内径为600 mm，总长105 m（包括所有局部阻力当量长度）的水平管道送至某表压为1104 Pa的设备中。空气的输送量为1.5104 m3/h。摩擦系数可取为0.0175。现库房中有一台离心通风机，其性能为：转速1450 min-1，风量1.6104 m3/h，风压为1.2104 Pa。试核算该风机是否合用。将操作条件的风压和风量来换算库存风机是否合用。全风压 绝对压力 Pa=106300Pa密度 kg/m3=1.147 kg/m3 m/s=14.40
14、 m/s则 Pa=10483 PaPa=10967 Pa库存风机的风量q=1.6104 m3/h，风压HT=1.2104 Pa均大于管路要求（qe=1.5104 m3/h，HT=10967 Pa），故风机合用。 第三章 【非均相混合物分离和固体流态化】 作业： 密度为2650kg/m3的球形石英颗粒在20的空气中作自由沉降，试计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径和服从牛顿公式的最小颗粒直径20的空气=1.205kg/m3 =1.8110-5Pa.s 已知s=2650kg/m3 Re=（1）当10-4 Re 1时，服从斯托克斯公式Ut=联立两式可得：d= 当Re=1时，颗粒直径最大。 解得：=0.
15、0573（2） 当103 2105时，服从牛顿公式：Ut= 同理可得：d= 当Re=103时，颗粒直径最小。=1.51思考题：理想流化床和实际流化床的差别主要是什么? 第四章 【传热】 P271-272 作业4,5,7,9,11 练习3,8 思考题9【练习】3外径为159 mm的钢管，其外依次包扎A、B两层保温材料，A层保温材料的厚度为50 mm，导热系数为0.1 W /（m），B层保温材料的厚度为100 mm，导热系数为1.0 W /（m），设A的内层温度和B的外层温度分别为170 和40 ，试求每米管长的热损失；若将两层材料互换并假设温度不变，每米管长的热损失又为多少？A、B两层互换位置后
16、，热损失为8在一单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶剂。冷却水的流量为10 000 kg/h，其初始温度为30 ，平均比热容为4.174 kJ/（kg）。有机溶剂的流量为14 000 kg/h，温度由180 降至120 ，平均比热容为1.72 kJ/（kg设换热器的总传热系数为500 W/（m2），试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积，设换热器的热损失和污垢热阻可以忽略。冷却水的出口温度为逆流时 并4直径为mm的钢管用40 mm厚的软木包扎，其外又包扎100 mm厚的保温灰作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为，绝热层外表面温度为10 。软木和保温灰的导热系数分别为） 和），试求每米管长的
17、冷损失量。此为两层圆筒壁的热传导问题，则5在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为25 mm2.5 mm的钢管，其导热系数为45 W/（m冷却水在管程流动，其对流传热系数为2 600 W/（m2），热空气在壳程流动，其对流传热系数为52 W/（m2试求基于管外表面积的总传热系数，以及各分热阻占总热阻的百分数。设污垢热阻可忽略。由 查得钢的导热系数 mm mm 壳程对流传热热阻占总热阻的百分数为 管程对流传热热阻 管壁热阻 7在一传热面积为25 m2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。冷却水的流量为28 000kg/h，其温度由25 升至38 ，平均比热容为4.17 kJ/（kg有机
18、溶液的温度由110 降至65 ，平均比热容为1.72 kJ/（kg两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机溶液的处理量。 kJ/（kg） 求 有机物 110 65 水 38 25 72 40 9在一单程管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。已知苯蒸汽的体积流量为1 600 m3/h，常压下苯的沸点为80.1 ，气化热为394 kJ/kg。冷却水的入口温度为20 ，流量为35 000 kg/h，水的平均比热容为4.17 kJ/（kg总传热系数为450 W/（m2设换热器的热损失可忽略，试计算所需的传热面积。苯蒸气的密度为 解出
19、求 苯 80.1 80.1 水 31.6 20 48.5 60.111某生产过程中需用冷却水将油从105 冷却至70 。已知油的流量为6 000 kg/h，水的初温为22 ，流量为2 000 kg/h。现有一传热面积为10 m2的套管式换热器，问在下列两种流动型式下，换热器能否满足要求： （1） 两流体呈逆流流动； （2） 两流体呈并流流动。 设换热器的总传热系数在两种情况下相同，为300 W/（m2）；油的平均比热容为1.9 kJ/（kg），水的平均比热容为4.17 kJ/（kg热损失可忽略。本题采用法计算 （1）逆流时 查图得 能满足要求 （2）并流时 查图得 不能满足要求思考题9 在管壳
20、式换热器中，热应力是如何产生的，热应力有何影响，为克服热应力的影响应采取哪些措施 当换热管与壳体的温差较大（大于50）时产生温差应力。 措施（1）在壳体上设置膨胀节，因而壳程压力受膨胀节强度的限制不能太高。固定管板式换热器适用于两液体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合（2）浮头式换热器两端管板之一不与壳体固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力。（3）U型管式换热器只有一个管板，换热管为U形，管子两端固定在同一管板上。管束可以自由伸缩，当壳体与形换热器有温差时，不会产生温差应力（4）填料函式换热器管板只有一端与壳体固定连接
21、，另一端采用填料函密封，管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁和管壁温差而引起的温差应力。 蒸馏 P156-157 作业4,5,7,9 练习1,2,8,101在密闭容器中将A、B两组分的理想溶液升温至82 ，在该温度下，两组分的饱和蒸气压分别为=107.6 kPa及41.85 kPa，取样测得液面上方气相中组分A的摩尔分数为0.95。试求平衡的液相组成及容器中液面上方总压。本题可用露点及泡点方程求解。解得 kPa本题也可通过相对挥发度求解由气液平衡方程得2试分别计算含苯0.4（摩尔分数）的苯甲苯混合液在总压100 kPa和10 kPa的相对挥发度和平衡的气相组成。苯（A）和甲苯（B）的饱和蒸气压和温
22、度的关系为 式中p的单位为kPa，t的单位为。苯甲苯混合液可视为理想溶液。（作为试差起点，100 kPa和10 kPa对应的泡点分别取94.6 和31.5 ）本题需试差计算（1）总压p总100 kPa初设泡点为94.6，则 得 kPa同理 kPa 或 则 （2）总压为p总10 kPa通过试差，泡点为31.5，=17.02kPa，5.313kPa 随压力降低，增大，气相组成提高。8在连续精馏塔中分离苯甲苯混合液，其组成为0.48（苯的摩尔分数，下同），泡点进料。要求馏出液组成为0.95，釜残液组成为0.05。操作回流比为2.5，平均相对挥发度为2.46，试用图解法确定所需理论板层数及适宜加料板位
23、置。由气液平衡方程计算气液相平衡组成如本题附表所示。习题8 附 表x0.050.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.1150.2140.3810.5130.6210.7110.7870.8520.9080.957习题8 附 图在xy图上作出平衡线，如本题附图所示。由已知的xD，xF，xW在附图上定出点a、e、c。精馏段操作线的截距为，在y轴上定出点b，连接点a及点b，即为精馏段操作线。过点e作q线（垂直线）交精馏段操作线于点d。连接cd即得提馏段操作线。从点a开始，在平衡线与操作线之间绘阶梯，达到指定分离程度需11层理论板，第5层理论板进料。10在常压连续精馏塔内分离苯
24、氯苯混合物。已知进料量为85 kmol/h，组成为0.45（易挥发组分的摩尔分数，下同），泡点进料。塔顶馏出液的组成为0.99，塔底釜残液组成为0.02。操作回流比为3.5。塔顶采用全凝器，泡点回流。苯、氯苯的汽化热分别为30.65 kJ/mol和36.52 kJ/mol。水的比热容为4.187 kJ/ （kg ）。若冷却水通过全凝器温度升高15 ，加热蒸汽绝对压力为500 kPa（饱和温度为151.7 ，汽化热为2 113 kJ/kg）。试求冷却水和加热蒸汽的流量。忽略组分汽化热随温度的变化。由题给条件，可求得塔内的气相负荷，即对于泡点进料，精馏段和提馏段气相负荷相同，则（1）冷却水流量 由于塔顶苯的含量很高，可按纯苯计算，即（2）加热蒸汽流
