化工原理课后思考题上册（管国锋）

第0章 绪论

1） 广义地说，凡工业生产的关键环节是_______________，这类生产便归属化工生产范畴。

（答：改变物质组成）

2）为了便于管理及技术交流，很多行业从化工中划分出去，但它们仍属“化工大家族”中的一员。这些行业有_______________等。（答：石油化工，塑料工业，制药工业，硅酸盐工业……）

3）生产工艺学是___________________。（答：研究某一化工产品生产全过程的学科） 4） 化学工程是_____________________。（答：研究化工生产中共性问题的学科）

5）化工生产中虽然化学反应是核心，但前、后对物料的处理大都为物理加工过程。这些对物料的物理加工过程称为___________。（答：单元操作）

6） 介绍主要单元操作的原理、方法及设备的课程叫_______________。（答：化工原理） 7） 物理量=__________×_____________（答：数，单位） 8） 基本单位：长度_______ ,质量_______ ,时间_______ 。（答：m，kg，s）

9） 导出单位：力_______ ,功或能_______ ,功率_______ ,压强_______ （答：N, J, W, Pa） 10) 有的单位前面有“字首” ，这些字首的意思是：k_______ ,c_______ ,m_______ ,μ_______。（答：103,10-2,10-3,10-6）

11）查得30℃水的粘度--μ×105 /Pa·S为80.12,表明μ= ______。（答：80.12×10-5Pa.s） 12）量纲是_____________。如长度单位有 m，cm，mm，km 等，其量纲为________ 。（答：普遍化单位，L）

13）物料衡算是对__________、 __________而言的。[答：一定的时间间隔，一定的空间范围（控制体）]

14）总的物料衡算式为__________________ 。（答：∑Mi－∑Mo= Ma ，各种M的单位均为质量单位，如kg）

15）若无化学反应，对任一组分j，物料衡算式为_____________。（答：∑Mi，j-∑Mo，j= Ma，j） 16）若进、出控制体的物料均为连续流股，各流股的质量流量均恒定，∑Mi=∑Mo,控制体内任一位置物料的所有参量—如温度、压强、组成、流速等都不随时间而改变，则该控制体处于___________过程。（答：定态或称定常态或稳定态） 17）流体粘度的单位换算关系是：cP（厘泊）=0.001Pa·S，则3.5 cP=_______ Pa·S ,0.005 Pa·S = ________cP 。（答：3.5×10-3，5.0）

【分析】3.5cP=3.5cP ×（0.001Pa.S/1cP）=3.5×10-3Pa.S 0.005 Pa.S=0.005 Pa.S×(1cP/ 0.001Pa.S)=5.0cP 式中（0.001Pa.S/1cP及(1cP/ 0.001Pa.S)称为“转换因子”，用于物理量的单位转换。

18）任一物理方程式中各物理量必然单位__________。以离心泵的扬程、流量关系为例，若He=36-0.02V2 (单位He— m ，V-- m3/h),则式中36的单位是_________ ,0.02单位是_____________ 。（答：和谐，m，m/(m3/h2)）

19）某管路特性方程为He’=8.0+8.07×105V2(式中He’—m ，V—m3/s)当以V’[m3/h] 替代V，则该公式改为_______________。（答：He’=8.0+0.06227(V’)2 ）

[分析] 因为1[m3/h]=（1/3600）[m3/h]，所以He’=8.0+8.07×105[V’×（1/3600）]2=8.0+0.06227(V’)2

2

20）圆球固体颗粒在流体中作自由重力沉降，在stokes区的沉降速度计算式为ut=g dp（ρs-ρ）/(18μ)。式中 ut—沉降速度，m/s,g—重力加速度，g=9.81m/s2,dp—颗粒直径，m ；ρs—颗粒密度，㎏/m3；μ—流体粘度，Pa·S。当以ut’[cm/s],μ’[cP]分别替代ut与μ，则该公式为_____________。[答：ut’=10-5 g dp2（ρs-ρ）/(18μ’) ]

分析：ut=100ut’ ，cm/s], μ=1000μ’，所以： ut’=10-5 g dp2（ρs-ρ）/(18μ’)

第一章 流体流动

1） 温度升高，液体粘度______________ ，气体粘度______________。（答：下降，增大） 2） 流体的粘度可通过流体粘性定律τ=μ(dv/dy)=μ(ΔV/Δy)[N/m2](y的取向：令dv/dy为正）

求得。试分析下列情况的τ值。图中A为薄平板或圆筒面的面积（m2)。 （答：F/A, G.sinα/A, G/(πDH)）

3） 理想流体是________________的流体。（答：μ=0，∑hf=0，△V=0） 4） 2.04ml 某液体的质量为2.10g，其密度为_____________kg/m3。（答：1029） 5） 1atm=____ Pa=_______mmHg=_______mH2O

1at=_______ kgf/cm2=_______Pa=________mmHg=________mmH2O（答：1.013×105，760，10.33，1，9.81×104，735.6，10） 6) 外界大气压是753mmHg（绝压）某容器内气体的真空度为7.34×104Pa，其绝压为____Pa,表压为___________Pa 。（答：2.70×104，-7.34×104） 7） 1.60at（绝压），35.0℃的N2(分子量M=28.0)的密度为______ kg/m3（答：1.72） 【分析】根据题给的条件可按理想气体计算密度。ρ=pM/(RT),R=8314J/(kmol.K),不要用T=273+t。

8) 水面压强p0=1atm，水深64m处的压强p=______Pa (p0,p皆为绝压) （答：7.29×105） 9）如右图，U形压差计读数R=______m ,ρHg=13.6×103kg/m3, 不计两液面大气压P的差异。（答：0.119）

10）修正压强pm= _______。在重力场中静止的恒密度流体，只要流体是连通的，则处处流体的pm= ______ 。（答：p＋ρgh，常数）

11）流体在圆管内流动，通常讲的“管流”指的是_______。（答：流体充满管内且流动）

【分析】如无说明，流体在管内的流动皆为管流。 12）Φ57×3.5mm的圆直钢管，管内充满流动的水，则水的流动截面积A=________m2（答：1.96×10-3）

【分析】Φ57×3.5mm，表示钢管外直径为57mm，管子壁厚为3.5mm，其内径为50mm。 13）ρ=940 kg/m3的液体，以8.60m3/h的流量流过12）题的管内，其平均流速u=____m/s,质量流速G=________(kg/s·m) （答：1.22，1146） 14) 水在Φ60×3mm钢管内流过，流量V=2.75×10-3m3/h，水的粘度μ=1.005cP,则Re=_______ ，流型为_________ 。（答：6.45×104，湍流）

【分析】Re=duρ/μ,当流体流过管内，Re=4Vρ/(πdμ)。前者出现u，后者出现V，此题用后者算比较好。

15）圆直管内流体层流的点流速分布侧型为_______ ,令管子内半径为R,轴心线处点流速为νmax，，则任一点与轴心线距离为r处的点流速ν=________ 。且平均流速u=_______νmax。（答：抛物线，νmax [1-(r/R)2],1/2）

16）流体在圆、直管内湍流的点流速分布规律ν=νmax (____)n,常见的n值为______ 。 （答：1-r/R,1/7） 17）均匀流遇到与其流线平行的静止固体壁面时，与壁面接触的流层质点被固体吸着而流速降为零，流体与壁面间没有摩擦发生，这叫_______现象。由于流体有粘性，受壁面影响而流速降为零的流体层逐渐增厚。若均匀流流速为u0，则，ν<0.99 u0的减速部分称为________。（答：无滑动，边界层）

18)湍流边界层紧邻壁面处存在着_________ 。（答：层流内层）

19）均匀流体流入圆管内，随着流进圆管内距离的增加，边界层不断增大的管段称为________ ,在边界层厚度达到管内半径以后的管段称为_______ ,管流的Re及流速侧型都是指______而言的。（答：进口段，稳定段，稳定段）

20）u2/2 表示每_______流体具有的机械能，u2/（2g）表示每_______流体具有的机械能。 21）流体从1截面流至2截面的过程中，由于流体有_______ ,导致部分流体机械能转变为内能，每kg流体由此损耗的机械能以________表示。（答：kg，N）

22）某液体，ρ=880 kg/m3，μ=24 cP，在Φ57×3mm圆直管内流过，流速u=0.802m/s,则流过20m管子的阻力为_______J/kg。（答：5.38） 【分析】Re=duρ/μ=0.051×0.802×880/(240×0.001)=1500,层流，层流阻力可按海根.泊稷叶公式计算。∑hf=32μul/(ρd2)=32×24×0.001×0.802×20/(880×0.0512)=5.38 J/kg

23）流体在一圆直管内流动，Re=700，若流量加倍，对同一管段来说，阻力消耗的功率为原来的______倍。（答：4）

【分析】原来是层流，流量加倍后，Re=1400，仍属层流。层流：N=∑hf.(Vρ)[w],所以N’/N=(∑hf’/∑hf)(V’/V)=(u’/u)2=22=4

24）量纲分析法是一种指导_______的方法。其依据是任一物理方程必然量纲________。通过量纲分析，可把______间一般不定函数式转变成特征数间一般不定函数式。根据∏定理，“特征数”数=“物理量”数－“_______”数。（答：实验，和谐，物理量，基本量纲）

25）量纲分析法的好处是：①减少_______，大大减轻实验工作量。②在满足流体各物性值均为恒值的条件下，通过实验得到的特征数间的定量关系式可推广应用于其它工质及其它__________的不同尺寸的设备。（答：变量，几何相似） 26）雷诺数表示________力与________力之比。（答：惯性，粘性） 27）由量纲分析法指导实验得到的公式是一种_________公式。（答：半理论半经验） 28）工业上常用的粗糙管有______，_______ ,_______等。（答：水煤气管，无缝钢管，铸铁管）

29）工业上常用的光滑管有______，_______ ,_______等。（答：玻璃管，塑料管，黄铜管） 30）计算直管沿程阻力的范宁公式为________。（答：∑hf=λ(l/d)u2/2 J/kg） 31）在湍流区（包括过渡流区），当ε/d一定，随Re增大，λ值先______，然后达到常数。λ=常数的区域称为________区。（答：下降，阻力平方或高度湍流） 32）在高度湍流区摩擦系数λ取决于________ ,与_________无关。若流体在某粗糙管内高度湍流，当流量加倍，对同一直管段来说，阻力将增至原来的________倍。（答：ε/d，Re，4）

33）在湍流区（包括过渡流区），当Re一定，随着ε/d减小，λ值________。ε/d的极限为光滑管。光滑管，当Re=3000，λ=________，此公式称为________公式。（答：减少，0.3164/Re0.25，布拉修斯）

34）流体流过________，________，________等的阻力称为局部阻力。局部阻力总伴随着________现象。计算局部阻力的公式有两种，即hf =________u2 /2 J/kg 及hf =λ（_____）u2 /2 J/kg。（答：弯头，三通，阀门，边界层分离，ζ，le/d）

35）通过管道，将地面管内的水输到敞口水塔水面上方。已知出水口距地面高20m，水流速1.20m/s，管长及局部阻力当量管长 l+∑le 为40m，管内径38mm，摩擦系数λ=0.028输入端管内的表压p1 =_______at。（答：2.216）

【分析】p1/1000=(9.81×20)+(0.028×40/0.038) ×(1.20)2/2 所以，p1=2.174×105 Pa(表压)=2.216 at（表压）

36）水由A水库通过长管道流入B水库，如下图所示管内径为d1 ，输入量为V1 。现欲加大流量，要求V2=2.4V1 ，设管长不变，布拉修斯公式可用，局部阻力不计，采用增大管内径方法解决，则 d2/d1 =________。（答：1.38）

【分析】EＡ－ＥＢ＝∑hf （Ｅ通常表示每千克流体的总机械能。） 因前后情况EＡ和ＥＢ都没有改变，故∑hf，１＝∑hf，２，

２２５２０．２５

∑hf＝８λｌV／（πｄ）＝８×０.３１６４ｌV／｛［４Vρ／πｄμ］２５１７５４．７５πｄ｝∝（V.／ｄ） １７５４．７５１７５４．７５V１.／ｄ１＝V２.／ｄ２所以d2/d1=（V2/V1）(1.75/4.75)=1.38

37）如下图所示，水由A-A截面经向上倾斜异径管流至B-B截面。A、B截面处均流线平行，由A、B截面到U形管的连接管内及U形压差计内指示液上方均为与管内相同的水。已知R=68mm，则 pm,A －pm,B =_______Pa。（答：8.405×103）

【分析】在重力场中流体恒密度条件下，静止流体的Pm为恒值，由此可导出下式： pm,A －pm,B = pm,3 －pm,4= p3 －p4 =（ρHg-ρ）gR=（13.6-1）×103×9.81×0.068 =8.405×103Pa

38）承37题，若流量不变把管子水平放置，则会发生如下变化：( pm,A －pm,B )_______ 读R_______ ,(pA-pB)________ 。（答：不变，不变，减小） 【分析】 根据

??f?I??f??标???I??标?3.80?2800?840??1000?4.33m3/h840??2800?1000?经验E1恒定A阀门开大????V???hf,1?4?????E4??P4??E5??V3?（1??le）=30/20=?1??le?1??V1?8.14m3/h???H?41.3m1?e，?22pm,A/??uA/2?pm,B/??uB??hf，?hf与管子倾斜角度无关，所以 （pm,A-pm,B）

不变，亦即R不变。

pm,A-pm,B=(pA??gzA)?(pB??gzB)?常量

pA?pB?常量+?g(zB?zA)

当管子由倾斜向上改为水平，(zB?zA)减小，（pA?pB）减小。

39)三根内径相同的直管，管内水流量相同，两侧压点的距离相同，但管子安装方向不同，一根水平，一根倾斜向上，一根倾斜向下，如下图所示，则 R1 ，R2， R3 的关系是________ , △p1、△p2、△p3 的关系是_________ 。（答：R1?R2?R3,p2?p1?p3） 【分析】

pm,1?pm,2?pm,3，?R1?R2?R3

pA?pB?常量??g?zB?zA?，?p2?p1?p3

40）某套管，外管内直径为d2，内管外直径为d1，此套管的当量直径de=________。 （答： d2－d1）

41）有时把流体流过一段管路的阻力________。（答：

?hf改用摩擦压降

??pf形式表示，二者关系是

?hf??pf/?）

42）水以1.2m/s流速从圆直等径管内流过，摩擦系数?=0.026，则紧邻管壁处流体剪应力

?w= ______N/m2，在r/R=0.50（R为管半径）处的剪应力?=________ N/m2。（答：4.68，

2.34） 【分析】①

pm,1/?=pm,2/???hf?pm,2/???(l/d)u2/2

?(pm,1?pm,2)d/l????u2/2

②参看右图，沿管轴线向作1长管段的力的衡算：

??/4?d2?p1?p2????/4?d2l?gsin???w??dl

其中，lsi?n=z2?z1，可整理得

?(pm,1?pm,2)d/l?4?w

③因此，?w???u2/8=0.026?103??1.2?/8?4.68N/m2

④无论层流或湍流的管流，剪应力τ均与该流层距轴心线的距离r成正比，故

2???w?r/R??4.68?0.5?2.34N/m2

dA>>dB。43）如右图所示，当水流向为 A B，U形压差计读数为R1。当流向为B A，

读数为R2。两者流量相同，均不计AB段直管阻力，只计截面突变阻力，则（答：>）

R1____

R2。

【分析】当dA>>dB,由A?B，?=0.5，由B?A，?=1，局部阻力均按ζuA2/2计。

222A?B：pA/??uA/2?pB/??uB/2?0.5uB/2

22 ??pA?pB?/??1.5uB/2?uA/2 222B?A：pB/??uB/2?pA/??uA/2?uB/2

∴(pB-pA)/ρ= uA2/2

44）45℃的水蒸汽压PV=9.586kPa，PO=1atm，u2=0.60示的能正常虹吸操作的

2gHom/s,Ho?1.5m,则如图所

Hmax=_____m（计算

Hmax时可忽略阻力）。（答：8.81）

【分析】u2?0.602?9.81?1.5?3.25m/s?u3虹吸管正常操作应该管内的水不汽化。令P3=Pv时的H为Hmax，排1-3截面的伯努利方程，得：1.013?10/1000＝

59.81Hmax?9.586?103/1000?(3.25)2/2?Hmax?8.81m

45）两管并联，管1的管长（包括局部阻力的当量管长）、管内径及摩擦系数为l1、d1和

?1，管2的相应值为l2、d2和?2，则流量比V1V2?______。（答：

5d15/??1l1?/d2/??2l2?）

46）转子流量计对某种流体的操作特性是______，现有一转子流量计，转子密度

?f?2800kg/m33??840kg/m1，其刻度是按20℃的水标定的。当用于的流体，

33.80m/h,则实际流量是________m3/h。读得刻度为（答：恒流速，恒压降，4.33）

【分析】V1=V标??f?I??f??标???I??标?3.80?2800?840??1000?4.33m3/h

840??2800?1000?47）以孔板流量计测量某液体流量，用U形压差计作为测压仪器。若流量加倍且流量改变前后孔流系数C0为不变的常数，则加大流量后U形压差计读数R?为原流量时读数R的_____倍。（答：4）

48）以下是两道判断题。在分析=时，可用E表示某截面每kg液体的总机械能，可略去液体动能。各水槽液位假设不变。 ①当阀A关小，P3____，P4____。（答：升高，降低） [分析]

?hf,4?2?hf,1?3

②原来A，B阀均部分开启，当A阀开大，B阀不变，则V___，P4____，V3___。（答：增大，下降，减少）

[分析]A阀门开大????V??

经验?hf,1?4E1恒定?????E4??P4??E5??V3?

第二章 流体输送机械

1） 流体输送机械依结构及运行方式不同，可分为4种类型，即________式、_________式、__________式及_________式。（答：离心，往复，旋转，流体作用）

2） 离心泵均采用__________叶片，其泵壳侧形为__________形，引水道渐扩，是为了使______________。（答：后弯，蜗壳，流体动能转化为静压能） 3） 离心泵的三条特性曲线是____________，____________和____________曲线。这些曲线是___________和_____________条件下，由_____________测得的。（答：He~V，Na~V，η~V，一定的流体工质，一定转速，实验）

4） 离心泵铭牌上写的参量是___________时的参量。（答：ηmax）

5） 离心泵启动前要盘车、灌液，灌液是为了防止______________现象发生。（答：气缚） 6） 离心泵停泵要前先关小出口阀，以避免发生易损坏阀门和管道的__________现象。（答：

水锤）

7） 离心泵在长期正常操作后虽工作条件未变，却发生气蚀，其原因一般是______________________。（答：汲入管内壁因污垢沉积造成流体流动阻力增加）

8） 液体容器绕中心轴等角速度ω旋转，如附图所示。液面任一点高度z与该点对轴心线的距离r之间的数量关系是z=________________。（答：ω2r2/2g）

【分析】旋转液体中任一点都满足的方程是：p+ρgz-ρω2r2/2=常量c，如图，取o点为柱坐标原点，在o点处，r=0，z=0，p=p0，所以c= p0，于是，上式可改成p+ρgz-ρω2r2/2= p0，在液面上，p=p0，即ρgz=ρω2r2/2，则z=ω2r2/2g

z P0 r 9） 如下图，用离心泵将水由水槽输入塔内，塔内压强p2=0.2at（表压），汲入及压出管总长及局部阻力当量管长1+∑le=20mm，摩擦系数λ=0.024，则输送每N水所需的外加功He’与流量V的数量关系式为_________________。（答：He’=10.24+4.06×106V2） 【分析】排1-2

截面间伯努利方程：He’=

p2?p08?(1??le)2H??V=

?g?2gd50.2?9.81?1048?0.024?2428.2??2V?10.2?4.06?106V2 51000?9.81?9.81(0.025)式中单位：He’—m，V—m3/s

H=8.2m 2 2 2 P2

10） 承9）题条件下，为实现水流量为V[m3/s]的输送，1[N]水必须

_______的外加机械能[J]。9）题导出的He~V关系又称为___________。设λ为常数，此关系的一般式为__________________。（答：得到，管路特性曲线，He’=H0+KV2） 11）承9）题的管路特性方程可改写成He’=10.2+0.313V2[m]（式中：V—m3/h）。如选用的泵的“He~V”关系可表达为He=42－0.01V2[m]，则工作点为___________。 （答：V=9.92m3/h,He=41m）

【分析】泵：He=42－0.01V2，He’=10.2+0.313V2 令He= He’，得V=9.92m3/h，He=41m 注意：V的单位只能统一才能联立求解。

12）承11）题，若略关小出口阀，使1+∑le=30m，设λ不变，则新工作点为___________。（答：V1=8.14m3/h，He，1=41.3m）

9）题，He’表示在

【分析】出口阀关小后，与原来的相比，?1??le?1?（1??le）=30/20=1.5，所以K1=1.5K=1.5?0.313=0.47，新的管路特性方程为He??10.2?0.47V

2{管路：H??10.2?0.47V，令H?H?，所以{ V=8.14m/h，H

泵：He?42?0.01Ve2ee1

3

e，1=41.3m

13）承12）题，已知在出口阀关小后V1=8.14 m3/h时泵的效率η=0.62，与原来的V=9.92m3/h相比，因关小阀而多消耗在阀上的轴功率ΔNa=______________。（答：372W） 【分析】参照附图，当阀关小V1=8.14m3/h时，若按原来的管路特性曲线计，只需

He?=10.2+0.313?(8.14)2=30.9m，但因阀关小增加阀的阻力，实际He,1=41.3m，所以因阀关

小而多耗的轴功率

?Na??He?V?g/??(41.3?30.9)?8.14?103?9.81/?3600?0.62??372Wn?/n?V?/V?8.14/9.92?0.822?42?0.01(V/2)2?He??6.2?0.0854V2m?V?m3/h??Hf?KV22Hgmax??p1?pv?/??g???h允-?Hf，汲?0?2.4?3.3??5.7mu2?1/2V?,HT?/???Na??He?V?g/??(41.3?30.9)?8.14?103?9.81/?3600?0.62??372W

第四章 传热及换热器

1）传热是以_________为推动力的能量传递过程。（答：温度差） 2）传热的基本方式有________、_________、_________三种。（答：导热，对流传热，热辐射）

3）热冷流体热交换的类型有三种，即__________式、_______式及_________式。（答：间壁，直接接触，蓄热）

4）常见的加热剂有_______、_______、及_________等。常用的冷却剂有________、______及________等。（答：水蒸气，热水，矿物油，冷水，空气，冷冻盐水）

5）对某换热设备，单位时间热冷流体间传递的热量称为__________，常以Q表示，单位为W。单位时间、单位传热面积传递的热量称为__________,常以q表示，单位是W/m2。（答：传热热率或热负荷，传热通量） 6）某传热过程测得控制体内某一点位置的温度随时间而变，即可判断该传热过程为________过程。（答：非定态）

7）定态、一维导热、傅里叶定律的表达式是dQ=__________.（答：???dA?dt/dn） 8）导热系数λ的单位是___________。使用此单位时，普通碳钢、不锈钢、空气在常温、常压下的λ值分别为___________、__________、____________。（答：W/(m·℃)，45，16，0.02）

9）对于大多数物质，导热系数λ与温度t（℃）的关系为λt=____________。（答：?o(1?at)） 10）温度升高金属的导热系数λ值__________，液体的λ值__________，空气的λ值___________。（答：减小，减小，增大）

11）面积A=0.05m2，壁厚为3.0mm的金属平壁，其导热系数λ=45W/(m·℃)。若壁的两侧面温度分别为104℃和103.6℃，则传热速率Q=_______W。（答：300） [分析] Q???A??t/??45*0.050*(104?103.6)/(3.0*10)?300W

12)Φ48×3.5mm钢管外包以8mm厚的保温层，保温层的导热系数λ=0.12W/(m·℃)，管内壁及保温层外侧温度分别为120℃及60℃，则每米管长的散热速率Q/L=_________W/m。（答：157） [分析]

?32?(t1?t3)Q2?(120?60)???157W/mL(1/?)ln(d2/d1)?(1/?2)ln(d3/d2)(1/45)ln(48/41)?(1/0.12)ln(64/48)13）对流给热共分为四种类型即_______、_______、_________和_______给热。（答：强制对流、自然对流、液体沸腾、蒸汽冷凝） 14）对于无相变的对流给热，以特征数表示的一般函数式为Nu=f(____,______,______).（答：Re，Gr，Pr）

15) Gr=______ ,表示______热过程的影响。（答：gl??t/v，自然对流运动） 16）Pr=_________,表示_________对给热过程的影响。（答：Cp??/?，流体物性） 17）Nu=___________,表示______________________________________。（答：?l/?，给热速率与相同条件下按导热计的导热速率之比） 18）水从Φ60×3.5mm钢管内流过且被加热，已知水的Pr=4.32，Re=1.44×105,λ=0.634W/(m·℃)，则水对管壁的给热系数α=__________ W/(m·℃). （答：6.613×103）

32[分析]当流体从圆直、等径管内流过，当Re>4000，属湍流，Pr＞0.7，流体粘度不大于同温度水的年度的二倍且管子的长，径比1/d>50（如无特殊说明，1/d的条件都满足）的条件下可应用Dittus和Boelter公式。该公式Nu=0.023Re0.8Prn（n=0.4，当流体被加热，n=0.3，流体被冷却）。本题符合上述条件，且流体被加热，故

??0.023(?/d)Re0.8Pr0.4?0.023(0.634/0.053)(1.44?105)0.8(4.32)0.4?6.613?103W/(m2·℃)

19）承18题，若管子不变，水流速增加至原来的1.5倍，该物性数据不变，则α’=________ W/(m2·℃). （答：9.147×103） [分析] ??0.023(?/d)(du?/?)0.8Pr0.4∝u0.8

??'??(u'/u)0.8?6.613?103?1.50.8?9.147?103 W/(m2·℃)

20）承19题，若水流量不变，改用Φ68×3mm钢管，物性数据不变，则α’’=________ W/(m2·℃). （答：4.986×103） [分析] ??0.023?4v?0.80.411.8()Pr∝（） d?d?d?''??(d/d'')1.8?6.613?103(53/62)1.8?4.986?103 W/(m2·℃)

21）某流体经过一直管后流入同一内径的弯管，则α

弯

>α直的原因是____________。（答：

在弯管内流体有附加扰流）

22）某金属导线，直径0.50mm，电阻0.16欧姆/m，通过1.6安培电流。导线发热速率Q=I2R[W]。导线外包绝热层，厚0.8mm，其λ=0.16 w/(m·℃)。外围是20℃的空气，空气α=12 W/(m·℃).。过程定态。则金属线与绝热层间界面温度为_____________℃。（答：25.8）

[分析]这是有内热源的导热与对流给热串联传热的问题。令导热直径为d1，绝热层外直径为d2，导线外侧温度为t1，绝热层外侧温度为t2，大气温度为to，可建立如下传热速率式：

Q??2??L(t1?t2)??(?d2L)(t2?t0)ln(d2/d1) t?tt1?t0t1?t2?20?d1d111ln2ln2?2??Ld1??d2L2??Ld1??d2L2即1.6?0.16?t2?t0

12.101ln?2??0.160.5012??2.1?10?3∴t1=25.8℃

23)某蒸汽管外包有厚度为δ的绝热材料。现将该保温层划分成厚度为δ/2的内外两层，略去保温层导热系数λ值随温度的变化，则内保温层热阻_______于外包保温层热阻。（答：大） [分析] Q??t

(?/2)(?Am,内)?（?/2）(?Am,外)因Am,内λ1则把λ1的绝热材料包在_________层的保温效果好。（答：内）

25）某小口径钢管，外半径为r1，外壁温度为T，外界空气温度为t0，空气给热系数为α。T>t0,为减小散热，拟在管外包导热系数为λ的保温层，保温层厚δ，保温层外半径为r2。设T、λ均为恒值。在实践中发现，单位管长散热速率Q/L随δ的增大出现先升后降的现象，如附图所示，Q/L最大时的δ为临界保温层厚δc，可推得，Q/L最大时保温层外半径 r2，c=____________。（答：?/?）

δ δC

[分析] Q/L?Q/L T?t012??lnr21?r12?r2??总温差?t 总热阻R可见，随r2增大，保温层的热阻增大，而空气的给热热阻减小，二者对Q/L的影响相反。可通过R对r2极值以求出r2，c 令

rdRd11?0,即(ln2?)?0 dr2dr22??r12?r2?11111?)(?2)?0即?2r2,c?r2,c?r2,c 得2?r2,c2???r2,c??/?此极限是极大还是极小值，须以二阶导数判定。

d2Rd11?12 ?(?)??dr22dr22??r22??r222??r222??r23d2R?2当r2.c??/?，则丨??0，即当???c时，R为极小亦即Q/L为极大。 2r2.c3dr22??26）大容器内液体沸腾给热随液体过热度△t（即加热壁壁温tw与液体饱和温度ts之差）增

加，可向后出现_______、__________及________给热三种状况。正常操作应在________给热状况。（答：自然对流、泡核沸腾、膜状沸腾、泡核沸腾）

27）承26题，_______给热状况是不允许发生的，若发生则属生产事故，故正常操作的过热度必须严控在________以下。（答：膜状沸腾、临界过热度） 28) 液体沸腾的必要条件是_________和___________。（答：液体过热、有汽化核心） 29）蒸汽冷凝分膜状与滴状冷凝两种类型。于同一蒸汽同一冷凝温度ts，滴状冷凝α值常取

为_________ W/(m·℃). （答：大、膜、10000）

30）水蒸汽冷凝，若水蒸汽中混有1%的空气（不凝性气体），其α值会比纯水蒸汽α值下降________%（答：60）

31）蒸汽膜状冷凝凝液在壁面层流流下，若蒸汽饱和温度与壁温之差（ts—tw）增大，则α值__________。（答：减小）

g?2?3r1[分析] ??1.13[]4，此公式不必记，但?与(ts?tw)得关系应知道

?L(ts?tw)32) 靠自然抽风的烟囱，在烟囱内烟气与烟囱壁间的给热是自然对流还是强制对流给热？

答： 。（答：强制对流给热） 33) 黑体是 。黑体的辐射能力Eb=C0( )4 W/m2,其中C0是黑体的辐射系数，其

值为 W/(m2·K4). （答：吸收率a=1的物体，T/100,5.67）

34) 某种物体在某温度下对任一波长的单色辐射能力与同温同一波长的黑体单色辐射能力

之比Eλ/Ebλ=ε,若ε值不随波长而变，该物体称为 ，ε称为该物体的 。（答：灰体，黑度）

35) 空间有面积分别为A1及A2的两平面，其间相对位置是任意的。角系数?12表示 。

A1?12 A2?21。（答：黑体或灰体的A1平面发出的辐射能中到大A2的平面的分率，=）

36) 两灰体为透热体，则由1面至2面的净辐射传热速率Q12=C0·εs[ ][W]。式中εs为系统

黑度。对于很大的物体2包住凸面物体1，则上式中εs= 。（答：

A1?12,[(T1/100)4?(T2/100)4],?1）

37) 设有温度分别为TA和TB两平行平面，TA>TB,为减少辐射传热，在两平板间设置几块平行遮热板，所有板的黑度相等，各板面积相同，间距很小，则设置遮热板后的辐射传热速率为未装遮热板时 。（答：1/(n+1)） [分析]两平行板间：q1?2?c0??s[(本题条件下，?s?[T14T)?(2)4] 1001001?1?1?2?1]?1=常数

TA4T)?(B)4] 100100T4T4装遮热板后 qA?1?c0??s[(A)?(1)]

100100T4T4 q1?2?c0??s[(1)?(2)]

100100未装遮热板 qA?B?c0??s[( ……… Qn?B?c0??s[(Tn4T)?(B)4] 100100∵ qA?1?q1?2?......?qnB?(n?1)qA?1?qA?B ∴ qA?1?qA?B/(n?1)

38) 用热电偶测量某管道内流动气体的温度。由仪表中读得热电偶温度为780℃ 。热电偶的

黑度为0.06，输气管管壁温度为600℃ 。气体的给热系数为65W/(m2.℃ )若把热电偶温度视为气体温度，按绝对温度计算的相对误差是______。减小测温误差的方法有_______。（答：-24.4%，热电偶外装遮热罩及减少输气管的散热速率等）

?热电偶????管壁。在过程定态，即热电偶温度[分析]管内传热情况为：气体???恒定条件下，令气体、热电偶及管壁温度分别为Tg，T1，Tw，热电偶的黑度为?1，则下士

给热辐射（Tg-T1）=?1c0[(成立：?T1100T)4?(w100)4]

即65[Tg-(273.2+780)]=0.60*5.67[(273.2?780)4?(273.2?600)4] 100100∴Tg=1392.9K=1120℃

故测温相对误差=（780+273.2-1392.9）、1392.9=-24.4%

39) 常见的间壁式换热器有以下类型：_____式，_____式及____式等。（答：套管，列管，板，螺旋板，热管…任写三种）

40) 用套管换热器以冷水使饱和甲苯蒸汽冷凝为饱和液体。甲苯走环隙，温度T=100℃ ，流量Wh=2200kg/h，其冷凝潜热rh=363kJ/h，冷凝水走内管内，进出口水温分别是t1=15℃ ，t2=43℃ ，水的比热Cp.c=4.174kJ/(kg.℃ )。则该换热器的热负荷Q=______kJ/h,平均传热温差△tm=_____℃ 。（答：7.986×105，6.833×103，70.07） [分析]Q=Wh×rh=2200×363=7.986×105 kJ/h

又Q=Wc·Cp，c（t1-t2）即7.986×105=Wc×4.174（43-15） 所以Wc=6.833×103kg/h

因为△t1=100-15=85℃，△t2=100-43=57℃

所以△tm=（△t1-△t2）/Ln（△t1/△t2）=（85-57）/Ln（85/57）=70.07℃

41) 承40）题，已知内管规格为Φ57×3.5mm，内管内冷凝水给热系数αi=3738W/(m2.℃ ),环隙中甲苯冷凝的给热系数α0=5200W/(m2.℃ ),若略去管壁及污垢热阻，则以内管壁面为基准的传热系数Ki=_______W/(m2.℃ ),该换热器的长度L=________m。（答：2292，7.68） [分析]

d111150??i,即?? Ki?i?odoKi37385200?57所以Ki=2292 W/(m2.℃ )

又Q?Ki(?diL)??tm，即7.986?10(1000/3600)?2292(??0.050L)?70.07

所以L=8.8m

42) 承41）题， 若其它条件不变，只是因气候变化，冷水进口温度为20℃，设物性数据不变，则冷水出口温度t2'=______℃。（答：46.5）

[分析]对于热流体侧为蒸汽冷凝，有相变且热流体温度T保持不变，而冷流体侧则无相变，有温度变化的情况，可运用如下等式：

5Wc?Cp,c(t2?t1)?KiAi[(T?t1)?(T?t2)]/lnT?t1?KiAi(t2?t1)/lnT?t2T?t1T?t2

所以Wc?Cp,clnT?t1?KiAi T?t2原来：Wc?Cp,cln后来：Wc?Cp,cln100?15?KiAi Wc，Cp,c，Ki，Ai均前后不变

100?43100?20?KiAi '100?t2100?15100?20'?,所以t2?46.4℃ '100?43100?t2前后情况对比，得

43) 列管换热器有三种类型，即：_____式，_____式及____式。（答：固定管板，U形管，浮头）

44) 列管换热器内设置折流板的目的是___________。（答：增大壳程流体流速，使尽量多的壳程流体可垂直流过管束，使其给热系数增大） 45) 折流板有两种形式，即_____式和_____式。（答：圆缺形，盘环形）

46) 某单管程，单壳程列管换热器，壳程为水蒸汽冷凝，蒸汽温度为T=140℃，管程走空气，由t1=20℃升至t2=90℃。若将此换热器改为双管程，空气流量不变，设空气物性不变，空气原来在管内湍流，管壁及污垢热阻均可略去，改为双管程后换热管数不变，则改为双管程后空气出口温度t2'=______℃。（答：113.9℃） [分析]原来：Wc?Cp,clnT?t1?KiAi T?t2T?t1?Ki'A

T?t2' 后来：Wc?Cp,clnT?t1T?t2'Ki'两式相除，得，由于水蒸气冷凝?h》空气?c，且管壁及污垢热阻不计，故?T?t1KilnT?t2lnKi'?c'，又由于空气在管内均为湍流，且改成双管程后，空气在管内的流速为单管程的?Ki?c?c'2倍，故?20.8

?c140?20140?t2''?20.8，∴t2因此，=113.9℃

140?20ln140?90ln47) 螺旋板换热管的特点是_______。（答：因时弯曲通道，比起直通道，在其他条件相近时，传热系数较大，热冷流体逆流换热，平均温差大，紧凑，不易堵塞，但坏了不能修）

48) 如下图，当Wc下降，其他不变，则______（答：A） t2

Wh,T1 Wc,t1 A)Q ,t2 ,T2 B)Q不变,t2 ,T2 均不变 C) Q ,t2 ,T2 D）Q ,t2 ,T2 直接间接[分析] Wc??????0?????Ki????T2????Q?

T2

（幅度大） （幅度大） （幅度小） （幅度小） （幅度小） 又Q=Wc?Cp,c(t2?t1)，可判断，t2必然上升 ? ? ?

（幅度小） （幅度大）

49）有一加热釜，内有Wkg比热为Cp的液体。用蛇管加热器加热液体，蛇管内通温度为T 的饱和蒸汽，凝液为饱和水。釜内有搅拌器，故液体温度均匀。蒸汽与釜液之间传热系数为K1，蛇管换热器面积为A1。外界空气温度为t0，釜液与外界空气的传热系数为K2，釜液温度升至tmax时，便维持恒温。写出釜液升温阶段有t1升至t2所需时间的计算式及计算tmax的计算式。（答：①在釜液升温的非定态过程，在dt时间内） dQi?dQ0?dQa

即 K1A1(T?t)d??K2A2(t?t0)d??W?Cp?dt 或 [K1A1(T?t)?K2A2(t?t0)]d??W?Cp?dt

?t2所以 ??d??W?Cp0?dt ?(K1AT1?K2A2t0)?(K1A1?K2A2)tt1②釜液温度为tmax时，过程定态，Qi?Q0 则 K1A1(T?tmax)?K2A2(tmax?t0)

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