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1、第三章作业4.解：此题核心在于求出球形颗粒在水中的沉降速度。而求须知颗粒密度，直径为，流体密度及粘度，此题中公未知，故利用该颗粒在气体和水中重量比可解决，从而可求出。1）求球形颗粒密度：该颗粒在气体和水中的重量比，实质指净重力（重力浮力）之比，即又查出时水的物性：,解之 2）求颗粒在水中沉降速度：设颗粒在水中沉降在层流区： 校核：故 3）颗粒在气体中沉降速度：5.解：1）常压下空气密度 ； 2atm下空气密度 设尘粒在常压空气中沉降速度为，2atm下空气中沉降速度为 质量流量及设备尺寸不变 又，而生产能力 假设尘粒沉降在层流区内进行：，校核：常压下， 压强增大一倍， 故 由以上计算可看出空气压
2、力增大密度也增大，则体积流量减小，在降尘室内停留时间增长，故沉降的最小粒径会减小。2）常压下空气密度，粘度 质量流量与设备尺寸不变， 假设在层流区内沉降 校核：190时， 故 由以上计算知，由于温度上升，空气密度减小、粘度上升，则体积流量增大，气体在设备内停留时间短，沉降最小尘粒增大。另外由1）计算中知由于一般颗粒密度不会超过，故只会在层流区域内沉降。6.解：在操作条件及设备尺寸均一定时，则确定了颗粒的最大沉降时间及颗粒的沉降速度，与该沉降速度对应的颗粒直径就是所要求的最小尘粒直径。，又根据 气体停留时间 又，取等号； 再求对应之；设在层流区域沉降， 校核： 所以沉降的最小尘粒直径为。12解：
3、求由恒压过滤方程式：，可得： 联解求得：， 计算过滤时间和生产能力 滤框容积 由过滤方程式： 解得：生产能力： （3）进行洗涤的时间及生产能力 板框过滤机洗涤速率 = 于是，生产能力变化： ，第四章作业15、在一套管式换热器，内管为18010mm的钢管，用水冷却原油，采用逆流操作，水在内管中流动，冷却水的进口温度为15，出口温度为55，原油在环隙中流动，流量为500 kgh-1，其平均比定压热容为3.35kJkg-1-1，要求从90冷却至40，已知水侧的对流表面传热系数为1000Wm-2-1，油侧的对流表面传热系数为299 Wm-2-1，（管壁热阻及垢阻忽略不计）。试求：（1） 所需冷却水用量
4、（水的比热取4.18 kJkg-1-1，忽略热损失）；（2） 总传热系数；（3） 套管换热器的有效传热长度；（4） 若冷却水进口温度变为20，问此时会出现什么情况？解（1） 4.18（55-15）=5003.35（90-40） =500kg/h(2) Ko=w/m2.k(3) 103=2240.18L29.7 L=6.17m(4) a 若维持水的流量及其它的条件不变，则水的出口温度水的出口温度过高导致结垢。b 若水的出口温度不变，则必须增加水的流率由 kg/h此时换热器的管长也变化即需要换一个热交换器。16.在并流的换热器中，用水冷却油。水的进，出口温度分别为15和40，油的进，出口温度分别为
5、150和100。现因生产任务要求油的出口温度降至80，设油和水的流量，进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为1m，试求将此换热器的管长增至若干米后才能满足要求。设换热器的热损失可以忽略。解：在原冷却器中 对油 （1） 对水 （2）并流时 =在新的冷却塔中 对油 （3） 对水 （4）解上述方程得： =50= L=1.85L=1.85m19. 90的正丁醇在逆流换热器中被冷却到50。换热器的传热面积为6m，总传热系数为230 Wm-2-1。若正丁醇的流量为1930kgh-1，冷却介质为18的水，试求：(1)冷却水的出口温度；(2)冷却水的消耗量，以mh-1表示。解：(1) kg/h 由70oC查
6、表得正丁醇的cp=2.8kJ/kg.k由题可知：K0=230w/m2.k A0=6m2T1=90T2=50t2t1=18 2.8103 (90-50)=2306t2=37(2) =kg/h=2.721m3/h20. 在逆流换热器中，用初温为20的水将1.25kgs-1的液体（比定压热容为1.69kJkg-1-1，密度为850kgm-3）由80冷却到30。换热器的列管直径为252.5mm，水走管内。水侧和液体侧的对流表面传热系数分别为0.85和1.70kWm-2-1，污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50，试求换热器的传热面积。解： 水的出口温度取50 Ko=w/m2.kw2=1.25kg/
7、s =1.69kJ/kg.k 故：A0=m221. 在列管式换热器中用冷水冷却油。水在直径为192mm 的列管内流动。已知管内水侧对流表面传热系数hi为3490 Wm-2-1,管外油侧的对流表面传热系数ho为258 Wm-2-1.换热器在使用一段时间后，管壁两侧都有污垢形成，水侧污垢热阻Rsi为0.00026 W-1,油侧污垢热阻Rso为0.000176W-1。管壁热传导系数l为45 Wm-1-1.试求：(1)基于管外表面积的总传热系数KO；(2）产生污垢后热阻增加的百分数。解：(1) 未结垢前 Ko=w/m2.k结垢后 K=w/m2.k（2） 22. 在逆流换热器中，用冷油冷却热油，油的比定
8、压热容均为1.68kJkg-1-1，热油的流量为3000kgh-1。热油从100冷却到25，冷油从20加热到40。已知总传热系数KO随热油的温度T变化如下：热油温度T，100 80 60 40 30 25总传热系数K。，Wm-2-1355 350 340 310 230 160试求换热器的传热面积。解： 热油 由题附表可以得出Ko=341.3 w/m2.kA0=m223. 套管换热器中，用35的水冷却110的油，油的比定压热容为1.9 kJkg-1-1。两流体做逆流流动。若水的流量为0.67kgs-1，油的流量为2.85kgs-1。换热器的传热面积A。为16m2，总传热系数Ko为320 Wm-
9、2-1。试计算水的出口温度及换热器的传热速率。解： 油 T1=110T2水 t2t1=35Q=0.674.18(t2-35)=2.851.9 (110-T2) (1)Q=32016=0.674.18103(t2-35) (2)联立上面方程式用试差法得出水的出口温度 t2=92 水过热 Q=0.674.18103(92-35)=1.596105 w33. 在列管换热器中，用热水加热冷水，热水流量为4.5103kgh-1，温度从95冷却到55，冷水温度从20升到50，总传热系数为2.8103 Wm-2-1。试求：冷水流量；两种液体作逆流时的平均温度差和所需要的换热面积；两种流体作并流时的平均温度差
10、和所需要的换热面积；根据计算结果，对逆流和并流换热作一比较，可得到哪些结论。解：（1） w2=6000kg/h（2） 逆流时 A=m2（3） 并流时 A=m2（4） 相同的进出口温度，逆流所需传热面积较小，因为逆流时传热推动力较大。34. 在逆流换热器中，管子规格为383mm，用初温为15的水将2.5kgs-1的甲苯由80冷却到30，水走管内，水侧和甲苯侧的对流表面传热系数分别为2500 和900 Wm-2-1，污垢热阻忽略不计。若水的出口温度不能高于45，试求该换热器的传热面积。解：设管壁w/m. kK0= w/m2.k在 =时 甲苯Cp=1.9103kJ/kg.k A0=16.71m235
11、. 某单壳程单管程列管换热器，用1.8105Pa饱和水蒸气加热空气，水蒸气走壳程，其对流表面传热系数为104 Wm-2-1，空气走管内，进口温度20 ，要求出口温度达110 ，空气在管内流速为10ms-1。管子规格为252.5mm的钢管，管数共269根。试求换热器的管长。若将该换热器改为单壳程双管程，总管数减至254根。水蒸气温度不变，空气的质量流量及进口温度不变，设各物性数据不变，换热器的管长亦不变，试求空气的出口温度。解：空气 = kg/m3 kJ/kg.k w/m.k Pa.S 湍流w/m2.k因为 所以 KKi=i=46.9 w/m2.k由蒸汽压表知： TS116.6 解得： L3m当n=254 双管程时 () m/s w/m2.k 解得： 36. 在一单管程列管式换热器中，将2000kgh-1的空气从20加热到80，空气在钢质列管内作湍流流动，管外用饱和水蒸气加热。列管总数为200根，长度为6m，管子规格为383mm。现因生产要求需要设计一台新换热器，其空气处理量保持不变，但管数改为400根，管子规格改为191.5mm，操作条件不变，试求此新换热器的管子长度为多少米。解： m
