化工原理课后习题答案上下册(钟理版)(华南理工大学课本)

1 第一章第一章 流体流动习题解答流体流动习题解答 11 已知甲城市的大气压为已知甲城市的大气压为 760mmHg，乙城市的大气压为，乙城市的大气压为 750mmHg。某反应器在甲地。某反应器在甲地 操作时要求其真空表读数为操作时要求其真空表读数为 600mmHg，若把该反应器放在乙地操作时，要维持与甲地操，若把该反应器放在乙地操作时，要维持与甲地操 作相同的绝对压，真空表的读数应为多少，分别用作相同的绝对压，真空表的读数应为多少，分别用 mmHg 和和 Pa 表示。表示。 590mmHg, 7.86× 104Pa 解：解：P（甲绝对）（甲绝对）=760-600=160mmHg 750-160=590mmHg=7.86× 104Pa 12 用水银压强计如图测量容器内水面上方压力用水银压强计如图测量容器内水面上方压力 P0，测压点位于水面以下，测压点位于水面以下 0.2m 处，测处，测压压 点与点与 U 形管内形管内水银界面的垂直距离为水银界面的垂直距离为 0.3m，水银压强计的读数，水银压强计的读数 R300mm，试求，试求 （1）容器内压强）容器内压强 P0为多少？为多少？ （2）若容器内表压增加一倍，压差计的读数）若容器内表压增加一倍，压差计的读数 R 为多少？为多少？ 习题习题 12 附图附图 (1) 3.51× 104N m 2 (表压 表压) )； (2)0.554m 解：解： 1. 根据静压强分布规律根据静压强分布规律 PAP0gH PB ，gR 因等高面就是等压面，故因等高面就是等压面，故 PA PB P0 ，gR gH13600× 9.81× 0.31000× 9.81(0.2+0.3)=3.51× 104N/ (表压表压) ) 2. 设设 P0加倍后，压差计的读数增为加倍后，压差计的读数增为 R ， RR，容器内水面与水银分界面的垂直距离，容器内水面与水银分界面的垂直距离 相应增为相应增为 H ， H 2 R 。同理，。同理， '''''' 0 2 R pgRgHgRg RgHg 000 pggpp 0.254m gg1000 9.81 gg13600 9.81 2 RH R ，4 ， （）3.51 10 22 0.3 0.254 0.554mRRR ， 2 13 单杯式水银压强计如图的液杯直径单杯式水银压强计如图的液杯直径 D100mm， 细管直径， 细管直径 d8mm。 用此压强计测量。 用此压强计测量 容器内水面上方的压强容器内水面上方的压强 p0，测压点位于水面以下，测压点位于水面以下 h0.5m 处，试求处，试求 （1）当压强计读数为）当压强计读数为 R300mm，杯内水银界面测压点，杯内水银界面测压点 A 与细管的垂直距离与细管的垂直距离 a0.4m， 容器内压强容器内压强 p0等于多少？等于多少？ （2）表压）表压 p0增加一倍并忽略杯内界面高度的变化，读数增加一倍并忽略杯内界面高度的变化，读数 R 为多少？为多少？ （3）表压）表压 p0增加一倍并考虑杯内界面位置的变化，读数增加一倍并考虑杯内界面位置的变化，读数 R 为多少？为多少？ 习题习题 13 附图附图 (1) 3.12× 104N m 2（表压） ； （表压） ；(2)0.534m；(3) 0.536m 解：解： 1. 因因 A、B 两点位于同一平面，两点位于同一平面，pA=pB， P0，gRg（ha） 13600 0××9.819.81××0.30.310001000××9.819.81（0.50.50.40.4） 3.123.12××1010 4 4N/ N/（表压）（表压） 2.2. 表压加倍后，设压强计读数为表压加倍后，设压强计读数为 R R ， 。若忽略杯内水银界面的变化，则。若忽略杯内水银界面的变化，则 , 0 4 2 3.12 101000 9.81 0.50.4 0.534 13600 9.81 pg ha R g m ， ， （） （） 3. 与（与（1）相比，表压加倍后杯内水银面下降了）相比，表压加倍后杯内水银面下降了 1 h，管内水银面上升，管内水银面上升 2 h，压强计读数，压强计读数 的增加量为的增加量为 12 Rhh 2 12 2 d hh D 由以上两式可得由以上两式可得 3 12 2 1 R h D d 根据等高面即等压面的原理根据等高面即等压面的原理 01 pg hahg RR ， （）（） 2 0 22 dR pgRg hag Rg Dd ， （） 00 2 22 pp R d gg Dd ， ， 4 2 22 3.12 10 0.234 0.008 13600 9.81 1000 9.81 0.10.008 0.30.2340.534RRR ， 此结果表明，使用单杯压强计，因此结果表明，使用单杯压强计，因 h1+ （122=） 第一种热阻大，所以热损失少。第一种热阻大，所以热损失少。 2 钟理钟理 伍钦化工原理课后习题答案伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理整理 5. 外径为外径为 50mm 的管子，其外包扎有一层厚度为的管子，其外包扎有一层厚度为 40mm，热传导系数为，热传导系数为 0.13 W.m-1.-1 的绝热材料。管子外表面的平均温度的绝热材料。管子外表面的平均温度 t1 为为 800。现拟在绝热材料外再包。现拟在绝热材料外再包扎一层热传导系扎一层热传导系 数为数为 0.09 W.m-1.-1 的氧化镁绝热层，使该层的外表面温度的氧化镁绝热层，使该层的外表面温度 t3 为为 87，设管子的外表面，设管子的外表面 温度仍为温度仍为 800。外界环境温度。外界环境温度 t为为 20。试求氧化绝热层的厚度。假设各层间接触良。试求氧化绝热层的厚度。假设各层间接触良 好。好。 解：解： t1=800 t2=? t3=87 ta=20 r1=25mm r2=65mm r3=r2+x=65+x mm 1=0.13 w/m2.k 2=0.09 w/m2.k hT=9.4+0.052×（×（87-20）=12.88w/m2.K q=.12211ln)(2rrttL)2087(ln)(223322.=.LdhrrttLT d=0.05+0.08+2× 10-3 x =0.13+2× 10-3 x 解得：解得：x=18mm 6试用量纲分析法推导壁面和流体间强制对流传热系数试用量纲分析法推导壁面和流体间强制对流传热系数 h 的准数关联式。已知的准数关联式。已知 h 为下列为下列 变量的函数：变量的函数：),(luCfhp=，式中、，式中、Cp、分别为流体的热传导系数、比定、分别为流体的热传导系数、比定 压热容、密度、粘度、压热容、密度、粘度、u 为流体流速，为流体流速，l 为传热设备定型尺寸。为传热设备定型尺寸。 解：解： 设设 （1） gfecdpbLuCQh= 由 量 纲式由 量 纲式 =TMh3 =TML3 = LU = .LM =KLCp.22 =3LM LL= 代入（代入（1） 两边的量纲相同，可以解得：两边的量纲相同，可以解得： yxafNuPrRePr)(Re,= ，ax，为常数，由试验确定。，为常数，由试验确定。 y 7苯流过一套管换热器的环隙， 自苯流过一套管换热器的环隙， 自 20升至升至 80， 该换热器的内管规格为， 该换热器的内管规格为19××2.5mm， 外管规格为外管规格为38××3mm。苯的流量为。苯的流量为 1800kg.h-1。试求苯对内管壁的对流表面传热系数。试求苯对内管壁的对流表面传热系数。 解解 t=(80+20)/2=60 由附表得苯在由附表得苯在 60的物性：的物性： 830=kg/m3 Pa.S 31032.0.××=2=PCkJ/kg.k 136.0=w/m2. 环隙当量直径环隙当量直径 1319320=.=.=iedddmm 环隙中苯的流速环隙中苯的流速 5.4830013.04360018002=××××××=Awum/s 45101052.1Re××= 27 du 318.0PrRe023.0=Nu 3 钟理钟理 伍钦化工原理课后习题答案伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理整理 7.4136.01032.0102Pr33=××××××=.pC 8.535=Nu 5605013.0136.08.535.=××=deNuh w/m2. 8 2atm，20下，下，60m3.h-1 的空气在套管换热器的管内被加热到的空气在套管换热器的管内被加热到 80，内管直径为，内管直径为 57××3.5mm，长度为，长度为 3m，试求管壁对空气的对流表面传热系数。，试求管壁对空气的对流表面传热系数。 解：解： 5028020=+=t 在此温度下空气的物性参数：在此温度下空气的物性参数： 19.232308205.0292=××××=RTPMkg/m3 017.1=pCkJ/kg.k 210826.2.×=w/m.k Pa.S 51096.1.×=698.0Pr= 5.805.043600602=××=AVum/s =×××=.51096.105.019.25.8Redu4.7×104104 3.08.0PrRe023.0=Nu 112698.0)107.4(023.03.08.04=× × ×× × × 3.6305.010826.21122=× ×× × =.dNuhiw/m2. 9温度为温度为 90的甲苯以的甲苯以 1500 kg.h-1 的流量通过蛇管而被冷却至的流量通过蛇管而被冷却至 30。蛇管的直径为。蛇管的直径为 57××3.5mm，弯曲半径为，弯曲半径为 0.6m，试求甲苯对蛇管的对流表面传热系数。，试求甲苯对蛇管的对流表面传热系数。 解：解： 6023090=+=t 在此温度下甲苯的物性参数：在此温度下甲苯的物性参数： 38.0=×10-3 Pa.S 1.8 kJ/kg.k =pC126.0=w/m.k 830=kg/m3 =××××=.321038.005.005.0436001500Redu2.79×104104 43.5126.01038.0108.1Pr33=×××=.uCp 直管直管 hi=318.0Pr0Re023.0id0.023××05.0126.0××(2.79××104)0.8 ××3143.5 =365w/m2.k 4 钟理钟理 伍钦化工原理课后习题答案伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理整理 蛇管蛇管 hihi 直管直管 4.395)6.005.01(365)5.31(=+××=××+ciddw/m2.k cd 弯曲半径弯曲半径 管管半径半径 id 10有一双管程列管换热器，由有一双管程列管换热器，由 96 根根25××2.5mm 的钢管组成。苯在管内流动，由的钢管组成。苯在管内流动，由 20 被加热到被加热到 80，苯的流量为，苯的流量为 9.5 kg