化工原理课后习题答案上下册钟理版.pdf

1 第 一 章 流 体 流 动 习 题 解 答 1 �1 已知甲城市的大气压为 7 6 0 mmHg �乙城市的大气压为 7 5 0 mmHg 某反应器在甲地操作时要求其真空表读数为 6 0 0 mmHg �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 mmHg 和 Pa 表示 [ 5 9 0 mmHg , 7 . 8 6 × 1 04Pa ] 解�P �甲绝对�= 7 6 0 - 6 0 0 = 1 6 0 mmHg 7 5 0 - 1 6 0 = 5 9 0 mmHg = 7 . 8 6 × 1 04Pa 1 �2 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 0 . 2 m 处�测压点与 U 形管内水银界面的垂直距离为 0 . 3 m �水银压强计的读数 R �3 0 0 mm �试求 �1 �容器内压强 P0 为多少� �2 �若容器内表压增加一倍�压差计的读数 R 为多少� 习题 1 �2 附图 [ ( 1 ) 3 . 5 1 × 1 04N� m�2 ( 表压) � ( 2 ) 0 . 5 5 4 m] 解� 1 . 根据静压强分布规律 PA�P0 � g� H PB�� �g R 因等高面就是等压面�故 PA� PB P0 �� �g R �� g H �1 3 6 0 0 × 9 . 8 1 × 0 . 3 �1 0 0 0 × 9 . 8 1 ( 0 . 2 + 0 . 3 ) =3 . 5 1 × 1 04N/ ㎡ ( 表压) 2 . 设 P0 加倍后 �压差计的读数增为 R��R �△R �容器内水面与水银分界面的垂 直 距 离相应增为 H��H � 2R� 。

同理� ' ' ' ' ' '02Rp g R g H g R g R g H g� � � � � � �� � � � � � � 0 0 0p g g p p 0 . 2 5 4 mg g 1 0 0 0 9 . 8 1g g 1 3 6 0 0 9 . 8 1 2R HR � �� �� ������ � � 4� �� � � � � 3 . 5 1 1 0� � � �� � �2 20 . 3 0 . 2 5 4 0 . 5 5 4 mR R R��� � � � � 2 1 �3 单杯式水银压强计如图的液杯直径 D �1 0 0 mm �细管直径 d �8 mm 用此压强计测量容器内水面上方的压强 p0 �测压点位于水面以下 h �0 . 5 m 处�试求 �1 �当压强计读数为 R �3 0 0 mm �杯内水银界面测压点 A 与细管的垂直距离 a �0 . 4 m �容器内压强 p0 等于多少� �2 �表压 p0 增加一倍并忽略杯内界面高度的变化�读数 R 为多少� �3 �表压 p0 增加一倍并考虑杯内界面位置的变化�读数 R 为多少� 习题 1 �3 附图 [ ( 1 ) 3 . 1 2 × 1 04N� m�2 �表压� ( 2 ) 0 . 5 3 4 m �( 3 ) 0 . 5 3 6 m] 解� 1 . 因 A 、B 两点位于同一平面�pA= pB� P0 �� �g R �� g �h �a � �1 3 6 00 ×9.8 1 ×0.3 �1000 ×9.81 �0.5 �0.4 � �3.12 ×104N/ ㎡�表压� 2. 表压加倍后�设压强计读数为R �。

若忽略杯内水银界面的变化�则 , 042 3 . 1 2 1 0 1 0 0 0 9 . 8 1 0 . 5 0 . 4 0 . 5 3 41 3 6 0 0 9 . 8 1p g h aRgm��� ��� � � � �� ����� �� � 3 . 与�1 �相比�表压加倍后杯内水银面下降了 1h� �管内水银面上升 2h� �压强计读数的增加量为 1 2R h h� � � � � 21 22dh hD� � � 由以上两式可得 3 1 221RhDd�� ��根据等高面即等压面的原理 0 1p g h a h g R R� �� � � � � � �� �� � � � 20 2 2[ ] d Rp g R g h a g R g D d� � � � �� � � � � � �� � �� � 0 0 22 2p pRdg gD d� ��� �� ��� �422 23 . 1 2 1 0 0 . 2 3 40 . 0 0 81 3 6 0 0 9 . 8 1 1 0 0 0 9 . 8 10 . 1 0 . 0 0 8� �� � � �0 . 3 0 . 2 3 4 0 . 5 3 4R R R� � � � � �� 此结果表明�使用单杯压强计�因� h1 + �1 2 2λ λ = � 第一种热阻大�所以热损失少。

2 钟理 伍钦化工原理课后习题答案 0 8 1 8 2 0 9 整理 5 . 外径为 5 0 mm 的管子�其外包扎有一层厚度为 4 0 mm � 热传导系数为 0 . 1 3 W. m- 1 . ℃- 1的绝热材料管子外表面的平均温度 t 1 为 8 0 0 ℃现拟在绝热材料外再包扎一层热传导系数为 0 . 0 9 W. m- 1 . ℃- 1 的氧化镁绝热层�使该层的外表面温度 t 3 为 8 7 ℃�设管子的外表面温度仍为 8 0 0 ℃外界环境温度 t α 为 2 0 ℃试求氧化绝热层的厚度假设各层间接触良好 解� t 1 = 8 0 0 ℃ t 2 = ? t 3 = 8 7 ℃ t a = 2 0 ℃ r 1 = 2 5 mm r 2 = 6 5 mm r 3 =r 2 + x = 6 5 + x mm λ 1 = 0 . 1 3 w/ m2 . k λ 2 = 0 . 0 9 w/ m2 . k hT= 9 . 4 + 0 . 0 5 2 ×�8 7 - 2 0 �= 1 2 . 8 8 w/ m2 . K q = = . 1 2 2 1 1 l n ) ( 2 r r t t L λ π ) 2 0 8 7 ( l n ) ( 2 2 3 3 2 2 . = . L d h r r t t L T π λ π d = 0 . 0 5 + 0 . 0 8 + 2 × 1 0 - 3 x = 0 . 1 3 + 2 × 1 0 - 3 x 解得�x = 1 8 mm 6 �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 h 为下列变量的函数�) , , , , , ( l uCf h pμ ρ λ = �式中λ 、Cp 、ρ 、μ 分别为流体的 热传导系数、比定压热容、密度、粘度、u 为流体流速�l 为传热设备定型尺寸 解� 设 �1 � g f e c d p b LuCQhμ ρ λ = 由 量 纲 式 . . . . . . = TMh3 θ . . . . . . = TML3 θ λ . . . . . . = θ LU . . . . . . = θ μ . LM . . . . . . =KLCp . 2 2θ . . . . . . = 3 LMρ [ ] LL= 代入�1 � 两边的量纲相同�可以解得� y x a f Nu Pr Re Pr ) ( Re , ′= = �a ′x �为常数�由试验确定 y 7 �苯流过一套管换热器的环隙�自 2 0 ℃升至 8 0 ℃�该换热器的内管规格为φ 1 9 ×2 . 5 mm �外管规格为φ 3 8 ×3 mm 苯的流量为 1 8 0 0 k g . h- 1 试求苯对内管壁的对流表面传热系数 解 t = ( 8 0 +2 0 ) / 2 = 6 0 ℃ 由附表得苯在 6 0 ℃的物性� 8 3 0 =ρ k g / m3 Pa . S 3 1 0 3 2 . 0 . ×=μ 2 = PCk J / k g . k 1 3 6 . 0 =λ w/ m2 . ℃ 环隙当量直径 1 3 1 9 3 2 0 = . = . = i e d d d mm 环 隙中苯 的流速 5 . 4 8 3 0 0 1 3 . 0 4 3 6 0 0 1 8 0 0 2 = ×××= =π ρ Awum/ s 4 5 1 0 1 0 5 2 . 1 Re > ×= =μ ρ27 d u 3 1 8 . 0 Pr Re 0 2 3 . 0 =Nu 3 钟理 伍钦化工原理课后习题答案 0 8 1 8 2 0 9 整理 7 . 4 1 3 6 . 0 1 0 3 2 . 0 1 0 2 Pr 3 3 = × × ×= = . λ μ pC 8 . 5 3 5 =Nu 5 6 0 5 0 1 3 . 0 1 3 6 . 0 8 . 5 3 5 . = ×== d e Nu hλw/ m2 . ℃ 8 � 2 a t m �2 0 ℃下�6 0 m3 . h- 1 的空气在套管换热器的管内被加热到 8 0 ℃�内管直径为Φ5 7 ×3 . 5 mm �长度为 3 m �试求管壁对空气的对流表面传热系数。

解� 5 0 2 8 0 2 0 = + =t ℃ 在此温度下空气的物性参数� 1 9 . 2 3 2 3 0 8 2 0 5 . 0 2 9 2 = ××= = RTPMρ k g / m3 0 1 7 . 1 = p Ck J / k g . k 2 1 0 8 2 6 . 2 . × = λ w / m . k P a . S 5 1 0 9 6 . 1 . × = μ 6 9 8 . 0 P r = 5 . 8 0 5 . 0 4 3 6 0 0 6 0 2 = × × = = π AV u m / s = × × × = = . 5 1 0 9 6 . 1 0 5 . 0 1 9 . 2 5 . 8 R e μ ρ d u 4 . 7 × 1 0 4 1 0 4 > 3 . 0 8 . 0 Pr Re 0 2 3 . 0 =Nu � 1 1 2 6 9 8 . 0 ) 1 0 7 . 4 ( 0 2 3 . 0 3 . 0 8 . 0 4 = × × × 3 . 6 3 0 5 . 0 1 0 8 2 6 . 2 11 2 2 = × ×= = . d Nu h i λ w/ m2 . ℃ 9 �温度为 9 0 ℃的甲苯以 1 5 0 0 k g . h- 1 的流量通过蛇管而被冷却至 3 0 ℃。

蛇管的直径为Φ5 7 ×3 . 5 mm �弯曲半径为 0 . 6 m �试求甲苯对蛇管的对流表面传热系数 解� 6 0 2 3 0 9 0 = + =t ℃ 在此温度下甲苯的物性参数� 3 8 . 0 = μ × 1 0 - 3 P a . S 1 . 8 k J / k g . k = p C 1 2 6 . 0 = λ w / m . k 8 3 0 = ρ k g / m3 = × × × × = = . 3 2 1 0 3 8 . 0 0 5 . 0 0 5 . 0 4 3 6 0 0 1 5 0 0 R e π μ ρ d u 2 . 7 9 × 1 0 4 > 1 0 4 4 3 . 5 1 2 6 . 0 1 0 3 8 . 0 1 0 8 . 1 P r 3 3 = × × × = = . λ u C p 直管 hi = = 3 1 8 . 0 Pr 0 Re 0 2 3 . 0 i dλ 0 . 0 2 3 ×0 5 . 0 1 2 6 . 0 ×( 2 . 7 9 ×1 0 4 ) 0 . 8 ×3 1 4 3 . 5 = 3 6 5 w/ m2 . k 4 钟理 伍钦化工原理课后习题答案 0 8 1 8 2 0 9 整理 蛇管 hi �hi。