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1、第一章习题详解工程训练某食品厂一生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮水池经换热器送到另i敞口高位槽。已知高位槽液面比贮水池液面高出Iom,管内径为75mm,管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为400m。液体流淌处于阻力平方区，摩擦系数为0.03。流体流经换热器的局部阻力系数为0.32。离心泵在转速/2=2900rmin时的H-Q特性曲线数据如下:(m3s)00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008Hfm26255245232118515.51285现因生产须要，要求流量增加为0.0055m,其他条件不变，试通过计算，提出几种不同的解决方案，并对其进行比
2、较。（工厂有同型号备用泵）解:取贮水池液面为1-1截面，高位槽液面为2-2截面，在两截面间列柏努利方程。以1-1截面所在水平面为基准面Zl+Y2g+PjPg+hc=z1+ul2g+PJPg+其中：z=0m,Z2=10m,Pl=IP2=0（表压），码=（吟+袈=f0.03+0.32,8Q-_=4185542I0.075J0.0754则，管路特性方程为c=10+Af=10+4185542依据离心泵特性曲线数据及管路特性曲线方程绘制，两曲线交点即为离心泵的工作点。则其流量为：0.0047m;扬程为：19.1m现需流量增加到0.055m3s方案1：变更泵的转速2上=田Qn,HUJ则此时扬程为：26.2
3、mo方案2：依据生产任务要求，购置僦。方案3：两台泵串联则其流量为：0.0065m;扬程为：275m。方案4：两台泵并联则其流量为：0.0056m3s;扬程为：23.5m。雄牌变更泵的转速：须要变速装置或能变速的原动机；变更转速时，要保证其转速不能超过泵的额定转速。换泵：干脆简便，但需设备投入。串并联：利用工厂的闲置备用泵，不增加投资；串并联均能使流量和扬程增加，但由于本案管路系统阻力较高，相比之下，采纳串联操作流量超诞生产要求太多，还需关小阀门以调整流量，多消耗能量，不经济。所以，最终采纳方案4,两泵并联以满意新的生产任务。习题详解Id用一复式U形管压差计测定水流管道A、B两截面间的压差，压
4、差计的指示液为汞，两段汞柱之间充溢水，测压前两U形压差计的水银液面为同一高度。今若测得加=1.2m,力2=1.3m,R=O.9m,&=0.95m,问管道中A、8两点间的压差&加为多少？(先推导关系式，再进行数字运算)。解：PA=Pl-Ph2o=(p3+Pg)-PHag%Pb=P2一夕%黄仇一旦)一月Hggg=8+Ph2o(N+用一九)一Zog(用一与)一PHggR2则APAB=PA-PB=PWgRI-ZVog4-Al2O(4-4)+ZVog(他一旦)+=zg(R+&)-og(4+N+色-2+2)=PHgg(RT+-)-PHQg(RI+R2)=g(凡+3SHg-Ph2O)RA数据得：=9.81x
5、(0.9+0.95)x(13600-1000)=2.29x1Pa1.5密度为920kgm3的椰子油由总管流入两支管，总管尺寸为60mm35mm,两支管尺寸分别为638mmx3.5mm及25mmx3.5mm。己椰子油在总管中的流速为0.8ms,且两支管中的流量比为2.2。试分别求椰子油在两支管中的体积流量、质量流量、流速及质量流速。解:D2U=-J12M1+du2444-2?d；%=2.2(d；u20.05320.8=0.0312M1+0.0182u,则20.0312w1=2.20.0182m2求解得流速分别为：w=1.61ms,2=2.17m/s由此得出其体积流量：匕=i22x10-3m3/s
6、Vs2=5.52104m3s质量流量:%=pVsl=1.12kg/s,叫2=PK2=51kg/s质三K三:G1=pwl=1481kgm2s,G2=pw2=1996kgm21-6某输水管路，水温为20,管内径为200mm,试求：（1）管中流量达到多大时，可使水由层流起先向湍流过渡？（2）若管内改送运动粘度为0.14cm2s的液体，并保持层流流淌，求管中最大平均流速？解：（1）查得20水的p=9982kgn,=1.005103PasRe=-=02xux998；22000时，水由层流起先向湍流过渡1.005103JTJT即流量达到K=-d2=-0.220.01=314l（4117s时，水由层流起先向
7、湍流过44渡。（2）Re=O22000可保持层流V0.14104则管中最大流速为w=0.14ms1-7虹吸管放于牛奶贮槽中，其位置如图所示。贮槽和虹吸管的直径分别为。和其若流淌阻力忽视不计，试计算虹吸管的流量。贮槽液面高度视为恒定。解：取贮槽液面为1.l截面，虹吸管出口为22截面，在两截面间列柏努利方程。以22截面所在水平面为基准面，流淌阻力忽视不计。gz+u2+pjp=gz2+说/2+p2p其中：z=hiw0,z=0,pi=.=0（表压）得u2=y2gh则虹吸管流量为：Vs=d2u=d2y2hm3s1-9敞口高位槽中的葡萄酒（密度为985kg11?）经38mm2.5mm的不锈钢导管流入蒸镭锅
8、,如图所示。高位槽液面距地面8m,导管进蒸储锅处距地面3m,蒸储锅内真空度为8kPa。在本题特定条件下，管路摩擦损失可按Wf=65Jkg（不包括导管出口的局部阻力）计算，为葡萄酒在管内的流速（ms）o试计算：（1）导管AA截面处葡萄酒的流速；（2）导管内葡萄酒的流量。解：在高位槽液面及导管出口内侧截面间列柏努利方程，以地面为基准水平面gz+；/2+p/夕=gz2+芯/2+p1p+wf其中：z=8m,Z2=3m,产0,p=0（表压），而=-800OPa（表压），wf=65w2Jkg因为管径不变，故导管内各截面处流速相等，U2=U.代入上式得g8=gx3+w22-8000/985+6.5/则导管A
9、-A截面处葡萄酒的流速=2.86m/s流量V=-d2u=-0.03322.86=2.45103m3s=8.8m3hs441-13拟用泵将葡萄酒由贮槽通过内径为50mm的光滑铜管送至白兰地蒸储锅。贮槽液面高出地面3m,管子进蒸储锅处高出地面IOm。泵出口管路上装有一闸阀调整流量，管路总长80m（包括除调整阀以外的全部局部阻力的当量长度）。葡萄酒的密度为985kgm3,黏度为1.5mPas.试求：在阀1/2开度和全开两种状况下的管路特性方程；流量为1511h时，两种状况下管路所需的压头及功率。解：（1）在贮槽液面及管出口外侧截面间列柏努利方程，以地面为基准水平面Zl+u2g+p1p+e=z2+22
10、g+Pjpg+其中：z=3m,Z2=10m,mM20*Pl=P2=0(表压)，n+e)/_0.36n+/?，J(pa)0250.0492XM=0.01624.88=m=0.52m/s44dup0.0490.52x940日日可加不舛则Re=；=598.78,明显及假或小行。40IO-3重设G=O.61,则w0=4.96ms,“=0.53m/s,Re=610.3为层流，2=64Re=0.10由Wf孔板=O.87=0.8R(-p)g=24839J/kg吸=0.160IO.5320.049J2+24839=24856J/kg代入柏努利方程得we=9.8110+0.01l06940+24856=2496
11、5J/kgtn=pAu=9400.04920.53=0.94kg/s4则泵消耗的轴功率：N=NJ=wcms=249650.94/0.65=36103W=36.1kW1-16有一测空气的转子流量计，其流量刻度范围为4004000lh,转子材料用铝制成(例；=2670kgm3),今用它测定常压20的二氧化碳，试问能测得的最大流量为若干Vh?解：常压20的二氧化碳的密度为O,=嗡=；募=1$3kgn工国EK1.k293(26701.83)pg)匕VA(A-Pi).83(2670-1.293)，则此条件下，转子流量计能测得的最大流量为2=0.844000=33601h1.18某食品厂为节约用水，用离心
12、泵将常压热水池中60的废热水经668mmx35mm的管子输送至凉水塔顶，并经喷头喷出而入凉水池，以达冷却目的，水的输送量为2211h,喷头入口处需维持0.05MPa(表压)，喷头入口的位置较热水池液面高5m,吸入管和排出管的阻力损失分别为1mH2Ol4mH2Oo试选用一台合适的离心泵，并确定泵的安装高度。(当地大气压为0.099MPa)解:在热水池液面及喷头入口处截面间列柏努利方程,以贮槽液面所在水平面为基准水平面Zl+W12/2pjpg+hc=z2+ul2g+p2pg+f其中：Zl=Om,Z2=5m,mm20,Pl=O(表压)，应=0.05XIaPa(表压)，1=fl+p=1+4=5mHQR
13、A上式得hc=5+0.05106(983.19.81)+5=15.18mH2O依据流量22m3h和管路所需压头15.18mH2O,选取离心泵型号为IS65-50-125o所选离心泵在2900rmin时的性能为Q=25m3h,7=20mH2O,N=1.97kW,=69%,=2.0mH20o则离心泵的最大允许安装高度4允许=(PO-PV)pg一劝11一Ah(99-19.92)x103i252983.19.81一一则泵的实际安装高度应小于5.2m,为平安计，取为4m其次章习题详解工程训统操作方式对过滤机生产实力的影响现有从发酵工序出来的啤酒悬浮液，含有约0.3%（质量分数）的悬浮物。利用BAS16/
14、450-25型压滤机进行过滤。过滤面积为16m2,滤框长及宽均为45Omm,厚度为25mm,共有40个框。原操作方式采纳恒压过滤，滤饼体积及滤液体积之比C=O.03m3n,滤饼不行压缩，过滤介质当量滤液量qc=00m3m2,过滤常数K=I.968xlOM考虑到生产须要，要求在保证啤酒澄清度等产品质量的基础上,试通过变更操作方式,改善现有设备的生产效率（过滤时间短），提出几种不同的解决方案，并比较选择最优方案。参考答案：恒压过滤：过滤面积为16n,滤框长及宽均为450mm,厚度为25mm的，共有40个框。滤饼体?只及滤液体积之比c=0.03m3m3,滤饼不行压缩，过滤介质当量滤液量qc=0.01
15、m3m2,过滤常数K=1.968x105滤框充溢时所得滤饼体积为V=0.450.450.02540=0.2025m3滤框充溢时所得滤液量为ViV=C=6.75m3Ve=Aqe=160.01=0.16m3由恒压过滤方程V2+2VeV=KA2V2+2VeV6.752+2X0.16X6.75得过滤时间e1.96810X162=9472s2.63h方案一：恒速过滤：过滤面积为16m2,滤框长及宽均为450mm,厚度为25mm的，共有40个框。滤饼体积及滤液体积之比c=OO3nm3,滤饼不行压缩，过滤介质当量滤液量m=0.0加3加2,过滤常数K=l.968i5解：漉框充溢时所得滤饼体积为V1=0.450
16、.450.02540=0.2025m3哪充溢时所得漉液量为ViV=c=6.75m3VC=AqC=160.01=0.1611由恒速过滤方程KV2+VeV=A22(V2+VeV)2(6.752+0.166.75)得过滤时间生K421.968103162=9258s2.57h方案二：先恒速后恒压过滤：过滤面积为1611涯框长及宽均为450mm,厚度为25mm的，共有40个框。灌饼体积及滤液体积之比c=0.03m3m3,滥饼不行压缩，过滤介质当量滤液量qc=0.01m3m2,过滤常数K=1.968x105,先恒速操作Iomin,压差增大，并在此压差下接着恒压操作。解：滤框充溢时所得滤饼体积为V=0.4
17、50.450.02540=0.2025m3滤框充溢时所得滤液量为ViV=C=6.75m3Ve=Aqe=160.01=0.16m34=60OSV1=1.92i360Q=1.152m3恒压过滤是在已获得滤液量V1的条件下，(V2-Vl2)+2Ve(V-V)=KA2(-)则(V2-V？)+2Ve(VVjKA?+600=(6.752_1.1522)+20.16(6.75-1.152)1.968105162=9136s=2,54h综上所述，采纳恒压过滤，在过滤初期，过滤速度太快，颗粒简单穿透滤布、滤液浑浊或施布堵塞，而过滤末期，过滤速度又会太小。方案一采纳恒速过滤，过滤末期的压力势必很高，导致设备泄露或
18、动力负荷过大。方案二是工业上常用的操作方式，先以较低的速度进行恒速过滤，以免压力过早上升形成流到堵塞，当压力上升到定值后再采纳恒压过滤，过渡时间最短，生产效率高，所以综合考虑选取方案二。其次章习题详解1、用BMS20/830-20板框压滤机恒压过滤某悬浮液。已知在操作条件下过滤常数K=2i5m2s,过滤IOmin后，得滤液0.1n?/n?。求再过滤5min,又可得多少滤液(n/n?)。解:依据恒压过滤方程式：q+2qqe=K0得：2Ol+20.1qe=2i5600qe=0.01m3m2所以恒压过滤方程为q2+0.02q=2105将=(600+300)s=900s代入恒压过滤方程，解得q=0.1
19、245m3m2所以再过滤5min后，又可得滤液q=(0.1245-0.1)m3m2=0.0245m3m22、用过滤机过滤某种悬浮液，过滤机过滤面积为IOm3,过渡介质阻力可以忽视。为了防止起先阶段滤布被颗粒堵塞,采纳先恒速后恒压的操作方法。恒速过滤进行IOmin,得滤液3n然后保持当时的压差再过滤30min,求整个过滤阶段所得滤液量。解：恒速阶段过滤速率为=0.3m3min1恒压过滤阶段的最初速率为dVKA2d=2V1(Ve=O)恒压过滤的最初速率等于恒速阶段的过滤速率，即KA22%=0.3叫.8恒压过滤是在已获得滤液量Vl的条件下，即(V2-V2)+2(V-V1)=KA2(Q-Qi)V=vl
20、+KA2(。-1)=32+1.830=7.94m33、用某压滤机过滤果汁，在恒压过滤Ih后，可得3n?清汁，停止过滤后用ln清水(其粘度及滤液相同)于同样压力下对滤饼进行洗涤。求洗涤时间，设滤布阻力可以忽视。解：滤布阻力忽视时，恒压过滤方程为V2=KA2B将V=3n,O=Ih代入上式得y2KA2=最终过滤速率叫KA29dI-7=-=1.5m3h1e=2V23对板框机，当洗涤粘度及滤液相同且洗涤压力及过滤压力相同时，dV1而l5=375m3h-1洗涤速率0%e=4洗涤时间=2.7h4、用转筒真空过滤机在恒定真空度下过滤某种悬浮液，此过滤机转鼓的过滤面积为511浸没角度为120。，转速为lr三mi
21、n1.已知过滤常数K=5.15xlO6m%，滤渣体积及滤液体积之比c=0.56m3-m3,过渡介质阻力相当于2mm厚灌渣层的阻力，求：(1)过淀机的生产实力；(2)所得滤渣层的厚度。解：(l)Vc=2mm厚滤渣层相应的滤液量=0.0179m3又n=Mmi=l60rs/=3由恒压过滤方面知V2+2VVe=KA2nV2+2We=KA21V22V0.0179=5.1510652360解得V=O.O36m3Q=Vn=0.0361=O.O36m3min,或2.16n?h,八、mgVc0.0360.56八八,(2)滤饼层厚度=0.004m=4mmA55、鲜乳中脂肪球的平均直径约为4m,20时，脂肪球的密度
22、为IolOkg11,脱脂乳的密度为103Okgzm3,粘度为2.12x10%*求脂肪球在脱脂乳中的沉降速度。解：假定沉降在层流区进行，则(410-6)2(1010-1030)X9.81=18X2.12X10-3=-823xlOVs验算410-68.2310-81030Re0=2.1210-3=l.60i7120.2C60下水的相变热：7-2355.IkJ/kgFct-c0t0)+Wr+QfD-Rc0,则:Fc(Z-Z0)+Wr1./_R20002.8(60-80)+16002355.12204.6=1658kgh计算蒸发器的传热面积1658x2204.6-1200x(120.2-60)=50.
23、6m2第10章工程训练：一一洋葱干燥条件的确定利用热风干燥生产洋葱脱水蔬菜，干燥第一阶段要求洋葱含水量由期=90.5%干燥到3=45.9%。原干燥条件为，干燥空气干球温度为50、空气流量为14Okg/h、载物量为2.0kgm2,干燥室面积为IOm2,其他条件如下表所示。现因生产须要，要求在保证产品质量的基础上，利用现有设备将产量提高35%以上，试通过变更干燥空气温度，干燥空气流量，提出几种不同的解决方案，并比较选择最优方案。下表为不同温度、空气流量、料层厚度对应的喷界含水量及恒速干燥速度。温度/()空气流量1.(kgh)载物量(kgm2)平衡水分X*(kgkg)临界含水量Xc(kgkg)恒速干
24、燥速度Udkg/(m2h)60IlO2.00.437.832.351250.438.002.481400.388.052.631550.338.372.90451400.437.631.76500.427.952.05600.388.052.63700.308.103.35注：干燥温度越高，养分成分被破坏的越多，复水性不佳，且热量损耗也就越大。洋葱50左右的干燥时干燥速度不是很快，60C的干燥温度比较相宜，70时洋葱复水性等品质有不良影响，洋葱养分成分破坏较多，复水性不好。(忽视风量变更引起的风机功率变更)参考答案：洋葱由3=90.5%干燥到02=45.9%,干燥空气干球温度为50、空气流量为
25、140kgh、载物量为20kgm2,干燥室面积为IOm2,*=o.42kgkg,临界含水量K=7.95kgkg,恒速阶段干燥速度为2.05kg/(m2h)G=2,010=20kg,Gc=G(l-)=20(1-0.905)=1.9kg0.9051-0.905=9.5kgkg20.459no.1.X)=0.85kgkg2-21-0.459恒速干燥阶段耗时仇，依据式(10-29)=0.14h降速干燥阶段耗时仇，依据式(1032)Xc-X*X2-X*1.9(7.95-0.42)7.95-0.42102.050.85-0.42=2h总时间为。二a+仇=0.14+2=2.14h产B=G202.14=9.3
26、kgh热量消耗：假设空气的初始状态是温度为25C,湿度为Ho。Z=(1.01+1.88/*)(50-25)=25(1.01+1.88M)=1.X6M40X25(1.01+1.88)X2.14=7490(1.01+1.88M)方案一：洋葱由期=90.5%干燥到2=45.9%,干燥空气干球温度为60、空气流量为140kgh、载物量为20kgm2,干燥室面积为IOnI2,X*=0.38kgkg,临界含水量股=8.05kgkg,恒速阶段干燥速度为2.63kg/(m2h)解：G=2.010=20kg,Gc=Gi(l-)=20(1-0.905)=1.9kgXl=詈1-60.9051-0.905=9.5kg
27、kgX21(D?0.4591-0.459=0.85kgkg恒速干燥阶段耗时a,依据式(10-29)=0.1h降速干燥阶段耗时为，依据式(1632)Gc(Xc-X*)lnAUcXc-X*X2-X*1.9(8.05-0,38)ln8.05-0.38102.630.85-0.38=1.55h总时间为=+1=Q+1.55=1.65h产S=G庇20/1.65=12.IkgZh产量提高率=()/9.3=30%热量消耗增加率：假设空气的初始状态是温度为25C,湿度为M)。Z=(1.01+1.88Z*)(60-25)=35(1.01+1.887*)Q=1.MX6M4OX35(1.oI+1.88M)1.65=8
28、085(1.01+1.887)热量消耗增加率=7.9%8085(1.01+1.8870)-7490(1.01+1.88/0)7490(1.01+988HU)方案二:洋葱由3=90.5%干燥到2=45.9%,干燥空气干球温度为60、空气流量为155kgh.载物量为20kgm2,干燥室面积为10m2,X*=0.33kgkg,临界含水量Xc=837kgkg,恒速阶段干燥速度为2.90kg/(m2h)解：G=2.010=20kg,Gc=Gi(l-)=20(1-0.905)=1.9kgXl=g1-69,0.9051-0.905=9.5kgkgv10.459no.1.1X)=0.85kgkg2-21-0.
29、459恒速干燥阶段耗时。1,依据式(1P29)=0.07h降速干燥阶段耗时仍，依据式(1O32)1=GC(XC-X*)InXc-X*AUcnX2-X*1.9(8.37-0.33)8.37-0.33102.900.85-0.33=1.44h总时间为6=6+=O.l+1.98=1.51h产量=G/族20/1.5l=132kgh产量提高率=O/9.3=41.9%热量消耗增加率：假设空气的初始状态是温度为25C,湿度为从。Z=(1.01+1.88?*)(60-25)=35(1.01+1.88M)Q=1.X族155X35(1.01+1.88)X1.51=8192(1.01+1.88)热量消耗增加率二=9
30、.4%8192(1.01+1.88。)一7490(1.01+1.88以)7490(1.01+1.88/11)方案三：洋葱由3=90.5%干燥到2=45.9%,干燥空气干球温度为70、空气流量为140kgh、载物量为ZOkgZml干燥室面积为Iom2,X*=0.3kgkg,临界含水量Xc=8.1kgkg,恒速阶段干燥速度为3.35kg(m2h)解：G=2.010=20kg,Gc=G(l-)=20(1-0.905)=1.9kgi0.905o.,X1=9.5kgkg1-l1-0.905Xz=F-20.4591-0.459=0.85kgkg恒速干燥阶段耗时。1,依据式(10-29)=0.08h降速干燥
31、阶段耗时为，依据式(10-32)ZIGc(Xc-X*)1Xc-X*1.9(8.1-0.3)18.1-0.3&=In=InAUcX2-X*103.350.85-0.3=1.17h总时间为6=ft+ft=0.081.17=1.25h产量=G6=201.25=l6kgh产量提高率=(16-9.3)/9.3=74.5%热量消耗增加率：假设空气的初始状态是温度为25C,湿度为Ho。Z=(1.01+1.88M)(70-25)=45(1.01+1.88%)Q=1.I=14O45(1.01+1.88H)X1.25=7875(1.01+1.88)热量消耗增加率=5.1%7875(1.01+1.88H0)-749
32、0(1.01+1.880)7490(1.01+1.88/()综上所述，方案一增加干燥温度，不能达到目的；方案二增加空气温度、流量，干燥产量能达到要求，干燥温度也比较相宜，能量消耗增加率为9.4%；方案三增加空气温度，虽然能大幅度提高产量，能量消耗增加率为5.1%,但是对预热功率要求较高，对产品质量影响也较大。故综合考虑选取方案二。本章习题以及参考答案习题10-5在并流干燥器中,每小时将1.5吨切丁胡萝卜从含水量0.85干燥到0.20(湿基，下同)。簇新空气的温度为27,相对湿度为60%,空气预热温度为93,若干燥器中空气是绝热增湿，离开干燥器的温度为50,试求：(1)每小时除去的水分；(2)每小时空气用量；(3)每天的产品量。解：(1)每小时除去的水分W,依据式(10-21a)W=代入数值可得：W=1.5X10OoX(0.85-0.20)/(1-0.20)=1218.8kgh(2)每小时空气用量1.由于fo=27C,o=O.6,查图103得o=O.O12kgkg,则11=930C,H=0.012kgkg,干燥过程中空气是绝热增湿，沿绝热饱和线交f2=50oC,贝J%=0.03
