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(完整版)江南大学化工原理习题
《化工原理》习题集

第一章 流体传递过程基本方程

2—1一搅拌槽中原盛有浓度为60%（质量％，下同）的盐水2000kg。今以2kg/s的质量流率向槽中加入0。25%的盐水，同时以1.2kg/s的质量流率由槽中排出混合后的溶液。设槽中溶液充分混合。求槽中溶液浓度降至1%时所需要的时间。(总质量衡算，分别按无化学反应和有化学反应考虑)
2—2在下述情况下简化连续性方程，并指出简化过程的依据。（连续）
(1)不可压缩流体在重力作用下沿倾斜平板壁面作二维稳态流动；
（2)不可压缩流体在水平园管中作轴对称的稳态流动（进口段与充分发展）；
(3)不可压缩流体作球心对称的稳态流动；
(4)不可压缩流体在两水平的平行平板间的稳态流动。
2—3下述不可压缩流体的运动可否存在.（连续）
(1)u=xi+yj+zk；
（2）u=yzti+xztj+xytk；
(3）ux=2x2+y，uy=2y2+z，uz=—4（x+y）z+xy;
（4）ux=—2x，uy=x+z,uz=2(x+y)。
2-4一不可压缩流体的流动，x方向的速度分量是ux=ax2+by，z方向的速度分量为零，求y方向的速度分量uy,其中a与b为常数。已知y=0时uy=0。(连续）
2—5加速度向量可表为Du/Dt，试写出直角坐标系中加速度分量的表达式，并指出何者为局部加速度项，何者为对流加速度项。(随体）
2-6已知成都和拉萨两地的平均大气压强分别为0。095MPa和0。062MPa。现有一设备需保持设备内绝对压强为3。0kPa.问这一设备若置于成都和拉萨两地,表上读数分别应为多少？
2-7用如附图所示的U型管压差计测定反应器内气体在A点处的压强以及通过催化剂层的压强降。在某气速下测得R1为750mmH2O，R2为80mmH2g,R3为40mmH2O，试求上述值.
2-8如附图所示，倾斜微压差计由直径为D的贮液器和直径为d的倾斜管组成。若被测流体密度为ρ，指示液密度为ρ0,试导出用R1表示的压强差计算式.如倾角α为300时,若要忽略贮液器内的液面高度h的变化,而测量误差又不得超过0。1％时，试确定D/d比值至少应为多少？
2-9一水箱用如附图所示的锥阀封水,锥阀底直径为0。5m，高为0.6m，阀重50kg.当水位达1.5m时，要求阀启动泄水，问外配锤重w应为多少？

习题2-7 附图
习题2—8 附图
习题2—9 附图
2—10某流场可用下述速度向量式表达：u（x，y,z，t）=xyzi+yj—3ztk。试求点(2，1,2,1)处的加速度向量。（随体）
2-11国际标准大气压取海平面为基准（z=0）。基准面上的物理量取为：t0=288K,p0=101300Pa,r0=1.225kg/m3。从海平面一直到11公里的高空是对流层。对流层中温度与高度的关系可用下式表示：T=T0-bz，其中T0=288K，b=0。0065度/米。11公里以上认为是温度不变（216。5K)的同温层。试分别求出对流层及同温层内压力、密度和高度的依赖关系。可认为重力加速度为一恒量。(静）
2-12不可压缩粘性流体在两无限大平行平板间作稳态层流，试推导其速度分布、截面上的平均流速、壁面处的剪切力。（运动）
2—13不可压缩流体在两根同心的套管环隙间作轴对称的稳态层流，试导出其速度分布，截面上的平均流速，体积流量，壁面处的剪切力。（运动）
2-14不可压缩粘性流体在重力作用下,沿内径为R的圆筒内壁面向下流动。设流动是定常的平行直线运动,流体厚度为d。求流体速度分布、流量、平均流速、最大流速及作用在圆筒内壁面上的摩擦力（忽略端效应）.（运动）
2-15具有等深度a的两层不相混合的不可压缩流体，在两个固定的水平板间作稳态层流，如图所示。上层流体的粘度和密度为m1和r1,下层流体的粘度和密度为m2和r2。压强梯度为¶p/¶x且与x和z无关.求平板间的速度分布u=f（z)。（注意在交界面上速度的大小是单值的，而且切应力tzx也是单值的）。(运动)
2—16温度为208C的水，以2kg/h的质量流率流过内径为10mm的水平园管，试求算流动充分发展以后：
（1）流体在管截面中心处的流速和剪应力；
（2）流体在壁面距中心半距离处的流速和剪应力；
(3)壁面处的剪应力。
2-17一虹吸管放于水桶中,其位置如图所示。如果水桶和虹吸管的截面积分别为A和B，且A>〉B，试计算虹吸管的流量。水看作是不可压缩理想流体，且受重力作用，运动是定常的.（柏）
2—18有一大桶内装有液体，液面距底面高为h。问在桶侧壁什么位置处开出流小空，流体射柱的射程最远?

习题2—15 附图
习题2—17 附图
习题2-18 附图
2-19水以湍流形式流过一直径相等的908弯管，该管垂直放置。入口处的压力为p1、平均流速为u1，出口压力为p2、平均流速为u2。求水流对弯管的作用力。（动量)
2-20水从供水管流入水箱，再经水平管流出,如图所示。流入与流出的流量相同.箱中水面保持在离水管中心线以上距离h处。箱中各处流速与管中流速相比均可约而不计。水箱与水管出口之间的阻力损失为hf。（1）求流量V（用h、A与hf表示）；（2）如要保持水箱不动，需多大的水平推力Fx？（柏,动量）

习题2-19 附图
习题2-20 附图
2—21温度为208C的水稳态流过内径为25mm的镀锌管，流动已充分发展。试求算下述两种质量流率下的阻力损失：（1）120kg/h；(2）1200kg/h。（直管阻力）
2-22一钢球(r=7800kg/m3）直径为0.254mm，在水温为258C的水箱中降落，达到稳定的沉降速度为8.08cm/s。如果一个钢球在温度为258C的甘油中降落，速度达到8。08cm/s（什么速度？）。假定两种情况下球体周围的流动是动力相似的，钢球直径应为多少？(相似准则）
2—23管流中热充分发展的含义是什么？热充分发展与流动充分发展有何不同？
2-24试由柱坐标形式的能量方程出发,导出不可压缩流体在园管内进行稳态轴对称对流传热时，流动进口段的能量方程。(能量）
2-25温度为310。9K的油以0.0126kg/s的质量流率流过内径25。4mm的铜管，管长6.1m.通过在管外冷凝水蒸汽使管内壁温度保持在374.8K。假定在整个管长上管内流动都是充分发展的，油的物理性质可认为不变,其值如下：Cp=2050J.kg—1.K—1，r=881kg.m-3,m=5。87X10—4Pa.s,k=0。143W.m-1.K—1。试计算：
（1)Re；（2）Pr；（3)油的出口温度.（园管内的对流传热，层流)
2-26在长度为5m,内径为54mm的管内加热苯溶液。苯的质量流速为175kg/s.m2。苯在定性温度下的物性数据为：m=0。49cP；k=0。14W/m.K；Cp=1.8kJ/kg.K.试求苯对管壁的给热系数.（对流传热，湍流)
2-27一根具有圆形截面的导线，半径为R，电阻率为r。通过此导线的电流密度为I,导线表面温度为T0.试导出截面温度分布和最大温度。(有内热源的稳态导热）
2-28有一半径为R的热圆球悬浮在大量的静止流体中，球表面温度为T0，远离球的流体温度为T¥。试确定稳态时：（1）周围流体的温度分布；（2）球表面与流体间的传热膜系数及鲁塞尔特数Nu。（稳态导热）
2—29有一厚度为L的固体大平板，其初始温度为t0，自某时刻起，突然将其两个侧面（哪两个侧面？最好给个图）的温度升至ts，并维持不变。试由普遍化的能量方程简化成上述情况下的导热方程，并写出定解条件.设导热只沿垂直于侧面的方向进行。(一维不稳态导热）
2—30试证明由A、B两组分组成的双组分系统中,在一般情况下进行分子扩散时（有主体流动,且NA≠NB），在总浓度C恒定的条件下,DAB=DBA。(传质）
2-31在一细管中,底部水在恒定温度298K下向干空气中蒸发.干空气压力为0.1MPa、温度亦为298K。水蒸汽在管内的扩散距离（油液面至管顶部)△z=20cm。在0.1MPa和298K时，水蒸汽在空气中的扩散系数DAB=2.50X10-5m2/s。试求稳态扩散时水蒸汽的摩尔通量、传质分系数及浓度分布。（一维稳态扩散）
2—32将温度为298K、压力为1.0atm的He和N2的混合气体装在一根直径为5mm、长度为0。1m的管中进行等摩尔反向扩散。已知管子两端He的分压分别（保持）为0。06atm和0。02atm，在上述条件下的扩散系数DHe—N2=0.687 X10—4m2/s，式计算：（1）He和N2的扩散通量;（2）传质分系数;（3）在管中点截面上He和N2的分压.（等摩尔反向扩散）
2—33在总压为2。0atm下，组分A由湿表面向大量的、流动的不扩散气体B中进行质量传递。已知界面上A的分压为0。20atm，在传质方向上一定距离处可近似地认为A的分压为零。已测得A和B在等分子方向扩散时的传质系数ky0=6.78X10-5kmol/m2.s（△y）。求传质系数ky、kg及传质通量NA。（传质系数)
2-34在直径为25mm、长度为6m的园管内壁面上有一薄层水膜，将30℃、1atm的空气以0.5 m/s的速度吹入管内,试计算传质系数、出口浓度和传质速率。由于在空气中水分的分压很低，气体的物性可以近似的采用空气的物性值。（管内层流传质）
2—35在常压下大量的干燥空气吹过湿球温度计，当湿球温度为25℃时，试求算干空气的温度。（湍流传质，柯尔本）

第二章 流体输送与流体输送机械

3—1烟道气的组成约为N277％，CO213%，O25％，H2O5％（体积百分数)。试计算常压下400℃时，该混合气体的密度和粘度。
3—2用一毕托(测速）管测定空气在管道中的流速,用水作指示剂的U型管压差计显示的压差R读数仅为8mmH2O(附图），为了提高读数精度，拟采用以酒精水溶液和煤油为指示剂的双液柱微压差计。试计算若要使压差读数放大15倍，酒精水溶液的密度以及质量分率为多少？（水、酒精和煤油的密度可分别取为1000kg/m3、789 kg/m3和850 kg/m3）
3—3蒸汽锅炉上装有一复式U型水银测压计（附图所示），已知对某基准面而言各点的标高为：z0=1。8m， z1=0.9m,z2=2。0m，z3=0.7m，z4=2.5m，截面1、2之间充满了水.试计算锅炉上方水蒸汽压力。
3-4硫酸流经大小管组成的串联管路,硫酸的密度为1830kg/m3，体积流量为9m3/h。大小管尺寸分别为φ57×3。5mm和φ76×4mm，试分别求硫酸在大管和小管中的(1)质量流量；（2）平均流速;（3）质量流速。
3-5如附图将槽A中的NaOH和NaCl的混合水溶液放入反应槽B中，阀C和D同时打开。问如A槽液面降至0。3m需要多少时间？已知槽A和槽B的直径为2m,管道尺寸为φ32×2。5mm，溶液在管中的瞬时流速，式中ΔZ为该瞬时两槽的液面高差.

习题3—2 附图
习题3—3 附图
习题3-5 附图

3-6直径为1。0m的水箱底部有一泄水孔，其孔径为25mm.当以5。0m3/h的固定流量向水箱加水的同时底部泄水孔也在向外泄水。若小孔的流量系数Cd为0。62（Cd为孔口实际流量与理想流量之比)，试求：
(1）达到出水与进水流量相等时水箱的水位；
（2）达到与上述水位相差0.1m时所需的(假设水箱最初是空的）时间.
3-7用一长度为0.35m的渐缩管将输水管路由内径100mm缩至30mm。当管内水流量为0。52m3/h,温度为10℃时，问：
（1） 在该渐缩管段中能否发生流型转变；
（2） 管内由层流转为过渡流的截面距渐缩管大端距离为多少?
3—8用压缩空气将密度为1513kg/m3的硝酸从密闭容器中送至高位槽，要求每批的压送量为0.5m3,10分钟压完，管路能量损失为15J/kg，管内径为25mm，求压缩空气的压力为多少Pa(表压）?（计算时密闭容器中近似以最终液面为准)。
3—9高位槽内的水面离地面10m，水从φ108×4mm的导管中流出.导管出口与地面距离为2m,在本题特定条件下，管路摩擦损失可按Σhf=6。5u2J/kg(不包括导管出口的局中阻力）计算，u为水在管内的流速m/s。试计算：（1）A—A截面处水的流速;(2）水的流量。
3-10如附图所示，水从离地面18m处用φ273×5mm，长35m（包括局部阻力损失的当量长度）的管道连接到离地面10m处，并测得高低两处压强分别为345kPa和415kPa（表压)。试确定:（1）水的流动方向;(2）若管路摩擦系数取0。026，管路中水的流量为多少？

习题3-8 附图
习题3-9 附图
习题10 附图

3—11欲在一内径为200mm的输水管路中安装一文丘里流量计（附图）。若输水量为180m3/h时,要求在文丘里流量计的入口和喉口两截面间检测的R读数不大于700mmHg，且允许的阻力损失不大于静压能差的5％.试计算该流量计的喉口直径d0和流量系数Cv。
3-12如图所示的一冷冻盐水循环系统,盐水循环量为40m3/h时，盐水由A流至B的阻力损失为100J/kg，由B流至A的阻力损失为50J/kg。管路系统采用同直径管子，盐水密度为1100kg/m3(忽略泵进、出口的高差），试计算：
(1)若泵的效率为68％,泵的轴功率为多少kW？
（2)若泵出口压力为0.26MPa（表压)，B处压力表读数为多少Pa？

习题3—11 附图
习题3-12 附图

3-13水库引水发电,水流经水轮机后经尾水管流入下水池(如附图所示）。已知H=60m，h=4m，引水和尾水管内径d=1。2m，引水管阻力损失可取管路动能的8.5倍，尾水管的阻力损失取该管动能的1.0倍。试求：流量为1.5m3/s时,水轮机进、出口处的压强以及水轮机的功率.
3-14如图所示，槽内水位维持不变，槽底部与内径为100mm的钢管联结,管路中B处装有一U型管压差计（指示剂为水银）。当阀门关闭时读数R=600mm，h=1500mm。
（1）阀门部分开启时，测得R=500mm，h=1450mm，若AB段能量损失为10J/kg，问管内流量为多少m3/h？
(2）阀门全开时，若AB段与AC段的能量损失分别按ΣhfAB=1。6u2J/kg，ΣhfAC=7u2J/kg计算（不包括管出口阻力）,u为管内流速。问压差计测压点B处水的静压强为多少？
3—15如附图所示，高25m,内径0。6m的烟囱，烟气的密度为0。6 kg/m3，外部的空气密度为1.2 kg/m3，炉膛流通面积为烟囱流通面积的2倍，烟囱内壁烟气流动的摩擦系数可取0。025，烟气由炉膛进入烟囱的局部阻力系数为0。65。试求：
(1）、当测得炉膛内外气体流动的压强差为12mmH2O时，烟囱通过的燃气质量流量为多少?
（2)、若每小时需排出燃气7000 m3/h，考虑炉膛真空度仍为12mmH2O,则烟囱的高度为多少？

习题3—13 附图
习题3-14 附图
习题3—15 附图

3-16如附图所示,活塞以一定的速度将油缸中的油推至排油口。已知油的密度为920kg/m3,缸内径为100mm，排油口直径为30mm,油由油缸进入排油口的局部阻力系数为0.46。求当活塞上受力6000N时,排油流量及作用在油缸上的力(活塞与缸壁的摩擦可不计）。
3—17试求如附图所示管路中长为L的连续泄流管段的阻力损失。已知管内径为100mm，泄流管段长10m,水流入该管段流量为0。1 m3/s，流出流量为0。02 m3/s。假设沿管长单位长度泄出的水流量相同，且沿管长摩擦系数可取为0.027.

习题3-16 附图
习题3-17 附图

3-18要求向精馏塔中以均匀的速度进料,现装设一高位槽，使料液自动流入精馏塔中（如附图所示）。高位槽内的液面保持距槽底1。5米的高度不变,塔内的操作压力为0.04MPa（表压），塔的进料量须维持在每小时为50m3,则高位槽的液面要高出塔的进料口多少米才能达到要求？已知料液的密度为900kg/m3,粘度为1。5cp,连接管的尺寸为φ108×5mm的钢管，其长度为［(x—1.5）+3］m，管道上的管件有180°回弯管一个,截止阀一个及90°弯头一个.
3—19水由水箱A经一导管路流入敞口贮槽B中，各部分的相对位置如图所示。水箱液面上方压力为0。02MPa（表压），导管为φ108×4mm的钢管，扩大管D内径为200mm，管路中装有一闸阀（1/2开）,转弯处均为90°标准弯头，试计算：
（1）水的流量(设输水管很短，即直管阻力可忽略不计）;
（2）若此系统其它条件不变，仅输水管增长200m,此系统阻力为若干？

习题3—18 附图
习题3-19 附图

习题3-20 附图

3—20如附图所示含有少量可溶物质的废气，在放空之前令其通过一洗涤塔，以避免环境污染。该气体物理性质与50℃的空气基本相同，鼓风机入口处气体压力为30mmH2O(表压），流量为3600m3/h。输气管与放空管的内径均为250mm，管长与管件、阀门的当量长度之和为50m（不包括进、出塔及管出口阻力），放空口与鼓风机进口的垂直距离为20m，估计气体通过塔内填料层的压力降为200mmH2O，管壁绝对粗糙度ε可取为0。15mm，大气压为0。1MPa。求鼓风机的有效功率。
3-21用φ60×3.5mm钢管从敞口高位槽中引水至一常压吸收塔内。高位槽液面与水喷头出口高差10m，管路流量最大可达15 m3/h。现需将流量增加到25 m3/h，试求:（1）管路不变,在管路中增加一台泵，该泵的功率；(2）管路布局不变，换新的管子,管子的直径。以上计算中摩擦系数可视为不变。
3—22用钢管将密度为1010kg/m3的稀水溶液由敞口贮槽甲送往敞口贮槽乙。贮槽乙的液面较贮槽甲的液面低8m，管路总长1500m（忽略局部阻力损失)，摩擦系数均取0.029，每天输液量为110吨，每日工作8小时，泵的轴功率10kW，效率60%,试计算：
（1）若流量增加20％,仍用原管路，问需耗轴功率多少kW（设λ保持不变）?
（2）流量增加后，管道总长及两贮槽位置不变，而将输水管改作内径为100mm的钢管，问能否利用位差来完成输送任务。
3-23从山上的湖泊中引水至贮水池，湖面与池面的高差为45米，管道长度约为4000m，要求的流量是306m3/h，湖水温度可取为10℃，如采用新铸铁管，问需多大直径的管子?如果长期锈蚀ε变为1mm，你所选的管子能否继续使用？
3—24距水箱A液面2。5m深处用一根水管向水箱B放水，连接AB水箱的水管由φ60×33.0mm与φ45×2。5mm不锈钢管组成，长度分别为10m与15m，水出口距水箱B液面0。5m,如附图所示.两液面高度稳定不变时，求流经管道的流量。
3—25为了调节温度,在空气加热器的进出口并联一旁路（附图）。已知鼓风机出口压强为0。03MPa（表)，温度为25℃，流量为每小时340m3/h,空气通过换热器的压降为0。01MPa。若旁路管长6m，管路上标准弯头两个，调节阀一个（按1/2开计）,试确定当旁路通过最大气量为总气量的15％时，所用管子的规格。

习题3—24 附图
习题3—25 附图

3-26温度为20℃的空气以2000m3/h的流量通过φ194×6mm的钢管管路ABC于C处进入一常压设备，如附图所示.现因生产情况变动,C处的设备要求每小时送风量减少为1200m3/h。另需在管道上的B处接出一支管BD,要求从此支管按每小时800m3的流量分气，于D 处进入另一常压设备。设管道BC间和BD间各层局部阻力系数之和分别为7及4，试计算BD分气支管的直径。
3-27如附图所示，齿轮泵同时从A、B两油箱吸油，油的密度为850kg/m3，粘度为2。5×10 —3 Pa.s,吸入流量为3L/s。A、B两油箱液面差0。6m， A、B两油箱出口到汇合点M处油管长分别为20m和8m，油管内径均为50mm。不计局部阻力损失.试求（1）若两油箱液面保持不变，每个油箱流出油的流量;（2)若保持A油箱液面高度不变，当B油箱流出流量为零时，两油箱液面差为多少?（VA=V时，可取λA=0。03）
3-28附图所示的双扩散管汽化器。已知内扩散管喉管直径d1为25mm,出口直径d2为42mm，外扩散管喉管直径d3为60mm。内扩散管收缩阻力系数ζ1为0.06，扩散阻力系数ζ2为0.12（对d1处流速而言），外扩散管收缩阻力系数ζ3为0.08。试验测得空气在内扩散管喉管处的真空度 R为150mmHg。空气由大气吸入，密度为1。2 kg/m3，入口阻力可不计。试求由管子入口处吸入的空气质量流量.

习题3—26 附图
习题3-27 附图
习题3—28 附图

3-29温度为20℃的软水由高位槽分别流入反应器B和吸收塔C中，如附图所示.器B内压力为0。05MPa（表压），塔C中真空度为0。01MPa。总管为φ57×3。5mm，管长（20+ZA)m，通向器B的管路为φ25×2。5mm，长15m，通向塔C的管路为φ25×2。5mm,长20米（以上各管长均包括各种局部阻力的当量长度在内）。所有管道皆为无缝钢管,绝对粗糙ε取为0。15mm。如果要求向反应器供应0。314kg/s的水，向吸收塔供应0.471kg/s的水，问高位槽液面至少应高于地面多少米？

习题3-29 附图
3-30用泵将水送至蓄水池，输水管长2000m，管内径为0.2m，流量为0.05 m3/s。当发现进蓄水池流量减少为0。04 m3/s时，测得泵出口流量略有增加为0.052 m3/s，而出口压力则下降了0。035 MPa。试确定:
(1）泄漏发生点距泵出口的大致距离:
(2）泄漏孔口与圆孔相当的直径。（摩擦系数可视为不变，局部阻力忽略不计）。
3-31压力为0.35MPa（表压）,温度为25℃的天然气（以甲烷计）经过长100m（包括局部阻力的当量长度）φ25×3mm的水平钢管后，要求压力保持0。05MPa（表压）。如视为等温流动,天然气的粘度为0.011cp，钢管的绝对粗糙度取为0.15mm，大气压力为0。1MPa.求天然气的质量流量。

习题3-34 附图
3-32进吸收塔的空气管道上安装一毕托管用于测量其流量.已知管道的内径为350mm，空气温度为35℃，压强为0.1MPa。检测压差用习题2所示的双液柱压差计。试求所测管中心处双液柱压差计读数为300mm时，管道内空气的流量。
3-33用20℃、0.1MPa空气标定其刻度，转子材料为铝材的转子流量计测定温度为60℃，压力为0。3MPa的二氧化碳气体。当转子流量计上读数为5 m3/h时，二氧化碳的实际流量应为多少？若将转子换为同形状、同大小的不锈钢转子，在此读数下二氧化碳的流量又为多少？
3-34用离心泵将敞口贮槽中温度为20℃的水送住一容器中，如附图所示。容器内压力保持0。01MPa（表压)，贮槽液面与容器入口之间的垂直距离为40m,管路为φ83×4mm的钢管(ε=0.2mm）,管道总长45m，其上装有孔径d0=30mm的孔板流量计，1/2开闸阀和1/2开球心阀各一个，此外还有4个90°标准弯头。今测得连接孔板的指示剂为水银的U型管差压计的读数R=320mm，孔板阻力可取所测得压差的80％。试求泵消耗的轴功率,泵的效率取为65％。贮槽很大，液面视为稳定。
3—35拟用泵将20℃水由贮池打入一常压洗涤塔内。贮池液面距塔内水喷淋器出口有10m位差，管路为φ76×4mm钢管，绝对粗糙度为0。2mm.出口管路上有一调节阀，管路总长40m（包括除调节阀以外的所有局部阻力的当量长度)。试求:(1）在阀1/2开度和全开两种情况下，流动处于阻力平方区时管路特性方程;（2）流量为30m3/h时,两种情况下管路所需的压头及功率。
3-36某油田用φ300×15mm的钢管，将原油送到炼油厂。管路总长160[公里］,送油量为240000kg/h,油管允许承受的最大压力为6.0MPa(表）.已知原油粘度为1.87×10-3Pa。s，密度890kg/m3，忽略两地高差和局部阻力损失,试求中途需要多少个泵站？

习题3-38 附图
3-37在用水测定离心泵的性能中，当排水量为12m3/h时,泵的出口压力表读数为0.38MPa,泵入口真空读者数为200mmHg，轴功率为2.3kW。压力表和真空表两测压点的垂直距离为0。4m。吸入管和压出管的内径分别为68mm和41mm。两测点间管路阻力损失可忽略不计。大气压力为0.1MPa。试计算该泵的效率,并列出该效率下泵的性能。
3—38拟用泵将20℃的软水由A槽同时打入B、C两塔中(附图)。已知塔B内压力为0。04MPa（表压)。塔C中真空度为0.01MPa。总管为φ48×3。5mm，管长10m。两支管均为φ42。25×3。25，DB与DC管段长度分别为10m和13m(以上各管长均包括局部阻力的当量长度）。A槽液面与塔B和塔C的喷淋器出口垂直距离分别为4m和6m。管路摩擦系数均可取为0.036。如要求向塔B供水3500kg/h，向塔C供水4800kg/h。试选用一合适的离心泵。
3-39某厂根据生产任务购回一台离心水泵，泵的铭牌上标着：V=30m3/h、H=24mH2O、n=2900r·p·m、Hs=5.7m。现流量和扬程均符合要求,且已知吸入管路的全部阻力为1.5m水柱,当地大气压为736mmHg。试计算:(1）输送20℃的水时，离心泵允许的安装高度?(2）若将水温提高到80℃时,离心泵允许的安装高度又为多少？
3-40在海拔为2000米的高原上,使用一台离心泵输送水。已知吸入管路的全部阻力损失为3mH2O,在操作条件下泵的汽蚀余量为2。5mH2O。今拟将该泵安装于水源水面以上3米处，问此泵能否正常操作？（该处夏季水温为20℃）。
3-41某厂为节约用水,用一离心泵将常压热水池中60℃的废热水经φ89×3。5mm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42m3/h,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1mH2O和4mH2O。试选用一台合适的离心泵。并确定泵的安装位置.（当地大气压为740mmHg）
3-42 某离心泵经试验测得特性数据如下:
V ， m3/h
0 10 20 30 40 50
H, mH2O
26.5 24.8 23.1 21.3 20。4 18.0
η
0 42 58 64 62 59
若将此泵用于习题3—34的管路中，问：
a) 该管路系统输送的最大流量为多少？
b) 阀门开启度为1/2时，流量是否正好减半？
c) 当系统流量要求为35m3/h时，泵的轴功率为多少？
3—43一管路系统的特性曲线方程为.现有两台同型号的离心泵，该泵的特性曲线可用方程表示（上两式中HL和H的单位为m，V的单位为m3/h)。试求：
（1） 当管路输送量为30m3/h时，安装一台泵能否满足要求？
（2)若将两泵联合安装在管路中，该管路可输送的最大流量为多少？
3-44某双动往复泵，其活塞直径为180mm，活塞杆直径为50mm，曲柄半径为145mm.活塞每分种往复55次。实验测得此泵的排水量为42m3/h。试求该泵的容积效率η.
3—45温度为15℃的空气直接由大气进入风机，并通过内径为800mm的管道送至燃烧炉底,要求风量为20000m3/h（以风机进口状态计)，炉底表压为1100mmH2O。管长100m（包括局部阻力当量长度)，管壁粗糙度0.3mm.现库存一离心通风机,其铭牌上的流量为21800m3/h，全风压为1290mmH2O，问此风机是否合用?（大气压为760mmH2O）.
3—46实验中测定一离心通风机的性能，得以下数据:气体出口处压力为23mmH2O，入口处真空度为15mmH2O，送风量为3900m3/h。吸入管路与排出管路的直径相同。通风机的转数为960（转/分），其所需要轴功率为0.81kW。试求此通风机的效率。若将此通风机的转数增为1150（转/分）,问转速增大后，此通风机的送风量和所需的轴功率各为若干？
3—47某单级双缸、双动空气压缩机将空气从0。1MPa（绝对)压缩到0。35MPa（绝对)。活塞直径为300mm，冲程200mm,每分钟往复480次.气缸余隙系数为8％；排气系数为容积系数的85％，压缩过程为绝热过程,绝热指数为1。4，总效率0。7。试计算该压缩机的排气量和轴功率?
3-48一具有中间冷却的双级压缩机，将空气压缩到0。8MPa(表压）,进入压缩机的空气流量为360m3/h，余隙系数6%，空气的温度及离开中间冷却器后的温度均为20℃，压缩过程为多变过程,多变指数为1。25.试求此双级压缩机所消耗的理论功率，压缩后的空气温度及压缩机的容积系数。对于双级压缩,已知中间压力，而双级所耗外功为第一级与第二级之和。（大气压为735.6mmHg）。

第三章 传 热

传导传热
7-1 某燃烧炉的炉壁由耐火砖、保温砖和建筑砖组成，相邻各层材料间接触紧密,各层材料的厚度和导热系数分别为：mm，W/（m·℃），mm，W/(m·℃），mm,W/（m·℃）。已测得耐火砖与保温砖接触界面上的温度℃，保温砖与建筑砖接触界面上的温度为℃，试求:
⑴ 通过炉壁单位面积上传热速率；
⑵ 耐火砖内侧和建筑砖外侧的温度；
⑶ 各层材料以单位面积计的热阻、各层的传热温差，并分析传热温差与热阻的关系。
7—2厚度为240mm的砖墙，内壁温度为200℃，外壁温度为20℃，砖墙的导热系数与温度的关系可以表示为 W/（m·℃），试求：
⑴ 穿过砖墙的热流密度；
⑵ 砖墙中心平面的温度.
7-3 测定一平板状材料的导热系数,该平板材料的一侧用电加热器加热，另一侧用水冷却，穿过平板的热流量由加至电热器的电压和电流算出,平板两侧的表面温度用热电偶测定，平板的导热面积为0.02m2，厚度为0.01m,测得的数据如下表所示,试求：
⑴ 平板材料的平均导热系数;
⑵ 设该材料的导热系数为,t为温度，℃，试求a和之值。

电热器
材料表面温度，℃
电压,伏
电流，安
高温侧
低温侧
140
2。8
300
100
114
2。28
200
50

7-4 φ119×6mm钢质蒸汽管,外面包裹一层厚度为50mm、导热系数为0。05 W/（m·℃）的绝热材料A，在该保温层外面再包裹一层厚度25mm、导热系数为0.06 W/（m·℃)的绝热材料B，设材料A的内侧温度和材料B的外侧温度分别为170℃和40℃,试求每米管长的热损失及A、B界面的温度。
7—5 有一球罐,热量通过球罐壳壁向环境大气进行热传导，已知球罐内、外表面的半径分别为r1、r2,球罐内、外表面的温度分别为t1、t2，罐壁材料的导热系数为k，试推导热量通过球罐壳壁的导热速率式。
7-6 将一直径3mm、长1m的不锈钢棒状电加热器浸入100℃的沸水中，加热器通电进行加热,测得加热器的电阻为0。1Ω,通入的电流为100A，加热器材料的导热系数为19 W/（m·℃)，加热器表面与沸水间的对流给热系数为10000 W/（m2·℃），试求加热器的中心温度及沿加热器横截面的温度分布。
提示；设单位体积的加热器产生的热量为，考虑热量仅沿棒状加热器的径向进行传递，取任意半径为r的单元圆柱体，其中产生的热量必然以导热的方式沿径向向外传递，即：
对上式积分即可得解。
7—7 有一列管换热器，换热管为φ25×2.5mm的钢管，依靠管外蒸汽冷凝放出的热量加热管内的原油，管外蒸汽冷凝的给热系数为10000 W/（m2·℃),管内原油的对流给热系数为1000 W/(m2·℃），原油侧的污垢热阻为1.5×10—3m2·℃/W，管外污垢热阻可以忽略不计，试求总传热系数及各部分热阻的分配。

对流传热
7-8 在一逆流操作的套管换热器中用水将流量为4000kg/h的甲醇溶液从60℃冷却至20℃，套管换热器长25m,外管内径为80mm，内管外径为57mm，内管壁厚度3.5mm，冷却水流经套管环隙，水温从20℃升至30℃,已知甲醇密度为770kg/m3，试求甲醇和水对管壁的对流给热系数。
7—9 流量为3000kg/h、初温为15℃的燃料油，在φ51×3。5mm的水平钢管中流过而被加热至85℃，测得换热管内壁温度为110℃，试计算管壁与燃料油间的对流给热系数.已知定性温度下燃料油的物性数据为：密度ρ=900kg/m3；比热Cp=1.88kJ/（kg·℃）；导热系数k=0.181W/(m·℃）;粘度μ=0.18N·s/m2;体积膨胀系数β=0。0003 1/℃。
7-10 铜氨溶液在一蛇管冷却器的管内流动时，温度从40℃降至10℃,蛇管由φ45×3。5mm的钢管制成，蛇管的平均曲率半径为0。6m，已知铜氨溶液的流量为3。6m3/h，粘度为2。2×10-3Pas,密度为1200kg/m3，其余的物性参数可按水的0。9倍来取,试求铜氨溶液对管壁的对流给热系数。
7-11 某化工厂用海水冷却精馏塔引出的柴油馏份,冷却器为φ114×4。5mm的钢管制成的排管，水平浸没在一个很大的海水槽中，海水由槽下部通入，上部溢出,海水通过槽时的流速很小,设海水的平均温度为30℃，钢管外壁温度为56℃,试求海水对管壁的对流给热系数。
7—12 绝压为0。3MPa的饱和水蒸气在长2m、外径0。1m的单根直立园管的外表面上冷凝，管外壁的平均温度为92℃，试求蒸汽冷凝的给热系数和每小时蒸汽的冷凝量。若将管子水平放置，再求蒸汽冷凝的给热系数和每小时蒸汽的冷凝量。
7—13 水平列管式换热器由37根φ25×2mm的钢管组成,管间通入0。3MPa的饱和水蒸气作为热源加热原油，管外壁温度为100℃，试求蒸汽在管间冷凝的给热系数。
7—14 在1atm的绝压下,水在温度为tw=113.9℃的机械磨光的不锈钢容器内沸腾,试求沸腾给热系数。
7-15 液氨在一蛇管换热器管外沸腾汽化，已知其操作压力为258kN/m2(绝压），沸腾温度为-13℃，热量通量q=4170W/m2，试计算其对流给热系数。已知液氨表面张力σ=27×10—2N/m,密度ρL=656kg/m3，氨蒸汽密度ρV=2。1kg/m3.

辐射传热
7-16 两平行大平板,在空气中相距5mm，一平板的黑度为0.1，温度为350K，另一平板的黑度为0.05,温度为300K，若将第一板加涂层，使其黑度为0.025，试计算由此引起的辐射传热量变化的百分率。
7—17 在一钢管中心装有热电偶，以测定管内空气的温度，设热电偶的温度读数为300℃，热电偶的黑度为0.8,空气与热电偶之间的对流给热系数为25 W/m2·℃，钢管内壁温度为250℃,试求由于热电偶与管壁之间的辐射传热而引起的测温误差。并讨论减小测量误差的措施。提示：热电偶辐射到管壁的热量
等于热电偶以自然对流方式自空气得到的热量。
7—18 外径为50mm的钢管，其外包扎有一层厚度为40mm、导热系数为0.13 W/(m·℃）的绝缘材料,钢管外表面的平均温度为800℃，现拟在绝热材料外再包扎一层导热系数为0。09 W/(m·℃）的氧化镁绝热层,使该层的外表面温度为85℃,设钢管的外表面温度仍为800℃，外界环境的温度为20℃，试求氧化镁绝热层的厚度。假设各层间接触良好。

传热计算
7—19 在一夹套式容器中加热熔融某固体有机物，夹套内通入绝压为0。2MPa的饱和水蒸气，冷凝水于饱和温度下排出,每次投入容器的固体有机物为600kg，进料温度为25℃，熔融