食品工程原理试题思考题与习题及答案资料.doc

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思考题与习题
绪论
一、填空
1 同一台设备的设计可能有多种方案，通常要用（ ）来确定最终的方案。
2 单元操作中常用的五个基本概念包括（ ）、（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。
3 奶粉的生产主要包括（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、（ ）等单元操作。
二、简答
1 什么是单元操作？食品加工中常用的单元操作有哪些？
2 “三传理论”是指什么？与单元操作有什么关系？
3 如何理解单元操作中常用的五个基本概念？
4 举例说明三传理论在实际工作中的应用。
5 简述食品工程原理在食品工业中的作用、地位。
三、计算
1 将5kg得蔗糖溶解在20kg的水中，试计算溶液的浓度，分别用质量分数、摩尔分数、摩尔浓度表示。已知20％蔗糖溶液的密度为1070kg/m3。
2 在含盐黄油生产过程中，将60%(质量分数)的食盐溶液添加到黄油中。最终产品的水分含量为15.8%，含盐量1.4%，试计算原料黄油中含水量。
3 将固形物含量为7.08%的鲜橘汁引入真空蒸发器进行浓缩，得固形物含量为58%得浓橘汁。若鲜橘汁进料流量为1000kg/h，计算生产浓橘汁和蒸出水的量。
4 在空气预热器中用蒸气将流量1000kg/h，30℃的空气预热至66℃，所用加热蒸气温度143.4℃，离开预热器的温度为138.8℃。求蒸气消耗量。
5 在碳酸饮料的生产过程中，已知在0℃和1atm下，1体积的水可以溶解3体积的二氧化碳。试计算该饮料中CO2的(1)质量分数；(2)摩尔分数。忽略CO2和水以外的任何组分。
6 采用发酵罐连续发酵生产酵母。20m3发酵灌内发酵液流体发酵时间为16h。初始接种物中含有1.2%的酵母细胞，将其稀释成2%菌悬液接种到发酵灌中。在发酵罐内，酵母以每2.9h增长一倍的生长速度稳定增长。从发酵罐中流出的发酵液进入连续离心分离器中，生产出来的酵母悬浮液含有7%的酵母，占发酵液中总酵母的97%。试计算从离心机中分离出来的酵母悬浮液的流量F以及残留发酵液的流量W(假设发酵液的密度为1000kg/m3)。
第一章 流体流动
一、名词解释
1 流体的黏性
2 牛顿流体
3 流体的稳定流动
4 层流边界层
二、填空
1 通常把( )流体称为理想流体。
2 牛顿黏性定律表明，两流体层之间单位面积的( )与垂直于流动方向的( )成正比。
3 流体在管道中的流动状态可分为( )和( )两种类型。
4 在过渡区内，流体流动类型不稳定，可能是( )，也可能是( )，两者交替出现，与( )情况有关。
5 流体的流动状态可用( )数来判断。当其>( )时为( )；<( )时为( )。
6 流体在管道中的流动阻力可分为( )和( )两类。
7 当流体在圆管内流动时，管中心流速最大，滞流时的平均速度与管中心的最大流速的关系为( )。
8 根据雷诺数的不同，摩擦系数-雷诺数图可以分为( )、( )、( )和( )四个区域。
9 管路系统主要由( )，( )和( )等组成。
10 局部阻力有( )和( )两种计算方法。
三、选择
1 液体的黏性随温度升高而( a )，气体的黏性随温度升高而( )。
A. 升高，降低； B. 升高，升高； C. 降低，升高
2 砂糖溶液的黏度随温度升高而( a )。
A. 增大； B. 减小； C. 不变
3 层流时流体在圆管内的速度分布规律为( a )形式。
A. 二次曲线； B. 直线； C. 指数
四、简答
1 推导理想流体的柏努利方程。
2 举例说明理想流体柏努利方程中三种能量的转换关系。
3 简述流体流动状态的判断方法及影响因素。
4 如何用实验方法判断流体的流型？
5 说明管壁的粗糙度对流体流动阻力的影响。
五、计算
1 某真空浓缩器上真空表的读数为15.5×103 Pa，设备安装地的大气压强为90.8×103 Pa，试求真空浓缩器内的绝对压强。
2 一敞口储槽内贮存有椰子油，其密度为910kg/m3，已知：Z1=0.6m，Z2=1.8m；槽侧壁安装的测压管上段液体是水，测压管开口通大气。求槽内油面的位置高度h 。

z1
z2
h
习题2附图

3 某设备进、出口的表压强分别为－13 kPa和160 kPa，当地大气压为101.3 kPa，求该设备进、出口的压强差。
4 用一串联U形管压差计测量水蒸气锅炉水面上的蒸气压pv , U形管压差计指示液均为水银，连接两U形管压差计的倒U形管内充满水，已知从右至左四个水银面与基准水平面的垂直距离分别为h1=2.2m、h2=1m、h3=2.3m、h4=1.3m。锅炉水面与基准水平面的垂直距离为h5=3m。求水蒸气锅炉水面上方的蒸气压pv。
水
h1
h3
h5
h4
h2
pv
汞
习题4附图

5 试管内盛有10cm高的水银，再于其上加入6cm高的水。水银密度为13560 kg/m3，温度为20℃，当地大气压为101kPa。求试管底部的压强。
6 在压缩空气输送管道的水平段装设一水封设备如图，其垂直细支管（水封管）用以排除输送管道内的少量积水。已知压缩空气压强为50 kPa（表压）。试确定水封管至少应插入水面下的最小深度h。
pa
pa
p
p′
h
0.6 m
8.6 m
习题7附图

h
习题 6 附图
压缩空气
水

7 贮油槽中盛有密度为960㎏/m3的食用油，油面高于槽底9.6 m，油面上方通大气，槽侧壁下部开有一个直径为500 mm的圆孔盖，其中心离槽底600 mm 。求作用于孔盖上的力。
8 如本题图所示,用套管式热交换器加热通过内管的果汁，已知内管为Φ33.5mm×3.25mm，外管为Φ6mm×3.5mm的焊接钢管。果汁密度为1060㎏/m3，流量为6000㎏/h；加热媒质为115℃的饱和水蒸气在外环隙间流动，其密度为0.9635㎏/m3，流量为120㎏/h 。求果汁和饱和水蒸气的平均流速。

果汁
饱和水蒸汽
习题 8 附图

9 水流经一文丘里管如本题图示，截面1处的管内径为0.1 m，流速为0.5 m/s，其压强所产生的水柱高为1m；截面2处的管内径为0.05 m。忽略水由1截面到2截面流动过程的能量损失，求1、2两截面产生的水柱高差h为多少米？
1
2
h
水
习题 9 附图
1m

10 某植物油流过一水平渐缩管段，管大头内径为20mm，小头内径为12mm，现测得这两截面间的压强差为1000Pa，该植物油的密度为950kg/m3，不计流动损失。求每小时油的质量流量。
11 从高位槽向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为大气压。要求料液在管内以1.5 m/s的速度流动。设料液在管内压头损失为2.2 m (不包括出口压头损失)。高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米？
h
习题11附图

u1
1
2
u2
习题10附图

12 20℃下水在50 mm 内径的直管中以3.6 m/s的流速流动，试判断其流动类型。
13 37℃下血液的运动黏度是水的5倍。现欲用水在内径为1 cm的管道中模拟血液在内径为5mm的血管中以15cm/s流动过程的血流动力学情况，实验水流速度应取为多少？
14 果汁在内径为d1的管路中作稳定流动，平均流速为u1，若将管径增加一倍，体积流量和其他条件均不变，求平均流速为原来的多少倍？
15 如本题图示，将离心泵安装在高于井内水面5米的地面上，输水量为50m3/h ,吸水管采用Φ114×4㎜的电焊钢管，包括管路入口阻力在内的吸水管路上总能量损失为∑hf = 5 J/kg,当地大气压强为1.0133×105 Pa 。求该泵吸入口处的真空度。
习题15附图
5 m
20m
习题17附图

习题16附图图
1
1
2
2

30 m

16 用泵输送某植物油，管道水平安装，其内径等于10mm，流量为0.576 m3/h，油的粘度为50黏度0-3 Pa×s，密度为950kg/m3。试求从管道一端至相距30米的另一端之间的压力降。
17 用离心泵将某水溶液由槽A输送至高位槽B ,两槽液面维持恒定并敞开通大气，其间垂直距离为20 m 。已知溶液密度为1200 kg/m3 ，溶液输送量为每小时30 m3 ,管路系统各种流动阻力之和 ∑hf = 36 J/kg ,该泵的效率为0.65 。求泵的轴功率。
18 某饮料厂果汁在管中以层流流动，如果流量保持不变，问：（1）管长增加一倍；（2）管径增加一倍；（3）果汁温度升高使黏度变为原黏度1/2（设密度变化极小）。试通过计算说明三种情况下摩擦阻力的变化情况。
19 植物油在圆形直管内作滞流流动，若流量、管长、液体物性参数和流动类型均不变，只将管径减至原来的2/5，由流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍？
20 用泵将密度为930 kg/ m3 、黏度为 4黏度mPa×s的某植物油送至贮槽，管路未装流量计，但已知A、B两处压力表的读数分别为 pA=1.2 MPa，pB=1.12 MPa，两点间的直管长度为25m，用管直径为Φ89×3.5mm的无缝钢管，其间还有3个90°的弯头。试估算该管路油的流量。
21 用一台轴功率为7.5kw的库存离心泵将溶液从贮槽送至表压为0.2×105Pa的密闭高位槽（见右图），溶液密度为1150kg/m3、黏度为1.2×10-3Pa·s。管子直径为Φ108×4 mm、直管长度为70 m、各种管件的当量长度之和为100 m (不包括进口和出口的阻力)，直管阻力系数为0.026。输送量为50m3/h,两槽液面恒定，其间垂直距离为20m。泵的效率为65%。。试从功率角度考虑核算该泵能否完成任务。

6m
习题23附图
20 m
习题21附图
1 1
2 2
1.6m
习题20附图
A
B

22 一台效率为0.65的离心泵将果汁由开口贮槽输送至蒸发器进行浓缩。已知果汁密度为1030 kg/m3，黏度为1.2×10-3Pa·s，蒸发器液面上蒸发空间的真空表读数为50 kPa ,果汁输送量为16 m3/h。进蒸发器的水平管中心线高于开口贮槽液面20 m ，管直径为Φ57mm×3 mm的冷轧不锈钢管，不包括管路进、出口能量损失的直管及各管件当量长度之和为50m ,管壁绝对粗糙度为0.02mm ，当地大气压强为1×105Pa。求泵的轴功率PZ 。
23 高位水槽底部接有一长度为30m（包括局部阻力的当量长度）、内径为20mm的钢管，该管末端分接两个处于同一水平面的支管，支管直径与总管相同，各支管均装有一相同的球阀（ζ=6.4），因支管很短，除球阀的局部阻力外，其他阻力可以忽略。高位槽水位恒定，水面与支管出口的垂直距离为6m 。试求开一个阀门和同时开两个阀门管路系统的流量。

第二章 流体输送机械
一、名词解释
1 离心泵的气蚀现象
2 泵的工作点
3 离心泵的安装高度
4 离心泵的切割定律和比例定律
二、填空
1 产品样本上离心泵的性能曲线是在一定的( )下，输送( )时的性能曲线。
2 离心泵的实际工作压头和流量不仅与( )的特性曲线有关，还与( )的特性曲线有关。
3 离心泵压头的大小取决于( )、( )和( )。
4 离心泵的工作点由( )曲线和( )曲线共同决定。
5 为防止发生( )现象，泵的安装高度不能太高，可采取( )，( )等措施提高泵的安装高度。
6 管路系统主要由( )，( )和( )等组成。
7 泵的内部损失主要由( )，( )和( )引起。
三、选择
1 离心泵铭牌上标明的扬程是指( )。
A. 功率最大时的扬程 B. 最大流量时的扬程
C. 泵的最大扬程 D. 效率最高时的扬程
2 一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处的压力表也逐渐降低为零，此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是( )
A. 忘了灌水 B. 吸入管路堵塞 C. 压出管路堵塞 D. 吸入管路漏气
3 两台相同的泵串联工作时，其压头( )一台泵单独工作时的两倍。
A. > B. < C. =
4 正位移泵的流量与( )有关。
A. 泵的转速与结构 B. 管路阻力 C. 泵的压头
5 离心泵的压头、流量均与流体的( )无关。
A. 黏度 B黏度密度 C. 温度
6 液体的黏性随温度升高而( )，气体的黏性随温度升高而( )。
A. 升高，降低 B. 升高，升高 C. 降低，升高
7 余隙系数越大，压缩比越大，则容积系数( )。
A. 越小 B. 越大 C. 不变
8 正位移泵的压头与( )有关。
A. 泵的转速 B. 管路阻力 C. 流量
四、简答
1 离心泵发生气蚀现象的原因是什么？危害是什么？应如何防止？
2 根据离心泵的特性曲线图说明用其出口阀门调节管路流量的原理。
3 简述实际流体柏努利方程的物理意义。
4 简述离心泵的结构和工作原理。
5 简述用旁路阀调节往复泵流量的原理。
五、计算
1 已知离心泵吸入管内径为100mm，吸入管路总压头损失为12u2/2g（u为吸管内水的流速，m/s），泵入口处真空表读数为45.33kPa。试求吸水管内的流量（m3/h）。已知水的密度为103m3/kg。
2 用泵将密度为1.15g/cm3的盐水，以0.0056m3/min的流量由一敞口大原料贮槽送敞口高位槽中，管道出口比原料贮槽的液面高23m，吸入管内径为90mm，泵出口管内径为52.5mm。假如管路系统的摩擦损失为53.8J/kg，泵的效率为70%，试计算泵的扬程和功率。
3 用泵将82.2℃的热水以0.379m3/min的流量从一出口贮槽中吸上来，泵的入口管为内径50.8mm，长6.1m的40号钢管，有三个弯头。水从泵中流出来后经过一长61m，内径50.8mm的带两个弯头的管段后再排到大气中，排出口比贮槽的液面高6.1m。（1）计算总摩擦损失；（2）计算泵所作的的功；3.泵的有效功率。
4 用泵降体积流量为0.5m3/h的水以0.1m/s的速度从10m下的加热罐中抽至水龙头处。假如罐的压力保持在600kPa的表压下，试求泵的能量。忽略管道阻力。
第三章 非均相物系的分离
一、名词解释
1 非均相物系
2 临界粒径
3 重力沉降
4 离心沉降
5 沉降速度
6 过滤速率
二、填空
1 滤饼过滤有（ ）和（ ）两种典型的操作方式。在实际操作中常用（ ）的操作方式。
2 沉降室应做成（ ）形或在室内设置（ ）。
3 沉降室的生产能力与（ ）和（ ）有关。
4 除尘系统可以由（ ）、（ ）和（ ）组成。
5 在除尘系统中，含尘气体可先在（ ）中除去较大尘粒，然后在（ ）中除去大部分尘粒。
6 过滤有( )和( )两种基本方式。
7 板框过滤机的工作过程主要有( )，( )和( )等。
8 滤饼过滤开始后会迅速发生( )现象。在滤饼过滤中，真正起过滤作用的是( )。
9 滤饼阻力的大小主要取决于(过滤介质)及其( )。
10 非均相物系的分离遵循（ ）的基本规律。
三、选择
1 在相同条件下,板框过滤机的洗涤速率为终了过滤速率的( )。
A.1/2；B.1/3；C.1/4
2 对于可压缩性滤饼,其压缩系数为( )。
A.s=0；B.s<1；C.s>1
3 过滤的推动力为( )。
A.浓度差；B.温度差；C.压力差
4 一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处的压力表逐渐上升，此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是( )。
A. 忘了灌水；B. 吸入管路堵塞；C. 压出管路堵塞；D. 吸入管路漏气
四、简答
1 简述旋风分离器的结构和设计原理。
2 简述影响重力沉降的因素(以斯托克斯区为例)。
3 设计一个含尘气体的分离系统，并简述各个设备的作用。
4 简述降尘室的结构和设计原理。
5 根据过滤基本方程，简述影响过滤的因素。
6 简述板框压滤机的工作过程。
7 设洗水的粘度和温度黏度液相同,试证明洗涤速率是最后过滤速率的1/4。
8 简述先恒速后恒压过滤的特点。
9 简述用试验法求过滤常数的方法。
五、计算
1试计算直径d90μm,密度ρs为3000kg/m3的固体颗粒分别在20℃的空气和水中的自由沉降速度。已知20℃时空气的密度为1.205kg/m3，黏度为1.81×10-5Pa·s，水的黏度为1.5×10-3Pa·s。
2某悬浮液中固相密度为2930kg/m3，其湿饼密度为1930kg/m3，悬浮液中固相颗粒的质量分率为25g/升水。该悬浮液于400mm汞柱的真空度下用小型转筒真空过滤机做试验，测得过滤常数K=5.15×10-6m2/s。现用一直径为1.75m，长0.98m的转筒真空过滤机生产。操作压力于试验相同，转速为1r/min，浸没角为125.5°，滤布阻力可忽略，滤饼不可压缩。试求此过滤机的生产能力和滤饼的厚度。
3已知含尘气体中尘粒的密度为2000kg/m3。气体温度为375K，黏度为0.6cP，密度为0.46kg/m3。现用一标准型旋风分离器分离其中的尘粒，分离器的尺寸为D=400mm，h=D/2，B=D/4。含尘气体在进入排气管以前在分离器内旋转的圈数为N=5，气体流量Q=1000m3/h。试计算其临界粒径。
4预用沉降室净化温度为20℃流量为250m3/h的常压空气，空气中所含灰尘的密度为1800kg/m3，要求净化后的空气不含有直径大于10μm的尘粒，试求所需净化面积为多大?若沉降室低面的宽为2m，长5m，室内需要设多少块隔板?已知20℃时，空气黏度为1.81×10-5Pa·s。
5若分别采取下列各项措施,试分析真空转筒过滤机的生产能力将如何变化。已知滤布阻力可以忽略，滤饼不可压缩。（1）转筒尺寸按比例增大1倍；（2）转筒浸没度增大1倍；（3）操作真空度增大1倍；4.转速增大1倍。
6用单碟片的碟式离心机澄清含有颗粒的黏性液体，颗粒密度为1461kg/m3，溶液的密度为801kg/m3，黏度为10P，离心机转筒的r2=0.02225m，r1=0.00716m，碟片的半锥角为45。，如果转速为2300r/min，流量为0.002832m3/h。计算出口流体中最大颗粒的直径。
第四章 粉碎 筛分 混合 乳化
一、名词解释
1 粉碎
2 粒度
3 球形度
4 筛分
5 混合
6 均匀度
7 乳化
8 均质
二、填空
1根据被粉碎物料和成品粒度的大小，粉碎被分为（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四种。
2物料粉碎时所受到的作用力包括（ ）、（ ）和（ ）三种。
3粉碎操作方法包括（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四种。
4磨齿排列有四种方式，即（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。
5整个混合过程存在（ ）、（ ）和（ ）三种混合方式。
6从结构来看，桨叶有（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四种形式。
7固体混合机按照结构可分为（ ）和（ ）两种；按照操作方式可分为（ ）和（ ）。
8乳化液形成的方法基本上可分为（ ）和（ ）两种。
9均质机按其结构及上作原理大致可分为（ ）、（ ）、（ ）。
三、选择
1 对于中粉碎，成品粒度范围为( )。
A. 5-50mm B. 5-10mm C. 100μm以下
2 对于立方体形颗粒，球形度φs为（ ）。
A.1 B. 0.806 C. 0.65
3 当乳化剂的亲水亲油平衡值(HLB)（ ）时，此乳化剂为亲水性乳化剂。
A. ＞10 B. ＜10 C. =10
四、简答
1 食品加工中如何选用粉碎机？
2 筛面的运动方式有哪些？
3 简述固体混和中的离析现象及防止方法。
4 影响乳化液稳定性的主要因素有哪些？
5 乳化单元操作中乳化剂的作用有哪些？
6 简述肢体磨的结构及工作原理。
五、计算
1 试计算立方体形颗粒的球形度和形状系数。
2 如下表所示的粒度分布数据，试计算面积平均直径、体积平均直径和沙得平均直径。
粒度范围/μm
0~20
20~40
40~60
60~80
80~100
100~120
120~140
140~160
160~180
180~200
200~220
220~240
颗粒计数
5
20
50
106
95
88
52
26
10
6
4
2
3 lkg谷物从最初粒度4mm磨碎到最后粒度1mm需要能量4.6kJ。若将此谷物从最初状态磨碎至粒度为0.2mm，所需的能量是多少?
4 有带旋桨式搅拌桨的混合器来搅拌某工业产品。已知容器直径为1.63m，器内液层深度为1.5m，甘油的密度为1200kg/m3，黏度为16。若搅拌器转速为500r/min，测得电机功率为12kW，试求搅拌器的直径。
第五章 流态化与气体输送
一、名词解释
1 悬浮速度
2 临界流化速度
3 流化数
4 密相流化床
5 夹带分离高度
6 气力输送
二、填空
1 按照流化状态，流态化可分为（ ）流态化和（ ）流态化两种形式。
2 为避免从床层中带出固体颗粒，流化床操作气速必须保持在( )和( )之间。
3 流化床中常见的不正常现象主要有( )和( )。
4 在流化床中，如果床层过高，可以增加( )，破坏( )，避免( )现象发生。
5 气力输送的形式主要有( )式气力输送、( )式气力输送和( )式气力输送三种。
6 同一气力输送装置，输送松散物料可选( )的混合比。
三、选择
1 在流态化阶段，流化床床层的压强降与( )有关。
A．流体流速； B．床层高度； C．A和B
2 当流体通过床层时分布不均匀，则大量流体与固体颗粒不能很好地接触，就会产生“短路”，这种现象称为（ ）。
A．沟流现象 B．断流现象 C．腾涌现象
3 就物料颗粒群在水平管道中的运动状态而言，停滞流又可称为（ ）。
A．均匀流 B．管底流 C．疏密流 D．集团流
4 下列哪种气力输送的形式适用于输送细小、贵重或危害性大的粉状物料。（ ）
A．吸运式 B．压送式 C．混合式 D．循环式
5 利用两相流旋转时离心力的作用使物料与气流分离的卸料器为（ ）。
A．容积式 B．三角箱 C．离心式 D．压力式
四、简答
1 气力输送的特点是什么？
2 粮食工业中常采用的气力输送装置有哪些形式？有什么特点？
3 物料颗粒在水平管的悬浮机理及运动状态如何？
4 影响物料在弯管中运动最终速度的因素有哪些?试分析论述一下。
5 在两相流理论中将其压损分为哪几部分？各代表什么意义？
6 如何选择输送风速？
五、计算
1 某物料密度为1196 kg/m3，直径为5mm，堆积成高度为0.3m的固定床层，空隙率为0.4.若20℃的空气流过流化床时，空床流速为0.5m/s，试求压力降。当空床流速为何值时，流化才开始？试求此时压力降值。
2 某物料颗粒的平均粒径为0.4mm，密度为1690kg/m3。气体的平均密度为1.4kg/m3，平均黏度为0.37cP。试求其临界流化速度。
3 某固体颗粒为130目,临界粒径为dp=1.44×10-4m，颗粒密度为ρs=1068kg/m3，液相黏度为μf.0246cP，密度为ρf=0.98kg/m3，求最大流化速度。
4 鲜豌豆近似为球形，其直径为5mm，密度为1060 kg/m3。拟于-20℃冷气流中进行流化冷冻。豆床在流化前的床层高度为0.3m，空隙率为0.4.冷冻进行时，空气速度等于临界速度的1.6倍。试大体估计：①流化床的临界流化速度和操作速度；②通过床层的压力降；③试估算冷气流与颗粒表面之间的传热膜系数。已知-20℃空气的导热系数为2.36×10-2W/m·K
5 试近似计算某一压送式气力输送面粉设备的风机所需的功率。设备生产能力为每小时输送面粉20吨。面粉颗粒的平均粒径为0.18mm。已知从加料器到卸料器整个输送管线长度为30m（垂直的10m，水平的20m），中间有两只90°弯管。估计卸料器内、排气管内以及装置终点布袋过滤器的压力损失约为1.55kN/m2，同时估计从风机到加料器的压力损失约为1.04 kN/m2。假设系统内空气的平均密度为1.23kg/m3。
第六章 传热学
一、名词解释
1 对流传热
2 自然对流
3 强制对流
4 热辐射
5 黑体

二、填空
1 常用的列管换热器的温度补偿方式有（ ）、（ ）和（ ）等。
2 强化传热的途径主要有（ ）、（ ）和（ ）等
3 热传导是借助于（ ）来进行热量的传递的。热传导主要发生在（ ）或（ ）中。
4 热量的传递是由于（ ）而引起的。根据传热原理，传热有（ ）、（ ）和（ ）三种方式。
5 在对流传热中，雷诺准数等于（ ），它表示（ ）。
6 在对流传热中，努塞尔准数等于（ ），它表示（ ）。
7 影响对流传热的因素主要有（ ）、（ ）、（ ）和（ ）等。
8 用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃， 在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案I是令冷却水终温为30℃， 方案II是令冷却水终温为35℃，则用水量 W1（ ）W2，所需传热面积A1（ ）A2（大于、小于、等于）。
9 冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90℃，出口温度为50℃，冷水进口温度为15℃，出口温度为53℃，冷热水的流量相同，则热损失占传热量的（ ）％（冷热水物性数据视为相同）

三、选择
1 在与等温面垂直的方向上，( )
A.温度梯度最大 B.温度梯度较小 C.没有温度梯度
2 液体的沸腾传热应控制在( )区,以获得较大的传热膜系数.
A.核状沸腾;B.膜状沸腾;C.自然对流
3 在相同传热面积条件下,逆流操作时所需加热剂用量较并流操作( ).
A.多;B.少;C.相同
4 间壁式换热器任一侧流体的对流换热过程中, 热阻主要集中在( ).
A.间壁本身;B.层流底层;C.湍流主体
5 已知圆筒壁(外半径为r3)上两层保温材料的温度分布曲线如图示:A 层的导热系数 ( )B层的导热系数；应将( )放在内层保温效果好。(A,B 两层厚度相等)。
A. 等于 B. 大于 C. 小于 D. A 层

四、简答
1 简述影响对流传热系数的因素。
2 举例说明板式换热器在食品中的应用。
3 根据传热速率方程简述影响间壁式换热器的因素。
4 举例说明套管式换热器在食品中的应用。
5 简述套式换热器的特点及其应用。

五、计算
1 某平壁厚度b=0.37m，内表面温度t1=1650℃，外表面温度t2=300℃，平壁材料热导率λ=0.815+0.00076t，W/(m2·℃)。若将热导率分别按常量（取平均热导率）和变量计算，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。
2 用平板法测定材料的热导率。平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷却水通过夹层将热量移走。所加热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得（见附表）。已知材料的导热面积为0.02m2，其厚度为0.01m，测得的数据如下，试求：
（1）材料的平均热导率；
（1） 设该材料的热导率为，试求和a'。
电热器
材料表面温度/℃
电压/V
电流/A
高温侧
低温侧
140
2.8
300
100
114
2.28
200
50
3 某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm，其热导率分别为0.9W/（m·℃）及0.7W/（m·℃）。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、热导率为0.06W/(m2·℃)的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃，外表面温度为90℃。设两层砖的热导率不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？
4 红砖平壁墙，厚度为500mm，一侧温度为200℃，另一侧为30℃。设红砖的平均热导率取0.57W/(m2·℃)，试求：
（1）单位时间、单位面积导过的热量；
（2）距离高温侧350mm处的温度。
5 某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次彻成。
耐火砖：热导率=1.05 W/（m2·℃）；
厚度b1=0.23m；
绝热砖：热导率=0.151 W/（m2·℃）
每块厚度b2=0.23m；
普通砖：热导率=0.93 W/（m2·℃）
每块厚度b3=0.24m；
若已知耐火砖内侧温度为1000℃，耐火砖与绝热砖接触处温度为940℃，而绝热砖与普通砖接触处的温度不得超过138℃，试问：
（1）绝热层需几块绝热砖？
（2）此时普通砖外侧温度为多少？
6 在外径为140mm的蒸气管道外包扎保温材料，以减少热损失。蒸气管外壁温度为390℃，保温层外表面温度不大于40℃。保温材料的λ与t的关系为λ=0.1+0.0002t（t的单位为℃，λ的单位为W/（m2·℃））。若要求每米管长的热损失Q/L不大于450W/m，试求保温层的厚度以及保温层中温度分布。
7 φ60mm×3mm铝合金管（热导率按钢管选取），外包一层厚30mm石棉后，又包一层30mm软木。石棉和软木的热导率分别为0.16W/（m2·℃）和0.04W/（m2·℃）。又已知管内壁温度为-110℃，软木外侧温度为10℃，求每米管长所损失的冷量。若将两保温材料互换，互换后假设石棉外侧的温度仍为10℃不变，则此时每米管长上损失的冷量为多少？
8 空心球内半径为r1、温度为ti，外半径为r0、温度为t0，且ti＞t0，球壁的热导率为λ。试推导空心球壁的导热关系式。
9 在预热器内将压强为101.3kPa的空气从10℃加热到50℃。预热器由一束长度为1.5m，直径为φ86mm×1.5mm的错列直立钢管所组成。空气在管外垂直流过，沿流动方向共有15行，每行有管子20列，行间与列间管子的中心距为110mm。空气通过管间最狭处的流速为8m/s。管内有饱和蒸气冷凝。试求管壁对空气的平均对流传热系数。
10 在长为3m，内径为53mm的管内加热香蕉浆。香蕉浆的质量流速为172kg/（s·m2）。若香蕉浆在定性温度下的物性数据如下：
Pa·S；w/m·K；kJ/（kg·℃）。
试求香蕉浆对管壁的对流传热系数。
11 有一列管式换热器，由38根φ25mm×2.5mm的无缝钢管组成。果汁在管内流动，由20℃被加热至80℃，果汁的流量为8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对果汁的传热系数。当果汁的流量提高一倍时，传热系数有何变化。
12 热空气在冷却管管外流过，2=90W/(m2·℃)，冷却水在管内流过，
1=1000W/（m2·℃）。冷却管外径do=16mm，壁厚b=1.5mm，管壁的λ=40W/（m2·℃）。试求：
①总传热系数Ko；
②管外对流传热系数2增加一倍，总传热系数有何变化？
③管内对流传热系数1增加一倍，总传热系数有何变化？
13 有一套管换热器，内管为φ25mm×1mm，外管为φ38mm×1.5mm。冷水在环隙内流过，用以冷却内管中的高温气体，水的流速为0.3m/s，水的入口温度为20℃，出口温度为40℃。试求环隙内水的对流传热系数。
14 有一不锈钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm×3.5mm，流量为2000kg/h的糖浆在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃。糖浆的对流传热系数h=230W/（m2·K），水的对流传热系数c=290W/（m2·K）。忽略污垢热阻。试求：①冷却水消耗量；②并流和逆流操作时所需传热面积；③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算冷却水出口温度与消耗量，假设总传热系数随温度的变化忽略不计。
22 某无相变的流体，通过内径为50mm的圆形直管时的对流传热系数为120W/(m2·℃)，流体的Re=2×104。假如改用周长与圆管相等，高与宽之比等于1∶2的矩形管，而流体的流速增加0.5倍，试问对流传热系数有何变化？
15 某食品厂用冷水冷却奶油。冷却器为φ14mm×8mm钢管组成的排管，水平浸于一很大的冷水槽中，冷水由槽下部进入，上部溢出，通过槽的流速很小。设冷水的平均温度为42.5℃，钢管外壁温度为56℃，试求冷水的对流传热系数。
16 室内有二根表面温度相同的蒸气管，由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍，小管的（Gr·Pr）=108。两水平管单位时间、单位面积的热损失的比值为多少？
17 饱和温度为100℃的水蒸气在长3m、外径为0.03m的单根黄铜管表面上冷凝。铜管坚直放置，管外壁的温度维持96℃，试求每小时冷凝的蒸气量。若将管子水平放，冷凝的蒸气量又为多少？
18有一台运转中的单程逆流列管式换热器，热空气在管程由120℃降至80℃，其对流传热系数1=50W/（m2·K）。壳程的冷却水从15℃升至90℃，其对流传热系数2=2000W/（m2·K），管壁热阻及污垢热阻皆可不计。当冷却水量增加一倍时，试求①水和空气的出口温度t'2和T'2，忽略流体物性参数随温度的变化；②传热速率Q'比原来增加了多少？
19 在一传热面积为15.8m2的逆流套管换热器中，用热油加热冷水。热油的流量为2.85kg/s，进口温度为110℃；水的流量为0.667kg/s，进口温度为35℃。热油和水的平均比