(2) 两台泵的串联
8.8?5.2?105q2?2?(28?4.2?105q2)
解得： q=5.89×103 m3/s=21.2 m3/h
在本题条件下，两台泵串联可获得较大的输水量21.2 m3/h。
10．采用一台三效单动往复泵，将敞口贮槽中密度为1200 kg/m3的粘稠液体送至表压为1.62×103 kPa的高位槽中，两容器中液面维持恒差8 m，管路系统总压头损失为4 m。已知泵的活塞直径为70 mm，冲程为225 mm，往复次数为200 min-1，泵的容积效率和总效率分别为0.96和0.91。试求泵的流量、压头和轴功率。
解：（1）往复泵的实际流量
–
πq?3?vASnr?3?0.96??0.072?0.225?200m3/min=0.499
4m3/min
(2)泵的扬程
1.62?106H?He?(8??4)m=149.6 m
1200?9.81(3)泵的轴功率
P?Hqs?149.6?0.499?1200kW=16.08 kW ?102?60?102?0.9111．用离心通风机将50 ℃、101.3 kPa的空气通过内径为600 mm，总长105 m（包括
所有局部阻力当量长度）的水平管道送至某表压为1×104 Pa的设备中。空气的输送量为1.5×104 m3/h。摩擦系数可取为0.0175。现库房中有一台离心通风机，其性能为：转速1450 min-1，风量1.6×104 m3/h，风压为1.2×104 Pa。试核算该风机是否合用。
解：将操作条件的风压和风量来换算库存风机是否合用。
HT?(p2?p1)??u22???hf
?1?104?pm??101300??Pa=106300Pa
2???m?1.205?u?106300293kg/m3=1.147 kg/m3 ?101330323Vspv15000?101300m/s=14.40 m/s ?π2πdpm3600??0.62?10630044?105?14.402??4则 HTPa=10483 Pa ???1?10?1.147??0.0175??1???0.6?2???HT?10483?1.2Pa=10967 Pa
1.147库存风机的风量q=1.6×104 m3/h，风压HT=1.2×104 Pa均大于管路要求（qe=1.5×104
m3/h，HT=10967 Pa），故风机合用。
12．有一台单动往复压缩机，余隙系数为0.06，气体的入口温度为20 ℃，绝热压缩指数为1.4，要求压缩比为9，试求（1）单级压缩的容积系数和气体的出口温度；（2）两级压缩的容积系数和第一级气体的出口温度；（3）往复压缩机的压缩极限。
26
解：（1）单级压缩的容积系数和气体的出口温度
1??k?11???p2??.4??0?1????1?1?0.06?9?1???0.7718 ?????p1???????k?1k?p2?T2?T1??p???1??293?90.41.4K=548.9K
（2）两级压缩的容积系数和第一级气体出口温度 改为两级压缩后，每级的压缩比为
1?p2?2x???p???9?3
?1?12则重复上面计算，得到
?11??0?1?0.06?3.4?1??0.9285
??T1?293?3K=401 K
（3）压缩极限
1??k??p2??0?1?????1??0 ????p1??????1??1.4??p即 0.06???2??1??1
???p1???????0.41.4解得
p2?55.71 p1 第五章 传热过程基础
1．用平板法测定固体的导热系数，在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却，同时在板两侧用热电偶测量其表面温度，若所测固体的表面积为0.02 m2，厚度为0.02 m，实验测得电流表读数为0.5 A，伏特表读数为100 V，两侧表面温度分别为200 ℃和50 ℃，试求该材料的导热系数。
解：传热达稳态后电热器的加热速率应与固体的散热（导热）速率相等，即
t1?t2 L式中 Q?IV?0.5?100W?50W
Q??S S?0.02m2，t1?200?C，t2?50?C，L?0.02m 将上述数据代入，可得
27
??QL50?0.02?W?m??C??0.333W?m??C?
S?t1?t2?0.02??200?50? 2．某平壁燃烧炉由一层400 mm厚的耐火砖和一层200 mm厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500 ℃，外表面温度为100 ℃，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为?1?0.8?0.0006t，绝缘砖的导热系数为?2?0.3?0.0003t，W/(m??C)。两式中的t可分别取为各层材料的平均温度。 解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即 Q1?Q2?Q （5-32） 或 Q??1St?tt1?t2 ??2S23 （5-32a）
b1b2式中 ?1?0.8?0.0006t?0.8?0.0006?1500?t?1.25?0.0003t
2 ?2?0.3?0.0003t?0.3?0.0003?100?t?0.315?0.00015t
2代入λ1、λ2得
(1.25?0.0003t)1500?t?(0.315?0.00015t)t?100
0.40.2解之得
t?t2?977?C
?1?1.25?0.0003t??1.25?0.0003?977?W?m??C??1.543W?m??C?
则 QS??1?t1?t?b1?1.543?1500?977Wm2?2017Wm2
0.4 3．外径为159 mm的钢管，其外依次包扎A、B两层保温材料，A层保温材料的厚度为50 mm，导热系数为0.1 W /(m·℃)，B层保温材料的厚度为100 mm，导热系数为1.0 W /(m·℃)，设A的内层温度和B的外层温度分别为170 ℃和40 ℃，试求每米管长的热损失；若将两层材料互换并假设温度不变，每米管长的热损失又为多少？
解：
QL?t1?t2rr11ln2?ln32??1r12??2r2?2?3.14??170?40?Wm?150Wm1159?2?501159?2??50?100?ln?ln0.11591.0159?100
A、B两层互换位置后，热损失为
28
QL??2?3.14??170?40?Wm?131.5Wm159?2??50?100?1159?2?501ln?ln1.01590.1159?100t1?t2rr11ln2?ln32??1r12??2r2
4．直径为?57mm?3.5mm的钢管用40 mm厚的软木包扎，其外又包扎100 mm厚的保温灰作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为?120℃，绝热层外表面温度为10 ℃。软木和保温灰的导热系数分别为0.043W/(m?℃)和0.07W/(m?℃)，试求每米管长的冷损失量。 解：此为两层圆筒壁的热传导问题，则
2π?t1?t2?2?3.14???120?10?QL??Wmr310.0285?0.0410.0285?0.04?0.1r211 ln?lnln?ln0.02850.070.0285?0.04?1r1?2r20.043??24.53Wm5．在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为Φ25 mm×2.5 mm的钢管，
其导热系数为45 W/(m·℃)。冷却水在管程流动，其对流传热系数为2 600 W/(m2·℃)，热空气在壳程流动，其对流传热系数为52 W/(m2·℃)。试求基于管外表面积的总传热系数K，以及各分热阻占总热阻的百分数。设污垢热阻可忽略。 解：由Ko?1 do1bdo???o?dm?idi查得钢的导热系数 ??45W?m2??C?
b?2.5mm do?25mm di??25?2?2.5?mm?20mm dm? Ko?25?20mm?22.5mm 21W?m2??C??50.6W?m2??C?
10.0025?0.0250.025??5245?0.02252600?0.02壳程对流传热热阻占总热阻的百分数为
1
?oKo1?100%?Ko?o?100%?50.6?100%?97.3% 52管程对流传热热阻占总热阻的百分数为
do
?idiKo1?100%?Kodo50.6?0.025?100%??100%?2.4% ?idi2600?0.02管壁热阻占总热阻的百分数为
bdo
?dmKo1?100%?bdoKo0.0025?0.025?50.6?100%??100%?0.3% ?dm45?0.0225 29
6．在一传热面积为40 m2的平板式换热器中，用水冷却某种溶液，两流体呈逆流流动。冷却水的流量为30 000kg/h，其温度由22 ℃升高到36 ℃。溶液温度由115 ℃降至55 ℃。若换热器清洗后，在冷、热流体流量和进口温度不变的情况下，冷却水的出口温度升至40 ℃，试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。假设：（1）两种情况下，冷、热流体的物性可视为不变，水的平均比热容为4.174 kJ/(kg·℃)；（2）两种情况下，?i、?o分别相同；（3）忽略壁面热阻和热损失。 解：求清洗前总传热系数K
?tm??115?36???55?22??C?52.7?C
115?36ln55?22Q30000?4.174?103??36?22? K??W?m2??C??231W?m2??C? S?tm3600?40?52.7求清洗后传热系数K? 由热量衡算
WhCp,h(T1?T2)?WcCp,c(t2?t1)
??t1) WhCp,h(T1?T2?)?WcCp,c(t2 T2??T1? ?T1?WcCp,cWhCp,h??t1) (t2T1?T2115?55?t2??t1????40?22??115????C?37.9?C t2?t136?22???115?40???37.9?22??C?38.1?C ?tm??115?40ln37.9?2230000?4.174?103??40?22? K?W?m2??C??410.8W?m2??C?
3600?40?38.1 清洗前两侧的总传热热阻
?RS?11?11?2?32?????m??CW?1.9?10m??CW KK??231410.8? 7．在一传热面积为25 m2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。冷却水的流量为28 000kg/h，其温度由25 ℃升至38 ℃，平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。有机溶液的温度由110 ℃降至65 ℃，平均比热容为1.72 kJ/(kg·℃)。两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机溶液的处理量。
解：Cp,c?4.17 kJ/(kg·℃) Q?WcCp,c(t2?t1) ?28000?4.17?103??38?25?W?4.22?105W 3600求?tm
有机物 110 → 65
30
化工原理(第二版)上册课后习题标准答案完整版柴诚敬主编
