环工原理作业+答案(1)

ΔT2＝110K，ΔT1＝20K

ΔTm＝（ΔT2－ΔT1）/ln（ΔT2/ΔT1） ＝（110K－20K）/ln（110/20） ＝52.79K

由热量守恒可得

απdLΔTm＝qmhcphΔTh L＝qmcphΔTh/（απdΔTm）

＝250kg/h×1.005kJ/（kg·K）×90K/［315.88W/

（m2·K）·π·0.027m·52.79K］

＝4.44m

4.8某流体通过内径为50mm的圆管时，雷诺数Re为1×105，对流传热系数为100 W /（m2·K）。若改用周长与圆管相同、高与宽之比等于1：3的矩形扁管，流体的流速保持不变。问对流传热系数变为多少？

解：由题，该流动为湍流。

0.023?0.80.4Re?Pr d?10.023?1d2Re10.8?Pr10.4 ??20.023?2d1Re20.8?Pr20.4??因为为同种流体，且流速不变，所以有

?1Re10.8?d2 ??2Re20.8?d1由Re?可得

du??

?1d10.8?d2d?0.8?(2)0.2 ?2d2?d1d1矩形管的高为19.635mm，宽为58.905mm，计算当量直径，得

d2＝29.452mm

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?2?(d10.2500.2)??1?()?100W/(m2?K)?111.17W/(m2?K) d229.4524.10在套管换热器中用冷水将100℃的热水冷却到50℃，热水的质量流量为3500kg/h。冷却水在直径为φ180×10mm的管内流动，温度从20℃升至30℃。已知基于管外表面的总传热系数为2320 W/（m2·K）。若忽略热损失，且近似认为冷水和热水的比热相等，均为4.18 kJ/（kg·K）.试求 （1）冷却水的用量；

（2）两流体分别为并流和逆流流动时所需要的管长，并加以比较。 解：（1）由热量守恒可得

qmccpcΔTc＝qmhcphΔTh

qmc＝3500kg/h×50℃/10℃＝17500kg/h

（2）并流时有

ΔT2＝80K，ΔT1＝20K

?Tm??T2??T180K?20K??43.28K ?T280lnln20?T1 由热量守恒可得

KAΔTm＝qmhcphΔTh

即

KπdLΔTm＝qmhcphΔTh

L?逆流时有

qmhcph?ThK?d?Tm?3500kg/h?4.18kJ/(kg?K)?50K?3.58m

2320W/(m2?K)???0.18m?43.28KΔT2＝70K，ΔT1＝30K

?Tm??T2??T170K?30K??47.21K ?T270lnln30?T1同上得

L?qmhcph?ThK?d?Tm?3500kg/h?4.18kJ/(kg?K)?50K?3.28m 22320W/(m?K)???0.18m?47.21K 10

比较得逆流所需的管路短，故逆流得传热效率较高。

4.12火星向外辐射能量的最大单色辐射波长为13.2μm。若将火星看作一个黑体，试求火星的温度为多少？

解：由λmT＝2.9×10－3 得T?2.9?10?3?m2.9?10?3??219.70K 13.2?10?65.5 一填料塔在大气压和295K下，用清水吸收氨－空气混合物中的氨。传质阻力可以认为集中在1mm厚的静止气膜中。在塔内某一点上，氨的分压为6.6×103N/m2。水面上氨的平衡分压可以忽略不计。已知氨在空气中的扩散系数为0.236×10-4m2/s。试求该点上氨的传质速率。

解：设pB,1,pB,2分别为氨在相界面和气相主体的分压，pB,m为相界面和气相主体间的对数平均分压 由题意得：

pB,m?ln?pB,2pB,1?pB,2?pB,1?0.97963?105Pa

NA?DABp?pA,1?pA,2?RTpB,mL??6.57?10?2mol?m2?s?

5.6 一直径为2m的贮槽中装有质量分数为0.1的氨水，因疏忽没有加盖，则氨以分子扩散形式挥发。假定扩散通过一层厚度为5mm的静止空气层。在1.01×105Pa、293K下，氨的分子扩散系数为1.8×10-5m2/s，计算12h中氨的挥发损失量。计算中不考虑氨水浓度的变化，氨在20℃时的相平衡关系为P=2.69×105x(Pa)，x为摩尔分数。

解：由题，设溶液质量为a g 氨的物质的量为0.1a/17mol 总物质的量为(0.9a/18＋0.1a/17)mol 所以有氨的摩尔分数为x?0.1a17?0.1053

0.9a18?0.1a17故有氨的平衡分压为p＝0.1053×2.69×105Pa＝0.2832×105Pa

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即有

pA,i＝0.2832×105Pa，PA0＝0

pB,m?所以

NA?ln?pB,0pB,i?pB,0?pB,i?0.8608?105Pa

DABp?pA,i?pA,0?RTpB,mL?4.91?10?2mol?m2?s?

n=NA??d24?t?6.66?103mol

6.6 落球黏度计是由一个钢球和一个玻璃筒组成，将被测液体装入玻璃筒，然后记录下钢球落下一定距离所需要的时间，即可以计算出液体黏度。现在已知钢球直径为10mm，密度为7900 kg/m3，待测某液体的密度为1300 kg/m3，钢球在液体中下落200mm，所用的时间为9.02s，试求该液体的黏度。

解：钢球在液体中的沉降速度为ut?L/s?200?10?3/9.02?0.022m/s 假设钢球的沉降符合斯托克斯公式，则

????p???gdp218ut??7900?1300??9.81??10?10?3?18?0.0222?16.35Pa·s

检验：Rep?

utdp??0.022?10?10?3?1300??0.017?2，假设正确。

16.356.7 降尘室是从气体中除去固体颗粒的重力沉降设备，气体通过降尘室具有一定的停留时间，若在这个时间内颗粒沉到室底，就可以从气体中去除，如下图所示。现用降尘室分离气体中的粉尘（密度为4500kg/m3），操作条件是：气体体积流量为6m3/s，密度为0.6kg/m3，黏度为3.0×10-5Pa·s，降尘室高2m，宽2m，长5m。求能被完全去除的最小尘粒的直径。

含尘气体

ut 12 降尘室 ui 净化气体