上册第一章流体流动习题解答3. 某流化床反应器上装有两个U 管压差计，如本题附图所示。

测得R 1=400 mm ，R 2=50 mm ，指示液为水银。

为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=50mm 。

试求A 、B 两处的表压强。

解：U 管压差计连接管中是气体。

若以2,,g H O Hg ρρρ分别表示气体、水与水银的密度，因为g Hg ρρ，故由气柱高度所产生的压强差可以忽略。

由此可以认为A C p p ≈，B D p p ≈。

由静力学基本方程式知232A C H O Hg p p gR gR ρρ≈=+10009.810.05136009.810.05=⨯⨯+⨯⨯7161Pa =(表压)417161136009.810.4 6.0510B D A Hg p p p gR Pa ρ≈=+=+⨯⨯=⨯8. 高位槽内的水面高于地面8 m ，水从1084mm mm φ⨯的管道中流出，管路出口高于地面2 m 。

在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按26.5fh u =∑计算(不包括出口阻力损失)，其中u 为水在管内的流速m/s 。

试计算：CD(l) 'A A -截面处水的流速；(2)水的流量，以m 3/h 计。

解：(1) 取高位槽水面为上游截面11'-，管路出口内侧为下游截面22'-，如图所示，那么128,2z m z m == (基准水平面为地面)1120,0u p p ≈==(表压)，'A A -处的流速与管路出口处的流速相同，2A u u = (管径不变，密度相同)在截面11'-和22'-间列柏努利方程方程，得 222fu g z h ∆=+∑，其中26.5fh u =∑代入数据226.59.81(82)2u u +=⨯-解得2.9/A u u m s ==(2)2332.9(10842)10360082/4h V uA m h π-⎡⎤==⨯⨯-⨯⨯⨯=⎣⎦9. 20℃的水以2.5 m/s 的流速流经38 2.5mm mm φ⨯的水平管，此管以锥形管与另一533mm mm φ⨯的水平管相连。

如本题附图所示，在锥形管两侧A 、B 处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。

若水流经A 、B 两截面间的能量损失为1.5J/kg ，求两玻璃管的水面差(以m 计)，并在本题附图中画出两玻璃管中水'A'B面的相对位置。

解：取,A B 两点处所在的与管路垂直的平面分别为上游和下游截面'A A -和'B B -，如图所示，并取管路中心线所在的水平面为基准面，那么0A B z z ==， 2.5/A u m s =2238 2.52() 2.5() 1.23/5332A B A B d u u m s d -⨯==⨯=-⨯ 在截面'A A -和'B B -间列柏努利方程： 22,22A A B B f A B u p u p h ρρ-+=++∑2222, 2.5 1.23()( 1.5)1000868.522A B B A f A B u u p p h Pa ρ----=-=-⨯=∑查表得到 210.102Pa mmH O =， 那么2868.588.50.102mmH O =210p p ->，所以A 点的压力大于B 点的压力，即B 管水柱比A 管高88.5mm10. 用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。

各部分相对位置如本题附图所示。

管路的直径均为76 2.5mm mm φ⨯，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.06×103 Pa ；水流经吸入管与排出管(不包括喷头)的能量损失可分别按2,12f h u =∑与2,210f h u =∑计算，由于管径不变，故式中u 为吸入或排出管的流速m/s 。

排水管与喷头连接处的压强为98.07×103 Pa(表压)。

试求泵的有效功率。

解：取水槽中水面所在的平面为截面11'-，并定为基准水平面。

泵入口真空表连接处垂直于管子的截面为22'-。

水洗塔出口处为截面33'-，如图所示，那么有10z = 21.5z m =314z m = 10u ≈ 23u u u == 10p =(表压)3224.6610p P a =-⨯(表压) 3398.0710p Pa =⨯(表压)31000/kg m ρ=在截面11'-和22'-间列柏努利方程，得22112212,122f p u p u gz gz h ρρ++=+++∑ 22fh u =∑代入以上数值解得2/u m s =231.99(762.52)1010007.91/4s w uA kg s πρ⎡⎤==⨯⨯-⨯⨯⨯=⎣⎦再在截面11'-和33'-间列柏努利方程，得22331113,1222e f p u p u gz W gz h ρρ-++==+++∑ 将以上数值代入，其中2,12,1,212f f f h h h u -=+=∑∑∑，解得261.3/e W J kg =261.37.91 2.26e e s N W w kW==⨯=12. 本题附图所示为冷冻盐水循环系统。

盐水的密度为1100 kg/m 3，循环量为36 m 3/h 。

管路的直径相同，盐水由A 流经两个换热器而至B 的能量损失为98.1 J/kg ，由B 流至A 的能量损失为49 J/kg ，试计算：(1) 若泵的效率为70%时，泵的轴功率为若干kW? (2) 若A 处的压强表读数为245.2⨯103 Pa 时，B 处的压强表读数为若干?解：对循环系统，在管路中任取一截面同时作上游和下游截面，列柏努利方程，可以证明泵的功率完全用于克服流动阻力损失。

(1) 质量流量331100/36/360011/s S w V kg m m s kg s ρ==⨯=,,98.149147.1/f A B f B A We h h J kg --=+=+=∑∑147.1111618.1/e e s N W w J s ==⨯=/1618.1/0.7 2.31N Ne kW η===(2) 在两压力表所处的截面A 、B 之间列柏努利方程，以通过截面A 中心的水平面作为位能基准面。

22,22AA B BA B f A B p u p u gz gz h ρρ-++=+++∑其中，0A z =，7B z m =，A B u u =，245.2A p =kPa ，,98.1/f A B h J kg -=∑将以上数据代入前式，解得4,() 6.210AB B f A B p p gz h Pa ρρ-=--=⨯∑(表压)第四章 传热习题解答3．直径为mm mm 360⨯φ,钢管用30mm 厚的软木包扎,其外又用100mm 厚的保温灰包扎,以作为绝热层。

现测得钢管外壁面温度为-110℃,绝热层外表面温度10℃。

已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和1.07W/(m ·℃),试求每米管长的冷量损失量。

解：每半管长的热损失，可由通过两层圆筒壁的传热速率方程求出：1332112211ln ln 22t t Q r r Lr r πλπλ-=+1100101601160ln ln2 3.140.043302 3.140.000760--=+⨯⨯⨯⨯25/W m =-负号表示由外界向体系传递的热量，即为冷量损失。

6. 在管壳式换热器中用冷水冷却油。

水在直径为mm mm 219⨯φ的列管内流动。

已知管内水侧对流传热系数为349OW/(m 2·℃ ),管外油侧对流传热系数为258 W/(m 2·℃ )。

换热器在使用一段时间后,管壁两侧均有污垢形成,水侧污垢热阻为0.00026 m 2·℃ / W ,油侧污垢热阻为0.000176 m 2·℃ / W 。

管壁导热系数λ为45 W/(m ·℃)。

试求:(1)基于管外表面积的总传热系数;(2)产生污垢后热阻增加的百分数。

解：（1）总传热系数0k00000011s si m i i i k bd d dR R d d d αλα=++++()2110.0021919190.0001760.00026258451715349015208/W m C =⨯+++⨯+⨯⨯=⋅ （2）产生污垢后热阻增加的百分数为：190.0001760.000281510011.8.1190.0001760.0002820815+⨯⨯=⎛⎫-+⨯ ⎪⎝⎭7：在并流换热器中,用水冷却油。

水的进、出口温度分别为15℃和40℃,油的进、出口温度分别为150℃和100℃。

现因生产任务要求油的出口温度降至80℃,假设油和水的流量、进口温度及物性均不变,若原换热器的管长为1m 。

试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。

设换热器的热损失可忽略。

解：平均温度差为(15015)(10040)92.5.135ln 60m t C ---== 由热量恒算可得：211240150.5.150100n ph c pcW C t t W c T T --===-- 当油的出口温度降到80C 时，由热量恒算：'2(15080)(15).n pn c pc Q W c W c t =-=-解得：'250.t C = '(15015)(8050)0.135ln 30m t C ---==> 由传热速率方程分别可得：原换热器：(150100)92.5.n pn m W c ks t k n dL π-==⋅⨯ 新换热器：''''(15080)70.7092.51 1.85.5070n pn m W c ks t k n dL L m π-==⋅⨯=⨯⨯=8．重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动,两种油的初温分别为243℃和128℃;终温分别为167℃和157℃。

若维持两种油的流量和初温不变,而将两流体改为逆流,试求此时流体的平均温度差及它们的终温。

假设在两种流动情况下,流体的物性和总传热系数均不变化,换热器的热损失可以忽略。

解：以上标'表示并流的情况。

由传热速率方程和热量衡算：'''12211221'()()()()m n pn c pc m n pn c pc Q k t W c T T W c t t Q k t W c T T W c t t ==-=-==-=-两式相除：'''''1221122112211221()()()()m m t T T t t T T t t t T T t t T T t t -----===----- （1）''122112212121()()(243167)(157128)47()()T T t t T T T t t t t t ------===----- 而'12211221(243128)(167157)3115ln ln ln10m t t t t t C t t t t -----==== 所以：212121ln47143t t t t t t =-⋅- 解得：212.98.tt =即：2222(243) 2.98(128) 2.98(128)243t T t T -=⨯-⇒=-⨯-+（2）由（1）式得：22222431671571280.38(243)128243128t T T t --=⇔=⨯-+--（3）由（2）、（3）式得：22161.3.155.4t C T ==C所以：2121(243161.3)(155.4128)49.71.093ln m t t t C t t ----=== 第一章 蒸馏的习题解答5．.在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四氯化碳所组成的混合液。