?tm??180?64.61???120?30??C?ln180?64.61120?3025.39?C?102.2?C 115.39ln90S逆并流时

Q401.3?1032??m?7.854m2 K?tm500?102.2?tm??120?64.61???180?30??C?ln120?64.61180?3094.61?C?94.97?C 55.39ln150S逆Q401.3?1032??m?8.452m2 K?tm500?94.9711．某生产过程中需用冷却水将油从105 ℃冷却至70 ℃。已知油的流量为6 000 kg/h，水的初温为22 ℃，流量为2 000 kg/h。现有一传热面积为10 m2的套管式换热器，问在下列两种流动型式下，换热器能否满足要求： （1） 两流体呈逆流流动； （2） 两流体呈并流流动。

设换热器的总传热系数在两种情况下相同，为300 W/(m2·℃)；油的平均比热容为1.9 kJ/(kg·℃)，水的平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。热损失可忽略。 解：本题采用??NTU法计算 （1）逆流时 Whcph? Wccpc? CR?6000?2.9?103W?C?3166.7W?C 36002000?4.17?103W?C?2316.7W?C 3600Cmin2316.7??0.732 Cmax3166.7 (NTU)min?KS300?10??1.295 Cmin2316.7查图得 ??0.622 Q??Cmin(T1?t1)

?0.622?2316.7??105?22?W?1.196?105W

?Q1.196?105? T2?T1???105???C?67.2?C?70?C 能满足要求 Whcph?3166.7? （2）并流时 CR?0.732 (NTU)min?1.295

查图得 ??0.526

Q?0.526?2316.7??105?22?W?1.011?105W

?1.011?105? T2??105???C?73.1?C?70?C 不能满足要求 3166.7??沉降

1．颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2 650 kg/m3，直径为0.04 mm的球形石英颗粒在20 ℃空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为2 650 kg/m3，球形度颗粒的等体积当量直径是多少？??0.6的非球形颗粒在20 ℃清水中的沉降速度为0.1 m/ s，

（3）密度为7 900 kg/m3，直径为6.35 mm的钢球在密度为1 600 kg/m3的液体中沉降150 mm所需的时间为7.32 s，液体的黏度是多少？

解：（1）假设为滞流沉降，则：

2 u?d(?s??)

t18?查附录20 ℃空气??1.205kg/m3，??1.81?10?5Pa?s，所以，

d2??s???g?0.04?10?3???2650?1.205??9.81ut??ms?0.1276ms

18?18?1.81?10?52核算流型：

?dut1.205?0.1276?0.04?10?3 Re???0.34?1 ?5?1.81?10所以，原假设正确，沉降速度为0.1276 m/s。 （2）采用摩擦数群法

?Re?1??4???s???g3?2ut3?54?1.81?10?2650?1.205??9.81?431.93?1.2052?0.13

?1依??0.6，?Re?431.9，查出：Ret??utde?0.3，所以： ?0.3?1.81?10?5de??4.506?10?5m?45μm

1.205?0.1（3）假设为滞流沉降，得：

2 ??d(?s??)g

18ut其中 ut?h??0.157.32ms?0.02049ms

将已知数据代入上式得：

0.006352?7900?1600??9.81Pa?s?6.757Pa?s ??18?0.02049 核算流型 Re??dut0.00635?0.02049?1600??0.03081?1 ?6.7572．用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5 m，宽5 m，高4.2 m，固体杂质为球形颗粒，密度为3000 kg/m3。气体的处理量为3000（标准）m3/h。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。

（1）若操作在20 ℃下进行，操作条件下的气体密度为1.06 kg/m3，黏度为1.8×10-5 Pa?s。 （2）若操作在420 ℃下进行，操作条件下的气体密度为0.5 kg/m3，黏度为3.3×10-5 Pa?s。 解：（1）在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：

ut?qv,sbl3000??273?20273ms?0.03577ms

3600?5?5 设沉降在斯托克斯区，则：

2d ut?0.03577?(?s??)g 18? d?18?ut18?1.8?10?5?0.03577??1.985?10?5m?19.85μm

(?s??)g(3000?1.06)?9.81 核算流型：

1.985?10?5?0.03577?1.06 Ret???0.0418?1 ?5?1.8?10原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1.985×10-5 m。

（2）计算过程与（1）相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：

dut? ut?qv,sbl3000??273?420273ms?0.0846ms

3600?5?5 设沉降在斯托克斯区，则： d?18?ut18?3.3?10?5?0.0846??4.132?10?5m?41.32μm

(?s??)g(3000?0.5)?9.81 核算流型：

4.132?10?5?0.0846?0.5 Ret???0.0529?1

?3.3?10?5dut? 原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4.132×10-5 m。

5．用标准型旋风分离器处理含尘气体，气体流量为0.4 m3/s、黏度为3.6×10-5 Pa?s、密度为0.674 kg/m3，气体中尘粒的密度为2 300 kg/m3。若分离器圆筒直径为0.4 m，(1) 试估算其临界粒径、分割粒径及压力降。（2）现在工艺要求处理量加倍，若维持压力降不变，旋风分离器尺寸需增大为多少？此时临界粒径是多少？（3）若要维持原来的分离效果（临界粒径），应采取什么措施？ 解：临界直径dc?式中 B?9?B πNe?suiD0.4??0.1m，h?D/2 44 Ne=5 u?qv,shB?0.4ms?20ms 0.40.1?2 将有关数据代入，得

9?3.6?10?5?0.1de?m?6.698?10?6m?6.698?10μm

5?20?2300π 分割粒径为

?D3.6?10?5?0.4d50?0.27?0.27m?4.778?10?6m?4.778μm

ui??s???20??2300?0.674? 压强降为

ui202 ?p????8??0.674Pa?1078.4Pa

222（2）?p，ui不变

ui?qv,sqv,s ?hBD?D24D?8qv,sui?8?2?0.4m?0.5657m 20de?9?B?0.27?Ne?sui9?3.6?10?5?0.56574m?7.96?10?6m

3.14?5?2300?20所以，处理量加倍后，若维持压力降不变，旋风分离器尺寸需增大，同时临界粒径也会增大，分离效率降低。

（3）若要维持原来的分离效果（临界粒径），可采用两台圆筒直径为0.4 m的旋风分离器并联使用。

6．在实验室里用面积0.1 m2的滤叶对某悬浮液进行恒压过滤实验，操作压力差为67 kPa，测得过滤5 min后得滤液1 L，再过滤5 min后，又得滤液0.6 L。试求，过滤常数K，Ve，并写出恒压过滤方程式。

解：恒压过滤方程为： q2?2qqe?K? 由实验数据知： ?1?5min，q1?0.001?0.01m3/m2 0.1 ?1?10min，q1?0.016m3/m2 将上两组数据代入上式得： (0.01)2?2(0.01)qe?5K (0.016)2?2(0.016)qe?10K 解得 qe?0.007m3/m2

K?4.8?10?5m2/min?8?10?7m2/s 所以，恒压过滤方程为

q2?0.014q?8?10?7? （m3/m2，s）

或 V2?0.0014V?8?10?9? （m3，s）

9. 在实验室用一个每边长0.16 m的小型滤框对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤试验。操作条件下在过滤压力差为275.8 kPa，浆料温度为20 ℃。已知碳酸钙颗粒为球形，密度为2 930 kg/m3。悬浮液中固体质量分数为0.072 3。滤饼不可压缩，每1 m3滤饼烘干后的质量为1 620 kg。实验中测得得到1 L滤液需要15.4 s，得到2 L滤液需要48.8 s。试求过滤