环境工程原理补充习题参考答案-第一部分XXXX0830_7562075652444.docx

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1、环境工程程原理修修订材料料（20007年）目录总结2第二章质质量衡算算与能量量衡算22第三章流流体流动动3第四章热热量传递递6第五章质质量传递递9思考题补补充111第二章质质量衡算算与能量量衡算111第三章流流体流动动11第四章热热量传递递12第五章质质量传递递12习题补充充14第二章质质量衡算算与能量量衡算114第三章流流体流动动16第四章热热量传递递21第五章质质量传递递28中英文术术语333第二章质质量衡算算与能量量衡算333第三章流流体流动动33第四章热热量传递递34第五章质质量传递递35总结第二章质质量衡算算与能量量衡算一、单位位换算二、常用用物理量量及其表表示方法法定义相关内容容浓

2、度质量浓度度：混合物总总质量浓浓度：质量分数数*：；气液两相相体系：液相相中某组组分的质质量分数数；气相相中某组组分的质质量分数数；质量比：与换算：物质的量量浓度：与换算：摩尔分数数：摩尔比：与换算：；气态态：流量体积流量量：与换算：质量流量量：流速平均流速速：通量单位时间间、单位位面积上上通过的的物理量量；表示示传递速速率水处理：一般1L污水可近似认为等于1000g。1mgL 的质量分数为1mg1000g110-61ppm污水浓度过高时，1mgL的质量分数为110-3混合物密度值大气污染控制工程：* 环境工程中常用体积分数；若视为理想气体三、质量量与能量量衡算1质量衡算以物料全部组分为对象：

3、（质量守恒）以某种元素或物质为对象1）稳态非反应系统： 2）稳态反应系统：（一级反应）3）非稳态系统： 2能量衡算（不考虑做功，仅考虑热量交换）封闭系统开放系统（稳态）有相变：相变时吸收或放出热量，但温度不变无相变：第三章流流体流动动一、衡算算方程质量衡算，对于不可压缩流体管内流动能量衡算总能量方程：机械能方程：对于不可压缩流体二、流体体流动内内摩擦力力1流态态雷诺诺数判定定2内摩摩擦力（1）牛牛顿黏性性定律，适适用于层层流（2）为动力力黏性系系数，表表示单位位法向速速度梯度度下，由由于流体体黏性引引起的内内摩擦力力或剪切切应力的的大小。温温度液体；气体体（3）流流体类别别见表表3.22.2（

4、4）流流动状态态与剪切切应力层流：剪切应力由分子运动引起，服从牛顿黏性定律湍流：剪切应力由分子运动和质点脉动引起，三、边界界层1边界界层理论论要点（1）当当实际流流体沿固固体壁面面流动时时，紧贴贴壁面处处存在非非常薄的的一层区区域边界层层（2）在在边界层层内，流流体流速速很小，但但速度梯梯度很大大（3）在在边界层层内，黏黏性力可可以达到到很高的的数值，它它所起的的作用与与惯性力力同等重重要，在在边界层层内不能能全部忽忽略粘性性（4）流流动分两两个区域域，在边边界层外外的整个个流动区区域，可可将粘性性力全部部忽略，近近似看成成是理想想流体的的流动2边界界层形成成过程（1）绕绕平板流流动（图图）边

5、界层层厚度：层流；湍流减小边边界层厚厚度可以以减小传传递过程程阻力：增大流流速使湍湍流化，矩矩形槽或或放置金金属丝破破坏边界界层形成成（2）圆圆直管内内流动（图图：层、湍湍流）层流速度度抛物线线型分布布；湍流流充分分发展段段速度分分布曲线线较平坦坦，层流流底层厚厚度进口段段长度：层流；湍流约约50倍倍管径3边界界层分离离能能量损失失（图）产生条条件：存存在黏性性作用和和逆压梯梯度层流较较湍流易易发生；湍流的的分离点点靠后，尾尾流区小四、阻力力损失成因影响因素素雷诺数物体形状状表面粗糙糙度摩擦阻力力湍流-大大；层流流-小粗糙表面面-大形体阻力力湍流-小小；层流流-大良绕体-小；非非良绕体体-大粗

6、糙表面面促进湍湍流化-小五、圆直直管内流流动的阻阻力损失失1沿程程损失（1）（2）速速度分布布及阻力力损失流动形态态速度分布布阻力损失失系数层流湍流一般流体体输送的的Re范范围内，nn=1/71.过渡渡区按湍湍流处理理偏安全全2.湍流流区Ree40000：柏拉休斯斯：卡门：3.完全全湍流区区2局部部损失或或六、管路路计算（不不可压缩缩流体）简单管路：常数；复杂管路（图）分支管路：总管流量等于各支管流之和；总机械能守恒并联管路：；七、流体体测量测量仪表表流速（流流量）表表达式特点测速管（毕托管管）测得的是是点流速速孔板流量量计固定安装装；阻力力损失较较大文丘里流流量计比孔板流流量计减减少了机机械

7、能损损失转子流量量计使用条件件与标定定条件不不符时必须垂直直安装，流流体自下下而上流流动第四章热热量传递递一、概述述热量传递热传导对流传热流体中质点发生相对位移引起，通常也指流体与固体壁面之间的热传递；仅发生在液体和气体中辐射传热通过电磁波传递能量；不需要任何介质，可在真空中传播气体分子不规则运动固体晶格振动和自由电子的迁移液体分子振动分子间相互碰撞二、热传传导1基本本公式：傅立叶叶定律：，热量量通量温度梯梯度；热热量沿温温度降低低的方向向传递。液体：水的最大，常用作导热介质（多孔隔热材料受潮隔热性）；除水和甘油外，T，压力影响不大2导热系数固体：金属非金属；金属有杂质；纯金属T；合金T；晶体

8、T；非晶体T气体：，利于绝热保温（工业上多孔保温材料）；T, p (高压时)单层平壁：不随温度变时，热阻，即传导距离&壁面面积&导热热阻&热传导速率Q多层平壁：稳态时各层热量流量相等，R0为污垢热阻圆管壁： 多层圆管壁：3应用模型三、对流流传热1基本本公式：牛顿冷冷却定律律：物性特征（流体本身）：，cp，传热速率；黏度传热速率2传热速率影响因素几何特征（边界条件）：固体壁面形状、尺寸、粗糙度等流动特征：流动起因（强制对流Q自然对流Q）、状态（湍流Q 层流Q）、相变（有相变Q无相变Q）3对流流传热系系数（经经验式）圆管：；蒸汽冷冷凝：传热类型型经验式应用条件件管内强制制对流圆形直管管内强烈烈湍流

9、（11）提高流速速及减小小管径可可强化传传热，前前者更有有效加热f=0.44，冷却却f=0.3;Re1104, 00.7Pr1120,L/dii50圆形直管管内强烈烈湍流（22）（定性性温度），w（壁温）高黏度0.7Pr1167000圆形直管管内强烈烈湍流（33）在（1）、（22）基础础上乘以以修正系系数短管L/di500圆形直管管内层流流（4）Re2230006Prr2250000圆形直管管内过渡渡流态（55）在湍流对对应经验验式基础础上乘以以修正系系数23000Re104圆形弯管管（6）按直管对对应经验验式基础础上乘以以修正系系数大自然空空间对流流，C为常常数（查查表）蒸汽冷凝凝传热竖壁或

10、竖竖管上的的膜状冷冷凝，层层流，为竖壁壁面温度度（TWW）与蒸蒸汽在操操作压力力下饱和和温度（TTS）之差差，r为冷凝凝潜热（由由TS确定）Re220000水平管外外冷凝，d0为为管外径径4热损损失最大大时的保保温层直直径，为为使加保保温层后后热损失失小于裸裸管时的的热损失失，应使使保温层层厚度5总传传热系数数（热侧侧为外侧侧）在间壁热热阻和污污垢热阻阻可忽略略时：若若，为间间壁外侧侧对流传传热控制制，提高高间壁外外侧对流流传热系系数是提提高K值的关关键；若若，为间间壁内侧侧对流传传热控制制6传热热推动力力与平均均温差、传传热单元元数法四、辐射射传热1辐射射传热=发出辐辐射能的的过程+吸收辐辐

11、射能的的过程当两个温温度不等等的物体体辐射传传热时，热热量从高高温物体体向低温温物体传传递2物体辐射能力灰体，灰体黑度克希霍夫定律：，A为灰体吸收率黑体单色辐射能力；最大单色辐射能力的波长与温度关系3物体体间的辐辐射传热热，典型型情况下下的面积积A和物物体1对对物体22的辐射射角系数数查表4.4.11第五章质质量传递递环境工程程中常见见的传质质过程有有：吸收收、萃取取、吸附附、离子子交换、膜膜分离。传质过程程可分为为分子传传质与对对流传质质：分子传质对流传质机理：分子扩散 扩散通量：浓度分布 机理：涡流扩散、分子扩散单向扩散：等分子反向扩散：有化学反应的扩散：、等分子双向扩散： 单向扩散：扩散

12、通量：单向扩散传质系数等分子双向扩散传质系数思考题补补充第二章 质量量衡算与与能量衡衡算1一罐罐挥发性性化学物物质（苯苯）被倒倒在一个个小池塘塘里，现现要求计计算出流流出池塘塘的小溪溪水中苯苯的浓度度，列出出所需要要的数据据。（来源：Macckennziee L. Daaviss, SSusaan JJ. MMastten, Prrincciplles of Envviroonmeentaal EEngiineeerinng aand Sciiencce影印本本，清华华大学出出版社，220044.111，p1127 Disscusssioon QQuesstioon 33-2，无无改动）2一片

13、片在湖底底的石灰灰石（碳碳酸钙）缓缓慢溶解解，为了了计算物物料平衡衡，你可可以假设设：A）系统统处于平平衡状态态B）系系统处于于稳态C）上述述两种都都可以D）上上述两者者都不行行（来源：Macckennziee L. Daaviss, SSusaan JJ. MMastten, Prrincciplles of Envviroonmeentaal EEngiineeerinng aand Sciiencce影印本本，清华华大学出出版社，220044.111，p1127 Disscusssioon QQuesstioon 33-1，无无改动）3 写写出一个个污水处处理厂污污水处理理过程的的质量衡

14、衡算关系系（包括括污水和和污泥系系统）。4描述述自来水水在壶中中被烧开开过程中中与外界界的能量量交换。第三章 流体体流动第一节1 管流系统统的质量量衡算方方程如何何表示？对不可可压缩流流体的稳稳态过程程可如何何简化？有何物物理意义义?2 流体携带带哪些能能量？3 能否用平平均流速速表示平平均动能能？4 什么是流流体的流流动功？第二节1 什么是雷雷诺数？不同流流场，其其特征速速度及特特征尺寸寸是否相相同？其其临界值值是否相相同？2 什么是黏黏度？动动力黏度度与运动动黏度有有何不同同？3 泥浆、中中等含固固量的悬悬浮液属属于什么么流体？其流动动规律如如何描述述？怎样样改善其其流动性性？4、粘性性流

15、体在在静止时时有没有有剪应力力？理想想流体在在运动时时有没有有剪应力力？若流流体静止止时没有有剪应力力，那么么它们是是不是都都没有粘粘性？第三节1 实际流体体的流动动有什么么特征？2 边界层厚厚度对传传递过程程有何影影响？可可采取哪哪些措施施强化传传递过程程？3 圆直管内内边界层层的形成成和发展展有哪几几种情形形？4 什么是进进口段长长度？层层流、湍湍流进口口段长度度哪个长长？5 为什么网网球表面面粗糙？从运动动阻力方方面分析析。第四节1 阻力损失失可分为为几种？有哪些些影响因因素？2 流体湍流流流动时时，磨擦擦系数与什么么有关？若其完完全湍流流，则又与什什么有关关？3 什么是局局部阻力力？它

16、对对流体流流动有什什么影响响？其计计算方法法有哪两两种？4 将一管路路上的闸闸门关小小，则管管内流量量、局部部阻力、沿沿程阻力力及总阻阻力将如如何变化化？第五节1 环境工程程中的管管路计算算问题可可分为哪哪几类？2 简单管路路、复杂杂管路如如何区分分？3 流体以层层流状态态流过两两并联管管段，两两管管长长、内径径比均为为1：2，则则其体积积流量比比为多少少？第六节1 有哪些流流体测量量的仪器器？2 哪些流量量计属于于变压头头流量计计？解释释其工作作原理。3 哪些流量量计属于于变截面面流量计计？解释释其工作作原理。4 在一管路路中，当当孔板流流量计的的孔径和和文丘里里流量计计的喉径径相同时时，相

17、同同流动条条件下，比比较两流流量计流流量系数数的大小小。5 简述转子子流量计计的工作作原理。第四章 热量量传递1空气气在钢管管内流动动，管外外用水蒸蒸气冷凝凝，钢管管的壁温温接近空空气温度度还是水水蒸气温温度？设设管壁清清洁，没没有污垢垢。（来源：何潮洪洪，窦梅梅等编，化化工原理理习题精精解（上上册），科科学出版版社，220033，p1159例例4-118）2如果果你赤脚脚走在地地板上，在在室内温温度相同同情况下下，砖地地板比木木地板感感觉更冷冷，解释释原因。（来源：Macckennziee L. Daaviss, SSusaan JJ. MMastten, Prrincciplles of

18、Envviroonmeentaal EEngiineeerinng aand Sciiencce影印本本，清华华大学出出版社，220044.111，p1127 Disscusssioon QQuesstioon 33-5，无无改动）3在计计算热传传导非相相变一侧侧流体吸吸收/放放出的热热量、换换热器间间壁两侧侧的流体体主体换换热以及及换热器器的热量量衡算时时，所指指的传热热推动力力（温差差）各是是什么？（来源：杨国泰泰等编，化化学工程程基础学学习指导导，化学学工业出出版社，2003，参考p39内容）4两个个温度相相同、不不互相接接触的物物体之间间是否存存在热辐辐射？是是否存在在热量传传递？5在

19、全全球变暖暖问题中中，极地地冰盖的的融化被被认为会会加速地地球变暖暖，从热热辐射角角度解释释这一问问题。比比较流动动、传热热、边界界层的异异同。第五章 质量量传递第一节1 什么是传传质？举举例环境境工程中中的传质质过程。2 引起传质质的推动动力有哪哪些？3 什么是吸吸收？在在环境工工程中有有何应用用？4 吸附与吸吸收有何何异同点点？5 什么是膜膜分离？目前有有哪些膜膜分离技技术。第二节1 费克定律律有哪几几种表达达形式？有何异异同点？2 什么是分分子扩散散系数？其物理理意义是是什么？3 比较物质质在气体体、液体体、固体体中分子子扩散系系数的大大小。4 简述涡流流扩散系系数的物物理意义义及影响响

20、因素。第三节1 什么是单单向扩散散和等分分子反向扩散散？2 单向扩散散、等分分子反向向扩散物物质的浓浓度分布布如何？3 组分A通通过静止止组分BB进行稳稳态扩散散过程中中，分析析组分BB存在浓浓度梯度度但通量量为零的的原因。4 分析化学学反应堆堆分子传传质过程程的影响响。在什什么条件件下分子子传质的的速率由由化学反反应控制制？什么么条件下下则由扩扩散控制制? 5 对于双组组分混合合气体，两两种组分分各自的的扩散通通量有何何联系？第四节1 什么是对对流传质质？它与与分子传传质有什什么不同同？2 简述施密密特数的的物理意意义。3 湍流边界界层可分分为哪几几个区？各区的的传质过过程有何何不同？4 传

21、质进口口段长度度如何确确定？分分析其与与流动进进口段长长度的关关系。5 对流传质质速率方方程可有有哪些表表达形式式？各传传质分系系数间有有何联系系？习题补充充第二章质质量衡算算与能量量衡算1计计算体积积混合比比为295pppb时N2O的质量浓度度。空气压压力为一一个大气气压，温温度25。解：2995pppb为空空气中NN2O的体积分分数。NN2O分子的的摩尔质质量为444g/moll。由理想气气体状态态方程可可得（来源：20006环境境化学作作业习题题一，张张彭义老老师；数数据有改改动）2市市售硫酸酸浓度一一般为993%（质质量分数数），求求硫酸的的质量浓浓度和物物质的量量浓度。已已知1000

22、%硫硫酸密度度为1.8399g/ccm3，设溶溶液温度度为144。（不考考虑硫酸酸和水混混合后体体积的变变化）解：144时水的的密度为为9999.1kkg/mm3，即9999.11g/LL；硫酸酸（H22SO4）的摩摩尔质量量为988g/mmol。质量浓浓度 物质质的量浓浓度（来源：Macckennziee L. Daaviss, SSusaan JJ. MMastten, Prrincciplles of Envviroonmeentaal EEngiineeerinng aand Sciiencce影印本本，清华华大学出出版社，220044.111，p666 EExammplee 2-18

23、，数数据有改改动）3一一个混合合良好的的池塘每每天接收收污水4430mm3，污水水中含有有机污染染物1880mgg/L。池池塘水面面面积111万mm2，水深深1m。有有机污染染物生物物降解反反应速率率常数为为0.665d-1，假假设忽略略蒸发、渗渗漏、降降雨，求求稳态时时池塘中中有机污污染物浓浓度。解：以池池塘为衡衡算系统统，以有有机污染染物为衡衡算对象象。由衡算关关系得：稳态时（池池塘混合合良好） 解得得（来源：Macckennziee L. Daaviss, SSusaan JJ. MMastten, Prrincciplles of Envviroonmeentaal EEngiinee

24、erinng aand Sciiencce影印本本，清华华大学出出版社，220044.111，p1100 Exaamplle 33-6，数数据和解解答过程程有改动动）4某某反应池池表面积积10万万m2，平均均深度11m；含污污染物浓浓度为1100mmg/LL的污水水以86640mm3/d的的速度流流入该池池。稳态态情况下下，该池池出水污污染物浓浓度不能能超过220mgg/L。设设池中混混合状态态良好，且且不考虑虑水量变变化，则则降解反反应速率率至少要要是多少少？若改改为串联联使用两两个同样样深度、表表面积为为5万m2的反应应池，则则降解反反应速率率要求是是更高、更更低还是是不变？解：1）单单一

25、反应应池由于池中中混合状状态良好好，由质质量衡算算：整理得2）两反反应池串串联时，降降解反应应速率要要求变低低（来源：Macckennziee L. Daaviss, SSusaan JJ. MMastten, Prrincciplles of Envviroonmeentaal EEngiineeerinng aand Sciiencce影印本本，清华华大学出出版社，220044.111，p1125 Proobleems 3-117，33-188，数据据无改动动）5一一根雨水水管道含含NaCCl浓度度为12250mmg/LL，汇入入一条小小溪，流流速为220000L/mmin；该小溪溪原Na

26、aCl浓浓度为118mgg/L，流流速为22.0mm3/s。设设雨水管管水流和和溪水完完全混合合，NaaCl没没有发生生转化，系系统处于于稳态。求求汇合点点后溪水水中NaaCl浓浓度。解：2.0m33/s12000000L/mmin由质量衡衡算得（来源：Macckennziee L. Daaviss, SSusaan JJ. MMastten, Prrincciplles of Envviroonmeentaal EEngiineeerinng aand Sciiencce影印本本，清华华大学出出版社，220044.111，p998 EExammplee3-55，数据据有改动动）6一一圆筒形形

27、储槽，横横截面积积为0.4m22，槽内内充满水水，水的的深度为为1.88m。进进水管水水流流量量为0.32kkg/ss；出水水管中水水的流出出速率qqm2(kkg/ss)与水水位z(m) 的关关系为。若若同时打打开进水水管和出出水管，储储槽中的的水能否否放干？若能，求求出所需需的时间间；若不不能，求求储槽中中水位变变化趋势势。若关关闭进水水管，情情况又如如何？储储槽的水水位何时时达到00.3mm？解：（11）由非非稳态系系统的质质量衡算算可得：，其中qqm1 = 0.32kkg/ss；代入得：令可得zz = 1.778m，即即槽中水水位下降降至1.78mm后达到到稳定状状态，水水位保持持不变。

28、（2）若若关闭进进水管，qm1 = 0，理论论上储槽槽的水位位会趋向向于零，对对该式分分离变量量积分求求水位达达0.33m所需需时间：（来源：沙庆云云主编，传传递原理理，大连连理工大大学出版版社，pp16 例2-2，参参考原题题有较大大改动）7每每小时有有5000kg温温度为660的饱和和水蒸气气通入冷冷凝器，冷冷凝器顶顶部有220的冷却却水喷入入，水蒸蒸气与冷冷却水直直接接触触后冷凝凝下来与与冷却水水混合从从冷凝器器底部排排出，温温度288。冷凝凝器顶部部用真空空泵每小小时抽出出5kg的25的饱和和水蒸气气，求每每小时冷冷却水的的用量（不不计热损损失）。解：设冷冷却水用用量为xxkg/h，排

29、排出冷却却水 yykg/h，各各温度下下液态水水及水蒸蒸气的焓焓值查表表质量衡算算热量衡算算，即，代代入得联立、解得（林爱光光，化化学工程程基础学学习指引引和习题题解答，清清华大学学出版社社，20003，pp66，22-1）8某食食品公司司用1000的沸水水对雪梨梨进行去去皮以便便装罐，排排出的废废水中含含高浓度度有机物物，因此此在排放放前需要要进行生生化处理理。400m3的水被被排入座座20的钢筋混混凝土水水池。设设废水与与环境无无热交换换。钢筋筋混凝土土水池质质量4220000kg，比比热。则则水池与与废水的的平衡温温度是多多少？解：废水水的密度度近似为为10000kgg/m3水的焓变变水

30、池的焓焓变达到平衡衡时，联联立解得得T=3558K，即855。（来源：Macckennziee L. Daaviss, SSusaan JJ. MMastten, Prrincciplles of Envviroonmeentaal EEngiineeerinng aand Sciiencce影印本本，清华华大学出出版社，220044.111，p1115 Exaamplle 33-122，无改改动）第三章 流体体流动1某某废液流流经由内内径分别别为655mm、50mmm的圆圆管组成成的串联联管路，流流量为11.5LL/s，试试计算废废液在大大管和小小管中的的流速？解：串联联管路，两两管的流流量

31、相等等，即 大管流流速 小管流流速2密密度为110000kg/m3、黏度度为的污污水流过过一内径径为7mmm的排水圆圆管，流流速为00.2mm/s。保保持流量量不变，当当管径增增大一倍倍时，计计算流速速并判断断流态。解：由连连续性方方程 可得 为层流流状态。3220的水流流过内径径为277mm的的圆管，试试问流量量需多大大时，才才能达到到稳定湍湍流？已已知200的水密密度，黏黏度。解：圆管管内流动动，当RRe40000时时，为湍湍流。 由 可可得4从从水塔管管道输送送水，水水塔水面面距出水水管口的的垂直距距离为110m，管管道全长长5000m，管管件的局局部阻力力可近似似等于管管道全长长的一半

32、半，摩擦擦系数为为0.003，水水温为220，输水水量为110m3/h，求求水管的的最小直直径。解：取水水塔水面面为11截面面，水管管出水口口为22截面面，基准准水平面面通过出出水管的的水平中中心线，在在两截面面间列伯伯努利方方程 已知 上式可可化简为为吴岱岱明编，化工工原理及及化学学反应工工程公公式、例例题、测测验，北北京 ：轻工业业出版社社, 119877年，331页5通通过测速速管测得得某圆形形管道中中的水流流速分布布为，其其中为管管中心流流速，为为管半径径25mmm。（11）请写写出剪应应力的表表达式。（22）已知知水的粘粘度为110-33Pas，当当测得管管中心流流速为00.166m

33、/ss时，管管壁处的的剪应力力为多少少？解：（11）由剪剪应力定定义及流流速分布布可得 （22）管壁壁处剪应应力6某某废液流流入直径径为400mm的的管道，流流量为00.1LL/s。计计算该流流动的进进口段长长度，并并求距管管口5m处的的边界层层厚度。已已知废液液的密度度，黏度度解：流速速，则流动动状态为为层流。 进口口段长度度 距管管口5mm处的边边界层厚厚度即为为管的半半径，即即7某某流体以以0.66m/ss的流速速沿一平平壁流动动，已知知该流体体的密度度为1.2kgg/L，黏黏度为110-33Pas，试试分别计计算距平平壁前缘缘0.55m、2m处流流体的雷雷诺数及及边界层层厚度。解：距前

34、前缘0.5m处处： 流动状状态为层层流流动动边界层厚厚度 距前缘缘2m处： 流动状状态为湍湍流流动动 边界界层厚度度8密密度为11.3kkg/LL、黏度度为100-3Pas的污污水流过过内径为为20mmm的圆圆管，流流量为44kg/ss时，求求污水在在管中的的流速分分布。解： 为湍流流状态，且且，因此此有 流速分分布，式式中r的的单位为为mm。9黏黏度为8810-33Pas、密密度为8850kkg/mm3的液体体在内径径为144mm的的钢管内内以1mm/s的的流速流流动，（11）判断断流体的的流动状状态。（22）求截截面上局局部流速速等于平平均流速速的位置置到管轴轴线的距距离。（33）若该该管

35、路为为水平管管，上游游压力为为1.445105Pa，流流体要流流经多长长的管段段才能使使压力降降为1.25105Pa。解：（11），为为层流流流动。 （22）层流流流动时时，流速速分布为为，且 当时时，可得得 （33）因为为是水平平等径管管，所以以两截面面上的静静压差等等于阻力力压差，且且层流有有，所以以匡国国柱主编编，化工工原理学学习指导导，大连连：大连连理工大大学出版版社，220022年，119页10用用一内径径26mmm、长长30mm的不锈锈钢管输输送密度度为1.84103kg/mm3、黏度度为2.510-22Pas的浓浓硫酸，当当管内流流速分别别为0.5m/s和22.3mm/s时时，分

36、别别计算管管道所产产生的压压强降。已已知不锈锈钢管道道的粗糙糙度=0.33mm。解：管路路中的压压降当时：，流动状状态为层层流 摩擦擦系数压降 当时：，流动状状态为湍湍流 由由和Ree查图得得 压压降杨国国泰、杨杨继红等等编，化化学工程程基础学学习指导导，北京京：化学学工业出出版社，220033，266页 （改造造）11有有一内径径为d11的排污污管，为为了增加加排污量量，紧靠靠该管并并联一内内径为dd2的管道道，已知知两管中中的流速速分别为为u1和u2，流量量分别为为qv11和qv2，且均均为层流流流动，分分别求uu1/u2、qv11/qv2与dd1/d2的关系系。若dd1=1m,要要增加的

37、的50%的排污污量，计计算d22。解：并联联管路阻阻力相等等，即 因为，且且，则化化简上式式可得，即即 因为，所所以 当时，吴岱岱明编，化工工原理及及化学学反应工工程公公式、例例题、测测验，北北京 ：轻工业业出版社社, 119877年，332页12空空气流过过管道，在在管路上上装一文文丘里流流量计，以以U形管管水压差差测量压压力差。若若喉管的的直径为为5000mm，空气最最大流量量可达33.6kkg/ss，问压压差计需需多大的的量程？已知该该状态下下空气密密度为11.2005kgg/m3，水的的密度为为9988kg/m3，文丘丘里流量量计的流流量系数数为0.99。解：体积积流量 截面面面积 由

38、文丘丘里流量量计流量量公式可可得 因此UU形管压压差计量量程至少少需144.1mmm。13某某转子流流量计，出出厂时用用标况空空气进行行标定，其其刻度范范围为220550m33/h。常常温、常常压下，若若用该流流量计测测定COO2流量，其其流量范范围是多多少？若若希望能能测定550m3/h 的COO2，则应应对转子子做怎样样的简单单加工？解：标况况下空气气密度测量条件件下，CCO2密度由于转子子密度远远大于测测量气体体密度，因因此可得得则测定CCO2时的下下限为，同同理求得得其上限限为，所所以测量量范围为为。根据，要要使COO2的测量量上限提提高，需需将转子子顶端面面积削小小，增大大环隙面面积

39、，设设在加工工前后不不变，则则，即削小小转子上上边缘，使使其上端端面积减减小到保保证环隙隙面积为为原来的的1.118倍。柴城城敬等编编，化工工原理课课程学习习指导，天天津：天天津大学学出版社社，20003年年，311页（改改造）第四章 热量量传递1有有一球形形容器，内内外壁半半径和温温度分别别为r1、T1和r2、T2，器壁壁材料的的导热系系数，试试推导球球形壁内内稳态传传热速率率Q的计算算公式。解：稳态态一维热热传导，Q不随半径变化，由傅立叶定律：整理得，进进行积分分令，则（来源：何潮洪洪，窦梅梅等编，化化工原理理习题精精解（上上册），科科学出版版社，220033，p1143例例4-44，无改

40、改动）2某某燃烧炉炉的平壁壁有耐火火砖、绝绝热砖和和建筑砖砖三种材材料砌成成，各层层材料的的厚度和和导热系系数依次次为b1=2000mm，；b2=2500mm，；b3=2000mm，。已知知耐火砖砖内侧温温度为9900，绝热热砖和建建筑砖接接触面上上的温度度为2880。求：（1）各各种材料料以单位位面积计计的热阻阻；（22）燃烧烧炉热通通量及导导热总温温差；（33）燃烧烧炉平壁壁中各材材料层的的温差分分布。解：（11）各种种材料的的热阻：耐火砖：绝热砖：建筑砖：（2）稳稳态条件件下通过过各材料料层的热热通量相相等热通量导热总温温差（3）热阻大的的材料层层温差推推动力也也大（来源：何潮洪洪，窦梅

41、梅等编，化化工原理理习题精精解（上上册），科科学出版版社，220033，p1140例例4-11，无改改动）3有有一过热热蒸气输输送管，管管外径dd0=3200mm，壁壁温Tw0=5100，外包包两层保保温层，内内层为粉粉煤灰无无熟料泡泡沫混凝凝土，其其；外层层为石棉棉硅藻土土，其。若若每米长长的管子子热损失失为13395.6W/m，最最外层壁壁温为550。试求求两层保保温层交交界处的的壁温和和外层厚厚度。解：（11）通过过多层圆圆筒壁的的传热有有解得两层层保温层层交界处处Tw1=2155（2）保保温层外外层平均均温度由 解得得r2=0.2209mm外层壁壁厚（来源：林爱光光，化化学工程程基础学

42、学习指引引和习题题解答，清清华大学学出版社社，20003，pp69，22-5）4在在57mmm3mmm的蒸气气管（管管材的）的的外壁包包1层25mmm、导热系系数的石石棉层。蒸蒸气管的的内壁温温度为1175，石棉棉层外表表面温度度为500。试求求每米蒸蒸气管单单位时间间所损失失的热量量。欲在在石棉层层外再加加一层导导热系数数的氧化化镁保温温材料，使使热损失失为原先先的一半半，设总总温度差差保持不不变，试试问此保保温材料料应该为为多厚？解：每米米蒸气管管单位时时间损失失的热量量为总温差不不变，热热损失减减半，即即热阻加加倍即（来源：林爱光光，化化学工程程基础学学习指引引和习题题解答，清清华大学学

43、出版社社，20003，pp71，22-7）5.单管管程列管管式热交交换器，由由60根根23mmm1.55mm的的钢管组组成。水水在管内内的流速速为1mm/s，冷冷水进、出出口温度度各为220和46，管长长2米。求：（1）管壁壁对水的的对流传传热系数数（2）管内内壁温度度（3）若将将总管数数改为550根，管管长增加加到2mm以上，但但保持冷冷却水量量不变，求求此时的的对流传热热系数，并与原来相比较。（按薄壁管计算）解：（11）定性性温度，特征征长度查表得333时流体被加加热，取取f = 0.44（2）由由热量衡衡算管内壁壁温度为为（注：如如采用对对数平均均温度计计算，得得93.3）（3）改改变钢管管根数，冷冷却水量量不变，则则 管管长2mm以上，则则仍为长长管则（来源：林爱光光，化化学工程程基础学学习指引引和习题题解答，清清华大学学出版社社，20003，pp73，22-122）600.2MMPa的的饱和水水蒸气在在一列管管式换热热器的管管间冷凝凝以预热热水，水水在25mmm2.55mm的的钢管内内以0.6m/s的速速度流过过，进口口温度为为20，至出出口加热热到800。取水