流体力学与传热复习提纲作业解答(第3 4章)

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1、第三章作业4.解：此题核心在于求出球形颗粒在水中的沉降速度。而求须知颗粒密度，直径为，流体密度及粘度，此题中公未知，故利用该颗粒在气体和水中重量比可解决，从而可求出。1）求球形颗粒密度：该颗粒在气体和水中的重量比，实质指净重力（重力－浮力）之比，即又查出时水的物性：∴,解之2）求颗粒在水中沉降速度：设颗粒在水中沉降在层流区：∴校核：<故3）颗粒在气体中沉降速度：5.解：1）常压下空气密度；2atm下空气密度设尘粒在常压空气中沉降速度为，2atm下空气中沉降速度为∵质量流量及设备尺寸不变又，∴而生产能力∴假设尘粒沉降在层流

2、区内进行：∴，校核：常压下，<压强增大一倍，<故由以上计算可看出空气压力增大密度也增大，则体积流量减小，在降尘室内停留时间增长，故沉降的最小粒径会减小。2）常压下空气密度，粘度∵质量流量与设备尺寸不变，∴，∴假设在层流区内沉降∴∴校核：190℃时，故由以上计算知，由于温度上升，空气密度减小、粘度上升，则体积流量增大，气体在设备内停留时间短，沉降最小尘粒增大。另外由1）计算中知由于一般颗粒密度不会超过，故只会在层流区域内沉降。6.解：在操作条件及设备尺寸均一定时，则确定了颗粒的最大沉降时间及颗粒的沉降速度，与该沉降速度对应

3、的颗粒直径就是所要求的最小尘粒直径。，又根据∴气体停留时间∴又，取等号；∴再求对应之；设在层流区域沉降，∴校核：<所以沉降的最小尘粒直径为。12．解：求由恒压过滤方程式：，可得：联解求得：，计算过滤时间和生产能力滤框容积∴由过滤方程式：解得：生产能力：（3）进行洗涤的时间及生产能力板框过滤机洗涤速率=∴于是，生产能力变化：∵，∴第四章作业15、在一套管式换热器，内管为φ180×10mm的钢管，用水冷却原油，采用逆流操作，水在内管中流动，冷却水的进口温度为15℃，出口温度为55℃，原油在环隙中流动，流量为500kg×h-1

4、，其平均比定压热容为3.35kJ×kg-1×℃-1，要求从90℃冷却至40℃，已知水侧的对流表面传热系数为1000W×m-2×℃-1，油侧的对流表面传热系数为299W×m-2×℃-1，（管壁热阻及垢阻忽略不计）。试求：（1）所需冷却水用量（水的比热取4.18kJ×kg-1×℃-1，忽略热损失）；（2）总传热系数；（3）套管换热器的有效传热长度；（4）若冷却水进口温度变为20℃，问此时会出现什么情况？解（1）´4.18´（55-15）=500´3.35´（90-40）=500kg/h(2)Ko=w/m2.k(3)℃℃℃℃℃

5、´103=224´0.18´L´29.7´L=6.17m(4)℃a若维持水的流量及其它的条件不变，则水的出口温度℃水的出口温度过高导致结垢。b若水的出口温度不变，则必须增加水的流率由kg/h此时换热器的管长也变化即需要换一个热交换器。16.在并流的换热器中，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℃，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，试求将此换热器的管长增至若干米后才能满足要求。设换热器的热损失可以忽略。解

6、：在原冷却器中对油（1）对水（2）并流时℃℃℃=在新的冷却塔中对油（3）对水（4）解上述方程得：=50℃=℃℃℃L’=1.85L=1.85m19.90℃的正丁醇在逆流换热器中被冷却到50℃。换热器的传热面积为6m²，总传热系数为230W×m-2×℃-1。若正丁醇的流量为1930kg×h-1，冷却介质为18℃的水，试求：(1)冷却水的出口温度；(2)冷却水的消耗量，以m³×h-1表示。解：(1)kg/h℃由70oC查表得正丁醇的cp=2.8kJ/kg.k由题可知：K0=230w/m2.kA0=6m2T1=90℃T2=50℃

7、t2℃t1=18℃´2.8´103´(90-50)=230´6´t2=37℃(2)=kg/h=2.721m3/h20.在逆流换热器中，用初温为20℃的水将1.25kg×s-1的液体（比定压热容为1.69kJ×kg-1×℃-1，密度为850kg×m-3）由80℃冷却到30℃。换热器的列管直径为Φ25×2.5mm，水走管内。水侧和液体侧的对流表面传热系数分别为0.85和1.70kW×m-2×℃-1，污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50℃，试求换热器的传热面积。解：水的出口温度取50℃℃Ko=w/m2.kw2=1.25k

8、g/s=1.69kJ/kg.k故：A0=m221.在列管式换热器中用冷水冷却油。水在直径为Φ19×2mm的列管内流动。已知管内水侧对流表面传热系数hi为3490W×m-2×℃-1,管外油侧的对流表面传热系数ho为258W×m-2×℃-1.换热器在使用一段时间后，管壁两侧都有污垢形成，水侧污垢热阻Rsi为0.00026