题目

2-4用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，流量为45m3/h，槽内水位维持恒定，泵入口与贮槽水面的垂直距离为1.5cm，水洗塔顶水管出口与贮槽水面的垂直距离为14cm。管路尺寸均为φ75mm×2.5mm。在操作条件下，泵入口真空表读数为25kPa，塔顶水管出口压力表读数为98kPa。水流经吸入管和排出管的能量损失分别为2u2和10u2，试求泵的有效功率【解题思路】_(g)=-|||-95kPa-|||-2-|||-pvm= 14m-|||-25kPa-|||-1-|||-1.5mqv= 45/3600 = 0.0125m3/s_(g)=-|||-95kPa-|||-2-|||-pvm= 14m-|||-25kPa-|||-1-|||-1.5m（1）在面0和1间作能量衡算：_(g)=-|||-95kPa-|||-2-|||-pvm= 14m-|||-25kPa-|||-1-|||-1.5m=115.7kPa（2）在面0和2间作能量衡算：_(g)=-|||-95kPa-|||-2-|||-pvm= 14m-|||-25kPa-|||-1-|||-1.5m= 34.9m=________________________(4.28kW)3-5滚式破碎机滚筒的直径为1m，长度为0.5m，两辊间的开度经调节为13mm。将其用于某物料的破碎，已知摩擦角为15º，问加料颗粒的最大容许直径为多少？粉碎度多大？【解题思路】设原料颗粒直径为d1，辊直径为D=1m，辊的开度为s=13mm，摩擦角15º，则钳角=15×2=30º由公式可得，d1≤49mm。破碎度x=_(g)=-|||-95kPa-|||-2-|||-pvm= 14m-|||-25kPa-|||-1-|||-1.5m=3.84-6用压滤机过滤葡萄糖溶液，加入少量硅藻土做助滤剂，在过滤表压力100kPa下，头1小时得过滤液量5m3，试问：（1）若压力维持不变，在第2小时内得滤液多少？假设硅藻土是不可压缩的，且忽略介质阻力不计。（2）若在第2小时内得滤液亦为5m3，应该用多大的恒定压力？【解题思路】根据题意可知，满足恒压过滤，根据方程V2+2VeV=2kP1-sA2t，忽略介质阻力，滤饼比阻后，方程变形为V2=2kPA2t，已知t1= 1h,V1= 5m3,p1= 100kPa,s=0代入式中，52=(2k A2)×200×1，得2kA2=0.125V22=2kPA2t=0.125×200×2，得V2=7.07m3，第二小时内可得滤液V=7.07-5=2.07 m3102=2kP′A2t=0.125×P′×2，的P′=400kPa,，过滤表压力为400kPa，或者300kPa（表压）5-16用套管换热器将果汁由80℃冷却到20℃，果汁比热容为,3187J(kg·K),流量为150kg/h。冷却水与果汁呈逆流进入换热器，进口和出口温度分别为6℃和16℃，若总传热系数为350W/(m2·K)，计算换热面积和冷却水流量。【解题思路】同例题5-9,直接利用换热基本方程来计算。Φ=qmhcph（Th1-Th2）=150×3187×（80-20）=2.87×107（J/h）=7972 (W)qmc=Φ/ cph（Tc1-Tc2）=2.87×107/4186×(16-6)=685.62（kg/h）逆流时：Th80°C→20°CTc16°C←6°C△T 64°C 14°C△Tm==32.9 °CA==0.692m26-7.用单效蒸发器将果汁由固形物质量分数0.10浓缩到0.45。进料温度为51.7℃，进料液流量为2500kg/h。蒸发温度为54.4℃，溶液的沸点升高为2.32K，比热容为2.68kJ/(kg•K)。加热蒸汽温度为121℃。蒸发器的总传热系数为2.84kW/(m2·K)。求蒸发器的换热面积和加热蒸汽经济性。【解题思路】V=F(1-wf/wp)=2500/3600×(1-0.10/0.45)=0.54kg/s (1944.44 kg/h)因料液沸点升高，T1=54.4+2.32+1=57.72℃，TV=54.4℃,rv=2367.6kJ/kg，Ts=121℃，rS=2202.2kJ/kgS=[Vrv+Fcpf(Ti-TF) ]/rs=[0.54×2367.6 + 2500/3600×2.68×(57.72-51.7)]/2202.2=0.58kg/s(1)蒸发器的换热面积A=Srs/[K(TS-T1)]= [Vrv+Fcpf(Ti-TF) ]/ [K(TS-T1)]=0.58×2202.2/2.84×(121-57.72)]=7.10m2;(2) e=V/S=0.54/0.58=0.937-4.制冰厂每日24h连续生产由25℃的水制成的0℃冰10t。所用的氨压缩制冷机的冷凝温度为40℃，过冷溫度为33℃，蒸发溫度为-7℃。由于蒸发器与压缩机间管线中的冷量损失，压缩机进气温度为0℃，即过热7℃。设压缩机的效率为0.55。试问：（1）理论制冷因数为何值；（2）实际功率消耗和实际制冷因数多大。【解题思路】由制冷剂的压晗图(lgP-办)查表得制冷剂的状态点h1，h1′，h2′，h4′，h5′，v0参数，h1=1750 kJ/kg，h1′=1780 kJ/kg，h2′=1980 kJ/kg，h4′=650 kJ/kg，h5′=650 kJ/kg由题意求出制冷机的制冷量Φ0，由于过热为无效过热，由查得的制冷剂的状态点h1和h5′，的比焓，求出单位质量制冷量Qm，Φ0==50.9Qm=h1-h5′=1100由査得的制冷剂的状态点的h2′和h1′的比焓，求得单位理论功Wt，Wt=h2′-h1′=200由求得的制冷机的制冷量Φ0及制冷剂的单位质量制冷量Qm，可由qm=公式求得制冷剂的循环量qm，qm==0.0462求得制冷剂的循环量qm和单位理论功Wt，由Pt =qmWt公式求得压缩机的理论功率Pt。Pt=qm·wt= qm·（h′2-h′1）=9.24由求得的理论功率Pt和压缩机的效率η，由P=Pt/η公式求得实际功率P。P= Pt/η=16.8由求得的单位质量制冷量Qm和单位理论功Wt，由公式εt=Qm/Wt求得理论制冷因数εt= Qm/wt==5.5由求得的制冷机的制冷量Φ0和实际功率消耗P，由公式ε=Φ0/P求得实际制冷因数ε。==3.0298-5在常压下干燥装置中用热空气干燥某种热敏性食品，空气的初始温度为15℃，比晗33.5kJ/kgd的新鲜空气在加热室中升温至90℃后送入干燥器，离开干燥器的温度为50℃，干燥器的热损失为11.52MJ/h。每小时处理280kg湿物料，湿物料干基含水量为0.15，进料温度为15℃，干物料产品干基含水量为0.01，出料温度为40℃，产品物料比热容1.16kJ/kg·K。试求（1）干燥产品质量流量；（2）水分蒸发量；（3）新鲜空气耗量。【解题思路】已知条件：T0=15℃，h0=33.5kJ/kgd，T1=90℃，T2=50℃，m1=280x1=0.15x2=0.01，θ1=15℃，θ2=40℃，Cp=1.16 kJ/kg·Kw1==0.13w2===0.01W=m1=280×=34kg/hm2= 280-34=246kg/hh0=1.01T0+(2500+1.88T0)H0T0=15℃ h0=33.5 kJ/kgdH0=0.007H0=H1=0.007h1=1.01T1+(2500+1.88T1)H1h1=109.6 kJ/kgdqL==338.82 kJ/kgWqs==209.82 kJ/kgWn=cwθ1-qs-qL=-486==n=-486由操作线方程得：h2=h1+n（H2-H1）（1）由湿空气的比晗公式得到：h2=1.01T2+(2500+1.88T2)H2（2）联立（1）（2）得H2=0.024L===2103KJd/hL′=L(1+H0)=2000(1+0.007)=2.01103kg/h

2-4

用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，流量为45m3/h，槽内水位维持恒定，泵入口与贮槽水面的垂直距离为1.5cm，水洗塔顶水管出口与贮槽水面的垂直距离为14cm。管路尺寸均为φ75mm×2.5mm。在操作条件下，泵入口真空表读数为25kPa，塔顶水管出口压力表读数为98kPa。水流经吸入管和排出管的能量损失分别为2u2和10u2，试求泵的有效功率

【解题思路】

qv= 45/3600 = 0.0125m3/s

（1）在面0和1间作能量衡算：

=115.7kPa

（2）在面0和2间作能量衡算：

= 34.9m

=________________________(4.28kW)

3-5滚式破碎机滚筒的直径为1m，长度为0.5m，两辊间的开度经调节为13mm。将其用于某物料的破碎，已知摩擦角为15º，问加料颗粒的最大容许直径为多少？粉碎度多大？

【解题思路】

设原料颗粒直径为d1，辊直径为D=1m，辊的开度为s=13mm，摩擦角15º，则钳角=15×2=30º

由公式可得，d1≤49mm。

破碎度x==3.8

4-6用压滤机过滤葡萄糖溶液，加入少量硅藻土做助滤剂，在过滤表压力100kPa下，头1小时得过滤液量5m3，试问：

（1）若压力维持不变，在第2小时内得滤液多少？假设硅藻土是不可压缩的，且忽略介质阻力不计。

（2）若在第2小时内得滤液亦为5m3，应该用多大的恒定压力？

【解题思路】

根据题意可知，满足恒压过滤，根据方程V2+2VeV=2kP1-sA2t，忽略介质阻力，滤饼比阻后，方程变形为V2=2kPA2t，已知t1= 1h,V1= 5m3,p1= 100kPa,s=0

代入式中，52=(2k A2)×200×1，得2kA2=0.125

V22=2kPA2t=0.125×200×2，得V2=7.07m3，第二小时内可得滤液V=7.07-5=2.07 m3

102=2kP′A2t=0.125×P′×2，的P′=400kPa,，过滤表压力为400kPa，或者300kPa（表压）

5-16用套管换热器将果汁由80℃冷却到20℃，果汁比热容为,3187J(kg·K),流量为150kg/h。冷却水与果汁呈逆流进入换热器，进口和出口温度分别为6℃和16℃，若总传热系数为350W/(m2·K)，计算换热面积和冷却水流量。

【解题思路】

同例题5-9,直接利用换热基本方程来计算。

Φ=qmhcph（Th1-Th2）=150×3187×（80-20）=2.87×107（J/h）=7972 (W)

qmc=Φ/ cph（Tc1-Tc2）=2.87×107/4186×(16-6)=685.62（kg/h）

逆流时：

Th80°C→20°C

Tc16°C←6°C

△T 64°C 14°C

△Tm==32.9 °C

A==0.692m2

6-7.用单效蒸发器将果汁由固形物质量分数0.10浓缩到0.45。进料温度为51.7℃，进料液流量为2500kg/h。蒸发温度为54.4℃，溶液的沸点升高为2.32K，比热容为2.68kJ/(kg•K)。加热蒸汽温度为121℃。蒸发器的总传热系数为2.84kW/(m2·K)。求蒸发器的换热面积和加热蒸汽经济性。

【解题思路】

V=F(1-wf/wp)=2500/3600×(1-0.10/0.45)=0.54kg/s (1944.44 kg/h)

因料液沸点升高，T1=54.4+2.32+1=57.72℃，

TV=54.4℃,rv=2367.6kJ/kg，Ts=121℃，rS=2202.2kJ/kg

S=[Vrv+Fcpf(Ti-TF) ]/rs=

[0.54×2367.6 + 2500/3600×2.68×(57.72-51.7)]/2202.2=0.58kg/s

(1)蒸发器的换热面积

A=Srs/[K(TS-T1)]= [Vrv+Fcpf(Ti-TF) ]/ [K(TS-T1)]

=0.58×2202.2/2.84×(121-57.72)]=7.10m2;

(2) e=V/S=0.54/0.58=0.93

7-4.制冰厂每日24h连续生产由25℃的水制成的0℃冰10t。所用的氨压缩制冷机的冷凝温度为40℃，过冷溫度为33℃，蒸发溫度为-7℃。由于蒸发器与压缩机间管线中的冷量损失，压缩机进气温度为0℃，即过热7℃。设压缩机的效率为0.55。试问：（1）理论制冷因数为何值；（2）实际功率消耗和实际制冷因数多大。

【解题思路】

由制冷剂的压晗图(lgP-办)查表得制冷剂的状态点h1，h1′，h2′，h4′，h5′，v0参数，

h1=1750 kJ/kg，h1′=1780 kJ/kg，h2′=1980 kJ/kg，h4′=650 kJ/kg，h5′=650 kJ/kg

由题意求出制冷机的制冷量Φ0，由于过热为无效过热，由查得的制冷剂的状态点h1和h5′，的比焓，求出单位质量制冷量Qm，

Φ0==50.9

Qm=h1-h5′=1100

由査得的制冷剂的状态点的h2′和h1′的比焓，求得单位理论功Wt，

Wt=h2′-h1′=200

由求得的制冷机的制冷量Φ0及制冷剂的单位质量制冷量Qm，可由qm=公式求得制冷剂的循环量qm，

qm==0.0462

求得制冷剂的循环量qm和单位理论功Wt，由Pt =qmWt公式求得压缩机的理论功率Pt。

Pt=qm·wt= qm·（h′2-h′1）=9.24

由求得的理论功率Pt和压缩机的效率η，由P=Pt/η公式求得实际功率P。

P= Pt/η=16.8

由求得的单位质量制冷量Qm和单位理论功Wt，由公式εt=Qm/Wt求得理论制冷因数εt

= Qm/wt==5.5

由求得的制冷机的制冷量Φ0和实际功率消耗P，由公式ε=Φ0/P求得实际制冷因数ε。

==3.029

8-5在常压下干燥装置中用热空气干燥某种热敏性食品，空气的初始温度为15℃，比晗33.5kJ/kgd的新鲜空气在加热室中升温至90℃后送入干燥器，离开干燥器的温度为50℃，干燥器的热损失为11.52MJ/h。每小时处理280kg湿物料，湿物料干基含水量为0.15，进料温度为15℃，干物料产品干基含水量为0.01，出料温度为40℃，产品物料比热容1.16kJ/kg·K。试求（1）干燥产品质量流量；（2）水分蒸发量；（3）新鲜空气耗量。

【解题思路】

已知条件：T0=15℃，h0=33.5kJ/kgd，T1=90℃，T2=50℃，m1=280x1=0.15

x2=0.01，θ1=15℃，θ2=40℃，Cp=1.16 kJ/kg·K

w1==0.13w2===0.01

W=m1=280×=34kg/h

m2= 280-34=246kg/h

h0=1.01T0+(2500+1.88T0)H0T0=15℃ h0=33.5 kJ/kgd

H0=0.007

H0=H1=0.007

h1=1.01T1+(2500+1.88T1)H1

h1=109.6 kJ/kgd

qL==338.82 kJ/kgW

qs==209.82 kJ/kgW

n=cwθ1-qs-qL=-486

==n=-486

由操作线方程得：h2=h1+n（H2-H1）（1）

由湿空气的比晗公式得到：h2=1.01T2+(2500+1.88T2)H2（2）

联立（1）（2）

得H2=0.024

L===2103KJd/h

L′=L(1+H0)=2000(1+0.007)=2.01103kg/h

题目解答

答案

4.28×10 3 W