【例1-1（物料衡算）】

如圖所示，濃度為20%（質量百分數，下同）的KNO3水溶液以1000kg/hr流量送入蒸發器，在某溫度下蒸出一部分水而得到濃度為50%的KNO3水溶液，再送入結晶器冷卻析出含有4%水分的KNO3晶體并不斷取走。濃度為37.5%的KNO3飽和母液則返回蒸發器循環處理，該過程為連續穩定過程，試求：

1.結晶產品量P，水分蒸發量W；

2.循環母液量R，濃縮量S。

例題1-1圖A解：

1.衡算對象：總物料KNO3

衡算范圍：如圖所示的用一條封閉的虛線所包圍的部分

衡算基準：單位時間--每小時

列方程：凡是穿過封閉虛線進入的衡算范圍的物料為入；

凡是穿出封閉虛線排出的衡算范圍的物料為出；

總物料ΣMλ=ΣM出

則F=W+P

（1）

同理，對KNO3

0.2F=0×W+P（1-4%）

（2）

將（1）（2）代入數據后組成方程組

1000=W+P

0.2×1000=P（1-4%）

解這個方程組得：

P=208.3kg/hr

W=791.7kg/hr

2.衡算對象的基準不變，改變衡算范圍如圖1-2B所示。

總物料S=R+P

KNO3

0.5×S=0.375×R+P（1-4%）

將上兩式代入數據聯解得：

R=766.6kg/hr

S=947.9kg/hr

例題1-1圖B

【例1-2(熱量衡算)】在一熱交換器中用壓強為136kpa的飽和蒸汽加熱298k的空氣，空氣流量為1kg/s，蒸汽的流量為0.01kg/s，冷凝水在飽和溫度381K下排出。若取空氣的平均比熱為1.005kJ/kg·k，試計算空氣出口溫度（熱損失忽略不計）。

例題1-2圖解：過程如圖所示：

數量基準每秒鐘蒸汽、空氣的流量

溫度基準取進口空氣溫度298K，因而其焓為零，即H冷空氣=0

相態基準壓強為136kpa的飽和蒸汽，查得其焓H蒸汽.281K=2690KJ/kg，同時查得H冷凝水281K=452.9KJ/kg

衡算范圍封閉虛線所示范圍對此連續穩定過程ΣQ入=ΣQ出

其中：

ΣQ入=ΣQ蒸汽+ΣQ冷空氣=0.001×H蒸汽+1×H冷空氣

ΣQ出=ΣQ熱空氣+ΣQ冷凝水=1×1.005（T-298）+0.001×H冷空氣

T：熱空氣溫度

將數據代入解得T=320.3K【例1-3（單位換算）】已知,試將此壓強換算為SI單位。解：1公斤（力）等于1即1公斤（力）∴【例1-4（單位換算）】液體越過平頂堰上的液面高度可用以下經驗式計算：式中，how—堰上液面高度,in；qv—液體體積流量，gal/min；lw—堰長，in試求流量為0.05m3/s的液體越過長度為21m=39.37in,1m3=264.2gal代入經驗式，【例題2-1】假如苯和甲苯在混合時沒有體積效應。求在20℃時，600kg苯和200kg甲苯混合后混合物的密度。解一：設苯為組分1，甲苯為組分2，m1=600kg，m2=200kg，查得：，則則有：解二：設苯為組分1，甲苯為組分2，m1=600kg，m2=200kg，查得：例題2-2：在蘭州操作的苯乙烯真空蒸餾塔塔頂真空表讀數為80kPa，在天津操作時，真空表讀數應為多少？已知蘭州地區的平均大氣壓85.3kPa，天津地區為101.33kPa。（答案見PPT）【例題2-3】：水在附圖所示的水平管內流動，在管壁A處連接一U形管壓差計，指示液為汞，密度為13600kg/m3，U形管開口右支管的汞面上注入一小段水（此小段水的壓強可忽略不計），當地大氣壓Pa為101.33Pa，水的密度取1000kg/m3，其它數據見附圖，求A處的絕對壓強為多少Pa？（1）取U形管中處于同一水平面上的B、C、D三點，根據等壓點的判定條件可得到PB=PC，PC=PD，于是可得PB=PC=PD（2）根據靜力學基本方程式可得：PD=Pa+RHg=Pa+0.25Hg=PBPA=PB+hH2O=PD+hH2O=Pa+0.25Hg+0.20g于是A處的絕對壓強：PA=101330+0.25×13600×9.81+0.20×1000×9.81=136646Pa=136.646kPa【例2-4】某流化床反應器上裝有兩個U型管壓差計，測得R1=400mm，R2=50mm，指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空中擴散，于右側的U型管與大氣連通的玻璃管中灌入一段水，其高度R3=50mm，試求A\B兩處的表壓強。解：如圖所示：取等壓面1-1’和2-2’，則【例題2-5確定流體流量】在某水平通風管段中，管直徑自漸縮到。為了粗略估算其中空氣的流量，在錐形接頭兩端分別測得粗管截面1-1的表壓為，細管截面的表壓為。空氣流過錐形管的能量損失可以忽略，求空氣的體積流量為若干？（設該物系可按不可壓縮流體處理，空氣密度取為）解：在1-1和2-2截面（水平管的基準面取通過管中心線的水平面）間列柏氏方程得：式中：因為是水平管，……………【例題2-6確定容器相對位置】用虹吸管從高位槽向反應器加料，高位槽和反應器均與大氣連通，要求料液在管內以的速度流動。設料液在管內流動時的能量損失為（不包括出口的能量損失），試求高位槽的液面應比虹吸管的出口高出多少？解：取高位槽液面為1-1截面，虹吸管出口內側截面為2-2截面，并以2-2為基準面。列柏氏方程得：式中：（表壓），，∵1-1截面比2-2截面面積大得多，∴，而代入得：∴

（即高位槽液面應比虹吸管出口，高）值得注意的是，本題下游截面2-2必定要選在管子出口內側，這樣才能與題給的不包括出口損失的總能量相適應。【例題2-7】內徑25mm的水管,水流速為1m/s,水溫20度,求:1.水的流動類型;2.當水的流動類型為層流時的最大流速?解：1.20℃μ=1cPρ=998.2kg【例題2-8】20℃的甘油在1″管中以0.2m/s流速流動，求流過每米管長時的摩擦阻力。20℃時甘油的粘度為1499厘泊，比重為1.26，1"管的規格為φ33.5×3.25解：當流速為0.2m/s時，求得：Re=dvρ/μ=(0.027×0.2×1260)/(1499×10-3)=4.54流動型態為層流，流過每米管長時的阻力損失為：【例題2-9

流動阻力計算】用φ108*4的鋼管輸送原油，輸送量19T/hr，d原=0.90,μ原=72Cp.原油從起點站油泵出口壓力為61kg/cm3（表），終到處壓力為1kg/cm3（表），若管子是水平安裝的，局部阻力以直管阻力的10%計，試求原油輸送的路程（輸油管長度）是多少？

解：原油在管中的流速u=w/(Aρ)=(1900/3600)/(0.785×0.12×900)=0.747m/s

由于Re=duρ/μ=(0.1×0.747×900)/(72×10-3)=933

所以管內的流體流動型態為層流

因而摩擦系數λ＝64/Re=64/933=0.069

據題意:∑le=l/10

:△Pf=λ·(l+∑le)/d

·(u2ρ/2)

(61-1)×9.81×104=0.069×(l+0.1l)/0.1

×

(0.7472×900)/2

解得：l≈31×103m【例題2-10】：用泵將地槽中比重為1.84的硫酸以1.3kg/s的流量送到貯罐中。地槽內液面恒定，貯罐高出地槽液面12m，地槽和貯槽皆通大氣。輸送管道內徑為25mm，流動過程的能量損失為57.6J/kg，若泵的效率為50%，計算泵所需的功率。答案見PPT【例2-11】用離心泵將20℃的清水送到某設備內，泵的前后分別裝有真空表和壓強表，如圖。已知泵吸入管路的壓頭損失為2.2m，動壓頭為0.4m，泵的實際安裝高度為3.5m，操作條件下泵的必需汽蝕余量為2.5m，當地大氣壓為100kPa。求：1）離心泵入口處真空表的讀數；2）當水溫由20℃升到60℃時發現真空表與壓強表讀數跳動，流量驟然下降。試判斷處了什么故障。解：1）真空表讀數：以池內水面0-0’和泵吸入口真空表處1-1’為截面，并以水池水面為基準水平面，在兩截面之間列柏努利方程式：整理上式,得：2）判斷故障：當水溫從20升到60時由于水的飽和蒸氣壓增大，使泵的允許安裝高度降低，對于已經操作的泵，其安裝高度可能超高，會發生汽蝕現象。下面核算安裝高度。由附錄查飽和蒸氣壓，則泵的允許安裝高度應為：泵的實際安裝高度大于允許安裝高度，故泵在保持原流量運行時發生了汽蝕現象。【例題3-1平壁導熱】加熱爐的平壁用耐火磚砌成，壁厚0.32m，測得壁的內表面溫度為700℃，外表面溫度為100℃將t1=700℃，t2=100℃，λ=1.05w/m·k,b=0.32m代入：

q=Q/A={1.05(700-100)}/0.32=1969w/m2=7088KJ/m【例3-2多層平壁導熱】有一爐壁由下列三種材料組成：

耐火磚λ1=1.4w/m·℃b1=240mm

保溫磚λ2=0.15w/m·℃b2=120mm

建筑磚λ3=0.8w/m·℃b3=240mm

今測得內壁面溫度為930℃，外壁面溫度為70解：△t1=Q·R1=677.17×0.171=115.△t1=t1-t2故t2=t1-△t1=930-115.80=814.2同理△t2=Q·R2=677.17×0.8=541.74△t2=t2-t3t3=t2-△t2=814.9-541.74=273.△t3=Q·R3=677.17×0.3=203.15℃

【例3-3】某平壁燃燒爐由內層為100mm厚的耐火磚、中間為100mm厚的普通磚和外層為20mm厚的保溫層構成。已知耐火磚的熱導率為1.05W/(m·℃)，普通磚的熱導率為0.8W/(m·℃)，待操作穩定后測得爐壁的內表面溫度為800℃，普通磚與保溫層之間的溫度為400℃，保溫層外表面溫度為70℃，求：1）單位面積上的導熱量；2）耐火磚與普通磚之間的壁面溫度；3）保溫層的熱導率解：已知t3=400℃,t4=70℃1)單位面積上導熱量2）耐火磚與普通磚之間壁面溫度t2由得：3）保溫層熱導率λ3由得

【例3-4單層圓筒壁導熱】

蒸汽管外徑48mm，包扎的石棉泥保溫層的λ為0.15w/mK,保溫層厚60mm。與蒸汽管子接觸的石棉層內層壁面溫度為120℃,與周圍空氣接觸的外壁面溫度為30℃。試求每米管長因傳導而造成的熱損失速率。若保溫層加厚到120mm，這時外壁溫度隨之降至

當保溫層加厚到120mm時，求得：Q/L=47.3w/m

【例3-5多層圓筒壁導熱計算】在一的鋼管外包有兩層絕熱材料，里層為的氧化鎂粉，平均導熱系數，外層為的石棉層，其平均導熱系數。現用熱電偶測得管內壁的溫度為℃，最外層表面溫度為℃，管壁的導熱系數。試求每米管長的熱損失及保溫層界面的溫度。 解：每米管長的熱損失此處，保溫層界面溫度解得：【例3-6】水以1m/s的流速在長3m的Φ25×2.5mm的鋼管內由20加熱到40℃，試求管壁對水的對流傳熱系數。分析：計算對流傳熱系數的公式較多，關鍵是選用合適的公式及查取公式中的各物理量。解：定性溫度，查30℃時水的物性數據為：特征尺寸：di=25-2×2.5=20mm=0.02m,則：0.7<Pr<160，水被加熱，n=0.4,故

【例3-7平均溫差計算】

例題：硫酸生產中SO2的轉化系統，用轉化氣在外部列管換熱器中預熱SO2氣體。若轉化氣溫度由440℃降至320℃，SO2氣體由220℃被加熱至280℃，試求流傳熱和逆流傳熱的平均溫度差（PPT）

【例3-8總傳熱系數K】計算夾套反應釜的內徑為800mm，釜壁碳鋼板厚8mm(λ=50w/m·k),襯搪瓷厚3mm（λ1.0w/m·k)，夾套中通入飽和蒸汽（α=10000w/m2·k)，蒸汽溫度為120℃，釜內有機物（α=250w/m2·k)溫度為80解：因內徑800mm≈外徑822mm，可近似地作為平面壁來處理。此時計算式為：

其中：α1=10000，α2=250，λ1=50,λ2=1.0，b1=0.008，b2=0.003以上均為SI制表示的。代入算得：K=137.7w/m2·k

【例3-9總傳熱計算】在列管式熱交換器中，用飽和溫度為126℃的蒸汽將470m3/hr的某一溶液從40℃加熱到45已知：水蒸汽α1=11600w/m2·K；某溶液α2=3700w/m2·K；ρ=1320kg/m3；Cp=3.4kJ/kg·K；解：以平均傳熱面積Am計算。（1）據式（3-29）某溶液470m3/hr由40℃升至45℃所吸收的熱量為：QL(2)△tm由于一側發生相變，故并流與逆流是相同的。126----------12640----------->45