食工原理课后习题与答案.docx
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食工原理课后习题与答案
第一章
1-1烟道气的组成约为N：
75%,C0zl5%,0别，HQ5%（体积百分数）。
试计算常压下400C。
时该混合气体的密度。
解：
必二工廊=0.75x28+0.15x44+0.05x32+0.05x18二30.1
/An=p/^n//?
7^101.3xl0x30.1/（8.314xl03x673）=0.545kg/m3
1-2已知成都和拉萨两地的平均大气压强分别为0.095MPa和0.062MPa。
现有一果汁浓缩锅需保持锅内绝对压强为8.0kPao问这一设备若置于成都和拉萨两地，表上读数分别应为多少？
解：
成都拉萨
O二95・8二87kPa（真空度）
6二62・8二54kPa（真空度）
1-3用如附图所示的U型管压差计测定吸附器内气体在A点处的压强以及通过吸附剂层的压强降。
在某气速下测得/?
i为400mmHg,Rz为90mmHg,Rz为40mmHJ3,试求上述值。
*
解：
G二斶加O0+砂hg°二0.04x1000x981+0.09x13600x981二12399.8Pa（表）
Qa二a+EQgg二12399.8+04x13600x9.81二65766.2Pa（表）
△Q二二657662J2399.8二53366.4Pa（表）
1-4如附图所示，倾斜微压差计由直径为。
的贮液器和直径为/的倾斜管组成。
若被测流体密度为g空气密度为。
试导出用R表示的压强差计算式。
如倾角a为30。
时，若要忽略贮液器内的液面高度力的变化，而测量误差又不得超过1%时，试确定比值至少应为多少？
解：
由静力学方程二Qpgg二Esina（/zp）g二心/vp）g/2
（1）
若忽略贮液器内液面高度的变化，则斜管内液位为：
R二R・h
液柱长度：
/?
/=/?
i-/?
/sina=/?
i-2/7
二R、4dg二AV（/vQg/2二（AV2-/7）（/%-p）p又兀07?
/4二兀夕只74即/?
二心力+2（/0]
所以Ap=-ff）g/\2+4（d/Djy
（2）
相对误差为（△QjQj/AQO.OOl
代入式
（1）和
（2）:
（Ap-Ap）/Ap=1・1/[1+2（力0]三0.001
解得：
力公0.02237即。
虑44.7
1-5-虹吸管放于牛奶储槽中，其位置如图所示。
储槽和虹吸管的直径分别为。
和a若流动阻力忽略不计，试计算虹吸管的流量。
储槽液面高度视为恒定。
解：
qi/q+t/i72+“二Qi/Q+1^72+gzi
pFpl，S二0,Zi=/7,2z=0,Uz二U
2gh二d/二（2g/?
）“彳二0.785才s二0.785t/（2g/?
）"
密度为920kg/m3的椰子油由总管流入两支管、总管尺寸为^7mmx3.5mm,两支管尺寸分别为^38mmx2.5mm和血5mmx2.5mm。
已知椰子油在总管中的流速为0.8m/s,且038mmx2.5mm与^25mmx2.5mm两支管中流量比为22。
试分别求椰子油在两支管中的体积流量、质量流量、流速及质量流速。
解：
G二0.785x0.052x0.8二1.57x103n?
/s
1.57x103m3/sq#二22
q.2=1.57x1073.2=4.91x10qm7s^1=2.2^=1.079x103m7s
g心二QG二二920x4.91x10“=0.452kg/s92Ox1.079x103=0.993kg/s
6Z==Qv=/0.785^=4.91x107（0.785x0.02z）=1.564m/st/i=£7V0.7856/r=1.079xl07（0.785x0.0332）=1.262m/sM6=/?
^:
=920xl.564=1438.6kg/（m:
:
，s）i44=pt/A=920xl.262=1161kg/（mzs）
1-7用一长度为0.35m的渐缩管将输水管路由内径100mm缩至30mmo当管内水流量为0.52m3/h,温度为10C。
时，问：
（1）在该渐缩管段中能否发生流型转变；
（2）管内由层流转为过渡流的截面距渐缩管大端距离为多少？
解：
s二G/0.785族二0.52/（3600x0.785x0."二0.0184m/s
/?
曰二二0.1x0.0184x1000/0.0013077二1407<2000
4二gMO.785右二0.52/（3600x0.785X0.032）二0.20d45m/s
虑二小切“二0.03x0.2045x1000/00013077二4691>4000故可以发生转变
当屁二2000时，加二2000x0.0013077/1000二0.0026154^=£770.785=0.52/（3600x0.785）=1.84x10'两式相除^=1.84x1070.0026154=0.07035m
由比例关系（040.03）:
0.35=（0.1-0.07035）:
X
x=（0.1-0.07035）x0.35/（0.1-0.03）=0.148m
1-8直径为1.0m的稀奶油高位槽底部有一排出孔，其孔径为15mmo当以2.0m7h的固定流量向高位槽加稀奶油的同时底部排出孔也在向外排出奶油。
若小孔的流量系数G为0.62（G为孔口实际流量与理想流量之比），试求达到出奶油与进奶油流量相等时高位槽的液位及所需的时间。
（假设高位槽最初是空的）
解：
设任一时刻槽内液位为久则由柏努利方程得：
理论流速u.二（2g/7）x实际流速：
〃二G（2g/7）x
流量：
^Kcrty4=0.785x0.015zx0.62x（2x9.81x/7）h2=4.85xl0Wc
代入^=2/3600m3/s,片二[2/（3600x4.85x10廿二1.312m
由物料衡算GkGQ"dU7d隹0.785厅d/7/d&
.磊⑷5xg濮。
・7⑸F舊
令尸仁则d/7=2）dy,当力二〃时，y=//"=l.145m
2
Lus?
vin4.i.i45（6.178y-7.077）+2.291
—（2x1（）dy=iq4f'dv
i7.077-6.178y{7.077・6.178y
1-9用压缩空气将密度为1081kg/m3的蔗糖溶液从密闭容器中送至高位槽、如附图所示。
要求每批的压送量为1.2m3,20分钟压完，管路能量损失为25〕/kg,管内径为30mm,密闭容器与高位槽两液面差为16mo求压缩空气的压强为多少Pa（表压）？
解：
Qi/p+s’/2+gz丄二砂Q+s'/2+gz：
+工九
6/i=0,Zi=09pz=09z：
=16m,Z/?
i=25J/kg
65=1.2/（20x60x0.785x0.03>1.415m/sA=（l-41572+9.81xl6+25）xl081=1.987xl04Pa
1J0敞口高位槽中的葡萄酒（密度为985kg/m3）经^38mmx2.5mm的不锈钢导管流入蒸谄锅，如图所示。
高位槽液面距地面8m,导管进蒸馆锅处距地面3m,蒸谓锅内真空度为8kPa0在本题特定条件下，管路摩擦损失可按工A=6.5厉/kg（不包括导管出口的局中阻力）计算，〃为葡萄酒在管内的流速m/So试计算：
（1）导管A—A截面处葡萄酒的流速；
（2）导管内葡萄酒的流量。
解:
pJp^Ul/2+gzi-pjp^u£/2+pz：
+Z/?
i
3二0,s二0,2i=8m,Q二・8kPa,25=3m,片u
8x9,81=-8000/985+tz=/2+9.81+6.5/
G二0.785x0-033*2.86二2.443x105t?
/s
5x9.81,^22
=2.86m/s
7
1-11如附图所示，水从离地面18m处用^273mmx5mm,长35m（包括局部阻力损失的当量长度）的管道连接到离地面10m处，并测得高低两处压强分别为345kPa和415kPa（表压）。
试确定：
⑴水的流动方向；
（2）若管路摩擦系数取0.026,管路中水的流量为多少？
A//?
+^=348xl071000+18x9.81=524.58J/kg
ph//>+^=415xl071000+10x9.81=513.1J/kg
£/i72+524.58=^V2+513.1+0.026x（35/0.263）xz//2
“=.灾-513・l）x2x（）.263=?
S78nVsgu=0.785x0.2632x2.578=0.14m7s
V0.026x35
1-12如图所示，槽内水位维持不变，槽底部与内径为50mm的钢管联结，管路中B处装有一U型管压差计。
当阀门关闭时读数/?
=350mmHg,/?
二1200mm。
（1）阀门部分开启时，测得/?
=250mm,/7=1250mm,若AB段能量损失为10J/kgf问管内流量为多少m3/h?
（2）阀门全开时，若AB段与BC段的能量损失分别按工Zw：
1.6/j/kg,工辰二7/j/kg计算（不包括管出口阻力），为管内流速。
问B点处（压差计处）的压强为多少？
解:
阀门全关时：
p）=/?
pHg^=0.35xl3600x9.81=4.67xl04Pa（表）
/^?
H2op=4.67xl04+/]^2o^=4.67xl04+1.2xl000x9.81
=5.847xlO4Pa//=5.847xl07（1000x9.81）=5.96m
阀门部分开时:
pdp七u】l2+g=pJp+Ub/2+^Zb+S/TtabG=0,t/A=0,ZK=/y=5.96mfS/7rAB=10J/kg,
Zb=0,Ub=U
pb=0.25xl3600x9.81+1.25xl000x9.81=4.562xl04Pa（表）5.96x9.81=4.562xl071000+t7/2+10
t/=2・388m/s^=O.785xO.O52x2.388x36OO=16.87m7h
阀门全开时:
p^/p+U/C/2+gz.=pt/p+u^/2+gzz+E/^b+E/*bc
zt=0,pt=0,Lk=U
5.96x9.81=i7/2+1.6i7+7a
t/=2.535m/s
ps/p+Ub/2+gzB=pt/p+uT/2+gzc+lh^
Zb=Z^9pt=Q9Ub=Ug
pB=1000x7x2.5352=2.249x!
04Pa（表）
1-13如图所示的一冷冻盐水循环系统，盐水循环呈为30n?
/h时，盐水流经换热器A的阻力损失为50J/kg,流经换热器B的阻力损失为60J/kg,管路中流动的阻力损失为30J/kgo管路系统采用同直径管子.盐水密度为1100kg/m3略泵进、出口的高差），试计算：
（1）若泵的效率为68H,泵的轴功率为多少kW?
（2）若泵出口压强为0.26MPa（表压）.泵入口压力表读数为多少Pa?
解:
（1）
g^=30xll00/3600=9.17kg/s
kU=50+60+30=140J/kgP=W4>^/7=140x9.17/0.68=1.89x103W
（2）在泵出入口间列柏努利方程：
Q入/p+l/l/i=p岀/p
p入=1100x（0.26xl071100-140）=1.06xl05Pa
1-14要求以均匀的速度向果汁蒸发浓缩釜中进料。
现装设一高位槽，使料液自动流入釜中（如附图所示）。
高位槽内的液面保持距槽底1.5m的高度不变，釜内的操作压强为O.OIMPa（真空度），釜的进料量须维持在每小时为12m3,则高位槽的液面要高出釜的进料口多少米才能达到要求？
已知料液的密度为1050kg/m3,粘度为3.5cP,连接管为^7mmx3.5mm的钢管，其长度为[（x-1.5）+3]m,管道上的管件有180。
回弯管一个，截止阀（按1/2开计）一个及90。
弯头一个。
解：
pjp七Ui/2+gzFpJp+u£/2+gz+工存
Q丄二0,6/1=0,2i=z,。
二・10kPa,25=0,^=^12/（3600x0.785x0.050=1.701/5
Re二九0“二0.05x1.7x1050/0.0035二2.55x10’
取片0.2mm,弘/二0.004,2=0.027；<\=0.5,截止阀矢9.5,弯头字0.75,回弯管$1.5
Z/?
i=[0.027x（z+1.5）/0.05+0.5+0.75+9.5+1.5]xl.772=0.78^+18.872
9.81%=-10000/1050+1.//2+0.78%+18.872z=1.2m
1-15如附图所示，拟安琴一倒U型管压差计测量丄管段的阻力损失。
管内流体密度严900kg/m：
粘度//=1.5xl03Pas；指示剂为空气Q二1.2kg/n?
；管内径於50mm,管壁绝对粗糙度£二0.3mm。
试推导：
（1）管路条件（厶d£｝和流速”一定时，倾角◎与两测点静压差的关系以及a与斤读数的关系；
（2）当流速为2m/s,£=lm时，/?
读数的预测值。
解：
pjp七Ui/2+gzFpJp+u^/2+弘+工存
th二s,z：
二N+Zsinam二从L/d）d/2'pip二g（sina+从L/d）d/2
对倒U形压差计pgk禹9二&P■禹g七pgLs\aa
当〃二2m/s时屁二2x0.05x900/0.0015二6x10’刃於0.3/50二0.0062=0.023
Ap=950（p£sina+0.023x（l/0.05）x272=950p£sina+874
由950pZsina+874=/^950-1.2）x9.81+950p£sina
Q874/[（950-1.2）x981]二0.094m
1-16水由水箱A经一导管路流入敞口贮槽B中，各部分的相对位置如图所示。
水箱液面上方压强为0.02MPa（表压），导管为^108mmx4mm的钢管，管路中装有一闸阀，转弯处均为90。
标准弯头。
试计算：
（2）闸阀全开时水的流呈（设直管阻力可忽略不计）；
（2）闸阀2/2开时水的流量（设直管阻力可忽略不计）；（3）若此系统其它条件不变，仅输水管增长200m,此系统阻力为若干？
解:
（1）pi/p+Ui/2+gzi=p>/p+u^/2+gzipi=2xl0Pa,m=0,Zi=4m,q=0,s=0,zs=1.5m,
入口＜=0.5,出口闸阀＜^0.17,弯头＜=0.75,S/Tr=（0.5+l+0.17+3x0.75）xt//2=1.96t/
20000/1000+4x9.81=1.5x9.81+1.96fZt/=4.766m/s
^=0.785x0.rx4.766=0.0374m3/s
（2）闸阀Q=4・5SA=（0.5+l+4.5+3x0.75）xz//2=4.125t/
20000/1000+4x9.81=1.5x9.81+4.125t/£/=3.285m/s
^=0.785x0.fx3.285=0.0258m7s
（3）"=©・a）/p+（Gls2）/2+p（Zi・z）
=20000/1000+0+9.81x2.5=44.53J/kg
1-17如附图所示某含有少量可溶物质的空气，在放空前需经一填料吸收塔进行净化。
已知鼓风机入口处空气温度为5OC0,压强为30mmHzO（表压），流量为2200m7h.输气管与放空管的内径均为200mm,管长与管件.阀门的当量长度之和为50m（不包括进、出塔及管出口阻力），放空口与鼓风机进口的垂直距离为20m,空气通过塔内填料层的压降约为200mmHzO,管壁绝对粗糙度诃取为0.15mm,大气压为0.lMPao求鼓风机的有效功率。
解:
如图界面
pd时u訂2+gzi+l/l/Q=p>/p^+u^/2+gzi+S/7r
p.=lxl05+30x9.81/2^1xl05Pa/^=p.A^/?
r=lxl05x29/（8314x323）=1.081kg/m3
pi=294.3Pa,6/i=0,Zi=0fth=Q9z=20m
t^2000/（3600x0.785x0.22）=17.69m/s/z=1.96xl05Pas
/?
e=^///=0.2xl7.69xl.081/（1.96xl05）=1.95x105fi/t/=0.15/200=7.5xl04A=0.02
E/>=（0.02x50/0.2+0.5+1）x17.6972+200x9.81/1.081
=2832J/kg
294.3/1.081+^=20x9.81+2832
必=2756J/kg
t7^=2200xl.081/3600=0.661kg/s
P=14^^=182OW
1-18用^0mmx3.5mm钢管从敞口咼位槽中引水至一常压吸收塔内。
咼位槽液面与水喷头出口咼差10m,管路流量最大可达15m7ho现需将流呈增加到25m3/h,试求：
（1）管路不变，在管路中增加一台泵，该泵的功率；
（2）管路布局不变，换新的管子，管子的直径。
以上计算中摩擦系数可视为不变。
解:
（1）原来pi/p^+uC12+gzt=p：
/p^+th12+gz+A（L/d）u/2pi=p^,za=0,zi=10m,s=0,
^15/（3600x0.785x0.0532）=1.89m/sl0x9.81=（A£/d）xl.8972
AZ/g54・95
后来pi/pm+1/172+s+%=pb/ph,+u>72+gz+A（L/cf）//2
Pi-Pi,t/i=0,Zi=10m,Uz=Q,2s=0,t/=25/（3600x0.785x0.0532）=3.15m/s
W4=-10x9.81+54.95x3.1572=174.4/kg^=25x1000/3600=6.94kg/s
P=6.94xl74.4=1211W
（2）pi/pm+uC/2+gzi=pz/pn.+u^/2+gz+A（L/cf"）cT72
Lf=25/（3600x0.785x^）=8.846x107^
10x9.81=54.95x（0.053/^）x（8.846x107^）2/2t/?
=0.075m
1-19距某植物油罐A液面2.5m深处用一根油管向油箱B放油，连接A、B的油管为^5mmx2.5mm不锈钢管，长度20m,油出口距油箱B液面0.5m,如附图所示。
该植物油的/>=930kg/m\/z=40mPaso试求两液面高度稳定不变时，流经管道的流量。
解:
pi/^Ui/2+gzi+l/l/i-pi/p^u^/2+gzz+S/?
r
pi=p>,£/i=0,Zi=2.5m,Uz=Q9-a=0.5m
2.5x9.81=0.5x9.81+（Ax20/0.04+1+0.5）x£；/2
设为层流，忽略进出口损失。
贝,464/屁
29・62=（64“〃"）x（〃6x//2=32“M//q,t^l9.62x0.042x930/（32x0.04x20）=1.14
m/s
/?
e=t/^///=19.62x0.04x930/0.04=1060<2000
^=0.785x0.042xl.l4=1.43xl03m7s
1-20为调节加热器出口空气的温度.在空气加热器的进出口并联一旁路（附图）。
已知鼓风机出口压强为0.02MPa（表），温度为25C\流呈为340m7h,空气通过换热器的压降为0.01MPao若旁路管长6m,管路上标准弯头两个.截止阀一个（按1/2开计），试确定当旁路通过最大气呈为总气量的15%时，所用管子的规格。
解:
旁路的流量^=340x0.15/3600=0.0142m7s
弯头<=0.75,调节阀^=9.5,^=1.96x105Pas,pm=0.02xl06+lxl05=1.2xl05Pa/^=1.2xl05x29/（8314x323）=1.296kg/sAp二少仏〃〃+£<）><（4/0・785才）2/2
S/Ti=Ap//%>=（A£/i/+S^）xu72
0.01xl06=1.296x（6A/i/+2x0.75+9.5）x0.01427（2x0.7852xt/）=1.272xl03A/£/+2.332xl07t/
取e0・2mm,
试差得:
i/=0.0473m,刃〃=0.00423,2=0.0322,^8.085m/s,Z?
e=2.53xl04
1-21温度为20C。
的空气以2000m3/h的流量通过血94mmx6mm的钢管管路ABC于C处进入一常压设备，如附图所示。
现因生产情况变动，C处的设备要求送风呈减少为1200m7ho另需在管道上的B处接出一支管BD,要求从此支管按每小时800m3的流量分气，于D处进入另一常压设备。
设管道BC间和BD间各管段局部阻力系数之和分别为7及4,试计算BD分气支管的直径。
解：
pe/p+u^/2+gz^
=Zp+za72+pzt+£/>bc=pD/p+Lh/2+gzb+YhfBo
2t=Zb,O；=1200/（3600x0.785x0.1822）=12.82m/s
£/TrBc=7xl2.8272=575.2J/kgtA>=800/（3600x0.785xt/）=0.2831/i/
S^BO=4x（0.2831/t/）72=0.1603/t/
12.8272+575.2=657.4=（0.2831/^）72+0.1603/£/=0.2004/£/
i/=0.132m
1-22?
拟用泵将葡萄酒由贮槽通过内径为50mm的光滑铜管送至白兰地蒸馆锅。
贮槽液面高出地面3m,管子进蒸谄锅处高出地面10mo泵出口管路上有一调节阀，管路总长80m（包括除调节阀以外的所有局部阻力的当量长度）。
葡萄酒的密度为985kg/m【粘度为1.5mPaso试求：
（1）在阀1/2
开度和全开两种情况下，流动处于阻力平方区时管路特性方程；⑵流量为15m3/h时，两种情况下管路所需的压头及功率。
解：
（1）阀全开时<=6.4
Hgpg+\&2g七d心2）心2g二pg七入Ud心pq：
朮6g
=0+（10-3）+（802/0.05+6.4）7^7（0.785zx0.054x2x9.81）=7+2.1174xl07/i^+847xl0q^2
阀半开
笄95
M=7+（802/0.05+9.5）^/（0.7852x0.05-，x2x9.81）=7+2.1174xl072t77+1.257xl05^2
（2）当^=15/3600=4.167x103m3/s时，
阀全开
t/=4.167xl07（0.785x0.05>2.12m/s
屁二2.12x0.05x985/0.0015二6.96X1C/
2=0.3164//?
eZ5=0.0195
/A=7+2.1174xl07x0.0195x（4.167xl03）2+847xl04x（4.167xl0Y=15.64m
Q15.64X4.167X10妆981x985二630W
阀半开
M=7+2.1174xl07x0.0
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