食工原理课后习题与答案.docx

1、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/?7101.3xl0x30.1/(8.314xl03x673)=0.545kg/m31-2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二958二87kPa (真空度)6二628二54kPa

2、 (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

3、。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Rh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

4、.001解得： 力公0.02237 即。虑44.71-5 -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+172+gzipF pl，S 二 0, Zi=/7, 2z=0, Uz 二 U2gh 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038mmx

5、2.5mm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 1.57x10 3n?/s1.57x10 3m3/s q# 二 22q.2=1.57x10 73.2=4.91x10 qm7s 1=2.2=1.079x10 3m7sg 心二QG二二 920x4.91x10 “=0.452kg/s 92 Ox1.079x103=0.993kg/s6Z=Qv=/0.785=4.91x10 7(0.785x0.02z)=1.564m/s t/i=7V0.7856/r=1.079xl0 7(0.785

6、x0.0332)=1.262m/s M6=/?:=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 14074000 故可以发生转变当 屁二2000 时

7、，加二2000x0.0013077/1000二0.0026154 =770.785=0.52/(3600x0.785)=1.84x10 两式相除 =1.84x10 70.0026154=0.07035m由 比 例 关 系 (040.03) : 0.35=(0.1-0.07035) : Xx=(0.1-0.07035)x0.35/(0.1-0.03)=0.148m1-8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

8、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=4.85xl0 Wc代入 =2/3600 m3/s, 片二2/(3600x4.85x10 廿二 1.312m由物料衡算 GkGQdU7d隹0.785厅d/7/d&. 磊5xg濮。7F舊令 尸仁 则 d/7=2)dy,当力二时，y=/=l.145m2Lus ?vin4 . i.i45(6.178y-7.077) + 2.291(2x1() dy =

9、iq4 f dvi 7.077 - 6.178 y 7.077 6.178y1-9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=09 pz=09 z：=16 m, Z/?i=25J/kg65=1.2/(20x60x0.785x0.031.415m/s A=(l-41572+9.81xl6+25)xl081=1.987x

10、l04Pa1J0敞口高位槽中的葡萄酒(密度为985 kg/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AA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/?i3二0, s二0, 2i=8 m, Q二8kPa, 25=3m, 片u8x9,81 = - 8000/985+tz=/2 + 9.81 + 6.5

11、/G 二 0.785x0-033*2.86 二 2.443x105t?/s5x9.81,22 = 2.86m/s71-11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： 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/kgph/+=415xl071000+10x9.81=513.1J/kg/i72+524.58=V2+513.1+0.026x(35/0.263)x

12、z/2“ =.灾-513l)x2x().263 = ? S78nVs gu=0.785x0.2632x2.578=0.14m7sV 0.026 x 351-12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）

13、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/Ttab G=0, t/A=0, ZK=/y=5.96mf S/7rAB=10J/kg,Zb=0, Ub=Upb=0.25xl3600x9.81+1.25xl000x9.81=4.562xl04Pa （表） 5.96x9.81=4.562xl071

14、000 + t7/2+10t/=2388m/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/*bczt=0, pt=0, Lk=U5.96x9.81=i7/2+1.6i7+7at/=2.535m/sps/p+ Ub/2 + gzB=pt/p+ uT/2 +gzc+lhZb=Z9 pt=Q9 Ub=UgpB=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30 n?/h时，盐水流经换热器A的阻力损失 为50J/kg,流经换热

15、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/skU=50+60+30=140J/kg P=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/pp 入=1100x(0.26xl071100-140)=1.06xl05Pa1-14要求以均匀的速度

16、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）+3m,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/(3600x

17、0.785x0.050=1.701/5Re 二九0“二 0.05x1.7x1050/0.0035 二 2.55x10取片0.2 mm,弘/二0.004, 2=0.027 ； /p+ u/2 + gzi pi=2xl0 Pa, 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+1.96fZ t/=4.766m/s=0.785x0.rx4.766=0.0374m3/s（2）闸阀Q=45 SA=（0.5+l+4.5+3

18、x0.75）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（Ziz）=20000/1000+0+9.81x2.5=44.53J/kg1-17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

19、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/7rp.=lxl05+30x9.81/21xl05Pa /=p.A/?r=lxl05x29/(8314x323)=1.081kg/m3pi=294.3 Pa, 6/i=0, Zi=0f th=Q9 z=20mt2000/(3600x0.785x0.22)=17.69m/s /z=1.96xl0 5Pa s/?e=/=0.2xl7.69xl.081/(1.96xl0 5)=1.95x1

20、05 fi/t/=0.15/200=7.5xl04 A=0.02E/=(0.02x50/0.2+0.5+1)x17.6972+200x9.81/1.081=2832J/kg294.3/1.081 +=20x9.81+2832必=2756J/kgt7=2200xl.081/3600=0.661kg/sP=14=182OW1-18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

21、可 视为不变。解:(1)原来 pi/p+uC 12+gzt =p：/p+th 12 + gz+A(L/d)u/2 pi =p, za=0, zi=10 m, s=0,15/(3600x0.785x0.0532)=1.89m/sl0x9.81=(A/d)xl.8972AZ/g5495后来 pi/pm+1/172 +s+% =pb/ph,+u72+gz+A(L/cf) /2Pi-Pi , t/i=0 , Zi=10 m , Uz=Q , 2s=0 , t/=25/(3600x0.785x0.0532)=3.15m/sW4=-10x9.81+54.95x3.1572=174.4 /kg =25x10

22、00/3600 =6.94kg/sP=6.94xl74.4=1211W(2)pi/pm+uC/2 + gzi =pz/pn.+u/2 + gz+A(L/cf) cT 72Lf =25/(3600x0.785x)=8.846x10 710x9.81=54.95x(0.053/)x(8.846x10 7)2 /2 t/?=0.075m1-19距某植物油罐A液面2.5 m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=40mPa so 试求两液面高度稳定不变时，流经管道的流量。解: pi

23、/Ui/2+gzi+l/l/i-pi/pu/2+gzz +S/?rpi=p, /i=0, Zi=2.5m, Uz=Q9 -a=0.5m2.5x9.81=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2962=(64“)x(6x/2=32“M/q , tl9.62x0.042x930/(32x0.04x20)=1.14m/s/?e=t/=19.62x0.04x930/0.04=10602000=0.785x0.042xl.l4=1.43xl0 3m7s1-20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

24、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, =1.96x10 5 Pas, pm=0.02xl06+lxl05=1.2xl05Pa /=1.2xl05x29/(8314x323)=1.296kg/s Ap 二少仏+=(A/i/+S)xu720.01xl06=1.296x(6A/i/+2x0.75+9.5)x0.014

25、27(2x0.7852xt/)=1.272xl03A/+2.332xl0 7t/取e02mm,试差得:i/=0.0473m,刃 =0.00423, 2=0.0322, 8.085m/s, Z?e=2.53xl041-21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 +

26、u/2+gz=Zp + za72 + pzt +/bc =pD/p +Lh/2+gzb+YhfBo2t=Zb, O；=1200/(3600x0.785x0.1822)=12.82m/s/TrBc=7xl2.8272=575.2J/kg tA=800/(3600x0.785xt/)=0.2831/i/SBO=4x(0.2831/t/)72=0.1603/t/12.8272+575.2=657.4=(0.2831/)72+0.1603/=0.2004/i/=0.132m1-22?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

27、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； 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 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=15.64mQ15.64X4.167X10 妆 981x985 二630W阀半开M=7+2.1174xl07x0.0