食品工程原理-李云飞版本的课后题答案.pptx

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【1-1】椰子油流过一内径为20mm的水平管道，其上装有一收缩管，将管径逐渐收缩至12mm，如果从未收缩管段和收缩至最小处之间测得的压力差为800Pa，试求椰子油的流量。

解：

设椰子油密度为940kg/m3，忽略流动损失外,因为,，上式简化为，,由连续性方程可知,m3/s,【1-2】牛奶以2103m3/s的流量流过内径等于27mm的不锈钢管，牛奶的粘度为2.12103Pa.s，密度为1030kg/m3，试确定管内流动是层流还是紊流。

解：

由雷诺数表达式可知由判别式可知为紊流。

【1-5】液体在圆形直管内作层流流动，若流量、管长和液体的物性参数保持不变，而将管径减至原有的1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍。

解：

设管径减至原有的1/2后，流体流动状态仍然保持层流。

由流动阻力方程可知,即因流动阻力而产生的能量损失为原来损失的16倍。

【1-7】某离心泵安装在高于井内水面5.5m的地面上，吸水量为40m3/h。

吸水管尺寸为mm，包括管路入口阻力的吸水管路上的总能量损失为4.5J/kg。

试求泵入口处的真空度。

（当地大气压为1.0133105Pa）解：

根据能量方程，设井水面为I-I界面，管道出口处为II-II界面。

泵入口真空度为,【1-9】每小时将10m3常温的水用泵从开口贮槽送至开口高位槽。

管路直径为mm，全系统直管长度为100m，其上装有一个全开闸阀、一个全开截止阀、三个标准弯头、两个阻力可以不计的活接头。

两槽液面恒定，其间垂直距离为20m。

取管壁粗糙度为0.25mm、水的密度为1000kg/m3、粘度为1103Pa.s。

试求泵的效率为70时的轴功率。

解：

根据公式（1-31d），设两槽液面分别为II和IIII,管道内水的流速为,根据莫迪图查得阻力系数约为0.032，则沿程阻力损失为,由表1-5可知，,轴功率为,【1-10】用泵将开口贮槽内密度为1060kg/m3、粘度为1.1103Pa.s的溶液在稳定流动状态下送到蒸发器内，蒸发空间真空表读数为40kPa。

溶液输送量为18m3/h。

进蒸发器水平管中心线高于贮槽液面20m，管路直径mm，不包括管路进、出口的能量损失，直管和管件当量长度之和为50m。

取管壁粗糙度为0.02mm。

试求泵的轴功率（泵的效率为65）。

解：

根据公式（1-31d），设贮槽液面和蒸发器水平管出口分别为II和IIII,管道内溶液流动状态为,根据莫迪图查得阻力系数约为0.02，则沿程阻力损失为,由表1-5可知管道进口和出口的局部阻力系数，,轴功率为,【1-11】将温度为263K的冷冻盐水（25CaCl2溶液，密度为1240kg/m3，粘度为7103Pa.s）从开口贮槽送入冷却设备。

已知贮槽盐水液面低于管路出口2m。

整个输送管道直径mm，长50m，其中有6个标准弯头，1个截止阀，2个闸阀，均为全开。

如果要求流量为6m3/h，试求所需泵的扬程。

解：

根据公式（1-31d），设贮槽液面和管路出口分别为II和IIII管道内溶液流动状态为假设管道粗糙度较小，利用公式（1-59）估算阻力系数则沿程阻力损失和局部阻力损失为,【1-13】拟用一台3B57型离心泵以60m3/h的流量输送常温的清水，已查得在此流量下的允许吸上真空Hs5.6m，已知吸入管内径为75mm，吸入管段的压头损失估计为0.5m。

试求：

若泵的安装高度为5.0m，该泵能否正常工作？

该地区大气压为9.81104Pa；若该泵在海拔高度1000m的地区输送40的清水，允许的几何安装高度为若干米？

当地大气压为9.02104Pa。

解：

1）首先求解速度根据式（1-94）安装高度大于允许安装高度4.38m，故该水泵不能正常工作。

解：

2）查表可知，20水的饱和蒸气压为2334.6Pa，40水的饱和蒸气压为7376Pa，密度为992.2kg/m3，根据式（1-95）对允许吸上真空高度进行修正。

再由式（1-94）得即在海拔1000m处水泵的安装高度不应该超过3.11m。

【2-1】一食品冷藏室由内层为19mm厚的松木，中层为软木层，外层为51mm厚的混凝土所组成。

内壁面温度为-17.8,混凝土外壁面温度为29.4。

松木、软木和混凝土的平均热导率分别为0.151,0.0433,0.762W/（mK），要求该冷藏室的热损失为15W/m2。

求所需软木的厚度及松木和软木接触面处的温度。

解：

三层平壁的导热。

1）所需软木的厚度,由,得,解得：

2）松木和软木接触面处的温度,由,解得：

【2-4】将粗碎的番茄通过内径为60mm的管子从20加热到75。

其流量为1300kg/h,管内壁面温度为105,求对流传热系数。

已知粗碎的番茄物性数据如下：

=1050kg/m3；cp=3.98kJ/（kgK）；=2.15mPas（47.5时）,1.2mPas（105时）；=0.61W/（mK）。

解：

流体在管内被加热。

，为过渡流，且为高粘度流体。

校正系数为：

【2-5】一带有桨式搅拌器的容器内装有温度为37.8的料液。

用夹套内的蒸汽加热。

容器内径为1.22m,搅拌器直径为0.406m,转速为2.5r/s,容器壁温为93.3。

料液的物性为:

=977kg/m3；cp=2.72kJ/（kgK）；=100mPas（37.8时）,7.5mPas（93.3时）。

求料液对容器壁的对流传热系数。

解：

对流传热系数计算式如下：

（1）对于平桨、夹套式，,料液的平均物性如下：

将以上各值代入式

（1），得：

【2-6】室内水平放置表面温度相同、长度相等的两根圆管，管内通有饱和水蒸气。

两管均被空气的自然对流所冷却，假设两管间无相互影响。

已知一管直径为另一管的5倍，且两管的（GrPr）值在104109之间，求两管热损失的比值。

解：

水平管外自然对流，有,在本题条件下，定性温度相同，只是定性尺寸不同，故,即大管的热损失是小管的3.34倍。

由于,【2-8】烤炉内在烤一块面包。

已知炉壁温度为175，面包表面的黑度为0.85,表面温度为100,表面积为0.0645m2，炉壁表面积远远大于面包表面积。

求烤炉向这块面包辐射传递的热量。

解：

两物体构成封闭空间，且,，由下式计算辐射传热量：

负号表示炉壁向面包传递热量。

【2-10】在逆流换热器中，用初温为20的水将1.25kg/s的液体比热容为1.9kJ/（kgK）、密度为850kg/m3由80冷却到30。

换热器的列管直径为25mm2.5mm,水走管内。

水侧和液体侧的对流传热系数分别为850W/（m2K）和1700W/（m2K）,污垢热阻可忽略。

若水的出口温度不能高于50，求水的流量和换热器的传热面积。

解：

传热量为,又,即冷水流量为,取管壁的热导率,，则有,传热面积由下式计算：

热流体：

冷流体：

将已知值代入式

（1），得：

【2-11】在一单程列管换热器中用饱和水蒸气加热食用油。

温度为160的饱和蒸汽在壳程冷凝，冷凝液在饱和温度下排出。

食用油在管程流动，并由20加热到106。

列管换热器尺寸为：

列管直径为19mm2mm、管长为4m，共有25根管子。

若换热器的传热量为125kW，蒸汽冷凝传热系数为7000W/（m2K）,油侧污垢热阻为0.0005m2K/W,管壁热阻和蒸汽侧污垢热阻可忽略,求管内油侧对流传热系数。

又若油的流速增加一倍，此时若换热器的总传热系数为原来的1.75倍,求油的出口温度。

假设油的物性不变。

解：

（1）管内油侧的对流传热系数对数平均温差：

【2-12】在列管换热器中用冷水冷却油。

水在直径为19mm2mm的列管内流动。

已知管内水侧对流传热系数为3490W/（m2K）,管外油侧对流传热系数为258W/（m2K）。

换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.00026m2K/W,油侧污垢热阻为0.000176m2K/W。

管壁的热导率为45W/（mK）。

求：

（1）基于管外表面积的总传热系数；

（2）产生污垢后热阻增加的百分数。

解：

以外表面为基准。

（1）基于管外表面的总传热系数,产生污垢前的总热阻：

（2）产生污垢后热阻增加的百分数,%产生污垢后的总热阻：

【2-13】在套管换热器中采用并流的方式用水冷却油。

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，假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，且仍为并流，换热器除管长外，其他尺寸不变，若原换热器的管长为1m，求现在需要的管长。

设换热器的热损失可忽略。

解：

热量衡算（忽略热损失）：

【2-14】某列管换热器的管程走冷却水，有机蒸汽在管外冷凝。

在新使用时冷却水的进、出口温度分别为20和30。

使用一段时间后，在冷却水进口温度与流量相同的条件下，冷却水出口温度降为26。

已知换热器的传热面积为16.5m2,有机蒸汽的冷凝温度为80,冷却水流量为2.5kg/s,求污垢热阻。

解：

无污垢时的传热量：

【2-15】某气体混合物（比热容和热导率均未知）以90kg/h的流量流过套管换热器的内管，气体的温度由38被加热到138。

内管内径为53mm，外管内径为78mm，壁厚均为2.5mm,管外为水蒸气冷凝使管内壁温度维持在150。

已知混合气体的粘度为0.027mPas,其普兰特数为1,求套管换热器的管长。

【2-16】有一套管换热器，内管为19mm2mm，管长为2m，管内的水与环隙中的油逆流流动。

油的流量为270kg/h，进口温度为100，水的流量为360kg/h，进口温度为10。

若忽略热损失，且知以管外表面积为基准的总传热系数为374W/（m2K）,油的比热容为1.88kJ/（kgK）,求油和水的出口温度分别为多少?

【4-1】用光滑小球在粘性流体中自由沉降可测定该液体的粘度。

测试时用玻璃筒盛满待测液体，将直径为6mm的钢球在其中自由沉降，下落距离为200mm，记录钢球的沉降时间。

现用此法测试一种密度为1300kg/m3的糖浆，记录的沉降时间为7.32秒，钢球的比重为7.9，试求此糖浆的粘度。

【4-2】某谷物的颗粒粒径为4mm，密度为1400kg/m3。

求在常温水中的沉降速度。

又若此谷物的淀粉粒在同样的水中的沉降速度为0.1mm/s，试求其粒径。

【4-3】气体中含有大小不等的尘粒，最小的粒子直径为10m。

已知气体流量为3000m3/h（标准态），温度为500，密度为0.43kg/m3，粘度为3.610-5Pas，尘粒的密度为2000kg/m3。

今有一降尘室，共有5层，求每层的沉降面积。

【4-9】果汁中滤渣为可压缩的，测得其压缩指数为0.6。

在表压为100kPa下由压滤机过滤。

最初1小时可得清汁2.5m3，问若其他条件相同，要在最初1小时得到3.5m3的清汁，要用多大压力？

设介质阻力可忽略不计。

【4-10】用某板框过滤机过滤葡萄糖溶液，加入少量硅藻土作助滤剂。

在过滤表压100kPa下过滤2h，头1h得滤液量8m3。

假设硅藻土是不可压缩的，且忽略介质阻力不计，试问：

（1）在第2h内可得多少滤液？

（2）过滤2h后用2m3清水（粘度与滤液相近），在同样压力下对滤饼进行横穿洗涤，求洗涤时间；（3）若滤液量不变，仅将过滤压差提高1倍，问过滤时间为多少？

（4）若过滤时间不变，仅将过滤压强提高1倍，问滤液量为多少？

【4-11】有一叶滤机，自始至终在某一恒压下过滤某种悬浮液时，得出如下过滤方程式：

（q+10）2=250（t+0.4）。

式中q以L/m2表示，以min表示。

今在实际操作中，先在5min内使压差由零升至上述压差，其间过滤为恒速过滤，以后则维持该压力不变作恒压过滤，全部过滤时间为20min。

试求：

（1）每一循环中，每1m2过滤表面可得多少滤液？

（2）过滤后用相当于滤液总量1/5的水洗涤滤饼，求洗涤时间（设滤饼不可压缩）。

【4-12】在202.7kPa（2atm）操作压力下用板框过滤机处理某物料，操作周期为3h，其中过滤1.5h，滤饼不需洗涤。

已知每获1m3滤液得滤饼0.05m3，操作条件下过滤常数K=3.310-5m2/s，介质阻力可忽略，滤饼不可压缩。

试计算：

（1）若要求每周期获0.6m3的滤饼，需多大过滤面积？

（2）若选用板框长宽的规格为1m1m，则框数及框厚分别为多少？

（3）经改进提高了工作效率，使整个辅助操作时间缩短为1h，则为使上述板框过滤机的生产能力达到最大时，其操作压力应提高至多少？

圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为15.7kg.s-1,其体积流量为_0.0157m3.s-1_.平均流速为_2.0m.s-1_。

2.流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的_2_倍;如果只将管径增加一倍,流速不变,则阻力损失为原来的_1/4_倍。

3.离心泵的流量常用出口阀调节。

4.某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为He=25m水柱,输水量为20kg.s-1,则泵的有效功_4905w_5.用饱和水蒸汽加热空气时，换热管的壁温接近_饱和水蒸汽的温度，而传热系数K值接近_空气_的对流传热系数。

6.实现传热过程的设备主要有如下三种类型_间壁式蓄热式直接混合式_7.中央循环管式蒸发器又称_标准式_。

由于中央循环管的截面积_较大_。

使其内单位容积的溶液所占有的传热面积比其它加热管内溶液占有的_要小_，因此，溶液在中央循环管和加热管内受热不同而引起密度差异，形成溶液的_自然_循环。

8.圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得中的体积流量为0.022m3.s-1,质量流量为_22kg.s-1_,平均流速为_2.8m.s-1_。

;9.球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是_粒子所受合力的代数和为零_。

滞流沉降时，其阻力系数=_24/Rep_.10.某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500,而外层包上隔热层表面温度为20,采用某隔热材料,其厚度为240mm,=0.57w.m-1.K-1,此时单位面积的热损失为_1140w_。

（注:

大型容器可视为平壁）非结合水份是主要以机械方式与物料相结合的水份。

12.设离心机转鼓直径为1m，转速n=600转.min-1，则在其中沉降的同一微粒，比在重力沉降器内沉降的速度快_201_倍。

14.用冷却水将一定量的热流体由100冷却到40，冷却水初温为15，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案是令冷却水终温为30，方案是令冷却水终温为35，则用水量WI大于WII，所需传热面积AI小于AII。

（大于，等于，小于）15.多效蒸发的原理是利用减压的方法使后一效的蒸发压力和溶液的沸点较前一效的_为低_，以使前一效引出的_二次蒸汽_作后一效_加热用_，以实现_二次蒸汽_再利用。

物料干燥时的临界水份是指由恒速干燥转到降速阶段的临界点时，物料中的含水率；它比物料的结合水_大如右图所示：

已知,水=1000kg.m-3,空气=1.29kg.m-3,R=51mm,则p=_500N.m-2,=_1（两测压点A.B间位差不计18.板框压滤机主要由_滤板、滤框、主梁（或支架）压紧装置等组成_，三种板按_123212321_的顺序排列组成。

19.去除水份时固体收缩最严重的影响是_在表面产生一种液体水与蒸汽不易渗透的硬层_，因而降低了干燥速率。

21.恒定的干燥条件是指空气的湿度、温度、速度以及与物料接触的状况都不变。

22.物料的临界含水量的大小与_物料的性质，厚度和恒速干燥速度的大小_等因素有关。

1.当离心泵内充满空气时，将发生气缚现象，这是因为（B）B.气体的密度太小2.降膜式蒸发器内溶液是（C）流动的。

C.不循环3.当空气的t=t=t时，说明空气的相对湿度（A）。

A.=100%；4.如图，U形管压差计测得（A）A.A.B间的阻力损失5.用离心泵从河中抽水，当河面水位下降时，泵提供的流量减少了，其原因是（C）。

C.管路特性曲线变了6.稳定传热是指传热系统内各点的温度（B）。

B.只随位置而变，但不随时间而变7.在干燥流程中，湿空气经预热器预热后，其温度（A），相对湿度（BA.升高；B.降低；8.干燥器进口的温度计最小分度是0.1，下面是同一温度时的几种记录，哪一种是正确的（D）。

74.98。

9.下图中高位槽液面保持恒定，液体以一定流量流经管路，ab与cd两段长度相等，管径与管壁粗糙度相同，则（B）。

（1）U形压差计读数A.RabRcdB.RabRcdC.RabRcdD.不定

（2）液体通过ab与cd段能量损失_B_。

A.habhcdB.habhcdC.habhcdD.不定（3）ab与cd两段压差_C_。

A.PabPcdB.PabPcdC.PabPcdD.不定（4）R值表示_C_。

A.ab段的压差值B.ab段位能变化C.ab段流动能量损失D.ab段压差值及流动能量损失10.由于泵内存有气体，启动离心泵而不能送液的现象，称为（B）现象。

B.气缚11.一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处的压力表也逐渐降低为零，此时离心泵完全打不出水。

发生故障的原因是（D）D吸入管路漏气12.多效蒸发中，由于温度差损失的影响，效数越多，温度差损失越大，分配到每效的有效温度差就（A）A.越小13.已知物料的临界含水量为0.2kg水.kg-1绝干料，空气的干球温度为t，湿球温度为tm，露点为td，现将该物料自初始含水量X1=0.45kg水.kg-1绝干料干燥至X2=0.1kg水.kg-1绝干料，则在干燥末了时物料表面温度表：

（A）。

A.t表tm14.往复压缩机的最大压缩比是容积系数（C）时的压缩比。

C.为零15.离心机的分离因数愈大，表明它的分离能力愈（B）。

B.强；1.食品工程单元操作是一种物理操作,只改变物质的物理性质而不改变其化学性质。

（）2.当空气状态一定时，可用物料的结合水分来判断干燥能否进行的最大限度。

（）3.相对湿度值大小可以反映空气的吸水汽的能力。

若值大时，表示此空气吸水汽的能力强。

（）4.压缩机的余隙大小与其生产能力有关（）故余隙宜大（）。

5.板框压滤机采用横穿法洗涤时，若洗涤压差=最终过滤压差，洗涤液粘度=滤液粘度，则其洗涤速率=1/4过滤终了速率。

（）6.由溶液沸点造成温度差损失等于溶液的沸点与相同压力下水的沸点之差。

（）7.物料的临界含水量是划分等速干燥和降速干燥阶段的分界点。

（）8.板框压滤机的洗涤速率等于过滤未了时的速率。

（）9.在多效蒸发操作中，后一效蒸发器的加热室就相当于前一效的蒸发器产生的二次蒸汽的冷凝器。

（）10.厢式干燥器的传热方式是热传导。

（）11.流体流动状态的判断依据是雷诺数Re。

（）12.额外蒸汽的抽出其目的提高整个装置的经济程度。

（）13.当空气状态一定时，可用物料的结合水分来判断干燥能否进行的最大限度。

（）,1.等压面：

静止，联系的均质流体，处于同一水平面上的各点压力相等。

2.稳态流动：

流畅中的物理量，仅和空间位置有关，而和时间无关。

3.气缚现象：

泵内未充满液体，气体密度低，产生离心力小，在叶轮中心形成的低压不足以将液体吸上。

4.离心泵的汽蚀现象：

汽蚀现象吸入管X：

无外加机械能，液体靠势能差，吸入离心泵。

特征：

泵体震动，噪声大；泵流量，压头，效率都显著下降。

主要危害：

造成叶片损坏，离心泵不能正常操作。

位置：

叶轮内压力最低处。

5.稳态传热：

各点温度分布不随时间而改变。

非稳态传热：

各点温度随时间改变而改变。

说明：

连续生产过程中的传热多为稳态。

等温面：

具有相同温度的点组成的面。

特点：

等温面上各点温度相等，等温面不会相交。

温度梯度：

沿等温面法线方向的温度变化率。

6.热流量：

单位时间内所传导的热量，W。

7.热导率：

物性参数，标志物质导热性能。

8.黑体：

能全部吸收辐射能物体A=1白体：

能全部反射辐射能物体R=1透热体：

能全部透过辐射能物体D=1灰体：

能以相同的吸收率A吸收全部波长辐射能物体。

9.临界流化状态：

最小流化速度。

10.颗粒输送：

当u=ut时颗粒被带走。

带出速度：

颗粒被吹出的临界速度。

11.生产能力生产强度：

在相同条件下，虽然多小蒸发传热面积为单效蒸发的M倍，但生产能力小于单效蒸发。

12.绝对湿度为单位体积湿空气中水蒸气的含量。

绝对湿度，它表示每每立方米空气含有的水蒸汽的量kg/m3。

含湿量，它表示每千克空气所含有的水蒸气量kg/kg干空气。

相对湿度，表示空气中的绝对湿度与同温度下的饱和绝对湿度的比值，得数是一个百分比。

13.干球温度：

普通温度计测出的空气湿度。

14.湿球温度：

湿球温度计。

15.露点td:

保持空气的H不变，降低温度，使其达到饱和状态时的温度。

16.绝对饱和温度：

绝热饱和过程：

系统与外界绝热，不饱和气体与液体长时间接触，传热传质达到平衡态时的温度。

17.平衡水分：

用一定状态的湿空气，干燥某湿物料，物料能够达到的极限含水量称为对应于该空气状态的平衡水分。

18.自由水分：

物料含水量超出平衡水分的部分称为自由水分。

19.结合水分：

固液之间结合力较强的水分，存在于物料细胞壁内或毛细管内。

20.临界水分：

由恒速干燥转到降速阶段的临界点时，物料中的含水率。