发布时间 : 星期五 文章中国农业大学食品工程原理习题更新完毕开始阅读
第1章 流体力学基础 习题
【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。
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【1-3】用泵输送大豆油，流量为1.5×104m3/s，管道内径为10mm，已知大豆油的粘度为
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40×103Pa.s，密度为940kg/m3。试求从管道一端至相距27m的另一端之间的压力降。
【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。
【1-6】液体在光滑圆形直管内作紊流流动，若管长和管径均不变，而流量增为原来的两倍，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍。摩擦系数可用布拉休斯公式计算。
【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
?114?4mm，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1.0133×105Pa）
【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?57?3mm，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、
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水的密度为1000kg/m3、粘度为1×103Pa.s。试求泵的效率为70％时的轴功率。
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【1-10】用泵将开口贮槽内密度为1060kg/m3、粘度为1.1×103Pa.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?57?3mm，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％）。
【1-12】某罐头厂需用泵将水池中的20℃清水泵送到距水池20m远、高4m的设备上去喷淋洗涤原料。水量要求为20m3/h。估计管件有：900弯头4只，带滤水网的底阀1只，标准截止阀2只，闸阀1只，试选择合适的离心泵。
【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Hs＝5.6m，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： （1）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9.81×104Pa； （2）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9.02×104Pa。
第2章 传热 习题
【2-1】一食品冷藏室由内层为19 mm厚的松木，中层为软木层，外层为51 mm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0.151,0.043 3,0.762 W/(m·K)，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。
【2-2】为减少热损失，在外径为150 mm的饱和蒸汽管道外加有保温层。已知保温材料的热导率λ=0.103+0.000 198 T(式中T为℃),蒸汽管外壁温度为180 ℃,要求保温层外壁温度不超过50 ℃,每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在1×10-4 kg/(m·s)以下,问保温层厚度应为多少?(计算时可假定蒸汽在180 ℃下冷凝)。
【2-3】试推导出中空球壁稳定热传导的关系式。现有一球形液氧储罐，内径为2 m，内装液氧量占储罐容积的80%，储罐外用氧化镁保温，要求在104 s内液氧蒸发量不超过1%，问保温层应多厚（忽略内侧及罐壁的热阻）?
已知氧化镁的热导率为0.07 W/(m·K),液氧的蒸发潜热为215 kJ/kg,液氧的沸点为90 K, 液氧的密度为1 140 kg/m3,保温层外壁面温度为280 K。
【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104～109之间，求两管热损失的比值。
【2-7】表压为0.02 MPa的饱和水蒸气在高1 m的垂直平板上冷凝。求壁面温度为80 ℃ 和50 ℃时的冷凝传热系数各为多少?解释壁面温度对对流传热系数的影响。
【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0.064 5 m2，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。
【2-9】试证明在稳定传热过程中,在两高、低温的固体平行平面间装置n片很薄的遮热板时，辐射传热量减少到原来未安装遮热板时的1/（n+1）倍。设所有平面的表面积、黑度均相等，平板之间的距离很小。
【2-10】在逆流换热器中，用初温为20 ℃的水将1.25 kg/s的液体［比热容为1.9 kJ/(kg·K)、密度为850 kg/m3］由80 ℃冷却到30 ℃。换热器的列管直径为Φ25 mm×2.5 mm,水走管内。水侧和液体侧的对流传热系数分别为850 W/（m2·K）和1 700W/（m2·K）,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。
【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Φ19 mm×2 mm、管长为4 m，共有25根管子。若换热器的传热量为125 kW，蒸汽冷凝传热系数为7 000 W/（m2·K）,油侧污垢热阻为0.000 5 m2·K/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。
【2-15】某气体混合物（比热容和热导率均未知）以90 kg/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53 mm，外管内径为78 mm，壁厚均为2.5 mm,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0.027 mPa·s,其普兰特数为1,求套管换热器的管长。
【2-17】直径为100 mm、高65 mm的罐头，内装的食品物性为：比热容3.75 kJ/(kg·K),
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密度1 040 kg/m,热导率1.5 W/(m·K),初温为70 ℃,放入120 ℃的杀菌锅内加热,蒸汽对
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罐头的对流传热系数为8 000 W/(m·K),忽略罐头包装外皮的热阻,求加热时间分别为30，60，90 min时罐头的中心温度。
第4章 颗粒与流体之间的相对流动 习题
【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1300 kg/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1400 kg/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10μm。已知气体流量为3000m3/h（标准态），温度为500℃，密度为0.43 kg/m3，粘度为3.6×10-5Pa?s，尘粒的密度为2000 kg/m3。今有一降尘室，共有5层，求每层的沉降面积。
【4-5】一降尘室长5m，宽3m，高4m，内部用隔板分成20层，用来回收含尘气体中的球形固体颗粒，操作条件下含尘气体的流量为36000 m3/h，气体密度为0.9kg/ m3，粘度为0.03mPa.s。尘粒密度为4300 kg/ m3，试求理论上能100%除去的最小颗粒直径。
【4-7】液体食用油经水洗设备之后，进入沉降槽进行油-水分离。假定从洗涤器出来的混和物中，油以球滴出现，滴径为0.05mm，物料中油和水的质量比为1：4，分离后的水相可认为绝不含油。已知料液流量为2t/h，油的相对密度为0.9，油温和水温均为38℃。试求沉降槽的沉降面积（假定沉降符合斯托克斯定律）。
【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2 m3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，τ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）。
【4-13】有一转筒真空过滤机，每分钟转2周，每小时可得滤液4 m3。若滤布阻力忽略不计，问每小时要获得5 m3滤液，转鼓每分钟应转几周？此时转鼓表面的滤饼厚度为原来的几倍？假定所用的真空度不变。
【4-16】鲜豌豆近似球形，其直径6mm，密度1080 kg/ m3，拟于-20℃冷气流中进行流化冷冻。豆床在流化前的床层高度0. 3 m，空隙率0.4，冷冻时空气速度（空床）等于临界速度的1.6倍。试估计：（1）流化床的临界速度和操作速度；（2）通过床层的压力降。
第7章 吸收与蒸馏 习题
【7-1】用一根长0.5 m的细管连接两个分别装有不同浓度的氨—空气混合物的大容器。系统温度25℃，总压101.3 kPa。左侧容器内氨的分压强为20 kPa，右侧容器内氨的分压为5 kPa。已知25℃，101.3 kPa下氨在空气中的扩散系数为1.95×10-5 m2/s，设扩散为稳定扩散，试按两种扩散模式分别计算其传质速率。
【7-4】10℃时氧在水中的溶解度的表达式为p*=3.313×106x，式中p*为氧在汽相中的平衡分压，kPa；x为溶液中氧的摩尔分数。空气中氧的体积分数为21％，试求总压为101. 325 kPa时，每m3水中可溶解多少g氧?
【7-6】用清水吸收混合气中的NH3，进入常压吸收塔的气体含NH3体积分数为6％，吸收后气体含NH3体积分数为0.4％，出口溶液的摩尔比为0.012 kmol NH3/kmol水。此物系的平衡关系为Y*=2.52X。汽液逆流流动，试求塔顶、塔底处汽相推动力各为多少?
【7-10】用煤油从苯蒸汽与空气的混合物中回收苯，要求回收99％。入塔的混合气中，含苯2％(摩尔分数)。入塔的煤油中，含苯0.02％。溶剂用量为最小用量的1.5倍，操作温度为50℃，压力为100 kPa。平衡关系为Y*=0.36X，总传质系数Kya=0.015 kmol／(m3·s)。入塔气体的摩尔流率为0.015 kmol／(m2·s)。求填料层高度。
【7-12】某厂有一填料塔，直径880 mm，填料层高6 m，所用填料为50 mm瓷拉西环，乱堆。每小时处理2 000 m3混合气(体积按25℃与101.33 kPa计)，其中含丙酮摩尔分数为5％。用清水作溶剂。塔顶送出的废气含0.263％丙酮，塔底送出来的溶液每千克含丙酮61.2 g。根据上述测试数据计算汽相体积总传质系数Kya。操作条件下的平衡关系为Y*=2.0X。上述情况下每小时可回收多少千克丙酮? 若把填料层加高3 m，可以多回收多少丙酮?
【7-14】在常压下将某二元混合液其易挥发组分为0.5(摩尔分数，下同)分别进行闪蒸和简单蒸馏，要求液化相率为1/3，试分别求出釜液和馏出液组成，假设在操作范围内汽液平衡关系可表示为y=0.50x+0.5。
【7-15】某连续精馏塔，泡点加料，已知操作线方程如下：