习题课(计算题)x1

习题课(计算题)x1习题课(计算题)x1习题课(计算题)x1习题课(计算题)x1编制仅供参考审核批准生效日期地址：电话：传真:邮编:一、计算题（20分）如附图所示的输水管路系统，用泵将低位槽中的水输送到高位槽，两槽均敞口，总管路长度为120m（包括所有局部阻力的当量长度）。现利用U型管压差计测得管路中A、B两点的压强差为。已知管子的规格为，A、B间管长为60m（包括两点间的全部局部阻力的当量长度）。设输送条件下水的密度为1000kg/m3，黏度为s，摩擦系数λ＝，其他尺寸见附图。试求：（1）管路中水的流量；（2）离心泵的有效功率。解：（1）（10分）在A、B两点间列柏努利方程：（3分）因为ZB-ZA=，uA=uB，pA-pB=，所以J/kg（2分）又因为（3分）所以m/s（1分）所以m3/s=m3/h（1分）（2）（10分）：以低位槽液面为截面1-1’，以高位槽液面为截面2-2（4分）其中，z2-z1=，u1=u2=0，p1=p2，而管路阻力为J/kg（2分）所以J/kg（2分）W=（2分）二、计算题（20分）用离心泵将水从敞口储槽送至水洗塔的顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为φ76×。在操作条件下，泵入口处真空表的读数为×103Pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按Σhf1=2u2与Σhf2=10u2计算。由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速m/s。排水管与喷头处的压强为×103Pa（表压）。求泵的有效功率。（水的密度取为1000kg/m3）解：（1）水在管内的流速与流量设储槽水面为上游截面1-1＇，真空表连接处为下游截面2-2＇，并以截面1-1＇为基准水平面。在两截面间列柏努利方程。（4分）式中Z1=0，Z2=m，p1=0（表压），p2=×103Pa（表压），u1≈0，Σhf1=2u2将上列数值代入柏努利方程式，解得水在管内的流速u2m/s（3分）水的质量流量kg/s（3分）（2）泵的有效功率设储槽水面为上游截面1-1＇，排水管与喷头连接处为下游截面2-2＇，仍以截面1-1＇为基准水平面。在两截面间列柏努利方程。式中Z1=0，Z2=14m，u1≈0，u2=2m/s，p1=0（表压）p2=×103Pa（表压），（4分）将上列数值代入柏努利方程式，解得J/kg（3分）泵的有效功率Ne=we·ms=×=2260W（3分）三、（20分）用离心泵将密度为880kg/m3的苯从贮罐输送到高位槽，流量为18m3/h，高位槽液面比贮罐内液面高12m，两液面上方均为大气压，管路的出口在液面之下。泵吸入管用89mm4mm的无缝钢管，直管长度为15m，管路上有一个底阀，le=，一个标准弯头，le=，摩擦系数=；泵排出管用的无缝钢管，直管长度为50m，管路装有一个全开的截止阀，le=17m，一个标准弯头，le=，=。计算（1）吸入管路的阻力损失；（2）排出管路的阻力损失；（3）（1）吸入管路内的平均流速（2分）阻力损失（3分）（2）排出管路内的平均流速（2分）阻力损失（3分）（3）在贮罐液面和高位槽液面之间列柏努利方程，得（5分）苯的质量流量所需泵的轴功率（5分）四、计算题（15分）用离心泵将20℃的水从敞口贮槽送至表压强为150kPa的密闭容器，贮槽和容器的水位恒定。各部分相对位置如右图所示。管道均为φ108×4mm的无缝钢管，泵吸入管长为20m，排出管长为100m（各管段均包括所有局部阻力的当量长度）。离心泵前后装有真空表和压力表，真空表读数为，两测压口的垂直距离为，忽略两测压口间的阻力，摩擦系数取为，水的密度取为1000kg/m3试求：（1）管路中水的流量（m3/h）；（2）压强表的读数（kPa，表压）；（3）泵的有效功率（kW）。解：（5分）（1）以敞开贮槽水面为截面0，以泵入口真空表所在水平面为截面1，在0-1截面间列伯努利方程：（2分）其中，Z1-Z0=3m，u0=0，u1=u，P0=0kPa（表压），P1=（表压），，=1000kg/m3。（2分）将以上数据代入公式得到：u=s，Vs=**4*3600=h(1分)（5分）（2）以泵出口压力表所在水平面为截面2，以高位密闭容器中水面为截面3，在2-3截面间列伯努利方程：（2分）其中，Z3-Z2==，u2=s，u3=0m/s，P3=150kPa（表压），J/kg，=1000kg/m3。（2分）将以上数据代入公式得到：P2=323kPa（表压）（5分）（3）在截面1-2间列方程（也可在0-2,0-3,1-3截面间列方程）（2分）其中，Z2-Z1=，u1=u2，P1=（表压），P2=323kPa（表压），J/kg（因为不含管路，故没有管路阻力损失），=1000kg/m3。（2分）将以上数据代入公式得到：We=kg，Ne=We*Vs*ρ=*3600*1000/1000=（1分)五、计算题（20分）用离心泵将密度为1200kg/m3的液体由敞口贮槽A送至高位槽B。已知离心泵吸入管路上各种阻力之和∑hf,a=10J/kg、输出管路上各种阻力之和∑hf,b=30J/kg。两槽液面维持恒定，其间垂直距离为20m,每小时液体的输送量为30m3泵的扬程为多少求泵的轴功率为多少解：（1）选贮槽A、B的液面分别为截面1-1’、2-2’，以1列柏努利方程（5分）z1=0u1=0p1=0(表压)z2=20mu2=0p2=0(表压)（5分）（5分）六、计算题（20分）如图所示，为二氧化碳水洗塔的供水系统，储槽水面绝对压强为100kPa，塔内水管出口处高于储槽水面20m，管道规格为，送水量为15m3/h，，塔内水管出口处绝对压强为225kPa，设系统管路总长度为35m，所有局部阻力当量长度之和为10m，直管摩擦系数为，求输水泵所需轴功率已知水泵的效率为60，水的密度取1000kg/m3。解：以储槽水面为截面0，以管路出水口为截面1，在0-1截面间列伯努利方程：（5分）其中，Z1-Z0=20m，u0=0，P0=100kPa，P1=225kPa（2分）(3分)=1000kg/m3。将以上数据代入伯努利方程可得（3分)所以（2分）（1分）（2分）（2分）七、计算题（20分）用一离心泵将低位槽（表压强为30kPa）中的水输送到高位槽（表压强为50kPa），两槽的水位恒定，高度差为20m。管路内径为60mm，总长25m（包括所有局部阻力的当量长度），摩擦系数为，管路中水的流量为40m3/h。水的密度取为1000kg/m3。泵的效率为70%。试求：（1）离心泵的轴功率（kW）；（2）若管路内径变为40mm，其他条件不变，则管路阻力变为原先的多少倍解：（10分）（1）以低位槽水面为截面0，以高位槽水面为截面1，在0-1截面间列伯努利方程：（3分）其中，Z1-Z0=20m，u0=0，u1=0，P0=30kPa（表压），P1=50kPa（表压），（2分）(2分)=1000kg/m3。将以上数据代入公式得到：(2分)所以（1分）（10分）（2）根据流速公式：可知，若直径变为原来的2/3，则流速变为原来的（3/2）2=.（3分）又根据范宁公式：可知，阻力与u2成正比，与d成反比。（4分）因此，在直径变为原来的2/3时，阻力变为原来的*3/2=倍。（3分）八、计算题（20分）一列管式冷凝器，换热管规格为。冷却剂在管内流过，其温度由20℃升至50℃。流量为5000kg/h、温度为75℃的饱和有机蒸气在壳程冷凝为同温度的液体后排出，冷凝潜热为310kJ/kg。已测得蒸气冷凝传热系数为800W/(m2K)，冷却剂的对流传热系数为2500W/(m2K)。污垢热阻、管壁热阻试求：（1）冷却剂用量；（2）该换热器的传热面积。解：（1）（8分）有机蒸气冷凝释放的热量W（3分）因为（3分）所以冷却剂用量为kg/s（2分）（2）（12分）传热平均温度差为℃（4分）总传热系数为K=(m2℃)（4分）所以，所需的换热面积为m2（4分）九、计算题（20分）在列管式换热器中，用饱和水蒸气将空气由10℃加热到90℃，该换热器由38根φ25×，长的铜管构成，空气在管内作湍流流动，其流量为740Kg/h，比热为×103J/Kg℃，饱和水蒸气在管间冷凝。已知操作条件下的空气对流给热系数(或称对流传热膜系数)为70W/m2.℃,水蒸气的冷凝给热系数为8000W/m2.℃（1）试确定所需饱和水蒸气的温度；（2）若将空气量增大25%通过原换热器，在饱和水蒸气温度及空气进口温度均不变的情况下，空气能加热到多少度（设在本题条件下空气出口温度有所改变时，其物性参数可视为不变）解：（1）饱和水蒸气的温度T:（5分）其中：（2分）（2分）℃(以外表面计)（1分）T=124℃（2(2)若空气量增大25%,则℃（4分）（2分）由式（１）可知：解得：，即空气加热到（2分）十、计算题（15分）在逆流换热器中，用初温为20C的水将s的液体（比热容为、密度为850kg/m3），由80C冷却到30C。换热器的列管直径为，水走管程。水侧和液体侧的对流传热系数分别为(m2.

C)和kW/(m2.

C)，污垢热阻可忽略，管壁导热系数为(m.

C)，水的比热容为kJ/。现测得水的出口温度为50C，试求：（1）冷却介质的用量；（2）若已知一换热器的传热面积为解：（1）di=×2=20mm=，do=25mm=(1分)根据热量衡算：(2分)得水的流量为（2分）（2）传热量为kW（2分）总传热系数为＝W/（3分）对数平均传热温度差为℃（2分）因此，m2（2分）m2>13m2故在该操作条件下该换热器不能够满足要求。（1十一、（20分）某管壳式换热器的管束采用的钢管，有效长度为3m。通过管程的流体冷凝壳程流量为4200kg/h、温度为75C的饱和有机蒸汽，蒸汽的冷凝潜热为310kJ/kg，蒸汽冷凝的对流传热系数为800W/(m2K)。冷却剂的温度由20C升高到50C，其比热容为(kgK)，密度为860kg/m3，对流传热系数为2100W/(m2K)。忽略管壁和污垢热阻，计算（1）该换热器的传热面积；（2）所需换热管的数量；（3）冷却剂的流量。解：（1）蒸汽冷凝的放热量（2分）（3分）（3分）（2分）该换热器所需传热面积为（5分）（2）换热器所需换热管的总根数（2分）（3）冷却剂的流量（3分）十二、计算题（15分）在一钢制套管换热器中，用冷却水将3600kg/h的饱和苯蒸气在80℃下冷凝。冷却水在φ25mm×的内管中逆流流动，其进出口温度分别为10℃和45℃。已知苯和水侧的对流传热系数分别为(m2试求：（1）冷却水消耗量（kg/h）；（2）所需的总管长。解：(5分)（1）列热量衡算方程（2分）其中，Wh=3600kg/h=1kg/s，r=395kJ/kg，Cpc=(kg?K)，t1=10℃，t2=45℃。(将以上数据代入方程得：Wc=s=h(1分)（10分）（2）传热量为kW（2分）总传热系数为＝W/（2分）对数平均传热温度差为℃（2分）因此，=m（2分）十三、计算题（20分）在一列管式换热器内用水冷却苯。苯走管程，流量为s，由80oC被冷却至30oC。冷却水在壳程内呈湍流流动，且与苯逆流流动，其进口温度为20oC，出口温度为50oC。已估算出苯侧和水侧的对流传热系数分别为850W/(m2K)、1700W/(m2K)；苯的平均比热为。若列管为φ25×的钢管，长3米，其导热系数为45W/(m2K)，并忽略污垢热阻及换热器的热损失，试求：（1）传热速率为多少（3）总传热系数K为多少（2）所需换热器的列管数为多少解：（2分）其中，=**103*（80-30）=（kW）（5分）==[W/]（5分）==()（5分）故（根）（3分）十四、计算题（20分）现测定一传热面积为4m2的螺旋板式换热器的总传热系数K值。测得热水流量为900kg/h，进口温度为80C，出口温度为70C；测得空气进口温度为15C，出口温度为65C。二者逆流流动，水的平均比热容为(kg?K)。（1）计算该换热器的K值；（2）若忽略热损失，空气的平均比热容为(kg?K)，计算空气的质量流量；（3）