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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)

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