化工原理计算试题

其读数F=20mm其读数F=20mmAB两点间的垂直距离为少mmH,(3)若管路水平放置离心泵的计算1计算题j01b10029如图所示，水通过倾斜变径管段(AB),n=100mmDb=240mm,水流量为2m3/min,在截面A与B处接一U形水银压差计,h=0,3m试求:(1)试求AB两点的压差等于多少Pa?(2)A、B管段阻力损失为多而流量不变，U形水银压差计读数及A、B两点压差有何变化？计算题j01b10029(题分：20)Ua=(2/60)/[(j/4)X(0.10)2]=4.244m/s,Ub=4.244X(1/2.4)2=0.7368m/sPa/出ua2/2=gh+pJ仔ub2/2+Yhf---pA(gh+pJ0=(p-PgRPPa-Pb=(：)gR+:二gh=(13.6-J)X103X9.81X0.020+103X9.81X0.3=5415PaIb=(pJP-gh—pJ9+Ua2/2-ub2/2=(P—伊gR科ua2/2-ub2/2=(13.6—1)X9.81X0.020+(4.244)2/2-(0.7368)2/2=11.2J/kg即S=Rhf=103x11.2=11.2X103Pa换成mmHg:；T-t=.pf/(&g)=11.2x103/(13.6X103X9.81)=0.0839mHg=83.9mmHgpA/件ua2/2=pJ田ub2/2+5ht.「Ua、Ub、Iht均不变，故(P—9gR/牝值不变即R不变，R=片20mm水平放置时Pa-Pb=(13.6」)刈03咫81@020=2472Pa比倾斜放置时的压差值小。2计算题j02b20067(20分)如图所示的输水系统，输水量为36nVh,输水管均为小80x2mm的钢管，已知水泵吸入管路的阻力损失为0.2m水柱，压出管路的阻力损失为0.5m水柱，压出管路上压力表的读数为2.5Kgt/cm2。试求：水泵的升扬高度；若水泵的效率7)=70%,水泵的轴功率(KW);水泵吸入管路上真空表的读数(mmHg柱)。注：当地大气压为750mmHg柱。

U=36/3600/(0.785X0.0762)〜2.2m/s在2-2与3-3截面列B.eq.5分22Z2+P/pg+U/2g+He=Z3+P3/pg+U/Zg+Hf2-3U2=U3不计Hf2-3He=(Z3-Z2)+(P3+F2)/pg=0.2+(2.5+0.525)/(103X9.81)X9.81X104=30.5mH2O柱在1-1与4-4列B.eq.He=△Z“+Hf1-4+Hf3-4△Z“=He-(Hf1-4+Hf3-4)=30.5-(0.2+0.5)=29.8m;升扬高度为29.8mFa=Heqvpg/周=30.5X0.01X103x9.81/0.7=4.27KW3分在1-1与2-2列B.eq,得5分0=Z2+(-F)/pg+U22/2g+Hf1-F=Z2Pg-U22p/2-Hf1-pg=-(4.8X103X9.8+2.2/2X103+0.2X103X9.81)=-515X102N/M2=515X102/(0.981X105)X735.6=386mmHg俵)-F2=真空度：吸入管路上真空表读数为386mmHgft=0.525atj01c20113用离心泵将原油从油库沿管内径为0.15m、长2公里(包括局部阻力的当量长度)的水平管送往炼油厂。输油量为40nVh。油泵的总效率为0.65,求泵的轴功率。某天，该油泵突然发生故障，于是开动一台备用泵，其压头仅为原来泵的80%,问此泵能输送原油多少m/h。输送条件下，原油的密度为890kg/m3,粘度为0.4Fas。设油库和炼油贮罐均为常压。答案：该题条件下，油泵所耗功率完全用于克服管路阻力。⑴A=(无/4)(0.15)2=0.0177m2u=40/(3600X0.0177)=0.63m/sRe=dup/g=0.15X0.63X890/0.4=210(层流)入=64/Re=64/210=0.3041~1=入(1/€1)色2/2g)=0.304X(2000/0.15)X[0.632/(2X9.81)]=82.1mWs=40X890/3600=9.9kg/s:N=82.1X9.81X9.9/(1000X0.65)=12.3kw⑵H'=0.8Hf=65.7m△Ff=65.7X9.81X890=5.736X105N/m对于层流^Ff=32lau/d••.u=AFfd/(32lr)=5.736X105X0.15/(32X2000X0.4)=0.504m/sV=3600X0.504X0.0177=32.1m3/hj01a150616如图，离心泵将敞口槽中的碱液打入吸收塔，泵吸入管路为())108><4mm长2m的钢管。泵压出管路为小76x3mm长30m的钢管，压出管路上装有标准阀一只，闸阀一只，90c弯头4只。在压出管路上还装有孔板流量计，孔板孔径为40mm孔流

系数C=0.62,水银差压计读数R=456mm吸收塔喷咀处压力为0.5kgf/cm2(表压)，碱液密度P=1100kg/m3,泵的效率n=0.6,直管阻力系数入=0.02(吸入、压出管道取近似相同值)，£弯头=0.75,£标准阀=6,£闸阀=0.17,E孔板=8,试求泵所需功j01a150616FaFaV=(无/4)X0.042X0.62[2gX0.456X(13600-1100)/1100]0.5=0.00785m3/sui=0.00785/[(无/4)X0.12]=1m/su。=1X(0.1/0.07)2=2.04m/s2hf=(0.02x2/0.1+0.5)x12/2g+(0.02X30/0.07+4X0.75+6+0.17+8)X2.042/2g=5.51mHe=5.51+(20-1.5)+0.5X104/1100+2.042/2g=28.77mN=28.77X0.00785X1100/(102X0.6)=4.084kw5.j02b100556用泵将贮槽1中的石油送至高位槽2中，两槽液面恒定不变，且其液面差为15m。管子规格为689X4.5mm，管路总长为200m(包括局部阻力的当量长度内。)要求流量为21m3/h。已知石油密度为920Kg/m3,粘度为0.5N.S/m2试计算：(1)由于阻力引起的压降；(2)泵的有效功率；(3)整理并写出管路特性曲线方程(注明式中变量的单位)答案：(1)△P=入(1/d)(pU12)U=21/(3600X0.785X0.082)=1.16m/sRe=0.080X1.16X920/0.5=170,8层流入=64/Re=0.374△P=0.374x(200/0.08)X920X1.162/2=5.79X105N/m2Ehf=5.8X105/920=629.9J/KgNe=QHP71000H=gAZ+Ehf=9.81X15+629.9=777J/KgNe=21X920X777/(3600X1000)=4.17KW在层流范围内L=AZ+Ehf/g=△Z+64/(duP/g)X(E1/d)(1/2g)(Q2/(0.785d2)2)=15+1.104X104QQ为m/s6.j02b150646欲用离心泵在两敞口容器间输液，该水泵铭牌标有：流量39.6m3/h,扬程15m轴功率2.026.j02b150646使用是否可以？如不可时采用什么措施才能满足要求效率80%配用2.8KM机，转数1400r/min。今欲在以下情况使用是否可以？如不可时采用什么措施才能满足要求(要用计算结果说明)(1)输送比重为1.(2)输送比重为(1)输送比重为1.(2)输送比重为0.(3)输送比重为0.3/h,扬程30m3/h,扬程30m3/h,扬程15m8的油类，流量为40m9的清液，流量为30m答案：(1)电动机功率不够N=38/3600X15X1800/(102X0.8)=3.5KW换大电机(2)扬程不够H/H'=(n/n')H/H'=(n/n')215/30=(1400/n，)2n增加n=198。转/分。检查功率：N/N'=(n/n')32.02/N'=(1400/1980)：=1980N'=5.72KW换一电机功率为5.72KVyn=198。转/分。(3)可以使用。通过关小出口阀调节至工作点。j01c201218如下图所示的输水系统，用泵将水池中的水输送到敞口高位槽，管道直径均为小83x3.5mm,泵的进、出管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮水池的水面高度为4.8m,压力表安装位置离贮水池的水面高度为5m当输水量为36n3/h时，进水管道的全部阻力损失为1.96J/kg,出水管道的全部阻力损失为4.9J/kg,压力表的读数为2.5kgf/cm2,泵的效率为70%试求：⑴两液面的高度差H为多少m?⑵泵所需的实际功率为多少KW?⑶真空表的读数多少kgf/cm2?解：⑴取截面0-0,1-1,2-2,3-3如图，在截面2-2和3-3间列柏努利方程以2-2为基准面(目的求H)H?g+(p2/p)+(u22/2)=H3g+(P3/p)+(U32/2)+hf2-3•••1[at]=9.807X104N/M=1[kg/cm2]u=Q/A=(36/3600)[(无/4)0.0762]=2.21m/s(2.5X9.807X104/103)+(2.212/2)=H3X9.81+4.9245.2+2.44=9.81H3+4.9H3=242.74/9.81=24.74[m]H=H+5=24.74+5=29.74[m]⑵在0-0和3-3间列柏努利方程以0-0为基准面(求We)Hg+(p0/p)+(u02/2)+We=H3g+(p3/p)+(u32/2)+hf0-3We=Hg+hf0-3=29.74X9.81+(1.96+4.9)=298.62[J/kg]Ms=Vsp=(36/3600)X103=10[kJ/s]Ne=Ms-We=10X298.62[W]N实=Ne/n=2986.2/0.70=4267[W]=4.267[kW]⑶在C-C和H间列柏氏方程以0-0为基准面Hg+(p0/p)+(u02/2)=H1g+(p1/P)+(u；/2)+hf0-1(papj/p=4.8X9.81+(2.212/2)+1.96=51.49m2/s2=51.49x103/(9.807x104)[at]=0.525[kgf/cm2]j02b20066用一离心泵将20c的水，由池中送至高位槽C。其流程如图a所示。已知泵的排出口压力表B读数为2.5at(表压)，排出段管总长为180m(包括局部阻力的当量长度)，系统的摩擦系数人可取0.024。其它数据如图a所示。试求：(1)系统输送的流量m/h；(2)若系统所用泵为3B33型离心泵，其特性曲线如图b所示。试求泵的工作点及克服系统阻力所耗的轴功率；(3)如果泵的吸入底阀A轻微堵塞，则系统的流量、泵的扬程及出口压力表读数有何变化？若严重堵塞有何现象发生？试用图说明。j02b20066解：(1)qv=?m7h5分在B-B及C-C面上列柏努利方程UB2/2g+Pb/pg+Zb=U2/2g+0+Zc+汇Hfb-cUc=0

3Hf=入(1旬)11B2/2g(入(l/d)-1)UB2/2g=25-18=7.0U2/2g=7/(入(1/d)-1)=7/(0.024X180/0.1-1)=0.166;UB=1.8m/sqv=(无/4)d2Ub=(无/4)X0.12X1.8=0.01417m3/s=51.0m3/h(2)⑴工作点：由qv查图b得工作点P(51,31)10分H=31.0mri=70%⑵Pf=?在0-0及C-C列方程：0+H=Zc+EHf0,CEHf0.C=H-Zo汇Hf=31-(18+0.5+1.5)=11.0Pf=11X51X1000X9.81/(3600X0.7X103)=2.18KWTOC\o"1-5"\h\z⑶略5分j01b1518315m处安有如图所示，槽内水位维持不变。槽底部与内径为100mmi15m处安有一个指示液为汞的U形压差计，测压点与管路出口端之间距离为20nl(1)当闸阀关闭时测得R=600mmih=1500mm当闸阀部分开启时，测得R=400mimh=1400mm管路摩擦系数取0.02,入口处局部阻力系数取0.5,问每小时从管中流出水量为多少mo(2)当阀全开时(取闸阀全开Le/d=15,入=0.018),测压点B处的静压强为若干N/m2(表压)。j01b15183解：(1)当闸阀全关时，根据静力学关系：(Zx+h)pg=Rpwg得水槽液位高度：Z=RpHg/p-h=0.6X13.6-1.5=6.66m闸阀部分开启时列A-A与B-B截面伯努利方程式Z\=UB2/2g+FB/Pg+汇hfABPB/pg=(RpHg-hp)/p=(0.4X1.36X104-1.4X1000)/1000=4.04mZA-FB/pg=UB2/2g+(入(L/d)+1)ub2/2g=(1+入(L/d)+()ub2/2g4.04=(1+0.02X15/0.1+0.5)Ub2/2g=4.5U2/2gUb=2.6229.81/4.5=3.38m/sV=(无/4)Xd2UX3600=0.785X0.12X3.38X3600=95.5m3/h当闸阀全开时，列A-A与C-C截面伯努利方程：ZA=Uc2/2g+EhfA-c=(1+入(L+Le)/d+1)u「/2g6=(1+0.018(35/0.1+15)+0.5)//2g解彳导Uc=4.02m/s由A-A与B-B截面间伯努利方程式得：ZA=UB2/2g+FB/pg+EhfAB2.=R/pg+(l+入(L/d)+()ub/2g:围Pg=ZA-(1+入(L/d)+()ub2/2g=6.66-(1+0.018X15/0.1+0.5)X4.022/(2X9.81)=3.20mFB=3.20X1000X9.81=3.14X104N/m210.[三]计算题(15分)j01b20095某液体密度800kg/m3,粘度73cF,在连接两容器间的光滑管中流动，管径300mm总长为50m(包括局部当量长度)，两容器液面差为3.2m(如图示)。求：⑴管内流量为多少？⑵若在连接管口装一阀门，调节此阀的开度使流量减为原来的一半，阀的局部阻力系数是多少？按该管折算的当量长度又是多少？层流：入=64/Re；湍流：入=0.3164/Re0.25j01b20095⑴在1-1面和2-2面之间，列柏式以2-2面为基准面：U1=U2=0gz1=2hf1-2=入(l/d)(u2/2)设流体流动符合柏拉修斯公式：入=0.3164/Re0.25Re=dup/ggz1=(0.3164/Re0.25)(l/d)(u2/2)=[0.3164/(P/g)0.25](l/d1.25)(u1.75/2);u1.75=2gz1/{[0.3164/(P/g)0.25]x(i/d1.25)}=2X9.81X3.2/{[0.3164/(800/0.073)0.25](50/0.31.25)}=9.01542••.u=3.513m/s验证：Re=0.3X3.513X800/0.073=11550>3000,假设正确：V=Su=(无/4)d2u=(无/4)(0.3)2X3.513X3600=893.95(m3/hr)⑵流量减半，即是流速减半u=3.513/2=1.7565m/sRe=5775符合柏拉斯式条件列1-1面至2-2之间的柏式：gz1=[(0.3164/Re0.25)(l/d)+S(u2/2):.乙=2gz1/u2-(0.3164/Re0.25)(l/d)=2X9.81X3.2/1.75652-(0.3164/57750.25)X(50/0.3)=14.3又((u2/2)=入(le/d)(u2/2)=(0.3164/Re0.25)(le/d)(u2/2)(=(0.3164/Re0.25)(le/d)le=(d(/0.3164)Re0.25=(0.3X14.3/0.3164)X57750.25=118.2(m)传热过程计算1j04c2012614有一套管换热器，由内管为654x2mm,套管为小116X4mm的钢管组成。内管中苯自50C被加热至80C,流量为4000kg/h。环隙中为2at（绝）的饱和水蒸汽冷凝。蒸汽冷凝传热系数为10000W/m.C。已知：苯在50-80C之间的物性数据平均值为：P=880kg/mICF=1.86.86kJ/kg.C入=0.134W/m.C,g=0.39cF管内侧污垢热阻R1=0.0004m2.C/W管壁及管外侧污垢热阻不计。蒸汽温度与压强关系如下表所示压强at（绝）1.02.03.0温度℃99.1120133试求：A）管壁对苯的对流传热系数;B)套管的有效长度；C)若加热蒸汽压力降为1at(绝)，问苯出口温度有何变化？应为多少？解：(1)Re=d.GZg=[0.05X4000/(3600X无/4X0.052)]/(0.39X10-3)_4

=7.2586X10Pr=CF*g/人=1.86X103x0.39X10-3/0.134=5.4a1=0.023人/d(Re)0.8(Pr)0.4=(0.023X0.134/0.05)X(7.2586X104)0.8X5.40.4=936.4W/m2.C(2)Q=4000/3600X1.86X103(80-50)=6.2X104W1/K1=1/936.4+1/10000+0.0004;K1=637.8W/m2.℃△tm=((120-50)-(120-80))/In(120-50)/(120-80)=53.6CA1=Q/(K1△tm)=6.2X104/(637.8X53.6)=1.814m21=A1/(无d内)=1.814/(无X0.05)=11.55m(3)K不变，A不变，T变为99.1C,苯的流量及比热均不变。设出口温度为t2'，在新条件下，传热速率方程变为Q=GCp(V-t1)=KAAtm4000/3600X1.86X103(t2'-50)=637.8X1.814((99.1-50)-(99.1-t2'))/In(99.1-50)/(99.1-t2')解得1n(99.1-50)/(99.1-tz')=0.5598t2'=71℃2、j04b200891(20分)用一传热面积为3m由())25><2.5mmW管子组成的单程列管式换热器，用初温为10c的水将机油由200c冷却至100c,水走管内，油走管间。已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h,其比热分别为4.18kJ/kg.K和2.0kJ/kg.K;水侧和油侧的对流传热系数分别为2000W/m.K和250W/m.K,两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻。A)计算说明该换热器是否合用？B)夏天当水的初温达到30C,而油的流量及冷却程度不变时，该换热器是否合用？如何解决？(假设传热系数不变)2.(20分)j04b2008910解：(1)Q1=1200X2X(200-100)=240000KJ/hQ2=Q,t2=t1+Q/(mP2-Cr)=10+24000/(1000X4.18)=67.4C△tm=(123.6-90)/ln(123.6/90)=110C1/K1=1/a什&/(a2•d2)=1/250+25/(2000X20)K1=216.2W/m2KA1=Q/(K△tm)=240000X103/(216.2X3600X110)=2.8m2<3ni故适用⑵t1=30C时12=30+240000/(1000X4.18)=87.4C△tm=(112.6-70)/ln(112.6/70)=89.6CA1=240000X103/(3600X89.6X216.2)=3.45m2>3mi不适用解决办法是调大水量，使12J,△tmT,并使aT,KT3.j04c201288在逆流操作的列管换热器中，把氢氧化钠溶液从70c冷却到35C,氢氧化钠走管内，流量为1.11kg/s，比热为3770J/kg.K,氢氧化钠对管壁的对流传热系数为930W/m.k现用15C的水作为冷却剂，水走管外，流量为1.67kg/s,比热为4180J/kg.K,管壁对水的传热系数为1000W/nn.K,(管壁热阻及垢阻略计),忽略热损失(可近似按平壁处理)试求：A)冷却剂出口温度及所需传热面积；B)操作中若氢氧化钠及水的初始温度不变，而两流体的流量都增大一倍，则流量增大后的冷、热流体的出口温度变为多大？(假设两流体均为湍流，其物理性质不变，传热温度差可取用算术平均值)。解：1)Q=G1CF1(T1-T2)=1.11X3770X(70-35)=146464.5W忽略热损失，则Q=G2CP2(t2-t1)即146464.5=1.67X4180(t2-15)解得t2=36℃---△t1/△t2<2:Atm=(34+20)/2=27℃•••为薄壁园筒，：按平壁近似计算K=a1a2/(a1+a2)=930X1000/(930+1000)=481.9W/m2.KA=Q/KAtm=146464.5/(481.9X27)=11.3m22)忽略热损失，Q吸=、放2G1CP1(T1-T2')=2G2CP2(t2'-t1)2X1.11X3770(70-T2')=2X1.67X4180(t2'-15)得T2'=95-1.67t2'①传热速率方程式：Q=K'AATm'=2G1CP1(70-T2')其中：K'=1/(1/(2X930)+1/(2X1000)=838W/m2.K,一一八2A=11.3m△tm'=((70-t2')+(T2'-15))/2=(55+T2'-t2')/2代入原公式：838X11.3X(55+T2'-t2')/2=2X1.11X3770X(70-T2')得：2.77T2'-68.7=t2'②联立方程①与②得：T2'=37.3℃(升高了)t2'=34.6℃(冷却水温度下降)j04b15109690C的正丁醇，在逆流换热器中被冷却到50C,换热器的换热面积为6m：传热系数K=230W/nr)C,正丁醇的流量为1930Kg/h。冷却介质为18c水，热损失可以忽略。求：A)冷却水出口温度；B)冷却水消耗量。70c正丁醇Cp=2.98KJ/Kg.C水Cp=4.187KJ/Kg.C解：q=GhCPh(T1-T2)=(1930/3600)X2.98XI03(90-50)=6.39X104wAtm=Q/KA=6.39X10V(230X6)=46.3℃△tm=((r-t2)+(T2-t1))/2=((90-t2)+(50-18))/2=61—t2/2=46.3*'-t2=29.4cQ=GcCP(t2-t1)••・冷却水消耗量Gc=Q/(CPc(t2-t1))=6.39X104/(4.18X1000X(29.4-18))=1.34kg/s=4.8X103Kg/hAt1=90-29.4=60.6C△12=50-18=32CAt1/At2=60.6/32=1.89<2故平均温度差采用算术均是可以接受的.5.j04c20119在某列管式换热器中，将一定量的空气加热。空气在管内作湍流流动，饱和水蒸汽在管外冷凝。今因生产任务加大一倍，除用原换热器外，尚需加一台新换热器。如果使新旧两台换热器并联使用，且使二台换热器在空气流量、进、出口温度及饱和

蒸汽温度都相同的条件下操作。原换热器列管数为n1,管内径为d1,管长为11,而新换热器管数为n2(n2=2n1),管内径为d2(d2=0.试问新换热器管长1解：原换热器：试问新换热器管长1解：原换热器：2为原换热器管长11的几倍。CP2(Atm1=△tm2a0cRe0.8X(1/d1)JU。.8/CTRe=CP2(Atm1=△tm2a0cRe0.8X(1/d1)JU。.8/CTRe=V2即:2n1(x/4)d1无/4)d22U2n1(兀/4)125)/(nK'/K=(2U1)-0.80.2=2/(1/2).A'=KA/K'20.8(无/4)d22(di/2)0.2/U2110.81/d0.21Q1=W2CP2(t2新换热器:A'△tm2n27td2L2=n1xd1L1X1/2n1无孔L1/(2n1无d1/2)X2=L1/26.04c2012212某厂在由177根（））25X2mm,长3m的钢管构成的单壳程单管程列管换热器内，用132.9C的饱和水蒸汽在管间冷凝，将管内作湍流流动的常压乙烯气体加热。已知乙烯气体流量为0.6kg/s,进口温度为20C,在操作条件下的密度为1kg/m3,比热为1.84kJ/kg.C,对流传热系数为53W/niC,饱和水蒸汽冷凝传热膜系数为8000W/mC,可忽略管壁及垢层热阻。A）确定乙烯气体出换热器时的温度；B）若乙烯气体通过换热器的压降要求不超过0.01kgf/cm：通过换热器的总长度（包括局部阻力当量长度）为5.5m,摩擦系数入=0.04,试确定该换热器最多能允许通过多少kg/s的乙烯气体？C）当乙烯气体流量增加到最大允许量，且要求进出口温度保持不变时，若锅炉能供给该换热器的水蒸汽最高压力为3kgf/cm（表压）（即T=142.9C），问此蒸汽能否满足传热要求?04C2012212解：(1)Q=WCP(t2-t1)=0.6CP(t2-20)Q=KAAtm2Ai=n7tdiL=177xX0.021X3=35.012mai<<a0Ki=1/(1/a1+1/a2)=1/(1/53+1/8000)=52.65W/m2.℃则0.6X1.84X103X(t2-20)=52.65X35.014X(t2-20)/1n(132.9-20)/(132.9-t2)1n(112.9/(132.9-t2))=1.668112.9/(132.9-t2)=5.304704.89-5.304t2=112.9：t2=111.61C(2)△P=0.01kgf/cm=0.01X9.804X104=9.807X102Pa△P=入1/dXU2/2Xp=0.04X5.5/0.021XU2/2X19.807X102=0.04X5.5/0.021XU2/2•.U=13.683m/sW=n无/4diUP=177X0.785X0,0212X13.683=0.8389Kg/s(3)Q=WCP(t2-t1)=0.8389X0.44X4.187X(111.612-20)=141586.85J/s=141.59KJ/sai=53X(0.8389/0.6)0.8=69.3W/m:CK=l/(1/69.3+1/8000)=68.705W/m2.CQ=KA△tm△tm=(111.612-20)/In(142.9-20)/(142.9-111.612)=66.96CQ=68.705X35.032X66.96=161167.2J/s=161.167KJ/s因高于需要的Q=141.59KJ/s,故能满足要求。7.j04c2011612有一套管换热器，内管为小54X2mm,外管为小116X4mm的钢管。现用120c的饱和水蒸汽加热苯，将苯由50C加热至80C,苯在内管中以4000kg/h流量流动，试求：A)加热蒸汽消耗量；B)所需套管的有效长度；C)由于某种原因，加热蒸汽的温度降为110C,苯的出口温度将变为多少？(假设a苯不变)(在50〜80c范围内，苯的物性为：Cp=1.86kJ/kg.℃,g=3.9X10Pa.s,入=0.145W/m.C,P=880kg/m\钢的导热系数为45W/m.C,120C时水蒸汽冷凝潜热r=2205kJ/kg,蒸汽侧对流传热系数a汽=10000W/m.C,壁两侧垢层热阻及换热器热损失均可忽略，加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出。)j04c2011612解：传热量Q=WcCp△t=4000X1.86X(80-50),蒸汽消耗量Wh=4000X1.86X(80-50)/2205=101.2Kg/hu=4000/(3600X880X(无/4)X(0.05)2)=0.643m/sRe=0.05X0.643X880/(3.9X10-4)=72500Re0，8=725000.8=7731.6Pr=Cpr/人=1.86X103x3.9X10-4/0.145=5Pr0.4=1.9a苯=(0.023人/th)Re0.8Pr0.4=0.023X0.145/0.05X7731.6X1.9=980W/m.Ca汽=10000W/(m2.C)Ko=l/[1/a汽+(b/入)(do/dm)+do/(a苯di)]=1/[1/10000+0.002X54/(45X52)+54/(980X50)]=802W/(m2.C)△tm=((120-50)+(120-80))/2=55cQ=WcCpAt=KAtm7tdo1=4000义1.86X1000X30/(802*55义兀X0.054X3600)=8.29m设苯出口温度为tC则Atm'=((110-50)+(110-t))/2=85-0.5tq'=4000X1.86X(t-50)X1000/3600=K无do1△tm'4000X1.86X(t-50)X1000/3600=802无X0.054X8.29(85-0.5t)2067t-103300=95800-563.6t;t=75.7C或Atm=((110-50)-(110-t))/In(110-50)/(110-t)=(t-50)/1n(60/(110-t))4000X1.86X(t-50)X1000/3600=802无X0.054X8.29X(t-50)/1n(60/(110-t))1n(60/(110-t))=0.546,解得t=75.2℃8.j04c201298在某套管式换热器中，每小时将1200kg,比热为2.2kJ/kg.C的甲流体从120c冷却到70C,热流体向管壁的对流传热系数ao=260W/mC。乙流体在内管与甲流体呈逆流流动，由20c被加热到50C,平均温度下其粘度为0.72X10-3Pa.s,比热为4.18kJ/kg.C。内管尺寸为小57x3.5mm,管壁向乙流体的对流传热系数a1=880W/mC,内管两端的压强降△p。由于任务需要，欲将内管两端压强降调至34p,并要求维持原来的冷却任务，问原换热器是否适用？乙流体进口温度仍为20C,忽略热损失及管壁，垢层的热阻。压强降改变后认为两流体的物性常数及摩擦系数均没有变化。j04c201298解：传热速率方程为Q=Ko-Ao•Atm其中Q=(1200/3600)X2.2X103X(120-70)=36700W△tm=[(120-50)-(70-20)]/ln[(120-50)/(70-20)]=59.4CKo=1/[1/ao+do/(d1ai)]=1/[1/260+57/(50X880)]=195W/m2CAo=36700/(195X59.4)=3.2m2Ao为换热器所具有的传热面积.热损失可忽略，故热平衡方程为：m1Cp1(t2-ti)=Q=36700：m1=36700/[4.18X103X(50-20)]=0.2926kg/s=1053kg/hRe=d.G/g=0.05X[1053/(3600X无/4X0.052)]/(0.72X10-3)=10350>104：ai0cu0.8;Ap=人l•p•u2/2dAp℃u2或u20c△p因此u'2/u2=(Apz/Ap)ai'/ai=(u，/u)0.8=[(—，/△p)0.5]0.8=[30.5]0.8ai'=[3“I"8ai=[3"51"8X880=1366W/nT.CK°'=1/[1/260+57/(50X1366)]=214W/m2.C热平衡方程△p改变后：m2'Cp(t2'-t1)=mCp1(T2-T1)TOC\o"1-5"\h\z△p改变前:m2Cp?(t2-t1)=m1Cp(T2-T1)(1)m2'CPy-t1)=m2Cp2(t2-t1)(2)m2'/m2=u'/u=(Apz/△p)0.5=30.5以上关系代入式(2):3Cp2(t2'-t1)=m2Cp2(t2-t1)30.5(t2，-20)=50-20t2，=37.3C△tm'=[(120-37.3)-(70-20)]/ln[(120-37.3)/(70-20)]=65CAo'=36700/214/65=2.64m2<3.2m2即^p加大后所需的传热面积小于换热器具有的传热面积，故当△p加大后换热器能完成传热任务。9.04b200994在一传热面为30m2的列管式换热器中，用120c的饱和蒸汽冷凝将气体从30c力口热到80C,气体走管内，流量为5000m3/h,密度为1kg/m3(均按入口状态计)比热为1kJ/kg.K，估算此换热器的传热系数。若气量减少了50%,估算在加热蒸汽压力和气体入口温度不变的条件下，气体出口温度变为多少？解：①求K根据Q=KA