化工原理计算试题

离心泵的计算1计算题j01b10029如图所示，水通过倾斜变径管段(A-B),D=100mm,D=240mm,水流量为2m3/min,在截面A与B处接一U形水银压AB差计，其读数R=20mm,A、B两点间的垂直距离为h=0.3m试求:⑴试求A、B两点的压差等于多少Pa?(2)A、B管段阻计算题j01b10029(题分：20)⑴u=(2/60)/[(兀/4)x(0.10)2]=4.244m/s,A^=4.244x(1/2.4)2=0.7368m/sp/p+u2/2=gh+p/p+u2/2+LhA A B B ftp/p-(gh+p/p)=(p.-p)gR/pA B i.•.p-p=(p-p)gR+pghABi=(13.6-1)x103X9.81X0.020+103X9.81x0.3=5415Pa(2)Lh=(p/p-gh-p/p)+u2/2-u2/2=(p-p)gR/p+u2/2-u2/2i A B=(13.6-1)x9.81x0.020+(4.244)2/2-(0.7368)2/2=11.2J/kg即△pf=pLhf=103X11.2=11.2x103Pa换成mmHg:LH=Ap/(p,g)=112x103/(13.6x103X9.81)ffHg=0.0839mHg=83.9mmHg(3)p/p+u2/2=p/p+u2/2+LhA A B B ftu、u、Lh均不变，故(p.-p)gR'/p之值不变ABf i即R'不变，R'=R=20mm水平放置时pA-pB=(13.6-1)x103X9.81x0.020=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36m3/h，输水管均为Q80x2mm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2.5Kgf/cm2。试求:水泵的升扬高度；⑵若水泵的效率n=70%，水泵的轴功率(KW);(3)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)q2.2m/sTOC\o"1-5"\h\z⑴在2-2与3-3截面列B.eq. 5分Z2+p/pg+U//2g+He=Z3+P/pg+U32/2g+Hf232 2 33 3 2-3■/u=U不计Hf23 2-3•••He=(Z3-Z2)+(P3+P2)/pg=0.2+(2.5+0.525)/(103X9.81)x9.81x104=30.5mHO柱2在1-1与4-4列B.eq.He=AZ+Hf+HfTOC\o"1-5"\h\z1-4 1-4 3-4・•・AZ=He-(Hf+Hf)=30・5-(0・2+0.5)=29・8m1-4 1-4 3-4•升扬高度为29.8m⑵Pa=Heqpg/n=30.5x0.01x103X9.81/0.7=4.27KW 3分v⑶在1-1与2-2列B.eq,得 5分0=^+(-P)/pg+^2/2g+Hfi-P=Z2pg-U22p/2-Hf1-pg=-(4.8x103X9.8+2.2/2x103+0.2x103X9.81)=-515x102N/M2=515x102/(0.981x105)x735.6=386mmHg(表)-P2=真空度 •吸入管路上真空表读数为386mmHg柱=0.525atj01c20113用离心泵将原油从油库沿管径为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40m3/h。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m3/h。输送条件下，原油的密度为890kg/m3,粘度为0.4Pas。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=(n/4)(0.15)2=0.0177m2u=40/(3600x0.0177)=0.63m/sRe=dup/|j=0.15X0.63X890/0.4=210(层流) 入=64/Re=64/210=0.304片=入(l/d)(u2/2g)=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 △Pf=65.7x9.81x890=5.736x105N/m对于层流△Pf=32l|ju/d•u=APfd/(32l|j)=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Q108x4mm,长2m的钢管。泵压出管路为®76x3mm,长30m的钢管，压出管路上装有标准阀一只，闸阀一只，90°C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俵压)，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,§孔板=8,试求泵j01a150616V=(n/4)XO.X0.62[2gx0.456X(136OO-11OO)/11OO]o.5=O.OO785m3/sU=0.00785/[(n/4)x0.l2]=1m/su°=1X(0.1/0.07)2=2.04m/s》hf=(0.02x2/0.1+0.5)Xl2/2g+(0.02x30/0.07+4x0.75+6+0.17+8)x2./2g=5.51mHe=5.51+(20-1.5)+0.5Xl04/1100+2./2g=28.77mN=28.77X0.00785x1100/(102x0.6)=4.084kwj02b100556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Q89x4.5mm，管路总长为200m(包括局部阻力的当量长度。。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：由于阻力引起的压降；泵的有效功率；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)AP=入(l/d)(PU2/2)U=21/(3600x0.785x0.082)=1.16m/sRe=0.080x1.16x920/0.5=170.8层流入=64/Re=0.374AP=0.374x(200/0.08)x920x1.162/2=5.79x105N/m2Ehf=5.8X105/920=629.9J/KgNe=QHP/1000H=gAZ+Ehf=9.81x15+629.9=777J/Kg⑶Ne=21x920x777/(3600x1000)=4.17KW在层流围L=AZ+Ehf/g=AZ+64/(dup/|j)x(E1/d)(1/2g)(Q/(0.785^)s)=15+1.104x104Q Q为m3/sj02b150646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2.02Kw,效率80%，配用2.8KW电机，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)输送比重为1.8的溶液，流量为38m3/h，扬程30m。输送比重为0.8的油类，流量为40m3/h，扬程30m。输送比重为0.9的清液，流量为30m3/h，扬程15m。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TOC\o"1-5"\h\zH/H'=(n/n' )215/30=(1400/n' )2 n'=1980增加n=1980转/分。检查功率：N/N'=(n/n' )32.02/N' =(1400/1980)3 N'=5.72KW换一电机功率为5.72KW，n=1980转/分。 |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®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36m3/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K?W⑶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HJ H2g+(P2/p)+(U22/2)=H3g+(P3/p)+(U32/2)+hf2_3■/1[at]=9.807x104N/m2=1[kg/cm2] u=Q/A=(36/3600)[(n/4)0.0762]=2.21m/s(2.5X9.807X104/103)+(2.212/2)=^x9.81+4.9245.2+2.44=9.81H+4.9 H=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+(p/p)+(u2/2)+We=Hg+(p/p)+(u2/2)+hf0 0 0 3 3 3 0-3We=Hg+hf=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+(p/p)+(u2/2)=Hg+(p/p)+(u2/2)+hf0001110-1(pa-pJ/p=4.8x9.81+(2.212/2)+1.96=51.49m2/s2=51.49X103/(9.807X104)[at]=0.525[kgf/cm2]8．j02b20066用一离心泵将20°C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)，系统的摩擦系数入可取0.。其它数据如图a所示。试求：系统输送的流量ms/h;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；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)q=?m3/h 5分v在B-B及C-C面上列柏努利方程U2/2g+P/pg+Z=U2/2g+0+Zc+EHfU=0B B BC B-CCEHf=入(l/d)U2/2g (入(l/d)-1)U2/2g=25-18=7.0B BU2/2g=7/(入(l/d)-1)=7/(0.X/0.1-1)=0.166B/.U=1.8m/sBq=(n/4)d2U=(n/4)x0.l2X1.8=0.01417m3/s=51.0m3/hv B⑵⑴工作点:由q查图b得工作点P⑸,31) 10分v/. H=31.0m n=70%⑵Pf=?在0-0及C-C列方程：0+H=Z+EHf EHf=H-ZC 0-C 0-CCEHf=31-(18+0.5+1.5)=11.0Pf=11x51x1000x9.81/(3600x0.7x103)=2.18KW⑶略 5分j01b15183如图所示，槽水位维持不变。槽底部与径为100mm钢管相连，管路上装有一个闸阀，阀前离管路入口端15m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20m。当闸阀关闭时测得R=600mm,h=1500mm;当闸阀部分开启时，测得R=400mm,h=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m3。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俵压)。T12Oursj01b15183解:(1)当闸阀全关时，根据静力学关系：(Z+h)pg=RpgA Hg得水槽液位高度:Z=Rp/p-h=0.6x13.6-1.5=6.66mAHg闸阀部分开启时列A-A与B-B截面伯努利方程式Z=u2/2g+P/pg+EhAB B fABP/pg=(Rp-hp)/p=(0.4x1.36x104-1.4x1000)/1000=4.04mB HgZ-P/pg=u2/2g+(入(L/d)+Z)u2/2g=(1+入(L/d)+Z)u2/2gAB B B B6.66-4.04=(1+0.02x15/0.1+0.5)u2/2g=4.5u2/2gB B二Ub=7‘2.62x2x9.81/4.5=3.38m/sV=(n/4)xd2Ux3600=0.785x0.12x3.38x3600=95.5ms/h当闸阀全开时，列A-A与C-C截面伯努利方程：Z=u2/2g+Eh=(1+入(L+Le)/d+Z)u2/2gAc fA-C c6.66=(1+0.018(35/0.1+15)+0.5)u2/2gc解得u=4.02m/sc由A-A与B-B截面间伯努利方程式得：Z=u2/2g+P/pg+EhAB B fAB=P/pg+(i+入(L/d)+Z)u2/2gB B/.P/pg=Z-(1+入(L/d)+Z)u2/2gBA B=6.66-(1+0.018x15/0.1+0.5)x4.022/(2x9.81)=3.20m/.P=3.20x1000x9.81=3.14x104N/m2B[三]计算题(15分)j01b20095某液体密度800kg/m3,粘度73cP,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^u2^0gz=!hf2=入(l/d)(U2/2)设流体流动符合柏拉修斯公式：入=0.3164/Re0.25Re=dup/p/.gz=(0.3164/Re0.25)(l/d)(U2/2)=[0.3164/(p/|j)0.25](l/d1.25)(U1.75/2) /.u1.75=2gz/{[0.3164/(p/p)0.25】X(l/d1.25)}=2x9.81x3.2/{[0.3164/(800/0.)0.25](50/03.25)}=9.01542./u=3.513m/s验证：Re=0.3x3.513x800/0.=11550>3000，假设正确/.V=Su=(n/4)d2U=(n/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/s Re=5775符合柏拉斯式条件列1-1面至2-2之间的柏式：gz=[(0.3164/Re0.25)(l/d)+Z](u2/2)/■Z=2gz/U2-(0.3164/Re0.25)(l/d)=2x9.81x3.2/1.75652-(0.3164/57750.25)x(50/0.3)=14.3又Z(u2/2)=入(le/d)(u2/2)=(0.3164/Re0.25)(le/d)(u2/2)/•Z=(0.3164/Re0.25)(le/d)le=(dZ/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，由管为Q54x2mm，套管为Q116x4mm的钢管组成。管中苯自50°C被加热至80°C，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/m2.°C。已知：苯在50〜80°C之间的物性数据平均值为：p=880kg/m， CP=1.86.86kJ/kg.°C入=0.134W/m.C， |J=0.39cP管侧污垢热阻R厂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） 1.0 2.0 3.0温度 °C 99.1 120 133试求：A）管壁对苯的对流传热系数；套管的有效长度；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=q.G/|j=[0.05x4000/(3600xn/4x0.052)]/(0.39x10-3)=7.2586X104Pr=CP|J/入=1.86x103X0.39x10-3/0.134=5.4a=0.023入/d(Re)0.8(Pr)0.4=(0.x0.134/0.05)X(7.2586x104)0.8X5.40.4=936.4W/m2.°C0=4000/3600x1.86x103(80-50)=6.2x104W1/K=1/936.4+1/10000+0.0004/.K=637.8W/m2.C11At=((120-50)-(120-80))/ln(120-50)/(120-80)=53・6°CmA=Q/(KAt)=6.2x104/(637.8x53・6)=1.814m21 1ml=A1/(nd)=1.814/(nx0.05)=11.55mK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(t，-t)=KA△tTOC\o"1-5"\h\z2 1 m4000/3600x1.86x10s(t' -50)2=637.8x1.814((99.1-50)-(99.1-t2'))/ln(99.1-50)/(99.1- )解得ln(99.1-50)/(99.1-t2‘ )=0.5598/.t' =71C22、j04b200891 (20分)用一传热面积为3m2由®25x2.5mm的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，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/m2.K和250W/m2.K,两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻。计算说明该换热器是否合用？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)(20分)j04b2008910解：(1)Q=1200x2x(200-100)=240000KJ/hQ=Q,t2=t+Q/(mp-Cp)=10+24000/(1000x4.18)=67.4Ctm=(123.6-90)/ln(123.6/90)=110°C1/K=1/a+d/(a-d)=1/250+25/(2000x20) K=216.2W/m2KA=Q/(K△m)=240000x10s/(216.2x3600x110)=2.8m2<3m2 故适用⑵\=30°C时^=30+240000/(1000x4.18)=87.4Ctm=(112.6-70)/In(112.6/70)=89.6°CA=240000x103/(3600x89.6x216.2)=3.45m2>3m2 不适用解决办法是调大水量，使t2J,Atmf,并使af,Kfj04c201288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，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/m2.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/m2.K,(管壁热阻及垢阻略计)，忽略热损失何近似按平壁处理)试求：冷却剂出口温度及所需传热面积；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=G1CP1(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°C■/At1/At2<2/.Atm=(34+20)/2=27C■/为薄壁园筒，二按平壁近似计算K=a1a2/(a1+a2)=930x1000/(930+1000)=481.9W/m2.K/.A=Q/KAtm=146464.5/(481.9x27)=11.3m22)忽略热损失，Q吸二Q放TOC\o"1-5"\h\z2G1CP1(T1-T2Z)=2G2CP2(t27 -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.KA=11.3m2Atm'=((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' =37.3C(升高了)t2' =34.6C(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6m2,传热系数K=230W/m2°C,正丁醇的流量为1930Kg/h。冷却介质为18°C水，热损失可以忽略。求：冷却水出口温度；冷却水消耗量。 70C正丁醇Cp=2.98KJ/Kg.°C水 Cp=4.187KJ/Kg.°C解：Q=GhCPh(^-^)=(1930/3600)x2.98x103(90-50)=6.39x104w/.Atm=Q/KA=6.39x104/(230x6)=46.3°CAtm=((T-t)+(T-t))/21 2 2 1=((90-^)+(50-18))/2=61-t /2=46.32/.t=29.4°C2Q=GcCP(t-t)2 1二冷却水消耗量Gc=Q/(CPc(^-t))=6.39x104/(4.18x1000x(29.4-18))=1.34kg/s=4.8x10sKg/ht=90-29.4=60.6°C1t=50-18=32C2t/At=60.6/32=1.89<21 2故平均温度差采用算术均是可以接受的.j04c20119在某列管式换热器中，将一定量的空气加热。空气在管作湍流流动，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

原换热器列管数为n】，管径％d］，管长为l］，而新换热器管数为n2（n2=2n1）,管径为d2（d2原换热器列管数为n】，管径％d］，管长为l］，而新换热器管数为n2（n2=2n1）,管径为d2（d2=0.5d1）o试问新换热器管长l2为原换热器管长l肖勺几倍。解:原换热器：汽温度都相同的条件下操作。m1Q12-t1)=KAAtQ1=WCP(t2 2新换热器：Q=W1 2At==Q2Re=CP?(At即:m1 m2dUp/p1 1=W221(n/4)d1K'/K=20.8//.A't2-t1)=K'K^aA'Atm2axReo.8x(1/d)^U0.8/d0.21i・W2n(n/4)di(n1ni6.04c2012212L2=n2ndndL=122L/(2n1 ' 1/.V=V'22=n(n/4)d21)/(n2(n/4)d孑)=(2U])o.8(d/2)0.2(1/2)0.2=2即=KA/K'=A/2,nndLx1/21 11nd/2)x2=L/21 ' 1u222=2U1/u0.8/d0.211K'=2K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，用132/C的饱和水蒸汽在管间冷凝，将管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/m2°C,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/cm2,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/cm2（表压）（即T=142.9°C）,问此蒸汽能否满足传热要求？04C2012212解：(1)Q=WCP(t2-t])=0.6CP(t2-20)Q=KAAtmA=nndL=177nx0.x3=35.012m2TOC\o"1-5"\h\zi i•.•a«aK=1/(1/a+1/a)=1/(1/53+1/8000)=52.65W/m2.°Ci0 i 1 2则0.6X1.84X103X( -20)=52.65x35.014x(t2-20)/ln(132.9-20)/(132.9-t2)ln(112.9/(132.9-t))=1.668112.9/(132.9-上2)=5.304704.89-5.304t=112.9 /.t=111.61°C2 2AP=0.01kgf/cm=0.01x9.804x104=9.807x102PaAP=入/dXU/2xp=0.04X5.5/0.XU?/2X19.807X102=0.04X5.5/0.XU/22/U=13.683m/sW=nn/4dUp=177X0.785X0.0212X13.683i=0.8389Kg/sQ=WCP(t?-J)=0.8389x0.44x4.187x(111.612-20)=141586.85J/s=141.59KJ/sa=53x(0.8389/0.6)0.8=69.3W/m2.°CK=1/(1/69.3+1/8000)=68.705W/m2.CQ=KAAtmAtm=(111.612-20)/ln(142.9-20)/(142.9-111.612)=66.96°CQ=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。j04c2011612有一套管换热器，管为Q54x2mm，外管为Ql16x4mm的钢管。现用120C的饱和水蒸汽加热苯，将苯由50°C加热至80°C，苯在管中以4000kg/h流量流动，试求：加热蒸汽消耗量；所需套管的有效长度；由于某种原因，加热蒸汽的温度降为110°C,苯的出口温度将变为多少？(假设 a苯不变)(在50〜80°C围，苯的物性为：Cp=1.86kJ/kg.°C，|j=3.9x10Pa.s，入=0.145W/m.C，p=880kg/m3,钢的导热系数为45W/m.C，120°C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=WcCpAt=4000x1.86x(80-50)1•蒸汽消耗量Wh=4000x1.86x(80-50)/2205=101.2Kg/h2.u=4000/(3600x880x(n/4)x(0.05)2)=0.643m/sRe=0.05x0.643x880/(3.9x10-4)=72500Re。。8=725000.8=7731.6Pr=C|J/入=1.86x103x3.9x10-4/0.145=5PPr0.4=1.90苯=(0.入/djRe0.8Pr0.4=0.x0.145/0.05x7731.6x1.9=980W/m.°C0汽=10000W/(m2.°C)Ko=1/[1/a汽+(b/入)(do/dm)+do/(o苯di)]=1/[1/10000+0.002x54/(45x52)+54/(980x50)]=802W/(m2.C)Atm= ((120-50)+(120-80))/2=55CQ=WCAt=KAtmndoICP/. I=4000x1.86x1000x30/(802x55xnx0.054x3600)=8.29m设苯出口温度为t°C则Atm7 =((110-50)+(110-1))/2=85-0.5tQ'=4000x1.86x(t-50)x1000/3600=KndoIAtm'/.4000x1.86x(t-50)x1000/3600=802nx0.054x8.29(85-0.51)20671-103300=95800-563.6t 二t=75.7C或Atm=((110-50)-(110-1))/In(110-50)/(110-1)=(t-50)/In(60/(110-1))4000x1.86x(t-50)x1000/3600=802nx0.054x8.29x(t-50)/In(60/(110-1))In(60/(110-t))=0.546,解得t=75.2Cj04c201298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oo=260W/m2°C。乙流体在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0.72x10-3Po.s,比热为4.18kJ/kg.°C。管尺寸为®57x3.5mm,管壁向乙流体的对流传热系数o1=880W/m2°C,管两端的压强降Ap。由于任务需要,欲将管两端压强降调至3Ap,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20°C,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=K•A•△tmoo其中Q=(1200/3600)X2.2X1O3X(12O-7O)=367OOWtm=[(120-50)-(70-20)]/ln[(120-50)/(70-20)]=59.4°CKo=1/[1/a+d/(da)]=1/[1/260+57/(50x880)]=195W/m2°Coo1 1Ao=36700/(195x59.4)=3.2m2 Ao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：mCp(t-t)=Q=367001^21/.m=36700/[4.18X103X(50-20)]=0.2926kg/s=1053kg/hRe=d.G/|j=0.05x[1053/(3600xn/4x0.052)]/(0.72x10-3)=10350>104.■.aixuo.8 ■/^p=入|・p・U2/2d△pxs或U2*△p因此U'2/U2=(^pZ/△p)ai'/ai=(u'/u)o.8=[(^p'/△p)0.5]o.8=[3o.5]o.8ai'=[3o.5]o.8ai=[3o.5]o.8X88o=1366W/m2.°CK'=1/[1/26o+57/(5ox1366)]=214W/m2.°Co热平衡方程p改变后:m2'Cp2(t2'-t1)=m1Cp1(T2-T1)p改变前:m2Cp2(t2-t1)=m1Cp(T2-T1) ⑴.m'Cp(t'-t)=mCp(t-t) (2)■/ ^'/m=U'/U=(^p'/△p)o.5=3o.5以上关系代入式(2):3o.5m2Cp2(t2'-t1)=m2Cp2(t?-tj3o.5(^'-2o)=5o-2o ^'=37.3Ctm'=[(12o-37.3)-(7o-2o)]/In[(12o-37.3)/(7o-2o)]=65°CA'=367oo/214/65=2.64m2<3.2m2o即Ap加大后所需的传热面积小于换热器具有的传热面积，故当Ap加大后换热器能完成传热任务。o4b2oo994在一传热面为3om2的列管式换热器中，用12o°C的饱和蒸汽冷凝将气体从3o°C加热到8o°C，气体走管，流量为5oooms/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=