2004年流体力学与传热期末考试题

千里之行，始于足下朽木易折，金石可镂Word-可编辑2004年流体力学与传热试题2004.12.29专业年级姓名学号（班顺序号）题号一二三四五六总分分值22817162215得分评卷人一、概念题（30分）1、流体在管内作彻低湍流流动，其他不变，当速度提高到本来的2倍时，阻力损失是本来的（4）倍；若为层流流动，其他不变，当速度提高到本来的2倍时，阻力损失是本来的（2）倍。2、LZB-40l转子流量计其转子为不锈钢（比重：7.92），刻度标值以水为基准，量程范围为0.25～2.5/h，若用此转子流量计用测量酒精（比重：0.8），则酒精的实际流量值要比刻度值（大），校正系数为（1.134），测量酒精时，此流量计的最大流量值为（2.84m3/h）。3、孔板流量计是利用（测量压强差）的主意来测量的；毕托管是利用（同截面某点处的冲压能与静压能之差）来测量点速度的。4、离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生（气蚀）现象。5、一离心泵在一管路系统中工作，要求流量能力为Q/h，阀门全开时管路所需扬程为Hem，而在泵的性能曲线上与Q对应的扬程为Hm，效率为η，则阀门关小损失的功率为（（H-He）Qρg/η）占泵的轴功率的（（H-He）/H*100%）6、在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增强一倍，则沉降时光（增强一倍），气流速度（减少一倍），生产能力（不变）。7、当介质阻力不计时回转真空过滤机的生产能力与转速的（1/2）次方成正比。8、牛顿冷却定律数学表达式为（Q=hAt）；斯蒂芬-波尔茨曼（Stefan-Boltzmann）定律数学表达式（Q=T4）。9、干燥器内部无补充加热的情况下，进干燥器的气体状态一定,干燥任务一定，则气体离开干燥器的温度越低（高），干燥器的热效率越大（小）；气体离开干燥器的湿度H2越大（小），干燥器的热效率越大（小）。一定湿度H的气体，总压P加大时,露点温度td变大；而当气体温度t升高而H保持不变时，则td不变。10、有一列管式蒸气加热器。热方：饱和蒸气冷凝为饱和液体；冷方：生垢液体升温。控制热阻为生垢液体；管程宜走生垢液体；其理由为便于清洗，便于增大流速，减少垢层沉积在管壁表面上；在测试过程，若维持流体的温度和传热面积不变，发现蒸气冷凝量在换热器清洗前后之比为1：2，清洗前，污垢热阻约为该时总热阻的百分数50%。求解：清洗前:Q=Gr=KAtm清洗后:Q’=2Gr=K’AtmK’=2K;Rs=(1/K-1/K’)=1/2KRs/1/K=1/2K/1/K=50%离心泵在工作时，其工作点是由离心泵的特性曲线和管路的特性曲线决定被输送流体的温度提高，对提高泵的安装高度不利；提高上游容器的操作压强，则对安装高度有利。球形颗粒在20ºC空气中沉降，当空气温度升高时，沉降速度将下降（设沉降过程符合stocks定律）;若该颗粒在20ºC水中沉降，沉降速度将下降，当水温升高时，沉降速度将升高。用压滤机分离悬浮物，忽略过滤介质阻力，滤饼不可压缩。过滤时光增强一倍，滤液量是本来的倍；过滤面积增强一倍，滤液量增强1倍；过滤压强增强一倍，滤液量是本来的倍。二、计算题（70分）：ACB8m1.5m1mM1、（20分）一敞口高位水槽A中水流经一喉径为14mm的文丘里管，将浓碱液槽B中的碱液（密谋为1400kg/）抽吸入管内混合成稀碱液送入C槽，各部分标高如附图所示；输水管规格为φ57ACB8m1.5m1mM当水流量为8m3/h时，试计算文丘里喉部M处的真空度为多少mmHg；判断槽的浓碱液能否被抽吸入文丘里内（说明判断根据）。倘若能被吸入，吸入量的大小与哪些因素有关？解1：主管道(1)文丘里喉部M处在高位水槽上面与M处界面间的列柏努利方程得：(2)h碱碱＝水h水h水＝1.5×1400/1000＝2.1m(<3.6m)故浓碱液能被吸入管内。在B槽液面与M处水平截面间的列柏努利方程得：可见吸入量的大小不仅与M处的真空度、B槽液面与M处的位差有关，而且与吸入管的管路情况（管径、管长、粗糙度等）有关。2、（20分）用叶滤机在等压条件下过滤某悬浮液，过滤开始后10分钟和20分钟，获得累积滤液量分离为1.327m³/m²和1.882m³/m²，所得滤饼须用1/5滤液体积的清水在相同压差下洗涤（洗涤水粘度与滤液粘度相同），每操作一个(1)过滤常数K=？m2/s(2)当量滤液量qe=?m3/m2(3)叶滤机达到最大的生产能力？解2：对于等压过滤，满意以下方程：按题意由以上两式求得过滤时光可表示为洗涤工序为恒速操作，洗涤时光可表示为叶滤机单位过滤面积的生产能力为令求得：q=1.4m3/m2因此叶滤机达到最大的生产能力为Q=2.75m3/h.m23、（20分）用一套管换热器将2000kg/h的甲苯饱和蒸气（110oC）冷凝为饱和液体，甲苯的气化热为363KJ/kg。冷却水于16oC及5000kg/h的流量进入套管内管（内径50mm）作强制湍流流动，其传热膜系数为1740w/(m2K)。水的比热可取为4.19KJ/(kgoC)，假设甲苯侧热阻和管壁热阻远小于水侧热阻。（1）求冷却水的出口温度及套管管长。（2）因为气候变化，冷却水的进口温度升高到25oC，试计算换热器的热负荷变化（以%表示）。忽略物性参数的变化。（3）冷却水温度升高后，有人建议将冷却水流率加倍，问此时的热负荷、冷却水出口温度与未升高时相比如何，计算出热负荷增强或减少的百分数。解3：（1）Q=Gr=WCp(t2-t1)t2=Gr/WCp+t1=20003631000/(50004.191000)+16=50.65oCK=i=1740w/(m2K)Q=Gr=20003631000/3600=2.01105wt1=110-16=94oCt2=110-50.65=59.35oCt1/t2<2tm=(t1+t2)/2=(94+59.35)/2=76.8oCQ=KAtm=idLtmL=2.01105/(17400.0576.8)=9.6m(2)A=dL=0.059.6=1.5m2Q’=WCp(t’2-t’1)=KAt’m=KA[(T-t’1)+(T-t’2)]/250004.191000/3600(t’2-25)=17401.5[2110-25-t’2]/2t’2=56.1验算：t1=110-25=85oCt2=110-56.1=53.9oCt1/t2<2故温升后热负荷：Q’=WCp(t’2-t’1)=50004.191000/3600(56.1-25)=1.81105w（Q-Q’）/Q=(2.01105-1.81105)/2.01105=9.9%热负荷减少了9.9%.(3)’i/i=(W’/W)0.8=20.8=1.74’i=1.741740=3027.6w/(m2K)K’=’i=3027.6w/(m2K)第三问的答案应为：Q’’=K’At’’m=2WCp(t’2-25)其中：按照给出数据算得：t’2-=52.8℃所以Q’’=K’At’’m=3027.61.571.1=3.23105wW’Cp(t’2-t’1)=WCp(t2-t1)2WCp(t’2-25)=WCp(50.65-16)t’2=42.3oCt1=110-25=85oCt2=110-42.3=67.7oCt1/t2<2t’’m=(t1+t2)/2=76.4oCQ’’=K’At’’m=3027.61.576.4=3.47105w(Q-Q’’)/Q=(2.01105-3.47105)/2.01105=-72.6%热负荷增强了72.6%.（10分）用3B33性泵从敞口容器将水送到别处，流率为55m3/h，查得该流量下的允许吸上真