習題課（計算題）(共15頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上一、計算題（20分）如附圖所示的輸水管路系統(tǒng)，用泵將低位槽中的水輸送到高位槽，兩槽均敞口，總管路長度為120m（包括所有局部阻力的當量長度）?，F(xiàn)利用U型管壓差計測得管路中A、B兩點的壓強差為0.05MPa。已知管子的規(guī)格為F89´4.5mm，A、B間管長為60m（包括兩點間的全部局部阻力的當量長度）。設輸送條件下水的密度為1000kg/m3，黏度為1.005mPas，摩擦系數(shù)0.024，其他尺寸見附圖。試求：（1）管路中水的流量；（2）離心泵的有效功率。解：（1）（10分）在A、B兩點間列柏努利方程： （3分）因為ZB-ZA=1.0m，uA=uB，pA-pB

2、=0.05MPa，所以 J/kg （2分）又因為 （3分）所以m/s （1分）所以m3/s=38.16 m3/h （1分）（2）（10分）：以低位槽液面為截面1-1，以高位槽液面為截面2-2，在兩截面間列柏努利方程： （4分）其中，z2-z1=3.0m，u1=u2=0，p1=p2，而管路阻力為J/kg （2分）所以J/kg （2分）W=1.16kW （2分）二、計算題（20分）專心-專注-專業(yè)用離心泵將水從敞口儲槽送至水洗塔的頂部，槽內(nèi)水位維持恒定，各部分相對位置如本題附圖所示。管路的直徑均為76×2.5mm。在操作條件下，泵入口處真空表的讀數(shù)為24.66×103 Pa；水

3、流經(jīng)吸入管與排出管（不包括噴頭）的能量損失可分別按hf1=2u2與hf2=10u2計算。由于管徑不變，故式中u為吸入或排出管的流速m/s。排水管與噴頭處的壓強為98.07×103 Pa（表壓）。求泵的有效功率。（水的密度取為1000 kg/m3）解：（1）水在管內(nèi)的流速與流量 設儲槽水面為上游截面1-1，真空表連接處為下游截面2-2，并以截面1-1為基準水平面。在兩截面間列柏努利方程。 （4分） 式中 Z1 = 0，Z2 = 1.5 m，p1 = 0（表壓），p2 = -24.66×103 Pa（表壓）， u1 0，hf1=2u2 將上列數(shù)值代入柏努利方程式，解得水在管內(nèi)的

4、流速u2 m/s （3分） 水的質(zhì)量流量 kg/s （3分） （2）泵的有效功率 設儲槽水面為上游截面1-1，排水管與噴頭連接處為下游截面2-2，仍以截面1-1為基準水平面。在兩截面間列柏努利方程。 式中 Z1 = 0，Z2 = 14 m，u1 0，u2 = 2 m/s，p1 = 0（表壓） p2 =98.07×103 Pa（表壓）， （4分） 將上列數(shù)值代入柏努利方程式，解得 J/kg （3分）泵的有效功率 Ne = we·ms = 285.41×7.92 = 2260 W （3分）三、（20分）用離心泵將密度為880kg/m3的苯從貯罐輸送到高位槽，流量為18

5、m3/h，高位槽液面比貯罐內(nèi)液面高12m，兩液面上方均為大氣壓，管路的出口在液面之下。泵吸入管用F89mm´4mm的無縫鋼管，直管長度為15m，管路上有一個底閥，le=6.3m，一個標準彎頭，le=2.7m，摩擦系數(shù)l=0.029；泵排出管用F57mm´3.5mm的無縫鋼管，直管長度為50m，管路裝有一個全開的截止閥，le=17m，一個標準彎頭，le=1.6m，l=0.031。計算（1）吸入管路的阻力損失；（2）排出管路的阻力損失；（3）所需泵的軸功率，設泵的效率為70%。（1）吸入管路內(nèi)的平均流速 （2分）阻力損失 （3分）（2）排出管路內(nèi)的平均流速 （2分）阻力損失 （

6、3分）（3）在貯罐液面和高位槽液面之間列柏努利方程，得 （5分）苯的質(zhì)量流量所需泵的軸功率 （5分）四、計算題（15分）用離心泵將20的水從敞口貯槽送至表壓強為150kPa的密閉容器，貯槽和容器的水位恒定。各部分相對位置如右圖所示。管道均為108×4mm的無縫鋼管，泵吸入管長為20m，排出管長為100m（各管段均包括所有局部阻力的當量長度）。離心泵前后裝有真空表和壓力表，真空表讀數(shù)為42.7kPa，兩測壓口的垂直距離為0.5m，忽略兩測壓口間的阻力，摩擦系數(shù)取為0.02，水的密度取為1000kg/m3。試求：（1）管路中水的流量（m3/h）；（2）壓強表的讀數(shù)（kPa，表壓）；（3）

7、泵的有效功率（kW）。解：（5分）（1）以敞開貯槽水面為截面0，以泵入口真空表所在水平面為截面1，在0-1截面間列伯努利方程： （2分）其中，Z1-Z0=3m，u0=0，u1=u，P0=0kPa（表壓），P1=-42.7kPa（表壓），=1000kg/m3。（2分）將以上數(shù)據(jù)代入公式得到：u=2.31m/s，Vs=2.31*3.14*0.12/4*3600=65.28m3/h (1分)（5分）（2）以泵出口壓力表所在水平面為截面2，以高位密閉容器中水面為截面3，在2-3截面間列伯努利方程： （2分）其中，Z3-Z2=16-3-0.5=12.5m，u2=2.31m/s，u3=0m/s，P3=15

8、0kPa（表壓），J/kg，=1000kg/m3。（2分）將以上數(shù)據(jù)代入公式得到：P2=323kPa（表壓）（5分）（3）在截面1-2間列方程（也可在0-2,0-3,1-3截面間列方程） （2分）其中，Z2-Z1=0.5m，u1=u2，P1=-42.7kPa（表壓），P2=323kPa（表壓），J/kg（因為不含管路，故沒有管路阻力損失），=1000kg/m3。（2分）將以上數(shù)據(jù)代入公式得到：We=370.6J/kg，Ne=We*Vs*=370.6*65.28/3600*1000/1000=6.72kW （1分)五、計算題（20分）用離心泵將密度為1200kg/m3的液體由敞口貯槽A送至高位槽

9、B。已知離心泵吸入管路上各種阻力之和hf,a=10 J/kg、輸出管路上各種阻力之和hf,b =30 J/kg。兩槽液面維持恒定，其間垂直距離為20m,每小時液體的輸送量為30m3。若離心泵效率為0.65，試求：（1） 泵的揚程為多少？（2） 求泵的軸功率為多少？解：（1）選貯槽A、B的液面分別為截面1-1、2-2，以1-1面為基準面 列柏努利方程 （5分） z1=0 u1=0 p1=0(表壓) z2=20m u2=0 p2=0(表壓) （5分） （5分）六、計算題（20分）如圖所示，為二氧化碳水洗塔的供水系統(tǒng)，儲槽水面絕對壓強為100kPa，塔內(nèi)水管出口處高于儲槽水面20m，管道規(guī)格為F55

10、mm´2.5mm，送水量為15m3/h，塔內(nèi)水管出口處絕對壓強為225kPa，設系統(tǒng)管路總長度為35m，所有局部阻力當量長度之和為10m，直管摩擦系數(shù)為0.025，求輸水泵所需軸功率？已知水泵的效率為60%，水的密度取1000kg/m3。解：以儲槽水面為截面0，以管路出水口為截面1，在0-1截面間列伯努利方程： （5分）其中，Z1-Z0=20m，u0=0，P0=100kPa，P1=225kPa （2分） (3分)=1000kg/m3。將以上數(shù)據(jù)代入伯努利方程可得 （3分)所以 （2分） （1分） （2分） （2分）七、計算題（20分）用一離心泵將低位槽（表壓強為30kPa）中的水輸送

11、到高位槽（表壓強為50kPa），兩槽的水位恒定，高度差為20m。管路內(nèi)徑為60mm，總長25m（包括所有局部阻力的當量長度），摩擦系數(shù)為0.025，管路中水的流量為40m3/h。水的密度取為1000kg/m3。泵的效率為70%。試求：（1）離心泵的軸功率（kW）；（2）若管路內(nèi)徑變?yōu)?0mm，其他條件不變，則管路阻力變?yōu)樵鹊亩嗌俦?？解：?0分）（1）以低位槽水面為截面0，以高位槽水面為截面1，在0-1截面間列伯努利方程： （3分）其中，Z1-Z0=20m，u0=0，u1=0，P0=30kPa（表壓），P1=50kPa（表壓）， （2分） (2分)=1000kg/m3。將以上數(shù)據(jù)代入公式得到

12、： (2分)所以 （1分）（10分）（2）根據(jù)流速公式：可知，若直徑變?yōu)樵瓉淼?/3，則流速變?yōu)樵瓉淼模?/2）2=2.25. （3分）又根據(jù)范寧公式： 可知，阻力與u2成正比，與d成反比。（4分）因此，在直徑變?yōu)樵瓉淼?/3時，阻力變?yōu)樵瓉淼?.252*3/2=7.6倍。 （3分）八、計算題（20分）一列管式冷凝器，換熱管規(guī)格為F25´2.5mm。冷卻劑在管內(nèi)流過，其溫度由20升至50。流量為5000kg/h、溫度為75的飽和有機蒸氣在殼程冷凝為同溫度的液體后排出，冷凝潛熱為310kJ/kg。已測得蒸氣冷凝傳熱系數(shù)為800W/(m2K)，冷卻劑的對流傳熱系數(shù)為2500W/(m2K)

13、。污垢熱阻、管壁熱阻和熱損失均忽略不計。已知冷卻劑的比熱容為2.5kJ/(kgK)。試求：（1）冷卻劑用量；（2）該換熱器的傳熱面積。解：（1）（8分）有機蒸氣冷凝釋放的熱量W （3分）因為 （3分）所以冷卻劑用量為kg/s （2分）（2）（12分）傳熱平均溫度差為 （4分）總傳熱系數(shù)為K=571.43W/(m2) （4分）所以，所需的換熱面積為m2 （4分）九、計算題（20分）在列管式換熱器中，用飽和水蒸氣將空氣由10加熱到90，該換熱器由38根25×2.5mm，長1.5m的銅管構(gòu)成，空氣在管內(nèi)作湍流流動，其流量為740 Kg/h，比熱為1.005×103J/Kg，飽和水

14、蒸氣在管間冷凝。已知操作條件下的空氣對流給熱系數(shù)(或稱對流傳熱膜系數(shù))為70W/m2.,水蒸氣的冷凝給熱系數(shù)為8000W /m2.，壁阻及垢層熱阻可忽略不計。（1）試確定所需飽和水蒸氣的溫度；（2）若將空氣量增大25%通過原換熱器，在飽和水蒸氣溫度及空氣進口溫度均不變的情況下，空氣能加熱到多少度？（設在本題條件下空氣出口溫度有所改變時，其物性參數(shù)可視為不變）解：（1）飽和水蒸氣的溫度T: （5分） 其中：（2分） （2分）(以外表面計) （1分） T=124 （2分）(2) 若空氣量增大25%,則 （4分） （2分）由式（）可知： 解得：，即空氣加熱到 （2分）十、計算題（15分）在逆流換熱器

15、中，用初溫為20°C的水將1.5kg/s的液體（比熱容為1.9kJ/(kg.°C)、密度為850kg/m3），由80°C冷卻到30°C。換熱器的列管直徑為F25mm´2.5mm，水走管程。水側(cè)和液體側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為0.85kW/(m2. °C)和1.70 kW/(m2. °C)，污垢熱阻可忽略，管壁導熱系數(shù)為45.3W/(m. °C)，水的比熱容為4.174 kJ/(kg.°C)?，F(xiàn)測得水的出口溫度為50°C，試求：（1）冷卻介質(zhì)的用量；（2）若已知一換熱器的傳熱面積為13m2, 請問在該

16、操作條件下該換熱器能夠滿足要求。解：（1） di=25-2.5×2=20mm=0.02m，do=25mm=0.025m (1分)根據(jù)熱量衡算： (2分)得水的流量為 （2分）（2）傳熱量為kW （2分）總傳熱系數(shù)為471.67 W/(m2.K) （3分）對數(shù)平均傳熱溫度差為 （2分）因此，m2 （2分）16.6 m2 > 13 m2 故在該操作條件下該換熱器不能夠滿足要求。 （1分）十一、（20分）某管殼式換熱器的管束采用F25mm´2.5mm的鋼管，有效長度為3m。通過管程的流體冷凝殼程流量為4200kg/h、溫度為75°C的飽和有機蒸汽，蒸汽的冷凝潛熱為

17、310kJ/kg，蒸汽冷凝的對流傳熱系數(shù)為800W/(m2×K)。冷卻劑的溫度由20°C升高到50°C，其比熱容為2.5kJ/(kg×K)，密度為860kg/m3，對流傳熱系數(shù)為2100W/(m2×K)。忽略管壁和污垢熱阻，計算（1）該換熱器的傳熱面積；（2）所需換熱管的數(shù)量；（3）冷卻劑的流量。解：（1）蒸汽冷凝的放熱量 （2分） （3分） （3分） （2分）該換熱器所需傳熱面積為 （5分）（2）換熱器所需換熱管的總根數(shù) （2分）（3）冷卻劑的流量 （3分）十二、計算題（15分）在一鋼制套管換熱器中，用冷卻水將3600kg/h的飽和苯蒸氣在8

18、0下冷凝。冷卻水在25mm×2.5mm的內(nèi)管中逆流流動，其進出口溫度分別為10和45。已知苯和水側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為1.50kW/(m2K)和0.87kW/(m2K)，在定性溫度下水的比熱容為4.18kJ/(kgK)，苯蒸氣的冷凝潛熱為395kJ/kg，鋼材導熱系數(shù)為45W/(mK)，兩側(cè)的污垢熱阻忽略不計。試求：（1）冷卻水消耗量（kg/h）；（2）所需的總管長。解：(5分)（1）列熱量衡算方程 （2分）其中，Wh=3600kg/h=1kg/s，r=395kJ/kg，Cpc=4.18kJ/(kgK)，t1=10，t2=45。 (2分)將以上數(shù)據(jù)代入方程得：Wc=2.70kg/s=

19、9719.8kg/h (1分)（10分）（2）傳熱量為kW （2分）總傳熱系數(shù)為461.86 W/(m2.K) （2分）對數(shù)平均傳熱溫度差為 （2分）因此，=16.94m2 m （2分）十三、計算題（20分）在一列管式換熱器內(nèi)用水冷卻苯。苯走管程，流量為1.25kg/s，由80oC 被冷卻至30oC。冷卻水在殼程內(nèi)呈湍流流動，且與苯逆流流動，其進口溫度為20oC，出口溫度為50oC。已估算出苯側(cè)和水側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為850W/(m2K)、1700W/(m2K)；苯的平均比熱為1.9kJ/(kg.K)。若列管為25×2.5mm的鋼管，長3米，其導熱系數(shù)為45W/(m2K)，并忽略污

20、垢熱阻及換熱器的熱損失，試求：（1）傳熱速率為多少？（3）總傳熱系數(shù)K為多少？（2）所需換熱器的列管數(shù)為多少？解： （2分） 其中，=1.5*1.9*103*（80-30）=142.5（kW）（5分） =490.5W/(m2.K) （5分） =18.2()（5分） 故 （根）（3分）十四、計算題（20分）現(xiàn)測定一傳熱面積為4m2的螺旋板式換熱器的總傳熱系數(shù)K值。測得熱水流量為900kg/h，進口溫度為80°C，出口溫度為70°C；測得空氣進口溫度為15°C，出口溫度為65°C。二者逆流流動，水的平均比熱容為4.18kJ/(kgK)。（1）計算該換熱器的K值