化工原理計(jì)算試題

離心泵的計(jì)算1計(jì)算題j01b10029以下圖,水經(jīng)過傾斜變徑管段(A-B),DA=100mm，DB=240mm,水流量為2m3/min,在截面A與B處接一U形水銀壓差計(jì)，其讀數(shù)=20mm，、B兩點(diǎn)間的垂直距離為=0.3m試求:(1)試求、B兩點(diǎn)的壓差等于多少Pa(2)、B管段阻力損失為多少RAhAAmmHg(3)若管路水平擱置，而流量不變，U形水銀壓差計(jì)讀數(shù)及A、B兩點(diǎn)壓差有何變化計(jì)算題

j01b10029(

題分：

20)(1)uA=(2/60)/[(

/4)

×2]=4.244m/s

，uB=×(1/2=0.7368m/sA/＋u2＋B/＋2/2＋hA/2=Bfpghpu∵A/－(＋pB/)=(i－)/pghgR∴A－B=(i－)＋ghppgR1)×103××+103××=5415Pa(2)hf=(pA/－－B/)＋u2－2A/2B/2ghpu=(i－)/＋A2/2－B2/2gRuu－1)××＋2/2－2/2J/kg即pf=

hf=103×=×103Pa換成

mmHg:

Hf=

pf/(

Hg

g)=

×103/×103×=mHg=mmHg(3)2/2=2/2＋hfpA/＋uApB/＋uB∵uA、uB、hf均不變，故(i－’/之值不變)gR即R’不變，R’=R=20mm水平擱置時pApB=1)103=2472Pa比傾斜擱置時的壓差值小。2計(jì)算題j02b20067(20分)以下圖的輸水系統(tǒng),輸水量為380×2mm的鋼管，已知水泵吸入管路的阻力損失為0.2m水柱，壓36m/h，輸水管均為φ出管路的阻力損失為0.5m水柱，壓出管路上壓力表的讀數(shù)為cm2。試求：水泵的升揚(yáng)高度；若水泵的效率η=70%,水泵的軸功率(KW)；水泵吸入管路上真空表的讀數(shù)(mmHg柱)。注:當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?50mmHg柱。0.2m4.8mU=36/3600/×≈2.2m/s(1)在2-2與3-3截面列.5分22Z2+p/ρg+U2/2g+He=Z3+P3/ρg+U3/2g+Hf2-3U2=U3不計(jì)Hf2-3He=(Z3-Z2)+(P3+P2)/ρg=++/(103×××104柱在1-1與4-4列.He=Z1-4+Hf1-4+Hf3-4∴Z1-4=He-(Hf1-4+Hf3-4)=+=∴升揚(yáng)高度為(2)Pa=Heqvρg/η=××103×=KW3分(3)在1-1與2-2列,得5分0=Z2+(-P)/ρg+U22/2g+Hf1-P=Z2ρ/2-Hf1-ρg2ρg-U2=-×103×+/2×103+×103×=-515×102N/M2=515×102/×105)×=386mmHg表()-P2=真空度∴吸入管路上真空表讀數(shù)為386mmHg柱=3．j01c20113用離心泵將原油從油庫沿管內(nèi)徑為0.15m、長2公里(包含局部阻力的當(dāng)量長度)的水平管送往煉油廠。輸油量為3。40m/h油泵的總效率為，求泵的軸功率。某天，該油泵忽然發(fā)生故障，于是開動一臺備用泵，其壓頭僅為本來泵的80%，問此泵能3輸送原油多少m/h。輸送條件下,原油的密度為890kg/m3,粘度為s。設(shè)油庫和煉油貯罐均為常壓。答案：該題條件下,油泵所耗功率完整用于戰(zhàn)勝管路阻力。⑴A=(π/4)2=u=40/(3600×=sRe=duρ/μ=××890/=210(層流)λ=64/Re=64/210=Hf=λ(l/d)(u2/2g)=×(2000/×[(2×]=82.1mWs=40×890/3600=9.9kg/s∴N=××(1000×=⑵H′==△Pf=××890=×105N/m關(guān)于層流△Pf=32lμu/d∴u=△Pfd/(32lμ)=×105×(32×2000×=sV=3600××=32.1m3/h4．j01a150616如圖,離心泵將敞口槽中的堿液打入汲取塔,泵吸入管路為φ108×4mm，長2m的鋼管。泵壓出管路為φ76×3mm,長30m的鋼管,壓出管路上裝有標(biāo)準(zhǔn)閥一只，閘閥一只，90℃彎頭4只。在壓出管路上還裝有孔板流量計(jì)，孔板孔徑為40mm，孔流23系數(shù)C=，水銀差壓計(jì)讀數(shù)R=456mm。汲取塔噴咀處壓力為cm(表壓)，堿液密度ρ=1100kg/m，泵的效率η=，直管阻力系數(shù)λ=(吸入、壓出管道取近似同樣值)，ξ彎頭=，ξ標(biāo)準(zhǔn)閥=6，ξ閘閥=，ξ孔板=8，試求泵所需功率。Pa5空氣5水113344j01a150616

22Ｖ=(π/4)××[2g××(13600-1100)/1100]=su1=[(π/4)×]=1m/su0=1×2=2.04m/shf=×2/+×12/2g+×30/+4×+6++8)×2g=He=++×104/1100+2g=28.77mN=××1100/(102×=用泵將貯槽１中的石油送至高位槽２中，兩槽液面恒定不變，且其液面差為１５ｍ。管子規(guī)格為φ８９×４．５ｍｍ，管路總長為２００ｍ（包含局部阻力的當(dāng)量長度內(nèi)。）要求流量為２１ｍ3/h。已知石油密度為９２０32Kg/m，粘度為０．５m。試計(jì)算：1）因?yàn)樽枇θ瞧鸬膲航担?）泵的有效功率；3）整理并寫出管路特征曲線方程（注明式中變量的單位）答案：（1）Ｐ＝λ（ｌ／ｄ）（ρＵ2／２）Ｕ＝21／(3600××０．０８2)＝１．１６m/se＝××920/＝１７０．８層流λ＝６４／Ｒe＝Ｐ＝×（200/）×920×１．１６2／2＝×１０5N/m2∑ｈf＝×１０5／920＝J/Kg（2）Ｎe＝ＱＨＰ／1000Ｈ＝ｇＺ＋∑ｈf＝×15+=777J/Kg(3)Ｎe＝21×920×777／(3600×1000)＝KW在層流范圍內(nèi)L＝Z+∑ｈf/g=Z+64/(duρ/μ)×(∑1/d)(1/2g)(Q2/2)43=15+×10QQ為m/s6．j02b150646欲用離心泵在兩敞口容器間輸液,該水泵銘牌標(biāo)有：流量３９．６ｍ3/h，揚(yáng)程15m，軸功率２.０２Kw,效率８０%，配用２．８KW電機(jī)，轉(zhuǎn)數(shù)１４００r/min。今欲在以下狀況使用能否能夠如不行時采納什么舉措才能知足要求（要用計(jì)算結(jié)果說明）（１）輸送比重為１．８的溶液，流量為３８ｍ3/h，揚(yáng)程３０ｍ。（２）輸送比重為０．８的油類，流量為４０ｍ3/h，揚(yáng)程３０ｍ。（３）輸送比重為０．９的清液，流量為３０ｍ3/h，揚(yáng)程１５ｍ。答案：（１）電動機(jī)功率不夠Ｎ＝38/3600×15×1800/(102×＝３．５KW換大電機(jī)（２）揚(yáng)程不夠Ｈ／Ｈ′＝（ｎ／ｎ′）2１５／３０＝（１４００／ｎ′）2ｎ′＝１９８０增添ｎ＝１９８０轉(zhuǎn)／分。檢查功率：Ｎ／Ｎ′＝（ｎ／ｎ′）3２．０２／Ｎ′＝（１４００／１９８０）3Ｎ′＝５．７２KW換一電機(jī)功率為５．７２KW，ｎ＝１９８０轉(zhuǎn)／分。（３）能夠使用。經(jīng)過關(guān)小出口閥調(diào)理至工作點(diǎn)。7．j01c201218以下列圖所示的輸水系統(tǒng),用泵將水池中的水輸送到敞口高位槽,管道直徑均為φ83×3.5mm,泵的進(jìn)、出管道上分別安裝有真空表和壓力表，真空表安裝地點(diǎn)離貯水池的水面高度為4.8m,壓力表安裝地點(diǎn)離貯水3池的水面高度為5m。當(dāng)輸水量為36m/h時，進(jìn)水管道的所有阻力損失為kg，出水管道的所有阻力損失為kg，壓力表的讀數(shù)為cm2，泵的效率為70%，試求：⑴兩液面的高度差H為多少m⑵泵所需的實(shí)質(zhì)功率為多少KW⑶真空表的讀數(shù)多少kgf/cm

2解：⑴取截面0-0,1-1,2-2,3-3如圖,在截面2-2和3-3間列柏努利方程以2-2為基準(zhǔn)面(目的求H3)H2g+(p2/ρ)+(u22/2)=H3g2+(p3/ρ)+(u3/2)+hf2-3∵1[at]=×104N/m2=1[kg/cm2]u=Q/A=(36/3600)[(π/4)]=s104/103)+2)=H3×++=+H3==[m]H=H3+5=+5=[m]⑵在0-0和3-3間列柏努利方程以0-0為基準(zhǔn)面(求We)H0g+(p0/ρ)+(u022/2)+hf0-3/2)+We=H3g+(p3/ρ)+(u330-3=×++=[J/kg]We=Hg+hfMs=Vsρ=(36/3600)×103=10[kJ/s]Ne=Ms·We=10×[W]N實(shí)=Ne/η==4267[W]=[kW]⑶在C-C和H間列柏氏方程以0-0為基準(zhǔn)面H0g+(p0/ρ)+(u2/ρ)+(u2/2)+hf0-10/2)=H1g+(p11(pa–p1)/ρ=×+2)+=51.49m2/s2=×103/×104)[at]=[kgf/cm2]8．j02b20066用一離心泵將20℃的水，由池中送至高位槽C。其流程如圖a所示。已知泵的排出口壓力表B讀數(shù)為(表壓)，排出段管總長為180m(包含局部阻力的當(dāng)量長度)，系統(tǒng)的摩擦系數(shù)λ可取。其余數(shù)據(jù)如圖a所示。試求：(1)系統(tǒng)輸送的流量3m/h；(2)若系統(tǒng)所用泵為3B33型離心泵，其特征曲線如圖b所示。試求泵的工作點(diǎn)及戰(zhàn)勝系統(tǒng)阻力所耗的軸功率；(3)假如泵的吸入底閥A稍微擁塞，則系統(tǒng)的流量、泵的揚(yáng)程及出口壓力表讀數(shù)有何變化若嚴(yán)重?fù)砣泻维F(xiàn)象發(fā)生試用圖說明。j02b20066解：(1)qv=m3/h5分在B-B及C-C面上列柏努利方程UB2/2g+PB/ρg+ZB＝UC2/2g+0+Zc+∑HfB-CUC=0∑Hf=λ(l/d)UB2/2g(λ(l/d)-1)UB2/2g=25-18=UB2/2g=7/(λ(l/d)-1)=7/×180/=∴UB=sqv=(π/4)d2UB=(π/4)××=0.01417m3/s=51.0m3/h(2)⑴工作點(diǎn):由qv查圖b得工作點(diǎn)P(51,31)10分∴H=31.0mη=70%⑵Pf=在0-0及C-C列方程:0+H=ZC+∑Hf0-C∑Hf0-C=H-ZCHf=31-(18++=Pf=11×51×1000×(3600××103)=KW(3)略5分9．j01b15183以下圖，槽內(nèi)水位保持不變。槽底部與內(nèi)徑為100mm鋼管相連，管路上裝有一個閘閥，閥前離管路進(jìn)口端15m處安有一個指示液為汞的Ｕ形壓差計(jì)，測壓點(diǎn)與管路出口端之間距離為20m。當(dāng)閘閥封閉時測得Ｒ=600mm，ｈ=1500mm；當(dāng)閘閥部分開啟時，測得Ｒ=400mm，ｈ=1400mm，管路摩擦系數(shù)取，進(jìn)口處局部阻力系數(shù)取，問每小時從管中流出水量為多少m3。當(dāng)閥全開時（取閘閥全開Le/d=15，λ=），測壓點(diǎn)Ｂ處的靜壓強(qiáng)為若干N/m2（表壓）。j01b15183解:(1)當(dāng)閘閥全關(guān)時,依據(jù)靜力學(xué)關(guān)系:(ZA+h)ρg=RρHgg得水槽液位高度:A=RρHg/-=×6.66m(2)閘閥部分開啟時Zρh列A-A與B-B截面伯努利方程式ZA=uB2/2g+PB/ρg+∑hfABPB/ρg=(RρHg-hρ)/ρ=×××1000)/1000=4.04mZA-PB/ρg=uB2/2g+(λ(L/d)+ζ)uB2/2g=(1+λ(L/d)+ζ)uB2/2g22∴B=gguV=(π/4)×d2u×3600=×××3600=95.5m3/h當(dāng)閘閥全開時,列A-A與C-C截面伯努利方程:ZA=uc2/2g+∑hfA-C=(1+λ(L+Le)/d+ζ)uc2/2g=(1+(35/+15)+uc2/2g解得uc=4.02m/s由A-A與B-B截面間伯努利方程式得:ZA=B2/2g+B/+∑fABuPρghPB/ρg+(1+λ(L/d)+ζ)uB2/2g2∴PB/ρg=ZA-(1+λ(L/d)+ζ)uB/2g=(1+×15/+×2/(2×=3.20mPB=×1000×=×104N/m2[三]計(jì)算題(15分)j01b20095某液體密度800kg/m3，粘度73cP，在連結(jié)兩容器間的圓滑管中流動，管徑300mm，總長為50m(包含局部當(dāng)量長度)，兩容器液面差為3.2m(如圖示)。求：⑴管內(nèi)流量為多少⑵若在連結(jié)收口裝一閥門，調(diào)理此閥的開度使流量減為本來的一半，閥的局部阻力系數(shù)是多少按該管折算的當(dāng)量長度又是多少層流：λ=64/Re；湍流：λ=j01b20095⑴在1-1面和2-2面之間，列柏式以2-2面為基準(zhǔn)面：u1≈u2≈0gz1=Σhf1-2=λ(l/d)(u2/2)設(shè)流體流動切合柏拉修斯公式：λ=Re=duρ/μ∴gz1=(l/d)(u2/2)=[(ρ/μ)](l/2)∴=2gz1/{[(ρ/μ)]×(l/}=2××{[(800/](50/0.31.25)}=u=s考證：Re=××800/=11550>3000，假定正確V=Su=(π/4)d2u=(π/4)2××3600=(m3/hr)⑵流量減半，即是流速減半u=2=sRe=5775切合柏拉斯式條件列1-1面至2-2之間的柏式：gz1=[(l/d)+ζ](u2/2)∴ζ=2gz1/u2-(l/d)=2×××(50/=又ζ(u2/2)=λ(le/d)(u2/2)=(le/d)(u2/2)∴ζ=(le/d)le=(dζ/=××=(m)傳熱過程計(jì)算1j04c2012614有一套管換熱器，由內(nèi)管為φ54×2ｍｍ，套管為φ116×4ｍｍ的鋼管構(gòu)成。內(nèi)管中苯自５０℃被加熱至８０℃，流量為４０００kg/h。環(huán)隙中為２at（絕）的飽和水蒸汽冷凝。蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為2℃。10000W/m.已知：苯在５０～８０℃之間的物性數(shù)據(jù)均勻值為：ρ＝８８０kg/m，ＣP＝λ＝０．１３４W/m.℃，μ＝０．３９cP管內(nèi)側(cè)污垢熱阻Ｒ1＝.℃/W管壁及管外側(cè)污垢熱阻不計(jì)。蒸汽溫度與壓強(qiáng)關(guān)系以下表所示壓強(qiáng)at(絕)溫度℃120133試求：A)管壁對苯的對流傳熱系數(shù)；B)套管的有效長度；C)若加熱蒸汽壓力降為１at（絕），問苯出口溫度有何變化應(yīng)為多少解:（1）Re=μ=[×4000/(3600×π/4×]/×10-3)=×104r=ＣPμ/λ=×１０3××１０-3/=1=λ/ｄ（Ｒe）（Ｐr）××（×１０4）×5.40.4=W/m2.℃（２）Ｑ＝4000/3600××１０3(80-50)=×１０4W１／Ｋ1＝1/+1/10000+∴Ｋ1＝W/m2.℃ｔm=（(120-50)-(120-80)）／ｌｎ(120-50)/(120-80)=℃Ａ1＝Ｑ／（Ｋ1ｔm）＝×１０4/×=ｌ＝Ａ1／（πｄ內(nèi)）＝(π×=m（３）Ｋ不變，Ａ不變，Ｔ變成℃，苯的流量及比熱均不變。設(shè)出口溫度為ｔ2′，在新條件下，傳熱速率方程變成Q=GCp(t2′-t1)=KA△tm4000/3600××１０3(ｔ2′-50)×（-ｔ2′)）／ｌｎ/ｔ2′)解得ｌｎ/ｔ2′)=∴ｔ2′=71℃2、j04b200891(20分)用一傳熱面積為2,用初溫為10℃的水將機(jī)油由200℃冷卻至100℃,水3m由φ25×的管子構(gòu)成的單程列管式換熱器走管內(nèi),油走管間。已知水和機(jī)油的質(zhì)量流量分別為1000kg/h和1200kg/h,其比熱分別為和;水側(cè)和油側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為2000W/和250W/,兩流體呈逆流流動,忽視管壁和污垢熱阻。計(jì)算說明該換熱器能否合用夏季當(dāng)水的初溫達(dá)到30℃,而油的流量及冷卻程度不變時,該換熱器能否合用怎樣解決(假定傳熱系數(shù)不變)(20分)j04b2008910解：(1)Q1=1200×2×(200-100)=240000KJ/hQ2=Q1,t2=t1+Q1/(mρ2·Cp2)=10+24000/(1000×=67.4℃△tm=/ln90)=110℃1/K1=1/α1+d1/(α2·d2)=1/250+25/(2000×20)K21=mK322故合用A1=Q1/(K△tm)=240000×10/×3600×110)=2.8m<3m(2)t1=30℃時t2=30+240000/(1000×=87.4℃tm=/ln70)=℃A1=240000×103/(3600××=3.45m2>3m2不合用解決方法是調(diào)大水量,使t2↓,△tm↑,并使α↑,K↑3．j04c201288在逆流操作的列管換熱器中，

把氫氧化鈉溶液從

70℃冷卻到

35℃，氫氧化鈉走管內(nèi)，流量為１．１１kg/s，比熱為3770J/，氫氧化鈉對管壁的對流傳熱系數(shù)為

930W/現(xiàn)用１５℃的水作為冷卻劑，水走管外，流量為１．６７

kg/s，比熱為４１８０

J/，管壁對水的傳熱系數(shù)為

1000W/,(

管壁熱阻及垢阻略計(jì)

),

忽視熱損失

(可近似按平壁辦理

)

試求：冷卻劑出口溫度及所需傳熱面積；操作中若氫氧化鈉及水的初始溫度不變，而兩流體的流量都增大一倍，則流量增大后的冷、熱流體的出口溫度變成多大（假定兩流體均為湍流，其物理性質(zhì)不變,傳熱溫度差可取用算術(shù)均勻值）。解：１）

Ｑ＝Ｇ

1

ＣP1(

Ｔ1-

Ｔ2)=

×3770×(70-35)=W忽視熱損失，則

Ｑ＝Ｇ

2

ＣP2(

ｔ2-

ｔ1)即=×4180(t2-15)解得ｔ2=36℃∵ｔ1/ｔ2＜２∴ｔm＝（３４＋２０）／２＝２７℃∵為薄壁園筒，∴按平壁近似計(jì)算Ｋ＝α1α2/(α1+α2)=930×1000/(930+1000)=W/m2.K∴Ａ＝Ｑ／Ｋｔm＝×27)=m2２）忽視熱損失，Ｑ吸＝Ｑ放２Ｇ1ＣP1(Ｔ1-Ｔ2′)＝２Ｇ2ＣP2(ｔ2′-ｔ1)2××3770(70-Ｔ2′)=2××4180(ｔ2′-15)得Ｔ2′=95-ｔ2′－－－－－①傳熱速率方程式：Ｑ＝Ｋ′ＡTm′＝２Ｇ1ＣP1(70-Ｔ2′)此中：Ｋ′＝１／（１／(２×930)+１／(２×1000)＝838W/m2.K2Ａ＝１１．３mm′＝（(70-ｔ2′)+(Ｔ2′-15)）／２＝(55+Ｔ2′-ｔ2′)/2代入原公式：838××(55+Ｔ2′-ｔ2′

)/2=2××3770×(70-Ｔ2′)得：

Ｔ2′

-=

ｔ2

′

－－－－－②聯(lián)立方程①與②得：2′=37.3℃（高升了）2′=℃（冷卻水溫度降落）4．j04b151096９０℃的正丁醇，在逆流換熱器中被冷卻到５０℃，換熱器的換熱面積為６ｍ22，傳熱系數(shù)K=230W/m℃，正丁醇的流量為1930Kg/h。冷卻介質(zhì)為18℃水,熱損失能夠忽視。求：A)冷卻水出口溫度；B)冷卻水耗費(fèi)量。

７０℃正丁醇Ｃ

p＝２．９８

KJ/Kg.

℃

水

Ｃp＝４．１８７

KJ/Kg.℃解：Ｑ＝Ｇ

h

ＣPh(

Ｔ1-

Ｔ2)

＝(1930/3600)

××１０

3(90-50)＝×１０

4

w∴ｔm＝Ｑ／ＫＡ＝×１０4／(230×6)＝℃ｔm＝（(Ｔ1-ｔ2)+(Ｔ2-ｔ1)）／２＝（(90-ｔ2)+(50-18)）／２＝６１－ｔ2／２＝４６．３∴ｔ2＝２９．４℃Ｑ＝ＧcＣP(ｔ2-ｔ1)∴冷卻水耗費(fèi)量Ｇc＝Ｑ／（ＣPc(ｔ2-ｔ1)）＝×104/×1000×)＝1.34kg/s=×103Kg/ht1==℃t2=50-18=32℃t1/△t2=32=<2故均勻溫度差采納算術(shù)均是能夠接受的.j04c20119在某列管式換熱器中,將必定量的空氣加熱?？諝庠诠軆?nèi)作湍流流動,飽和水蒸汽在管外冷凝。今因生產(chǎn)任務(wù)加大一倍，除用原換熱器外，尚需加一臺新?lián)Q熱器。假如使新舊兩臺換熱器并聯(lián)使用，且使二臺換熱器在空氣流量、進(jìn)、出口溫度及飽和蒸汽溫度都同樣的條件下操作。原換熱器列管數(shù)為ｎ1，管內(nèi)徑為ｄ1，管長為ｌ1，而新?lián)Q熱器管數(shù)為ｎ2（ｎ2＝２ｎ1），管內(nèi)徑為ｄ2（ｄ2＝０．５ｄ1）。試問新?lián)Q熱器管長ｌ2為原換熱器管長ｌ1的幾倍。解：原換熱器：Ｑ1=Ｗ2ＣP2(ｔ2-ｔ1)=ＫＡｔm1新?lián)Q熱器：Ｑ1=Ｗ2ＣP2(ｔ2-ｔ1)=Ｋ′Ａ′ｔm2Ｑ1＝Ｑ2ｔm1＝ｔm2Ｋ≈αα∝Ｒ×(1/ｄ1)∝ＵｄＲe=ｄ1Ｕ1ρ/μＷ2＝Ｗ2′∴Ｖ2＝Ｖ2′即：ｎ1(2Ｕ1＝ｎ2(π/4)ｄ2π/4)ｄ12Ｕ2∴Ｕ2＝（ｎ1(π/4)ｄ12Ｕ1）／（ｎ2(π/4)2）＝２Ｕ1ｄ2Ｋ′／Ｋ＝（２Ｕ1）（ｄ1/2）0.2／Ｕ／ｄ＝２／（１／２）＝２即Ｋ′＝２Ｋ∴Ａ′＝ＫＡ／Ｋ′＝Ａ／２，ｎ2πｄ2L2＝ｎ1πｄ1L1×1/2L2=ｎ1πｄ1L1/(2ｎ1πｄ1/2)×2＝L1／２6.04c2012212某廠在由１７７根φ２５×２ｍｍ,長３ｍ的鋼管構(gòu)成的單殼程單管程列管換熱器內(nèi),用132.9℃的飽和水蒸汽在管間冷凝，將管內(nèi)作湍流流動的常壓乙烯氣體加熱。已知乙烯氣體流量為０．６kg/s，進(jìn)口溫度為２０℃，在操作條件下的密度為328000W/m℃,可忽視管壁及垢層熱阻。１kg/m，比熱為kg.℃，對流傳熱系數(shù)為53W/m℃，飽和水蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)為確立乙烯氣體出換熱器時的溫度；B)若乙烯氣體經(jīng)過換熱器的壓降要求不超出０．０１kgf/cm2，經(jīng)過換熱器的總長度（包含局部阻力當(dāng)量長度）為５．５ｍ，摩擦系數(shù)λ＝０．０４，試確立該換熱器最多能同意經(jīng)過多少kg/s的乙烯氣體C)當(dāng)乙烯氣體流量增添到最大同意量，且要求出進(jìn)口溫度保持不變時，若鍋爐能供應(yīng)該換熱器的水蒸汽最高壓力為３kgf/cm2（表壓）（即Ｔ＝１４２．９℃），問此蒸汽可否知足傳熱要求04c2012212解：（１）Ｑ＝ＷＣP(ｔ2-ｔ1)=ＣP(ｔ2-20)Ｑ＝ＫＡｔmi＝ｎπｄiＬ＝177π××3=35.012m2∵αi<<α0Ｋi＝１／（１／α1＋１／α2）＝1/(1/53+1/8000)=W/m2.℃則××103×(ｔ2-20)=××(ｔ2-20)／ｌｎ/ｔ2)ｌｎｔ2))=2)=ｔ2=∴ｔ2=111.61℃（２）Ｐ＝kgf/cm=××１０4=×１０2PaＰ＝λｌ／ｄ×Ｕ2/2×ρ＝××Ｕ2/2×1×１０2=××Ｕ2/2∴Ｕ＝m/sＷ＝ｎπ/4ｄiＵρ＝177××０．０２１2×0.8389Kg/s（３）Ｑ＝ＷＣP(ｔ2-ｔ1)=×××=J/s=KJ/s1=53×（）0.8=W/m2.℃Ｋ＝１／（1/+1/8000）＝W/m2.℃Ｑ＝ＫＡｔmm=／ｌｎ/66.96℃Ｑ＝××=J/s=s因高于需要的Ｑ＝s，故能知足要求。7.j04c2011612有一套管換熱器，內(nèi)管為φ５４×２ｍｍ，外管為φ１１６×４ｍｍ的鋼管。現(xiàn)用120℃的飽和水蒸汽加熱苯，將苯由５０℃加熱至８０℃，苯在內(nèi)管中以４０００kg/h流量流動，試求：加熱蒸汽耗費(fèi)量；所需套管的有效長度；C)因?yàn)槟撤N原由，加熱蒸汽的溫度降為１１０℃，苯的出口溫度將變成多少（假定α苯不變）（在５０～８０℃范圍內(nèi)，苯的物性為：Ｃ

P＝１．８６

kJ/kg.

℃，μ＝３．９×１０，λ＝０．１４５

W/m.℃，ρ＝８８０

kg/m3，鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為４５W/m.℃，１２０℃時水蒸汽冷凝潛熱ｒ＝２２０５

kJ/kg

，蒸汽側(cè)對流傳熱系數(shù)α汽＝１００００

W/m.℃，壁雙側(cè)垢層熱阻及換熱器熱損失均可忽視

,加熱蒸汽冷凝液在飽和溫度下排出。

）j04c2011612解：

傳熱量

Ｑ＝ＷC

ＣP

ｔ＝4000××(80-50)１．蒸汽耗費(fèi)量

Ｗh

＝4000××(80-50)/2205=Kg/h２．ｕ＝4000/(3600×880×(π/4)×（）2)=m/se=××880/×１０-4)=72500Ｒe0。8=７２５００=r=ＣPμ／λ＝×１０3××１０-4/=5=α苯=

λ/ｄ1)

ＲＰ=

×××=980W/m.℃α汽=10000W/(m2.℃)Ｋo=１／[1/α汽+(b/

λ)(

ｄo/

ｄm)+

ｄo/(

α苯ｄ

i)]＝１／[1/10000+×54/(45×52)+54/(980×50)]＝802W/(m2.℃)ｔm=（(120-50)+(120-80)）／２＝55℃Ｑ＝ＷCＣPｔ＝Ｋｔmπｄoｌ∴ｌ＝4000××1000×30/(802×55×π××3600)=8.29m３．設(shè)苯出口溫度為ｔ℃則ｔm′＝（(110-50)+(110-t)）／２＝85-Ｑ′＝4000××(t-50)×1000/3600=Ｋπｄoｌｔm′4000××(t-50)×1000/3600=802π××2067t-103300=95800-∴t=75.7℃或ｔm＝（(110-50)-(110-t)）／ｌｎ(110-50)/(110-t)＝(t-50)／ｌｎ(60/(110-t))4000××(t-50)×1000/3600=802π×××(t-50)／ｌｎ(60/(110-t))ｌｎ(60/(110-t))=,解得t=℃8.j04c201298在某套管式換熱器中，每小時將1200kg,比熱為kg.℃的甲流體從120℃冷卻到70℃,熱流體向管壁的對流傳熱系數(shù)α2,由20℃被加熱到50℃,均勻溫度下其粘度為×,比熱為kg.℃。內(nèi)管尺寸為o=260W/m℃。乙流體在內(nèi)管與甲流體呈逆流流動φ57×3.5mm,管壁向乙流體的對流傳熱系數(shù)α21=880W/m℃,內(nèi)管兩頭的壓強(qiáng)降△p。因?yàn)槿蝿?wù)需要,欲將內(nèi)管兩頭壓強(qiáng)降調(diào)至3△p,并要求保持本來的冷卻任務(wù),問原換熱器能否合用乙流體進(jìn)口溫度仍為20℃,忽視熱損失及管壁,垢層的熱阻。壓強(qiáng)降改變后以為兩流體的物性常數(shù)及摩擦系數(shù)均沒有變化。j04c201298解：傳熱速率方程為Q=Ko·Ao·△tm此中Q=(1200/3600)××103×(120-70)=36700W△tm=[(120-50)-(70-20)]/ln[(120-50)/(70-20)]=℃Ko=1/[1/αo+do/(d1α1)]=1/[1/260+57/(50×880)]=195W/m2℃Ao=36700/(195×=3.2m2Ao為換熱器所擁有的傳熱面積.熱損失可忽視,故熱均衡方程為:m1Cp1(t2-t1)=Q=36700m1=36700/[×103×(50-20)]=0.2926kg/s=1053kg/hRe=μ=×[1053/(3600×π/4×]/×10-3)=10350>104∴αi∝∵△p=λl·ρ·u2/2d△p∝u2或u2∝△p所以u′2/u2=(△p′/△p)αi′/αi=(u′/u)=[(△p′/△p)]=[]αi′=[]αi=[]2×880=1366W/m.℃Ko′=1/[1/260+57/(50×1366)]=214W/m2.℃熱均衡方程p改變后:m2′Cp2(t2′-t1)=m1Cp1(T2-T1)△p改變前:m2Cp2(t2-t1)=m1Cp(T2-T1)(1)∴m2′Cp2(t2′-t1)=m2Cp2(t2-t1)(2)∵m2′/m2=u′/u=(△p′/△p)=以上關(guān)系代入式(2):30.5m2Cp2(t2′-t1)=m2Cp2(t2-t1)(t2′-20)=50-20t2′=37.3℃△tm′=[-(70-20)]/ln[/(70-20)]=65℃Ao′=36700/214/65=2.64m2<3.2m2即△p加大后所需的傳熱面積小于換熱器擁有的傳熱面積,故當(dāng)p加大后換熱器能達(dá)成傳熱任務(wù)。9.04b200994在一傳熱面為30m2的列管式換熱器中，用120℃的飽和蒸汽冷凝將氣體從30℃加熱到80℃，氣體走管內(nèi)，流量為5000m3/h,密度為1kg/m3（均按進(jìn)口狀態(tài)計(jì)）比熱為１kJ/，估量此換熱器的傳熱系數(shù)。若肚量減少了５０％，估量在加熱蒸汽壓力隨和體進(jìn)口溫度不變的條件下，氣體出口溫度變成多少解：①求Ｋ依據(jù)Ｑ＝ＫＡｔm計(jì)算ｔm＝（(120-30)-(120-80)）／ｌｎ(120-30)/(120-80)＝61.7℃Ｑ＝5000×1/3600×1×1000×