化工原理計算試題

1、離心泵的計算1 計算題 j01b10029如圖所示，水通過傾斜變徑管段(AB), DA=100mm Db =240mm,水流量為2ni/min,在截面A與B處接一 U形水銀壓差計，其讀數(shù)F=20mm A B兩點間的垂直距離為 h=0.3m試求:(1)試求A B兩點的壓差等于多少 Pa?A B管段阻力損失為多 少 mmHg？ (3)若管路水平放置，而流量不變，U形水銀壓差計讀數(shù)及 A、B兩點壓差有何變化？計算題j01b10029 ( 題分：20) ua=(2/60)/(/4) X (0.10) 2=4.244 m/s ,2山=4.244 X (1/2.4) =0.7368 m/s22Pa/+ u

2、a/2= gh+ pb/+ ub/2 + hf：P (gh+ pJ )=( i)gHPa Pb=( i )gR+gh=(13.61) X 103 X 9.81 X 0.020+10 3 X 9.81 X 0.3=5415 Pa(2)hf=( p gh Pb/ ) + uA/2 u/2=( i )gR+ ua2/2 ub2/2=(13.6 1) X 9.81 X 0.020 + (4.244) 72 (0.7368) 72=11.2 J/kg即 pf=hf=103X 11.2=11.2 X 103 Pa換成 mmHg:Ht= pf/(Hg g)= 11.2 X 103/(13.6 X 103 X

3、 9.81)=0.0839 mHg=83.9 mmHg Pa/+ Ua /2= Pb/+ Ub/2 + hfT Ua、Ub、hf均不變，故(i )gR/ 之值不變即 R 不變，R=R=20 mm水平放置時 PaPb= (13.61)103 9.810.020 =2472Pa比傾斜放置時的壓差值小。2 計算題 j02b20067 (20分)如圖所示的輸水系統(tǒng)，輸水量為36nVh，輸水管均為© 80X2mm的鋼管，已知水泵吸入管路的阻力損失為0.2m水柱，壓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2.5Kgf/cm 2。試求：(1) 水泵的升揚高度；(2) 若水泵的效率n

4、 =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。U=36/3600/ (0.785 X 0.076 2) 2.2 m/s 在2-2與3-3截面列B.eq.5分2 2乙+p/ p g+U/2g+He =Z 3+P3/ p g+Us/2g+Hf 2-3/ U=U 不計 Hf 2-3二 He =(Z 3-Z 2)+(P 3+P2)/ p g=0.2 + (2.5+0.525)/(103X9.81) X9.81 X 104=30.5mH2O 柱在 1-1 與 4-4 列 B.eq.He = Z-4 +Hf 1-4 +Hf 3

5、-4 Z-4=He -(Hf 1.4 +Hf 3-4)=30.5-(0.2+0.5)=29.8m升揚咼度為29.8m(2) Pa =Heq v pg/ n =30.5 X 0.01 X 103 X 9.81/0.7=4.27 KW3分在1-1與2-2列B.eq,得5分0=Z 2+(-P)/ p g+U/2g+Hf 12-P=Z 2 p g-U2 p /2-Hf1 - p g333=-(4.8 X 10 X 9.8+2. 2 /2 X 10 +0.2 X 10 X 9.81)=-515X 102N/M2=515X 102/(0.981 X 105) X 735.6 =386mmHg 俵)-P 2

6、=真空度吸入管路上真空表讀數(shù)為386mmHg柱 =0.525at3. j01c20113用離心泵將原油從油庫沿管徑為0.15m、長2公里(包括局部阻力的當(dāng)量長度)的水平管送往煉油廠。輸油量為40m/h。油泵的總效率為0.65，求泵的軸功率。某天，該油泵突然發(fā)生故障，于是開動一臺備用泵，其壓頭僅為原來泵的80%，問此泵能輸送原油多少m/h。輸送條件下，原油的密度為890kg/m3,粘度為0.4Pa s。設(shè)油庫和煉油貯罐均為常壓。答案：該題條件下，油泵所耗功率完全用于克服管路阻力。2 2 A=( n /4)(0.15)=0.0177mu=40/(3600 X 0.0177)=0.63m/sRe=d

7、up / 卩=0.15 X 0.63 X 890/0.4=210(層流) 入=64/Re=64/210=0.304HI = X (l/d)(u2/2g)=0.304 X (2000/0.15) X 0.63 2/(2 X 9.81)=82.1mWs=40X 890/3600=9.9kg/s/ N=82.1 X 9.81 X 9.9/(1000 X 0.65)=12.3kwH' =0.8Hf=65.7m Pf=65.7 X 9.81 X 890=5.736 X 105 N/m對于層流厶Pf=32l卩u/d/ u=APfd /(32l 卩)=5.736 X 105 X 0.15/ (32

8、X 2000 X 0.4)=0.504m/s3V=3600X 0.504 X 0.0177=32.1m/h4. j01a150616如圖，離心泵將敞口槽中的堿液打入吸收塔 ，泵吸入管路為© 108X 4mrp長2m的鋼管。泵壓出管路為© 76X 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 'C彎 頭4只。在壓出管路上還裝有孔板流量計，孔板孔徑為40mm孔流系數(shù)C=0.62，水銀差壓計讀數(shù) R=456mm吸收塔噴咀處壓力為 0.5kgf/cm 2(表壓)，堿液密度p =1100kg/m3,泵的效率n =0.6， 直管阻力系數(shù)入=0.02(吸入、壓

9、出管道取近似相同值 )，E彎頭=0.75 標(biāo)準(zhǔn)閥=6,E閘閥=0.17 孔板=8,試求泵所需功率。Pa5-水V J空氣j01a150616V =( n /4) X 0.04 2X 0.622g X 0.456 X (13600-1100)/11000.5=0.00785m3/su !=0.00785/( n /4) X 0.1 2=1m/s u 0=1 X (0.1/0.07)2=2.04m/s工 hf =(0.02 X 2/0.1+0.5) X 12/2g+(0.02 X 30/0.07+4 X 0.75+6+0.17+8) X 2.04 2/2g=5.51mHe=5.51+(20-1.5)

10、+0.5 X 1071100+2.04 2/2g=28.77mN=28.77 X 0.00785 X 1100/(102 X 0.6)=4.084kw5. j02b100556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©89X4.5mm，管路總長為2 0 0 m(包括局部阻力的當(dāng)量長度。)要求流量為21m 3/h。已知石油密度為9 2 0Kg/nf,粘度為0. 5 N.S/m2試計算：(1) 由于阻力引起的壓降；(2) 泵的有效功率；(3) 整理并寫岀管路特性曲線方程(注明式中變量的單位) 答案：(1) AP=X(l/d) (pU ,2)2U

11、= 21/(3600 X 0.785 X 0.0 8) = 1.1 6 m/sR e = 0.080 X 1.16 X 920/0.5 = 1 7 0.8 層流入= 6 4/R e = 0.374 P= 0.374 X( 200/0.08 )X 920X 1.1 6 2/2 = 5.79 X 1 0 5 N/m2Eh f = 5.8 X 1 0 5/920= 629.9 J/Kg(2) N e =QHP/ 1000H=gZ +Eh f = 9.81 X 15+629.9=777 J/Kg(3) N e = 21 X 920 X 777/ (3600 X 1000) = 4.17 KW在層流圍L

12、=A Z+Eh f/g_ . 2= Z+64/(du p / 卩)X ( E 1/d)(1/2g)(Q(0.785d 2)=15+1.104 X 104Q6.j02b15064 6效率8 0 %配用2.(要用計算結(jié)果說明)q 為 m/s欲用離心泵在兩敞口容器間輸液KV電機，轉(zhuǎn)數(shù)14 0r/min(1) 輸送比重為1.(2) 輸送比重為0.(3) 輸送比重為0.8的溶液,8的油類,9的清液,流量為3流量為4流量為3答案：(1)電動機功率不夠N= 38/3600 X 15X 1800/(102 X 0.8) = 3.(2)揚程不夠H/H' = (n/n') 215/30=(1400

13、/n') 2增加n=1980轉(zhuǎn)/分。檢查功率：N/N' =(n/n') 35 KW揚程15m 軸功率2 . 0 2 Kw,該水泵銘牌標(biāo)有：流量3 9.6m。今欲在以下情況 使用是否可以？如不可時采用什么措施才能滿足要求3/h，3/h，3/h，3/h，揚程3揚程3揚程1換大電機19 8 00m。0m。5m。0)8 0轉(zhuǎn)/分。2.02/N'=( 1 4 0 0 / 1 9 8換一電機功率為5.72 KW n = 19(3)可以使用。通過關(guān)小岀口閥調(diào)節(jié)至工作點。N' =5.72 KW7. j01c201218如下圖所示的輸水系統(tǒng)，用泵將水池中的水輸送到敞口高位

14、槽，管道直徑均為© 83x 3.5mm,泵的進、岀管道上分別安裝有真空表和壓力表，真空表安裝位置離貯水池的水面高度為4.8m,壓力表安裝位置離貯水池的水面高度為5m當(dāng)輸水量為36nVh時，進水管道的全部阻力損失為1.96J/kg，出水管道的全部阻力損失為4.9J/kg，壓力表的讀數(shù)為2.5kgf/cm 2，泵的效率為70%試求：兩液面的高度差H為多少m?泵所需的實際功率為多少KW?真空表的讀數(shù)多少 kgf/cm 2?解：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(目的求耳)H 2g+(p2/ p )+(u 22/2)=H 3g

15、+ (P3/ p ) + (U 3/2) + hf 2-3/ 1at=9.807 x 104N/m=1kg/cm 2 u=Q/A=(36/3600)( n /4)0.076 2=2.21m/s(2.5 x 9.807 x 104/10 3)+(2.21 2/2)=H 3 x 9.81+4.9245.2+2.44=9.81H 3 +4.9 H 3 =242.74/9.81=24.74m/ H=H+5=24.74+5=29.74m在0-0和3-3間列柏努利方程以 0-0為基準(zhǔn)面(求We)22H0g+(p 0/ p )+(u 0 /2)+We=H3g +(p 3/ p )+(u 3 /2)+hf 0

16、-3We=Hg +hf 0-3 =29.74 x 9.81+(1.96+4.9)=298.62J/kgMs=Vsp =(36/3600) x 103=10kJ/s Ne=Ms We= 10x 298.62WN 實=Ne/ n =2986.2/0.70=4267W=4.267kW在C-C和H間列柏氏方程以0-0為基準(zhǔn)面Hg +(p 0/ p )+(u 0 /2)=H 1g+(p 1/ p )+(u 1 /2)+hf 0-1(pa - pd/ p =4.8 x 9.81+(2.21 2/2)+1.96=51.49m 2/s 2=51.49 x 103/(9.807 x 104)at=0.525kg

17、f/cm2& j02b20066用一離心泵將20C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2.5at(表壓)，排出段管總長為180m(包括局部阻力的當(dāng)量長度)，系統(tǒng)的摩擦系數(shù)入可取0.024。其它數(shù)據(jù)如圖a所示。試求：(1) 系統(tǒng)輸送的流量 m/h ；(2) 若系統(tǒng)所用泵為3B33型離心泵，其特性曲線如圖b所示。試求泵的工作點及克服系統(tǒng)阻力所耗的軸功率；(3) 如果泵的吸入底閥 A輕微堵塞，則系統(tǒng)的流量、泵的揚程及岀口壓力表讀數(shù)有何變化？若嚴重堵塞有何現(xiàn)象發(fā)生？ 試用圖說明。j02b20066解：(1) q v=?m/h在B-B及C-C面上列柏努利方程L

18、B2/2g + P b/ p g + Z b= UC2/2g +0+Zc + 刀 Hf b-c U c =0刀 Hf =入(l/d)U B/2g(入(l/d)-1)U B2/2g=25-18=7.0UB2/2g =7/(入(l/d)-1)=7/(0.024 X 180/0.1 -1)=0.166/ Us=1.8m/sqv=( n /4)d 2U珂 n /4) X 0.1 2X 1.8=0.01417m 3/s=51.0m 3/h(2)工作點：由qv查圖b得工作點P(51,31)10分/ H=31.0m n =70%Pf =? 在0-0及C-C列方程：0+H=Zc+E Hf0-C刀 Hf0-c=

19、H-Zc刀 Hf =31-(18+0.5+1.5)=11.0Pf =11X51X1000X 9.81/ (3600 X 0.7 X 103)=2.18 KW略5分9. j01b1518315m處安有一個如圖所示，槽水位維持不變。槽底部與徑為100mm鋼管相連，管路上裝有一個閘閥，閥前離管路入口端指示液為汞的U形壓差計，測壓點與管路岀口端之間距離為20m(1)當(dāng)閘閥關(guān)閉時測得 R =600mm h =1500mm當(dāng)閘閥部分開啟時，測得 R =400mmh=1400mm管路摩擦系數(shù)取 0.02，入口處局部阻力系數(shù)取 0.5，問每小時從管中流出水量為多少用。(2)當(dāng)閥全開時(取閘閥全開Le/ d=1

20、5，入=0.018 )，測壓點E處的靜壓強為若干N/m2 (表壓)。A EAIIA1 SiuB廠!JFcrKt- 0j01b15183解:(1)當(dāng)閘閥全關(guān)時，根據(jù)靜力學(xué)關(guān)系：(Zx+h) p g=Rp Hgg得水槽液位咼度:Zx=Rp Hg/ p - h=0.6 X 13.6 -1.5=6.66m(2) 閘閥部分開啟時列A-A與B-B截面伯努利方程式Z=UB2/2g+p/ p g+E hfABPB p g=(Rp Hg- h p )/ p =(0.4 X1.36 X10 4-1.4 X1000)/1000=4.04m2 2 2Za- FB/ p g=UB /2 g+(入(L/ d)+ Z )

21、ub /2 g=(1+ 入(L d)+ Z ) ub/2 g2 26.66-4.04=(1+0.02 X 15/0.1+0.5)Ub/2 g=4.5 Ub/2g-ub= 2.62 2 9.81/4.5 =3.38 m/sV=( n/4) X d2UX3600=0.785X0.1 2X3.38 X3600=95.5 m 3/h(3) 當(dāng)閘閥全開時，列A-A與C-C截面伯努利方程：ZA=Uc2/2 g+E hfA-c =(1+ 入(L+Le” d+ Z ) u/2 g6.66=(1+0.018(35/0.1+15)+0.5)uZ/2 g解得 Uc=4.02m/s由A-A與B-B截面間伯努利方程式得

22、：Z A=UB2/2g+P/ p g+E hfAB2= 陽 p c+(1+ 入(U d)+ Z ) ub /2 g2二 FB/ p g=Z-(1+ 入(L/ d)+ Z ) ub /2 g=6.66-(1+0.018 X 15/0.1+0.5) X4.022/( 2X9.81)=3.20 m/ FB=3.20 X 1000X9.81=3.14 X10 4N/m210. 三計算題（15 分）j01b20095某液體密度800kg/m3，粘度73cP，在連接兩容器間的光滑管中流動，管徑300mm總長為50m（包括局部當(dāng)量長度），兩容器液面差為3.2m（如圖示）。求：管流量為多少？?按該管折算的當(dāng)量

23、長度1 75/ U =2gzJ0.3164/(p / 卩) 若在連接管口裝一閥門，調(diào)節(jié)此閥的開度使流量減為原來的一半，閥的局部阻力系數(shù)是多少 又是多少？層流：入=64/Re ;湍流：入=0.3164/Re 0.25j01b20095在1-1面和2-2面之間，列柏式以2-2面為基準(zhǔn)面：gz 1=2 hf 1-2 =入(l/d)(u2/2)設(shè)流體流動符合柏拉修斯公式：入=0.3164/Re 0.250 2520 251 251 75Re=dup/ 卩/ gz1=(0.3164/Re . )(l/d)(u/2)=0.3164/( p/ 卩). (l/d. )(u . /2)0.25 X(i/d 1.

24、25)=2X9.81 X 3.2/0.3164/(800/0.073)0.25 (50/0.3 1.25 )=9.01542/ u=3.513m/s 驗證：Re=0.3 X3.513 X800/0.073=115503000,假設(shè)正確/ V=Su=( n /4)d 2u=( n /4)(0.3)2X3.513 X3600=893.95(m 3/hr)流量減半，即是流速減半u=3.513/2=1.7565m/s Re=5775符合柏拉斯式條件列 1-1 面至 2-2 之間的柏式：gz1=(0.3164/Re 0.25 )(l/d)+ Z (u 72)/Z =2gzju 2-(0.3164/Re

25、0.25 )(l/d)=2X9.81 X 3.2/1.7565 2-(0.3164/5775 0.25) X (50/0.3)=14.3220 252又 Z (u /2)= X(le /d)(u/2)=(0.3164/Re. )(le /d)(u/2)/Z =(0.3164/Re 0.25 )(le /d)le =(d Z/0.3164)Re 0.25 =(0.3 X 14.3/0.3164) X5775 0.25=118.2(m)傳熱過程計算1 j04c2012614有一套管換熱器，由管為© 54 X 2mm，套管為© 116 X4 mm的鋼管組成。管中苯自5 0C被加熱

26、至80C，流量為40 0 0 kg/h。環(huán)隙中為2 at （絕）的飽和水蒸汽冷凝。蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為10000W/mC。已知：苯在5080C之間的物性數(shù)據(jù)平均值為：p = 8 8 0 kg/m ，C P= C入= 0.134 W/m.C，卩= 0.39 cP管側(cè)污垢熱阻R1 = 0.0004m2. C /W管壁及管外側(cè)污垢熱阻不計。蒸汽溫度與壓強關(guān)系如下表所示壓強 at（絕）1.02.03.0溫度 C99.1120133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1 at （絕），問苯出口溫度有何變化？應(yīng)為多少？解:(1) Re=d.G/ 卩=0.05 X 40

27、00/(3600 Xn /4 X 0.05 2)/(0.39X 10-3)=7.2586 X 104P r = C Pg / 入=1.86 X 1 0 3X 0.39 X 1 0 -3/0.134= 5.4a 1=0.023 入/ d(R e ) 0.8 (P r ) 0.4=(0.023 X 0.134/0.05) X( 7.2586 X 1 0 4) 0.8 X 5.40.4 =936.4 W/m2 . C(2)Q= 4000/3600 X 1.86 X 1 0 3(80-50)=6.2 X 1 0 4 W1/K 1= 1/936.4 +1/10000+0.0004/ K 1= 637.8

28、 W/m2 . CAt m = (120-50)-(120-80) )/ln (120-50)/(120-80)=53.6°CA 1=Q/(K 1 At m )= 6.2 X 1 0 7(637.8 X 53.6)= 1.814m 2l=A 1 /(nd)= 1.814/( nX 0.05)=11.55 m(3)K不變，A不變，T變?yōu)?99.1 C，苯的流量及比熱均不變。設(shè)岀口溫度為t 2'，在新條件下，傳熱速率方程變?yōu)镼=GCp(-t 1)=KAAtm4000/3600 X 1.86 X 1 0 3 ( t 2 ' -50)=637.8 X 1.814 (99.1-

29、50)-(99.1- t 2')/ln (99.1-50)/(99.1- t 2')解得 ln (99.1-50)/(99.1- t 2' )=0.5598/ t 2' = 71 C2、j04b200891 (20 分)用一傳熱面積為3用由© 25 X2.5mm的管子組成的單程列管式換熱器 ，用初溫為10 C的水將機油由200C冷卻至100C , 水走管，油走管間。 已知水和機油的質(zhì)量流量分 別為1000kg/h和1200kg/h,其比熱分別為4.18kJ/kg.K 和2.0kJ/kg.K; 水 側(cè)和油側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為 2000W/m.K和250

30、W/m.K,兩流體呈逆流流動，忽略管壁和污垢熱阻。A) 計算說明該換熱器是否合用 ？B) 夏天當(dāng)水的初溫達到30 C,而油的流量及冷卻程度不變時，該換熱器是否合用？如何解決？(假設(shè)傳熱系數(shù)不變)2. (20 分)j04b2008910解：(1) Q 1=1200 X 2X (200-100)=240000KJ/hQ 2=Q, t 2=t 1+Q/(m p 2 Cp2)=10+24000/(1000 X 4.18)=67.4 C tm=(123.6-90)/ln(123.6/90)=110 C1/K!=1/ a 1+dJ( a 2 d2)=1/250+25/(2000 X 20) K !=216

31、.2W/m2 KA 1=Q/(K tm)=240000 X 103/(216.2 X 3600X 110)=2.8m 2<3ni故適用(2) t 1=30C 時12=30+240000/(1000 X 4.18)=87.4 C tm=(112.6-70)/ln(112.6/70)=89.6 CA 1=240000 X 103/(3600 X 89.6 X 216.2)=3.45m 2>3mi不適用解決辦法是調(diào)大水量，使12 J , tm T ,并使aT , K T3. j04c201288在逆流操作的列管換熱器中，把氫氧化鈉溶液從70C冷卻到35 C，氫氧化鈉走管，流量為1. 11

32、 kg/s，比熱為3770J/kg.K ，氫氧化鈉對管壁的對流傳熱系數(shù)為930W/m.k現(xiàn)用15C的水作為冷卻劑，水走管外，流量為1 .67 kg/s，比熱為4 180J/kg.K，管壁對水的傳熱系數(shù)為1000W/m.K,（管壁熱阻及垢阻略計）,忽略熱損失（可近似按平壁處理）試求：A）冷卻劑出口溫度及所需傳熱面積；B）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?yōu)槎啻?？（假設(shè)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)平均值）。解：1） Q = G 1 C P1 （ T 1 - T 2 ）=1.11 X 3770X （70-35）=

33、146464.5 W忽略熱損失，則 Q = G 2 C P2 ( t 2 - t 1 )即 146464.5=1.67 X 4180(t2 -15)解得 t 2 =36 CAt 1 / At 2 <2/ At m =(34 + 2 0)/2 = 2 7 C為薄壁園筒，.按平壁近似計算K=a 1 a 2 /( a 1 + a 2 )=930 X 1000/(930+1000)=481.9 W/m 2 .K . A = Q/KAt m = 146464.5/(481.9 X 27)=11.3 m 22 C P2 ( t 2 ' - t 1 )2)忽略熱損失，Q吸=©放2G

34、1 C P1 ( T 1 - T 2' ) =2G-15)X 1.11 X 3770(70- T 2 ' )=2 X 1.67 X 4180( t 2 '得 T 2 '=95 - 1.67 t 2 '傳熱速率方程式：Q = K'AA Tm2G 1 C P1 (70- T 2其中：K'1/(1/ ( 2X2A=11.3 m')930) +1 / ( 2 X 1000) = 838 W/m2 .KAt m'=(70- t 2' )+( T 2'代入原公式：-15) )/2= (55+ T 2 ' - t

35、 2 ' )/2838 X 11.3 X (55+ T 2 '得：2.77 T 2t 2 ' )/2 = 2 X 1.11 X 3770 X (70- T 2-68.7 = t 2聯(lián)立方程與得:T2'=37.3 C (升高了)t 2 '=34.6 C(冷卻水溫度下降)4. j04b1510969 0C的正丁醇，在逆流換熱器中被冷卻到50C，換熱器的換熱面積為6 m 1930Kg/h。冷卻介質(zhì)為18C水，熱損失可以忽略。A) 冷卻水出口溫度；B) 冷卻水消耗量。7 0C正丁醇C p =2.解：Q = G h C P h ( T1 - T 2 ) = (19

36、30/3600) X =6.39 X10 ° w2，傳熱系數(shù)K=230W/riC，正丁醇的流量為求:9 8 KJ/Kg. C 水 C p=4.187 KJ/Kg. C0 3(90-50)2.98 XIAt m =Q/KA= 6.39 X104/ (230 X 6) = 46.3 CAt m =( ( T 1 - t 2 )+( T 2t i )/2(90- t 2 )+(50-18)/261t 2/2=46.3t 2 =29.4CQ = G c C P ( t 2 - t 1 ).冷卻水消耗量=6.39 X 104/(4.18 X 1000 X (29.4-18)= 1.34kg/s

37、=4.8Gc =Q/(C P c (t 2 - t 1 )X 103Kg/h 11=90-29.4=60.6 °C 12=50-18=32 C tj t2 =60.6/32=1.89<2故平均溫度差采用算術(shù)均是可以接受的5. j04c20119在某列管式換熱器中，將一定量的空氣加熱。 空氣在管作湍流流動，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。如果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、出口溫度及飽和蒸汽溫度都相同的條件下操作。原換熱器列管數(shù)為n 1,管徑為d 1,管長為li,而新?lián)Q熱器管數(shù)為n 2 （n 2=2n 1）,

38、管徑為 d 2 （d 2=0.5d 1）。試問新?lián)Q熱器管長12為原換熱器管長11的幾倍。解：原換熱器：Q1 = W 2 C P2 ( t 2 - t 1 ) = KAAt m 1 新?lián)Q熱器：Q1=W 2 C P 2 (t 2 - t 1 )=K'A'At m 2Q1=Q 2Atm 1 =At m 2Kaa*Rc e1.8 X (1/ d 1 )0.8 0.2XU / dR e =d 1U 1 p / 卩W2 =W 2 '/V 2=V 2'即:n 1(n /4) d 12U1 =n 2 (n /4)d22U 2/ U 2=(n 1 ( n /4) d 12 U1

39、)/(n 2 (n /4)d 2)=2U 1K'/K= (2U 1)0.8 (d 1/2)0 .2 /U0.8 0.21 /d 1=2 0.8 /(1/2)0.2 = 2即 K'=2K/ A' =KA/K' =A/2,n 2 nd 2 L 2 =n 1 nd 1 L 1 X 1/2L 2 = n 1 nd 1 L 1 /（2 n 1 nd 1 /2） X 2 = L1 /26. 04c2012212某廠在由177根©25X2mm,長3 m的鋼管構(gòu)成的單殼程單管程列管換熱器，用132.9 °C的飽和水蒸汽在管間冷凝，將管作湍流流動的常壓乙烯氣體

40、加熱。已知乙烯氣體流量為0.6kg/s，進口溫度為20C，在操作條件下的密度為1kg/m3，比熱為1.84kJ/kg. C,對流傳熱系數(shù)為53W/MC，飽和水蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)為8000W/mC ,可忽略管壁及垢層熱阻。A）確定乙烯氣體出換熱器時的溫度；B）若乙烯氣體通過換熱器的壓降要求不超過0.01kgf/cm 2,通過換熱器的總長度（包括局部阻力當(dāng)量長度）為5.5m,摩擦系數(shù)入= 0.0 4,試確定該換熱器最多能允許通過多少kg/s的乙烯氣體？kgf/cmC）當(dāng)乙烯氣體流量增加到最大允許量，且要求進岀口溫度保持不變時，若鍋爐能供給該換熱器的水蒸汽最高壓力為3（表壓）（即T=142.9C），

41、問此蒸汽能否滿足傳熱要求?04C2012212解: (1)Q=WC P ( t 2 - t 1 )=0.6 C P ( t 2 -20)Q=KAAt mA i =nnd i L= 177 nX 0.021 X 3 =35.012 ma i<< a 02Ki =1/(1/a1 +1/a 2)= 1/(1/53+1/8000)=52.65 W/m. C則 0.6 X 1.84 X 103X ( t 2 -20)=52.65 X 35.014 X ( t 2 -20) /1n (132.9-20)/(132.9-t 2 )1n (1129(132.9-t 2 )=1.6681129(13

42、2.9-t 2 )=5.304704.89 - 5.304 t 2 =112.9/-t 2 =111.61 C(2) AP= 0.01 kgf/cm=0.01 X 9.804 X 1 0 "=9.807 X 1 0 2PaAP=X 1/dXU 2 /2 Xp = 0.04 X 5.5/0.021 XU 2 /2 X 19.807 X 1 0 2=0.04 X 5.5/0.021 XU 2 /2 U= 13.683 m/sW=nn /4 d i Up= 177 X 0.785 X 0.0 2 12X 13.683=0.8389 Kg/s(3)Q=WC P ( t 2 - t 1 ) =

43、0.8389 X 0.44 X 4.187 X (111.612-20)=141586.85 J/s=141.59 KJ/sa i =53 X( 0.8389/0.6 ) 0 .8=69.3 W/m : CK=l/( 1/69.3 + 1/8000)= 68.705 W/m2. CQ=KAAt mAt m =(111.612-20) /In (142.9-20)/(142.9-111.612)=66.96 CQ= 68.705 X 35.032 X 66.96=161167.2 J/s=161.167KJ/s因高于需要的Q= 141.59KJ/s ，故能滿足要求。7. j04c2011612有

44、一套管換熱器，管為(54X2mm,外管為(116X4mm的鋼管?，F(xiàn)用120C的飽和水蒸汽加熱苯，將苯由50C加熱至8 0C，苯在管中以4 0 0 0 kg/h流量流動，試求：A) 加熱蒸汽消耗量；B) 所需套管的有效長度；C) 由于某種原因，加熱蒸汽的溫度降為110C,苯的出口溫度將變?yōu)槎嗌伲?假設(shè)a苯不變)(在5080C圍，苯的物性為：C p=1.86 kJ/kg. C，卩= 3.9X10 Pa.s，入= 0.145 W/m.C，p = 8 8 0 kg/m3，鋼的導(dǎo)熱系 數(shù)為4 5 W/m.C，12 0C時水蒸汽冷凝潛熱r = 2 2 0 5 kJ/kg，蒸汽側(cè)對流傳熱系數(shù)a汽= 1 0

45、0 0 0 W/m.C，壁兩側(cè) 垢層熱阻及換熱器熱損失均可忽略，加熱蒸汽冷凝液在飽和溫度下排岀。)j04c2011612解： 傳熱量 Q=W c C p At= 4000X 1.86 X (80-50)1 .蒸汽消耗量W h = 4000 X1.86 X (80-50)/2205 =101.2 Kg/h2.u= 4000/(3600 X 880X ( n/4) X( 0.05 ) 2)= 0.643 m/s-4R e = 0.05 X 0.643 X 880/(3.9 X 1 0)= 72500R e0。8= 7 2 5 0 0 0.8 = 7731.6P r = C p g/X= 1.86

46、X 1 0 3X 3.9 X 1 0 -4/0.145 = 5P r0.4= 1.9a 苯=(0.023 入 / d 1) R e0.8 P r0.4 = 0.023 X 0.145/0.05 X 7731.6 X 1.9=980W/m. Ca 汽=10000W/(m . C )K o =1/ 1/ a 汽 + (b/ 入)(d o / d m) + d o /( a 苯 d i )=1/ 1/10000 + 0.002 X 54/(45 X 52) + 54/(980 X 50) = 802W/(m2. C )At m =(120-50)+(120-80)/2 = 55CQ=W c C p

47、At=KAt m nd o 11= 4000X 1.86 X 1000X 30/(802 X 55XnX 0.054 X 3600) = 8.29 m3.設(shè)苯出口溫度為tC則 At m '=( (110-50)+(110-t)/2= 85- 0.5tq'= 4000 X 1.86 X (t-50) X 1000/3600= Knd o 1At m/ 4000 X 1.86 X (t-50) X 1000/3600= 802 nX 0.054 X 8.29(85-0.5t) 2067t-103300= 95800- 563.6t/ t = 75.7 C或 At m =( (110

48、-50)-(110-t)/1n (110-50)/(110-t)=(t-50) /1n (60/(110-t)4000 X 1.86 X (t-50) X 1000/3600= 802 nX 0.054 X 8.29 X (t-50) /1n (60/(110-t)1n (60/(110-t)=0.546,解得 t =75.2 C8. j04c201298在某套管式換熱器中，每小時將1200kg,比熱為2.2kJ/kg. C的甲流體從120C冷卻到70 C ,熱流體向管壁的對流傳熱系數(shù)a o=260W/mC。乙流體在管與甲流體呈逆流流動，由20 C被加熱到50 C ,平均溫度下其粘度為0.72

49、 X 10-3Pa.s，比熱為4.18kJ/kg. C。管尺寸為© 57X 3.5mm,管壁向乙流體的對流傳熱系數(shù)a1=880W/nnC ,管兩端的壓強降厶p。由于任務(wù)需要，欲 將管兩端壓強降調(diào)至3 p,并要求維持原來的冷卻任務(wù)，問原換熱器是否適用？乙流體進口溫度仍為20C ,忽略熱損失及管壁，垢層的熱阻。壓強降改變后認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 Aotm其中 Q=(1200/3600) X 2.2 X 103X (120-70)=36700 W tm=(120-50)-(70-20)/ln(120-50)/(70-20)

50、=59.4°CKo=1/1/ a o+do/(d 1 a 1)=1/1/260+57/(50 X 880)=195W/m2CAo=36700/(195 X 59.4)=3.2m 2 Ao 為換熱器所具有的傳熱面積.熱損失可忽略，故熱平衡方程為：m 1 Cp1 (t 2-t 1)=Q=36700/ m1 =36700/4.18 X 103 X (50-20)=0.2926kg/s=1053kg/hRe=d.G/ 卩=0.05 X 1053/(3600 Xn /4 X 0.05 2)/(0.72X 10-3)=10350>104/a i x u 0.8/ p=入 lu2 /2d p

51、x u2或 u 2 °C p.22因此 u ' /u =( p' / p)0.80.50.80.50.8a i / a i =(u/u)=( p / p) =3a i ' =3 0.5 0.8 a i=3 0.5 0.8 X 880=1366W/ni. CK o' =1/1/260+57/(50 X 1366)=214W/m2. C熱平衡方程 p改變后:m 2 ' Cp2(t 2 ' -t d=m1 Cp1(T2-) p改變前：m 2 Cp2(t 2-t 1)=m1 Cp(T 2-T 1)(1)/ m 2 ' Cp2(t 2 &

52、#39; -t 1)= m2 Cp2(t 2-t 1)(2)/ m 2 ' /m2=u ' /u=( p ' / p)0.5 =30.5以上關(guān)系代入式(2): 3 0.5m Cp2(t 2 ' -t 1)= m2 Cp2(t 2-t 1)30.5 (t 2 ' -20)=50-20 t 2 ' =37.3 C tm ' =(120-37.3)-(70-20)/ln(120-37.3)/(70-20)=65CA o ' =36700/214/65=2.64 m 2<3.2 m 2即 p加大后所需的傳熱面積小于換熱器具有的傳熱面積，故當(dāng) p加大后換熱器能完成傳熱任務(wù)。9. 04b200994在一傳熱面為30m2的列管式換熱器中，用120 C的飽和蒸汽冷凝將氣體從30C加 熱到80C,氣體走管，流量為5000m3/h,密度為1kg/m3 (均按入口狀態(tài)計)比熱為1 kJ/kg.K，估算此換熱器的傳熱系數(shù)。若氣量減少了5 0%，估算在加熱蒸汽壓力 和氣體入口溫度不變的條件下，氣體出口溫度變?yōu)槎嗌伲?解：求K根據(jù) Q = KAt m計算 t m =( (120-30)-(120-80) )/ln (120-30)/(120-80)= 61.7 C4Q= 5000X 1/36