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计算题1(15分)在如图所示的输水系统中,已知管路总长度(包括所有当量长度,下同)为 100m其中压力表之后的管路长度为 80m 管路摩擦系数为,管路内径为,水的密度为1000Kg/m,泵的效率为,输水量为15nVh。求:(1)整个管路的阻力损失,J/Kg ;(2)泵轴功率,Kw(3)压力表的读数,Pa。解:(1)整个管路的阻力损失,J/kg ;由题意知,则 hf100 2.1220.030.052135.1J /kg(2)泵轴功率,kw;在贮槽液面0-0 与高位槽液面1-1 间列柏努利方程,以贮槽液面为 基准水平面,有:2 2U0p0U1p1IgHg -WegH -hf,0 12 2其中,hf 135.1J /kg, uo= 5=0, p1=p=0(表压),H o=0, H=20m代入方程得:We gH hf 9.81 20 135.1 331.3J/kg15又Ws Vs1000 4.17kg/s3600故 Ne Ws We 1381.5W, n =80% N N;/1727w 1.727kw2(15分)如图所示,用泵将水从贮槽送至敞口高位槽,两槽液面均恒定不变,输送管路尺寸为83 X,泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表,真空表安装位置离贮槽的水面高度Hi为,压力表安装位置离贮槽的水面高度H为5m当输水量为36nVh时,进水管道全部阻力损失为 kg, 出水管道全部阻力损失为kg,压力表读数为X 105Pa,泵的效率为70%水 的密度 为1000kg/m3,试求:(1) 两槽液面的高度差H为多少(2) 泵所需的实际功率为多少kW(3) 真空表的读数为多少kgf/cm 2解:(1)两槽液面的高度差H在压力表所在截面2-2 与高位槽液面3-3 间列柏努利方程,以贮槽gH液面为基准水平面,得:其中,hf,2 3 4.9J / kg , ua=0, p 3=0,p52=X 10 Pa, H 2=5m, u 2=Vs/A=s代入上式得:2.20522.452 1054.9H 529.74m2 9.811000 9.819.81gH22U22P22U32P3hf,2 3(2)泵所需的实际功率在贮槽液面0-0 与高位槽液面3-3 间列柏努利方程,以贮槽液面为基准水平面,有:其中,代入方程求得:gH。hf ,0 3W=kg,故 Ne Ws也 We gH6.864.9J/kg ,WsVsWe 2986.4W ,2U3P32U2= U3=0,3636001000hf,0 3p 2= p3=0, H Q=0, H =10kg/sn =70%N4.27kw(3)真空表的读数在贮槽液面0-0 与真空表截面1-1 间列柏努利方程,有:其中,代入上式得,2U0gH。:2匹gH12U1P12h f ,0 1hf ,0 1P11.96J/kg ,1000(9.81H0=0, uo=0.p 0=0, H 1=, u 1=s1.96)5.15 104 Pa0.525kgf / cm23用离心泵把20r的水从储槽送至水洗塔顶部,槽内水位维持恒定。各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为76mmc,在操作条件下, 泵入口处真空表的读数为x 103Pa;水流经吸入管与排出管(不包括喷头)2 2的能量损失可分别按 h 2U与 hf,2 10U计算,由于管径不变, 故式中u为吸入或排出管的流速 m/s。排水管与喷头连接处的压强为x 103Pa(表压)。试求:(1)水在管内的流速U; (2)泵的有效功率;(3) 已知泵的效率为60%求操作条件下泵的轴功率。4 (15分)如本题附图所示,用泵 2将储槽1中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器3内,储槽内液面维持恒定,其上方压强为x 103P&蒸发器上 部的蒸发室内操作压强为200mmH(真空度)。蒸发器进料口高于储槽内的 液面15m输送管道的直径为68mnX 4mm送料量为20nVh,溶液流经全 部管道的能量损失为120J/kg,试求:(1)泵的出口管路中流体的流速;(2) 泵的有效功率;(3)若泵的效率为65%求泵的轴功率。 (15分)一卧式列管冷凝器,钢质换热管长为 6m直径为 25 x 2mm冷却水在管内流过,并从17o C被加热到37o C。流量为s,温度为72o C的烃饱和蒸汽在管外冷凝成同温度的液体,烃蒸汽的冷凝潜热为315KJ/Kg。44已测得:蒸汽冷凝传热系数a 0=800w/ (mb o C),管内侧热阻为外侧热阻 的40%污垢热阻为管内侧热阻的70%计算时可忽略管壁热阻及热损失。水的比热为(Kg o C)。试计算:(1)冷却水用量;(2)换热管的总根数 (传热面积以外表面为基准)。解: (1)换热器每程提供的传热面积(外表面为基准),Si ;由题意知,水以s的流速在管内流过,欲求 S,需先知道每程的管子数,每程的管子数等于所需冷却水的总流量与单管内水的流量之比。两流体交换的热量为:Q Whg 1.25 315394kwQ WcCpc(t2 tj , Cpc 4.18kJ/kg C ,QC pc (t 2 t 1 )4.18 (371754.713 心 / S单管内水的流量为:Wdd2u 0.785 0.0212 0.7 1000 0.2423kg /s4每程所需管子数为:n1 Wc4713 19.5Wc10.2423取每程管子数为20,则每程所能提供的传热外表面积为:0 dol n10.025 20 34.71m2换热管的总根数;由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。Q KoSo tm由题给数据,0.7tmt1t20.7 0.4 丄)o0.4)800(72 17)(72 37)则任务所需的传热外表面积为:SoSo换热管总根数为:.t1 ln t2QKo tmdo lnln士72 3744.25 C3940.476244.2518.7mSo ndol18.70.025 379.4n 8026 (15分)有一换热器,管内通90 r的热流体,膜系数1为1100w/m C,2管外有某种液体沸腾,沸点为 50E,膜系数2为5800w/m C。试求以 下两种情况下的壁温:(1)管壁清洁无垢;(2)外侧有污垢产生,污垢热2阻为m C/w解:忽略管壁热阻,并假设壁温为 Tw(1)当壁很薄时,根据壁两侧的对流传热方程式可得:T Tw Tw t90 Tw Tw 501 1 1 111005800(2)同理T TwTwt90 TwTw5011Ro110.0051211005800则Tw 84 C则Tw 56.4 C由此可知,壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。7 (15分)在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气,两流体的进口温度分别为20C和110C。在换热器使用的初期,冷却水及空气的出口温度分别 为45C和40C,使用一年后,由于污垢热阻的影响,在冷热流体的流量和 进口温度不变的情况下,冷却水出口温度降至 38C,试求:(1)空气出口 温度为多少(2)总传热系数为原来的多少倍(3)若使冷却水加大一倍, 空气流量及两流体进口温度不变,冷热流体的出口温度各为多少(水空气)(4)冷却水流量加大后,换热器的传热速率有何变化变为多少解:使用初期使用一年后110C40C110CT245 C20C38C 20C(1)空气出口温度t2题意可得:使用初期 QWS(t2t1)WhCph(T1T2)KS tm(1)使用一年后Q2WcC pc(t2t1)WhC ph (T1T2)KS tm两式相比(2)/( 1),得(11010(38 20)40)(45 20)则:T2=C(2)总传热系数K /K整理前半式的方程又因由等比定理110 T2110空气,2(t220) K(110 t2)(T220)59.638 20 K 54.2t239.6K空气,0.179T2110 t2ln T22020)110 59.6 9(110 T2) (t21 (11054.220)“叫T220ln3T22041.454.2T2t120tm(110 38)(59.220)7239.654.2 C72110 38lnIn59.6 2039.6方程式/(1)式,得:(3820)K54.2故kk0.50%(4520)K38.2K(3)冷热流体的出口温度t2及T2一年后QWcC pc (t2WhCph (T1T2)K S tm(3)Q2WcCpc(t2tjWhCph (T1T2)K S tm(4)(T1 t2) (T2 t1 )方程(4)式/ ( 3),得:tm洋 34.2 Cln!整理得,t2153 T2(6)联立(5)和(6),可得:t2 29.4 C ,T2 57.5 C(4)冷却水流量加大后,换热器的传热速率有何变化变为多少tm(110 29.4)(57.5 20),110 29.4In57.5 2080.6 37.5,80.6In37.556.3 CQQ56354.21.048在一单程列管式换热器中,欲用水将15000kg/h的煤油从140C冷却到40C,水的进、出口温度分别为30C和40C,两流体逆流流动。煤油的平 均比热容为(kg? C ),水的平均比热容为kJ/(kg ? C)。若换热器的总传 热系数为300W/(m? C),试求:(1)冷却水的流量;(2)换热器的对数平 均温度差At; (3)换热器的传热面积S。9在逆流填料吸收塔中,用清水吸收含氨 5% (体积)的空气一氨混合气中 的氨,已知混合气量为2826nVh (标准状况),气体空塔速度为1m/s,平衡 关系为丫二,以摩尔比为推动力的气相体积总传质系数 Ka=180km
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