化工原理计算试题

1、离心泵的计算1 计算题 j01b10029如图所示，水通过倾斜变径管段(AB), DA=100mm Db =240mm,水流量为2ni/min,在截面A与B处接一 U形水银压差计，其读数F=20mm A B两点间的垂直距离为 h=0.3m试求:(1)试求A B两点的压差等于多少 Pa?A B管段阻力损失为多 少 mmHg？ (3)若管路水平放置，而流量不变，U形水银压差计读数及 A、B两点压差有何变化？计算题j01b10029 ( 题分：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换成 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均不变，故(i )gR/ 之值不变即 R 不变，R=R=20 mm水平放置时 PaPb= (13.61)103 9.810.020 =2472Pa比倾斜放置时的压差值小。2 计算题 j02b20067 (20分)如图所示的输水系统，输水量为36nVh，输水管均为© 80X2mm的钢管，已知水泵吸入管路的阻力损失为0.2m水柱，压出管路的阻力损失为0.5m水柱，压出管路上压力表的读数为2.5Kgf/cm 2。试求：(1) 水泵的升扬高度；(2) 若水泵的效率n

4、 =70%,水泵的轴功率(KW); 水泵吸入管路上真空表的读数 (mmHg柱)。-&注:当地大气压为750mmHg柱。U=36/3600/ (0.785 X 0.076 2) 2.2 m/s 在2-2与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 不计 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 与 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升扬咼度为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与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读数为386mmHg柱 =0.525at3. j01c20113用离心泵将原油从油库沿管径为0.15m、长2公里(包括局部阻力的当量长度)的水平管送往炼油厂。输油量为40m/h。油泵的总效率为0.65，求泵的轴功率。某天，该油泵突然发生故障，于是开动一台备用泵，其压头仅为原来泵的80%，问此泵能输送原油多少m/h。输送条件下，原油的密度为890kg/m3,粘度为0.4Pa s。设油库和炼油贮罐均为常压。答案：该题条件下，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(层流) 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对于层流厶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如图，离心泵将敞口槽中的碱液打入吸收塔 ，泵吸入管路为© 108X 4mrp长2m的钢管。泵压出管路为© 76X 3mm长30m的 钢管，压出管路上装有标准阀一只，闸阀一只，90 'C弯 头4只。在压出管路上还装有孔板流量计，孔板孔径为40mm孔流系数C=0.62，水银差压计读数 R=456mm吸收塔喷咀处压力为 0.5kgf/cm 2(表压)，碱液密度p =1100kg/m3,泵的效率n =0.6， 直管阻力系数入=0.02(吸入、压

9、出管道取近似相同值 )，E弯头=0.75 标准阀=6,E闸阀=0.17 孔板=8,试求泵所需功率。Pa5-水V J空气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用泵将贮槽1中的石油送至高位槽2中，两槽液面恒定不变，且其液面差为15m。管子规格为©89X4.5mm，管路总长为2 0 0 m(包括局部阻力的当量长度。)要求流量为21m 3/h。已知石油密度为9 2 0Kg/nf,粘度为0. 5 N.S/m2试计算：(1) 由于阻力引起的压降；(2) 泵的有效功率；(3) 整理并写岀管路特性曲线方程(注明式中变量的单位) 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 层流入= 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在层流围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.(要用计算结果说明)q 为 m/s欲用离心泵在两敞口容器间输液KV电机，转数14 0r/min(1) 输送比重为1.(2) 输送比重为0.(3) 输送比重为0.8的溶液,8的油类,9的清液,流量为3流量为4流量为3答案：(1)电动机功率不够N= 38/3600 X 15X 1800/(102 X 0.8) = 3.(2)扬程不够H/H' = (n/n') 215/30=(1400

13、/n') 2增加n=1980转/分。检查功率：N/N' =(n/n') 35 KW扬程15m 轴功率2 . 0 2 Kw,该水泵铭牌标有：流量3 9.6m。今欲在以下情况 使用是否可以？如不可时采用什么措施才能满足要求3/h，3/h，3/h，3/h，扬程3扬程3扬程1换大电机19 8 00m。0m。5m。0)8 0转/分。2.02/N'=( 1 4 0 0 / 1 9 8换一电机功率为5.72 KW n = 19(3)可以使用。通过关小岀口阀调节至工作点。N' =5.72 KW7. j01c201218如下图所示的输水系统，用泵将水池中的水输送到敞口高位

14、槽，管道直径均为© 83x 3.5mm,泵的进、岀管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮水池的水面高度为4.8m,压力表安装位置离贮水池的水面高度为5m当输水量为36nVh时，进水管道的全部阻力损失为1.96J/kg，出水管道的全部阻力损失为4.9J/kg，压力表的读数为2.5kgf/cm 2，泵的效率为70%试求：两液面的高度差H为多少m?泵所需的实际功率为多少KW?真空表的读数多少 kgf/cm 2?解：取截面0-0, 1-1, 2-2, 3-3如图，在截面2-2和3-3间列柏努利方程以2-2为基准面(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间列柏努利方程以 0-0为基准面(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 实=Ne/ n =2986.2/0.70=4267W=4.267kW在C-C和H间列柏氏方程以0-0为基准面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用一离心泵将20C的水，由池中送至高位槽C。其流程如图a所示。已知泵的排出口压力表B读数为2.5at(表压)，排出段管总长为180m(包括局部阻力的当量长度)，系统的摩擦系数入可取0.024。其它数据如图a所示。试求：(1) 系统输送的流量 m/h ；(2) 若系统所用泵为3B33型离心泵，其特性曲线如图b所示。试求泵的工作点及克服系统阻力所耗的轴功率；(3) 如果泵的吸入底阀 A轻微堵塞，则系统的流量、泵的扬程及岀口压力表读数有何变化？若严重堵塞有何现象发生？ 试用图说明。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)工作点：由qv查图b得工作点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处安有一个如图所示，槽水位维持不变。槽底部与径为100mm钢管相连，管路上装有一个闸阀，阀前离管路入口端指示液为汞的U形压差计，测压点与管路岀口端之间距离为20m(1)当闸阀关闭时测得 R =600mm h =1500mm当闸阀部分开启时，测得 R =400mmh=1400mm管路摩擦系数取 0.02，入口处局部阻力系数取 0.5，问每小时从管中流出水量为多少用。(2)当阀全开时(取闸阀全开Le/ d=1

20、5，入=0.018 )，测压点E处的静压强为若干N/m2 (表压)。A EAIIA1 SiuB厂!JFcrKt- 0j01b15183解:(1)当闸阀全关时，根据静力学关系：(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) 闸阀部分开启时列A-A与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) 当闸阀全开时，列A-A与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与B-B截面间伯努利方程式得

22、：Z A=UB2/2g+P/ p g+E hfAB2= 阳 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. 三计算题（15 分）j01b20095某液体密度800kg/m3，粘度73cP，在连接两容器间的光滑管中流动，管径300mm总长为50m（包括局部当量长度），两容器液面差为3.2m（如图示）。求：管流量为多少？?按该管折算的当量

23、长度1 75/ U =2gzJ0.3164/(p / 卩) 若在连接管口装一阀门，调节此阀的开度使流量减为原来的一半，阀的局部阻力系数是多少 又是多少？层流：入=64/Re ;湍流：入=0.3164/Re 0.25j01b20095在1-1面和2-2面之间，列柏式以2-2面为基准面：gz 1=2 hf 1-2 =入(l/d)(u2/2)设流体流动符合柏拉修斯公式：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 验证：Re=0.3 X3.513 X800/0.073=115503000,假设正确/ V=Su=( n /4)d 2u=( n /4)(0.3)2X3.513 X3600=893.95(m 3/hr)流量减半，即是流速减半u=3.513/2=1.7565m/s Re=5775符合柏拉斯式条件列 1-1 面至 2-2 之间的柏式：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)传热过程计算1 j04c2012614有一套管换热器，由管为© 54 X 2mm，套管为© 116 X4 mm的钢管组成。管中苯自5 0C被加热

26、至80C，流量为40 0 0 kg/h。环隙中为2 at （绝）的饱和水蒸汽冷凝。蒸汽冷凝传热系数为10000W/mC。已知：苯在5080C之间的物性数据平均值为：p = 8 8 0 kg/m ，C P= C入= 0.134 W/m.C，卩= 0.39 cP管侧污垢热阻R1 = 0.0004m2. C /W管壁及管外侧污垢热阻不计。蒸汽温度与压强关系如下表所示压强 at（绝）1.02.03.0温度 C99.1120133试求：A）管壁对苯的对流传热系数；B）套管的有效长度；C）若加热蒸汽压力降为1 at （绝），问苯出口温度有何变化？应为多少？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不变，A不变，T变为 99.1 C，苯的流量及比热均不变。设岀口温度为t 2'，在新条件下，传热速率方程变为Q=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)用一传热面积为3用由© 25 X2.5mm的管子组成的单程列管式换热器 ，用初温为10 C的水将机油由200C冷却至100C , 水走管，油走管间。 已知水和机油的质量流量分 别为1000kg/h和1200kg/h,其比热分别为4.18kJ/kg.K 和2.0kJ/kg.K; 水 侧和油侧的对流传热系数分别为 2000W/m.K和250

30、W/m.K,两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻。A) 计算说明该换热器是否合用 ？B) 夏天当水的初温达到30 C,而油的流量及冷却程度不变时，该换热器是否合用？如何解决？(假设传热系数不变)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故适用(2) t 1=30C 时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不适用解决办法是调大水量，使12 J , tm T ,并使aT , K T3. j04c201288在逆流操作的列管换热器中，把氢氧化钠溶液从70C冷却到35 C，氢氧化钠走管，流量为1. 11

32、 kg/s，比热为3770J/kg.K ，氢氧化钠对管壁的对流传热系数为930W/m.k现用15C的水作为冷却剂，水走管外，流量为1 .67 kg/s，比热为4 180J/kg.K，管壁对水的传热系数为1000W/m.K,（管壁热阻及垢阻略计）,忽略热损失（可近似按平壁处理）试求：A）冷却剂出口温度及所需传热面积；B）操作中若氢氧化钠及水的初始温度不变，而两流体的流量都增大一倍，则流量增大后的冷、热流体的出口温度变为多大？（假设两流体均为湍流，其物理性质不变，传热温度差可取用算术平均值）。解：1） Q = G 1 C P1 （ T 1 - T 2 ）=1.11 X 3770X （70-35）=

33、146464.5 W忽略热损失，则 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为薄壁园筒，.按平壁近似计算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)忽略热损失，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 '传热速率方程式：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联立方程与得:T2'=37.3 C (升高了)t 2 '=34.6 C(冷却水温度下降)4. j04b1510969 0C的正丁醇，在逆流换热器中被冷却到50C，换热器的换热面积为6 m 1930Kg/h。冷却介质为18C水，热损失可以忽略。A) 冷却水出口温度；B) 冷却水消耗量。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，传热系数K=230W/riC，正丁醇的流量为求: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 ).冷却水消耗量=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故平均温度差采用算术均是可以接受的5. j04c20119在某列管式换热器中，将一定量的空气加热。 空气在管作湍流流动，饱和水蒸汽在管外冷凝。今因生产任务加大一倍,除用原换热器外，尚需加一台新换热器。如果使新旧两台换热器并联使用，且使二台换热器在空气流量、进、出口温度及饱和蒸汽温度都相同的条件下操作。原换热器列管数为n 1,管径为d 1,管长为li,而新换热器管数为n 2 （n 2=2n 1）,

38、管径为 d 2 （d 2=0.5d 1）。试问新换热器管长12为原换热器管长11的几倍。解：原换热器：Q1 = W 2 C P2 ( t 2 - t 1 ) = KAAt m 1 新换热器：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某厂在由177根©25X2mm,长3 m的钢管构成的单壳程单管程列管换热器，用132.9 °C的饱和水蒸汽在管间冷凝，将管作湍流流动的常压乙烯气体

40、加热。已知乙烯气体流量为0.6kg/s，进口温度为20C，在操作条件下的密度为1kg/m3，比热为1.84kJ/kg. C,对流传热系数为53W/MC，饱和水蒸汽冷凝传热膜系数为8000W/mC ,可忽略管壁及垢层热阻。A）确定乙烯气体出换热器时的温度；B）若乙烯气体通过换热器的压降要求不超过0.01kgf/cm 2,通过换热器的总长度（包括局部阻力当量长度）为5.5m,摩擦系数入= 0.0 4,试确定该换热器最多能允许通过多少kg/s的乙烯气体？kgf/cmC）当乙烯气体流量增加到最大允许量，且要求进岀口温度保持不变时，若锅炉能供给该换热器的水蒸汽最高压力为3（表压）（即T=142.9C），

41、问此蒸汽能否满足传热要求?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则 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 ，故能满足要求。7. j04c2011612有

44、一套管换热器，管为(54X2mm,外管为(116X4mm的钢管。现用120C的饱和水蒸汽加热苯，将苯由50C加热至8 0C，苯在管中以4 0 0 0 kg/h流量流动，试求：A) 加热蒸汽消耗量；B) 所需套管的有效长度；C) 由于某种原因，加热蒸汽的温度降为110C,苯的出口温度将变为多少？(假设a苯不变)(在5080C围，苯的物性为：C p=1.86 kJ/kg. C，卩= 3.9X10 Pa.s，入= 0.145 W/m.C，p = 8 8 0 kg/m3，钢的导热系 数为4 5 W/m.C，12 0C时水蒸汽冷凝潜热r = 2 2 0 5 kJ/kg，蒸汽侧对流传热系数a汽= 1 0

45、0 0 0 W/m.C，壁两侧 垢层热阻及换热器热损失均可忽略，加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排岀。)j04c2011612解： 传热量 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.设苯出口温度为tC则 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在某套管式换热器中，每小时将1200kg,比热为2.2kJ/kg. C的甲流体从120C冷却到70 C ,热流体向管壁的对流传热系数a o=260W/mC。乙流体在管与甲流体呈逆流流动，由20 C被加热到50 C ,平均温度下其粘度为0.72

49、 X 10-3Pa.s，比热为4.18kJ/kg. C。管尺寸为© 57X 3.5mm,管壁向乙流体的对流传热系数a1=880W/nnC ,管两端的压强降厶p。由于任务需要，欲 将管两端压强降调至3 p,并要求维持原来的冷却任务，问原换热器是否适用？乙流体进口温度仍为20C ,忽略热损失及管壁，垢层的热阻。压强降改变后认为两流体的物性常数及摩擦系数均没有变 化。j04c201298解：传热速率方程为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 为换热器所具有的传热面积.热损失可忽略，故热平衡方程为：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热平衡方程 p改变后:m 2 ' Cp2(t 2 ' -t d=m1 Cp1(T2-) p改变前：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以上关系代入式(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加大后所需的传热面积小于换热器具有的传热面积，故当 p加大后换热器能完成传热任务。9. 04b200994在一传热面为30m2的列管式换热器中，用120 C的饱和蒸汽冷凝将气体从30C加 热到80C,气体走管，流量为5000m3/h,密度为1kg/m3 (均按入口状态计)比热为1 kJ/kg.K，估算此换热器的传热系数。若气量减少了5 0%，估算在加热蒸汽压力 和气体入口温度不变的条件下，气体出口温度变为多少？ 解：求K根据 Q = KAt m计算 t m =( (120-30)-(120-80) )/ln (120-30)/(120-80)= 61.7 C4Q= 5000X 1/36