化工原理计算试习题

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(A-B), DA=100mm，DB =240mm,水流量为2m3/min,在截面A与B处接一U形水银压差计，其读数R=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(2)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)(1) uA=(2/60)/(p/4)2=4.244 m/s， uB=(1/2=0.7368 m/s pA/ruA2/2= ghpB/ruB2/2Shf pA/

2、r(ghpB/r)=(rir)gR/r pApB=(rir)gRrgh =-1)103+103 =5415 Pa (2) Shf=(pA/rghpB/r) uA2/2uB2/2 =(rir)gR/ruA2/2uB2/2 =1)2/22/2 = J/kg 即 Dpf=rShf=103=103 Pa 换成mmHg: SHf=Dpf/(rHgg)= 103/103 = mHg= mmHg(3) pA/ruA2/2=pB/ruB2/2Shf uA、uB、Shf均不变，故 (rir)gR/r之值不变 即 R不变， R=R=20 mm 水平放置时 pA- pB = -1)103 =2472Pa比倾斜放置时

3、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36m3/h，输水管均为802mm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cm2。试求： (1) 水泵的升扬高度； (2) 若水泵的效率=70%,水泵的轴功率(KW)； (3) 水泵吸入管路上真空表的读数(mmHg 柱)。4.8m0.2m 注:当地大气压为750mmHg 柱。 U=36/3600/2.2 m/s (1) 在2-2与3-3截面列. 5分Z2+p/g+U22/2g+He =Z3+P3/g+U32/2g+Hf 2-3 U2=U3 不计H

4、f 2-3He =(Z3-Z2)+(P3+P2)/g = + +/(103104 =柱 在1-1与4-4列. He =Z1-4+Hf 1-4+Hf 3-4 Z1-4=He -(Hf 1-4+Hf 3-4)=+=升扬高度为(2) Pa =Heqvg/=103= KW 3分(3) 在1-1与2-2列,得 5分 0=Z2+(-P)/g+U22/2g+Hf 1 -P=Z2g-U22/2-Hf 1 -g =-103+ /2103+103 =-515102N/M2=515102/105)=386mmHg (表) -P2=真空度 吸入管路上真空表读数为386mmHg 柱=3j01c20113 用离心泵将原油

5、从油库沿管内径为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40m3/h。油泵的总效率为，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m3/h。输送条件下, 原油的密度为890kg/m3, 粘度为 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。A=(/4)2=u=40/(3600=sRe=du/=890/=210(层流) =64/Re=64/210=Hf=(l/d)(u2/2g)=(2000/(2=82.1mWs=40890/3600=9.9kg/s N=(10

6、00=H= Pf=890=105N/m对于层流Pf=32lu/du=Pfd/(32l)=105 (322000=s V=3600=32.1m3/h 4j01a150616 如图,离心泵将敞口槽中的碱液打入吸收塔,泵吸入管路为1084mm，长2m的钢管。泵压出管路为763mm,长30m的钢管, 压出管路上装有标准阀一只，闸阀一只， 90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=，水银差压计读数R=456mm。吸收塔喷咀处压力为cm2(表压)，碱液密度=1100kg/m3，泵的效率=，直管阻力系数=(吸入、压出管道取近似相同值)，弯头=，标准阀=6，闸阀=，孔板=

7、8，试求泵所需功率。j01a150616=(/4)2g(13600-1100)/1100=s u1=(/4)=1m/s u0=12=2.04m/shf =2/+12/2g+30/+4+6+8)2g=He=+104/1100+2g=28.77m N=1100/(102= 用泵将贮槽中的石油送至高位槽中，两槽液面恒定不变，且其液面差为。管子规格为，管路总长为（包括局部阻力的当量长度内。）要求流量为3/h 。已知石油密度为Kg/m3，粘度为m2。试计算：（1）由于阻力引起的压降；（2）泵的有效功率；（3）整理并写出管路特性曲线方程（注明式中变量的单位）答案：（1） （）（2） 21(36002)m/

8、se 920/层流 e （200/）92022 5N/m2f 5920 J/Kg（2）e 1000 f 15+=777 J/Kg (3)e 21920777(36001000) KW在层流范围内LZ+f/g=Z+64/(du/)(1/d)(1/2g)(Q2/2) =15+104Q Q为m3/s6 j02b15064 6 欲用离心泵在两敞口容器间输液,该水泵铭牌标有：流量3/h，扬程15m，轴功率.Kw,效率%，配用KW电机，转数r/min。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（要用计算结果说明） （）输送比重为的溶液，流量为3/h，扬程。 （）输送比重为的油类，流量为3

9、/h，扬程。 （）输送比重为的清液，流量为3/h，扬程。 答案：（） 电动机功率不够38/3600151800/(102KW 换大电机（） 扬程不够 （ ）2（ ）2 增加转分。检查功率： （ ）3 （）3 KW 换一电机功率为KW，转分。（）可以使用。通过关小出口阀调节至工作点。7j01c201218 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槽, 管道直径均为833.5mm,泵的进、出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36m3/h时，进水管道的全部阻力损失为kg，出水管道的全部阻力损失为

10、kg，压力表的读数为cm2，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/cm2 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H3) H2g+(p2/)+(u22/2)=H3g +(p3/)+(u32/2)+hf2-31at=104N/m2=1kg/cm2 u=Q/A=(36/3600)(/4)=s 104/103)+2)=H3+= + H3 =mH=H3+5=+5=m在0-0和3-3间列柏努利方程以0-0为基准面(求We)H0g+(p0/)+(u02/2)+We=H3

11、g +(p3/)+(u32/2)+hf0-3We=H3g +hf0-3=+=J/kgMs=Vs=(36/3600)103=10kJ/s Ne=MsWe= 10WN实=Ne/=4267W=kW在C-C和H间列柏氏方程以0-0为基准面H0g +(p0/)+(u02/2)=H1g+(p1/)+(u12/2)+hf0-1 (pap1)/=+2)+=51.49m2/s2=103/104)at=kgf/cm28j02b20066用一离心泵将20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(表压)，排出段管总长为180m(包括局部阻力的当量长度)，系统的摩擦系数可取。其它数据如图

12、a所示。试求：(1)系统输送的流量m3/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、泵的扬程及出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) qv=m3/h 5分 在B-B及C-C面上列柏努利方程UB2/2g + PB/g + ZBUC2/2g +0+Zc +Hf B-C UC =0 Hf =(l/d)UB2/2g (l/d)-1)UB2/2g=25-18=UB2/2g =7/(l/d)-1)=7/180/= UB=sqv=(/4)d2UB=(

13、/4)=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 =70% Pf = 在0-0及C-C列方程: 0+H=ZC+Hf0-C Hf0-C=H-ZC Hf =31-(18+= Pf =11511000(3600103)= KW(3) 略 5分9j01b15183 如图所示，槽内水位维持不变。槽底部与内径为100mm钢管相连，管路上装有一个闸阀，阀前离管路入口端15m处安有一个指示液为汞的形压差计，测压点与管路出口端之间距离为20m。(1) 当闸阀关闭时测得=600mm，=1500mm；当闸阀部分开启时，测得=400mm，

14、 =1400mm，管路摩擦系数取，入口处局部阻力系数取，问每小时从管中流出水量为多少m3。 (2)当阀全开时（取闸阀全开Le/d=15，=），测压点处的静压强为若干N/m2（表压）。 j01b15183解:(1)当闸阀全关时,根据静力学关系: (ZA+h)g=RHgg 得水槽液位高度:ZA=RHg/-h=6.66m (2) 闸阀部分开启时 列A-A与B-B截面伯努利方程式 ZA=uB2/2g+PB/g+hfAB PB/g=(RHg-h)/=1000)/1000=4.04m ZA-PB/g=uB2/2g+(L/d)+)uB2/2g=(1+(L/d)+)uB2/2g 2g2g uB=3.38 m/

15、s V=(/4)d2u3600=3600=95.5 m3/h (3)当闸阀全开时,列A-A与C-C截面伯努利方程: ZA=uc2/2g+hfA-C=(1+(L+Le)/d+)uc2/2g =(1+(35/+15)+uc2/2g 解得uc=4.02m/s 由A-A与B-B截面间伯努利方程式得: ZA=uB2/2g+PB/g+hfAB =PB/g+(1+(L/d)+)uB2/2g PB/g=ZA-(1+(L/d)+)uB2/2g =(1+15/+ 2/(2 =3.20 m PB=1000=104N/m210. 三计算题(15分) j01b20095 某液体密度800kg/m3，粘度73cP，在连接

16、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： 管内流量为多少 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按该管折算的当量长度又是多少 层流：=64/Re；湍流：=j01b20095在1-1面和2-2面之间，列柏式以2-2面为基准面：u1u20 gz1=hf1-2 =(l/d)(u2/2) 设流体流动符合柏拉修斯公式：= Re=du/ gz1=(l/d)(u2/2)=(/) (l/2) =2gz1/(/) (l/=2(800/ (50/0.31.25)= u=s 验证：Re=800/=115

17、503000，假设正确V=Su=(/4)d2u=(/4)23600=(m3/hr)流量减半，即是流速减半 u=2=s Re=5775符合柏拉斯式条件列1-1面至2-2之间的柏式：gz1=(l/d)+(u2/2)=2gz1/u2-(l/d)=2(50/=又(u2/2)=(le /d)(u2/2)=(le /d)(u2/2) =(le /d)le =(d/=(m)传热过程计算1 j04c2012614 有一套管换热器，由内管为 542，套管为1164的钢管组成。内管中苯自被加热至，流量为kg/h。环隙中为at（绝）的饱和水蒸汽冷凝。蒸汽冷凝传热系数为10000W/m2.。 已知：苯在之间的物性数据

18、平均值为： kg/m， P W/m.， cP 管内侧污垢热阻 1./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) 温度 120 133 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at（绝），问苯出口温度有何变化应为多少 解: （1）Re=4000/(3600/4/10-3)=104 r =P/=3-3/= 1=/（e ）（r ） =（4）5.40.4= W/m2 .（）4000/36003(80-50)=4 W11/ +1/10000+ 1 W/m2.m =（(120-50)-(120-80)）(120-50)/(120-8

19、0)= 1（1m ）4/= 1（内）(= m （）不变，不变，变为，苯的流量及比热均不变。 设出口温度为2 ，在新条件下，传热速率方程变为 Q=GCp(t2-t1)=KAtm4000/36003 (2 -50) =（-2 )）/2) 解得 /2 )= 2 = 712、j04b200891 (20分)用一传热面积为3m2由25的管子组成的单程列管式换热器, 用初温为 10 的水将机油由200 冷却至100 , 水走管内, 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 和; 水侧和油侧的对流传热系数分别为2000W/ 和250W/, 两流体呈逆流流动

20、, 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, 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) Q1=12002(200-100)=240000KJ/h Q2=Q1, t2=t1+Q1/(m2Cp2)=10+24000/(1000=67.4tm=/ln90)=110 1/K1=1/1+d1/(2d2)=1/250+25/(200020) K1=m2K A1=Q1/(Ktm)=240000103/3600110)=2.8m23m2 不适用 解决办法是调大水量, 使t2, t

21、m, 并使, K3j04c201288 在逆流操作的列管换热器中，把氢氧化钠溶液从70冷却到35，氢氧化钠走管内，流量为kg/s，比热为3770J/，氢氧化钠对管壁的对流传热系数为930W/现用的水作为冷却剂，水走管外，流量为kg/s，比热为J/，管壁对水的传热系数为1000W/,(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 P1 (1 -2 )=377

22、0(70-35)= W 忽略热损失，则 2 P2 (2 -1 )即=4180(t2 -15) 解得 2 =36 1 /2 m （） 为薄壁园筒，按平壁近似计算 1 2 /(1 +2 )=9301000/(930+1000)= W/m2.K m 27)= m2）忽略热损失，吸放1 P1 (1 -2 )2 P2 (2 -1 ) 23770(70-2 )=24180(2 -15) 得 2 =95 - 2 传热速率方程式： Tm 1 P1 (70- 2 ) 其中： （(930) + (1000)838 W/m2.K m2m （(70-2 )+(2-15)）(55+2-2)/2 代入原公式： 838(5

23、5+2 -2 )/2 = 23770(70-2 ) 得： 2 - =2 联立方程与得： 2 =37.3 （升高了）2 = （冷却水温度下降）4j04b151096 的正丁醇，在逆流换热器中被冷却到，换热器的换热面积为2，传热系数K=230W/m2，正丁醇的流量为1930Kg/h。冷却介质为18水,热损失可以忽略。 求：A)冷却水出口温度； B)冷却水消耗量。 正丁醇pKJ/Kg. 水 pKJ/Kg. 解：h P h (1 -2 )(1930/3600)3(90-50)4w m 4(2306)m （(1 -2 )+(2 -1 )） （(90-2 )+(50-18)） 2 2 c P (2 -1

24、) 冷却水消耗量 c （P c (2 -1 )） 104/1000)1.34kg/s=103Kg/ht1=t2=50-18=32 t1/t2 =32=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。空气在管内作湍流流动,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1，管内径为1，管长为1，而新换热器管数为2（21），管内径为2（21）。 试问新换热器管长2为原换热器管长1的几倍。

25、解： 原换热器：1 = 2 P 2 (2 - 1 ) =m 1新换热器： 1 = 2 P 2 (2 -1 ) = m 2 1 2 m 1 m 2 (1/1 ) e = 1 1 / 2 2 2 2 即：1 (/4) 12 1 2 (/4) 22 2 2 （1 (/4) 12 1 ）（2 (/4) 22 ）1 （1 ）（1 /2）0 .2 （） 即 ， 2 2 L2 1 1 L1 1/2 L2 = 1 1 L1 /(2 1 1 /2)2 L1 6. 04c2012212 某厂在由根,长的钢管构成的单壳程单管程列管换热器内, 用 132.9的饱和水蒸汽在管间冷凝，将管内作湍流流动的常压乙烯气体加热。

26、已知乙烯气体流量为kg/s，进口温度为，在操作条件下的密度为kg/m3，比热为kg.，对流传热系数为53W/m2，饱和水蒸汽冷凝传热膜系数为8000W/m,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kgf/cm2，通过换热器的总长度（包括局部阻力当量长度）为，摩擦系数，试确定该换热器最多能允许通过多少kg/s的乙烯气体C)当乙烯气体流量增加到最大允许量，且要求进出口温度保持不变时，若锅炉能供给该换热器的水蒸汽最高压力为kgf/cm2（表压）（即），问此蒸汽能否满足传热要求04c2012212 解：（） P (2 -1 )=P (2 -2

27、0)m i i 1773 =35.012 m2i104 i p=lu2/2d pu2 或 u2 p 因此 u2/u2=(p/p) i/i =(u/u)=(p/p)=i=i=880=1366W/m2. Ko=1/1/260+57/(501366)=214W/m2.热平衡方程 p改变后: m2 Cp2(t2-t1)=m1 Cp1(T2-T1)p改变前: m2 Cp2(t2-t1)=m1 Cp(T2-T1) (1) m2 Cp2(t2-t1)= m2 Cp2(t2-t1) (2) m2/m2=u/u=(p/p)= 以上关系代入式(2): 30.5m2 Cp2(t2-t1)= m2 Cp2(t2-t1) (t2-20)=50-20 t2=37.3tm=-(70-20)/ln/(70-20)=65 Ao=36700/214/65=2.64 m23.2 m2 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的饱和蒸汽冷凝将气体从30加 热到80，气体走管内，流量为 5000m3/h, 密度为1kg/m3（均按入口状态计）比热为kJ/，估算此换热器的传热系数。若气量减少了，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