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1、1.水以 1m/s 的流速从敞口的高位槽通过管路流向某压力为 0.6(表压)的设备中,2/cmkgf如附图所示。已知输送管总长为 10m,管内径为 50mm,管路上有一孔板流量计(其当量长度为 5m) ,一个半开的截止阀(其阻力系数来 4.5) ,两个 90o弯头(每个阻力系数为0.75) ,摩擦系数,并设高位槽液面保25. 0持不变。求:(1)管路总能量损失(包括管进、出口) ;(2)高位槽液面与设备进口管间的垂直距离 x(3)若孔板流量计的孔径为 30mm,流量系数,求流量计上 U 形压差计的62. 00C读数(指示液为水银) 。答:(1)采用各类阻力计算式计算。7.5J/kg;(2)列伯
2、努利方程计算。6.76m;(3)根据流量计公式计算。81.3mm。2用水泵向高位水箱供水(如附图所示) ,管路流量为 150m3/h,泵轴中心线距水池液面和水箱液面的垂直距离分别为 2.0m 和 45m。泵吸入管与排出管分别为内径 205mm 和内径180mm 的钢管。吸入管管长 50m(包括吸入管路局部阻力的当量长度) ,排出管管长200m(包括排出管路局部阻力的当量长度) ,吸入管你 和排出管的管壁粗糙度均为0.3mm,水的密度 1000 kg/m3,粘度 1.010-3 Pas,泵的效率为 65%,圆管内湍流摩擦系数用下式计算:0231. 0Re683 . 01 . 023. 01d试求
3、:(1)吸入管和排出管内的流速、雷诺数各为多少?各属于哪种流动类型?(2)泵吸入口处 A 点的真空表读数?(3)泵向单位质量流体所作的功为多少?泵的轴功率?解:(1)吸入管内流速 m/s, 263. 1205. 0785. 03600/1502 11AVu,属于湍流;258915100 . 11000263. 1205. 0Re311 1ud排出管内流速 m/s, 638. 1180. 0785. 03600/1502 22AVu,属于湍流;294840100 . 11000638. 1180. 0Re322 2ud(2)在 11 与 22 间列柏努利方程212 11 12 00 022fhu
4、pgzupgz00000zuppa 222 111 12 02 1 0110u dluugzzpppA真0231. 025891568 2053 . 01 . 023. 01Pa249112263. 1205. 0500231. 02263. 181. 92100022 真Ap(3) 在 11 与 33 间列柏努利方程312 33 32 00 022fehupgzhupgz0003030zuupppa222 222 22 111 103u dlu dlgzzhe0237. 029484068 1803 . 01 . 023. 02J/kg89.5002638. 1180. 02000237.
5、02263. 1205. 0500231. 081. 94722 ehW36.3210865. 010003600/15089.500 VhNNee3 采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。降尘室底面积为 10 m2,高 1.6m。操作条件下气体密度为 0.5kg/m3,粘度为,颗粒密度为 3000 kg/m3。气体体积流sPa5100 . 2量为 5m3/s。试求:(1)可完全回收的最小颗粒直径;(2)如将降尘室改为多层以完全回收 20的颗粒,求多层降尘室的层数及板间距。m分析:(1)试差法,采用层流公式,验算。(2)利用斯托克斯公式计算出完全回收 20的颗粒时的沉降速度,据此推算新m降
6、尘室底面积,新旧底面积之比即为层数。4用一板框压滤机在 300kPa 的压强差下过滤某悬浮液。已知过滤常数,smK/105 . 725。要求每一操作周期得 8m3的滤液,过滤时间为 0.5 小时。设滤饼不可压23/012. 0mmqe缩,且滤饼与滤液的体积之比为 0.025。试求(1)过滤面积;(2)若操作压强差提高至 600kPa。现有一板框过滤机,每框的尺寸为mm,若要求每个周期仍得到 8m3滤液,则至少需要多少个框才能满足要求?25635635又过滤时间为多少?解:(1)由恒压过滤方程式计算过滤通量,然后计算过滤面积。(2)压强差与 K 成正比,需计算 K,然后代入恒压过滤方程式计算。5
7、.在由 118 根 252.5,长为 3m 的钢管组成的列管式换热器中,用饱和水蒸汽加热空气, 空气走管程。已知加热蒸汽的温度为 132.9,空气的质量流量为 7200kg/h,空气的进、出 口温度分别 20和 60,操作条件下的空气比热为 1.005 kJ/(kg),空气的对流给热系数 为 50 W/(m2),蒸汽冷凝给热系数为 8000 W/(m2),假定管壁热阻、垢层热阻及热损失 可忽略不计。试求: (1)加热空气需要的热量 Q 为多少? (2)以管子外表面为基准的总传热系数 K 为多少? (3)此换热器能否完成生产任务?解:(1) kJ/s4 .802060005. 13600/720
8、01222ttcwQp(2) W/(m2)8 .395002. 0025. 0800011 1111222 hdd hK(3) m28 .273025. 014159. 31182A45.919 .1129 .72ln40ln2111tttttmkJ/s,能够完成生产184.101J/s10118445.918 .278 .3922mtAKQ任务。6.有一套管换热器,某流体走壳程,水走管程,逆流换热;工艺上要求将流量为 810kg/h 的 此流体从 120C 冷却到 70C,其比热容为 cp1=3.36kJ/(kg.K),它对管壁的对流传热系数 =2326W/(m2.K),并可视为不变。已知内
9、管为573.5mm 钢管,水的初温为 20C,此换热 器刚投入使用时很清洁,当流体出口温度为 70C,测得水出口温度为 50C,管壁对水的 对流传热系数=873W/(m2.K)。试问: (1)由于冷却水的水质问题,管内壁结垢,使用一年后致使水的出口温度降为 45C,求内壁的污垢系数。 (管壁热阻及外壁垢阻可忽略不计,管内外传热膜系数可视为 不变) (2)经过技术改造,水质处理设备的故障被排除,且换热器内的水垢被清除,如果水 的流量增加了 73.2%,问完成规定的生产任务所需的套管换热器的有效长度为原长度的百 分之几? (3)同问题 2 清垢后水的流量增加了 73.2%,如采用原来的换热器,则水
10、和热流体的 出口温度是否变化;如变化的话,计算它们的出口温度分别为多少? 解:(1)解题思路:换热器使用一年后,由于水结垢,使热阻增大,总传热系数下降, 单位时间内通过传热面的热量减少,使冷却水的出口温度从 50C 下降到 45C;由于冷却 水的用量不变,根据冷热流体的热量衡算式(在无热损失的情况下,冷流体吸收的热量等 于热流体放出的热量) ,所以热流体在流量不变的情况下,其出口温度上升。原工况(结垢前):)()(12222111ttcmTTcmQpsps原工况热负荷: kWQ8 .37)70120(36. 33600810冷却水用量: skgttcQmps/301. 0)2050(187.
11、48 .37 )(1212现工况(结垢后):)()(12222111ttcmTTcmQpsps现工况热负荷: kWQ5 .31)2045(187. 4301. 0现工况热流体的出口温度:CcmQTTps33.783600/81036. 35 .311201112原工况:120C70C 现工况:120C78.33C50C20C 45C20C70 50 75 58.33CtCtttmm66.662/ )32.5875(;602/ )5070(, 221由于 d2/d1=57/50=1.142,可按平壁处理原工况:;现工况:21111bK21 21111 RRbK 壁阻和管外的垢阻可忽略,得:原工况
12、:)./(63523268732326873 1112212121KmWK 现工况:,要计算 R2,要先求出 K2 21111 RK 传热速率方程:原工况;现工况两个方程式相比得 KmtKAQmtAKQ)./(47666.66608 .375 .316352KmWtt QQKK mmWKmKR/ ).(1026. 58731 23261 467111 124212(2)解题思路解题思路:此时仍认为管外的对流传热系数不变,管内由于水量增大,即流速 u 增大,Re 增大,使管内的传热膜系数i增大,从而使总传热系数 K 增大。由于生产任务 一定,即热负荷 Q=37.8kW 不变,此时水量增加,导致水
13、出口温度下降(50C),这样传热 推动离tm也增大,此时完成指定生产任务的传热面积 A 必然会减少,即套管换热器的长 度缩短。)160Pr6 . 0(86. 4Pr)./(6252. 0,.1072.77),./(174. 4,/994352/502050/10Re)./(8735342符合得:性:,查对应温度下水的物)(,设管内的流动从哪个公式计算出的,先验算定 KmWsPaKkgkJcmkgCtdlKmWpi的公式计算所以4 . 08 . 044 52)()(023. 01010055. 11072.7705. 014. 3301. 044Repscdu ddmdu)./(85613552
14、32613552326 )./(856732. 1873,732. 1)(,10ReRe,%2 .73228 . 08 . 08 . 04KmWKKmWuuuuioioi ii也可用上式计算时,当流量增大CtcmQtttcmQskgmmpspsss3 .372010174. 4521. 0108 .37 )(/521. 0301. 0732. 1732. 1331 222122222得由%6767. 035.6685660635 ,507 .8235.662/ )507 .82(203 .3770120为原长度的套管换热器的有效长度增加冷却水量后,所需mmmmmmmtKtK lltlKtKltAKtKAQCt(3)解题思路解题思路:此时仍认为管外的对流传热系数o不变,管内由于水量增大,即流 速 u 增大,Re 增大,使管内的对流传热系数i增大,从而使总传热系数 K 增大。如果此 时换热器不变,传热面积 A 不会变化,通过传热面的热流量增大,根据热量衡算式和传热 速率方程,可知热流体的出口温度 T2将下降,同时水的出口温度 t2也将下降。)(得:现工况:原工况:热量衡算式:aTtcmcmTTtt cmcmTTtt cmcmttcmTTcmQpspspspspspspsps346