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1、习习 题题 课课第一章第一章 流体流动流体流动第二章第二章 流体输送机械流体输送机械1.有一管壳式换热器，热、冷溶液在其中交换热量。已知换有一管壳式换热器，热、冷溶液在其中交换热量。已知换热器外壳内径为热器外壳内径为600mm，其中装有其中装有269根根 25的列管束。每小的列管束。每小时有时有5 104Kg冷流体在管束外侧流过，已知该冷流体的平均冷流体在管束外侧流过，已知该冷流体的平均密度为密度为810 Kg/m3，粘度为粘度为1.91 10-3 Pa s。试求冷流体在试求冷流体在管束外流过的流动型态。管束外流过的流动型态。2.内径内径d1为为100mm的垂直细管突然扩大至内径的垂直细管突然
2、扩大至内径d2为为200mm的粗管。在稳定条件下，水以的粗管。在稳定条件下，水以8m/s的流速从顶的流速从顶部进入，然后从底部排出。两管上的测压口与水银压部进入，然后从底部排出。两管上的测压口与水银压差计相连，两侧压口间的垂直距离为差计相连，两侧压口间的垂直距离为1.5m，其间直管其间直管摩擦阻力可以忽略不计，突然扩大阻力按下式计算：摩擦阻力可以忽略不计，突然扩大阻力按下式计算：取水的密度为取水的密度为1000Kg/m3，汞的密度汞的密度13600 Kg/m3。试求：压差计试求：压差计R的读数。的读数。3.如图所示的是一个丙烯精馏塔的回流系统，精馏塔内的操作如图所示的是一个丙烯精馏塔的回流系统
3、，精馏塔内的操作压力为压力为1.33 Mpa（表压），贮槽内液面上方压力为表压），贮槽内液面上方压力为2.05 Mpa（表压），塔内丙烯出口管距离槽内液面高度差为表压），塔内丙烯出口管距离槽内液面高度差为30m，管道内径为管道内径为140mm，丙烯密度为丙烯密度为600 Kg/m3，当输送量为当输送量为40吨吨/h时，管路全部摩擦损失为时，管路全部摩擦损失为150 J/Kg，试核算将丙烯从送到精试核算将丙烯从送到精馏塔是否需要泵？馏塔是否需要泵？ 30m解：设贮槽液面为上游截面解：设贮槽液面为上游截面1-1，塔，塔中丙烯管出口为下游截面中丙烯管出口为下游截面2-2。假定。假定需要一台泵，其输给
4、丙烯液体的能需要一台泵，其输给丙烯液体的能量为量为ws（J/Kg），），若若ws为正，则需为正，则需要泵；反之则不需要。要泵；反之则不需要。 1122根据机械能守恒方程可知：根据机械能守恒方程可知： 30m1122AB7m4.如图所示的一冷冻盐水循环系统，如图所示的一冷冻盐水循环系统，盐水的循环量为盐水的循环量为45 m3/h，密度为密度为1100 Kg/m3。管路的直径相同，盐管路的直径相同，盐水自水自A流经两个换热器到流经两个换热器到B处的能量处的能量损失为损失为98J/Kg，自自B流到流到A的能量损的能量损失为失为49J/Kg，试计算：试计算：1）泵的轴功率为多少千瓦？设泵的）泵的轴功率
5、为多少千瓦？设泵的效率为效率为70%；2）若若A处压力表读数为处压力表读数为0.25 Mpa，B处的压力表读数为多少？处的压力表读数为多少？2121解：解：1）以与）以与A处紧邻的两管截面分别为上游截面处紧邻的两管截面分别为上游截面1-1与下游截面与下游截面2-2。因此，两截面上的因此，两截面上的p , z ,u 均相同，故有：均相同，故有：所以有：有效功率所以有：有效功率 轴功率：轴功率：2）以）以A处为上游截面处为上游截面1-1，B处为下处为下游截面游截面2-2，则有，则有AB7m1122即压力表即压力表BMPa5.如图所示，贮槽内水位维持稳定。槽的底部与内径为如图所示，贮槽内水位维持稳定
6、。槽的底部与内径为100mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀。距管入口端的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀。距管入口端15m处处装有以汞为指示液的装有以汞为指示液的U形管压差计，其一臂与管道相连，另一形管压差计，其一臂与管道相连，另一臂通大气，压差计连接管内充满了水，臂通大气，压差计连接管内充满了水，U形管汞面上有一小段形管汞面上有一小段水柱，计算时可以忽略。当闸阀关闭时，测得水柱，计算时可以忽略。当闸阀关闭时，测得R=600mm、h=1500mm；当闸阀部分开启时，当闸阀部分开启时，R=400mm、h=1400mm。摩擦系数摩擦系数 可取为可取为0.025，管路入口处的局部阻力系数取为
7、，管路入口处的局部阻力系数取为0.5。试求每小时从管中流出多少平方米的水？试求每小时从管中流出多少平方米的水？2211解：在贮槽液面解：在贮槽液面1-1及测压截面及测压截面2-2间列机械能守恒方程，以管子中心间列机械能守恒方程，以管子中心线为基准水平面：线为基准水平面：15mhRz1z1可以通过闸阀全关时的数据算出：可以通过闸阀全关时的数据算出：15mhR2211z16.用某离心油泵从贮槽吸取液态异丁烷至反应器，贮槽用某离心油泵从贮槽吸取液态异丁烷至反应器，贮槽液面恒定，液面上方压强为液面恒定，液面上方压强为660KPa (m处。吸入管路的处。吸入管路的压头损失为压头损失为m。输送条件下异丁烷
8、的密度为输送条件下异丁烷的密度为530Kg/m3，饱和蒸汽压为饱和蒸汽压为645KPa，输送流量下泵的气蚀余量为输送流量下泵的气蚀余量为m，试分析该泵能否正常操作。试分析该泵能否正常操作。本题的实质是核算离心泵的安装高度是否合适，即考察本题的实质是核算离心泵的安装高度是否合适，即考察目前的安装高度能否避免发生气蚀现象。目前的安装高度能否避免发生气蚀现象。解：因已知泵的气蚀余量，故可计算泵的安装高度：解：因已知泵的气蚀余量，故可计算泵的安装高度：m（以贮槽液面做为基准水平面），大于允许安装高度，以贮槽液面做为基准水平面），大于允许安装高度，既表明泵的实际安装高度偏高，可能发生气蚀现象，故既表明泵
9、的实际安装高度偏高，可能发生气蚀现象，故该泵不能正常操作。该泵不能正常操作。7.用离心泵将敞口贮水池内水送到常压高位槽，两槽用离心泵将敞口贮水池内水送到常压高位槽，两槽液面位差为液面位差为8m，液面保持恒定。特定管路的压头损失液面保持恒定。特定管路的压头损失可表示为：可表示为：试求该条件下水的流量。试求该条件下水的流量。课堂自测：课堂自测：1.粘度为粘度为30cP、密度为密度为900Kg/m3的液体，自开口槽的液体，自开口槽A经经 45mm 2.5mm管道流至开口槽管道流至开口槽B，两槽液面恒定。如附两槽液面恒定。如附图所示，在水平管路上设置一个阀门，当阀门全关时，图所示，在水平管路上设置一个
10、阀门，当阀门全关时，阀门前、后的压强表上分别指示压强为阀门前、后的压强表上分别指示压强为88.3 103Pa及及44.15 103Pa。将阀门调至将阀门调至1/4开度，流量为开度，流量为3.34m3/h，阀门前、后管长分别为阀门前、后管长分别为50m及及20m（包括一切局部阻力包括一切局部阻力的当量长度）。试求阀门开度为的当量长度）。试求阀门开度为1/4时阀门的当量长度。时阀门的当量长度。摩擦系数计算式为：摩擦系数计算式为：层流层流 ，光滑管湍流光滑管湍流AB第一章第一章 课堂习题课堂习题1.采用两个连续操作的串联的蒸发器浓缩采用两个连续操作的串联的蒸发器浓缩NaOH溶溶液。每小时有液。每小时
11、有5吨吨12%（质量（质量%） NaOH 溶液进入溶液进入第一个蒸发器浓缩到第一个蒸发器浓缩到20%后输送到第二个蒸发器，后输送到第二个蒸发器，进一步浓缩成进一步浓缩成50%的溶液而排出。（的溶液而排出。（1）试分别求）试分别求出两个蒸发器每小时蒸发的水量及从第二个蒸发器出两个蒸发器每小时蒸发的水量及从第二个蒸发器送出的浓溶液量；（送出的浓溶液量；（2）若蒸发器）若蒸发器1用用0.18 MPa的水的水蒸汽加热，冷凝水在饱和温度下排出，原料液入口蒸汽加热，冷凝水在饱和温度下排出，原料液入口温度为温度为20，在器内的沸点为，在器内的沸点为70，溶液比热为，溶液比热为3.8 KJ/Kg，热损失为热损
12、失为3105 KJ/h，溶液的浓缩溶液的浓缩热可以忽略，求所需要的水蒸汽量。热可以忽略，求所需要的水蒸汽量。（2）解：分别求出每小时输入和输出蒸发器的热量，均以）解：分别求出每小时输入和输出蒸发器的热量，均以0 的液态为基准。则查的液态为基准。则查P452-P453”饱和水蒸气表饱和水蒸气表” 可知可知加热蒸汽的焓加热蒸汽的焓H1=2704KJ/Kg，蒸发出的蒸汽的焓（蒸发出的蒸汽的焓（70 ）下饱和水的焓）下饱和水的焓489KJ/Kg。输出：输出：1）浓液的焓：）浓液的焓：H1=3000 3.8(70-0)=7.98 105KJ/h 2）蒸发蒸汽的焓：蒸发蒸汽的焓：H2=2000 2624=
13、52.48 105KJ/h 3）冷凝水的焓：冷凝水的焓：H3=489x KJ/h 4）热损失热损失:Q4=3 105KJ/h 输入：输入：1）原料液的焓：）原料液的焓：H5=5000 3.8(20-0)=3.8 105KJ/h 2）加热蒸汽的焓：加热蒸汽的焓：H6=2704x KJ/h输入输入=输出：输出： H5+ H6= H1+ H2+ H3+ Q4 3.8 105+2704x=(7.98+52.48+3) 105+489x x=2693Kg/h例例1 如图所示流动系统，阀门全开时，如图所示流动系统，阀门全开时，p1、pA、pB、p2为为已知，管内各处流速相同。问：阀门从全开关至半开，管已知
14、，管内各处流速相同。问：阀门从全开关至半开，管内流速、各处压力、各段阻力如何变化。内流速、各处压力、各段阻力如何变化。关小阀门，关小阀门，值增大，流速值增大，流速u减小减小列机械能守恒方程列机械能守恒方程结论：关小阀门，局部阻力增大，流速减小，上结论：关小阀门，局部阻力增大，流速减小，上游压力升高，下游压力下降。游压力升高，下游压力下降。例例2：附图中所示的高位槽液面维持：附图中所示的高位槽液面维持恒定，管路中恒定，管路中ab和和cd两段的长度、两段的长度、直径及粗糙度均相同。某液体以一直径及粗糙度均相同。某液体以一定流量流过管路，液体在流动过程定流量流过管路，液体在流动过程中温度可视为不变。
15、问：中温度可视为不变。问：（1）液体液体通过通过ab和和cd两管段的能量损失是否两管段的能量损失是否相等？相等？（2）此两管段的压强差是否此两管段的压强差是否相等？并写出它们的表达式；相等？并写出它们的表达式；（3）两两U管压差计的指示液相同，管压差计的指示液相同，压差计的读数是否相等？压差计的读数是否相等？例例3：图示的管路上装有一个：图示的管路上装有一个阀门，如减小阀门的开度。阀门，如减小阀门的开度。试讨论：试讨论：（1）液体在管内的液体在管内的流速及流量的变化情况；流速及流量的变化情况；（2）直管阻力及摩擦系数直管阻力及摩擦系数 的变化情况；的变化情况；（3）液体流经液体流经整个管路系统的能量损失情整个管路系统的能量损失情况。况。
