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1、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，h
2、f 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
3、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）
4、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.
5、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，
6、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
7、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 p
8、c (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
9、 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
10、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110C40C110CT2
11、45 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T220ln3T2
12、2041.454.2T2t120tm(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，
13、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
