文档库

最新最全的文档下载
当前位置:文档库 > 化工原理计算试题

化工原理计算试题

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),D A =100mm ,D B =240mm,水流量为2m 3

/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)u A =(2/60)/[(/4)×(0.10) 2

]=4.244m/s ,

u B =4.244×(1/2.4) 2

=0.7368m/s pA/+uA

2/2=gh +p B/+u B 2

/2+hf ∵p A /-(gh +p B /)=(i -)gR/ ∴p A -p B=(i -)gR +gh

3 =(13.61)×10×9.81×0.020+10 3

×9.81×0.3

=5415Pa

(2)h f =(p A /-gh -p B /)+u A 2/2-u B 2

/2

=(i -)gR/+u A 2

/2-u B 2

/2 =(13.6-1)×9.81×0.020+(4.244)

2

/2-(0.7368)2

/2 =11.2J/kg

即p f =h f =10

3

×11.2=11.2×103

P

a

换成mmHg:Hf=p f/(Hgg)=11.2×103

/(13.6×103

×9.81) =0.0839mHg=83.9mmHg (3)p A/+uA 2/2=p B/+u B 2

/2+hf

∵uA 、u B 、hf 均不变,故(i -)gR ’

/之值不变 即R ’

不变,R ’

=R=20mm

3

9.810.020=2472Pa 比倾斜放置时的压差值小。

水平放置时p A p B =(13.61)10 2计算题j02b20067(20分)

如图所示的输水系统,输水量为36m

3

/h ,输水管均为φ80×2mm 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η=70%,水泵的轴功率(KW); (3)水泵吸入管路上真空表的读数(mmHg 柱)。

注:当地大气压为750mmHg 柱。

0.2

4.8

Word资料

U=36/3600/(0.785×0.0762

)≈2.2m/s (1)在2-2与3-3截面列B.eq.5分

Z2+p/ρg+U2

2/2g+He=Z3+P3/ρg+U 32/2g+Hf2-3

∵U2=U3不计Hf2-3

∴He=(Z 3-Z 2)+(P 3+P 2)/ρg

=0.2+(2.5+0.525)/(10

3×9.81)×9.8110×4 =30.5mH2O 柱

在1-1与4-4列B.eq. He=ΔZ 1-4+Hf 1-4+Hf 3-4

∴ΔZ1-4=He-(Hf1-4+Hf3-4)=30.5-(0.2+0.5)=29.8m ∴升扬高度为29.8m

(2)Pa=Heq v ρg/η=30.5×0.011×0

3

×9.81/0.7=4.27KW3分

(3)在1-1与2-2列B.eq,得5分

0=Z 2+(-P)/ρg+U 2

2

/2g+Hf1

-P=Z 2ρg-U 2

2

ρ/2-Hf 1-ρg =-(4.8×10

3×9.8+2.2/2×103+0.2×103×9.81)

=-515×10

2N/M 2=515×102/(0.9811×05)×735.6=386mmHg(表) -P 2=真空度∴吸入管路上真空表读数为386mmHg 柱=0.525at

3.j01c20113

用离心泵将原油从油库沿管内

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40m 3

/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 3

/h 。输送条件下,原油的密度为890kg/m3,粘度为0.4Pas 。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。

⑴A=(π/4)(0.15)

2=0.0177m 2

u=40/(3600×0.0177)=0.63m/s Re=du ρ/μ=0.15×0.63×890/0.4=210(层流)λ=64/Re=64/210=0.304

Hf=λ(l/d )(u

2/2g)=0.304×(2000/0.15)×[0.632/(2×9.81)]=82.1m Ws=40×890/3600=9.9kg/s ∴N=82.1×9.81×9.9/(1000×0.65)=12.3kw

5N/m ⑵H ′=0.8Hf=65.7m △Pf=65.7×9.81×890=5.736×10 对于层流△Pf=32l μu/d

∴u=△Pfd/(32l μ)=5.736×10

5

×0.15/(32×2000×0.4)=0.504m/s V=3600×0.504×0.0177=32.1m

3/h 4.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φ108×4mm ,长2m 的钢管。泵压出管路为φ76×3mm,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=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ρ=1100kg/m 3,泵的效

率η=0.6,直管阻力系数λ=0.02(吸入、压出管道取近似相同值),ξ弯头=0.75,ξ标准阀=6,ξ闸阀=0.17,ξ孔板=8,试求泵

55

空气

P

a 水11

33

44

22所需功率。Word资料

j01a150616

V=(π/4)×0.04

2

×0.62[2g ×0.456×(13600-1100)/1100]0.5=0.00785m 3/s u1=0.00785/[(π/4)×0.1

2]=1m/su0=1×(0.1/0.07)2

=2.04m/s

Σhf=(0.02×2/0.1+0.5)×1

2/2g+(0.02×30/0.07+4×0.75+6+0.17+8)×2.042

/2g=5.51m He=5.51+(20-1.5)+0.5×10

4/1100+2.042

/2g=28.77m N=28.77×0.00785×1100/(102×0.6)=4.084kw

0.3j02b100556

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φ89×4.5mm,管

路总长为200m(包括局部阻力的当量长度内。)要求流量为21m

3/h 。已知石油密度为920Kg/m 3,粘度为0.5 N.S/m 2

。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)ΔP=λ(l/d)(ρU

2

/2)

U=21/(3600×0.785×0.08

2)=1.16m/s Re =0.080×1.16×920/0.5=170.8层流 λ=64/Re =0.374

ΔP=0.374×(200/0.08)×920×1.16

2/2=5.79×105N/m 2

∑hf =5.8×10

5/920=629.9J/Kg (2)Ne =QHP/1000

H=gΔZ+∑hf =9.81×15+629.9=777J/Kg (3)Ne =21×920×777/(3600×1000)=4.17KW 在层流范围内 L =ΔZ+∑hf/g

=ΔZ+64/(du ρ/μ)×(∑1/d)(1/2g)(Q 2/(0.785d 2)

2)

=15+1.104×10

4QQ 为m 3

/s

6.j02b150646欲用离心泵在两敞口容器间输液,该水泵铭牌标有:流量39.6m3

/h ,扬程15m ,轴功率2.02Kw, 效率80%,配用2.8KW 电机,转数1400r/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)

(1)输送比重为1.8的溶液,流量为38m

3

/h ,扬程30m。 (2)输送比重为0.8的油类,流量为40m

3

/h ,扬程30m。 (3)输送比重为0.9的清液,流量为30m 3

/h ,扬程15m。

答案:(1)电动机功率不够

N=38/3600×15×1800/(102×0.8)=3.5KW 换大电机 (2)扬程不够

2

H/H′=(n/n′)

15/30=(1400/n′)2

n′=1980 增加n=1980转/分。检查功率:

3

N/N′=(n/n′)

3N′=5.72KW 2.02/N′=(1400/198

0)

换一电机功率为5.72KW,n=1980转/分。

(3)可以使用。通过关小出口阀调节至工作点

7.j01c201218

Word资料

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φ83×3.5mm,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 36m 3

/h 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: ⑴两液面的高度差H 为多少m ? ⑵泵所需的实际功率为多少K W ?

⑶真空表的读数多少k gf/cm

2? 解:

⑴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/ρ)+(u22

/2)=H3g

+(p 3/ρ)+(u 32

/2)+hf 2-3

∵1[at]=9.807×104N/m 2=1[kg/cm 2]u=Q/A=(36/3600)[(π/4)0.0762

]=2.21m/s

(2.5×9.807×104/103)+(2.212

/2)=H3×9.81+4.9

0.4+2.44=9.81H 3+4.9H 3=242.74/9.81=24.74[m]

∴H=H 3+5=24.74+5=29.74[m]

⑵在0-0和3-3间列柏努利方程以0-0为基准面(求We)

H0g+(p0/ρ)+(u02/2)+We=H3g+(p3/ρ)+(u 32

/2)+hf0-3 We=H 3g+hf 0-3=29.74×9.81+(1.96+4.9)=298.62[J/kg]

Ms=Vs ρ=(36/3600)×103

=10[kJ/s]Ne=Ms ·We=10×298.62[W] N 实=Ne/η=2986.2/0.70=4267[W]=4.267[kW] ⑶在C-C 和H 间列柏氏方程以0-0为基准面

H 0g+(p 0/ρ)+(u 02/2)=H 1g+(p 1/ρ)+(u 12

/2)+hf 0-1

(pa –p 1)/ρ=4.8×9.81+(2.21 2/2)+1.96=51.49m 2/s 2

=51.49×103

/(9.807×104

)[at]=0.525[kgf/cm 2

] 8.j02b20066

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λ可取0.024。其它数据如图a 所示。试求:

(1)系统输送的流量m 3

/h ; (2

)若系统所用泵为3B 33型离心泵,其

特性曲线如图b

所示(3)如果泵的阀A 轻微堵塞,则系统的流量、泵的扬程及出口试用图说明。 j02b20066

解:(1)q v =?m

3/h5分 在B-B 及C-C 面上列柏努利方程 UB 2/2g+PB/ρ

g+ZB =U C 2

/2g+0+Zc+∑HfB-CUC=0 Word 资料

∑Hf=λ(l/d)U B 2/2g(λ(l/d)-1)U B 2

/2g=25-18=7.0

U B -1)=0.1662

/2g=7/(λ(l/d)-1)=7/(0.024×180/0. ∴UB=1.8m/s

qv=(π/4)d

2UB=(π/4)×0.12×1.8=0.01417m 3/s=51.0m 3

/h (

2

)

工作

:由图b 得工作点P(51,31)10分 ∴H=31.0m η=70% ⑵Pf=?在0-0及C-C 列方程: 0+H=Z C +∑Hf 0-C ∑Hf 0-C =H-Z C ∑Hf=31-(18+0.5+1.5)=11.0 Pf=11×51×1000×9./8(13600×0.71×03)=2.18KW

(3)略5分 9.j01b15183

如图

所示,槽内水位维持不变。槽底部为100m

m 钢管相连,管路上装有一个

闸阀,阀前离管路15m 处安 有一个指示液为汞的U形压差计,测压点与管路离为20m 。 (1

)当闸时测得R=600mm ,h=1500mm ;当闸阀部分开启时,测得R=400mm , h= 3

(2)当阀全开时(取闸阀全开Le/d=15,λ=0.018),测压点B处的静压强为若干N/m

2(表压)。 j01b15183 解:(1)当闸阀全关时,根据静力学关系: (Z A +h )ρg =R ρHgg 得水槽液位高度:ZA=R ρHg/ρ-h =0.6×13.-61.5=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 A =u BB /ρg +∑h fAB 2

/2g +P PB/ρg =(R ρHg -h ρ)/ρ=(0.4×1.36×04-1.4×1000)/1000=4.04m Z A -P B /ρg=u B 2/2g +(λ(L/d )+ζ)u B 2/2g =(1+λ(L/d)+ζ)u B 2

/2g 0.5-4.04=(1+0.02×15/0.1+0.u 5B )2/2g =4.5u B 2/2g ∴u B =2.6229.81/4.5=3.38m/s V=(π/4)d ×2u ×3600=0.785×20×.13.38×3600=95.5m 3/h (3)当闸阀全开时,列A-A 与C-C 截面伯努利方程: ZA=u c

2/2g +∑hfA-C=(1+λ(L+Le)/d +ζ)u c 2

/2g 4.9=(1+0.018(35/0.1+15)+0.5)u c 2/2g

解得u c =4.02m/s

由A-A 与B-B 截面间伯努利方程式得: ZA=uB 2

/2g +PB/ρg +∑hfAB

Word 资料

=P B /ρg +(1+λ(L/d )+ζ)u B 2

/2g ∴P B /ρg =Z A -(1+λ(L/d )+ζ)u B

2

/2g

=6.66-(1+0.018×15/0.1+0.5)×4.02

2

/(2×9.81) =3.20m

∴P B =3.20×1000×9.81=3.14×10

4N/m 2

0.6[三]计算题(15分)j01b20095

某液体密度

800kg/m

3

,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:⑴管内流量为多少?

⑵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:λ=64/Re ;湍流:λ=0.3164/Re 0.25

j01b20095

⑴在1-1面和2-2面之间,列柏式以2-2面为基准面:u1≈u2≈0

gz 1=Σh 1-f 2=λ(l/d)(u

2

/2

) 4.10

设流体流动符合柏拉修斯公式:λ=0.3164/Re

Re=du ρ/μ∴gz 1=(0.3164/Re

0.25)(l/d)(u 2/2)=[0.3164/(ρ0.2/5μ](l/)d 1.25)(u 1.75/2)∴u 1.75

=2gz 1/{[0.3164/(ρ/μ) 0.25]×(l/d

1.25

)}

=2×9.81×3.2/{[0.3164/(800/0.073)

0.25](50/0.31.25

)}=9.01542 ∴u=3.513m/s 验证:Re=0.3×3.513×800/0.073=11550>3000,假设正确

∴V=Su=(π/4)d

2u=(π/4)(0.3)2×3.513×3600=893.95(m 3/hr) ⑵流量减半,即是流速减半u=3.513/2=1.7565m/sRe=5775符合柏拉斯式条件

列1-1面至2-2之间的柏式:gz 1=[(0.3164/Re 0.25)(l/d)+ζ2

/2]()u ∴ζ=2gz 1/u

2

-(0.3164/Re 0.25

)(l/d) =2×9.81×3.2/1.7565

2

-(0.3164/57750.25

)×(50/0.3)=14.3 又ζ(u 2/2)=λ(le/d)(u 2/2)=(0.3164/Re 0.25

)(le/d)(u 2

/2)

∴ζ=(0.3164/Re

0.25)(le /d) le=(d ζ/0.3164)Re

0.25=(0.3×14.3/0.3164)×

0.255

=717158.2(m)

传热过程计算 1j04c2012614

有一套管换热器,由内管为φ54×2mm,套管为φ116×4mm的钢管组成。内管中苯自50℃被加热至80℃,流量

为4000kg/h 。环隙中为2a t (绝)的饱和水蒸汽冷凝。蒸汽冷凝传热系数为10000W/m

2

.℃

。 已知:苯在50~80℃之间的物性数据平均值为:

ρ=880kg/m ,CP =1.86.86kJ/kg.℃ λ=0.134W/m.℃,μ=0.39cP

管内

侧 2

.℃/

W 管壁及管外侧污不计。 蒸

汽温度与压

强关系

如示 压强at(绝)1.02.03.0 温度℃99.1120133 试求:A)管壁对苯的对流传热系数; Word 资料

B)套管的有效长度;

C)若加热蒸汽压力降为1at(绝),问苯出口温度有何变化?应为多少?

解:(1)

Re=d1.G/μ=[0.05×4000/(3600×π/4×0.05 2)]/(0.39×10 -3)

4=7.2586×1

Pr=CPμ/λ=1.86×103

×0.39×1

-

3/0.134=5.

4

α1=0.023λ/d(Re)0.7(Pr)0.4

=(0.023×0.134/0.05)×(7.2586×1040.8

×5.

4

4.11=936.4W/m2.

(2)Q=4000/3600×1.86×103(80-50)=6.2×104W

1/K1=1/936.4+1/10000+0.0004∴K1=637.8W/m 2.℃

Δtm=((120-50)-(120-80))/ln(120-50)/(120-80)=53.6℃

A1=Q/(K1Δtm)=6.2×104/(637.8×53.6)=1.814m2

l=A1/(πd内)=1.814/(π×0.05)=11.55m

(3)K不变,A不变,T变为99.1℃,苯的流量及比热均不变。

设出口温度为t2′,在新条件下,传热速率方程变为Q=GCp(t2′-t1)=KA△t m

4000/3600×1.86×103(t

2′-50)

=637.8×1.814((99.1-50)-(99.1-t2′))/ln(99.1-50)/(99.1-t2′) 解得ln(99.1-50)/(99.1-t2′)=0.5598

∴t2′=71℃

2、j04b200891(20分)

用一传热面积为3m 2由φ25×2.5mm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4.18kJ/kg.K和

0.26kJ/kg.K;水侧和油侧的对流传热系数分别为2000W/m 2.K和250W/m2.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℃,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)

0.26(20分)j04b2008910

解:(1)Q1=1200×2×(200-100)=240000KJ/h

Q2=Q1,t2=t1+Q1/(mρ2·Cp2)=10+24000/(1000×4.18)=67.4℃

△tm=(123.6-90)/ln(123.6/90)=110℃

1/K1=1/α1+d1/(α2·d2)=1/250+25/(2000×20)K1=216.2W/

m

2K

A1=Q1/(K△tm)=240000×10

3/(216.2×3600×110)=2.8m2<3m2故适用

(2)t1=30℃时

t2=30+240000/(1000×4.18)=87.4℃

△tm=(112.6-70)/ln(112.6/70)=89.6℃

A1=240000×10

3/(3600×89.6×216.2)=3.45m2>3m2不适用

解决办法是调大水量,使t2↓,△tm↑,并使α↑,K↑

3.j04c201288

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1.11kg/s,比热为

3770J/kg.K,氢氧化钠对管壁的对流传热系数为930W/m 2.k现用15℃的水作为冷却剂,水走管外,流量为1.67kg/s,

比热为4180J/kg.K,管壁对水的传热系数为1000W/m 2.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

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=G1CP1(T1-T2)=1.11×3770×(70-35)=146464.5W

Word资料

忽略热损失,则Q=G2CP2(t2-t1)

即146464.5=1.67×4180(t2-15)

解得t2=36℃

∵Δt1/Δt2<2

∴Δtm=(34+20)/2=27℃

∵为薄壁园筒,∴按平壁近似计算

K=

α1α2/(α1+α2)=930×1000/(930+1000)=481.9W/m

2.K

2

∴A=Q/KΔtm=146464.5/(481.9×27)=11.3m

2)忽略热损失,Q吸=Q放

2G1CP1(T1-T2′)=2G2CP2(t2′-t1) 2×1.11×3770(70-T2′)=2×1.67×4180(t2′-15) 得T2′=95-1.67t2′-----①

传热速率方程式:Q=K′AΔTm′=2G1CP1(70-T2′)

其中:K′=1/(1/(2×930)+1/(2×1000)=

838W/m

2.K

2

A=11.3m

Δtm′=((70-t2′)+(T2′-15))/2=(55+T2′-t2′)/2 代入原公式:

838×11.3×(55+T2′-t2′)/2=2×1.11×3770×(70-T2′)

得:2.77T2′-68.7=t2′-----②

联立方程①与②得:

T2′=37.3℃(升高了)

t2′=34.6℃(冷却水温度下降)

4.j04b151096

90℃的正丁醇,在逆流换热器中被冷却到50℃,换热器的换热面积为6m2

,传热系数

K=230W/m

2

℃,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。70℃正丁醇Cp=2.98KJ/Kg.℃水Cp=4.187KJ/Kg.℃解:Q=GhCPh(T1-T2)=(1930/3600)×2.98×103(90-50)

=6.39×1

4w

∴Δtm=Q/KA=6.39×104

/(230×6)=46.3℃

Δtm=((T1-t2)+(T2-t1))/2

=((90-t2)+(50-18))/2

=61-t2/2=46.3

∴t2=29.4℃

Q=GcCP(t2-t1)

∴冷却水消耗量Gc=Q/(CPc(t2-t1))

=6.39×10

4/(4.18×1000×(29.4-18))=1.34kg/s=4.8×103Kg/h △t1=90-29.4=60.6℃

△t2=50-18=32℃

△t1/△t2=60.6/32=1.89<2

故平均温度差采用算术均是可以接受的.

0.8j04c20119

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Word资料

蒸汽温度都相同的条件下操作。

原换热器列管数为n1,管内径为d1,管长为l1,而新换热器管数为n2 (n2=2n1),管内径为d2(d2=0.5d1)。

试问新换热器管长l2为原换热器管长l1的几倍。

解:原换热器:

Q1=W2CP2(t2-t1)=KAΔtm1

新换热器:

Q1=W2CP2(t2-t1)=K′A′Δtm2

Q1=Q2Δtm1=Δtm2K≈αα∝Re 0.9×(1/d1)∝U0.8/

d0.2

Re=d1U1ρ/μ

W2=W2′∴V2=V2′

2U即:n1(π/4)d11=n2(π/4)d22U

2U

2

∴U2=(n1(π/4)d1

2U1)/(n2(π/4)d22)=2U1

K′/K=(2U1)4.12(d1/2)0.2/U10.8/d1

0.2

0.27/(1/2)0.2=2即K′=2K

∴A′=KA/K′=A/2,

n2πd2L2=n1πd1L1×1/2

L2=n1πd1L1/(2n1πd1/2)×2=L1/2

0.2704c2012212

某厂在由177根φ25×2mm,长3m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。已知乙烯气体流量为0.6

k g/s,进口温度为20℃,在操作条件下的密

度为

1kg/m 3,比热为1.84kJ/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5.5

m,摩擦系数λ=0.04,试确定该换热器最多能允许通过多少k g/s的乙烯气体?

2

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3kgf/cm (表压)(即T=142.9℃),问此蒸汽能否满足传热要求?

04c2012212

解:(1)Q=WCP(t2-t1)=0.6CP(t2-20)

Q=KAΔtm

2

Ai=nπdiL=177π×0.021×3=35.012m

∵αi<<α0Ki=1/(1/α1+1/α2)=1/(1/53+1/8000)=52.65W/m 2.℃

则0.6×1.84×10

3×(t

2-20)

=52.65×35.014×(t2-20)/ln(132.9-20)/(132.9-t2) ln(112.9/(132.9-t2))=1.668

0.26/(132.9-t2)=5.304

0.26-5.304t2=112.9∴t2=111.61℃(2)ΔP=0.01kgf/cm=0.01×9.804×104=9.807×102Pa

ΔP=λl/d×U2/2×ρ=0.04×5.5/0.021×U2/2×1 0.26×102=0.04×5.5/0.021×U

2/2

∴U=13.683m/s

W=nπ/4diUρ=177×0.785×0.0212×13.68 3

=0.8389Kg/s Word资料

(3)Q=WCP(t2-t1)=0.8389×0.44×4.187×(111.612-20) =141586.85J/s=141.59KJ/s

α1=53×(0.8389/0.6)0.8=69.3W/m

2

.℃

K=1/(1/69.3+1/8000)=68.705W/m 2

.℃

Q=KAΔtm

Δtm=(111.612-20)/ln(142.9-20)/(142.9-111.612)=66.96℃ Q=68.705×35.032×66.96=161167.2J/s=161.167KJ/s 因高于需要的Q=141.59KJ/s ,故能满足要求。

0.10j04c2011612

有一套管换热器,内管为φ54×2mm,外管为φ116×4mm的钢管。现用120℃的饱和水蒸汽加热苯,将苯由5

0℃加热至80℃,苯在内管中以4000kg/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110℃,苯的出口温度将变为多少?(假设α苯不变)(在50~80℃

范围内,苯的物性为:CP =1.86kJ/kg.℃,μ=3.9×10Pa.s ,λ=0.145W/m.℃,ρ=880kg/m 3 ,钢的

导 热系数为45W/m.℃,120℃时水蒸汽冷凝潜热r=2205kJ/kg ,蒸汽侧对流传热系数α汽=10000W/m.℃, 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出。) j04c2011612

解:传热量Q=WC CP Δt=4000×1.86×(80-50) 1.蒸汽消耗量Wh =4000×1.86×(80-50)/2205=101.2Kg/h

2.u=4000/(3600×880×(π/4)×(0.05) 2

)=0.643m/s

Re=0.05×0.643×880/(3.9×10

-4

)=72500 Re

0。8

=725000.8

=7731.6

Pr=CP μ/λ=1.86×10 3 ×3.9×10

-4

/0.145=5 Pr 0.4

=1.9

α苯=(0.023λ/d1)Re 4.13Pr 0.4

=0.023×0.145/0.05×7731.6×1.9=980W/m.℃ α汽=10000W/(m 2

.℃

) Ko=1/[1/α汽+(b/λ)(do/dm)+do/(α苯di)] =1/[1/10000+0.002×54/(45×52)+54/(980×50)]=802W/(m

2

.℃)

Δtm=((120-50)+(120-80))/2=55℃ Q=WC CP Δt=KΔtm πdo l

∴l=4000×1.86×1000×30/(802×55×π×0.054×3600)=8.29m 3.设苯出口温度为t℃

则Δtm ′=((110-50)+(110-t))/2=85-0.5t Q′=4000×1.86×(t-50)×1000/3600=Kπdo lΔtm ′

∴4000×1.86×(t-50)×1000/3600=802π×0.054×8.29(85-0.5t) 2067t-103300=95800-563.6t ∴t=75.7℃

或Δtm =((110-50)-(110-t))/ln(110-50)/(110-t) =(t-50)/ln(60/(110-t))

4000×1.86×(t-50)×1000/3600=802π×0.054×8.29×(t-50)/ln(60/(110-t))

ln(60/(110-t))=0.546,解得t=75.2℃

0.11j04c201298

在某套管式换热器中,每小时将1200kg,比热为2.2kJ/kg.℃的甲流体从120℃冷却到70℃,热流体向管壁的对流传热系数αo=260W/m 2-3Pa.s,比热为

℃。乙流体在内管与甲流体呈逆流流动,由20℃被加热到50℃,平均温度下其粘度为0.72×10

Word资料

0.12kJ/kg.℃。内管尺寸为φ57×3.5mm,管壁向乙流体的对流传热系数α1=880W/m 2

℃,内管两端的压强降△p 。由于任务需

,欲将内管两端压至3△p ,并要求维持原来的冷却任务,问原换热? 乙流体

进口为20℃,忽略热损失及管壁,垢层的热阻。压强降改变后认为

两流体的物性常擦系 化。 j04c201298 解:传热速为Q=K o ·A o ·△tm

其中Q=(1200/3600)×2.2×103

×(120-70)=36700W △tm=[(120-50)-(70-20)]/ln[(120-50)/(70-20)]=59.4℃

Ko=1/[1/αo +d o /(d 1α1)]=1/[1/260+57/(50×880)]=195W /m 2℃ Ao=36700/(195×59.4)=3.2m 2A o 热损失可忽略,故热平为: m 1Cp 1(t 2-t 1)=Q=36700

∴m1=36700/[4.18×103×(50-20)]=0.2926kg/s=1053kg/h Re=d.G/μ=0.05×[1053/(3600×π/4×0.05

2)]/(0.72×10-3)=10350>104

0.8∵△p=λl ·ρ·u 2/2d △p ∝u 2或u 2

∝△p ∴αi ∝u

因此u ′2/u 2=(△p ′/△p)

αi ′/αi=(u ′/u) 4.14=[(△p ′/△p)0.5]0.8=[30.5

]0.8 αi ′=[3 0.28]0.8αi=[30.5]0.8×880=1366W/m 2

.℃ Ko ′=1/[1/260+57/(50×1366)]=214W /m 2

.℃ 热平衡方程

△p 改变后:m2′Cp2(t2′-t1)=m1Cp1(T2-T1) △p 改变前:m 2Cp 2(t 2-t 1)=m 1Cp(T 2-T 1)(1) ∴m 2′Cp 2(t 2′-t 1)=m 2Cp 2(t 2-t 1)(2)

∵m 2′/m 2=u ′/u=(△p ′/△p) 0.28=30.5

以上关系代入式(2):30.5m 2Cp 2(t 2′-t 1)=m 2Cp 2(t 2-t 1) 30.5

(t 2′-20)=50-20t 2′=37.3℃

△tm ′

=[(120-37.3)-(70-20)]/ln[(120-37.3)/(70-20)]=65℃ A o ′=36700/214/65=2.64m 2

<3.2m 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Δp 加大后换热器能完成传热任务。

0.2704b200994

在一传热面为30m 2

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 5000m

3/h,密度为1kg/m 3(均按入口状态计)比热为1kJ/kg.K ,估算此换热器的传热系数。若气量减少了50%,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:①求K

根据Q=KAΔtm 计算

Δtm =((120-30)-(120-80))/ln(120-30)/(120-80)=61.7℃

Q=5000×1/3600×1×1000×(80-30)=6.94×10

4

J/s K=6.94×104

/(30×61.7)=37.5W/m 2

.K

②估算气体出口温度t2:估算气体出口温度变化不大,可以假设气体诸物性不变 Q′/Q=(1/2)×5000×1000(t2′-30)/(5000×1000×50)=K ′A △tm ′/KA ×61.7 Δtm ′=((120-30)-(120-t2′))/ln[(120-30)/(120-t2′)]

=(t 2′-30)/ln(90/(120-t 2′))

因为空气的对流传热系数αi 比蒸汽冷凝的传热膜系数小很多,传热系数K接近αi K′/K≈αi ′/αi =0.5=0.574

(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)/[( /4)×2]=4.244 m......
化工原理计算试题 (1)
化工原理计算试题 (1)_能源/化工_工程科技_专业资料。离心泵的计算 1 计算...
化工原理计算试题
(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)/[( /4)×2]=4.244 ......
《化工原理I》计算试题_答案.
化工原理I》计算试题_答案._中职中专_职业教育_教育专区。1. (20 分)...
化工原理计算试题
化工原理计算试题_其它课程_高中教育_教育专区。离心泵的计算 1 计算题 j01...
化工原理计算试题.doc
化工原理计算试题.doc_理学_高等教育_教育专区。离心泵的计算 1 计算题 j...
石油大学(北京)化工学院 化工原理(下册)题库 三、 计算题 1、(15 分)在...
化工原理计算试题讲解学习
化工原理计算试题讲解学习_理学_高等教育_教育专区。精品文档离心泵的计算 1 计...
化工原理计算试题
化工原理计算试题_电子/电路_工程科技_专业资料。离心泵的计算 1 计算题 j0...
化工原理II》计算试题
化工原理 II》计算试题 石油大学(北京)化工学院(第二部分)题库 2,计算题 1,(15 分)在直径 1.2m 的 Mellepak 250Y 规整填料吸收塔中,空气 混合物中的......
化工原理计算精彩试题15453
计算题 j01b10029 (题分:20) (1) uA=(2/60)/[(/4...
化工原理计算试题
化工原理计算试题_理学_高等教育_教育专区。离心泵的计算 1 计算题 j01b1...
化工原理计算题
计算题 1 化工原理试卷(计算题) 班级 姓名 分数 一、计算题 ( 共 43 ...
化工原理试题
化工原理试题_理学_高等教育_教育专区。一、填空 1 气体吸收计算中,表示设备(...
化工原理计算试题
化工原理计算试题_理学_高等教育_教育专区。离心泵的计算 1 计算题 j01b1...
化工原理计算题
化工原理试题参考答案-计算题化工原理计算题 1 二、 某离心泵在作性能...
化工原理计算试题20195资料讲解
化工原理计算试题20195资料讲解_理学_高等教育_教育专区。精品文档离心泵的计...
化工原理试题D
化工原理试题D_工学_高等教育_教育专区。一、填空题 1. 某设备上真空表的读数...
石油大学(北京) 石油大学(北京)化工学院 化工原理(下册) 化工原理(下册)题库 三、 计算题 1、 (15 分)在一直径为 1.2m 的 Mellepak 250Y 规整填料吸收......
化工原理II》计算试题
石油大学(北京) 石油大学(北京)化工学院 化工原理(下册) 化工原理(下册)题库 二、计算题 1、 (15 分)在一直径为 1.2m 的 Mellepak 250Y 规整填料吸收塔......