化工原理模拟试题2[1]
化工原理模拟试题（ 化工原理模拟试题（一） 模拟试题一、 选择题(20 分，每小题 2 分) 1 离心泵的调节阀开大时， B 泵出口的压力减小 A 吸入管路阻力损失不变 C 泵入口的真空度减小 D 泵工作点的扬程升高 2 在完全湍流时（阻力平方区） ，粗糙管的摩擦系数λ数值 A 与光滑管一样 B 只取决于 Re C 取决于相对粗糙度 D 与粗 5 实际生产中沸腾传热过程应维持在＿＿＿＿区操作。 A 自然对流 B 强制对流 C 膜状沸腾 D 泡状沸腾 9 离心泵开动之前必须充满被输送的流体是为了防止发生＿＿＿＿。 A 汽化现象 B 汽蚀现象 C 气缚现象 D 气浮现象 二 填空题（20 分） 1 在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的＿＿次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗 粒直径的＿＿次方成正比。 型曲线，其管中心最大流速为平 3 流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是 均流速的 倍，摩擦系数λ与 Re 的关系为 。 现象 4 离心泵的安装高度超过允许安装高度时会发生 5 导热系数的单位为 ，对流传热系数的单位为 ，总传热系数的单位 。 为 8 流体流动的连续性方程是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；适用于圆形直管的不可压缩流体流 动的连续性方程为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 三 计算题（60 分） （ 2 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 20℃和 110℃。 在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为 45℃和 40℃，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 38℃， 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？（α水&&α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？13 （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φ83×3.5mm，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 H1 为 4.8m，压力表安装位置离贮槽的水面 高度 H2 为 5m。当输水量为 36m3/h 时， 进水管道全部阻力损失为 1.96J/kg， 出水 管道全部阻力损失为 4.9J/kg，压力表读 数为 2.452×105Pa，泵的效率为 70%， 水的密度ρ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/cm2？H H2 H1化工原理模拟试题（ 化工原理模拟试题（二）一、填空题（20 分，每空 1 分） 1 流体流动的连续性方程是___________________________；适用于圆形直管的不可压缩流 体流动的连续性方程是_______________________________。 2 由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数越大，则该壁面的热阻愈 _________ ，其两侧的温差愈___________。 3 一个工程大气压等于___________Pa；等于____________mmH2O 柱。 4 当 地 大 气 压 为 745mmHg ， 侧 得 一 容 器 内 的 绝 对 压 强 为 350mmHg ， 则 真 空 度 为 _____________mmHg ； 侧 得 另 一 容 器 内 的 表 压 强 为 1360mmHg ， 则 其 绝 对 压 强 为 ___________mmHg。 5 离心泵的工作点是______________曲线与______________曲线的交点。 6 流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的______倍； 如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的_______倍。 10 间壁换热器管壁温度 tw 接近_______________ ；总传热系数 K 的数值接近 ________________________ 。 二、选择题（20 分，每题 2 分） 1 流体流动时的摩擦阻力损失 hf 所损失的是机械能中的_____项。 A 位能 B 静压能 C 总机械能 D 动能 2 已知 q=1.1，则加料液中液体量与总加料量之比为__________。 A 0.1:1 B 1.1:1 C 1: 1.1 D 1:1 4 某液体在内经为 d0 的水平管路中稳定流动，其平均流速为 u0，当它以相同的体积流量通 过等长的内径为 d2(d2=d0/2)的管子时，其流速为原来的______倍。 A 2 B 4 C 8 D 16 25离心泵开动之前必须充满被输送的流体是为了防止发生____。 A 气缚现象 A 对流传热 A 平流加料 C 逆流加料 A 增大至原来的 2 倍 C 增大至原来的 2 倍 B 汽化现象 B 热传导 C 气浮现象 C 总传热 B 并流加料 D 双效三体并流加料 B 增大至原来的 4 倍 D 增大至原来的 1.5 倍 D 汽蚀现象 D 冷凝6 傅立叶定律是_____的基本定律。 8 为蒸发某种粘度随浓度和温度变化较大的溶液，应采用_____流程。9 在恒压过滤时，如介质阻力不计，过滤压差增大一倍时同一时刻所得滤液量__________。10 一 定 流 量 的 液 体 在 一 Φ25×2.5mm 的 直 管 内 作 湍 流 流 动 ， 其 对 流 传 热 系 数 如流量与物性都不变， 改用一 Φ19×2mm 的直管， 则其 α 将变为______。 αi=1000W/m2?℃； A 1259 B 1496 C 1585 D 1678三、计算题（60 分，每题 15 分） 2 在一单程列管式换热器中，欲用水将 15000kg/h 的煤油从 140℃冷却到 40℃，水的进、出 口温度分别为 30℃和 40℃，两流体逆流流动。煤油的平均比热容为 2.3kJ/(kg?℃)，水 的平均比热容为 4.187 kJ/(kg?℃)。若换热器的总传热系数为 300W/(m2?℃)，试求： （1） 冷却水的流量； （2）换热器的对数平均温度差 ?tm； （3）换热器的传热面积 S。 4 用离心泵把 20℃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 Φ76mm×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为 水流经吸入管与排出管 （不包括喷头） 的能量损失可分别按 24.66×103Pa；∑hf ,1= 2u 2 与∑hf ,2= 10u 2 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 98.07×103Pa（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。3化工原理模拟试题（ 化工原理模拟试题（三）一、 选择题(20 分，每小题 2 分) 1 用一气蚀余量为 3m 的离心泵输送处于沸腾状态下的塔底液体，若泵前管路的全部流动阻 力为 1.5m 液柱，则此泵的安装位置必须＿＿。 A 高于塔底液面 4.5m 的上方 B 高于塔底液面 1.5m 的上方 C 低于塔底液面 4.5m 的下方 D 低于塔底液面 3.0m 的下方 2 过滤基本方程式是基于＿＿＿＿推导出来的。 A 滤液在介质中呈湍流流动 B 滤液在滤渣中呈层流流动 C 滤液在滤渣中呈湍流流动 D 滤液在介质中呈层流流动 3 在完全湍流时（阻力平方区） ，粗糙管的摩擦系数λ数值＿＿＿＿。 A 只取决于 Re B 与光滑管一样 C 取决于相对粗糙度 D 与粗糙度无关 4 对流传热系数关联式中普兰特准数是表示＿＿＿＿的准数。 A 物性影响 B 流动状态 C 对流传热 D 自然对流影响 5 实际生产中沸腾传热过程应维持在＿＿＿＿区操作。 A 自然对流 B 强制对流 C 膜状沸腾 D 泡状沸腾 9 离心泵开动之前必须充满被输送的流体是为了防止发生＿＿＿＿。 A 汽化现象 B 汽蚀现象 C 气缚现象 D 气浮现象 二 填空题（20 分，每空 1 分） 1 在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的＿＿次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗 粒直径的＿＿次方成正比。 2 对于接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，在吸收操作中温度不变，压力增加，可使相 平衡常数＿＿＿，传质推动力＿＿＿。 （增大、减小、不变） 3 离心泵的工作点是＿＿＿＿＿曲线与＿＿＿＿＿＿＿曲线的交点。 4 水在管内作湍流流动，若流速提高到原来的 2 倍，则其对流传热系数约为原来的＿＿倍； 管径改为原来的 1/2 而流量相同，则其对流传热系数约为原来的＿＿倍。 （设条件改变后 仍在湍流范围） 5 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知 b1＞b2＞b3，导热系数λ1λ2 λ3，在稳定传热过程中，各层的热阻＿＿＿＿＿＿，各层导热速率＿＿＿＿＿＿。 8 流体流动的连续性方程是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；适用于圆形直管的不可压缩流体流 动的连续性方程为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 9 流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的＿＿倍；如 果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的＿＿倍。 ＿。(增高、降低、不变) 三 计算题（60 分） 2（15 分）一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为 6m，直径为φ25×2mm。冷却水在管内流过， 并从 17?C 被加热到 37?C。流量为 1.25kg/s，温度为 72?C 的烃饱和蒸汽在管外冷凝成同 2 温度的液体， 烃蒸汽的冷凝潜热为 315KJ/Kg。 已测得： 蒸汽冷凝传热系数α0=800w/ （m ? ? 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4阻及热损失。水的比热为 4.18KJ/（Kg??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） 。 3 （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 0.03，管路内径为 0.05m， 3 H=20m 水的密度为 1000Kg/m ，泵的效率为 0.85， 3 输水量为 15m /h。求： H1=2m （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。化工原理模拟试题（ 化工原理模拟试题（四）一、选择题（20 分，每题 2 分） 1 流体流动时的摩擦阻力损失 hf 所损失的是机械能中的_____项。 A 位能 A 气缚现象 B 静压能 B 汽化现象 C 总机械能 C 气浮现象 D 动能 D 汽蚀现象 2 离心泵开动之前必须充满被输送的流体是为了防止发生_____。 3 某液体在内经为 d0 的水平管路中稳定流动，其平均流速为 u0，当它以相同的体积流量通 过等长的内径为 d2(d2=d0/2)的管子时，其流速为原来的______倍。 A 2 B 4 C 8 D 16 4 过滤基本方程式是基于＿＿＿＿推导出来的。 A 滤液在介质中呈湍流流动 C 滤液在介质中呈层流流动 A 提高蒸气流速 C 采用过热蒸气以提高蒸气温度 D 在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积 6 已知 q=1.1，则加料液中液体量与总加料量之比为__________。 A 0.1:1 B 1.1:1 C 1: 1.1 D 1:1 D 临界水分 D 冷凝 8 物料的平衡水分一定是_________。 A 非结合水分 B 自由水分 C 结合水分 9 傅立叶定律是_____的基本定律。 A 对流传热 B 热传导 C 总传热 二 填空题（20 分，每空 1 分） 1 在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的＿＿次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗 粒直径的＿＿次方成正比。 5 B 滤液在滤渣中呈湍流流动 D 滤液在滤渣中呈层流流动 B 提高空气流速5 在蒸气―空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的___________在工程上可行。3 流体在管内作湍流流动时（不是阻力平方区） ，其摩擦系数λ随 和 而变。完全 。 湍流（阻力平方区）时，粗糙管的摩擦系数数值只取决于 4 水在管内作湍流流动，若流速提高到原来的 2 倍，则其对流传热系数约为原来的＿＿倍； 管径改为原来的 1/2 而流量相同，则其对流传热系数约为原来的＿＿倍。 （设条件改变后 仍在湍流范围） 5 导热系数的单位为 ，对流传热系数的单位为 ，总传热系数的单位 。 为 8 流体流动的连续性方程是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；适用于圆形直管的不可压缩流体流 动的连续性方程为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 三 计算题（60 分） 2（15 分）有一换热器，管内通 90℃的热流体，膜系数 α 1 为 1100 w / m ? °C ，管外有某种2液体沸腾，沸点为 50℃，膜系数 α 2 为 5800 w / m ? °C 。试求以下两种情况下的壁温： （1）2管壁清洁无垢 ； （2）外侧有污垢产生，污垢热阻为 0.005 m ? °C / w23 （15 分）如本题附图所示，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 101.33× 103Pa。蒸发器上部的蒸发室内操作 压强为 200mmHg（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Φ68mm×4mm， 送料量为 20m3/h，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。化工原理模拟试题（ 化工原理模拟试题（五）一． （16 分）选择题（每题只许选一个答案） （1）孔板流量计的孔流系数 C0 当 Re 增大时，其值 A 总在增大 B 先减小，后保持为定值 。 D 不定C 总在减小（2）某液体在内径为 d0 的水平管路中稳定流动，其平均流速为 u0，当它以相同的体积流量 通过等长的内径为 d2(d2=d0/2)的管子时，若流体为层流，则压降?p 为原来的 A 4 B 8 C 16 D 32 倍。（ 3 ） 一 定 流 量 的 液 体 在 一 φ25 × 2.5mm 的 直 管 内 作 湍 流 流 动 ， 其 对 流 传 热 系 数 αi=1000W/m2?℃；如流量与物性都不变，改用一φ19×2mm 的直管，则其α将变为 。 6A 1259 B 1496 二． （14 分）填空题C 1585D1678 和 而变。（7）流体在管内作湍流流动时（不是阻力平方区） ，其摩擦系数λ随（8）有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程 为 ，各项单位为 。 管路上，开大该阀门后，真空表读 ，轴功率将 。 侧的对流传热系（9）离心泵的流量调节阀安装在离心泵的 数 ，压力表读数 ，泵的扬程将（10）在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数 K 接近于 数，而壁温接近于 侧流体的α值。三．计算题（70 分） 1． （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φ83×3.5mm，泵的进出 H 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 H1 H2 为 4.8m，压力表安装位置离贮槽的水面 高度 H2 为 5m。当输水量为 36m3/h 时， H1 进水管道全部阻力损失为 1.96J/kg， 出水 管道全部阻力损失为 4.9J/kg，压力表读 数为 2.452×105Pa，泵的效率为 70%， 水的密度ρ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/cm2？ 2． （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 20℃和 110℃。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为 45℃和 40℃，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 38℃，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？（α水&&α空 （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？ 气）化工原理传热部分模拟试题及答案 模拟试题及答案 化工原理 模拟试题一填空 (1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数 K 接近于 空气 侧的对流传热 系数，而壁温接近于 饱和水蒸汽 侧流体的温度值。 (2) 热传导的基本定律是 傅立叶定律 。间壁换热器中总传热系数 K 的数值接近于热阻 大 （大、小）一侧的α值。间壁换热器管壁温度 tW 接近于α值 大 （大、小）一侧的流体温度。由 多层等厚平壁构成的导热壁面中， 所用材料的导热系数愈小， 则该壁面的热阻愈 大 （大、 ， 小） 。 其两侧的温差愈 大 （大、小） (3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈 7小 ，其两侧的温差愈 小 。 (4)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在 滞离层内（或热边界层内） ，减 少热阻的最有效措施是 提高流体湍动程度 。 (5) 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加 膨胀节 、 采用浮头 式 或 U 管式结构 ；翅片管换热器安装翅片的目的是 增加面积，增强流体的湍动程 度以提高传热系数 。 (6) 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知 b1&b2&b3，导热系数λ1&λ2&λ3， 在稳定传热过程中，各层的热阻 R1 & R2 & R3，各层导热速率 Q1 = Q2 = Q3。 (7) 物体辐射能力的大小与 黑度 成正比，还与 温度的四次方 成正比。 (8) 写出三种循环型蒸发器的名称 中央循环管式 、 悬筐式 、 外加热式 。 (9) 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括 自然对流 、 泡核沸腾 和 膜状沸腾 。在这一阶段内，传热系数随着温度差的增 三个阶段。实际操作应控制在 泡核沸腾 加而 增加 。 (10) 传热的基本方式有 传导 、 对流 和 辐射 三种。热传导的基本定律是___傅立叶定律_ 其表达式为___dQ= - λds?t ___。 ?n(11) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的 2 倍，则其对流传热系数约为原来的 倍；管径改为原来的 1/2 而流量相同，则其对流传热系数约为原来的 3.48 1.74 倍。 （设条件改变后仍在湍流范围） 2 (12) 导热系数的单位为 W/ m? （ ℃） ， 对流传热系数的单位为 W/ m ? （ ℃） ， 2 。 总传热系数的单位为 W/（m ?℃） 二、选择 1 已知当温度为 T 时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度＿D＿耐火砖 的黑度。 A 大于 B 等于 C 不能确定 D 小于 2 某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动） ，使空气温 度由 20℃升至 80℃，现需空气流量增加为原来的 2 倍，若要保持空气进出口温度不变，则 此时的传热温差应为原来的 A 倍。 A 1.149 B 1.74 C 2 D 不定 2 3 一定流量的液体在一φ25×2.5mm 的直管内作湍流流动，其对流传热系数αi=1000W/m ?℃； 。 如流量与物性都不变，改用一φ19×2mm 的直管，则其α将变为 D A 1259 B 1496 C 1585 D 1678 4 对流传热系数关联式中普兰特准数是表示 C 的准数。 A 对流传热 B 流动状态 C 物性影响 D 自然对流影响 5 在蒸气―空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的＿B＿在工程上可行。 A 提高蒸气流速 B 提高空气流速 C 采用过热蒸气以提高蒸气温度 D 在蒸气一 侧管壁加装翅片，增加冷凝面积 6 在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度差为 50℃，现因某种原因，两者的温度各升高 100℃，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该＿B＿。 A 减小 B 增大 C 不变 7 在单效蒸发器中，将某水溶液从 14%连续浓缩至 30%，原料液沸点进料，加热蒸汽的温 度为 96.2℃，有效传热温差为 11.2℃，二次蒸气的温度为 75.4℃，则溶液的沸点升高为 D ℃。 A 11.2 B 20.8 C 85 D 9.6 88 为蒸发某种粘度随浓度和温度变化较大的溶液，应采用＿B＿流程。 A 并流加料 B 逆流加料 C 平流加料 D 双效三体并流加料 三、计算 1 试推导出表示具有内部热源的实心球体的温度分布公式。已知： Ro 球体表面的恒定温度， q o ℃； 球体半径，m；To3每单位球体体积在单位时间内所产生热量，J /( m ? h) ；λo解：球体材料的导热系数， J /( m ? h ? °C ) 。 球体积4 V = πr 3 ， 球表面积 3A = 4πr 2根据傅立叶热传导公式：4 3 dt dt πr q o = ?λ o A = ?λ o 4πr 2 3 dr dr所以rdr = ?3λ o dt qo rdr = ? 3λ o qo积分上式得：∫Ror∫ToTdt3λ 1 2 ( Ro ? r 2 ) = o (T ? To ) 2 qo T = To + qo 2 ( Ro ? r 2 ) 6λ o2 一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为 3m，直径为φ25×2mm。水以 0.7m/s 的流速在管内 流过，并从 17℃被加热到 37℃。流量为 1.25kg/s、温度为 72℃烃的饱和蒸气在管外冷凝成 2 同温度的液体。 烃蒸气的冷凝潜热为 315kJ/kg。 已测得： 蒸气冷凝传热系数α0=800W/(m ? ℃)， 管内侧热阻为外侧的 40%，污垢热阻又为管内侧热阻的 70%，试核算： （1）换热器每程提供 的传热面积（外表面为基准）（2）换热管的总根数； ； （3）换热器的管程数。[计算时可忽略 管壁热阻及热损失，水的比热为 4.18kJ/(kg?℃)] 解： （1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准） 1； ，S 由题意知，水以 0.7m/s 的流速在管内流过，欲求 S1，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 = Wh rh = 1.25 × 315 = 394kw又 则Q = Wc C pc (t 2 ? t1 ) ， C pc = 4.18kJ / kg ? °C ，Wc=CpcQ 394 = = 4 . 713 kg / s (t 2 ? t1 ) 4 . 18 ( 37 ? 17 )9单管内水的流量为： Wc1 = 每程所需管子数为： n1 =π4d 2 u = 0.785 × 0.0212 × 0.7 × 1000 = 0.2423kg / sWc 4.713 = = 19.5 Wc1 0.2423取每程管子数为 20， 则每程所能提供的传热外表面积为：S1 = πd o ln 1 = 0.025 × 20 × 3 × π = 4.71m 2(2) 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 = K o S o ?t m Ko = = 1 1 (由题给数据，1αo+ 0 .4 ×1αo+ 0 .7 × 0 .41αo)1 1 1 + 0 .4 × + 0 .7 × 0 .4 × ) 800 800 800 = 476.2W / m 2 ? °C ( ?t m = ?t1 ? ?t 2 (72 ? 17) ? (72 ? 37) = = 44.25°C ?t1 72 ? 17 ln ln 72 ? 37 ?t 2则任务所需的传热外表面积为：So =Q 394 = = 18.7 m 2 K o ?t m 0.4762 × 44.25S o = πd o ln换热管总根数为： 取 (2) 换热器的管程数。 由题意管程数为：n=So 18.7 = = 79.4 πd o l π × 0.025 × 3n = 80Nt =n =4 n13 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 20℃和 110℃。在 换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为 45℃和 40℃，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 38℃，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 （4）冷 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？（α水&&α空气）10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 110℃ 45℃ （1）空气出口温度 T2′ 题意可得：使用初期 Q = Wc C pc (t 2 ? t1 ) = Wh C ph (T1 ? T2 ) = KS?t m （1） （2） 40℃ 20℃ 110℃ 38℃T2′20℃′ ′ 使用一年后 Q ′ = 2Wc C pc (t 2 ? t1 ) = Wh C ph (T1 ? T2′ ) = KS?t m两式相比（2）/（1） ，得(110 ? T2′ )(110 ? 40)= (38 ? 20)(45 ? 20)则： T2′ =59.6℃ （2）总传热系数 K ′ / K?t m =(T1 ? t 2 ) ? (T2 ? t1 ) 65 ? 20 = = 34.2°C T1 ? t 2 65 ln ln 20 T2 ? t1 (110 ? 38) ? (59.2 ? 20) 72 ? 39.6 = = 54.2°C 110 ? 38 72 ln ln 59.6 ? 20 39.6(38 ? 20) K ′ 54.2 = ? (45 ? 20) K 38.2故′ ?t m =方程(2)式/(1)式，得：K′K= 0.50%′ （3）冷热流体的出口温度 t 2′及T2′′一年后′ ′ Q ′ = Wc C pc (t 2 ? t1 ) = Wh C ph (T1 ? T2′) = K ′αS?t m ′ ′′ Q ′′ = 2Wc C pc (t 2′ ? t1 ) = Wh C ph (T1 ? T2′′) = K ′′S?t m（3） （4）方程（4）式/（3） ，得：′ ′ 110 ? T2′′ 2(t 2′ ? 20) K ′′ 1 (110 ? t 2′ ) ? (T2′′ ? 20) = = ? ? ′ 110 ? t 2′ 110 ? 59.6 38 ? 20 K ′ 54.2 ln T2′′ ? 20整理前半式的方程 又因′ t 2′ = 39.6 ? 0.179T2′′故（5）α 水 ??α 空气 ， K ≈ α 空气 ，K ′′K′≈′′ α空′ α空 ≈ 1由等比定理′ ′ (110 ? T2′′) ? (t 2′ ? 20) 1 (110 ? t 2′ ) ? (T2′′ ? 20) =? ? ′ 110 ? t 2′ 110 ? 59.6 ? 9 54.2 ln T2′′ ? 2011则ln′ 110 ? t 2′ 41.4 = T2′′ ? 20 54.2整理得，′ t 2′ = 153 ? T2′′（6）联立（5）和（6） ，可得：′ t 2′ = 29.4°C ， T2′′ = 57.5°C（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？′′ ?t m =(110 ? 29.4) ? (57.5 ? 20) 80.6 ? 37.5 = = 56.3°C 110 ? 29.4 80.6 ln ln 57.5 ? 20 37.5′′ ?t m ′ ?t m = 56.3 54.2 = 1.04则Q ′′= Q′4有一蒸汽加热器， 热方： 为饱和蒸汽冷凝， T=100℃； 冷方： 为生垢液体升温，t1 = 20°C ，t 2 = 60°C 。(1) 在测试中，维持以上温度条件不变，发现蒸汽凝液流量，在清洗前后之比为 1：2。 问： a 那些是控制热阻？管程宜走那一方流体？简述理由； b 清洗前，污垢热阻约为该时总热阻的多少分数？ (2) 在操作中，若要求改为维持该加热器的热负荷不变。 问：随着污垢的增加，调节饱和 蒸汽的温度和生垢液体的流量，是否都能达到要求？简述理由（定性分析） 。 注：冷方流型为湍流、面积基准和物性变化可不考虑以及清洗后的垢阻为零。 解：(1) a 垢层是主要控制热阻，其次是垢层对液体的给热过程，因传热过程的传热量取 决于热阻大的一方。管程宜走生垢液体，便于清洗，便于增大流速，可能减少垢层沉积在管 子表面上，饱和蒸汽宜在管间（壳程）走，因流速对饱和蒸汽冷凝给热系数几乎无影响，而 饱和蒸汽冷凝的表面又不要求清洗，且在壳程流动易于及时排除冷凝水和不凝性气体。 b 维持 A, ?t m 不变时： 清洗前传热量 清洗后传热量 （1）式与（2）式比较得：Q = Wh = KA?t m Q ′ = 2Wh = K ′A?t mK ′ = 2K（1） （2）清洗前后总热阻的差值是污垢热阻 R s 所以Rs =1 1 1 1 1 ? = ? = K K ′ K 2K 2K1 Rs = 2 K = 0.5 = 50 % 1 R总 K(2) 在操作中，调节生垢液体流量，企图减少垢层厚度来增加换热量，是不能满足的，因为 生垢液体以为湍流，再增加流量时，所增加的换热量决不能与所需要的热量相当，这时 会使出口温度下降。只有调节饱和蒸汽的温度来增加 ?t m ，使其满足热负荷的要求。 12假设垢层热阻的增加，使其换热量减少一半， （换热量再减少即不能操作） ，这时蒸汽的 温度提高到 160℃即可满足要求。 假设垢层的生成，其传热面积的变化忽略不计，而传热系数下降一半，则推动力′ ?t m =160 ? 20 + 160 ? 60 = 120 增加一倍，这样即可满足其换热器的热负荷不变。 225 有一换热器，管内通 90℃的热流体，膜系数 α 1 为 1100 w / m ? °C ，管外有某种液体沸腾， （1）管壁清洁无 沸点为 50℃，膜系数 α 2 为 5800 w / m ? °C 。试求以下两种情况下的壁温：2垢 ； （2）外侧有污垢产生，污垢热阻为 0.005 m ? °C / w2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 ? t = 1 1α1则 （2）同理α290 ? Tw Tw ? 50 = 1 1 Tw = 56.4°C T ? Tw T ?t = w 1 1 + R0α1α290 ? Tw Tw ? 50 = 1 1 + 0.005 则Tw = 84°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。 6 流量为 2000kg/h 的某气体在列管式换热器的管程流过，温度由 150℃降至 80℃；壳程冷 却用水，进口温度为 15℃，出口温度为 65℃，与气体作逆流流动，两者均处于湍流。已知 气体侧的对流传热膜系数远小于冷却水侧的对流传热膜系数， 管壁热阻、 污垢热阻和热损失 均可忽略不计，气体平均比热为 1.02kJ/kg?℃，水的比热为 4.17kJ/kg?℃，不计温度变化对比 热的影响，试求： （1）冷却水用量； （2）如冷却水进口温度上升为 20℃，仍用原设备达到 相同的气体冷却程度，此时对数平均温差为多少？（3）此时的出口水温将为多少？（4）此 时的冷却水用量为多少？ 解： （1）冷却水用量；Q = Wc C pc (t 2 ? t1 ) = Wh C ph (T1 ? T2 ) Q = Wc × 4.17(65 ? 15) = 2000 × 1.02(150 ? 80) Wc = 685kg / h13（2）如冷却水进口温度上升为 20℃，仍用原设备达到相同的气体冷却程度，此时对数平均 温差为多少？ 原 情 况 (1) 新情况 因 则Q = Wc C pc (t 2 ? t1 ) = Wh C ph (T1 ? T2 ) = KS i ?t m = α i S i ?t m′ ′ ′ ′ Q ′ = Wc′C pc (t 2 ? t1 ) = Wh C ph (T1 ? T2 ) = K ′S i ?t m = α i′S i′?t m(2)α 水 ??α 空气 ， K ≈ α 空气 ， 换热器与气体的情况未变，Q = Q′α i = α i′S i′ = S i ，故′ ?t m = ?t m?t m = ′ ?t m =则(150 ? 65) + (80 ? 15) = 75°C 2 ′ ′ (150 ? t 2 ) + (80 ? 20) 210 ? t 2 = 2 2 ′ ′ ′ （ ?t1 ?t 2 &2， 则 ?t m 用算术平均值合适）′ t 2 = 60°C ，对新情况下的热量进行衡算， Q ′ = W ′ × 4.17 × (60 ? 20) = 2000 × 1.02 × (150 ? 80) 故Wc′ = 856kg / h7 在套管换热器中用 120℃的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管内湍流的苯。苯的流量为 4000kg/h，比热容为 1.9kJ/(kg?℃)，温度从 30℃升至 60℃。蒸汽冷凝传热系数为 1× 4 2 －4 2 10 W/(m ?℃)，换热管内侧污垢热阻为 4×10 m ?℃/W，忽略管壁热阻、换热管外侧污垢 热阻及热损失。换热管为φ54×2mm 的钢管，有效长度为 12m。试求： （1）饱和蒸汽流量（其 冷凝潜热为 2204kJ/kg）（2）管内苯的对流传热系数αi； ； （3）当苯的流量增加 50%、但其他 条件维持不变时，苯的出口温度为若干？（4）若想维持苯的出口温度仍为 60℃应采取哪些 措施？作出定量计算。 解： （1）饱和蒸汽流量；Q = Wh r = Wc C pc (t 2 ? t1 ) = 4000 × 1.9 × (60 ? 30) = 2.28 × 10 5 kJ / hWh = Q 2.25 × 10 5 = = 103.4kg / h r 2204（2）管内苯的对流传热系数αi；（T ? t1 ) ? (T ? t 2 ) t ?t Q = Wc C pc (t 2 ? t1 ) = K o S o ?t m = K o S o = K o So 2 1 T ? t1 T ? t1 ln ln T ? t2 T ? t2整理得lnK S T ? t1 = o o T ? t 2 Wc C pc（1）S o = πd o L = 0.054 × 12 × π = 2.036m 214lnT ? t1 120 ? 30 = ln = 0.4055 T ? t2 120 ? 600.4055 × 4000 × 1.9 = 0.4205kw /(m 2 ? °C ) 3600 × 2.036（2）Ko =d d 1 1 = + Rsi o + o Ko αo di αi di1 1 54 54 = + 4 × 10 ? 4 + 420.5 10000 50 α i 50α i = 585w /(m 2 ? °C )（3）苯的流量增加 50%，苯的出口温度为若干α i′ = (1.5) 0.8 α i = (1.5) 0.8 × 585 = 809.1w /(m 2 ? °C )将其代入（2）式得′ K o = 535.7 w /(m 2 ? °C ) ln 120 ? 30 535.7 × 2.036 × 3600 = = 0.3444 ′ 120 ? t 2 4000 × 1.5 × 1.9 × 1000代入（1）式得解得′ t 2 = 56.2°C（4）若想维持苯的出口温度仍为 60℃应采取哪些措施？作出定量计算。 （a） 将管子加长， 由（1）式得lnK′S′ 120 ? 30 = 0.4055 = o o 120 ? 60 Wc′C pc 0.4055 × 1.5 × 4000 × 1.9 × 1000 = 2 .4 m 2 3600 × 535.7′ So =′ L ′ = S o /(πd o ) = 2.4 /(0.054π ) = 14.15m（b） 提高加热蒸气压强（温度）T ′ ? 30 535.7 × 2.036 × 3600 = = 0.3444 T ′ ? 60 4000 × 1.5 × 1.9 × 1000 解得 T ′ = 133°C ln8 一废热锅炉，由φ25×2 锅炉钢管组成，管外为水沸腾，温度为 227℃，管内走合成转化 2 2 气，温度由 575℃下降到 472℃。已知转化气一侧αi=300W/m ?K，水侧αo=10000W/m ?K，钢 的导热系数为 45W/m?K，若忽略污垢热阻，试求： (1)以内壁面为基准的总传热系数 Ki; 2 (2)单位面积上的热负荷 q(W/m ); (3)管内壁温度 TW 及管外壁温度 Ti; (4)试以计算结果说明为什么废热锅炉中转化气温度高达 500℃左右仍可使用钢管做换热15管。 解： （1）Kid 1 1 b di = + + i Ki αi λ dm α 0d0 =所以 （2）q1 0.002 × 0.021 0.021 + + 300 45 × 0.023 10000 × 0.025K i = 289.2W / m 2 ? K Q = K i S i ?t mq = K i ?t m = 289.2 ×(575 ? 227) ? (472 ? 227) = 289.2 × 293.5 575 ? 227 ln 472 ? 227= 84880.2W / m 2 = 84.9kW / m 2（3） 管内壁温度 TW 及 管外壁温度 Ti因为575 + 472 ? TW T ? Ti Ti ? 227 2 = W = 1 b 1 α i Si λS m α0 S0575 + 472 ? TW T ? Ti T ? 227 2 = W = i 1 0.002 1 300 × 21 45 × 23 10000 × 25由上述方程可解出TW = 237.8°C ，Ti = 234.2°C（4）由计算结果可知，钢管的内外壁温度接近水侧沸腾的温度，即接近于热阻小的一侧流 体的温度。尽管废热锅炉中转化气温度高达 500℃左右，而钢管的温度小于 238℃，故仍可 在此高温下使用钢管做换热管。 9 水以一定流速在直管中作湍流流动，若管壁温度不变为 350K，水的进出口温度分别为 290K 及 295K，若水的流速增加一倍，则水的出口温度变为多大？ 解：求u ′ =2， t ′ =？ 2 u t w = 350 K ，以知t1 = 290 K ，t 2 = 295K ， 水湍流流动，需对水侧作′ 热量恒算可求 t 2 。一般情况，水的进出口温差小于 10℃，那么温度对物性参数影响较小，因此可以认为水的物性参数保持不变。16由题意知， 流速改变前： Q = Wc C pc (t 2 ? t1 ) = Wc C pc ( 295 ? 290) = αS?t m （1） （2）′ ′ ′ 流速改变后： Q ′ = 2Wc C pc (t 2 ? t1 ) = 2Wc C pc (t 2 ? 290) = α ′S?t m流速改变前 350K 350K 290K 则 295K 流速改变后 350K 350K 290K′ t2?t m =′ ?t m =(350 ? 290) + (350 ? 295) = 57.5°C 2′ ′ (350 ? 290) + (350 ? t 2 ) 410 ? t 2 = 2 2又α = 0.023λ d i uρ 0.8 C p ? 0.4 ( ) ( ) λ di ?（3）因物性参数不变，则：α ′ u ′ 0.8 = ( ) = 2 0.8 = 1.74 α u（1）/（2） ，并将各参数带入，可得：（4）5 = ′ 2(t 2 ? 290) ′ t 2 = 294.4 K57.5 ′ 410 ? t 2 1.74 × 210 现有一逆流冷却器，用冷水冷却油，使油温从 420K 降到 370K，水进口温度为 285K， 出口温度为 310K。设油和水的流率、进口温度保持不变，将冷却器长度增加一倍（其它尺 寸不变） ，求油及水的出口温度。 解： 420K 370K 285K?t m =(420 ? 301) + (370 ? 285) = 97.5 2310K 对体系进行热量恒算，Wo C po (420 ? 370) = Ww C pw (310 ? 285) = KS?t m所以，Wo =KS?t m KS 97.5 KS = × = 1.95 C po (420 ? 370) C po 50 C po（1）Ww =KS 97.5 KS × = 3.9 C pw (310 ? 285) C pw（2）17冷却器长度增加一倍后， 420K t2 假设：T2 285K′ ?t m =′ ′ ?t1 + ?t 2 135 + T2 ? t 2 = 2 2则′ Wo C po (420 ? T2 ) = Ww C pw (t 2 ? 285) = 2 KS?t m所以，Wo =′ 2 KS?t m KS (135 + T2 ? t 2 ) = × C po (420 ? T2 ) C po (420 ? t 2 ) ′ 2 KS?t m KS (350 + T2 ? t 2 ) = × C pw (t 2 ? 285) C pw (t 2 ? 285)（3）Ww =（4）（1）=（3）1.95=(135 + T2 ? t 2 ) 420 ? T2（5）（2）=（4）3.9=(135 + T2 ? t 2 ) t 2 ? 285T2 =341.74K t2 =324.13K（6）解（5）和（6）方程，得：′ ?t1 = 420 ? 324.13 = 95.87′ ?t 2 = 341.74 ? 285 = 56.74′ ′ ′ ?t1 ?t 2 &2， 则 ?t m 用算术平均值合适。11 某工厂有一台列管式换热器， 每小时将一定量的气体从 80℃冷到 60℃， 冷却水温度由 20℃ 升到 30℃，气体在管内流过，冷却水在管外与气体成逆流。经核算，该换热器的传热系数K = 40 w /(m 2 ? °C ) ，现生产需要气体出口温度更低，有人提出将一结构及大小与已用一台完全一样的换热器并联使用，气体量与原一台时相同，只是分成相等的两股送入，冷却水进 出每个换热器的温度仍与原来的一样。试计算： （1）此时气体的出口温度为多少？（2）两 台换热器应如何安排才能把气体冷却到更低的温度？ 设：气体处理量与冷却水进出口温度都不变，忽略管壁与冷却水热阻，气体温度改变引 起的物性改变也忽略不计。 解：一台换热器情况：?t m =所以 又因(T1 ? t 2 ) ? (T2 ? t1 ) (80 ? 30) + (60 ? 20) = = 45 2 2 Q = KS?t m = 40 × S × 45 = 1800 S W g C pg (T1 ? T2 ) = W g C pg (80 ? 60) = 20W g C pg气体放出的热量与冷却水得到的热量相等，所以：181800 S = 20W g C pg即S 1 = W g C pg 90（1）（1）两台相同换热器并联使用′ ?t m =(T1 ? t 2 ) ? (T2′ ? t1 ) (80 ? 30) + (T2′ ? 20) 30 + T2′ = = 2 2 2W g′ = 0.5W g由于管间为水，管内为气体， 又α w ??α g故有K =αg气膜控制α g = AW g0.8 = K = 40 α ′ = A(W g / 2) 0.8 = K ′ g所以AW g0.8 K 1 40 = = = 0.8 0.8 K ′ A(W g / 2) K′ (0.5)故K ′ = 40 × (0.5) 0.8 = 23 ′ Q ′ = K ′S ′?t m = 23 × 2 S × 80 ? T2′ S = W g C pg 23(30 + T2′ ) 30 + T2′ = 23S (30 + T2′ ) = W g C pg (80 ? T2′ ) 2（2）联立（1）式和（2）式解得： （2）两台相同换热器串联使用时T2′ = 57.6°C′′ ?t m =(T1 ? t 2 ) ? (T2′′ ? t1 ) (80 ? 30) + (T2′′ ? 20) 30 + T2′′ = = 2 2 230 + T2′′ = 40 S (30 + T2′′) = W g C pg (80 ? T2′′) 2（3）K ′′ = K = 40 ′′ Q ′′ = K ′′S ′′?t m = 40 × 2 S × 80 ? T2′′ S = W g C pg 40(30 + T2′′)联立（1）式和（3）式解得：T2′′ = 46.15°C因此两台串联使用可使气体出口温度降低到更低。1912 某车间需要安装一台换热器， 将流量为 30m /h、 浓度为 10%的 NaOH 水溶液由 20℃预热到 60。加热剂为 127℃的饱和蒸汽。该车间现库存一台两管程列管式换热器，其规格为φ25× 2mm；长度为 3m；总管数 72 根。试问库存的换热器能否满足传热任务？ 操作条件下，NaOH 溶液的物性参数为3ρ = 1100kg / m3 ; λ = 0.58w / m ? °C ; C p = 3.77 kJ / kg ? °C ; ? = 1.5mPa ? 蒸汽冷凝膜系数α 2 = 1 × 10 4 w / m 2 ? °C钢的导热系数 λ = 46.5w / m ? °C 污垢热阻总和∑ R = 0.0003m2? °C / w解：对库存换热器进行传热能力核算Q = K o S o ?t m其中S o = nπd o ( L ? 0.1) = 72 × 3.14 × 0..025 × (3 ? 0.1) = 16.4 （T ? t1 ) ? (T ? t 2 ) t ?t 60 ? 20 ?t m = = 2 1 = = 85.4°C T ? t1 T ? t1 127 ? 20 ln ln ln 127 ? 60 T ? t2 T ? t2蒸汽冷凝宜走壳程，NaOH 水溶液走管程。 求管内 NaOH 水溶液一侧的 α 130 = 0.67 m / s 3600 × 0.785 × 0.0212 × 72 / 2 duρ 0.021 × 0.67 × 1100 = Re = =
?3 ? 1.5 × 10 C p ? 3.77 × 10 3 × 1.5 × 10 ?3 Pr = = = 9.75 λ 0.58 3 L = = 143? 60 d 0.021 λ 0.58 α 1 = 0.023 × (Re) 0.8 (Pr) 0.4 = 0.023 × × (1 × (9.75) 0.4 d 0.021 = 2560 w / m 2 ? °C u= d bd 1 1 = + o + o +∑R K o α o α 1 d i λd i = 1 0.025 0.002 × 0.025 1 + + + 0.0003 =
× 0.021 46.5 × 0.023 1097K o = 1097 w / m 2 ? °C换热器的传热速率Q = K o S o ?t m = 1097 × 16.4 × 85.4 = 1536kw20该换热器的热负荷 因为QL = Wc C pc (t 2 ? t1 ) =30 × 1100 × 3.77 × (60 ? 20) = 1382kw 3600Q? QL所以库存的换热器能够完成传热任务。另一种解法： 由传热方程式求得完成传热任务所需要的传热面积为：′ So =同上，换热器的热负荷Q K o ?t mQL = 1382kwK o = 1097 w / m 2 ? °C ， ?t m = 85.4°C故′ So =1382 = 14.75m 2 1097 × 85.4该库存换热器所提供的传热面积的传热面积为：S o = nπd o ( L ? 0.1) = 72 × 3.14 × 0..025 × (3 ? 0.1) = 16.4因为′ So ? So所以 库存的换热器能够完成传热任务。13 热 气 体 在 套 管 换 热 器 中 用 冷 水 冷 却 ， 内 管 为 φ 25mm × 2.5mm 钢 管 ， 导 热 系 数λ = 45W / m ? K 。冷水在管内湍流流动，给热系数 α 1 = 2000W / m 2 ? K ，热气在环隙中湍流流动，给热系数 α 2 = 50W / m 2 ? K 。不计垢层热阻，试求： （1）管壁热阻占总热阻的百分数； （2）内管中冷水流速提高一倍，总传热系数 K ′ 有何变化？ （3）内隙中热气体流速提高一倍，总传热系数 K ′′ 有何变化？ 解： （1）K =[=[1 d 2 d 2 d 2 1 ?1 + ln + ] α 1 d1 2λ d1 α 11 0.025 0.025 0.025 1 ?1 × + ln + ]
2 × 45 0.02 502= 48.3W / m ? K 总热阻1 = 0.021m 2 ? / W K管壁热阻d 2 d 2 0.025 0.025 ln = ln 2λ d1 2 × 45 0.02= 6.2 × 10 m ? K / W2 ?521∴ 管壁热阻分率为（2） ∵ α ∝ u0.86.2 × 10 ?5 = 3 × 10 ?3 = 0.3% 0.021′ ∴ α 1 = 2 0.8 α 1 = 2 0.8 × 2000 = 3.48 × 10 3 W / m 2 ? K1 0.025 1 × + 6.2 × 10 ?5 + ] = 49.0W / m 2 ? K 3 0.02 50 3.48 × 10 K ′ ? K 49 ? 48.3 = 1 .3 % 增加 = K 48.3 K′ = [ ′ （3）∴ α 2 = 2 0.8 α 2 = 2 0.8 × 50 = 87.1W / m 2 ? K K ′′ = [增加由上可知，管壁热阻往往占分率很小，可忽略；提高 K 值，强化传热，应在 α 小处着 手。1 0.025 1 × + 6.2 × 10 ?5 + ] = 82.1W / m 2 ? K
87.1 K ′′ ? K 82.1 ? 48.3 = 69.6% = K 48.315φ 68mm × 4mm 的无缝钢管，内通过表压为 0.2Mpa 的饱和蒸汽。管外包 30mm 厚的保温层 λ = 0.080W /( m ? K ) ，该管设置于温度 t 外 = 20°C 的大气中，已知管内壁与蒸汽的给 保温层外表面与大气的给热系数 α 2 = 10 W /( m 2 ? K ) 。 求 热系数 α 1 = 5000 W /( m 2 ? K ) ， 蒸汽流经每米管长的冷凝量 W 及保温层外表面的温度 tW 解： 每米管长的冷凝量 Wd1 = 0.068 ? 2 × 0.004 = 0.06m ， d 0 = 0.068m d 2 = 0.068 + 2 × 0.03 = 0.128m不计管壁热阻∴K = [=[1 d2 d2 d2 1 + ln + ] ?1 α 1 d1 2λ d 0 α 21 0.128 0.128 0.128 1 ?1 × + ln + ]
2 × 0.08 0.068 10=1.65 W /( m 2 ? K )Q = K 2 A2 (T ? t 外 ) = K 2πd 2 L(T ? t 外 )查 0.2 MPa （表）下，饱和蒸汽 T = 133.3°C ， r = 2168.1kJ / kg 22QL = K 2πd 2 (T ? t 外 ) = 1.65 × 3.14 × 0.128 × (133.3 ? 20) = 75.1W / mW = QL 75.1 = = 3.47 × 10 ?3 kg / m ? s = 0.125kg / m ? hr 3 r 2168.1 × 10K 2 (T ? t 外 ) = α 2 (tW ? t 外 )∴ tW = K2 (T ? t 外 ) + t 外 = 1.65 × (133.3 ? 20) + 20 = 38.7°C 10α216 一内径 d 1 = 0.34m 的空心球形钢壳容器， 其内壁表面温度 t1 = 38°C ， 外壁外面用 100 °C 热 水 加 热 。 钢 壳 的 导 热 系 数 λ = 45 W /( m 2 ? °C ) ， 热 水 对 外 壁 的 给 热 系 数α = 500 W /(m 2 ? °C ) ， 试计算钢壳厚度 δ 是多少 mm 时传热速率 Qmax 达最大值？最大传热速率是多少？ 解： 对于所传热量有Q=?t ?t = 1 1 δ R + ? λAm α A其中， ?t = 100 ? 38 = 62°C ，δ = r ? r1 ，Am = 4πrr1 （推导而得）∴R =r ? r1 1 + 4λπrr1 α ? 4πr 2当 R 最小时必有 Qmax 当 得dR 1 1 2 = [ 2 ? 3 ] = 0时 dr 4π λr αr 2λ 2 × 45 r= = = 0.18m δ = r ? r1 = 0.18 ? 0.17 = 0.01m = 10mm α 500∴ Qmax =62 0.01 1 + 4 × 45 × 0.18 × 0.17 × 3.14 500 × 4 × 3.14 × 0.18 2= 1.13 × 10 4 W = 11.3(kW )化工原理流体流动部分模拟试题及答案 模拟试题及答案 化工原理 模拟试题23一填空 (1） 流体在圆形管道中作层流流动， 如果只将流速增加一倍， 则阻力损失为原来的 2 倍； 如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的 1/4 倍。 (2）离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 η-Q 和 N-Q 曲线，这 些曲线表示在一定 转速 下，输送某种特定的液体时泵的性能。 、 连通着的 、 (3) 处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须是 静止的 同一种连续的液体 。 流体在管内流动时， 如要测取管截面上的流速分布， 应选用 皮托 流 量计测量。 (4) 如果流体为理想流体且无外加功的情况下，写出： 单位质量流体的机械能衡算式为____ E = z +u2 p + = 常数 ______________； 2 g ρg单位重量流体的机械能衡算式为_____ E = ρgz +ρu 22+ p = 常数 ____________；u2 p + = 常数 ___________； 单位体积流体的机械能衡算式为______ E = z + 2 g ρg(5) 有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为 z1ρg+ 12ρ/2） 1+Ws （u +p ρ= z2ρg+（u22ρ/2）+p2 +ρ∑hf ，各项单位为 Pa（N/m2） 。 (6）气体的粘度随温度升高而 增加 ，水的粘度随温度升高而 降低 。 。 (7) 流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能 减小 (8) 流体流动的连续性方程是 u1Aρ1= u2Aρ2=??? = u Aρ ??? ；适 2 2 2 用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为 u1d1 = u2d2 = ??? = u d ??? 。 (9) 当 地 大 气 压 为 745mmHg 测 得 一 容 器 内 的 绝 对 压 强 为 350mmHg ， 则 真 空 度 为 395mmHg 。测得另一容器内的表压强为 1360 mmHg，则其绝对压强为 2105mmHg。 ；管子长、直径小的管段通过的流量 (10) 并联管路中各管段压强降 相等 小 。 (11) 测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧压差值将 增加 ，若改用转子流 。 量计，随流量增加转子两侧压差值将 不变 (12) 离心泵的轴封装置主要有两种： 填料密封 和 机械密封 。 (13) 离心通风机的全风压是指 静风压 与 动风压 之和，其单位为 Pa 。 (14) 若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头 降低，流量减小，效率降低，轴功率增加。 降尘室的生产能力只与 沉降面积 和 颗粒沉降速度 有关，而与 高度 无关。 (15) 分离因素的定义式为 ut2/gR 。 (16) 已知旋风分离器的平均旋转半径为 0. 5m，气体的切向进口速度为 20m/s，则该分离器 的分离因数为 800/9.8 。 (17) 板框过滤机的洗涤速率为最终过滤速率的 1/4 。 (18) 在滞流区， 颗粒的沉降速度与颗粒直径的 2 次方成正比， 在湍流区颗粒的沉降 速度与颗粒直径的 0.5 次方成正比。 二选择 1 流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用__A___流量计测量。 A 皮托管 B 孔板流量计 C 文丘里流量计 D 转子流量计242 离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生___A___。 A 气缚现象 B 汽蚀现象 C 汽化现象 D 气浮现象 3 离心泵的调节阀开大时， B A 吸入管路阻力损失不变 B 泵出口的压力减小 C 泵入口的真空度减小 D 泵工作点的扬程升高 4 水由敞口恒液位的高位槽通过一 管道流向压力恒定的反应器， 当管道上的阀门开度减小 后，管道总阻力损失 C 。 A 增大 B 减小 C 不变 D 不能判断 5 流体流动时的摩擦阻力损失 hf 所损失的是机械能中的 C 项。 A 动能 B 位能 C 静压能 D 总机械能 6 在完全湍流时（阻力平方区） ，粗糙管的摩擦系数λ数值 C A 与光滑管一样 B 只取决于 Re C 取决于相对粗糙度 D 与粗糙度无关 B 。 7 孔板流量计的孔流系数 C0 当 Re 增大时，其值 A 总在增大 B 先减小，后保持为定值 C 总在减小 D 不定 8 已知列管换热器外壳内径为 600mm，壳内装有 269 根φ25×2.5mm 的换热管，每小时有 5 4 3 －3 ×10 kg 的溶液在管束外侧流过，溶液密度为 810kg/m ，粘度为 1.91×10 Pa?s，则溶液 在管束外流过时的流型为 A 。 A 层流 B 湍流 C 过渡流 D 无法确定 9 某离心泵运行一年后发现有气缚现象，应 C 。 A 停泵，向泵内灌液 B 降低泵的安装高度 C 检查进口管路是否有泄漏现象 D 检查出口管路阻力是否过大 10 某液体在内径为 d0 的水平管路中稳定流动，其平均流速为 u0，当它以相同的体积流量 C 倍。 通过等长的内径为 d2(d2=d0/2)的管子时，若流体为层流，则压降?p 为原来的 A 4 B 8 C 16 D 32 三计算 1 为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。测量时通入压缩空气，控制调节 阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得 U 形压差计读数为 R=130mm，通气管距贮槽底面 h=20cm，贮槽直径为 2m，液体密度为 980kg/m3。试求贮槽内液体的贮存量为多少吨？ 解：由题意得：R=130mm，h=20cm，D=2m， ρ = 980kg/ m ， ρ Hg = 13600kg / m 3 。3（1）管道内空气缓慢鼓泡 u=0，可用静力学原理求解。 （2）空气的 ρ 很小，忽略空气柱的影响。观察瓶压缩空气∴ Hρg = Rρ Hg gH=ρ Hg 13600 .R = × 0.13 = 1.8m ρ 980R1 ∴W = πD 2 ( H + h) ρ 4 = 0.785 × 2 2 × (1.8 + 0.2) × 980 = 6.15(吨）2H h测量气体的微小压强差，可用附图所示的双液杯式微差压计。两杯中放有密度为 ρ1 的液体，U 形管下部指示液密度为 ρ 2 ，管与杯的直径之比 d/D。试证气罐中的压强 p B 可用下式 25计算：p B = p a ? hg ( ρ 2 ? ρ 1 ) ? hgρ1证明： 作 1-1 等压面，由静力学方程得：d2 D2Pa + hρ1 g = PB + ?hρ1 g + hρ 2 g∵ ?h（1）π4D2 = hπ4d2d2 ∴ ?h = h 2 代入（1）式得： D Pa + hρ1 g = PB + h d2 ρ 1 g + hρ 2 g D2 d2 D2即 PB = Pa ? hg ( ρ 2 ? ρ 1 ) g ? hgρ 1 3利用流体平衡的一般表达式 dp = ρ ( Xdx + Ydy + Zdz ) 推导大气压 p 与海拔高度 h 之间的关系。设海平面处的大气压强为 p a ，大气可视作等温的理想气体。 解： 大气层仅考虑重力，所以： X=0， Y=0， Z=-g， dz=dh∴ dp = ? ρgdh pM gdh RT又理想气体 ρ =pM RT其中 M 为气体平均分子量，R 为气体通用常数。∴ dp = ?∫PPadp Mg =? p RT∫h0dh Mg h] RT积分整理得 P = Pa exp[?264 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φ83×3.5mm，泵的进出口管 道上分别安装有真空表和压力表，真空 H 表 安 装 位 置 离 贮 槽 的 水 面 高 度 H1 为 4.8m，压力表安装位置离贮槽的水面高 H2 3 当输水量为 36m /h 时， 进水 度 H2 为 5m。 H1 管道全部阻力损失为 1.96J/kg，出水管 道全部阻力损失为 4.9J/kg，压力表读 5 数为 2.452×10 Pa，泵的效率为 70%， 3 水的密度ρ为 1000kg/m ，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？ 2 （3）真空表的读数为多少 kgf/cm ？ 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， 以贮槽液面为基准水平面， 得：gH 2 +其中，2 u2 p u 2 p2 + = gH + 3 + 3 + ∑ h f , 2?3 2 ρ 2 ρ∑hf , 2 ?3= 4.9 J / kg ,u3=0, p3=0, u2=Vs/A=2.205m/sp2=2.452×105Pa, H2=5m,代入上式得：H =5+2.205 2 2.452 × 10 5 4.9 + ? = 29.74m 2 × 9.81 1000 × 9.81 9.81（2）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：gH 0 +其中，2 u 0 p0 u2 p + + We = gH + 3 + 3 + ∑ h f , 0?3 2 ρ 2 ρ∑hf ,0 ?3= 6.864.9 J / kg ,u2= u3=0, p2= p3=0, H0=0， H=29.4m代入方程求得： 故36 × 1000 = 10kg / s 3600 N N e = Ws × We = 2986.4 w ， η=70%， N = e = 4.27kwWe=298.64J/kg， Ws = Vs ρ =η（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：gH 0 +其中，2 u 0 p0 u2 p + + = gH 1 + 1 + 1 + ∑ h f ,0?1 2 ρ 2 ρ∑hf , 0 ?1= 1.96 J / kg , H0=0， u0=0, p0=0, H1=4.8m,u1=2.205m/s27代入上式得，p1 = ? × 4.8 + = ?0.525kgf / cm 22.205 2 + 1.96) = ?5.15 × 10 4 Pa 25 两敞口贮槽的底部在同一水平面上,其间由一内径 75mm 长 200m 的水平管和局部阻力系数为 0.17 的全开闸阀彼此相 连，一贮槽直径为 7m，盛水深 7m，另一贮槽直径为 5m，盛 水深 3m，若将闸阀全开，问大罐内水平将到 6m 时，需多长 时间？设管道的流体摩擦系数 λ = 0.02 。 解：在任一时间 t 内，大罐水深为 H，小罐水深为 h1 2 2 4 1 2 2 小罐截面积= π × 5 = 19.625m ， 4当大罐水面下降到 H 时所排出的体积为：大罐截面积= π × 7 = 38.465m ，Vt = (7 ? H ) × 38.465 ，这时小罐水面上升高度为 x； 所以 而x = 38.465(7 ? H ) / 19.625 = 13.72 ? 1.96 Hh = x + 3 = 16.72 ? 1.96 H在大贮槽液面 1-1?与小贮槽液面 2-2?间列柏努利方程，并以底面为基准水平面，有：z1 +其中u12 p u2 p + 1 = z 2 + 2 + 2 + ∑ h f ,1? 2 2 g ρg 2 g ρgu1 = u 2 = 0 z1 = H ，p1 = p 2 = 大气压， z 2 = 16.72 ? 1.96 Hu 为管中流速，2 2 l u 200 u h f ,0?1 = (ξ + λ ? ) ? = (0.17 + 0.02 × ) = 2.727u 2 ∑ d 2g 0.075 2 g代入方程得：2.96 H ? 16.72 = 2.727u 2u=2.96 H ? 16.72 2.727若在 dt 时间内水面从 H 下降 H-dH，这时体积将变化为-38.465dH，则：π4故(0.075) 2 （2.96 H ? 16.72) / 2.727 dt = ?38.465dH ? 38.465dH = ? 8722.16dH 1.085 H ? 6.13128dt =2 0.785(0.075） （2.96 H ? 16.72) / 2.727t = ?8711.16 ∫ (1.085 H ? 6.131)76?0.5dH= ?8711.16 ×6 1 1 × 1.085 H ? 6.131 7 1.085 1 ? 0.5 2 = ?8711.16 × 0.379 ? 1.464 1.085 = 9543.4 s[][]6 用泵将 20℃水从敞口贮槽送至表 压为 1.5×105Pa 的密闭容器，两槽液 面均恒定不变，各部分相对位置如图 所示。 输送管路尺寸为φ108×4mm 的 无缝钢管，吸入管长为 20m，排出管 长为 100m （各段管长均包括所有局部 阻力的当量长度） 当阀门为 3/4 开度 。 16m 时，真空表读数为 42700Pa，两测压 口的垂直距离为 0.5m， 忽略两测压口 之间的阻力，摩擦系数可取为 0.02。 试求： (1)阀门 3/4 开度时管路的流量(m3/h)； 3m (2)压强表读数（Pa） ； (3)泵的压头（m） ； (4)若泵的轴功率为 10kW，求泵的效 率； (5)若离心泵运行一年后发现有气缚 现象，试分析其原因。 解： （1）阀门 3/4 开度时管路的流量 3 (m /h)； 在贮槽液面 0-0?与真空表所在截面 1-1?间列柏努利方程。以 0-0?截面为基准水平面， 有：z0 +2 u0 p u2 p + 0 = z1 + 1 + 1 + ∑ h f ,0?1 2 g ρg 2 g ρg其中，∑ h f ,0?1 = λ ?l + ∑ l u12 u12 20 ? = 0.02 × × = 0.204u12 , d 2g 0.1 2 × 9.81p1=-42700Pa（表压）z0=0， u0=0, p0=0（表压）, z1=3m, 代入上式，得： u1=2.3m/s， Q=π4d 2 u = 65m 3 / h(2)压强表读数（Pa） ； 在压力表所在截面 2-2?与容器液面 3-3?间列柏努利方程。 仍以 0-0?截面为基准水平面， 有：z2 +2 u2 p u2 p + 2 = z 3 + 3 + 3 + ∑ h f , 2 ?3 2 g ρg 2 g ρg293.5 +p2 2.3 2 1.5 × 10 5 100 2.3 2 + = 16 + 0 + + 0.02 × × 2 g 1000 g 1000 × g 0.1 2 × 9.815解得， p2=3.23×10 Pa（表压） （3）泵的压头（m） ； 在真空表与压力表所在截面间列柏努利方程，可得，p 2 ? p1 3.23 × 10 5 + 0.427 × 10 5 H = ( z 2 ? z1 ) + + H f = 0 .5 + +0 ρg 1000 × 9.81 = 37.8m（4） 泵的有效功率HQρ 37.8 × 65 × 1000 = 6.687 kw = 102 3600 × 102 故η = Ne / N = 66.87% Ne =（5） 若离心泵运行一年后发现有气缚现象，原因是进口管有泄露。 7 如图所示输水系统，已知管路总长度（包括 所有当量长度，下同）为 100m，压力表之后管路 长度为 80m，管路摩擦系数为 0.03，管路内径为 3 0.05m，水的密度为 1000kg/m ，泵的效率为 0.8， 3 输水量为 15m /h。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，H=20m H1=2mu=VsA= 15(3600 × 0.05 2 × ) 4π = 2.12m / sl u2 100 2.12 2 则 ∑ hf = λ ? ? = 0.03 × × = 135.1J / kg d 2 0.05 2（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 u 0 p0 u2 p gH 0 + + + We = gH + 1 + 1 + ∑ h f , 0?1 2 ρ 2 ρ其中，∑hf= 135.1J / kg ,u0= u1=0， p1= p0=0（表压）, H0=0， H=20m代入方程得： 又We = gH + ∑ h f = 9.81 × 20 + 135.1 = 331.3J / kgWs = Vs ρ = 15 × 1000 = 4.17 kg / s 360030故N e = Ws × We = 1381.5w ， η=80%， N =Neη = 1727 w = 1.727kw8 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φ57×3.5mm， 泵出口垂直管段 A、 截面上的测压口有软管与 B B 两支液柱压差计相连，其上指示剂水银柱的读 数分别为 R=40mm 及 R′=1200mm。 右边压差计的 左侧指示剂液面与截面 A 的垂直距离 R″ H=1000mm， 右侧开口支管的水银面上灌有一段 A R″=20mm 的清水。A、B 两截面间的管长（即垂 直距离） hAB =6m。 为 管路中的摩擦系数为 0.02。 5 H R′ 当地大气压强为 1.0133×10 Pa， 取水的密度为 3 3 R 1000kg/m ，水银的密度为 13600kg/m 。试求： t s （1）截面 A、B 间的管路摩擦阻力损失∑hf,AB, J/kg； （2）水在管路中的流速 u, m/s； （3）截 （4）截面 A 上的压强 pA, Pa。 面 B 上的压强 pB, Pa； 解： （1）截面 A、B 间的管路摩擦阻力损失∑hf,AB, J/kg； 取截面 A 为上游截面，截面 B 为下游截面，并以截面 A 为基准水平面。在两截面之间列柏努 利方程式，即：2 2 p gZA + u A + ρ A = gZB + u B 2 2+pBρ+∑hfAB（1）则：∑ h fAB = (ZA - ZB )g +其中：2 2 u A ? uB =0 22 2 u A ? uB p A? p B + ρ 2（ 2）ZA - ZB =（0-6）=-6m（pA - pB）=hABρW g + R（ρHg C ρW）g =6× + 0.04（13600 C 1000）×9.8=63800 Pa 将诸值带入（2）式，得：∑hfAB=-6×9.8 +6=4.94 J/kg（2）水在管路中的流速 u, m/s； A、B 之间的阻力损失与流速有关，可用如下公式表示：∑hfABl u2 =λ ? ? d 2（ 3）其中，l=6m，d=0.05m， λ =0.02，∑hfAB=4.94 J/kg，带入（3）式：314.94=0.02×6 u × 2 0.052u=2.029 m/s （3）截面 B 上的压强 pB, Pa； 在右边压差计的左侧指示剂液面处作 t-s 等压参考面，由流体静力学原理可知，Pt=Ps 则： PB +（hAB +H）ρW g =Pa + R ′′ ρW g + R ′ ρHg g 整理得：PB = Pa + R ′′ ρW g + R ′ ρHg g - （hAB +H）ρW g =1. + 0.02× + 1.2×1-（6+1）× =193000 Pa （4）截面 A 上的压强 pA, Pa。 PA = PB +ΔPAB = PB + hAB ρW g =193000 + 6× =256000 Pa 9 某石油化工厂每小时将 40 吨重油从地面油罐输送到 20m 高处的贮槽内，输油管路为φ 108×4mm 的钢管，其水平部分的长度为 430m，已知在输送温度下，重油的部分物性数据 如下： 密度，kg/m3 15℃的冷油 50℃的热油 960 890 粘度，cP
平均比热，kJ/kg?℃ 1.675 1.675可得，（1） 试比较在 15℃及 50℃两种温度下输送时，泵所消耗的功率（该泵的效率为 0.60） 。 （2）假设电价每千瓦小时（度）0.20 元，每吨 1.0atm（绝压）废热蒸汽 1.80 元，试比较 用废热蒸汽将油加热到 50℃再输送，比直接输送 15℃冷油的经济效果如何？（1atm 蒸汽潜 热为 2257.6kJ/kg） 解： （1）首先判断重油的流动类型， d=108 - 4×2=100mm，重油在管内流速为： 15℃时 50℃时 雷诺准数： 15℃时 50℃时u1 =40 × 1000 = 1.474m / s 3600 × 960 × 0.785 × 0.12 40 × 1000 u2 = = 1.59m / s 3600 × 890 × 0.785 × 0.12 Re1 = 0.1 × 1.474 × 960 = 41.25? 2000(层流） 3430 × 10 3 0.1 × 1.59 × 890 Re 2 = = 756.73? 2000(层流） 187 × 10 3（2）摩擦阻力损失：由于重油在两种不同温度下是流动类型均为层流，故可用泊谡叶 方程式求摩擦阻力造成的压头损失： 15℃时hf1 =32?1lu1 32 × 3430 × (430 + 20) × 1.474 = = 773.06m ρ1 gd 2 1000 × 960 × 9.81 × 0.123250℃时hf 2 =32? 2 lu 2 32 × 187 × (430 + 20) × 1.59 = = 49.04m ρ 2 gd 2 1000 × 890 × 9.81 × 0.12 ?p ?u 2 1.474 2 + + h f 1 = 20 + 0 + + 773.06 = 793m 2 × 9.81 ρg 2 g（3）泵在两种温度下输送重油的压头： 15℃时H e1 = ?z +50℃时H e2?p ?u 2 1.59 2 = ?z + + + h f 2 = 20 + 0 + + 49.04 = 69m ρg 2 g 2 × 9.8140000 × 793 × 960 × 9.81 = 144.06kw 3600 × 960 × 0.60 ×
× 69 × 890 × 9.81 = 12.5kw N= 3600 × 890 × 0.60 × 1000 N=（4）泵的轴功率 输送 15℃重油时 输送 50℃重油时（5）经济效果的比较： 输送 15℃重油比输送 50℃重油多消耗的功率为：144.06 - 12.54=131.52kw若按 1 小时计算，则多消耗 131.52kwh（即 132.52 度） 小时多消耗电费： ，11×132.52×0.20=26.304 元 将重油从 15℃加热至 50℃，每小时所需热量为：Q = 40000 × 1.675 × (50 ? 15) = 2345000kJ / h消耗蒸汽量D=Q 2345000 = = 1038.71kg / h = 1.04t / h r 2257.6加热重油所需消耗蒸汽的费用：1.04×1.80=1.872 元/时 从以上计算可知， 在上述蒸汽和电能的价值条件下， 将重油加热后再输送比直接输送冷 油是有利的。 内截面为 1000 × 1200mm 的矩形烟囱的高度为 30m 。平均分子量为 30kg / kmol 、平10均温度为 400°C 的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持 49 Pa 的真空度。在烟囱高度范围 内大气的密度可视为定值，大气温度为 20°C ，地面处的大气压强为 101.33 × 10 Pa 。流体3流经烟囱时的摩擦系数可取为 0.05，试求烟道气的流量为若干 kg / h 。 解： 取烟囱底端为上游截面 1 ? 1′ 、顶端内侧为下游截面 2 ? 2′ ，并以截面 1 ? 1′ 为基准水 平面。在两截面间列柏式，即：gZ 1 +式中u12 P1 u2 P + = gZ 2 + 2 + 2 + ∑ h f 2 ρ 2 ρZ1 = 0Z 2 = 30mu1 ≈ u 25由于烟道气压强变化不大，烟道气的密度可按 1.0133 × 10 Pa及400°C计算，即： 33ρ=PM 1.0133 × 10 5 × 30 = = 0.543kg / m 3 3 RT 8.316 × 10（273 + 400）以 ρ ′表示大气的密度，Pa1 与Pa 2 分别表示烟囱底端与顶端大气压强，即 ：P1 = Pa1 ? 49 Pa因烟囱顶端内侧压强等于同高度处的大气压强，故 P2 = Pa 2 = Pa1 ? ρ ′gZ 2 标准状况下空气的密度为 1.293kg / m 3，所以1.0133 × 10 5 Pa、 °C 时空气的密 20 度为：ρ ′ = 1.293 ×于是273 = 1.2kg / m 3 273 + 20Pa = Pa1 ? 1.2 × 9.81 × 30 = Pa1 ? 353Pa将以上各值代入柏式，解得：∑hf=( Pa1 ? 49) ? ( Pa1 ? 353) ? 9.81 × 30 = 266 J / kg 0.543 l u2 de 2 1 × 1 .2 = 1.09m 2(1 + 1.2)∑ hf = λ其中de = 4 ×烟道气的流速为：u=266 × 1.09 × 2 = 19.7m / s 0.05 × 30烟道气的流量为：wa = 3600uAρ = 3600 × 19.7 × 1.2 × 1 × 0.543 = 46210kg / h11 某工业燃烧炉产生的烟气由烟囱排入大气。烟囱的直径 d=2m， ε / d = 0.0004 。烟气3在 烟 囱 内 的 平 均 温 度 为 200 °C ， 在 此 温 度 下 烟 气 的 密 度 ρ 烟气 = 0.67 kg / m ， 粘 度? = 0.026mPa ? s ，烟气流量 qV = 80000m 3 / h 。在烟囱高度范围内，外界大气的平均密度 ρ air = 1.15kg / m ，设烟囱内底部的压强低于地面大气压 P1 (真空) = 0.2kPa ，试求3烟囱应有多少高度？ 试讨论用烟囱排气的条件是什么？增高烟囱对烟囱内底部压强有何影响？ 解： 列烟囱底部（1 截面）与顶部（2 截面）柏努利方程34ρ烟P1+ gz1 +u12 P u2 = 2 + gz 2 + 2 + ∑ h f 1? 2 2 ρ烟 2烟囱 d 1 = d 2 ， ∴ u1 = u 2z1 = 0 ， z 2 = HP1 = Pa ? P1 (真)P2 = Pa ? ρ air gH∑hu=f 1? 2=λH u2 d 2qV 80000 / 3600 = = 7.08(m / s ) 2 πd 0.785 × 2 2 4Re =ρud 0.67 × 7.08 × 2 = = 3.65 × 10 5 ?3 ? 0.026 × 10∴ 1-2 截面间柏努利方程为 ? P1 (真)ε / d = 0.0004 ，查表得 λ = 0.017= ? ρ air gH + gH + λH u2 ? d 2ρ烟ρ烟?0.2 × 10 3 1.15 × 9.81 1 7.08 2 = (? + 9.81 + 0.017 × × )H 0.67 0.67 2 2? 6.82 H = ?298.5H = 43.8(m)烟囱得以排气的必要条件是 ρ 烟 ? ρ 外 ， 若 ρ 烟 ≮ ρ 外 时， P1 ≮0，即无法起到抽吸作用。H 增加， P1 降低（即真空度增加） ，抽吸量增加。35
更多相关文档}