化工基础学习知识原理上习题集.doc

-! 第一章 一测量管道阻力的装置如图所示。已知D1=2D2，rHg=13.6103kg/m3，u2=1m/s，R=10mm，试计算“1-2”截面间阻力hf,1-2值，以J/kg为单位。 已知u2=1m/s，u1=u2/4=1/4=0.25m/s ∵ gz1+p1/r+u12/2= gz2+p2/r+u22/2+hf,1-2 又 (gz1+p1/r)－(gz2+p2/r)=(rHg－r)gR/r ∴ hf,1-2=(rHg－r)gR/r＋u12/2－u22/2 =12.69.810.010＋(0.25)2/2－1/2 =0.767J/kg 用泵自贮油池向高位槽输送矿物油，流量为 38.4T/h。池及槽皆敞口。高位槽中液面比池中液面高20m,管路总长(包括局部阻力)430m，进出口阻力不计。管径为φ1084mm，油的粘度为3430cP，密度为960kg/m3, 泵的效率为50%，求泵的实际功率。 Re=438.4103/(3600p0.103.43)=39.6 层流 l=64/Re=64/39.6=1.62 He=(z2－z1)＋8lLV2/(p2gd5)=H＋8lLw2/(p2gd5r2) =20+81.62430(38.4103/3600)2/(p29.810.1059602) =731m ∴Na=HeWg/h=731(38.4103/3600)9.81/0.50=153103 W =153kW 用离心泵将水由水槽送至水洗塔中，水洗塔内的表压为9.807104Pa，水槽液面恒定，其上方通大气,水槽液面与输送管出口端的垂直距离为 20m，在某送液量下,泵对水作的功为317.7J/kg，管内摩擦系数为0.018，吸入和压出管路总长为110m (包括管件及入口的当量长度，但不包括出口的当量长度)。输送管尺寸为φ1084mm，水的密度为1000kg/m3。求输水量为多少m3/h。 Ws=g(z2－z1)＋p2(表)/r＋u22/2＋Shf， Shf=l(L/d)u22/2 即 317.7=9.8120+9.807104/1000+(1+0.018110/0.10)u22/2 ∴u2=1.50 m/s ∴V=1.50(p/4) (0.10)2=1.1810-2 m3/s=42.5 m3/h 如图所示的管路系统中，有一直径为φ382.5mm、长为30m的水平直管段AB，在其中间装有孔径为16.4mm的标准孔板流量计来测量流量，流量系数Co为0.63，流体流经孔板的永久压降为6104 Pa，AB段摩擦系数λ取为0.022，试计算： ⑴液体流经AB段的压强差； ⑵若泵的轴功率为800W，效率为62%，求AB管段所消耗的功率为泵的有效功率的百分率。已知：操作条件下液体的密度为870kg/m3 ，U形管中的指示液为汞，其密度为13.6103 kg/m3。 uo =Co [2gR(ρi-ρ)/ρ]0.5 = 0.63[20.69.81(13.6103-870)/870] 0.5 =8.27m/s ； u=(do /d) 2 uo =(16.4/33) 2 8.27=2.043m/s；W=2.043[(π/4)0.0332 ]870=1.52kg/s； ⑴流体流经AB段的压强差 在A与B两截面间列伯努利方程(管中心线为基准面)： ZA g+(pA /ρ)+(uA 2 /2)=ZB g+(pB /ρ)+(uB 2 /2)+Σhf ；ZA =ZB；uA =uB； Σhf =λ(L/d)(u2 /2)+(6104 /ρ)=0.022(30/0.033)(2.0432 /2)+(6104 /870)=111J/kg； ∴pA -pB =ρΣhf =870111=9.66104Pa； ⑵Ne=8000.62=496W；AB段所消耗的功率 Nf=WΣhf =1.52111=168.7W ∴Nf/Ne=168.7/496=0.34=34％ 如图,离心泵将敞口槽中的碱液打入吸收塔,泵吸入管路为φ1084mm，长2m的钢管。泵压出管路为φ763mm,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Co=0.62，水银压差计读数R=456mm。吸收塔喷咀处压力为0.5kgf/cm2 (表压)，碱液密度ρ=1100kg/m3，泵的效率η=0.6，直管阻力系数λ=0.02(吸入、压出管道近似取相同值)，弯头ζ=0.75，标准阀ζ=6，闸阀ζ=0.17，孔板ζ=8，试求泵所需功率。 Ｖ=(π/4)0.0420.62[2g0.456(13.6103-1100)/1100] 0.5=0.00786m3/s u1=0.00786/[(π/4)0.12]=1.0m/s u2=1.0(0.1/0.07) 2=2.04m/s Σhf =(0.022/0.1+0.5)1.02/2g+(0.0230/0.07+40.75+6+0.17+8)2.042/2g =5.51m He=5.51+(20-1.5)+0.5104/1100+2.042/2g=28.77m Na=28.770.0078611009.81/(1030.6)=4.07kw 用泵将密度为850kg/m3，黏度为190cP的重油从贮油池送至敞口高位槽中，升扬高度为20m。输送管路为φ1084mm的钢管，总长为1000m(包括直管长度及所有局部阻力的当量长度)。管路上装有孔径为80mm的孔板以测定流量，其U形油水压差计的读数R=500mm。孔流系数Co=0.62，水的密度为1000kg/m3。试求: ⑴输油量是多少m3/h? ⑵若泵的效率为0.55，计算泵的轴功率。 ⑴u0=Co[2gR(ρi-ρ)/ρ] 0.5 =0.62[29.810.5(1000-850)/850]=0.816m/s Vh =0.8160.785(0.08)23600=14.76m3/h ⑵u=0.816(80/100) 2=0.522m/s Re=0.10.522850/(19010-3)=234<2300 λ=64/Re=64/234=0.274 Σhf =0.274(1000/0.1)(0.5222/2)=373.3J/kg We=209.81+373.3=569.5J/kg Na=Wew/η=569.5(14.76850/3600)/(10000.55)=3.61kw 如图所示，水从槽底部沿内径为100mm的管子流出，槽中水位稳定。阀门关闭时测得R=50cm，h=1.8m。 求：⑴阀门全开时的流量 ⑵阀门全开时B处的表压(阀全开时Le/d=15，入管口及出管口的阻力系数分别为0.5及1.0，设摩擦系数λ=0.018) 阀关时：(ZA+1.8)1000=0.513600 ZA=5m ⑴阀全开：对A-A和C-C截面列伯努利方程：gZA+pA/ρ+uA2/2=gZc+pC/ρ+uc2/2+ΣhA-B, 取Zc=0(基准面), 9.815=[0.018(50/0.1+15)+1+0.5](u2/2) 解出：u=3.02m/s V=(π/4)0.123.023600=85.4m3/h ⑵对A-A到B-B截面列伯努利方程：gZA=(pB/ρ)+(uB2/2)+ΣhA-B 9.815=(pB/ρ)+(3.022/2)+(0.01830/0.1+0.5)3.022/2 解出pB=1.76104N/m2（表） 如图所示输水系统。已知:管路总长度(包括所有局部阻力当量长度)为100m，压出管路总长80m,管路摩擦系数λ=0.025，管子内径为0.05m，水的密度ρ=1000kg/m3,泵的效率为0.8,输水量为10m3/h，求: ⑴泵轴功率N轴的值？ ⑵压力表的读数为多少kgf/cm2。 ⑴Na=Ne/η Ne=WWe W=101000/3600=2.778kg/s We--泵对单位质量流体所做的有效功。 为此：选取1-1与2-2截面，并以 1-1截面为基准面。在两截面间作机械能衡算： gZ1+(p1/ρ)+(u12/2)+We=gZ2+(p2/ρ)+(u22/2)+Σhf ∵Z1=0 Z2=2+18=20M p1=p2=0 u1=u2=0 We=gZ2+Σhf Σhf=λ(ΣL/d)(u2/2) u=(V/3600)/[(π/4)d2]=(10/3600)/(0.7850.052)=1.415m/s Σhf=0.025(100/0.05)(1.4152/2)=50.06J/kg We=9.8120+50.06=246.25J/kg Ne=WWe=2.778246.25=684J/s Na =Ne/0.8=684/0.8=855W ⑵再就3-3与2-2截面作机械能衡算，并取3-3为基准面 gZ3+(p3/ρ)+(u32/2)=gZ2+(p2/ρ)+(u22/2)+Σhf，压 ∵Z3=0 Z2=18 p2=0 u2=0 ∴p3/ρ=gZ2+Σhf，压-(u32/2)=9.8118+λ(L压/d)(u32/2)-(u32/2) =176.58+0.025(80/0.05)(1.4152/2)-(1.4152/2) =215.6J/kg p3=1000215.6=215.6103Pa p3=215.6103/(9.81104)=2.198kgf/cm2 (表) 某液体密度800kg/m3，粘度73cP，在连接两容器间的光滑管中流动，管径300mm，总长为50m(包括局部阻力当量长度)，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/Re0.25 ⑴在1-1面和2-2面之间，列伯努利方程式，以2-2面为基准面：u1≈u2≈0 gz1=Σhf，1-2 =λ(L/d)(u2/2) 设流体流动符合柏拉修斯公式：λ=0.3164/Re0.25 Re=duρ/μ ∴gz=(0.3164/Re0.25)(L/d)(u2/2)=[0.3164/(ρ/μ) 0.25] (L/d1.25)(u1.75/2) 即9.813.2＝[0.3164/（800/0.073）0.25]（50/0.301.25）（u1.75/2） ∴u=3.513m/s 验证：Re=0.33.513800/0.073=1.155104>3000，假设正确 ∴V=Au=(π/4)d2u=(π/4)(0.3) 23.5133600=893.9(m3/h) ⑵流量减半，即流速减半 u=3.513/2=1.757m/s Re=5775符合柏拉修斯式条件 在1-1面至2-2面之间：gz=[(0.3164/Re0.25)(L/d)+ζ](u2/2) 即9.813.2＝[（0.3164/57750.25）（50/0.30）+ζ]（1.7572 /2） ∴ζ＝14.3 黏度为30cP、密度为900kg/m3的液体，自Ａ经内径为40mm的管路进入Ｂ，两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门。当阀全关时，阀前后压力表读数分别为0.9at和0.45at。现将阀门打至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m，阀前管长50m，阀后管长20m(均包括局部阻力的当量长度)。试求： (１)管路的流量 m3/h？ (２)定性说明阀前后压力表读数有何变化？ (1)阀全关时： 9009.81z1 = 0.99.81104 \ z1= 10 m 9009.81z2 = 0.459.81104 \ z2= 5 m 阀部分打开时：设管内流体层流 10-5=32300.001(50+30+20)u/(9009.810.042) \u = 0.736 m/s 校核Re:Re=0.0400.736900/0.030 = 883 , 层流，所设正确，计算有效。 则 V = (p/4) (0.040)20.7363600 = 3.33 m3/h (2)阀部分打开时，p1下降，p2上升。 在管路系统中装有离心泵，如图。管路的管径均为60mm,吸入管长度为6m,压出管长度为13米,两段管路的摩擦系数均为λ=0.03,压出管装有阀门,其阻力系数为ζ=6.4，管路两端水面高度差为10m，泵进口高于水面2m，管内流量为0.012m3/s试求： ⑴泵的扬程； ⑵泵进口处断面上的压强为多少； ⑶如果是高位槽中的水沿同样管路流回，不计泵内阻力，是否可流过同样流量。(用数字比较) 注：标准弯头的局部阻力系数ζ=0.75，当地大气压强为760mmHg，高位槽水面维持不变。 ⑴u=V/[(π/4)d2]=0.012/[(π/4)0.062]=4.24m/s 吸入管阻力损失： Shf.s=0.5u2/2g+0.75u2/2g+0.03(6/0.06)(4.242/2g)=(0.5+0.75+3)4.242/(29.81)=3.90m 压出管阻力损失Shf.D =(20.75+6.4+1+0.0313/0.06)4.242/2g=14.1m 故泵的扬程为H=△Z+△p/(ρg)+ Shf =28m ⑵在泵进口断面上，从液面至此截面列伯努利方程： 0=pb/(ρg)+2+4.242/(29.81)+ Shf.s = pb/(ρg)+2+0.92+3.9 ∴pb=0.682at(真) ⑶当高位槽沿原路返回时，在槽面与水面间列伯努利式：10=Shf，s′+Shf，D′ 10=[（0.5+0.75+0.03(6/0.06)+20.75+6.4+1+0.03(13/0.06)]u2/2g ∴u′=3.16m/s V′=8.9310-3m3/s 流量小于原值 第2章 流体输送 用离心泵输液进塔，塔内表压0.45at,原料槽内表压0.15at，塔内出液口比原料槽液面高8m，管长共25m(包括局部阻力),管内径50mm,摩擦系数0.02｡液体密度800kg/m3｡泵的特性:He=26-1.15105V 2 (He--m,V--m3/s),求流量及有效功率｡ 管路特性: He′= (z2-z1) + (p2-p1)/(ρg) + ΣHf =8+(0.45-0.15)10/0.8+8λLV 2/(p 2gd5) =11.75+1.32105V2 泵的特性:He = 26-1.15105V2 He = He′,解得 V = 7.6010-3 m3/s 则 He = 26-1.15105(7.6010-3)2 = 19.4 m Ne = HeVρg = 19.47.6010-38009.81 = 1.16103 W 用泵输液经换热器进塔。塔内表压0.8kgf/cm2。排出管内径106mm,管长150m(包括局部阻力),摩擦系数0.03。液体密度960kg/m3。液体流经换热器的压力损失为0.8at。吸入管阻力1m液柱。排出及吸入管内流速1.5m/s。当地气压1atm。液体在工作温度时的饱和蒸汽压可按20℃水计。敞口液槽液面至塔内出液口的升扬高度为12m。试求: (1)下列泵中最合适的泵型｡ (2)采用最合适的泵,其最大的吸液高度｡ 型号 V He η [Hs] ( m3/h) ( m ) (%) (m) 2B19 22 16 66 6.0 3B57A 50 37.5 64 6.4 4B91 90 91 68 6.2 (1)He′= (z2-z1)+(p2-p1)/(ρg)+ΣHf,吸+ΣHf,排+ΣHf,热 = 12+0.89.81104/(9609.81)+1 +0.03［150/(0.106)］1.52/(29.81) +0.89.81104/(9609.81) =34.5 m V = u(π/4)d23600 = 1.50.785 (0.106)23600 = 47.65 m3/h 由于(V, He′)点在3B57A及4B91型泵的He～V曲线下方,故这两种泵均可用,但(V, He′)点更靠近3B57A型泵的He～V曲线,可减少关小阀的能耗,且二泵效率相近,故选用3B57A型泵最合适｡ (2)Hg,max= [Hs] 1000/960-u2/(2g)-ΣHf,吸 = 6.4/0.96-1.52/(2 9.81)-1= 5.55 m 生产要求以18m3/h流量将饱和温度的液体从低位容器Ａ输至高位容器Ｂ内。液体密度960kg/m3，粘度与水相近。两液位高度差21m，压力表读数：pA= 0.2at , pB= 1.2at。排出管长50m、吸入管长20m(均包括局部阻力)，管内径50mm，摩擦系数0.023。现库存一台泵，铭牌标明：扬程44m，流量20m3/h，此泵是否能用？若此泵能用，该泵在18m3/h时的允许气蚀余量为2.3m，现拟将泵安装在容器A内液位以下9m处，问：能否正常操作？ 可见，管路要求V=18m3/h,He′=42.1m,而该泵最高效率时：V=20m3/h , He=44m,管路要求的（V，He′）点接近最高效率的状态，故此泵适用。 故可正常工作。 如图的输水系统。已知管内径d=50mm,在阀门全开时输送系统的Σ(L+Le)=50m, 摩擦系数可取λ=0.03, 泵的性能曲线, 在流量为6m3/h至15m3/h范围内可用下式描述: He=18.92-0.82V 0.8，此处He为泵的扬程m,V为泵的流量m3/h, 问: ⑴如要求流量为10m3/h，单位质量的水所需外加功为多少?单位重量的水所需外加功为多少?此泵能否完成任务? ⑵如要求输送量减至8m3/h(通过关小阀门来达到)，泵的轴功率减少百分之多少?(设泵的效率变化忽略不计) (1)当V1=10m3/h， 所需外加功Ws=gDz＋Shf =9.8110+80.0350(10/3600)2/(p20.0505) =128.1 J/kg He’=Ws/g=128.1/9.81=13.06 J/N 泵的扬程 He=18.92－0.82(10)0.8=13.75 J/N ∵He>He’，故此泵能完成任务。 (2)V1=10m3/h时，He,1=13.75m, V2=8m3/h时，He,2=18.92－0.82(8)0.8=14.59m, ∵轴功率Na=HeVrg/h，其中r、g、h均为常量， \ (Na,1－Na,2)/Na,1=(He,1V1－He,2V2)/(He,1V1) =(13.7510－14.598)/(13.7510) = 0.151 第三章 板框压滤机框空的长、宽、厚为250mm250mm30mm,共8只框,以此压滤机过滤某悬浮液,已知过滤常数K=510-5m2/s,滤饼与滤液体积比υ=0.075,过滤至滤框充满滤饼时共需15min。｡求表示单位面积滤布阻力的qe 。 滤饼充满滤框时的滤液量V = (80.250.250.030)/0.075 = 0.2 m3 相应的 q = V/A = 0.2/(80.250.252) = 0.2 m3/m2 ∵q2+2qqe = Kτ 即 0.22+20.2qe = 510-51560 ∴qe = 0.0125 m3/m2 某板框过滤机框空的长、宽、厚为250mm250mm20mm,框数为8, 以此过滤机恒压过滤某悬浮液,测得过滤时间为8.75min与15min时的滤液量分别为0.15m3及0.20m3，试计算过滤常数K。 过滤面积A = 820.250.25 = 1.0 m2 已知: τ1 = 8.75 min V1 = 0.15 m3 τ2 = 15 min V2 = 0.20 m3 ∵V2+2VVe = KA2τ 可得 0.152+20.15Ve = K128.75 (1) 0.202+20.20Ve = K1215 (2) (1)、(2)式联立,解得 K = 0.0030 m2/min = 5.010-5 m2/s 已知直径为40μm的小颗粒在20℃常压空气中的沉降速度ut = 0.08m/s。相同密度的颗粒如果直径减半,则沉降速度ut’为多大？(空气密度1.2kg/m3,黏度1.8110-5Pas ，颗粒皆为球形) dp = 40μm的颗粒 Rep = dputρ/μ= 4010-60.081.2/(1.8110-5) = 0.21 < 2 沉降属斯托克斯区，则直径减半的颗粒粒径dp = dp/2的沉降必亦属于斯托克斯区｡ ∵ut = gdp2(ρs-ρ)/(18μ) 即 ut/ut = (dp)2 /(dp)2 ∴ ut= [(dp)2 /(dp)2]ut = (1/2)20.08 = 0.02 m/s 以某叶滤机恒压过滤某悬浮液,过滤1.5小时得滤液30.3m3。过滤介质阻力可略。试问:(1)若再过滤0.5h,操作条件不变,又可得多少滤液? (2) 在上述条件下共过滤2h后以4m3水洗涤滤饼,水与滤液黏度相同,洗涤与过滤压力相同,求洗涤时间是多少？ (1) ∵V2 = KA2t 则(V2/V1)2 = t2/t1 即 (V2/30.3)2 = 2/1.5 ∴V2 = 35.0 m3 可多得滤液 V2-V1 = 35.0-30.3 = 4.7 m3 (2) ∵(dV/dt)E = KA2/(2VE) = VE/(2tE) = V2/(2t2) = 35.0/(22) = 8.75 m3/h ∴ tw = Vw/( dV/dt)w = Vw/( dV/dt)E = 4/8.75 = 0.457h = 27.4 min 用某叶滤机恒压过滤钛白水悬浮液。滤叶每侧过滤面积为(0.81)2m2,共10只滤叶。测得:过滤10min得滤液1.31m3；再过滤10min共得滤液1.905m3。已知滤饼与滤液体积比n=0.1。试问:(1)过滤至滤饼厚为21mm即停止,过滤时间是多少? (2) 若滤饼洗涤与辅助时间共45min,其生产能力是多少?（以每小时得的滤饼体积计） (1) ∵V2 + 2VVe = KA2t 由题意得 1.312 + 21.31Ve = KA210 (a) 1.9052 + 21.905Ve = KA220 (b) (a)、(b)联立,解得 KA2= 0.2076 m6/min,Ve = 0.1374 m3 又 A = 1020.812 = 13.12m2 过滤终了时,共得滤液量VE = 13.120.021/0.1 = 2.755 m3 由 2.7552 + 22.7550.1374 = 0.2076tE,∴tE = 40.2 min (2) 生产能力 = nVE /(tE+tw+t辅) = 0.12.755/(40.2+45) =3.2310-3 m3/min = 0.194 m3/h(滤饼) (2) 生产能力 = nVE /(tE+tw+t辅) = 0.12.755/(40.2+65) = 2.6210-3 m3/min(滤饼) = 0.157 m3/h(滤饼) 以长3m、宽2m的重力沉降室除气体所含的灰尘。气体密度ρ= 1.2kg/m3、黏度μ= 1.8110-5PaS。尘粒为球形，密度ρ=2300kg/m3。处理气量为每小时4300m3。 求：（1）可全部除去的最小尘粒粒径dp,1；（2）能除去40%的尘粒粒径dp,2。 4、 传热 流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程通过,温度由150℃降至80℃;壳程冷却用软水,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。已知气体侧的对流给热系数远小于冷却水侧的对流给热系数。 试求: 1.冷却水用量; 2.如进口水温上升为20℃,仍用原设备要达到相同的气体冷却程度,此时出口水温将为多少度?冷却水用量为多少? 管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计。气体的平均比热为1.02kJ/(kg·K),水的比热为4.17kJ/(kg·K),不计温度变化对比热的影响。 解:(1)冷却水用量 Q=W1cp1(T1-T2)=W2cp2(t2-t1) Q=20001.02(150-80)=W24.17(65-15) =14.3104kJ/h W2=14.3104/(4.17(65-15))=685kg/h (2)由题知 αi<<αo ∴ 原情况 Q=Ki·Ai·Δtm=αi·Ai·Δtm (1) 新情况 Q=Ki·Ai·Δtm=αi·Ai·Δtm (2) 因气体的冷却任务没有变化 Q=Q 气体的流量及管子尺寸没有变化 αi=αi 两种情况都用同一设备 Ai=Ai 比较式1及式2 得: Δtm=Δtm 原情况 Δt1=150-65=85℃ Δt2=80-15=65℃ Δt1/Δt2=85/65=1.3<2 Δtm=(85+65)/2=75℃ 新情况 Δt1’=150-t2 Δt2=80-20=60℃ Δtm=[(150-t2)+60]/2=75℃ 解得 t2=60℃ Δt1=150-60=90℃ Δt1’/Δt2’ =90/60=1.5 故Δtm用算术平均值计算是可以的. 新情况的热衡算: W24.17(60-20)=20001.02(150-80) W2=856kg/h 需将水量调至856kg/h。 有一台套管换热器,内管为φ382.5mm钢管,外管为φ573mm钢管,换热管总长36m,逆流操作,管内走水,将管间4200kg/h的苯液从65℃冷却到35℃,水温从25℃升到35℃,现已知苯侧对流给热系数为2030W/(m2·K),水侧对流给热系数为6610W/(m2·K),苯侧垢层热阻为0.18(m2·K)/kW,苯液比热cP1=1.80kJ/(kg·K),钢导热率λ=45W/(m·K)。试计算 (1)该换热器传热系数K (2)水侧垢层热阻Ra2 Q=W1cp1(T1-T2) =(4200/3600)1.81000(65-35)=63000W A1=πd1L=3.140.03836=4.295m2 Δtm=(Δt1-Δt2)/Ln(Δt1/Δt2) =((65-35)-(35-25))/Ln(30/10)=18.2℃ K1=Q/(A1Δtm)=63000/(4.29518.2) =805.95W/(m2K) (2) Rs2=1/K-(1/α1+bA1/(λAm)+Rs1+A1/(α2A2)) =1/805.95-(1/2030+0.002538/(4535.5)+0.18/1000+38/(661033)) =0.000334(m2K)/W 用一传热面积为3m2由φ252.5mm的管子组成的单管程单壳程列管式换热器, 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2.0kJ(kg·K);水侧和油侧的对流给热系数分别为2000W/(m2·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, 水流量亦不变，该换热器是否合用? 如何解决? (假设传热系数不变) Δtm=(132.6-90)/Ln(123.6/90)=110℃ 1/K1=1/a 1+d1/( a 2d 2)=1/250+25/(200020) K1=216.2W/(m2·K) A1=Q1/(KΔtm)= 2.40108/(216.23600110)=2.8m2<3m2 故适用 (2) t1=30℃时 t2=30+2.40105/(10004.18)=87.4℃ Δtm=(112.6-70)/Ln(112.6/70)=89.6℃ A1=2.40108/(360089.6216.2)=3.44m2>3m2 不适用 解决办法是调大水量, 使t2↓,Δtm↑,并使α↑, K↑ 有一套管换热器, 内管为φ542mm,外管为φ1164mm的钢管, 内管中苯被加热, 苯进口温度为50℃, 出口温度为80℃, 流量为4000kg/h。环隙为133.3℃ 的饱和水蒸气冷凝, 其汽化热为2168.1kJ/kg,冷凝给热系数为11630W/(m2·K)。 苯在50℃～80℃之间的物性参数平均值为密度ρ=880kg/m3, 比热cp=1.86kJ/(kg·℃),黏度μ=0.3910-3Pa·S, 导热率λ=0.134W/(m·K), 管内壁垢阻为0.000265(m2·℃)/W,管壁及管外侧垢阻不计。试求: (A)加热蒸汽消耗量; (B)所需的传热面积 (C)当苯的流量增加50%,要求苯的进出口温度不变, 加热蒸汽的温度应为多少? (1) Q=Wcp(t2–t1)=40001.86(80–50)=2.232105kJ/h D=2.232105/2168.1=103kg/h (2) u=4000/(36000.7850.052880)=0.643m/s Re=(0.050.643880)/(0.3910–3)=7.25104>104 Pr=1.861030.3910–3/0.134=5.41 ai=0.023(0.134/0.05)(7.25104) 0.8(5.41) 0.4=936.3W/(m2·K) ∴Ki=707.9W/(m2·K) ℃ 2 W=1.5W=1.54000=6000kg/hA=Q/(KΔtm)= 2.232105/(707.967.23.6)=1.30m Q=1.5Q=2.2321051.5=3.348105kJ/h αi=(1.5) 0.8α=936.31.383=1295W/(m2·K) Ki′=895.4W/(m2·K) Δtm=Q/(AK)= 3.348105/(895.41.303.6)=79.9℃ ∴T’=145.6℃ 有一列管换热器,用-15℃的液氨蒸发来冷却空气。空气在换热器的薄壁列管内作湍流流动,由40℃冷却到 -5℃,液氨侧的对流给热系数为1880W/(m2·K),空气侧的对流给热系数为:46.5W/(m2·K)。忽略管壁和污垢热阻。求 (A)平均温度差; (B)总传热系数; (C)若空气流量增加20%,其他条件不变,总传热系数将变为多少? (D)为保证空气流量增加后的冷却程度不变,在以后设计换热器时,可采取什么措施? Δtm =((40-(-15))-(-5-(-15)))/Ln(55/10)=26.4℃ 1/K=1/46.5 + 1/1880 K≈45.4W/(m2·K) 如流量增加20% 由于Nu =0.023Re0.8Pr0.3  α2/α1=(W2/W1)0.8 ∴α2=α1(1.2/1)0.8=1.15746.5=53.8W/(m2·K) 此时 1/K2=1/53.8+1/1880 K2=52.3W/(m2·K) 流量增加后,要求空气的冷却程度不变。 W1cpΔt1=K1 A1Δtm1 W2cpΔt2 =K2A2Δtm2 其中W2=1.2W1 Δtm1=Δtm2 则W1/W2 =K1A1/K2A2 ∴ A2/A1 =1.245.4/52.3=1.042 故设计换热器时若使面积