化工原理计算题DOC.docx
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化工原理计算题DOC
流体流动、流体输送机械习题
主要计算公式:
1、
2、
流体静力学基本方程式:
流体的速度、体积流量、
P十oigh或Z+需二常数
质量流量及质量流速之间的关系:
qv
圆管:
qv
u=
匕d2
4
qm
uAP
=qm
A
3、稳定流动时的连续性方程:
对任一截面:
UAP二qm=常数
对不可压缩流体:
uA=常数
4、柏努利方程:
gw+X+P.gn+HLa"2^*2P
不可压缩、有外功加入的实际流体柏努利方程:
ufP]
十3十〒十We=g®十
gzi
We
或
hf
hf=
u2
5、流体通过直管的摩擦阻力:
6、摩擦因数(系数)
层流(Re■2000):
层流时直管摩擦阻力:
32A|u
duP
hf2
fgPd2
湍流(R^=3^10~10),且在光滑管内流动时:
0.3164
柏拉修斯
(Blasius)式
7、局部阻力计算
hf
(1)当量长度法
u2
(2)阻力系数法
&流体输送设备消耗的功率
皆pgqH
9、并联管路
Vi
V2
也hf1=也hf2=也hf3
=AhfA_B
\/3
10、分支管路
2
U2+
2
11、毕托管(皮托管)
12、孔板流量计:
U=J2gR(p「p
久=酗。
严5「p
13、离心泵的安装高度(防止汽蚀)
(1)允许吸上真空(高)度HS:
是指泵入口处P1可允许达到的最高真空度,其表达式为:
H_Pa-p
Hs-
pg
N/m2;
HS—离心泵的允许吸上真空高度,m液柱;Pa—大气压,
kg/m3
列出槽面0—0与泵入口1—1截面间的柏努利方程式,
P
—被输送液体的密度,
如图,以贮槽液面为基准,
则:
P1,,U1
Hg
Pa-R_U1_送Hf
pg2g
P0=PaI—0*
Hg
(a)
2
Hg
U^-2:
H
此式用于计算泵的安装高度
2g
dIJ管件ZHf
(2)汽蚀余量也h:
18m
3
擦系数0.025,管内径0.05m,当流量为10m3/h时泵效率为80%,求:
(1)泵的轴功率;
(2)压力表读数。
(取=1000kg/m3)
解:
(1)如图取1-1、2-2截面,以1-1截面为基准列柏努利方程:
gZ1+詈诗+%=gz2诗烤<;Wf
Tz,=O;Z2=2+18=20m;口=p2;0,=比=0
W^gz^ZWf
2
WWf=J+leu
W^gz^+ZWf=9.81X20+50.06=246.26[J/kg]
有效功率
Pe=qmWe=qv血=3600x1000x246.26=684[J/S]
轴功率
-——=855[J/s]80%
(2)以3-3截面为基准,在3-3、2-2截面间列柏努利方程:
=40.04[J/kg]
■P3=gz3+SWf3d
2u
2
22eu28014152
e—=0.025
d20.052
u214152
-y=9.81x18+40.04-二一=215.6[J/kg]2、欲用离心泵将20r水以30m3/h的流量由水池打到敞口咼位槽,两液面均保持不变,液面咼差为18m,泵的吸入口在水池上方2m处,泵的吸入管路全部阻力为1m水柱,压出管路全部阻力为3m水柱,泵效率60%。
求:
(1)泵的轴功率;
(2)若允许吸上真空高度为5m,用上述安装高度是否合适?
(=1000kg/m3;
动压头可略)
解:
(1)如图,取1-1、2-2截面,以1-1截面为基准列柏努利方程:
22
+_P^+巴+He=Z2+-P^+Zhf1
pg2g中2g
已知.Zi=0,Z2=18m.Pi=p2,Ui=U2=0
He=Z2+送=18+1+3=22(m)
泵的轴功率:
PeqvHePg30x22x1000x9.81
Pa
360^60%=2997.^3kW
Hg=Hs
(2)
2
U^-ZHf=5-0-1=4(m)
2g
Hg>2口匸.安装高度合适。
3、如图所示,已知管内径d=50mm,在正常输水中管总长(包括当量长)为60m,摩擦系数为
08
0.023,泵的性能曲线方程是H"9-0.88q「。
问:
(1)流量为10m3/h时输送每立方米的水需外加功为多少?
此泵是否可以胜任?
(2)当调节阀门使流量减到8m3/h时,泵的轴功将如何变化?
(不考虑泵效率改变)
解:
(1)如图,取1-1、2-2截面,以1-1截面为基准列柏努利方程式:
22
gz1+~p1+U^+We=gz2+罟+号^+送hf1/
Zi=0;Z2=10m;pi=p2;Ui=U2=0
We=gz2+2:
hf2
qv10/3600
u==2=1.415[m/s]
兀.20.785X0.05
—d
无hfid
==0.023咒总咒^415=27.6[J/kg]
d20.052
W4=gz2+2hf,/=9.81x10+27.6=125.7[J/kg]
即每千克质量水需要125.7J功,每m3水需要125.7X103J,或125.7kJ。
此时需要压头为:
H需=W
g
1257
—=12.8[J/N]=12.8[m]
9.81
泵在此时可提供的压头为:
H
=19-0.88x100.8=13.4[m]
HaH需故泵可以胜任。
P_pgqvH
an
3
=8m/h时:
H'=19-O.88%80.8=14.4[m]
_Hq;Pg/nHqvPa原"HqvPg/n"甌
即变化后轴功率是原来的
巳改
=^^=0.8613.4^10
0.86倍。
Pa改-卩3原_HqV-Hqy_14.4%8-13.4%10_口%Pa原
即变化后轴功率降低了14%。
4、从水池用离心泵向高位槽送水,要求水的流量为
3
18m/h,已知进出泵的输水管为恥0X工5mm的钢管,高位槽水面距水池面高20m,全管线总阻力损失为25倍动压头。
今有一台离心泵,其性能为
qv=20m3/h,H=30.8m,n=0.62(最高效率点0.65),
Hqv
13.4x10
问此泵能否用?
解:
管内流速:
u=王=——
%23.14
44
18/3600
60-=2.27[m/S](1000)
选截面1-1、2-2,以1-1截面为基准列柏努利方程式:
乙=0;Z2=20m;P=P2;Ui=U2=0
He=Z2+无hf1_2
2
=20+25—=20+25
2g
2.272
莎廿6.6[m]
H=30.8m>He
如附图所示,用泵将贮te中的某油殆以40品血的流吊[输送圣高位樽匚两僭的液位ffi定.H相S20m,输送管内lOOnmb菅了总K:
^j45m(WSi所有局部阻力的为吊艮度h已如油品的密度力旳0炮加?
+粘度为0一4叫Pd注+试讣算泵所嗣的效功率.
^24附用
敝"二丄二人叫二1・4血/$
上沪0.785x0.1-
4
6464
二Z=——==0J47
Re25S.6
在贮槽1截血到高位槽2a而问列柏黔力方私
俯牛如卡呦+乡+品+旳
简化:
出二Zig+三耳
.PTTF"/+工丨g1广arnr斗1.41亍tiJ
llj:
工口f=£—=024/X—X=111.27/fc
'd20.12'
二托0=20:
•9.81+111.2=307VJ7馆
Ne=他•吐=■匕y=307.4X4%6oO工890=5039.817決5・0电厲圧
传热
1、现测定一传热面积为2m2的列管式换热器的总传热系数K值。
已知热水走管程,测得其流量为1500kg/h,进口温度为80C,出口温度为50C;冷水走壳程,测得进口温度为15C,出口温度为30C,逆流流动。
(取水的比热
cp=4.18X103J/kg-K)
解:
换热器的传热量:
Q=qmcp(T2—T1)=1500/3600X4.18X103X(80—50)=52.25kW
50
传热温度差△tm:
热流体80f冷流体30J
△t1=50,
△t2=35
△b50c—=—<2虫t235
传热温度差△tm可用算数平均值:
11dm.b.1dm
以管平均面积为基准,KJdi几gd0)
Am=nirdmL.
列管长度:
4程时,只是ai变大:
ai=0.023(入/d)Re0.8Pr0.4,u变大,Re=dup/卩变大
(2)管程为
强制湍流时:
4程A/=1/4A(单程),贝4程时u,=4u(单程)有5(4程)=40.8ai(单程)=40.8X520=1576.34W/m2-E
K'=1121.57W/m2「C
空气在管内的对流传热系数;
求换热器的总传热系数(以管子外表面为基准)通过计算说明该换热器能否满足要求;计算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度。
3、有一列管式换热器,装有©25X2.5mm钢管320根,其管长为2m,要求将质量为8000kg/h的常压空气于管程由20C加热到85C,选用108C饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。
若水蒸汽的冷凝传热膜系数为1X104W/m2•K,管壁及两侧污垢热阻均忽略不计,而且不计热损失,已知空气在平均温度下的物性常数:
入=2.85X10-2W/m-K,卩=1.98X10-5N-s/m2,cp=1kJ/kg•K,Pr=0.7。
试求:
(1)
(2)
(3)
(4)
0.6VPr=0.7v160
l/d=2/0.02=100>50
=0.023XI-
传热系数ai3
Re0.8Pr0.4
=0.023X・85"0X223434308X0.70'4
0.02=85.68W/m2-K
11+1do
Ka。
3di
(2)总传热系数(以管外径为基准)
1_1+25
—4T
K^1085.6820解得:
K=68.08W/m2•K
A^mCp阳J
实际所需传热面积:
Ktm
108
20
2
该换热器所能提供传热面积A':
A・=n別二320%31"0.025%2^50.2^
有:
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