中南大學傳遞過程原理--習題---解答_第1頁
中南大學傳遞過程原理--習題---解答_第2頁
中南大學傳遞過程原理--習題---解答_第3頁
中南大學傳遞過程原理--習題---解答_第4頁
中南大學傳遞過程原理--習題---解答_第5頁
已閱讀5頁,還剩37頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領(lǐng)

文檔簡介

1 傳遞過程原理 習題(部分)解答 2014 第一篇 動量傳遞與物料輸送 3、流體動力學基本方程 1測量流速的 附圖所示,設(shè)被測流體密度為 , 測壓管內(nèi)液體的密度為 1,測壓管中液面高度差為 h。證明所測管中的流速為: v = 21 1) 解: 設(shè)點 1 和 2 的壓強分別為 2,則 1 2=( 1 在點 1 和點 2 所在的與流體運動方向垂直的兩個面 1和 2之間列 1 =2 +22 , 即 1;2 =22 ( 將式代入式并整理得: v = 21 1) 3 1用離心泵把 20的水從貯槽送至水洗塔頂部,槽內(nèi)水位維持恒定。各部分相對位置如附圖所示。管路直徑均為 76 操作條件下,泵入口處真空表 讀數(shù)為 103流經(jīng)吸入管和排出管(不包括噴頭)的能量損失 分別按 =2 2 和 =10 2 計 ,由于管徑不變,故式中為吸入管和排出管的流速 ( m/s)。排水管與噴頭連接處的壓力為 104壓)。試求泵的有效功率。 解: 查表得, 20時水的密度為 設(shè)貯槽液面為 1,泵入口處所在的與流體運動方向垂直的面為 2,排水管與噴頭連接處的內(nèi)側(cè)面為 3, 以貯槽液面為 水平 基準面, 則 (1) 在 1和 2之間列 程,有 0 = ;真空 + 22 +22 ( 將已知數(shù)據(jù)帶入: 0= 得到 2=(即 =2 m/s) (2) 在 1和 3之間列 程:即 4 = 14+ + 22 +,1 +,2 ( 代入已知數(shù)據(jù)得: 4 8070/(3) 根據(jù)泵的有效功率 A 2 () 2 10105 湍流假設(shè)成立! 1 用壓縮空氣 將密度為 1100kg/兩槽的液面維持恒定。管路尺寸均為 60 他尺寸見附圖。各管段的能量損失為 B= D= 2, D=。兩壓差計中的指示液均為水銀。試求當 5h=200:( 1)壓縮空氣的壓力 2) U 形管壓差計讀數(shù) 多少? 解: 設(shè)低位貯槽液面為 1, B 點所在的與流體運動方向垂直的面為 2, C 點所在的與流體運動方向垂直的面為 3,高位槽的5 液面為 4。 (1) C+5 g+ 入數(shù)據(jù)后得到: 1100 3600 59473 (2) 在 2和 3之間列 程,有: = 5+ +2 將式整理 、 并將式代入后,得: 59473/1100=5 由此得出: 2=( =s) (3) 在 1和 4之間列 程,有: 1 = 10+2 由此得 : 10 1100=174733 105 (4) 在 2和 4間列 程,有: +22 = 7+2 由此可得出: 7 1100=96382 5) 根據(jù)流體靜力學原理,由圖可知, 代入數(shù)據(jù)得: 96382=13600 100 出: m=706 1 在圖示裝置中,水管直徑為 57 當 閥門全閉時,壓力表讀數(shù)為 氣壓,而在閥門開啟后,壓力表讀數(shù)降至 氣壓,總壓頭損失為 水的流量為若干 m3/h? 解:據(jù)題意,設(shè)水槽液面為 1,出水管出水端內(nèi)側(cè)面為 2,以出水管中軸線為水平基準面。 ( 1)當閥門全閉時,據(jù)流體靜力學原理,可得:水槽液面的高度為3 米; 閥門開啟后, 在 1和 2之間列 3 = + 22 +入數(shù)據(jù)得: 3=20000/(1000 2/(2 出: =3 m/s ( 2)水的流量 A=3 3600=m3/h ( 3) Re= =3 1000/(10105 2300 屬于湍流 1 本題附圖所示的貯槽內(nèi)徑為 2m,槽底與內(nèi)徑為 32鋼管相連,槽內(nèi)無液體補充,其液面高度 2m(以管子中心線為基7 準)。液體在管內(nèi)流動時的全部能量損失可按 0 2公式計算,式中為液體在管內(nèi)的流速( m/s)。試求當槽內(nèi)液面下降 1m 時所需的時間。 解: 屬于 不穩(wěn)定流動 。 設(shè) 在某時刻 t,貯槽液面下降至高度為 h 處。在貯槽的瞬時液面1與管子出口內(nèi)側(cè)截面 2間列 程,設(shè)液體在管內(nèi)流動為湍流,速度的校正系數(shù)為 1,則 : ( 1)在 1和 2間列 程,得 = 22 +202,即 由此得出 u = ( 2)由瞬時物料衡算,有 4 2 = 4 2 , 即 ()2 將式代入式,得: ()2 = ( 2 =5661 確定邊界條件: t=0 時, h0=m, t=t 時 , m,對式積分得: t=2(12)=4687 s (約 8 5. 流體流動阻力與管路計算 1某輸水管路,水溫為 10,求:( 1)當管長為 6m,管徑為 76 水量為 ;( 2)當管徑減小為原來的 1/2 時,若其他條件不變,則阻力損失又為多少? 解: (1) 據(jù)題意, l=6m, d=769s=000m3/s=8 10-5 m3/s, 查表得 10水的密度 和粘度分別 為 10則 u, 得出:流速 u=8 1010-2 m/s =10101131 此,直管沿程阻力系數(shù) =64/4/1131=力損失為: = 22 =(6/ (10=10(2) 當管徑縮小為原來的 一半 , 其他條件不變時,流速將變?yōu)樵瓉淼?4倍, 變?yōu)樵瓉淼?2 倍,即 131 2=22624000 查摩狄摩擦系數(shù)圖中流體力學的光滑管曲線得, 為 105時 ,摩擦系數(shù) 光滑 =由此得 : =4 光滑 =煙囪的高度為 H,則 煙氣的沿程阻力損失為: (H/ 1+(1/273) 260=囪頂端 大氣 的 壓力 P=H= 真空度 設(shè)煙囪下端截面為 1,煙囪頂端截面為 2,煙囪下端所在平面為基準面,在 1和 2間列 程: 1 = +2 +, 代入數(shù)據(jù)得: 9H/整理得: H 35 m 1水塔每小時供給車間 90水管路為 114 4有縫鋼管,總長為 160m(包括各種管件及閥門的當量長度,不包括進出口損失)。水溫為 25,水塔液面上方及出水口均為常壓。問水塔液面應高出管路出水口若干米才能保證車間用水量。設(shè)水塔液面恒定不變,管壁粗糙度為 10 解: 據(jù)題意得: 水溫為 25,查表得其密度為 =粘度 =10a. s, 輸水管直徑 d=11406 l=160m, 0m3/h=90 600s=m3/s, 則流速 u=s 則: 10105, 相對粗糙度 /d=06=圖 1 : 摩擦系數(shù) =水輸送過程中能量損失總計為 : (160/ ( J/水塔液面上方需超出管路出水口 H 米,水塔液面為 1,出水口內(nèi) 截面為 2( 設(shè)為 水平基準面),在此兩截面間列 程,得 : g = 22 +, 數(shù)據(jù)得: H=(4+m 11 1為測定 90彎頭的局部阻力系數(shù) ,可采用本題 附圖所示的裝置。已知 總管長為 10m,管內(nèi)徑 d 為 50擦系數(shù) 箱液面恒定。實驗數(shù)據(jù)為: 截面測壓管水柱高差 箱流出的水量為 彎頭 局部阻力系數(shù)。 解:據(jù)題意得: 0s=m3/s, 則 管內(nèi)水的流速 u=m/s 沿程阻力損失為: 10/ (=、 B 所在的截面分別為 1和 2,在 1和 2間列程,有 = +, (忽略彎管的高度 ) 而 g h, 由此 得到: g h= (整理后得到 : =(2 6、流體輸送機械 (1欲用一離心泵將貯槽液面壓力為 157 度為 40,密度為 1100kg/和蒸汽壓為 7390 料液送至某一設(shè)備,已知其允許吸上真空高度為 入管路中的動壓頭和能量損失為 1.4 m 液柱,當?shù)卮髿鈮簽?。試求其安裝高度(已知其流量和揚程均能滿足要求)。 解:已知: 57 390 料液 =1100kg/s=柱, ( 12/2g)+ 柱 由于被輸送料液的溫度為 40,則應對允許吸上真空高度 以 換算成 實際 操作條件下的 即 -( (7390/( 4) = 0 + 122 = 157000100 + 般地,為了安全起見,泵的實際安裝高度比允許安裝高度 。 1用泵將貯槽中的有機試劑以 40m3/h 的流速,經(jīng) 1084附圖所示。兩槽的液面差為 20m,管子總13 長(各種閥件的當量長度均計算在內(nèi))為 450m。試分別計算泵輸送15和 50的有機試劑所需的有效功率。設(shè)兩槽液面恒定不變,已知有機試劑在 15和 50下的密度分別為 684 kg/ 662kg/度 分別為 解: 要求泵的有效功率 要求先求出揚程 H 或 已知: d=10800Q=40m3/h,則: 流速 u=(40/3600)/(s = =684/(101563 15 =64/1563= = 15 (l/d) ()=(150/ ()=62 J/= =662/(101807 50 =64/1807= 50 (l/d) ()=(150/ ()=(設(shè)為水平基準面)和 2之間列 程,有: 14 0g+ , 即 0 2=, 則泵的有效功率 = e=(40/3600) 684 W 同理,可求出 =W 1用泵將池中水( 25)送至 30m 高的水塔。泵安裝在水面以上 5m 處。輸水管道采用 1144 1700m 的鋼管(包括管件的當量長度,但未包括進、出口能量損失)。已知該泵的輸水能力為35m3/h,設(shè)管道的相對粗糙度為 的總效率為 求泵的軸功率。 解: 已知 Q=35m3/h=35/3600=m3/s 管道內(nèi)徑 d=11406 則 流速 u=s 已知: /d= 總 = L=1700m 查表得 25下,水的動力粘度 =( 水的密度為 =( 10128,7742300, 由 /d=28,774,查摩擦系數(shù)圖得:摩擦阻力系數(shù) =此, (L/d) ()=(1700/ ()=,且設(shè)水池中水的液面為水平基準面,在 1 2間列 程,有 5g+ 5 (e)/ 總 =(2037W 126 第二篇 熱量傳遞 (2燃燒爐的內(nèi)層為 460的耐火磚,外層為 230爐的內(nèi)表面溫度 400,外表面溫度 00。試求導熱的熱流密度及兩磚間的界面溫度。設(shè)兩層磚接觸良好,已知耐火磚的導熱系數(shù)為 1=緣磚的導熱系數(shù)為 2=式中的 t 可分別取各層 材料的平均溫度,單位為,單位為 設(shè)兩層磚間的界面溫度為 00 ,則 1=(1400+600)/2= 2=(600+100)/2= = 11:22= 1;311:22= 1400;W/ 1400;211= 1400;1400; 求得 63。 計算所得值 963 與設(shè)定值 600相差較大, 因此 設(shè)定 63 ,重新按照 進行計算。此時, 1= 2=q=1695 W/49 。 計算所得值 949 與設(shè)定的 963 仍然相差 14 ,可 考慮 再設(shè)定17 49,重復計算 得: ,與前一次設(shè)定值 僅 相差 假設(shè)成立,計算結(jié)束 。 因此,導熱的熱流密度為 ,兩磚間的界面溫度為 949。 接解方程! 2厚 200耐火磚墻,導熱系數(shù) 1= 使每平方米爐墻 熱損失不超過 600 墻外覆蓋一層導熱系數(shù) 2=的絕熱材料。已知爐墻兩側(cè)的溫度分別為 1300和60,試確定覆蓋材料層的厚度。 據(jù)題意得, 1=200 1= 覆蓋層材料厚度為 2, 2= 流密度 q=600 q = 11+22= 1300600 求得, 2=m=210 某燃燒爐的平壁 由下列三種磚 依次 砌成: 耐火磚: 1=230 1= 熱磚: 2=230 1= 通磚: 3=240 3= 已知耐火磚內(nèi)側(cè) 溫度為 1000,耐火磚與絕熱磚接觸處的溫度為18 940,而絕熱磚與普通磚接觸處的溫度不超過 138。試問:( 1)絕熱層需幾塊絕熱磚?( 2)普通磚外側(cè)溫度為若干? 本題屬于多層平壁的一維穩(wěn)定導熱問題。 ( 1) 設(shè)絕熱層需要 n 快絕熱磚,則有: 1000940n= 2)由( 1)可知,需要 2 塊絕熱磚,材料滿足設(shè)計要求,設(shè)此時普通磚外側(cè)溫度為 則 有: 10001000n=34 2一爐墻平壁面積為 12兩層耐火材料組成,內(nèi)層為鎂磚,其導熱系數(shù)為 8 10 層為粘土磚,其導熱系數(shù)為 粘土 =10 層厚度均為 設(shè)兩層緊密接觸,已知爐墻內(nèi)壁溫度為 000,外表面溫度為00,求熱流密度 q 及熱流量 Q。 ( 1) 屬于多層平壁穩(wěn)定一維導熱問題。設(shè)兩層耐火材料界面溫度為600,則 8 10 1000+600) /2= 粘土 =10 600+100) /2=9 = 100001q=2637 Q=2637 12=31644 W 驗算界面溫度: 100012)= ( 2) 設(shè)界面溫度為 復上述步驟: 8 10 1000+10 00) /2= = 100068q=2786 時界面溫度為: 1000 = ( 3)與假定的 相差較大,再重復計算一次: 8 10 1000+10 00) /2= = 100065q=此時界面溫度為: = 試算結(jié)束。 Q=12=33354 W 2某熱風管道,管壁導熱系數(shù) =58 徑 5徑 00表面溫度 50,現(xiàn)擬用硅酸鋁纖維氈保溫,其導熱系數(shù) = 要求保溫層外壁溫度 不高于 40,允許的熱損失為 求硅酸鋁纖維氈保溫層的最小厚度。 本題屬于圓筒壁的一維穩(wěn)定導熱問題,據(jù)題意有: 20 圓筒壁: 500 1=58 , 50 硅酸鋁纖維氈:設(shè)其最小厚度為 2, 2=, 0 線熱流量 則 , 由圓筒壁的線熱流量計算公式: = 1;3121 21 +122 32= 2(15040)158350由此求得 00 酸鋁纖維氈保溫層的最小厚度為: 000 某工廠用 170 5 無縫鋼管 輸送水蒸氣。為了減少沿途的熱損失,在管外包覆兩層絕熱材料,第一層為厚 30礦渣棉,其導熱系數(shù)為 二層為厚 30石灰棉,其導熱系數(shù)為 內(nèi)壁溫度為 300,保溫層外表面溫度為40,管道長為 50m。試求該管道的散熱量。 本題屬于多層圓筒壁的一維穩(wěn)定導熱問題,據(jù)題意有: 00 , 0 , 無縫鋼管 (碳鋼) 的導熱系數(shù)為 52 = 1 412121 +12232 +12343= 2 50(30040)11 8580+11585 +145115= 14186 W 21 金屬的導熱系數(shù)很大(20 由上述計算可知,若金屬壁不太厚時,其熱阻可以忽略不計。 2一雙層玻璃窗,寬 璃(熱導率 1= 3間空氣隙 ( 2=10 7 求其導熱熱阻,并與單層玻璃窗比較(設(shè)空氣隙僅起導熱作用)。 1)雙層玻璃窗: 最外層 玻璃的 熱阻: = / 1A= 間空氣隙的熱阻: = / 2A= 此, 總 導熱熱阻為: 2+ )單層玻璃窗: 導熱熱阻即為 = 層玻璃窗的熱阻 僅相當于雙層玻璃窗熱阻的 (100=22 ( 2水流過長 l=5m 的直管時,從入口溫度 15被加熱到出口溫度 =45。管子內(nèi)徑 d=20的流速 u=對流傳熱系數(shù) 。 管內(nèi)流動時,取流體進、出口溫度的算術(shù)平均值,即水的 定性溫度 為 t=( )/2=30。 查表得,水的密度為 =的粘度 =熱系數(shù) = 普蘭特數(shù) :雷諾數(shù) =2 1049710104, 屬于 管內(nèi)強制紊流 故可選用經(jīng)驗公式 公式 : = /d) ( l/d=5/5050, 不要考慮 L; 題中未告知管壁溫度 不考慮熱流方向的修正 t! 2冷卻水在 19 2為 2m 的鋼管中以 流速通過。水溫由 288K 升至 298K。求管壁對水的對流傳熱系數(shù) 。 定性溫度 t=(15+25)/2=20 查表得: 水 = = = 蘭23 特數(shù) :雷諾數(shù) =1 1014910104, 屬于管內(nèi)強制紊流。 故可選用經(jīng)驗公式 公式: = /d) ( 365 l/d=2/3350, 不要考慮 L;管壁與流體溫度差不知道,不考慮熱流方向的修正 t。 2常壓下, 45的 空氣 以 52壁外側(cè)利用蒸汽冷凝加熱使管內(nèi)壁面維持恒溫 100。試計算管 內(nèi)壁 與 空氣 之間的平均對流傳熱系數(shù) 和熱流密度 q,并計算空氣出口溫度。 雷諾數(shù) =0174360 ( (d/l)1/3 ( / w)(1582 1/3 () 1/3 (4 =流傳熱系數(shù) = /d) = 由: A t= t 即 t= p t, 代入數(shù)據(jù)得: (2) ( 100=( 1005 t 得 t=51, 即 t出 =96 t: 空氣進、出口溫度差; t:壁面溫度 100與流體主流區(qū)溫度的平均值 (定性溫度) 之差 以 t出 =96替代前面的 t 出 ,即設(shè)定 t 出 =96,重復上述各步驟。 定性溫度為 70, = =101499, =u=( (d/l)1/3 ( / w) 但 d/l)1/3104, 屬管內(nèi)強制 紊 流 = /d) ( l/d=20/9450、 壁溫與定性溫度之間的 溫差=900 50 .;1 不能滿足要求。 ( 2) 若 材料 B 放在內(nèi)層 、 A 放外層, 則 35 對于保溫材料 B,有 (22 = 410;3 得出, 其最大厚度只能為 對于保溫材料 A 有: (32 = 0;3 得出, 0 此時材料 B = 10030 .;1 因此, 材料 B 放內(nèi)層時能滿足要求。 2一爐壁由三層材料組成,內(nèi)層是 厚度 1= 1= 層是 3= 3= 層中間填以厚度為 2= 2= 石棉作為隔熱層。爐墻內(nèi)側(cè)煙氣溫度為 200,煙氣側(cè) 傳熱系數(shù) 0 房室內(nèi)空氣溫度 0,空氣側(cè) 傳熱系數(shù) 求通過該爐墻的散熱損失和爐墻內(nèi)外表面的溫度 解:據(jù)題意得:屬穩(wěn)態(tài)綜合傳熱問題,由 36 = 12002011 +11 +22 +33 +12= 1180140+115= .;2 = 1200;1140= 得 172 = 4;20115= 得 4 2在 并流 換熱器中,用水冷卻油。水的進 、 出口溫度分別為 15和 40,油的進 、 出口溫度分別為 150和 100。 現(xiàn)因生產(chǎn)任務(wù)要求油的出口溫度降至 80,假設(shè)油和水的流量、進口溫度及物性均不變,若原換熱器的管長為 1m, 試求此換熱器的管長增加至若干米才能滿足要求。設(shè)換熱器的熱損失可忽略。 解:由題意得: 1) 設(shè)總傳熱系數(shù)為 K,則 水 進口 15 出口 40 1 = 135 油 進口 150 出口 100 2 = 60 1 = K1 t = k1 2;121= 1 ;75 60135= 1 ;75;于: (150100) = 出: K = 1 2)若要求油的出口溫度降至 80,油和 水的流量、進口溫度及物性37 均不變, 則 由 油放 = 水吸 有: p 油 (150100) = 水 (4015) p 油 (15080) = 水 (水出口 15) 得:水出口溫度應為: t 水出口 =25( 7/5) +15=50 水 : 進口 15 出口 50 油 : 進口 150 出口 80 1 = 135 2 = 30 K2 t = K2 2;121= 2 ;105 30135= 2 ;105;于: (15080) = 上面的 K 值 代入得: (15080) = 1) 2 得出: 1=70/(即長度 應 增加至 才能滿足要求。 2在一列管式換熱器中,某液體在管內(nèi)流過 被加熱 ,其進口溫度為 20,出口溫度為 70,流量為 熱為 外為壓力為 飽和水蒸氣冷凝。試求蒸汽用量。 解:由題意得:液體的質(zhì)量流量為 800/3600=s 則該液體從 20加熱到 70時所吸收的熱量為: Q = = 500(7020) = 62500 管外飽和水蒸汽的壓力為 表得其溫度約為 115,38 其汽化熱為 2219000J/所需蒸汽用量為: 62500/2219000=s=h 2在一套管式換熱器中,內(nèi)管為 165 鋼管,內(nèi)管中熱水被冷卻,熱水流量為 口溫度為 90,出口溫度為60,環(huán)隙中冷卻水進口溫度為 20,出口溫度為 45,總傳熱系數(shù) K=1600 : ( 1)冷卻水用量;( 2)并流流動時的平均溫度差及所需的管子長度;( 3)逆流流動時的平均溫度差及所需的管子長度。 解: 1) 熱水被冷卻:其定性溫度取( 90+60) /2=75,查表得, 191 Q = 30003600 = ;1 t =191(9060) = : 其 定性溫度為( 20+45) /2= 174 t= 4174 (45得出 ;1 2)并流流動時: 熱水: 進口 90 出口 60 冷卻水:進口 20 出口 45 0 5 平均溫度差為 : 2;121= 15;

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評論

0/150

提交評論