化工原理計算試題

1、離心泵的計算1計算題 j01b10029如圖所示, 水通過傾斜變徑管段(A-B), DA=100mm，DB =240mm,水流量為2m3/min,在截面A與B處接一U形水銀壓差計，其讀數R=20mm，A、B兩點間的垂直距離為h=0.3m試求:(1) 試求A、B兩點的壓差等于多少Pa？(2)A、B管段阻力損失為多少mmHg？(3)若管路水平放置，而流量不變，U形水銀壓差計讀數及A、B兩點壓差有何變化? 計算題 j01b10029 (題分：20)(1) uA=(2/60)/(p/4)(0.10)2=4.244 m/s， uB=4.244(1/2.4)2=0.7368 m/s pA/ruA2/2=

2、ghpB/ruB2/2Shf pA/r(ghpB/r)=(rir)gR/r pApB=(rir)gRrgh =(13.6-1)1039.810.020+1039.810.3 =5415 Pa (2) Shf=(pA/rghpB/r) uA2/2uB2/2 =(rir)gR/ruA2/2uB2/2 =(13.61)9.810.020(4.244)2/2(0.7368)2/2 =11.2 J/kg 即 Dpf=rShf=10311.2=11.2103 Pa 換成mmHg: SHf=Dpf/(rHgg)= 11.2103/(13.61039.81) =0.0839 mHg=83.9 mmHg(3)

3、pA/ruA2/2=pB/ruB2/2Shf uA、uB、Shf均不變，故 (rir)gR/r之值不變 即 R不變， R=R=20 mm 水平放置時 pA- pB = (13.6-1)1039.810.020 =2472Pa比傾斜放置時的壓差值小。2計算題 j02b20067 (20分) 如圖所示的輸水系統(tǒng),輸水量為36m3/h，輸水管均為802mm的鋼管，已知水泵吸入管路的阻力損失為0.2m水柱，壓出管路的阻力損失為0.5m水柱，壓出管路上壓力表的讀數為2.5Kgf/cm2。試求： (1) 水泵的升揚高度； (2) 若水泵的效率=70%,水泵的軸功率(KW)； (3) 水泵吸入管路上真空表的

4、讀數(mmHg 柱)。4.8m0.2m 注:當地大氣壓為750mmHg 柱。 U=36/3600/(0.7850.0762)2.2 m/s (1) 在2-2與3-3截面列B.eq. 5分Z2+p/g+U22/2g+He =Z3+P3/g+U32/2g+Hf 2-3 U2=U3 不計Hf 2-3He =(Z3-Z2)+(P3+P2)/g =0.2 + (2.5+0.525)/(1039.81)9.81104 =30.5mH2O柱 在1-1與4-4列B.eq. He =Z1-4+Hf 1-4+Hf 3-4 Z1-4=He -(Hf 1-4+Hf 3-4)=30.5-(0.2+0.5)=29.8m升

5、揚高度為29.8m(2) Pa =Heqvg/=30.50.011039.81/0.7=4.27 KW 3分(3) 在1-1與2-2列B.eq,得 5分 0=Z2+(-P)/g+U22/2g+Hf 1 -P=Z2g-U22/2-Hf 1 -g =-(4.81039.8+2.2 /2103+0.21039.81) =-515102N/M2=515102/(0.981105)735.6=386mmHg (表) -P2=真空度 吸入管路上真空表讀數為386mmHg 柱=0.525at3j01c20113 用離心泵將原油從油庫沿管內徑為0.15m、長2公里(包括局部阻力的當量長度)的水平管送往煉油廠。

6、輸油量為40m3/h。油泵的總效率為0.65，求泵的軸功率。某天，該油泵突然發(fā)生故障，于是開動一臺備用泵，其壓頭僅為原來泵的 80%，問此 泵能輸送原油多少m3/h。輸送條件下, 原油的密度為890kg/m3, 粘度為0.4Pa s。設油庫和煉油貯罐均為常壓。 答案：該題條件下,油泵所耗功率完全用于克服管路阻力。A=(/4)(0.15)2=0.0177m2u=40/(36000.0177)=0.63m/sRe=du/=0.150.63890/0.4=210(層流) =64/Re=64/210=0.304Hf=(l/d)(u2/2g)=0.304(2000/0.15)0.632/(29.81)=

7、82.1mWs=40890/3600=9.9kg/s N=82.19.819.9/(10000.65)=12.3kwH=0.8Hf=65.7m Pf=65.79.81890=5.736105N/m對于層流Pf=32lu/du=Pfd/(32l)=5.7361050.15/ (3220000.4)=0.504m/s V=36000.5040.0177=32.1m3/h 4j01a150616 如圖,離心泵將敞口槽中的堿液打入吸收塔,泵吸入管路為1084mm，長2m的鋼管。泵壓出管路為763mm,長30m的鋼管, 壓出管路上裝有標準閥一只，閘閥一只， 90彎 頭4 只。在壓出管路上還裝有孔板流量計

8、，孔板孔徑為40mm，孔流系數C=0.62，水銀差壓計讀數R=456mm。吸收塔噴咀處壓力為0.5kgf/cm2(表壓)，堿液密度=1100kg/m3，泵的效率=0.6，直管阻力系數=0.02(吸入、壓出管道取近似相同值)，彎頭=0.75，標準閥=6，閘閥=0.17，孔板=8，試求泵所需功率。j01a150616=(/4)0.0420.622g0.456(13600-1100)/11000.5=0.00785m3/s u1=0.00785/(/4)0.12=1m/s u0=1(0.1/0.07)2=2.04m/shf =(0.022/0.1+0.5)12/2g+(0.0230/0.07+40.

9、75+6+0.17+8)2.042/2g=5.51mHe=5.51+(20-1.5)+0.5104/1100+2.042/2g=28.77m N=28.770.007851100/(1020.6)=4.084kw5.j02b100556 用泵將貯槽中的石油送至高位槽中，兩槽液面恒定不變，且其液面差為。管子規(guī)格為，管路總長為（包括局部阻力的當量長度內。）要求流量為3/h 。已知石油密度為Kg/m3，粘度為N.S/m2。試計算：（1）由于阻力引起的壓降；（2）泵的有效功率；（3）整理并寫出管路特性曲線方程（注明式中變量的單位）答案：（1） （）（2） 21(36000.7852)m/se 0.08

10、01.16920/0.5層流 e 0.3740.374（200/0.08）92022 5.795N/m2f 5.85920629.9 J/Kg（2）e 1000 f 9.8115+629.9=777 J/Kg (3)e 21920777(36001000)4.17 KW在層流范圍內LZ+f/g=Z+64/(du/)(1/d)(1/2g)(Q2/(0.785d2)2) =15+1.104104Q Q為m3/s6 j02b15064 6 欲用離心泵在兩敞口容器間輸液,該水泵銘牌標有：流量3/h，揚程15m，軸功率.Kw,效率%，配用KW電機，轉數r/min。今欲在以下情況 使用是否可以？如不可時采

11、用什么措施才能滿足要求（要用計算結果說明） （）輸送比重為的溶液，流量為3/h，揚程。 （）輸送比重為的油類，流量為3/h，揚程。 （）輸送比重為的清液，流量為3/h，揚程。 答案：（） 電動機功率不夠38/3600151800/(1020.8)KW 換大電機（） 揚程不夠 （ ）2（ ）2 增加轉分。檢查功率： （ ）3 （）3 KW 換一電機功率為KW，轉分。（）可以使用。通過關小出口閥調節(jié)至工作點。7j01c201218 如下圖所示的輸水系統(tǒng), 用泵將水池中的水輸送到敞口高位槽, 管道直徑均為833.5mm,泵的進、出管道上分別安裝有真空表和壓力表，真空表安裝位置離貯水池的水面高度為4.

12、8m,壓力表安裝位置離貯水池的水面高度為5m。當輸水量為36m3/h時，進水管道的全部阻力損失為1.96J/kg，出水管道的全部阻力損失為4.9J/kg，壓力表的讀數為2.5kgf/cm2，泵的效率為70%，試求： 兩液面的高度差H為多少m? 泵所需的實際功率為多少KW? 真空表的讀數多少kgf/cm2? 解：取截面0-0, 1-1, 2-2, 3-3如圖, 在截面2-2和3-3間列柏努利方程以2-2為基準面(目的求H3) H2g+(p2/)+(u22/2)=H3g +(p3/)+(u32/2)+hf2-31at=9.807104N/m2=1kg/cm2 u=Q/A=(36/3600)(/4)

13、0.0762=2.21m/s (2.59.807104/103)+(2.212/2)=H39.81+4.9245.2+2.44=9.81H3 +4.9 H3 =242.74/9.81=24.74mH=H3+5=24.74+5=29.74m在0-0和3-3間列柏努利方程以0-0為基準面(求We)H0g+(p0/)+(u02/2)+We=H3g +(p3/)+(u32/2)+hf0-3We=H3g +hf0-3=29.749.81+(1.96+4.9)=298.62J/kgMs=Vs=(36/3600)103=10kJ/s Ne=MsWe= 10298.62WN實=Ne/=2986.2/0.70=

14、4267W=4.267kW在C-C和H間列柏氏方程以0-0為基準面H0g +(p0/)+(u02/2)=H1g+(p1/)+(u12/2)+hf0-1 (pap1)/=4.89.81+(2.212/2)+1.96=51.49m2/s2=51.49103/(9.807104)at=0.525kgf/cm28j02b20066用一離心泵將20的水，由池中送至高位槽C。其流程如圖a所示。已知泵的排出口壓力表B讀數為2.5at(表壓)，排出段管總長為180m(包括局部阻力的當量長度)，系統(tǒng)的摩擦系數可取0.024。其它數據如圖a所示。試求：(1)系統(tǒng)輸送的流量m3/h；(2)若系統(tǒng)所用泵為3B33型離

15、心泵， 其特性曲線如圖b所示。試求泵的工作點及克服系統(tǒng)阻力所耗的軸功率；(3)如果泵的吸入底閥A輕微堵塞，則系統(tǒng)的流量、泵的揚程及出口壓力表讀數有何變化？若嚴重堵塞有何現(xiàn)象發(fā)生？試用圖說明。j02b20066 解：(1) qv=?m3/h 5分 在B-B及C-C面上列柏努利方程UB2/2g + PB/g + ZBUC2/2g +0+Zc +Hf B-C UC =0 Hf =(l/d)UB2/2g (l/d)-1)UB2/2g=25-18=7.0UB2/2g =7/(l/d)-1)=7/(0.024180/0.1-1)=0.166 UB=1.8m/sqv=(/4)d2UB=(/4)0.121.8

16、=0.01417m 3/s=51.0m 3/h(2) 工作點:由qv查圖b得工作點P(51,31) 10分 H=31.0m =70% Pf =? 在0-0及C-C列方程: 0+H=ZC+Hf0-C Hf0-C=H-ZC Hf =31-(18+0.5+1.5)=11.0 Pf =115110009.81/(36000.7103)=2.18 KW(3) 略 5分9j01b15183 如圖所示，槽內水位維持不變。槽底部與內徑為100mm鋼管相連，管路上裝有一個閘閥，閥前離管路入口端15m處安有一個指示液為汞的形壓差計，測壓點與管路出口端之間距離為20m。(1) 當閘閥關閉時測得=600mm，=150

17、0mm；當閘閥部分開啟時，測得=400mm， =1400mm，管路摩擦系數取0.02，入口處局部阻力系數取0.5，問每小時從管中流出水量為多少m3。 (2)當閥全開時（取閘閥全開Le/d=15，=0.018），測壓點處的靜壓強為若干N/m2（表壓）。 j01b15183解:(1)當閘閥全關時,根據靜力學關系: (ZA+h)g=RHgg 得水槽液位高度:ZA=RHg/-h=0.613.6-1.5=6.66m (2) 閘閥部分開啟時 列A-A與B-B截面伯努利方程式 ZA=uB2/2g+PB/g+hfAB PB/g=(RHg-h)/=(0.41.36104-1.41000)/1000=4.04m

18、ZA-PB/g=uB2/2g+(L/d)+)uB2/2g=(1+(L/d)+)uB2/2g 6.66-4.04=(1+0.0215/0.1+0.5)uB2/2g=4.5uB2/2g uB=3.38 m/s V=(/4)d2u3600=0.7850.123.383600=95.5 m3/h (3)當閘閥全開時,列A-A與C-C截面伯努利方程: ZA=uc2/2g+hfA-C=(1+(L+Le)/d+)uc2/2g 6.66=(1+0.018(35/0.1+15)+0.5)uc2/2g 解得uc=4.02m/s 由A-A與B-B截面間伯努利方程式得: ZA=uB2/2g+PB/g+hfAB =PB

19、/g+(1+(L/d)+)uB2/2g PB/g=ZA-(1+(L/d)+)uB2/2g =6.66-(1+0.01815/0.1+0.5)4.02 2/(29.81) =3.20 m PB=3.2010009.81=3.14104N/m210. 三計算題(15分) j01b20095 某液體密度800kg/m3，粘度73cP，在連接兩容器間的光滑管中流動，管徑300mm，總長為50m(包括局部當量長度)，兩容器液面差為3.2m(如圖示)。求： 管內流量為多少? 若在連接管口裝一閥門，調節(jié)此閥的開度使流量減為原來的一半，閥的局部阻力系數是多少?按該管折算的當量長度又是多少? 層流：=64/Re

20、；湍流：=0.3164/Re0.25j01b20095在1-1面和2-2面之間，列柏式以2-2面為基準面：u1u20 gz1=hf1-2 =(l/d)(u2/2) 設流體流動符合柏拉修斯公式：=0.3164/Re0.25 Re=du/ gz1=(0.3164/Re0.25)(l/d)(u2/2)=0.3164/(/) 0.25(l/d1.25)(u1.75/2) u1.75=2gz1/0.3164/(/) 0.25(l/d1.25)=29.813.2/0.3164/(800/0.073) 0.25(50/0.31.25)=9.01542 u=3.513m/s 驗證：Re=0.33.513800

21、/0.073=115503000，假設正確V=Su=(/4)d2u=(/4)(0.3)23.5133600=893.95(m3/hr)流量減半，即是流速減半 u=3.513/2=1.7565m/s Re=5775符合柏拉斯式條件列1-1面至2-2之間的柏式：gz1=(0.3164/Re0.25)(l/d)+(u2/2)=2gz1/u2-(0.3164/Re0.25)(l/d)=29.813.2/1.75652-(0.3164/57750.25)(50/0.3)=14.3又(u2/2)=(le /d)(u2/2)=(0.3164/Re0.25)(le /d)(u2/2) =(0.3164/Re0

22、.25)(le /d)le =(d/0.3164)Re0.25=(0.314.3/0.3164)57750.25=118.2(m)傳熱過程計算1 j04c2012614 有一套管換熱器，由內管為 542，套管為1164的鋼管組成。內管中苯自被加熱至，流量為kg/h。環(huán)隙中為at（絕）的飽和水蒸汽冷凝。蒸汽冷凝傳熱系數為10000W/m2.。 已知：苯在之間的物性數據平均值為： kg/m， P1.86.86kJ/kg. W/m.， cP 管內側污垢熱阻 10.0004m2./W 管壁及管外側污垢熱阻不計。 蒸汽溫度與壓強關系如下表所示 壓強 at(絕) 1.0 2.0 3.0 溫度 99.1 1

23、20 133 試求：A)管壁對苯的對流傳熱系數； B)套管的有效長度；C)若加熱蒸汽壓力降為at（絕），問苯出口溫度有何變化？應為多少？ 解: （1）Re=d1.G/=0.054000/(3600/40.052)/(0.3910-3)=7.2586104 r =P/=1.8630.39-3/0.134= 5.4 1=0.023/（e ）0.8（r ）0.4 =(0.0230.134/0.05)（7.25864）0.85.40.4=936.4 W/m2 .（）4000/36001.863(80-50)=6.24 W11/936.4 +1/10000+0.0004 1637.8 W/m2.m =（

24、(120-50)-(120-80)）(120-50)/(120-80)=53.6 1（1m ）6.24/(637.853.6)= 1.814m21（內）1.814/(0.05)=11.55 m （）不變，不變，變?yōu)?9.1，苯的流量及比熱均不變。 設出口溫度為2 ，在新條件下，傳熱速率方程變?yōu)?Q=GCp(t2-t1)=KAtm4000/36001.863 (2 -50) =637.81.814（(99.1-50)-(99.1-2 )）(99.1-50)/(99.1-2) 解得 (99.1-50)/(99.1-2 )=0.5598 2 = 712、j04b200891 (20分)用一傳熱面積為

25、3m2由252.5mm的管子組成的單程列管式換熱器, 用初溫為 10 的水將機油由200 冷卻至100 , 水走管內, 油走管間。 已知水和機油的質量流量分 別為1000kg/h和1200kg/h, 其比熱分別為4.18kJ/kg.K 和2.0kJ/kg.K; 水側和油側的對流傳熱系數分別為2000W/m2.K 和250W/m2.K, 兩流體呈逆流流動, 忽略管壁和污垢熱阻。 A)計算說明該換熱器是否合用? B)夏天當水的初溫達到30, 而油的流量及冷卻程度 不變時, 該換熱器是否合用? 如何解決? (假設傳熱系數不變) 2. (20分)j04b2008910 解：(1) Q1=12002(2

26、00-100)=240000KJ/h Q2=Q1, t2=t1+Q1/(m2Cp2)=10+24000/(10004.18)=67.4tm=(123.6-90)/ln(123.6/90)=110 1/K1=1/1+d1/(2d2)=1/250+25/(200020) K1=216.2W/m2K A1=Q1/(Ktm)=240000103/(216.23600110)=2.8m23m2 不適用 解決辦法是調大水量, 使t2, tm, 并使, K3j04c201288 在逆流操作的列管換熱器中，把氫氧化鈉溶液從70冷卻到35，氫氧化鈉走管內，流量為kg/s，比熱為3770J/kg.K，氫氧化鈉對管

27、壁的對流傳熱系數為930W/m2.k現(xiàn)用的水作為冷卻劑，水走管外，流量為kg/s，比熱為J/kg.K，管壁對水的傳熱系數為1000W/m2.K,(管壁熱阻及垢阻略計),忽略熱損失(可近似按平壁處理) 試求：A)冷卻劑出口溫度及所需傳熱面積； B)操作中若氫氧化鈉及水的初始溫度不變，而兩流體的流量都增大一倍，則流量增大后的冷、熱流體的出口溫度變?yōu)槎啻?？（假設兩流體均為湍流，其物理性質不變, 傳熱溫度差可取用算術平均值）。 解：） 1 P1 (1 -2 )=1.113770(70-35)=146464.5 W 忽略熱損失，則 2 P2 (2 -1 )即146464.5=1.674180(t2 -1

28、5) 解得 2 =36 1 /2 m （） 為薄壁園筒，按平壁近似計算 1 2 /(1 +2 )=9301000/(930+1000)=481.9 W/m2.K m 146464.5/(481.927)=11.3 m2）忽略熱損失，吸放1 P1 (1 -2 )2 P2 (2 -1 ) 21.113770(70-2 )=21.674180(2 -15) 得 2 =95 - 1.672 傳熱速率方程式： Tm 1 P1 (70- 2 ) 其中： （(930) + (1000)838 W/m2.K m2m （(70-2 )+(2-15)）(55+2-2)/2 代入原公式： 83811.3(55+2

29、-2 )/2 = 21.113770(70-2 ) 得： 2.772 - 68.7 =2 聯(lián)立方程與得： 2 =37.3 （升高了）2 =34.6 （冷卻水溫度下降）4j04b151096 的正丁醇，在逆流換熱器中被冷卻到，換熱器的換熱面積為2，傳熱系數K=230W/m2，正丁醇的流量為1930Kg/h。冷卻介質為18水,熱損失可以忽略。 求：A)冷卻水出口溫度； B)冷卻水消耗量。 正丁醇pKJ/Kg. 水 pKJ/Kg. 解：h P h (1 -2 )(1930/3600)2.983(90-50)6.394w m 6.394(2306)46.3m （(1 -2 )+(2 -1 )） （(9

30、0-2 )+(50-18)） 2 2 c P (2 -1 ) 冷卻水消耗量 c （P c (2 -1 )） 6.39104/(4.181000(29.4-18)1.34kg/s=4.8103Kg/ht1=90-29.4=60.6t2=50-18=32 t1/t2 =60.6/32=1.892 故平均溫度差采用算術均是可以接受的. 5. j04c20119 在某列管式換熱器中,將一定量的空氣加熱。空氣在管內作湍流流動,飽和水蒸汽在管外冷凝。今因生產任務加大一倍，除用原換熱器外，尚需加一臺新?lián)Q熱器。如果使新舊兩臺換熱器并聯(lián)使用，且使二臺換熱器在空氣流量、進、出口溫度及飽和蒸汽溫度都相同的條件下操作

31、。 原換熱器列管數為1，管內徑為1，管長為1，而新?lián)Q熱器管數為2（21），管內徑為2（21）。 試問新?lián)Q熱器管長2為原換熱器管長1的幾倍。 解： 原換熱器：1 = 2 P 2 (2 - 1 ) =m 1新?lián)Q熱器： 1 = 2 P 2 (2 -1 ) = m 2 1 2 m 1 m 2 e0.8 (1/1 )0.8/0.2 e = 1 1 / 2 2 2 2 即：1 (/4) 12 1 2 (/4) 22 2 2 （1 (/4) 12 1 ）（2 (/4) 22 ）1 （1 ）0.8（1 /2）0 .2 10.8 10.2 0.8（）0.2 即 ， 2 2 L2 1 1 L1 1/2 L2 =

32、1 1 L1 /(2 1 1 /2)2 L1 6. 04c2012212 某廠在由根,長的鋼管構成的單殼程單管程列管換熱器內, 用 132.9的飽和水蒸汽在管間冷凝，將管內作湍流流動的常壓乙烯氣體加熱。已知乙烯氣體流量為kg/s，進口溫度為，在操作條件下的密度為kg/m3，比熱為1.84kJ/kg.，對流傳熱系數為53W/m2，飽和水蒸汽冷凝傳熱膜系數為8000W/m,可忽略管壁及垢層熱阻。 A)確定乙烯氣體出換熱器時的溫度； B)若乙烯氣體通過換熱器的壓降要求不超過kgf/cm2，通過換熱器的總長度（包括局部阻力當量長度）為，摩擦系數，試確定該換熱器最多能允許通過多少kg/s的乙烯氣體？C)

33、當乙烯氣體流量增加到最大允許量，且要求進出口溫度保持不變時，若鍋爐能供給該換熱器的水蒸汽最高壓力為kgf/cm2（表壓）（即），問此蒸汽能否滿足傳熱要求？04c2012212 解：（） P (2 -1 )=0.6P (2 -20)m i i 1770.0213 =35.012 m2i104 i u0.8 p=lu2/2d pu2 或 u2 p 因此 u2/u2=(p/p) i/i =(u/u)0.8=(p/p)0.50.8=30.50.8i=30.50.8i=30.50.8880=1366W/m2. Ko=1/1/260+57/(501366)=214W/m2.熱平衡方程 p改變后: m2 C

34、p2(t2-t1)=m1 Cp1(T2-T1)p改變前: m2 Cp2(t2-t1)=m1 Cp(T2-T1) (1) m2 Cp2(t2-t1)= m2 Cp2(t2-t1) (2) m2/m2=u/u=(p/p)0.5=30.5 以上關系代入式(2): 30.5m2 Cp2(t2-t1)= m2 Cp2(t2-t1) 30.5(t2-20)=50-20 t2=37.3tm=(120-37.3)-(70-20)/ln(120-37.3)/(70-20)=65 Ao=36700/214/65=2.64 m23.2 m2 即 p加大后所需的傳熱面積小于換熱器具有的傳熱面積,故當p加大后換熱器能完成傳熱任務。9. 04b200994 在一傳熱面為 30m2的列管式換熱器中，用 120的飽和蒸汽冷凝將氣體從30加 熱到80，氣體走管內，流量為 5000m3/h, 密度為1kg/m3（均按