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习 题 课,第一章 流体流动第二章 流体输送机械,1.有一管壳式换热器，热、冷溶液在其中交换热量。已知换热器外壳内径为600mm，其中装有269根25mm2.5mm的列管束。每小时有5104Kg冷流体在管束外侧流过，已知该冷流体的平均密度为810 Kg/m3，粘度为1.9110-3 Pas。试求冷流体在管束外流过的流动型态。,2.内径d1为100mm的垂直细管突然扩大至内径d2为200mm的粗管。在稳定条件下，水以8m/s的流速从顶部进入，然后从底部排出。两管上的测压口与水银压差计相连，两侧压口间的垂直距离为1.5m，其间直管摩擦阻力可以忽略不计，突然扩大阻力按下式计算：取水的密度为1000Kg/m3，汞的密度13600 Kg/m3。试求：压差计R的读数。,3.如图所示的是一个丙烯精馏塔的回流系统，精馏塔内的操作压力为1.33 Mpa（表压），贮槽内液面上方压力为2.05 Mpa（表压），塔内丙烯出口管距离槽内液面高度差为30m，管道内径为140mm，丙烯密度为600 Kg/m3，当输送量为40吨/h时，管路全部摩擦损失为150 J/Kg，试核算将丙烯从送到精馏塔是否需要泵？,解：设贮槽液面为上游截面1-1，塔中丙烯管出口为下游截面2-2。假定需要一台泵，其输给丙烯液体的能量为ws（J/Kg），若ws为正，则需要泵；反之则不需要。,根据机械能守恒方程可知：,4.如图所示的一冷冻盐水循环系统，盐水的循环量为45 m3/h，密度为1100 Kg/m3。管路的直径相同，盐水自A流经两个换热器到B处的能量损失为98J/Kg，自B流到A的能量损失为49J/Kg，试计算：1）泵的轴功率为多少千瓦？设泵的效率为70%；2）若A处压力表读数为0.25 Mpa，B处的压力表读数为多少？,解：1）以与A处紧邻的两管截面分别为上游截面1-1与下游截面2-2。因此，两截面上的p,z,u 均相同，故有：所以有：有效功率 轴功率：,2）以A处为上游截面1-1，B处为下游截面2-2，则有,即压力表B的读数为0.067MPa,5.如图所示，贮槽内水位维持稳定。槽的底部与内径为100mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀。距管入口端15m处装有以汞为指示液的U形管压差计，其一臂与管道相连，另一臂通大气，压差计连接管内充满了水，U形管汞面上有一小段水柱，计算时可以忽略。当闸阀关闭时，测得R=600mm、h=1500mm；当闸阀部分开启时，R=400mm、h=1400mm。摩擦系数可取为0.025，管路入口处的局部阻力系数取为0.5。试求每小时从管中流出多少平方米的水？,解：在贮槽液面1-1及测压截面2-2间列机械能守恒方程，以管子中心线为基准水平面：,z1可以通过闸阀全关时的数据算出：,6.用某离心油泵从贮槽吸取液态异丁烷至反应器，贮槽液面恒定，液面上方压强为660KPa(绝压)，泵安装于贮槽液面以下1.6m处。吸入管路的压头损失为1.6m。输送条件下异丁烷的密度为530Kg/m3，饱和蒸汽压为645KPa，输送流量下泵的气蚀余量为3.5m，试分析该泵能否正常操作。,本题的实质是核算离心泵的安装高度是否合适，即考察目前的安装高度能否避免发生气蚀现象。,解：因已知泵的气蚀余量，故可计算泵的安装高度：,已知泵的实际安装高度为-1.6m（以贮槽液面做为基准水平面），大于允许安装高度，既表明泵的实际安装高度偏高，可能发生气蚀现象，故该泵不能正常操作。,7.用离心泵将敞口贮水池内水送到常压高位槽，两槽液面位差为8m，液面保持恒定。特定管路的压头损失可表示为：试求该条件下水的流量。,8.某离心泵的特性曲线可以用以下方程表示：H=25-2.0qv2（其中H单位为m，qv单位为m3/min）。若用该泵将 水从贮槽输送到某设备，已知管路系统中位压头和静压头之和为20m，输送管路直径为140mm5mm，管路总长为150m（包括所有管路阻力的当量长度，调节阀为全开），流动摩擦系数为定值，取为0.02。1）试求离心泵运行时的流量和压头；2）若将调节阀关小，使工作点的流量变为60 m3/h，试求因关小阀门需要多消耗的压头，及阀门关小后的管路特性方程。,管路特性方程：,离心泵特性方程为：H=25-2.0qv2联立以上方程，可求得泵工作点下的流量和压头为：,解：1）确定泵在运行时的流量和压头，实际上要求该泵在该管路上的工作点，泵的工作点可由泵的特性曲线方程和管路特性取向方程联立求得。,2）关小阀门多消耗的压头：先由离心泵特性方程求得工作点下的压头，即,课堂自测：1.粘度为30cP、密度为900Kg/m3的液体，自开口槽A经45mm2.5mm管道流至开口槽B，两槽液面恒定。如附图所示，在水平管路上设置一个阀门，当阀门全关时，阀门前、后的压强表上分别指示压强为88.3103Pa及44.15103Pa。将阀门调至1/4开度，流量为3.34m3/h，阀门前、后管长分别为50m及20m（包括一切局部阻力的当量长度）。试求阀门开度为1/4时阀门的当量长度。摩擦系数计算式为：层流，光滑管湍流,2.在某特定管路系统中，用离心泵输送清水。当泵的出口阀门全开时，管路特性方程为现关小阀门调节流量，当泵的流量为0.012m3/s时，对应的压头为44m。试求：1）关小阀门后的管路特性方程；2）关小阀门后造成压头损失占泵提供压头的百分数。,第一章 课堂习题,1.采用两个连续操作的串联的蒸发器浓缩NaOH溶液。每小时有5吨12%（质量%）NaOH 溶液进入第一个蒸发器浓缩到20%后输送到第二个蒸发器，进一步浓缩成50%的溶液而排出。（1）试分别求出两个蒸发器每小时蒸发的水量及从第二个蒸发器送出的浓溶液量；（2）若蒸发器1用0.18 MPa的水蒸汽加热，冷凝水在饱和温度下排出，原料液入口温度为20，在器内的沸点为70，溶液比热为3.8 KJ/Kg，热损失为3105 KJ/h，溶液的浓缩热可以忽略，求所需要的水蒸汽量。,（2）解：分别求出每小时输入和输出蒸发器的热量，均以0 的液态为基准。则查P452-P453”饱和水蒸气表”可知加热蒸汽的焓H1=2704KJ/Kg，蒸发出的蒸汽的焓（70）H2=2624KJ/Kg，0.18MPa下饱和水的焓489KJ/Kg。输出：1）浓液的焓：H1=30003.8(70-0)=7.98105KJ/h 2）蒸发蒸汽的焓：H2=2000 2624=52.48105KJ/h 3）冷凝水的焓：H3=489x KJ/h 4）热损失:Q4=3105KJ/h 输入：1）原料液的焓：H5=5000 3.8(20-0)=3.8105KJ/h 2）加热蒸汽的焓：H6=2704x KJ/h输入=输出：H5+H6=H1+H2+H3+Q4 3.8105+2704x=(7.98+52.48+3)105+489x x=2693Kg/h,例1 如图所示流动系统，阀门全开时，p1、pA、pB、p2为已知，管内各处流速相同。问：阀门从全开关至半开，管内流速、各处压力、各段阻力如何变化。,关小阀门，值增大，流速u减小,列机械能守恒方程,结论：关小阀门，局部阻力增大，流速减小，上游压力升高，下游压力下降。,例2：附图中所示的高位槽液面维持恒定，管路中ab和cd两段的长度、直径及粗糙度均相同。某液体以一定流量流过管路，液体在流动过程中温度可视为不变。问：（1）液体通过ab和cd两管段的能量损失是否相等？（2）此两管段的压强差是否相等？并写出它们的表达式；（3）两U管压差计的指示液相同，压差计的读数是否相等？,例3：图示的管路上装有一个阀门，如减小阀门的开度。试讨论：（1）液体在管内的流速及流量的变化情况；（2）直管阻力及摩擦系数的变化情况；（3）液体流经整个管路系统的能量损失情况。,