化工原理题库(199006)

六、计算题

1、某牛顿型流体在圆、直、等径管内流动，在管截面上的速度分布可表达为：v=20y-200y2，式中：y—截面上任一点至管壁的径向距离，m；v—该点的点流速，m/s。试求：⑴管半径中点处的流速；⑵管壁处的剪应力。该流体的黏度为0.05 Pa?s 。 5分

(1)已知 v=20y－200y2，则

dv?20?400y dy 令

Rdv?0，解得y=0.05m，即管半径R=0.05m当y?=0.05/2=0.025m，

2dy V =20y－200y2=20?0.025－200?(0.025)2=0.375 m/s 3分 (2) ??dv??dv?2

=20(m/s)/m 则 ?=?=0.05×20=1.0N/m 2分 w???dy??y?0?dy?y?02、水在水平管内流动，截面1处管内径d1为0.2m，截面2处管内径d2为0.1m。现测得水

在某流量下截面1、2处产生的水柱高度差ｈ为0.20m，若忽略水由1至2处的阻力损失，试求水的流量m3/h。 10分

u12Pu22P21Z1g???Z2g?? 4分

2?2? zi、pi均按管中心线取值，因z1=z2，u2=4u1 得

p1??p2?u??22224u?u?u12?????11??22u21?15

2p1?p215u12 ∴h= =0.20 ∴ u1=0.511m/s 4分 ??g2gm3m3v?d?u1?0.2?0.511?0.0161?57.8

44ss?21?2。 5分

1

令高于喷嘴出口5m处水流截面为2－2截面 1－2 截面间：p1=p2 ∵d2=1.2d1， u1d12= u2d22

?d1?u1?1?u? ?u2=? 3分 ?u1???1d1.21.44???2?22u12u22u12u121??zg 即???9.81?5 ? u1=13.76 m/s 2分 由 22221.4424、某厂如图所示的输液系统将某种料液由敞口高位槽A输送至一敞口搅拌反应槽B中, 输

液管规格为φ38×2.5mm,已知料液在管中的流速为u m/s,系统的Σhf=20.6u2/2 J/kg。因扩大生产，须再建一套同样的系统,所用输液管直径不变，而要求的输液量须增加30%,问新系统所设的高位槽的液面需要比原系统增高多少? 10分

u2∵u1≈0≈u2 p1=p2 于是gZ1=gZ2+Σhf g(Z1-Z2)=Σhf =20.6 4分

2?2g?z1?z2??u= ??20.6??`20.5?2?9.81?6?????20.6?0.5

=2.39m/s 2分

20.6?1.3?2.39?uZ1′=Z2+20.6=15.14m 2分 ?5?2g2?9.82 增高为：Z1′-Z1=15.14-11=4.14m

2分

2 2

5、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φ108?4mm，油的黏度为3430cP，密度为960kg/m3, 泵的效率为50%，求泵的实际功率。 10分

u?38.4?103?41.415?0.12?960?3600m 2分 s Re?du???0.1?1.415?96064=1.62 2分 ?39.6 层流 ??3.43Re列两截面柏方

8 we??zg??hf??hf?20?9.81 u?0,p?0lu24301.4252J hf???1.62??6957.2?d20.12kg?we?6957.2?20?9.81?7153J 4分 kgWsWe7153?38.4?103N???153KW 2分

??0.5?3600Ne6、用离心泵经φ57×3.5mm的钢管,将敞口贮槽内的有机溶液(密度为800kg/m3, 黏度为20cP)

输送到反应器中。设贮槽内的液面离反应器内的液面高度保持16m，见附图。已知钢管总长度(包括局部阻力当量长度)为25m，反应器内的压力恒定为4kgf/cm2(表压)，有机溶液输送量为6m3/h，泵的效率为60%，试确定泵的轴功率。 10分

Re?du???640.05?800?0.849???1698层流 2分 ?3169820?10u?6?40.8490.052?3600m 2分 s列两截面柏方

25u2We?Z2g???hf ?hf?? 2分

0.052?P24?9.807?10364250.8492JWe?16?9.81????654.3 4分

80016980.052kgWsWe654.3?6?80038.4?103N???1.454KW

??0.6?3600Ne 2分

3

7、40℃水由高位槽经异径收缩管向下流动，40℃水的密度为992kg/m3，饱和蒸汽压pv=7.38kPa，当地大气压为97kPa。现拟d0取135mm，试问：当不计阻力损失，水在流经收缩管时会不会汽化？ 10分 6 管子出口流速u=2gh=2?9.81?10 =14.0 m/s 2分 ∵14.0?(0.15) 2 =u0?(0.135) 2 ∴u0=17.28m/s 2分

由水槽液面至收缩管处排伯努利方程：

P017.28297?1039.81?7???

9929922 ∴p0=17.0?103Pa 4分

∵p0?pv，故收缩管处不会发生水汽化。

8、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 15分

阀关时：(ZA+1.8)×1000=0.5×13600 ZA=5m 2分 ⑴阀全开：对A-A和C-C截面外侧列伯努利方程：

uC2uA2pApCgZA????gZC???hf 取Zc=0(基准面),

2??2uC2puA2p?0,?0,A?C?0 4分 22???50?u9.81?5?0.018??1?0.5?15?C 解出：u=3.02m/s

?0.1?2m3V??0.1?3.02?3600?85.4 3分

4h2?2⑵对A-A到B-B截面列伯努利方程：

u2pBgZA????hf

2?2pB?3.02250?3.02 4分 9.81?5????0.018?0.5?21000?0.1?2解出pB=1.76×104N/m2（表） 2分

4

9、在图示装置中，水管直径为Φ57×3.5 mm。当阀门全闭时，压力表读数为0.3大气压, 而在阀门开启后，压力表读数降至0.2大气压。设管路入口至压力表处的压头损失为 0.5 mH2O，求水的流量为若干m3/h？ 解：阀门全闭时，由 P2 =ρgH，

0.3?1.013?105H??3.1m 即水槽液面距阀门中心线的高度为3.1 m。

1000?9.81 4分

Z1 = H = 3.1 m，Z2 = 0，P1 = 0，P2 = 0.2×1.013×105 Pa，u1≈0，Σhf/g = 0.5 mH2O 代入上式

u220.2?1.013?105??0.5. 解得 u2 = 3.24 m/s 2分 33.1?1000?9.812?9.81m3 V?du?3600?22.9

4h?2 2分

10、如图示常温水由高位槽以1.5m/s流速流向低位槽，管路中装有孔板流量计和一个截止阀, 已知管道为φ57?3.5mm的钢管，直管与局部阻力的当量长度(不包括截止阀)总和为 60m,截止阀在某一开度时的局部阻力系数ζ为7.5。设系统为稳定湍流,管路摩擦系数?为0.026。 (1) WS??4d2u???4?0.052?1.5?1000?2.945KgT?10.6 Sh1-1.2-2截面列伯努利方程 ?Zg??hf

3 8 5分 4.m41?60 ?Zg??0.026?g?0.052?1.57.?5?2?u21.52??7.51000?8.438?103Pa (2)阀前后：?P?7.522 ∵ ?p = (?i??)gR 即 8.438?103= (13.6?1) ?103?9.81R2

∴ R2 = 0.06826 m=6mm 5分 (3) 1-1.2-2截面列伯努利方程 当u?= 0.8u = 0.8 ?1.5 = 1.2 m/s

2l2g?4.438?l?u ?Zg??hf?????? ????2du?d?2 ∴ ??29.81?4.43860?0.026?29.3 5分

1.220.05(4)因高位槽水位不变，流量减小，阀前管路阻力减小，必引起a点压强pa增大。 5

5

11、水塔供水系统如附图所示。管路总长50m(不包括局部阻力当量长度)，水塔内水位高9.8m，管内径d=45mm，现测得流量V为12m3/h，摩擦系数λ可按0.02 计，试计算所有局部阻力当量管长Le之值。 10分

1-1.2-2截面列伯努利方程

u2Z1g???hf 4分

2u?360012?4?2.10.0452m 2分 Sl?leu2l?leu2u2?hf??d2 Z1g?2??d2

50?le2.122.129.81?9.8?0.02? 2分

0.04522?2?9.81?9.8?0.045le???1??50?45.85m 2分 22.10.02??12、有一内径d＝50mm的管子，用孔板流量计测量水的流量，孔板内孔直径d0=25mm，U

形压差计的指示液为汞 ，孔流系数C0=0.62。当需测的最大水流量为18m3/h，问：U形压差计最大读数Ｒmax为多少？ 5分

Vs?A0u0?A0C02gR??i????期中u0?C02gR??i???? 3分

29.81R?13600i?1000?18? ?0.0252?0.6236004100018?4?????2?9.81?12.6R 2???0.025?0.62?3600?R?1.092m

6

2

2分 13、密度为103kg/m3、黏度为1cP的水，以10m3/h的流量在φ51×3mm 的水平光滑管内流过。在管内某处p1=1.5at(表压)，若局部阻力不计，问距该处100m下游处p2为多少Pa? (Re=3000～1×105，?= 0.3164/Re0.25) 10分

u?103600?4??d2360010?4?1.750.0452m 2分 sRe?

du??0.045?1.75?1000?78750 2分 ?310??0.3164?0.019 1分

187500.25

列两面的柏方

P1lu2 3分 ???hf??????d2P2P2lu21001.7524P2?P??1.5?9.807?10?0.0191000?8.3?104Pa(表) 2分 1??d20.045214、内截面为1000mm×1200mm的矩形烟囱的高度为30m。平均摩尔质量为30kg/kmol，平均温度为400℃的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持49pa的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值，大气温度为20℃，地面处的大气压强为101.33×103pa。流体流经烟囱时的摩擦系数可取为0.05，试求烟道气的流量为若干？ 20分 9 解:烟囱底端为上游截面1—1’、顶端内侧为下游截面2—2’，并以截面1—1’为基准水

2u1p1u2p2在两截面间列柏式，即： gZ???gZ2????hf

2?2?式中 Z1=0，Z2=30m，u1≈u2 4分

由于烟道气压强变化不大，烟道气的密度可按1.033×105pa及400℃计算，即：

pM1.033?105?30????0.543kg/m3 2分 3RT8.314?10?273?400?以?'表示大气的密度，pa，1与pa，2分别表示烟囱底端与顶端大气压强，即：

P1= pa，1—49Pa

因烟囱顶端内侧压强等于同高度处的大气压强，故p2= pa，2 = pa，1—?'gZ2 2分 标准状况下空气的密度为1.293kg/m3，所以1.0133×105Pa、20℃时的密度为

?'?1.293?273?1.2kg/m3 2分

273?20于是 p2= pa，1—1.2×9.81×30= pa，1—353 Pa 将以上各值代入 柏式，解得

7

?hf??pa,1?49???pa,1?353?0.543?9081?30?266J/kg 2分

lu2?hf??d2 2分

e其中 de?4?1?1.2?1.09m 2分

2?1?1.2?266?1.09?2?19.7m/s 2分

0.05?30烟道气的流速为 u?烟道气的流量为

h ?s?360u0A??36?001?9.7??1.21?0.543kg46 2分

15、已知输水量为15m3/h，管径53mm，总机械能损失为40J/kg，泵的效率0.6，求泵的轴

功率。 15分

取池内水面为截面1，作为基准面；输水管出口为截面2，则有 z1=0, z2=20m,p1=0, p2=500×103Pa u1=0, 2分

u2?1536000.05324??1.89m 2分 S2u12PuPZ1g??1?We?Z2g?2?2??hf 代入数值，得We=738J/kg

2?2?质量流量: WS=(15/3600)(1000)=4.17kg/s 2分

有效功率:Ne= 4.17×738=3080J/s=3.08kw 2分 泵的轴功率:

P?Pe??3.080.6?5.13kW 2

8

16、某液体密度为800 kg/m3，黏度为73cP，在连接两常压容器间的光滑管中流动，管径300mm，总长为50m（包括全部局部阻力当量长度），两容器液面差为3.2m（如图示）。 求：(1)管内流量为多少？

(2)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=0.316/Re 0.25 15分

解：（1）在1-1，2-2两截面间列柏努力方程，

u1=u2=0，p1=p2=0，We=0

gz1??h?lu2f1?2?d2 由??0.316Re0.25 ，Re?du??代入上式

得u=3.513m/s 验证Re=0.3×3.513×800/0.073=11550﹥4000 假设正确，V=A·u=893.95m3/h （2）流量减半，流速减半，即u=1.7565m/s Re=5775符合伯拉修斯式 列1-1，2-2间柏努力方程

2gz???0.316l?u1?Re0.25?d?????2

则??14.3 ?u2l22???eu20.316leud?2?Re0.25?d?2?ld? e?0.316?Re0.25?118.2m

9

4分

2分

2分 3分

4分 17、右图，有一直径为Φ38×2.5mm，长为30m的水平直管段AB，在其中装有孔径为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(局部损失)为6×104Pa，AB段摩擦系数λ取为0.022，试计算：(1)流体流经AB段的压力差；(2)若泵的轴功率为800W，效率为62%，求AB管段消耗的功率为泵的有效功率的百分率，已知：操作条件下液体密度为870kg/m3，U管指示液为汞，其密度为13600kg/m3。 15分

V??se???f?C2Rg0A0??0.63????16.4?10?3?22?0.6?9.81??13600?870?4870 ?1.75?10?3m3/su?Vf??2.05m/s?0.03324（1）由A、B两点列柏努力方程

P22ZAuAPBuBA??g?2g?he?ZB??g?2g?hfZA?ZB,uA?uB,he?0l?u22

P??P3032.05A?PB??d2f0.022?33?10??870?2?6?104?9.66?104Pa（2）Ne?N轴??800?62%?496W AB段消耗的功率：N??msWe?V?pfu??1.75?10?3?9.66?104?169.05W 则

N?N?169.05?100%?34.1% e496

3分

10

3分

5分

4分

18、一敞口高位水槽A中水流经一喉径为14mm的文丘里管，将浓碱液槽B中的碱液（密谋为1400 kg/m3）抽吸入管内混合成稀碱液送入C槽，各部分标高如附图所示；输水管规格为φ57×3mm，自A至文丘里喉部M处管路总长（包括所有局部阻力损失的当量长度在内）为20m，摩擦系数可取0.025。

（1） 当水流量为8m3/h时，试计算文丘里喉部M处的真空度为多少mmHg； （2） 判断槽的浓碱液能否被抽吸入文丘里内（说明判断依据）。如果能被吸入，吸入量的

大小与哪些因素有关？ 15分

主管道u?Vs/A?(8/3600)/[(?/4)?0.0512]?1.09m/s (1)文丘里喉部M处u2?Vs/A2?(8/3600)/[(?/4)?0.0142]?14.4m/s 3分 在高位水槽上面与M处界面间的列柏努利方程得：

p2/?g?(Z1?Z2)?(u2/2g)??(1/d)(u2/2g)?8?14.42/2g?0.025(20/0.051)?(1.092/2g) ??3.16mH2O?232mmHg(真空度）5分

(2) h碱?碱＝?水

2h水 h水＝1.5×1400/1000＝2.1mH2O(<3.6mH2O)

故浓碱液能被吸入管内。 3分 在B槽液面与M处水平截面间的列柏努利方程得：

Pa/(?g)?h??u?2/(2g)?P2/(?g)?hf 吸 (Pa?P2)/(?g)?h??u?2/(2g)?hf 吸

可见吸入量的大小不仅与M处的真空度、B槽液面与M处的位差有关，而且与吸入管的管路情况（管径、管长、粗糙度等）有关。 4分

11

1、以离心泵把水由储罐A输至储罐B，B内液位比A内液位高1.2m，管子内径80mm，pA= -0.2kgf/cm2 , pB= 0.25kgf/cm2 (均为表压), １min输送500kg水。 AB间管线总长5m(包括局部阻力), 摩擦系数0.02，轴功率0.77kw ,求泵的效率。 解 （2分，2分，3分，3分）

V?500?8.33?10?3m3/s60?1000Vu??1.66m/sA(p?pA)He'?(zB?zA)?B??Hf,AB?g

1.662?1.2?(0.25?0.2)?10?0.02?(5?0.08)??5.88m2?9.819.81??He'V?g/Na?5.88?8.33?10?3?1000??0.6240.77?10002、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，黏度与水相近。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？ 解 （5分）

p2?p18?LV2He'?z2?z1??25?g?gd(1.2?0.2)?9.81?10?960?9.81?42.1m?21?48?0.023?(50?20)?(182)3600

3.142?9.81?0.055

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。

（5分）

Hg,max?p0?pv??Hf吸??h,允?g8?LV??5.34m25?gd2故可正常工作。

??2.3?

12

3、如图所示的输水系统,输水量为36m3/h,输水管路均为φ80×2mm的钢管,已知：吸入管路的阻力损失为2J/Kg,压出管路的压头损失为0.5mH2O柱,压出管路上压力表的读数为2.5Kgf/cm2 ,试求： (1)水泵的升扬高度；

(2)水泵的轴功率N轴(kW),设泵的效率η=70%；

(3)若泵的允许吸上高度[Hs]=6.5m,水温为20℃,校核此系统的安装高度是否合适? 当时当地大气压为1atm；ρ水=1000Kg/m3。 解

(1)U?36?(0.785?0.0762)?2.2m/s3600P3U322.22Z3?4????Hf3?4?2.5?10??0.5?24.75m

?g2g2?9.81Z升扬?Z1?3?Z3?4?5?24.75?29.75m

P3U322(2)He?Z1?3????Hf吸入?5?25??30.45m?g2g9.81Na?HeV??30.45?0.01?103?(102?0.7)?4.265KW?4.3KW102?

（4分）

(3)Hg,max?合适U12?[Hs]???Hf吸入?6.5?0.247?0.204?6.05m?4.8m（2分4、 2g型号 3B57A 3B33 3B19 流量(m3/h) 50 45 38 扬程(m) 38 32 20 允许吸入真空高度(m) 7.0 6.0 5.0

解（列方程4分，求出压头4分，选泵2分）

PU12P2U221Z1???He?Z2????hf?g2g?g2g?h??hff,1??hf,2?4m

9.81?104He?6?3?4?20m10?9.81He?20m?V?40m3/h根据流量，压头，选3B33较合适。

13

5、某型号的离心泵,在一定的转速下,在输送范围内,其扬程与流量的关系可用He=18-6×105v2(He单位为m，V单位为m3/s)来表示。用该泵从贮槽将水送至高位槽。两槽均为敝口,两水面高度差3m且水面维持恒定。管路系统的总长为20m(包括所有局部阻力的当量长度),管径为φ46×3mm,摩擦系数可取为0.02,试计算: (1)输水量m3/h;

(2)若泵的效率为65%,水的密度为1000Kg/m3,求离心泵轴功率kW？

解 (1) （ 7分）

'He?(z?p)??Hf?g20V2???3.23?105V220.040.785?0.049.81

z?3m,

?Hf?0.02?p?0?g'?He?3?3.23?105V2.............................(1)离心泵特征曲线:He?18?6?105V2.....(2)由(2)找工作点:18?6?105V2?3?3.23?105V2?V?0.00403m3/s?14.51m3/h由式(1)知:He?8.25m(2) （3分） Na?HeV?g1000?0.00403?8.25??0.501KW

1000?102?0.65??6m，6、现有一台离心泵，允许吸上真空度Hs 用来输送20?C的清水，已知流量为20m3/h，

吸入管内径为50 mm，吸入管的全部阻力损失为?Hf?1.5mH2O，当地大气压为10 mH2O。试计算此泵的允许安装高度Hg为多少米？

204V3600?2.831?m/s （5分） 解： u1?22?d???0.05?4?u12?? Hg?Hs??Hf （5分）

2g2.8312?1.5?6?0.409?1.5?4.091m ?6?2?9.807

14

7、欲用离心泵将20℃水以30 m3 /h的流量由水池打到敝口高位槽，两液面均保持不变，液面高差为18m，泵的吸入口在水池液面上方2m处。泵的吸入管路全部阻力为1mH2O柱，出口管的全部阻力为3mH2O， 泵的效率为0.6，（1）求泵的轴功率；（2）若已知泵的允许吸上真空高度为6m，问上述安装高度是否合适？（动压力可忽略）。水的密度可取1000kg/m3。

解：如图在1-1，2-2截面间列柏努力方程，以1-1截面为水平基准面

H??z??hf1?2?18?1?3?22m （3分）

30?22?100QH?3600N轴???3KW （2分）

102?102?0.6u2Hg允?Hs允??Hf吸?6?1?5m （5分）

2gHg实?2m

?Hg实＜Hg允

安装高度合适

8、用泵将苯和甲苯的混合物送到精馏塔，精馏塔操作压强为0.5at，原料槽压强为0.1 at。管路总长为20m(包括全部局部阻力的当量长度)，管路直径为50mm，摩擦系数为0.02，密度为800kg/m3。离心泵的特性曲线可表示为He=20-1.12×105V2，式中V以m3 /s表示。试求原料输送量及泵的理论或有效功率为多少？ 解

????V???2??0.05?0.5?0.1??9.81?1040.02?20?4???13?1.06?105V2 H?8???800?9.810.052?9.81与He?20?1.12?10V联立

解出：V=5.67×10-3m3/s （5分）

522He?20?1.12?105?5.67?10?3??16.4m

2Ne?He?g?V???16.4?9.81?5.67?10?3?800?729.8W （5分）

15

9、用3B33型泵从敞口容器将水送到别处，流率为55m3/h，查得该流量下的允许吸上真空度为3m。吸入管压头损失为1m，忽略液体在吸入管的动压头。当地大气压736mmHg。

（1）3B33的B指的是什么？

（2）输送20?C水时，泵的安装高度；[2m]

解：（1）B指的是清水泵 （3分） （2）根据

u12 （2分） Hg?Hs?Hf?2g因为 （5分）

Hs?3m，Hf?1mu12?0 2g当地大气压736mmHg约为10 mH2O，因此

u12=3-1=2m Hg?Hs?Hf?2g10、用安装在液面上方2米的泵输送流量为12m3/h的20℃水, 泵的出口处压力表读数1．9at(表)，泵入口处真空表读数140mmHg, 轴功率1．20kw, 电动机转数2900转/分，真空表与压力表距离0．7m, 出口管与入口管直径相同。若泵的允许吸上真空度为6米，吸入管的全部阻力为1m水柱，动压头可忽略。求：

（1）泵的压头H ；

（2）泵的安装高度是否合适？ 解：

(1) 列真空表与压力表间柏努力方程，以真空表处管中心为水平基。（5分）

?P?u2H??Z???Hf

?g2g管径相同，?u?0，则：

21.9?9.81?104?140?133.3?104H?0.7??21.6m 39.8?10u12(2)Hg?H??Hf0?1=6-0-1=5m （5分）

2g's实际安装高度为2m＜5m,安装高度合适。

16

1、某板框过滤机框空的长、宽、厚为250mm×250mm×20mm,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。 解：

过滤面积A = 8×2×0.25×0.25 = 1.0 m2

（2分） 已知: τ1 = 8.75 min V1 = 0.15 m3 τ2 = 15 min V2 = 0.20 m3

∵V2+2VVe = KA2τ （4分） 可得 0.152+2×0.15Ve = K×12×8.75 (1) 0.202+2×0.20Ve = K×12×15 (2) (1)、(2)式联立,解得 K = 0.0030 m2/min = 5.0×10-5 m2/s （4分）

2、以板框压滤机恒压过滤某悬浮液，过滤面积10m2，操作压差1.96×105 Pa。每一循环过滤15min得滤液2.91m3。过滤介质阻力不计。

(1) 该机生产能力为4.8m3/h滤液，求洗涤、装拆总共需要的时间及过滤常数K。 (2) 若压差降至9.81×104Pa，过滤时间及过滤量不变，其他条件不变，需多大过滤面积？ 设滤饼不可压缩。

(3)如改用回转真空过滤机，转一圈得滤液0.2m3，转速为多少才可以维持生产能力不变？ 解： (1) ∵V2=KA2τ 即 2.912=K×102×15 ∴K=5.65×10-3 m2/min 又 Q= V/∑τ

即 4.8/60=2.91/（15+τw+τD） ∴ τw+τD=21.4 min

（4分） （2）V2=KA2τ A2= V2/Kτ （4分）

?A?1K而K??pA?A'?K?p??2K'?p'

?A'?2A?14.1m2（3）Q=4.8/60=0.2×n （n-r/min） ∴ n=0.4 r/min （2分）

17

3、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） 解：(1) ∵V2 + 2VVe = KA2t

由题意得 1.312 + 2×1.31Ve = KA2×10 (a)

1.9052 + 2×1.905Ve = KA2×20 (b)

(a)、(b)联立,解得 KA2= 0.2076 m6/min,Ve = 0.1374 m3

（3分） 又 A = 10×2×0.812 = 13.12m2

过滤终了时,共得滤液量VE = 13.12×0.021/0.1 = 2.755 m3

由 2.7552 + 2×2.755×0.1374 = 0.2076tE,∴tE = 40.2 min

（3分） (2) 生产能力 = nVE /(tE+tw+t辅) = 0.1×2.755/(40.2+45) =3.23×10-3 m3/min = 0.194 m3/h(滤饼)

（4分） 4、在3×105Pa的压强差下对钛白粉在水中的悬浮液进行过滤实验，测得过滤常数K=5×10-5m2/s、qe=0.01m3/m2，又测得滤饼体积与滤液体积之比v=0.08。现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机处理此料浆，过滤推动力及所用滤布也与实验用的相同。试求：（1）过滤至框内全部充满滤渣所需的时间；（2）过滤完毕，以相当于滤液量1/10的清水进行洗涤，求洗涤时间；（3）若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15min，求每台过滤机的生产能力（以每小时平均可得多少（m3）滤饼计）。 解：（1）所需过滤时间

A=0.812×2×38=49.86m2 Vc=0.812×0.025×38=0.6233m2

Vc0.6233??0.1563m3/m2 vA0.08?49.8611???q2?2qqe??0.15632?2?0.1563?0.01??551s ?5?K5?10q?（4分）

（2）洗涤时间

KA5?10?5?49.86?dV???1.874?10?5m3/s ????d??w8?q?q0?8?0.1563?0.01??3?W?VW/???0.1V/1.874?10

?d??W?dV??0.15?63 ?0.1 （3）生产能力 Qc?

?349.86/?1.87?4s1 04分）16 （4

0.6233?3600?1.202m3（滤饼）/h （2分）

551?418?15?6018

5、用板框过滤机过滤某悬浮液，一个操作周期内过滤 20分钟后共得滤液 4m3 （滤饼不可压缩，介质阻力可略）。若在一个周期内共用去辅助时间30分钟，求： （1） 该机的生产能力

（2）若操作表压加倍，其它条件不变（物性，过滤面积，过滤时间与辅助时间），该机生产能力提高了多少？ 解：滤饼不洗涤 （1）4分

Q?60V4??0.08m3/min

???w??D20?30（2）6分

V12?K1A2?,V'2?K'A2?V'2K'?V12K1K?p?V'?pV'?2V?1.414?4?5.65m35.65Q??0.113m3/min506、对某悬浮液进行恒压过滤。已知过滤时间为300s时，所得滤液体积为0.75m3，且过滤面积为1m2，恒压过滤常数K=5*10-3m2/s。若要再得滤液体积0.75m3，则又需过滤时间为多少？

解:由q2?2qeq?K? 3分

得2qeq?K??q2 3分 K??q25?10?3?300?0.752?qe???0.6252q2?0.75q2?2qeq1.52?2?0.625?15????825 4分 K5?10?3??825?300?525s

19

7、一小型板框压滤机有框10块，长宽各为0.2m，在2at（表压）下作恒压过滤共二小时滤框充满共得滤液160l，每次洗涤与装卸时间为1hr，若介质阻力可忽略不计，求：

(1)过虑常数K，洗涤速率。

(2)若表压增加一倍，其他条件不变，此时生产能力为若干？

解：（1） （5分）

?P?2at

A=0.2×0.2×10×2=0.8m2

V2?KA2?0.1623?K??0.02m/h

20.8?21KA2?dv??0.01m3/h?????d??W42V（2） （5分）

?P??2?P ?K??2K

?0.16????K??? ?0.8????1h故生产能力为 0.16/（1+1）=0.08m3/h

8、某板框压滤机的过滤面积为0.4 m2，在恒压下过滤某悬浮液，4hr后得滤液80 m3，过滤介质阻力可略去不计。

试求：①若其它情况不变，但过滤面积加倍，可得多少滤液？ ②若其它情况不变，但操作时间缩短为2hr，可得多少滤液？

③若在原表压下过滤4hr后，再用5m3水洗涤滤饼，需多长洗涤时间？设滤液与水性质相近。

2V222?

8024V?55.6m3

（3） （4分）

802KA???1600m6/h?4KA2KA2?dv?? ???d?2V?V2V???Ee?VwVw?w???2h21??dv??1KA????4??d??E?42V2V2

20

9、一小型板框过滤机，过滤面积为0．1m2 ，恒压过滤某一种悬浮液。得出下列过滤议程式：（q +10）2=250（θ+0．4）式中q以l/m2，θ以分钟计。

试求：（1）经过249．6分钟获得滤液量为多少？

（2）当操作压力加大1倍，设滤饼不可压缩同样用249．6分钟将得到多少滤液量。 解：（1）(q?10)2?250(??0.4) 当??249.6分时

q=240L/M

V=240×0。1=24L

（2）P??2P, K??2K

2 (5分)

(q?10)2?2?250(249.6?0.4)?2?2502 q?343.5l/m2

V?343.5?0.1?34.3L (5分)

1、某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100 mm，其导热系数分别为0.9 W/（ｍ·℃）及0.7 W/（ｍ·℃）。待操作稳定后，测得炉壁的内表面温度为700℃, 外表面温度为130℃。为减少燃烧炉的热损失，在普通砖的外表面增加一层厚度为40 mm, 导热系数为0.06 W/（ｍ·℃）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃, 外表面温度为90℃。设两层材料的导热系数不变。计算加保温层后炉壁的热损失比原来减少百分之几？ （10分）

解：设单位面积炉壁的热损失为q（q?Q），加保温层前，是双层平壁的热传导 Sq1?t1?t3700?130??2240w/m2 （4分）

b1b20.10.1???1?20.90.7t1?t4740?90??707w/m2 （4分） 0.10.10.04b1b2b3?????1?2?30.90.70.06加保温层后，是三层平壁的热传导

q2?热损失减少的百分数

q1?q22240?707??68.4% （2分） q12240 21

2、外径为426 mm的蒸气管道, 其外包扎一层厚度为426 mm的保温层, 保温材料的导热系数可取为0.615 W／(ｍ·℃)。若蒸汽管道的外表面温度为177℃, 保温层的外表面温度为38℃, 求每米管长的热损失。 （10分）

解：由已知 r2 = 0.426/2 = 0.213 m， r3 = 0.213 + 0.426 = 0.639 m （5分）

每米管长的热损失

Q2??(t2?t3)2??(177?38)???489w/m （5分）

r30.639Llnln0.213r23、在一套管换热器中，用水蒸气加热空气，已知空气侧的对流给热系数为 40W/(m2?℃),蒸

汽冷凝侧的对流给热系数为5000W／(m2?℃)，现欲提高此传热过程的总传热系数,应从何着手解决？试用具体数据说明理由。（注：管壁热阻及污垢热阻可忽略,空气湍流） （15分） 解： 当忽略管壁及污垢热阻时

11111 ????K?1?2500040K?39.7 W/(m2?℃) (4分)

由于?1>>?2,故应设法增大?2之值

在管程允许的压力降范围内增大空气的流量,设将空气流量提高2.4倍,则

0.80.8 ?2?2.4?2?2.4?40?80 W/(m2·℃)

? K??11?1?1?111?500080?78.7 W/(m2·℃) (5分)

?2K?78.7???1.98 若将?1增大一倍?1?10000 W/(m?℃) (3分) K39.7K?39.8K??39.8 W/(m?℃) ??1.98 (3分)

K39.7

22

4、某厂精馏塔顶,采用列管式冷凝器,共有φ25×2.5mm的管子60根, 管长为2m,蒸汽走管间,冷却水走管内,水的流速为1m/s 。进、出口温度分别为20℃和60℃,在定性温度下水的物性数据为:ρ=992.2kg/m3 λ=0.6338W/(m·℃) μ=6.56×10-4Pa.s Pr=4.31 ① 求管内水的对流给热系数

② 如使总管数减为50根,水量和水的物性视为不变,此时管内水的对流给热系数又为多大? (15分)

解: Re??du0.02?1?992.24??3.025?10?1000 ?4?6.56?10d?20.02?100?50 (3分)

0.8 0.6?Pr?160 L∴可采用下式计算对流给热系数 Nu?0.023RePrn

流体被加热 n=0.4 ∴Nu?158.5 (2分)

???d?Nu?0.6338?158.5?5024 W/(m2·℃) (2分) 0.02 (2) 当管子根数减少时,流速变大 u??(n60)?1?1.2m/s (4分) )u?(n?50???(u?)0.8 (2分) ?u????(u?u)0.8?5024?1.20.8?5813W/(m2?℃） (2分)

5、一套管换热器,由φ48×3mm和φ25×2.5mm的钢管组成,两种流体在内管和环隙流过，分别测得对流给热系数为?1和?2，若两流体的流量保持不变，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。 求将内管改φ32×2.5mm后,管内对流给热系数有何变化?(假设流动状态皆为湍流) (10分) 解: 原内管外径d1?25mm 内径 d2 ?25-2.5?2?20mm

?? 32mm??32-2.5?2?27mm 新内管外径 d1 内径d2? 设 改用φ32×2.5钢管后,内管对流给热系数?14Vρ0.81)?1.8 (5分)

dd?dμ?'20??()1.8?0.583 (5分) ?27α?(

23

6、一套管换热器用 133℃的饱和水蒸汽将管内的氯苯从 33℃加热到 73℃，氯苯流量为 5500Kg/h。现因某种原因，氯苯流量减少到 3300Kg/h，但其进出口温度维持不变，试问此时饱和蒸汽温度应为多少才能满足要求？此时饱和水蒸汽冷凝量为原工况的百分之几？（设两种工况下的蒸汽冷凝热阻，管壁热阻，垢层热阻及热损失均可略，且氯苯在管内作湍流流动，忽略两工况下蒸汽汽化潜热的变化） (15分)

WCCPC?t2?t1??KS?tm(1)解： (3分)

WC?CPC?t2?t1??K?S?tm?(2)0.8K????3300??5500??K?0.66K

lnT??t?11??2?得:55003300?KT??t2K? lnT?t1T?t2nT??t1T??t?55003300?0.66ln133?33133?73?0.567

2T??t1T??t?1.76 2T??1.76t2?t110.76?.76?73?330.76?125.9??C?

WK?tmh?/Wh?K?t??0.6 m

24

(5分) (3分) (4分) 7、重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为243℃和128℃；终温分别为167℃和157℃。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温度差及它们的终温。假设在两种流动情况下，流体的物性和总传热系数均不变化，换热器的热损失可以忽略。

解： 以下标―′‖表示并流的情况。由传热速率和热量衡算式知：

??WhCph(T1?T2?)?WcCpc(t2??t1) Q??K0?tmQ?K0?tm?WhCph(T1?T2)?WcCpc(t2?t1) (3分)

两式相除，得：

?T1?T2?t2??t1Q?K0?tm （a） ???QK0?tmT1?T2t2?t1将和比定律应用于下式，得：

???t1)(T1?T2?)?(t2??t1)(243?167)?(157?128)?tm(T?T2?)?(t247?1????tm(T1?T2)?(t2?t1)(T1?t2)?(T2?t1)?t2??t1?t2??t1???tm(243?128)?(167?157)?43℃ (4分)

115ln10?t2?t?t147471所以 ln2??1.093 ???t143?t2??t1?t2??t143ln

?t2?e1.093?2.98 (3分) ?t1 ?243?t2??2.98?T2?128?

或t2??2.98?T2?128??243 （b）

由式a得：

243?167157?128 ?243?T2t2?128 即： t2?0.38?243?T2??128 （c） 联立式b和c解得：

t2?161.℃3 T2?155.4℃

?tm??t2??t1(243?161.3)?(155.4?128)??49.7℃ (5分) ?t21.093ln?t1 25

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zu4v.html