化工原理計(jì)算試習(xí)題

1、離心泵的計(jì)算1計(jì)算題 j01b10029如圖所示, 水通過(guò)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(jì)，其讀數(shù)R=20mm，A、B兩點(diǎn)間的垂直距離為h=0.3m試求:(1) 試求A、B兩點(diǎn)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(jì)讀數(shù)及A、B兩點(diǎn)壓差有何變化 計(jì)算題 j01b10029 (題分：20)(1) uA=(2/60)/(p/4)2=4.244 m/s， uB=(1/2=0.7368 m/s pA/ruA2/2= ghpB/ruB2/2Shf pA/

2、r(ghpB/r)=(rir)gR/r pApB=(rir)gRrgh =-1)103+103 =5415 Pa (2) Shf=(pA/rghpB/r) uA2/2uB2/2 =(rir)gR/ruA2/2uB2/2 =1)2/22/2 = J/kg 即 Dpf=rShf=103=103 Pa 換成mmHg: SHf=Dpf/(rHgg)= 103/103 = mHg= mmHg(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(shí) pA- pB = -1)103 =2472Pa比傾斜放置時(shí)

3、的壓差值小。2計(jì)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(shù)為cm2。試求： (1) 水泵的升揚(yáng)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讀數(shù)(mmHg 柱)。4.8m0.2m 注:當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?50mmHg 柱。 U=36/3600/2.2 m/s (1) 在2-2與3-3截面列. 5分Z2+p/g+U22/2g+He =Z3+P3/g+U32/2g+Hf 2-3 U2=U3 不計(jì)H

4、f 2-3He =(Z3-Z2)+(P3+P2)/g = + +/(103104 =柱 在1-1與4-4列. He =Z1-4+Hf 1-4+Hf 3-4 Z1-4=He -(Hf 1-4+Hf 3-4)=+=升揚(yáng)高度為(2) Pa =Heqvg/=103= KW 3分(3) 在1-1與2-2列,得 5分 0=Z2+(-P)/g+U22/2g+Hf 1 -P=Z2g-U22/2-Hf 1 -g =-103+ /2103+103 =-515102N/M2=515102/105)=386mmHg (表) -P2=真空度 吸入管路上真空表讀數(shù)為386mmHg 柱=3j01c20113 用離心泵將原油

5、從油庫(kù)沿管內(nèi)徑為0.15m、長(zhǎng)2公里(包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)的水平管送往煉油廠。輸油量為40m3/h。油泵的總效率為，求泵的軸功率。某天，該油泵突然發(fā)生故障，于是開(kāi)動(dòng)一臺(tái)備用泵，其壓頭僅為原來(lái)泵的 80%，問(wèn)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 s。設(shè)油庫(kù)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)2=u=40/(3600=sRe=du/=890/=210(層流) =64/Re=64/210=Hf=(l/d)(u2/2g)=(2000/(2=82.1mWs=40890/3600=9.9kg/s N=(10

6、00=H= Pf=890=105N/m對(duì)于層流Pf=32lu/du=Pfd/(32l)=105 (322000=s V=3600=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(zhǎng)2m的鋼管。泵壓出管路為763mm,長(zhǎng)30m的鋼管, 壓出管路上裝有標(biāo)準(zhǔn)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(jì)，孔板孔徑為40mm，孔流系數(shù)C=，水銀差壓計(jì)讀數(shù)R=456mm。吸收塔噴咀處壓力為cm2(表壓)，堿液密度=1100kg/m3，泵的效率=，直管阻力系數(shù)=(吸入、壓出管道取近似相同值)，彎頭=，標(biāo)準(zhǔn)閥=6，閘閥=，孔板=

7、8，試求泵所需功率。j01a150616=(/4)2g(13600-1100)/1100=s u1=(/4)=1m/s u0=12=2.04m/shf =2/+12/2g+30/+4+6+8)2g=He=+104/1100+2g=28.77m N=1100/(102= 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(zhǎng)為（包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度內(nèi)。）要求流量為3/h 。已知石油密度為Kg/m3，粘度為m2。試計(jì)算：（1）由于阻力引起的壓降；（2）泵的有效功率；（3）整理并寫(xiě)出管路特性曲線方程（注明式中變量的單位）答案：（1） （）（2） 21(36002)m/

8、se 920/層流 e （200/）92022 5N/m2f 5920 J/Kg（2）e 1000 f 15+=777 J/Kg (3)e 21920777(36001000) KW在層流范圍內(nèi)LZ+f/g=Z+64/(du/)(1/d)(1/2g)(Q2/2) =15+104Q 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(biāo)有：流量3/h，揚(yáng)程15m，軸功率.Kw,效率%，配用KW電機(jī)，轉(zhuǎn)數(shù)r/min。今欲在以下情況 使用是否可以如不可時(shí)采用什么措施才能滿足要求（要用計(jì)算結(jié)果說(shuō)明） （）輸送比重為的溶液，流量為3/h，揚(yáng)程。 （）輸送比重為的油類(lèi)，流量為3

9、/h，揚(yáng)程。 （）輸送比重為的清液，流量為3/h，揚(yáng)程。 答案：（） 電動(dòng)機(jī)功率不夠38/3600151800/(102KW 換大電機(jī)（） 揚(yáng)程不夠 （ ）2（ ）2 增加轉(zhuǎn)分。檢查功率： （ ）3 （）3 KW 換一電機(jī)功率為KW，轉(zhuǎn)分。（）可以使用。通過(guò)關(guān)小出口閥調(diào)節(jié)至工作點(diǎn)。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(jìn)、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4.8m,壓力表安裝位置離貯水池的水面高度為5m。當(dāng)輸水量為36m3/h時(shí)，進(jìn)水管道的全部阻力損失為kg，出水管道的全部阻力損失為

10、kg，壓力表的讀數(shù)為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(shí)際功率為多少KW 真空表的讀數(shù)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(zhǔn)面(目的求H3) H2g+(p2/)+(u22/2)=H3g +(p3/)+(u32/2)+hf2-31at=104N/m2=1kg/cm2 u=Q/A=(36/3600)(/4)=s 104/103)+2)=H3+= + H3 =mH=H3+5=+5=m在0-0和3-3間列柏努利方程以0-0為基準(zhǔn)面(求We)H0g+(p0/)+(u02/2)+We=H3

11、g +(p3/)+(u32/2)+hf0-3We=H3g +hf0-3=+=J/kgMs=Vs=(36/3600)103=10kJ/s Ne=MsWe= 10WN實(shí)=Ne/=4267W=kW在C-C和H間列柏氏方程以0-0為基準(zhǔn)面H0g +(p0/)+(u02/2)=H1g+(p1/)+(u12/2)+hf0-1 (pap1)/=+2)+=51.49m2/s2=103/104)at=kgf/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(shù)為(表壓)，排出段管總長(zhǎng)為180m(包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)，系統(tǒng)的摩擦系數(shù)可取。其它數(shù)據(jù)如圖

12、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型離心泵， 其特性曲線如圖b所示。試求泵的工作點(diǎn)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(yáng)程及出口壓力表讀數(shù)有何變化若嚴(yán)重堵塞有何現(xiàn)象發(fā)生試用圖說(shuō)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=UB2/2g =7/(l/d)-1)=7/180/= UB=sqv=(/4)d2UB=(

13、/4)=0.01417m 3/s=51.0m 3/h(2) 工作點(diǎn):由qv查圖b得工作點(diǎn)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+= Pf =11511000(3600103)= KW(3) 略 5分9j01b15183 如圖所示，槽內(nèi)水位維持不變。槽底部與內(nèi)徑為100mm鋼管相連，管路上裝有一個(gè)閘閥，閥前離管路入口端15m處安有一個(gè)指示液為汞的形壓差計(jì)，測(cè)壓點(diǎn)與管路出口端之間距離為20m。(1) 當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)測(cè)得=600mm，=1500mm；當(dāng)閘閥部分開(kāi)啟時(shí)，測(cè)得=400mm，

14、 =1400mm，管路摩擦系數(shù)取，入口處局部阻力系數(shù)取，問(wèn)每小時(shí)從管中流出水量為多少m3。 (2)當(dāng)閥全開(kāi)時(shí)（取閘閥全開(kāi)Le/d=15，=），測(cè)壓點(diǎn)處的靜壓強(qiáng)為若干N/m2（表壓）。 j01b15183解:(1)當(dāng)閘閥全關(guān)時(shí),根據(jù)靜力學(xué)關(guān)系: (ZA+h)g=RHgg 得水槽液位高度:ZA=RHg/-h=6.66m (2) 閘閥部分開(kāi)啟時(shí) 列A-A與B-B截面伯努利方程式 ZA=uB2/2g+PB/g+hfAB PB/g=(RHg-h)/=1000)/1000=4.04m ZA-PB/g=uB2/2g+(L/d)+)uB2/2g=(1+(L/d)+)uB2/2g 2g2g uB=3.38 m/

15、s V=(/4)d2u3600=3600=95.5 m3/h (3)當(dāng)閘閥全開(kāi)時(shí),列A-A與C-C截面伯努利方程: ZA=uc2/2g+hfA-C=(1+(L+Le)/d+)uc2/2g =(1+(35/+15)+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/g+(1+(L/d)+)uB2/2g PB/g=ZA-(1+(L/d)+)uB2/2g =(1+15/+ 2/(2 =3.20 m PB=1000=104N/m210. 三計(jì)算題(15分) j01b20095 某液體密度800kg/m3，粘度73cP，在連接

16、兩容器間的光滑管中流動(dòng)，管徑300mm，總長(zhǎng)為50m(包括局部當(dāng)量長(zhǎng)度)，兩容器液面差為3.2m(如圖示)。求： 管內(nèi)流量為多少 若在連接管口裝一閥門(mén)，調(diào)節(jié)此閥的開(kāi)度使流量減為原來(lái)的一半，閥的局部阻力系數(shù)是多少按該管折算的當(dāng)量長(zhǎng)度又是多少 層流：=64/Re；湍流：=j01b20095在1-1面和2-2面之間，列柏式以2-2面為基準(zhǔn)面：u1u20 gz1=hf1-2 =(l/d)(u2/2) 設(shè)流體流動(dòng)符合柏拉修斯公式：= Re=du/ gz1=(l/d)(u2/2)=(/) (l/2) =2gz1/(/) (l/=2(800/ (50/0.31.25)= u=s 驗(yàn)證：Re=800/=115

17、503000，假設(shè)正確V=Su=(/4)d2u=(/4)23600=(m3/hr)流量減半，即是流速減半 u=2=s Re=5775符合柏拉斯式條件列1-1面至2-2之間的柏式：gz1=(l/d)+(u2/2)=2gz1/u2-(l/d)=2(50/=又(u2/2)=(le /d)(u2/2)=(le /d)(u2/2) =(le /d)le =(d/=(m)傳熱過(guò)程計(jì)算1 j04c2012614 有一套管換熱器，由內(nèi)管為 542，套管為1164的鋼管組成。內(nèi)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(shù)為10000W/m2.。 已知：苯在之間的物性數(shù)據(jù)

18、平均值為： kg/m， P W/m.， cP 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 1./W 管壁及管外側(cè)污垢熱阻不計(jì)。 蒸汽溫度與壓強(qiáng)關(guān)系如下表所示 壓強(qiáng) at(絕) 溫度 120 133 試求：A)管壁對(duì)苯的對(duì)流傳熱系數(shù)； B)套管的有效長(zhǎng)度；C)若加熱蒸汽壓力降為at（絕），問(wèn)苯出口溫度有何變化應(yīng)為多少 解: （1）Re=4000/(3600/4/10-3)=104 r =P/=3-3/= 1=/（e ）（r ） =（4）5.40.4= W/m2 .（）4000/36003(80-50)=4 W11/ +1/10000+ 1 W/m2.m =（(120-50)-(120-80)）(120-50)/(120-8

19、0)= 1（1m ）4/= 1（內(nèi)）(= m （）不變，不變，變?yōu)?，苯的流量及比熱均不變?設(shè)出口溫度為2 ，在新條件下，傳熱速率方程變?yōu)?Q=GCp(t2-t1)=KAtm4000/36003 (2 -50) =（-2 )）/2) 解得 /2 )= 2 = 712、j04b200891 (20分)用一傳熱面積為3m2由25的管子組成的單程列管式換熱器, 用初溫為 10 的水將機(jī)油由200 冷卻至100 , 水走管內(nèi), 油走管間。 已知水和機(jī)油的質(zhì)量流量分 別為1000kg/h和1200kg/h, 其比熱分別為 和; 水側(cè)和油側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)分別為2000W/ 和250W/, 兩流體呈逆流流動(dòng)

20、, 忽略管壁和污垢熱阻。 A)計(jì)算說(shuō)明該換熱器是否合用 B)夏天當(dāng)水的初溫達(dá)到30, 而油的流量及冷卻程度 不變時(shí), 該換熱器是否合用 如何解決 (假設(shè)傳熱系數(shù)不變) 2. (20分)j04b2008910 解：(1) Q1=12002(200-100)=240000KJ/h Q2=Q1, t2=t1+Q1/(m2Cp2)=10+24000/(1000=67.4tm=/ln90)=110 1/K1=1/1+d1/(2d2)=1/250+25/(200020) K1=m2K A1=Q1/(Ktm)=240000103/3600110)=2.8m23m2 不適用 解決辦法是調(diào)大水量, 使t2, t

21、m, 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(nèi)，流量為kg/s，比熱為3770J/，氫氧化鈉對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)為930W/現(xiàn)用的水作為冷卻劑，水走管外，流量為kg/s，比熱為J/，管壁對(duì)水的傳熱系數(shù)為1000W/,(管壁熱阻及垢阻略計(jì)),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)槎啻螅僭O(shè)兩流體均為湍流，其物理性質(zhì)不變, 傳熱溫度差可取用算術(shù)平均值）。 解：） 1 P1 (1 -2 )=377

22、0(70-35)= W 忽略熱損失，則 2 P2 (2 -1 )即=4180(t2 -15) 解得 2 =36 1 /2 m （） 為薄壁園筒，按平壁近似計(jì)算 1 2 /(1 +2 )=9301000/(930+1000)= W/m2.K m 27)= m2）忽略熱損失，吸放1 P1 (1 -2 )2 P2 (2 -1 ) 23770(70-2 )=24180(2 -15) 得 2 =95 - 2 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： 838(5

23、5+2 -2 )/2 = 23770(70-2 ) 得： 2 - =2 聯(lián)立方程與得： 2 =37.3 （升高了）2 = （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(shù)K=230W/m2，正丁醇的流量為1930Kg/h。冷卻介質(zhì)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)3(90-50)4w m 4(2306)m （(1 -2 )+(2 -1 )） （(90-2 )+(50-18)） 2 2 c P (2 -1

24、) 冷卻水消耗量 c （P c (2 -1 )） 104/1000)1.34kg/s=103Kg/ht1=t2=50-18=32 t1/t2 =32=2 故平均溫度差采用算術(shù)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?？諝庠诠軆?nèi)作湍流流動(dòng),飽和水蒸汽在管外冷凝。今因生產(chǎn)任務(wù)加大一倍，除用原換熱器外，尚需加一臺(tái)新?lián)Q熱器。如果使新舊兩臺(tái)換熱器并聯(lián)使用，且使二臺(tái)換熱器在空氣流量、進(jìn)、出口溫度及飽和蒸汽溫度都相同的條件下操作。 原換熱器列管數(shù)為1，管內(nèi)徑為1，管長(zhǎng)為1，而新?lián)Q熱器管數(shù)為2（21），管內(nèi)徑為2（21）。 試問(wèn)新?lián)Q熱器管長(zhǎng)2為原換熱器管長(zhǎng)1的幾倍。

25、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 (1/1 ) 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 ）（1 /2）0 .2 （） 即 ， 2 2 L2 1 1 L1 1/2 L2 = 1 1 L1 /(2 1 1 /2)2 L1 6. 04c2012212 某廠在由根,長(zhǎng)的鋼管構(gòu)成的單殼程單管程列管換熱器內(nèi), 用 132.9的飽和水蒸汽在管間冷凝，將管內(nèi)作湍流流動(dòng)的常壓乙烯氣體加熱。

26、已知乙烯氣體流量為kg/s，進(jìn)口溫度為，在操作條件下的密度為kg/m3，比熱為kg.，對(duì)流傳熱系數(shù)為53W/m2，飽和水蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)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(shí)的溫度； B)若乙烯氣體通過(guò)換熱器的壓降要求不超過(guò)kgf/cm2，通過(guò)換熱器的總長(zhǎng)度（包括局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度）為，摩擦系數(shù)，試確定該換熱器最多能允許通過(guò)多少kg/s的乙烯氣體C)當(dāng)乙烯氣體流量增加到最大允許量，且要求進(jìn)出口溫度保持不變時(shí)，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(wèn)此蒸汽能否滿足傳熱要求04c2012212 解：（） P (2 -1 )=P (2 -2

27、0)m i i 1773 =35.012 m2i104 i p=lu2/2d pu2 或 u2 p 因此 u2/u2=(p/p) i/i =(u/u)=(p/p)=i=i=880=1366W/m2. Ko=1/1/260+57/(501366)=214W/m2.熱平衡方程 p改變后: m2 Cp2(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)= 以上關(guān)系代入式(2): 30.5m2 Cp2(t2-t1)= m2 Cp2(t2-t1) (t2-20)=50-20 t2=37.3tm=-(70-20)/ln/(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(dāng)p加大后換熱器能完成傳熱任務(wù)。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(nèi)，流量為 5000m3/h, 密度為1kg/m3（均按入口狀態(tài)計(jì)）比熱為kJ/，估算此換熱器的傳熱系數(shù)。若氣量減少了，估算在加熱蒸汽壓力和氣體入口溫度不變的條件下，氣體出口溫度變?yōu)槎嗌?解