【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 正常工作]【解】 所以該泵能正常工作。25 用例21附圖所示的管路系統(tǒng)測(cè)定離心泵的氣蝕性能參數(shù)，則需在泵的吸入管路中安裝調(diào)節(jié)閥門(mén)。適當(dāng)調(diào)節(jié)泵的吸入和排出管路上兩閥門(mén)的開(kāi)度，可使吸入管的阻力增大而流量保持不變。若離心泵的排出管直徑為50 mm，吸入管直徑為100 mm，孔板流量計(jì)孔口直徑為35 mm， mmHg，吸入口真空表讀數(shù)為550 mmHg時(shí)離心泵恰好發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。試求該流量下泵的允許氣蝕余量和吸上真空度。已知水溫為20℃，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?60 mmHg。[允許氣蝕余量： m；允許吸上真空度： m]【解】 確定流速：A0/A2= (d0/d2)2= (35/50)2= 查20℃時(shí)水的有關(guān)物性常數(shù) ρ= ，181。 = 105，PV= Kpa假設(shè)C0在常數(shù)區(qū)查圖，得 C0= 則u0 = C0 [2R (ρAρ) g/ρ] 1/2 = u2 = = m/s核算: Re = d2u2ρ/μ=105 2105∴假設(shè)成立u1= u2(d2/ d1)2= m/s允許氣蝕余量 △h = (P1 P2)/ρg + u12/2gP1= Pa P真空度= Kpa△h = ()103/= m允許吸上高度 Hg=(Pa PV)/ρg △h∑Ηf∵ 離心泵離槽面道路很短 可以看作∑Ηf= 0∴ Hg=(Pa PV)/ρg △h=( – )103/() – = m26某離心水泵在轉(zhuǎn)速為2900r/min下流量為50 m3/h時(shí)，對(duì)應(yīng)的壓頭為32m，當(dāng)泵的出口閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，管路特性方程為He = 20 + 105 Qe2（Qe的單位為m3/s）為了適應(yīng)泵的特性，將管路上泵的出口閥門(mén)關(guān)小而改變管路特性。試求：(1) 關(guān)小閥門(mén)后的管路特性方程；(2) 關(guān)小閥門(mén)造成的壓頭損失占泵提供壓頭的百分?jǐn)?shù)。[管路特性方程：；關(guān)小閥門(mén)損失占泵提供壓頭的百分?jǐn)?shù)：%]【解】（1）關(guān)小閥門(mén)后的管路特性方程 管路特性方程的通式為 式中的K=Δz+Δp/ρg不發(fā)生變化，關(guān)小閥門(mén)后，管路的流量與壓頭應(yīng)與泵提供的流量和壓頭分別相等，而B(niǎo)值則不同，以B’表示，則有解得 關(guān)小閥門(mén)后管路特性方程為（2） 關(guān)小閥門(mén)后的壓頭損失 關(guān)小閥門(mén)前管路要求的壓頭為 因關(guān)小閥門(mén)而多損失的壓頭為 則該損失的壓頭占泵提供壓頭的百分?jǐn)?shù)為 27 某離心泵壓頭與流量的關(guān)系可表示為：H =18 106Q2（H單位為m，Q單位為m3/s）若用該泵從常壓貯水池將水抽到河道中，已知貯水池截面積為100 m2，池中水深7 m。輸水前池內(nèi)水面低于河道水平面2 m，假設(shè)輸水河道水面保持不變，且與大氣相通。管路系統(tǒng)的壓頭損失可表示為：Hf =10Q2（Hf單位為m，Q單位為m3/s）。試求將貯水池內(nèi)水全部抽出所需時(shí)間。[所需時(shí)間： h]【解】列出管路特性方程：Ηe= K + HfK= △Z +△P/ρg∵貯水池和渠道均保持常壓 ∴△P/ρg = 0∴K=△Z∴Ηe =△Z + 106Q2在輸水之初△Z = 2m∴Ηe =2 + 106Q2聯(lián)立 H=106Q2，解出此時(shí)的流量 Q = 4103m3/s將貯水槽的水全部抽出 △Z = 9m∴Ηe= 9 + 106Q39。2再次聯(lián)立 H=106Q2，解出此時(shí)的流量 Q39。= 3103m3/s∵ 流量 Q 隨著水的不斷抽出而不斷變小∴ 取 Q 的平均值 Q平均 =（Q + Q39。）/2 = 103m3/s把水抽完所需時(shí)間τ= V/Q平均= h28 用兩臺(tái)離心泵從水池向高位槽送水，單臺(tái)泵的特性曲線方程為：H =251106Q2，管路特性曲線方程可近似表示為：He=10+1105Qe2，式中Q的單位為m3/s，H的單位為m。試問(wèn)兩泵如何組合才能使輸液量最大？（輸水過(guò)程為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)）[并聯(lián)組合]分析：兩臺(tái)泵有串聯(lián)和并聯(lián)兩種組合方法 串聯(lián)時(shí)單臺(tái)泵的送水量即為管路中的總量，泵的壓頭為單臺(tái)泵的兩倍；并聯(lián)時(shí)泵的壓頭即為單臺(tái)泵的壓頭，單臺(tái)送水量為管路總送水量的一半?！窘狻竣偃舨捎么?lián)：則He= 2H10 + 1105Qe2= 2(251106Q2)∴ Qe= 102m2/s②若采用并聯(lián)：Q = Qe/2251106 Qe2= 10 + 1105(Qe/2)2∴ Qe= 102m2/s總送水量 Qe39。= 2 Qe= 102m2/s∴并聯(lián)組合輸送量大29某單級(jí)、單動(dòng)往復(fù)壓縮機(jī)，活塞直徑為200 mm，每分鐘往復(fù)300次，壓縮機(jī)進(jìn)口的氣體溫度為10℃、壓強(qiáng)為100 kPa，排氣壓強(qiáng)為505 kPa， m3/min（按排氣狀態(tài)計(jì)）。設(shè)氣缸的余隙系數(shù)為5%，絕熱總效率為70%，計(jì)算活塞的沖程和軸功率。[活塞的沖程： m；軸功率： kW]【解】（1）活塞的沖程 氣體經(jīng)絕熱壓縮后出口溫度為 輸氣量（即換算為進(jìn)口氣體狀態(tài)）為第一沖程實(shí)際吸入氣體體積為壓縮機(jī)的容積系數(shù)為壓縮機(jī)中活塞掃過(guò)體積（V1V3）可由式248求得，即= 活塞的沖程由下式計(jì)算 =即 （2）軸功率 應(yīng)用式252計(jì)算壓縮機(jī)的理論功率，即==故壓縮機(jī)功率為 第三章 非均相物系分離【31】某種圓柱形顆粒催化劑其直徑為dp，高為h，試求等體積的當(dāng)量直徑de及球形度ψ。解： 【32】第四章 傳熱習(xí)題答案41一爐壁由三層不同材料組成，第一層為耐火磚， W/(m℃)，允許最高溫度為1450℃，第二層為絕熱磚， W/(m℃)，允許最高溫度為1100℃，第三層為鐵板，(m℃)，其厚度為6mm，爐壁內(nèi)表面溫度為1350℃，外表面溫度為220℃。在穩(wěn)定狀態(tài)下通過(guò)爐壁的熱通量為4652 W/m2，試問(wèn)各層應(yīng)該多厚時(shí)才能使壁的總厚度最??？ 解：當(dāng)絕熱材料達(dá)到最高允許溫度時(shí)，總壁厚為最小 ，因第二層絕熱磚已達(dá)到最高溫度，故第一層耐火磚的厚度不可再小，所以現(xiàn)在所得總厚為其最小厚度：42一根直徑為φ60mm3mm的鋁銅合金鋼管，導(dǎo)熱系數(shù)為45 W/(m℃)。用30mm厚的軟木包扎，其外又用30mm厚的保溫灰包扎作為絕熱層。現(xiàn)測(cè)得鋼管內(nèi)壁面溫度為110℃，絕熱層外表面溫度10℃。求每米管每小時(shí)散失的冷量。如將兩層絕熱材料位置互換，假設(shè)互換后管內(nèi)壁溫度及最外保溫層表面溫度不變，則傳熱量為多少？（m℃)。解：兩層互換位置后，熱損失為43一爐壁面由225mm厚的耐火磚，120mm厚的絕熱轉(zhuǎn)及225mm厚的建筑轉(zhuǎn)所組成。其內(nèi)側(cè)壁溫1200K，外側(cè)壁溫為330K，、 W/(mK)，試求單位壁面上的熱損失及接觸面上的溫度。解：?jiǎn)挝幻娣e上的熱損失44在外徑為140mm的蒸汽管道外包扎一層厚度為50mm的保溫層，以減少熱損失。蒸汽管外壁溫度為180℃。保溫層材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ與溫度t的關(guān)系為λ=+(t的單位為℃，λ的單位為W／(m℃))。105kg/(ms)，試求保溫層外側(cè)面溫度。解：查附錄有180℃，據(jù)蒸汽冷凝量有式中代入上式，解得45有直徑為φ38mm2mm的黃銅冷卻管，假如管內(nèi)生成厚度為1mm的水垢，水垢的導(dǎo)熱系數(shù)λ= W/（m℃)。試計(jì)算水垢的熱阻是黃銅熱阻的多少倍？黃銅的導(dǎo)熱系數(shù)λ=110 W/（m℃)。解：因?yàn)?，所以可以用算術(shù)平均半徑計(jì)算導(dǎo)熱面積。管長(zhǎng)用L表示時(shí)，黃銅管的熱阻為水垢的熱阻46冷卻水在φ19mm2mm，長(zhǎng)為2m的鋼管中以1m/s的流速通過(guò)。水溫由288K升至298K。求管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)。解：水的平均溫度查附錄得20℃的水的物理性質(zhì)水被加熱時(shí)，n=47空氣以4m/，管長(zhǎng)5m。空氣入口溫度為32℃，出口溫度為68℃。（1）試計(jì)算空氣與管壁間的對(duì)流傳熱系數(shù)。（2）如空氣流速增加一倍，其他條件均不變，對(duì)流傳熱系數(shù)又為多少？（3）若空氣從管壁間得到的熱量為578 W，試計(jì)算鋼管內(nèi)壁平均溫度。解：已知（1）計(jì)算α空氣的平均溫度查附錄得空氣的物理性質(zhì)空氣被加熱n=（2）空氣流速增加一倍（3）若空氣從管壁得到的熱量為578W，計(jì)算鋼管內(nèi)壁平均溫度用式計(jì)算鋼管內(nèi)壁的平均溫度tw。鋼管內(nèi)表面積鋼管內(nèi)的平均溫度48已知影響壁面與流體間自然對(duì)流傳熱系數(shù)α的因素有：壁面的高度L，壁面與流體間的溫度差?t，流體的物性，即流體的密度ρ，比熱容cp，黏度μ，導(dǎo)熱系數(shù)λ，流體的體積膨脹系數(shù)和重力加速度的乘積βg。試應(yīng)用量綱分析法求證其量綱與數(shù)群的關(guān)系為Nu=f(GrPr)證：令寫(xiě)成量綱等式對(duì)M：1=c+d+e對(duì)L：0=a+b+c+d3e+2f對(duì)θ：3=2bc3d2f對(duì)T：1=df根據(jù)π定律N=nm=74=36個(gè)未知數(shù)，4個(gè)方程，設(shè)b、f已知，則c=2b+fe=2ba=3b1代入原式整理得：即49有160℃，管壁溫度為150℃。取平均溫度下的物性為：λ=132W/（m℃)，Pr=84，μ=103Pas，ρ= kg/m3，壁溫下的黏度μw=103Pas，試求管長(zhǎng)為2m和6m的對(duì)流傳熱系數(shù)各為多少？ 解：（1）L=2m（2）L=6m410有一套管式換熱器，內(nèi)管為φ38mm，外管為φ57mm3mm的鋼管，內(nèi)管的傳熱管長(zhǎng)2m。質(zhì)量流量為2530kg/h的甲苯在環(huán)隙間流動(dòng)，進(jìn)口溫度為72℃，出口溫度為38℃。試求甲苯對(duì)內(nèi)管外表面的對(duì)流傳熱系數(shù)。解：甲苯的溫度T1=72℃，T2=38℃，平均Tm=55℃甲苯在55℃時(shí)的物性數(shù)據(jù)查附錄有：甲苯的質(zhì)量流量體積流量甲苯在環(huán)隙間的流速u(mài)的計(jì)算：套管的內(nèi)管外徑d1=，外管內(nèi)徑d2=流速甲苯對(duì)內(nèi)管外表面的對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算：套管環(huán)隙的當(dāng)量直徑甲苯被冷卻n=411溫度為90℃的甲苯以1500kg/h的流量通過(guò)蛇管而被冷卻至30℃。蛇管的直徑為φ57mm ，試求甲苯對(duì)蛇管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)。解：甲苯的定性溫度為 由附錄查得60時(shí)甲苯的物性為 ρ＝830 kg/m3，Cp＝1840 J/(kg℃)，μ=10－3 Pas，λ=，則 （湍流） 流體在彎管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于受離心力的作用，增大了流體的湍動(dòng)程度，使對(duì)流傳熱系數(shù)較直管內(nèi)的大，此時(shí)可用下式計(jì)算對(duì)流傳熱系數(shù)，即 式中 —彎管中的對(duì)流傳熱系數(shù)，； —直管中的對(duì)流傳熱系數(shù)，； di—管內(nèi)徑，m； R—管子的彎曲半徑，m。 412常壓下溫度為120℃的甲烷以10m/s的平均速度在管殼式換熱器的管間沿軸向流動(dòng)。離開(kāi)換熱器時(shí)甲烷溫度為30℃，換熱器外殼內(nèi)徑為190mm，管束由37根φ19mm2mm的鋼管組成，試求甲烷對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)。（答：α=／(m2℃))解：甲烷的定性溫度為 由附錄查得75 176。C時(shí)甲烷的物性為 ρ＝，Cp＝(kg℃)，μ=10－5 Pas，λ=，Pr=，冷卻時(shí)n=流動(dòng)截面積潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)當(dāng)量直徑則 413質(zhì)量流量為1650kg/h的硝酸，在管徑為φ80mm，長(zhǎng)度為3m的水平管中流動(dòng)。管外為300kPa（絕對(duì)壓力）的飽和水蒸氣冷凝，104W的熱量。試求水蒸氣在水平管外冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)。解：據(jù)已知，飽和水蒸氣冷凝傳給硝酸的熱量為，取，估算壁溫tw300kPa（絕對(duì)壓力）時(shí)，水蒸氣飽和溫度ts=℃，用式估算先假設(shè)tw=128℃，定性溫度為膜溫冷凝水膜的物性參數(shù)查附錄有ρ＝934kg/m3，μ=10－4 Pas，λ=101ts=℃時(shí)水的汽化熱r=2168103J/kg水蒸氣在水平管外冷凝時(shí)：用式計(jì)算此值大于硝酸吸收的熱量，說(shuō)明假設(shè)tw偏小，重新用α=11600 W／(m2℃)估算。假設(shè)tw=129℃，膜溫，與前面假設(shè)的膜溫基本一致，故冷凝水膜的物性數(shù)據(jù)一致，只是不同則用α=1