離心泵的計算

1計算題j01b10029

如圖所示，水通過傾斜變徑管段(40,2=100mm,〃=240mm,水流量為2m'/min,在截面4與夕處接一U形水銀壓差升，

其讀數(shù)后20mi,48兩點間的垂直距離為左0。3m試求：(1)試求48兩點的壓差等于多少Pa?(2)48管段阻力損失為

多少mHg?(3)若管路水平放置，而流量不變，U形水銀壓差計讀數(shù)及4、8兩點壓差有何變化？

計算題j01b10029(題分：20)

(1)44=(2/60)/[(/4)X(0o10)2]=4.244m/s,

2

u=4o244X(1/204)=0.7368m/s

。/+u^/2=gh-\-p&/+*/2+h

*.*pJ—(g/H■。/)=(l)gR/

?'皿一所(〉gZgh

33

-(13.61)X10X9.81X0O020+10X9,81X0O3

=5415Pa

(2)A=(p>/—gh—pk/)+以/22—1/2

=(l}gR/+UK/2—u6/2

=(13.6-1)X9o81X0o020+(4。244)72—(0。7368)72

=11o2J/kg

33

即p,=h.=10X11o2=11O2X10Pa

3

換成rrmHg:Hf=pj(Heg)=11.2X107(13.6X10X9.81)

二0。0839mHg=83.9mmHg

(3)pj+UK/2-p&/+G/2+h(

?：瓜的、k均不變，故(，?一)//之值不變

即/?不變，々二e20mm

水平放置時"A=(13.61)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)，揄水量為36m：/h,揄水管均為。80X2mm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2.5Kgf/cm?。試求：

(1)水泵的升揚高度：

(2)若水泵的效率r=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)。

注：當?shù)卮髿鈮簽?50mmHg柱。J_____

丁

U=36/3600/(0o785X0.076?)比2.2m/s

(1)在2—2與3—3截面列B.eq.

Z7+p/pg+U」/2g+He=Z3+P3/pg+U372g+Hf>3

VU2=U3不計Hfi

AHe=(Z3-Z2)+(R3+P2)/pg

=0?2+(2.5+00525)/(103X9?81)X9.81X104

=30o5mH2O柱

在1—1與4—4歹”B.eq.

He=AZi-4+Hfi+Hf1

AZ.^He—(Hfi+Hf3-4)=30.5—(0<>2+65)=29。8m

??.升揚高度為29.8m

(2)Pa=Heq.pg/T]=30o5X0.01X1O'X9。81/0。7=4。27KW3分

(3)在1—1與2—2列Boeq,得5分

0=Z2+(―P)/pg+U272g+Hf,

7

-P=z2Pg-U2p/2-Hr1-pg

333

=—(4.8X10X9.8+2O2/2X10+0.2X10X9o81)

=—515X102N/M2=515X107(0。981X10，)X735.6=386mmHg(表]

一Pk真空度???吸入管路上真空表讀數(shù)為386mmHg柱=0.525at

3.j01c20113

用離心泵將原油從油庫沿管內(nèi)徑為0c15m、長2公里(包括局部阻力的當量長度)的水平管送往煉油廠。輸油量為40n?/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

能輸送原油多少布/h.輸送條件下，原油的密度為890kg/m3,粘度為0.4Fas.設(shè)油庫和煉油貯罐均為常壓。

答案：該題條件-卜，油泵所耗功率完全用于克服管路阻力。

(1)A=(n/4)(0o15尸=0o0177m2u=4C'/(3600X0.0177)=0。63m/s

Re=dup/u=0o15X0.63X890/0。4=210(層流)入=64/Re=64/210=0。304

H尸入(l/d)(u72g)=0.304X(2000/0。15)X[0。637(2X9.81)]=82.1m

Ws=40X890/3600=9.9kg/s，N=82.1X9。81X9.9/(1000X0。65)=12,3kw

(2)H'二0。8H尸65。7m△「.二65.7X9。81X890=5。736X105N/m

對于層流△Pf=32luu/d

.?.u=ZkPd/(32Iu)二5。736X105X0O15/(32X2000X0.4)=0.504m/s

3

V=3600X0.504X0o0177=32.1m/h

4.j01a150616

如圖，離心泵將敞口槽中的堿液打入吸收塔，泵吸入管路為（M08X4m,長2m的鋼管。泵壓出管路為。76X3mm,長30m

的鋼管，壓出管路上裝有標準閥一只，間閥一只，90℃彎頭4只.在壓出管路上還裝有孔板流量計，孔板孔徑為40E,

孔流系數(shù)C=0.62,水銀差壓計讀數(shù)R=456nim。吸收塔噴咀處壓力為0.5kgf/'cm2（表壓），堿液密度p=1IOOkg/冠泵的效率n=0.6,

直管阻力系數(shù)入二0。02（吸入、壓出管道取近似相同值），自彎頭二0。75,4標準閥=6,自間閥二0。17,七花板:8,試求泵所需

功率.

j01a150616

V=(n/4)X0o04X0。62[2gX0.456X(13600—1100)/1100]05=0.00785m7s

??

UFO.00785/[(n/4)X0.1]=1m/su0=1X(0。1/0。07)=2o044n/s

22

Zhf=(0?02X2/0.1+0.5)X1/2g+(0.02X30/0.07+4X0o75+6+0.17+8)X2004/2g=5.51m

He=5o51+(20-1.5)+0。5X10,100+2。04?/2g=28。77m

N=28.77X0.00785X1100/(102X0.6)=4.084kw

5VjO2b100556

用泵將貯槽1中的石油送至高位槽2中，兩槽液面恒定不變，且其液面差為15m。管子規(guī)格為。89X4.5mm,

管路總長為200m(包括局部阻力的當量長度內(nèi)。)要求流量為21m7h,已知石油密度為92OKg/耐，粘度為0.5N。

S/m2o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)△P=入(I/d)(pU"2)

U=21/(3600XOo785X0.082)=1.16m/s

Re=0o080X1o16X920/0.5=17O.8層流

A.=64/Re=0.374

25

△P=0o374X(200/0.08)X920X1.16/2=5.79X1ON/m：

Ehf=5.8X1O5/920=629。9J/Kg

(2)Ne=QHP/1000

H=gAZ+Zhf=9.81X15+629.9=777J/Kg

(3)Ne=21X920X777/(3600X1000)=4017KW

在層流范圍內(nèi)

L=AZ+Xhf/g

=AZ+64/(dup/u)X(Z1/d)(1/2g：@/(0。785d

=15+1o104X10*0Q為m3/s

6.j02b150646欲用離心泵在兩敞口容器間輸液，該水泵銘牌標有：流量39.6m7h,揚程15m,軸功率2.02M,

效率80%,配用2.8KW電機，轉(zhuǎn)數(shù)1400r/min。今欲在以下情況使用是否可以？如不可時采用什么措施才能滿足要

求(要用計算結(jié)果說明)

(1)輸送比重為1.8的溶液，流量為38mVh,揚程30m.

(2)輸送比重為O.8的油類，流量為40m3/h,揚程30m。

(3)輸送比重為O.9的清■液，流量為30m揚程15m。

答案：(1)包動機功率不夠

N=38/3600X15X1800/(102X0。8)=3.5KW換大電機

(2)揚程不夠

H/H'=(n/n，)2

15/30=(1400/0'Vn'=1980

增加n=1980轉(zhuǎn)/分.檢查功率：

N/N，=(n/n7)3

2.02/N'=(1400/1980)3N'=5.72KW

換一電機功率為5.72KW,n=1980轉(zhuǎn)/分。

(3)可以使用。通過關(guān)小出口閥調(diào)節(jié)至工作點。

7.j01c201218

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083X

3.5mm,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4.8m,壓力表安裝位置離貯水池的水面高度為5m.當榆水量為36m>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(shù)為2o5kgf/cm2,泵的

效率為70%,試求:

⑴兩液面的高度差H為多少m?

⑵泵所需的實際功率為多少K.?

⑶真空表的讀數(shù)多少kgf/cm7?

解：

⑴取截而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為甚準面(目的求Hs)Htg+(p2/p)

2

+(u272)=H3g+(p3/p)+(u3/2)+hf2-3

x222

V1[at]=9.807X10N/m=1[kg/cm]u=Q/A=(36/3600)[(n/4)0o076]221m/s

(2.5X9.807X107103)+(2.2172)=^X9081+4.9

245.2+2。44=9.81H3+4。9H3=242.74/9.81=24.74[m]

.,.H=H3+5=24O74+5=29O74[m]

⑵在0-0和3—3間列柏努利方程以0-0為基準面(求We)

22

Hag+(p0/p)+(u0/2)+We=H3g+(p3/p)+(U3/2)+hf0-3

We=H3g+hf0-3=29o74X9O81+(1。96+4.9)=2981?62[J/kg]

Ms=Vsp=(36/3600)X103=10[kJ/s]Nc=Ms-We=10X298。62[W]

N實=Ne/n=2986。2/0<>70=4267[W]=4.267[kW]

⑶在C—C和H間列柏氏方程以0—0為基準面

2：

Hog+(po/p)+(u0/2)=Hig+(p)/p)+(ui/2)+hfo.i

(pa-pO/p=4?8X9。81+(2.2172)+1o96=51.49m7s2

二51.49X107(9。807X10')[at]=0.525[kgf/cm2]

8.j02b20066

用一離心泵將20°C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2。5at(表壓)，

排出段管思長為180m(包括局部阻力的當量長度)，系統(tǒng)的摩擦系數(shù)人可熾0。024.其它數(shù)據(jù)如圖a所示。試求：

(1)系統(tǒng)輸送的流量射/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(shù)有何變化？若嚴重堵塞有何現(xiàn)象發(fā)生？

試用圖說明。

圖b

j02b20066

解：(1)q尸？m3/h5分

在B—B及C-C面上列柏努利方程

UB72g+P/pg+Ze=Uc72g+O+Zc+ZHf8fUc=0

EHf=K(l/d)Ue72g(入(l/d)—1)UB72g=25-18=7O0

UB72g=7/(入(l/d)—1)=7/(0.024X180/0o1-1)=0。166

UB-1O8m/s

2

qv=(n/4)dU=(n/4)X0o1X1.8=0o01417m7s=51.0m7h

(2)⑴工作點：由q..查圖b得工作點P(51,31)10分

H=31o0m71=70%

：2)Pf=?在0—0及C—C列方程：

0+H=Zc+￡Hfo.cZHfJFH—Zc

LHf=31-(18+0.5+1.5)=11。0

Pf=11X51X1000X9.81/(3600X0o7X10')=2.18KW

⑶略5分

9.j01b15183

如圖所示，槽內(nèi)水位維持不變.槽底部號內(nèi)徑為100mm鋼管相連，管昭上裝有一個閘間，閥前離管路入c端15m處安有一

個指示液為汞的U形壓差計，測壓點與管路出口端之間距離為20m。

(1)當閘閥關(guān)閉時測得/?二600所，/?=1500mm：當閘閥部分開啟時，測得Z?=400mm,

/7=1400mn,管路摩擦系數(shù)取0.02,人口外局部阻力系數(shù)取0。5,問每小時從管中流出水量為多少

(2)當間全開時(取間閥全開Z.e/d=15,4=0.018),測壓點B處的靜壓強為若干N/m?(表壓)。

j01b15183

M：(D當閘間全關(guān)時，根據(jù)好力學(xué)關(guān)系：

(Z+力)pg=Rp^g

得水槽液位高度：ZFRPMP一代0。6X13.6—1.5=6o66m

(2)閘閥部分開啟時

列A—A與B—B截面伯努利方程式

NF572g+2/0g+Z%柚

PJp—RpLhp)/p=(0o4X1036X10-1o4X1000)/1000=4.04m

Z『PJp肝&/2臥(A(￡/#+?)*/2京(1+W(Z./o0+4)中2g

6o66-4.04=(1+0.02X15/0o1+0.5)涼/2爐4.5鬲/2g

,保=42.62x2x9.81/4.5=3。38m/s

?3

Rn/4)Xd〃X3600=0。785X0o1X3.38X3600=95.5m/h

(3)當閘閥全開時，列A—A與C-C極面伯努利方程：

九(L+Le)/小4)//2g

6o66=(1+0.018(35/0o1+15)+0。5)u^/2g

解得u=4.02m/s

由A-A與B-B盛而間伯努利方程式得：

ZF&/2眇PJp即￡MB

:PJP/(1+4O/oO+4)加/2g

：.P^p^Zr(1+4Q/a+?)*/2g

二6。66-(1+0.018X15/0.1+0.5)X4.027(2X9(981)

=3.20m

，年3.20X1000X9。81=3。14X104N/m2

10.［三］計算題(15分)j01b20095

某液體密度800kg/n?,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：(1)管內(nèi)流量為多少？

(2)若在連接管口裝一閥門，調(diào)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(shù)是多少？按該管折算的當量長度

又是多少？層流：入=64/Re；湍流：入=0.3164/Re"25

j01b20095

⑴在1-1面和2—2面之間，列柏式以2-2面為基準面：

gz.=Ihfi-2;人(l/d)(u2/2)

設(shè)流體流動符合柏拉修斯公式：入=0.3164/Re0-25

Re=dup//^2,=(0?3164/Re0-25)(l/d)(u2/2)=[0.3164/(p/u)0*25](l/dr25)(u1-75/2)Au1,75=2gz./{[0.3164/(p

/u)°-25]X(l/d125))

02SbiS

=2X9。81X3O2/{[0.3164/(800/0.073)](50/0。3))=9.01542

/.u=3o513m/s驗證：Re=0.3X3o513X800/0o073=11550>3000,假設(shè)正確

22

AV=Su=(n/4)du=(n/4)(0.3)X3O513X3600=893.95(m7hr)

⑵流量減半，即是流速減半u=3o513/2=1.7565m/sRe=5775符合柏拉斯式條件

列1—1面至2-2之間的柏式：gz.=[(0?3164/Re025)(l/d)+^](u72)

:.工=2gZ)/u2—(0.3164/Re°-*)(l/d)

=2X9o81X3.2/1o7565-(0o3164/5775°K)X(50/0.3)=14。3

又匕(u72)=入(Ie/d)(U72)=(0.3164/Re042S)(Ie/d)(u2/2)

^=(0.3164/Rec-K)(Ie/d)

Ie=(d^/0.3164)Re°-2i=(0.3X14.3/0.3164)X57750,2(m)

傳熱過程計算

1jO4G2012614

有一套管換熱器，由內(nèi)管為4)54X2mm,套管為4)116X4mm的鋼管組成。內(nèi)管中苯自50°C被加熱至80°C,流量

為4000kg/h.環(huán)隙中為2at(絕)的飽和水蒸汽冷凝。蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為10000W/m2.℃。

已知：笨在50~80°C之間的物性數(shù)據(jù)平均值為：

p=88Okg/m,CP=1.86.86kJ/kg/C

入=0.134W/mo℃,[1=0.39cP

管內(nèi)側(cè)污垢熱阻R^O.OOOWo℃/W

管壁及管外側(cè)污垢熱阻不計.

蒸汽溫度與壓強關(guān)系如下表所示

壓強at(絕)1.02003。0

溫度℃99.1120133

試求：A)管壁對笨的對流傳熱系數(shù)；

B)套管的有效長度：

C)若加熱蒸汽壓力降為1at(絕)，間苯出口溫度有何變化？應(yīng)為多少？

2-3

解：(1)Re=G/u=[0o05X4000/(3600Xn/4X0o05)]/(0o39X10)

=7.2586X104

3-

Pr=CPR/X=1O86X1OX0.39X1O70.134=5。4

ai=0.023X/d(Re)08(Pr)04

=(D.023X0.134/0o05)X(7。2586X1O')*X5。4U,4=936.4W/m2.℃

3

(2)Q=4000/3600X1o86X1O(B0-50)=6o2X1O'W

1/K,=1/936.4+1/10000+0.0004/.Ki=637<,8W/m21,℃

△t?=((120-50)-(120—80))/In(120-50)/(120-80)=53.6℃

Ai=Q/(K,At.)=6.2X107(637.8X53o6)=1。814m2

I=A1/(nd內(nèi))=1。814/(nX0。05)=11。55m

(3)K不變，A不變，T變?yōu)?9。1℃,苯的流量及比熱均不變。

設(shè)出口溫度為，在新條件下，傳熱速率方程變?yōu)?/p>

,

Q=GCp(t2-t.)=KAAt.

37

4000/3600X1o86X1O(t2—50)

z,

=637.8X1.814((99.1-50)-(99。1-t2))/In(99.1—50)/(99.1—12)

解得In(99.1—50)/(99.1-t/)=0.5598

zn

At2=71C

2、j04b200891(20分)

用一傳熱面積為3m2由025X2.5m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(nèi)，油走管間。已知水和機油的質(zhì)量流量分別為1000kg/h和1200kg/h,其比熱分別為4018kJ/kg°K和2.0kJ/kg.K；

水側(cè)和油側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為2000火/才。K和250W/m?.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(shè)傳熱系數(shù)不

變)

2.(20分)jO4b2008910

解：(1)Q,=1200X2X(200—100)=240000KJ/h

QFQI,t2=t1+Q)/(mp2?Cp2)=10+24000/(1000X4.18)=67。4℃

△tm=(123o6-90)/ln(123o6/90)=110℃

2

l/KFl/a^d,/(a2?d2)=1/250+25/(2000X20)KF216.2W/mK

A尸Q,/(KAtm)=240000X107(216O2X3600X110)=2o8m々3m?故適用

(2)tE30℃時

12=30+240000/(1000X4o18)=87.4C

Atm=(112.6-70)/In(112.6/70)=89.6℃

A產(chǎn)240000X107(3600X89.6X216o2)=3。45m2>3m‘不適用

解決辦法是調(diào)大水量，使t?1,Atm?,并使aT,KT

3.j04c201288

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1.11kg/s,比熱為

3770J/kgoK,氫氧化鈉對管壁的對流傳熱系數(shù)為930W/n?.k現(xiàn)用15匕的水作為冷卻劑，水走管外，流量為1.67kg/s,比

熱為4180J/kg.K,管壁對水的傳熱系數(shù)為1000W/m?。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)?/p>

多大？(假設(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)Q=G1CP1(T1—T2)=1。11X3770X(70-35)=146464.,5W

忽略熱損失，則Q=G2CP2(t2-t1)

gp146464.5=1.67X4180(t2—15)

解得t2=36℃

△11/△t2<2

???△tm=(34+20)/2=27℃

???為薄壁園筒，，按平壁近似計算

2

K=a1a2/(a1+a2)=930X1000/(930+1000)=481o9W/m.K

???A=Q/K△tm=146464.5/(481.9X27)=11.3m?

2)忽喀熱損失，Q吸=(2放

2G1CP1(T1—T2Z)=2G2CP2(t2'—11)

2X1O11X3770(70—T2')=2X1,67X4180(t2'-15)

得T2'=95-1。67t2'----------------①

傳熱速率方程式：Q=K7AATm'=2G1CP1(70-T2')

其中：K'=1/(1/(2X930：+1/(2X1000)=838W/m;.K

A=11.3m2

△tm'=((70-t2,)+(T2Z-15))/2=(55+T2z—12')/2

代入原公式：

838X11O3X(55+T2'—12')/2=2X1O11X3770X(70—T2')

得：2.77T2,-68.7=t2z--②

聯(lián)立方程①與②得：

T2'=37.3℃(升高了)

t2'=34。6C(冷卻水溫度下降)

4.jO4bl51096

90℃的正丁醇，在逆流換熱器中被冷卻到50匕，換熱器的換熱面枳為6m2,傳熱系數(shù)K=230W/m2'C,正丁醇的流量為

1930Kg/ho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.70℃正丁醇Cp=2.98KJ/Kgo℃水Cp=4.187KJ/Kgo℃

3

解：Q=GhCPh(Ti-T2)=(1930/3600)X2o98X10(90-50)

=6o39X1O'n

/.△tm=Q/KA=6.39X1O4/(230X6)=46.3℃

△tm=((T,-t2)+(T2-t,))/2

=((90-12)+(50-18))/2

=61-t2/2=46.3

???t?=29.4℃

Q=GcCP(12—11)

??.冷卻水消耗量Gc=Q/(CPc(t2-t,))

3

=6.39X107(4o18X1000X(29.4—18))=1.34kg/s=4o8X10Kg/h

△11=90—29o4=6。.

△tF50—18=32℃

△t,/At2=60.6/32=1o89<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，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.

原換熱器列管數(shù)為n”管內(nèi)徑為管長為I%而新?lián)Q熱器管數(shù)為5

(n2=2nJ,管內(nèi)徑為d2(d2=C.5di).

試問新?lián)Q熱器管長I?為原換熱器管長I?的幾倍。

解：原換熱器：

Q,=W2CP2(t2—t.)=KA△i

新?lián)Q熱器：

Qi二W2cp2(t2—tI)=K'A'△t?2

Qi=Q2At.,=△tn2K^aa8Re08x(1/d,)8U“7do

Re=d1Uip/n

W7=W?':.V?=V/

2

即：n1(n/4)d/Ui=n2(n/4)d2U2

2

???U2=(n,(n/4)d,Ui)/(n2(n/4)d/)=2U.

K'/K=(2Ui嚴(di/2)0,?2/Ui08/d,02

=20,8/(1/2嚴=2即K'=2K

???A'=KA/K'=A/2,

n2nd2L2=nInd.L,X1/2

L?=riind1Li/(2nind?/2)X2=Li/2

6.04c2012212

某廠在由177根4)25X2mm,長3m的鋼管構(gòu)成的單殼程單管程列管換熱器內(nèi)，用132.9'C的飽和水蒸汽在管間

冷凝，將管內(nèi)作湍流流動的常壓乙烯氣體加熱。已知乙飾氣體流量為0.6kg/s,進口溫度為20℃,在操作條件下的密度

為1kg/m),比熱為1.84kJ/kg?！鉉,對流帶熱系數(shù)為53W/nfC,飽和水蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)為8000W/mC,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0.01kgf/cml通過換熱器的總長度(包括局部阻力當量長度)為5.5

m,摩擦系數(shù)人=0.04,試確定該換熱器最多能允許通過多少kg/s的乙飾氣體？

C)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3kgf/cm?

(表壓)(即T=142.9℃),問此蒸汽能否滿足傳熱要求？

04c2012212

解：(1)Q=WCP(t2-t.)=0.6CP(t2—20)

Q=KA△tm

A.=nnd1L=177nXO.021X3=35.012ni2

2

<<a0Ki=1/(1/a,4-1/a2)=1/(1/53+1/8000)=52>65W/mo℃

3

則Oo6X1.84X10X(t2-20)

=52.65X35.014X(t?-20)/In(1329-20)/(132.9—12)

In(112.9/(132。9-t2))=1?668

112.9/(132.9-1?)=5.304

704.89—5o304t2=112.9A12=111?61°C

42

(2)4P=0o01kgf/cm=0.01X9.804X1O=9.807X1OPa

△P=X(/dXU2/2Xp=0o04X5.5/0o021XU2/2X1

9.80/X10.04X5。5/0o021X5/2

U=13.683m/s

W=nn/4diUp=177X0。785X0.O212X13.683

=0o8389Kg/s

(3)Q=WCP(t2-ti)=0o8389X0.44X4.187X(111.612—20)

=141586O85J/s=141o59KJ/s

2

a,=53X(0.8389/0.6)0.8=69。3W/mo℃

2

K=1/(1/69.3+1/8000)=68.705W/m0℃

Q=KA△tm

△tm=(111o612-20)/In(142O9-20)/(142.9-111,612)=66.96C

Q=6&705X35.032X66。96=161167.2J/s=161.167KJ/s

因高于需要的Q=141。59KJ/s,故能滿足要求。

7.j04c2011612

有一套管換熱器，內(nèi)管為。54X2mm,外管為16X4mm的綱管.現(xiàn)用120°C的飽和水蒸汽加熱苯，將苯由5

0"C加熱至80c,苯在內(nèi)管中以4000kg/h流量流動,試求：

A)加熱蒸汽消耗量;

B)所需套管的有效長度；

C)由于某種原因，加熱蒸汽的溫度降為110℃,笨的出口溫度將變?yōu)槎嗌伲?假設(shè)a苯不變)(在50?80℃

范圍內(nèi)，笨的物性為：CP=1.86kJ/kg.℃,n=3.9X1OPa.s,入=0.145W/mo℃,p=88Okg/n?,鋼的

導(dǎo)熱系數(shù)為45W/m.℃,120℃時水蒸汽冷凝潛熱r=2205kJ/kg,蒸汽側(cè)對流傳熱系數(shù)a汽=10000W/mo℃,

壁兩側(cè)垢層熱阻及換熱器熱損失均可忽略，加熱蒸汽冷凝液在飽和溫度下排出。)

j04c2011612

解：傳熱量Q=WCCP△t=4000X1.86X(80-50)

1.蒸汽消耗量Wh=4000X1.86X(80—50)/2205=101.2Kg/h

2.u=4000/(3600X880X(n/4)X(0。05)?)=0。643m/$

Re=0o05X0.643X880/(3o9X10-4)=72500

Re0,8=72500“'=7731.6

Pr=CPR/入=1。86X1O3X3.9X1(X70。145=5

Pr04=1。9

a革二((k023k/d.)Re08Pr°'=0.023XO.145/0005X7731,6X1.9=980W/m.℃

a汽=10000W/(m2o"O

Ko=1/[1/a汽+(b/人)(do/dm)+do/(a苯di)]

=1/[1/10000+0o002X54/(45X52)+54/(980X50)]=802W/(m2.℃)

△tm=((120—50)+(120—80))/2=55℃

Q=V/CCP△t=KAtmndoI

，I=4000X1.86X1000X30/(802X55XnX0.054X3600)=8o29m

3.設(shè)苯出口溫度為弋°C

則△tn'=((110-50)+(110-t))/2=85—0。5t

Q'=4030X1.86X(1-50)X1000/3600=KnduI△Lm,

4000X1.86X(t-50)X1000/3600=802nX0.054X8.29(85-0.5t)

2067t—103300=95800-563。6t，t=75O7℃

或△tm=((110—50)-(110—t))/In(110—50)/(110-t)

=(t-50)/In(60/(110—t))

4000X1.86X(t—50)X1000/3600=802nX0.054X8o29X(t—50)/In(60/(110-t))

In(60/(110—t))=0.546,解得t=75.2℃

8.j04c201298

在某套管式換熱器中，每小時將1200kg,比熱為2.2kJ/kg.℃的甲流體從120℃冷卻到70℃,熱流體向管壁的對流傳熱

系數(shù)ao=260W/m2^Co乙流體在內(nèi)管與甲流體呈逆流流動，由20'C被加熱到50℃,平均溫度丁其粘度為0.以X10‘Pa。s,比熱

為4。18kJ/kg.°C。內(nèi)管尺寸為<1)57X3。5mm，管壁向乙流體的對流傳熱系數(shù)a1=880W/nTC,內(nèi)管兩端的壓強降△p。由于任務(wù)

需要，欲將內(nèi)管兩端壓強降調(diào)至3ZSp,并要求維持原來的冷卻任務(wù)，問原換熱器是否適用？

乙流體進口溫度仍為20"C,忽略熱損失及管壁，垢層的熱阻。壓強降改變后認為兩流體的物性常數(shù)及摩擦系數(shù)均沒有變

化.

j04c201238

解：傳熱速率方程為Q=K0?A°?Zktm

3

其中0:(1200/3600)X2O2X10X(120—70)=36700W

△tm=[(120—50)-(70-20)]/ln[(120-50)/(70-20)]=59.4℃

2

Ko=1/[1/a0+d0/(d,a,)]=1/(1/260+57/(50X880)]=195W/m℃

Ac=36700/(195X59.4)=3o2m?Ao為換熱器所具有的傳熱面積。

熱損失可忽略，故熱平衡方程為：

miCpi(t?-ti)=0=36700

...mi=36700/[4.18X103X(50—20)]=0o2926kg/s=1053kg/h

Re=d。G/u=Oo05X[1053/(3600Xn/4X0.052)]/(0。72X10-3)=10350>10'

/.aiu0-8*/Ap=X.?p?u2/2dAp^u2或u&Ap

因此u'/Ap)

aiz/ai=(uz/u)°-8=[(Ap"/Ap)05]08=[305]0

ai'=[3°-5]°-8ai=[3°5]018X880=1366W/m\'C

KJ=1/[1/260+57/(50X1366)]=214W/m\℃

熱平衡方程

△p改變后：ah'Cp2(t/-ti)=m>Cpi(T2-TI)

△p改變前：m2Cp2(t2—ti)=miCp(T?-L)(1)

m2'Cp2(t2‘-ti)=m2Cp2(t2—ti)(2)

Vm//m尸u'/u=(Ap//Ap)05=305

以上關(guān)系代入式(2)：3°,以2Cp2(t2‘-ti)=m2Cp?(ti-ti)

05

3(t/-20)=50—20t/=37O3℃

△tm'=[(120-37.3)—(70-20)]/In[(120-37。3)/(70—20)]=65,C

Ao7=36700/214/65=2.64m2<3(>2m2

即Zip加大后所需的傳熱而積小于換熱器具有的傳熱面積，故*Ap加大后換熱篙能完成傳熱任務(wù)”

9004b200994

在一傳熱面為30m?的列管式換熱器中，用120'C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5000m7h,

密度為1kg/m3(均按人口狀態(tài)計)比熱為1kJ/kg。K,估算此換熱器的傳熱系數(shù)。若氣量減少了50%,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)槎嗌伲?/p>

解：①求K

根據(jù)Q=KA△tm計算

△tm=((120-30)-(120-80))/In(120—30)/(120-80)=61o7℃

Q=5000X1/3600X1X1000X(80—30)=6o94