1、111220 012m 3m第一单元 流体流动1-1U 型管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸汽压，如图 1-1 所示，U 型管压差计的指示液为水银，两 U 型管的连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距离分别为：h 1=2.3m, h2=1.2m, h3=2.5m, h4=1.4m, h5=3m,大气压强 Pa=745mmHg。试求锅炉上方水蒸汽的压强 。0P解：由静力学方程得： )(21hgpHac)(233 hgPB水水 )(4HgBA5hpo水)(21Hgac )(21hgpHac3CB水 43BA)(45hpAo水由以上各式可得： )()()()( 45234321 hhghgHao
2、水P51064.3 .13.81.90.15.8.9367 本题是静力学方程与 U 型压差计的应用。1-2 密度为 850kg/m3 的某液体由敞口高位槽从 894mm 的管道中流出，高位槽液面高于地面 12m，管路出口高于地面 3m(如图 1-2)。已知该液体流图 1-12经系统的总能量损失可按(h f) Wf=7.5u2 计算，u 为液体在管内的流速 m/s。试计算：1）管内液体的流速；2）该液体的体积流量和质量流量（分别以 m3/h 和 kg/h）。 解：1） 在 1-1 与 2-2 之间列柏努利方程,，以 0-0 为基准面已知： z 1=12m, z2=3m, u1=u20， p 1=
3、p2=0(表压）We=0 , W f=7.5u2得： 12(9.81)=3(9.81) + 7.5u 2 u=3.43m/s2） V=u A=3.43(3.14/4)(0.0812)=0.0177 m3/s=63.7 m3/hm=V=63.7850=54145 kg/h本题是练习柏努利方程、体积流量与质量流量的计算及相互换算。1-3 质量流量为 16200kg/h 的 25%氯化钠（NaCl）水溶液在 503mm 的钢管中流过。已知水溶液的密度为 1186kg/m3，粘度为 2.310-3Pas。求：1）判断该水溶液的流动类型；2）计算在层流时的最大流速。解：1）判断流动类型m/s5.2497
4、.186)04.(32Asu4000 为湍流 3.25dRe2）求层流时的最大流速层流时，R e准数最大值为 2000，相应的流速即为 滞maxu=滞maxdue013.28604max滞ufe wpugzwpugz 22121 图 1-23得 m/s 08.max滞u本题是练习 Re 数的计算及其流型判断。1-4某车间输水管路为 603.5mm 的钢管，流速为 4m/s，因生产情况有变动，预使流速减至 2.5m/s 左右，而用水量不变。拟采用两个改进方案：1）换一根粗管；2）增加一根管子。求两种方案各应选用管子的型号。解：1）换一根粗管根据连续性方程： 21AuVs即： 5.4)03.(22
5、粗ds所以： m。0672粗d故可选无缝热轧钢管，规格为 763.5mm 此时管内实际流速： sAus /3.)9(4.22）增加一根管子Vs 不变，总体积流量为两根管子内体积流量之和，用 d 增 表示所增加管子的内径，则：5.)0.(53.222 增Vs 得： m。041.5.34增d可选无缝热轧钢管，规格为 503.5mm。此时新增管子内实际流速为： sAus /28.).(22本题要求掌握管子的选择方法。1-5. 粘度为 0.075Pas，密度为 900kg/m3的某种油品，以 36000kg/h 的流量在41144.5mm 的钢管中作定态流动。求：1）该油品流过 15m 管长时因摩擦阻
6、力而引起的压强降 Pf为多少？：2）若流量加大为原来的 3 倍，其它条件不变，则直管阻力 hf又为多少？取钢管壁面绝对粗糙度为 0.15mm。解：1）求 Pf。求 u 及 Re。m/s 284.1)05.(4936Avs属层流 208.6177.0duRe求 ， 及求 。fhfP03956.81674eRJ/kg 659.42)8.1(2udlhfPa 49365.90ffP2）当流量为原来的 3 倍而其它条件不变，则 u=31.284=3.852m/sRe=31617.8=4853.44000 属湍流 应据 Re 值及 /d 值查莫狄图求 相对粗糙度 /d=0.1510-3/0.105=1.
7、4310-3 及 Re=4853.4查出 =0.0215 J/kg 79.2)85.3(10.25. udlhf说明:求压降（阻力） ，必须先求 Re，确定流型后才能选用对应的计算公式。1-6 某车间丙烯精馏塔的回流系统如图 1-3 所示，塔内操作压强为 1304kPa（表压） ，丙烯贮槽内液面上方的图 1-35压强为 2011kPa（表压） ，塔内丙烯出口管距贮槽的高度差为 30m，管内径为 145mm，送液量为 40t/h。丙烯的密度为 600kg/m3，设管路全部能量损失为 150J/kg。问：将丙烯从贮槽送到塔内是否需要用泵？计算后简要说明。解：1）将丙烯从贮槽送到塔内是否用泵，必须用
8、柏努利方程式求出 we值后才能判断2）取贮槽液面为 1-1截面，且定为基准水平面，取塔内丙烯出口管的管口为 2-2 截面，如图示3）在两截面间列出柏努利方程： 2122121 fe hPugzwPugz 已知：z 1=0，z 2=30m，u 10，u 2可求出， P1=2011kPa，=600kg/m 3，P 2 =1304kPa，=150kJ/kg。 2fh4）求 u2及 we。smAs /12.60)145.(322 kgJhPugzwfe /4.7315060).234.1( 2)1.(8.930621221 说明：w e的涵义是外加功，计算结果 we为负值，说明系统不需要外加功，而依靠
9、贮槽与塔两个设备的压强差即可满足输送丙烯的要求。 1-7用一虹吸管将 80热水从高位槽中抽出，两容器中水面恒定（如图 1-4） 。已知 AB 长 7m，BC 长 15m（均包括局部阻力的当量长度） ，管路内径为 20mm，摩擦系数可取为 0.023。试求：61）当 z13m 时，水在管内的流量；2）在管子总长不变的情况下，欲使流量增加 20，则 H1应为多少? 3)当 H13m 时，管路顶点 B 可提升的最大高度;4)对计算结果作简要说明。解：1）如图所示，在高位槽液面（为 1-1 截面）与低位槽液面（为 2-2 截面）间列柏努利方程21,22121 fWpugzpugz 其中： z1=3m；
10、 u1 u20； p1= p2=0（表压） ； z2=0 简化 ,dlWgef流速 smlzue /52.1023819)(21 流量 hdV /724.1/079.475.04 3342 2）欲使流量增加 20%，需增大两容器中水位的垂直距离。此时 smu/83.121 1udlWgHef所以 mgle 31.48.920.321 3）H 1一定时，B 点的位置愈高，其压力愈低。当 pB降至同温度下水的饱和蒸汽压时，水将汽化，流体不再连续，以此确定管路顶点提升的最大高度。查得 80水的饱和蒸汽压为 47.38kPa，密度为 977.8kg/m3。在 1-1与 B-B间列柏努利方程： BfBB
11、Wpugzpugz 1,2121 简化 BfB1,21mgudlgupHe5.4 81.925)0.731(8.970)3.10(322max,24）说明图 1-47虹吸管是实际中经常遇到的管路，由以上计算可知：输送量与两容器间的距离有关，距离越大，流量越大；虹吸管的顶点不宜过高，以避免液体在管路中汽化，尤其是输送温度较高、易挥发的液体时更需注意。1-8 用离心泵将常温水从蓄水池送至常压高位槽（如图 1-5 所示） 。管路为 mm 的光5.37滑管，直管长度与所有局部阻力（包括孔板）的当量长度之和为 250m。输水量用孔板流量计测量，孔板孔径 mm，流量系数为20od0.61，从水池面到 A
12、点的管长（含所有局部阻力当量长度）为 80m，两 U 形压差计的指示液均为汞。摩擦系数用 计算。若水流25.0Re3164量为 7.42 m3/h，试求：1）每 kg 水从泵所获得的有效功；2）A 截面处 U 形压差计读数 ；1R3）孔板处压差计读数 2解：1）在低位槽（1-1）与高位槽（2-2）之间列柏努利方程，且以低位槽（1-1）截面为基准： fe WpuzgW2式中， ， （表压） ， ，021u01 01zm52sAVS /5785.36/42，0Redu029.Re14.250kgJdlWef /6.2图 1-58代入，得 kgJWe /7.2046.587.912）A 截面 U 形
13、管压差计读数 ：1R在 A-A与 2-2间列柏努利方程，并简化 2,2AfAgzup式中， ，sm/05.112 kgJWAf /17.39205809.,所以 （表压）Pap418.对于 U 形压差计 RgAA115.mRA 51.08.90365.841 （3）孔板流量计的 U 形压差计读数 ：2R由 gCVAS20108.936.461.32.7 22 R得 mR8.02说明：本题是有关流体力学的综合计算题，其中包括柏努利方程 （求 ） 、静力学基ew本方程（求 ） ，能量损失计算（求 ） ，孔板流量计应用（求 ）等。1fw2R1-9如图 1-6 所示，从自来水总管接一管段 AB 向实验
14、楼供水，在 B 处分成两路各通向一楼和二楼。两支路各安装一球形阀，出口分别为 C 和 D。已知管段 AB、BC 和 BD 的长度分别为 100m、10m 和 20m（仅包括管件的当量长度） ，管内径皆为 30mm。假定总管在图 1-69A 处的表压为 0.343MPa，不考虑分支点 B 处的动能交换和能量损失，且可认为各管段内的流动均进入阻力平方区，摩擦系数皆为 0.03，试求：1）D 阀关闭，C 阀全开（ 时，BC 管的流量为多少？)4.62）D 阀全开，C 阀关小至流量减半时，BD 管的流量为多少？总管流量又为多少？ 解：1）在 A-C 截面（出口内侧）列柏努利方程2AAupgzCAfCC
15、wupgz,2 0A表 ）(2)(, CBCCAf udlw阀入 口 )1(Blp阀入 口 )14.6503.0./(1243.5 Cu=2.41m/s=24duVCsm/107.4. 322） D 阀全开，C 阀关小至流量减半时：在 A-D 截面（出口内侧）列柏努利方程（不计分支点 B 处能量损失）2AAupgzDAfDDwupgz,2其中： mD50， 0A表 ）(2)2)(, DBBAf udludlw阀入 口 gp5 )1()(BABll 阀入 口 20.17.4)03.(41852/4/222 DDDc VdVu 2)7.14().63.()(.(.951043. DV10化简得 0
16、59.2107.1028.152 DDV解得： smV/34总管流量 sDC /m685. 34说明：对于分支管路，调节支路中的阀门（阻力） ，不仅改变了各支路的流量分配，同时也改变了总流量。但对于总管阻力为主的分支管路，改变支路的阻力，总流量变化不大。11第二单元 流体输送机械2-1.离心泵在一定输送流量范围和转速下，压头和流量间关系可表示为 H252.0Q 2（式中 H 单位为 m，Q 单位为 m3/min） 。若将该泵安装在特定管路内，该管路特性方程可表示为286.10ee。 （式中 H 单位为 m，Qe 为 m3/min） 。试求：1）输送常温下清水时，该泵的流量、压头和轴功率。 2）
17、输送密度为 1200Kg/m3的水溶液时，该泵的流量、压头和轴功率。假设该泵的效率为 60。解：1）根据离心泵的工作点定义可得： ， eQeH求输送常温下清水时，该泵的性能。 由 可得： ，即 ，eH2286.10.55.32得：Q1.138m 3/min=68.3m3/h=0.019m3/s。 m4.).(0.252 KwHPN9.6.104682）求输送密度为 1200Kg/m3的水溶液时，该泵的性能。当输送液体的密度改变时，泵的流量和压头不变。故：， smQ/019.3mH4.2而轴功率发生变化， KwQN345.86.01290 本题要求掌握离心泵特性参数的计算及流体密度对其性能参数的
18、影响。2-2.在某特定管路系统中，用离心泵输送清水。当泵的出口阀全开时，管路特性方程为（Qe 单位是 m3/s） 。现关小阀门调节流量，当泵的流量为25103.8eQHe0.012m3/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）关小阀门造成压头损失占泵提供压头的百分数。12解：1）求关小阀门后的管路特性方程。本题中，K 不发生变化，而 B 值因关小阀门而变大。关小阀门后离心泵特性不变。K、Q、H 值代入管路特性方程，可得： ，即2184eBQ2)01.(84B可解出 51086.B故关小阀门后管路特性方程为：25.eeQ2） 流量为 0.012m3/s 时，原管路所
19、要求的压头为：mHe 72.36.18)0.(1.825 故关小阀门多耗的压头为： He8.4关小阀门造成的压头损失占泵提供压头的百分数为： %5.1604本题是离心泵管路特性曲线的练习及管路阀门局部阻力对泵压头的影响。2-3.某造纸厂抄纸车间一台扬克式纸机，原生产邮封纸，所配置得白水泵（离心水泵）其流量为 Q20m 3/h，扬程 H 为 31m，轴功率 N 为 2.6Kw，配套电机 4.5Kw。现因市场变化，该纸机转产卫生纸，白水泵流量比原来下降 10，扬程下降 20。若不更换泵，而将原白水泵叶轮外径切割 5，其它尺寸不变，改用 3Kw 电机拖动。问此方案是否可行？解：据离心泵得切割定律，可
20、算出叶轮外径切割 5后，泵的 Q、H和 N：（1）由 得： 2DQ QDQ9.0.9.0 22 （2）由 得：2)(H HH8.3.)5.()( 22（3）由 得： 32)(DN NDN57.0)9.0()( 3232 又因 N2.6Kw，则 Kw.68570 取安全系数为 1.2 倍来配套电机，则所需配套电机功率为：Kw368.23.1（4）由计算结果知，原水泵叶轮外径切割 5后，流量、扬程、所配电机功率都适用，故此方案可行。132-4用某离心油泵从贮槽取液态烃类至反应器，贮槽液面恒定，其上方绝压为 660KPa，泵安装于贮槽液面以下 1.6m 处。吸入管路得压头损失为 1.6m。输送条件下
21、液态烃的密度为 530Kg/m3，饱和蒸气压为 645KPa，输送流量下泵的气蚀余量为 3.5m，请分析该泵能否正常操作。解：题给泵的气蚀余量，可由下式求泵的安装高度 Hg mHNPSgpHfvag 21.6.5381.9530)64(10 为安全起见，离心泵得实际安装高度应至少比计算值减 0.5m，为：m7.25.21.由题给条件，目前泵的安装高度为-1.6m-2.71m，表明泵的安装高度已偏高，很可能发生气蚀现象，故该泵不能正常操作。本题要求掌握离心泵的气蚀现象及离心泵的安装高度的确定。2-5用某种型号的离心泵从敞口容器中输送液体，离心泵的吸入管长度为 12m，直径为62mm。假定吸入管内
22、流体流动已进入阻力平方区，直管摩擦阻力系数为 0.028，总局部阻力系数 .1，当地的大气压为 1.013105Pa。试求此泵在以下各种情况下允许安装高2度为多少？1）输送流量为 25m3/h、温度为 20C 的水；2）输送流量为 25m3/h、温度为 60C 的水；3）输送流量为 25m3/h、温度为 20C 的油；（饱和蒸汽压 2.67104Pa，密度740kg/m3）4）输送流量为 30 m3/h、温度为 20C 的水5）输送流量为 25m3/h 的沸腾水。解：1）从泵的样本查得，该泵在流量为 25m3/h，允许汽蚀余量为 2.0m。吸入管内流速： smdQu /0.26*0.14352
23、21 吸入管路阻力损失： mgulHf 87.1.9*231320C 水的饱和蒸汽压 2.33kPa。14此时泵的允许安装高度为： mHhgpHfvg 2.687.102.91038.91050max （2）60C 水的饱和蒸汽压 19.93kPa，代入上式解得：hgpfvg 42.87.102.91038.91050max （3）20C 油饱和蒸汽压 2.67104Pa，将相关数据代入上式得： mHhgpHfvg 41.687.021.97468.0150max （4）流量变化，则吸入管路阻力也要变化。此时， smdQu /76.230*6.143221 gulHf 69.281.*1最大允
24、许安装高度： mHhgpfvg 4.569.2081.902381.9050max （5）液体沸腾时， v此时， mhHfg 87.3.102max 说明：影响离心泵最大允许安装高度的因素可以概括为以下几个方面：流体的种类，一般来说，蒸汽压越大，最大允许安装高度越低；流体的温度，温度越高，最大允许安装高度越低；流体流量，流量越大，吸入管路阻力越大，最大允许安装高度越低；储槽压力和吸入管路配置情况；当被输送液体沸腾时，最大允许安装高度与流体的种类无关，主要取决于流体的流量和吸入管路的阻力。可见，生产中流体温度和流量的上浮都可能导致原本正常工作的泵发生汽蚀。因此，计算泵的最大允许安装高度时，应以可
25、能的最高操作温度和流量来计算。152-6 用离心泵将 20的水从水池送入高压高位槽（见图 2-1） 。泵的进、出口处分别装有真空表及压力表。在一定转速下测得离心泵的流量 、Q扬程 、泵出口压力 p 表 、泵入口真空度 p 真 以eH及泵的轴功率 。现改变以下各条件之一而其它N条件不变，问上述离心泵各参数将如何变化？1） 出口阀门开度增大； 2） 液体密度改为 1500 kg/m3； 3） 泵叶轮直径减小 5%；4） 转速提高 5%。解：1）出口阀门开度增大，则管路阻力变小，管路特性曲线变平缓；但其起点不变；泵的特性不会发生变化。因此，出口阀门开度增大将使工作点向右gpzA/下方移动(图中由 D
26、 到 E)，结果是流量 Q 增大、扬程 He下降、轴功率 N 上升。以低位槽液面为上游截面（1-1） 、以压力表所在处为下游截面（4-4） ，写柏努利方程： 41424121 feHzgupHzgupgudlezzefe 212 441414114 压（1）当出口阀门开大时，上式右端各变量中，H e下降、u 4上升；其余量都不变。因此，压力表读数下降。以低位槽液面为上游截面（1-1） 、以压力表所在处为下游截面（3-3） ，写柏努利方程：31323121 fHzgupzgup图 2-116（2）3123131 fHguzgp真当出口阀门开大时，上式右端各变量中，u 3上升、 上升，其余量不变。
27、因此，真空31f表读数上升。2）高位槽为密闭容器，故管路特性曲线在 H 轴上截距 中的 为正。当被输送液体密gpzA/p度增大时，A 下降，管路特性曲线向下平移，如图所示。工作点由 A 点移到 B 点。结果是流量 Q 增大、扬程 He下降、轴功率 N 上升(泵的 HQ 曲线不随被输送液体密度的变化而变化)。当流量增加时，管内流速和能量损失都增大，由式（2）可知，真空表读数增大。以压力表所在处（4-4）为上游截面，以管路出口处（2-2）为下游截面，写柏努利方程： 2322323 fHzgupzgup（3）232f压其中 。由式（3）可以看出，流量增加时，管路能量损失增大，在流体密度上升的2u情况
28、下，压力表读数是增加的。3）叶轮直径减小 5%时泵的特性曲线变化情况如图所示，特性曲线由 1 变为 3，工作点由 C变为 D，结果是流量 Q 减小、扬程 He下降、轴功率 N 下降。 （用切割定律也可得到相同的结论）流量减小时，管路能量损失减小，由式（2）可知，真空表读数下降。流量减小时，管路能量损失减小，由式（3）可以看出，压力表读数要减小。4）转速提高 5%时泵的特性曲线变化如图所示，特性曲线由 1 变为 2，工作点由 C 变为 E，结果是流17量 Q 增加、扬程 He上升、轴功率 N 上升。由式（3）可知，压力表读数增加；由式（2）可知，真空表读数增加。说明：离心泵的工作状态与其工作点对
29、应，而工作点由泵的特性和管路的特性共同决定。改变这两种特性都可以使工作点发生变化，对应的流量、压力、轴功率、压力表和真空表都会发生变化。工程上，离心泵所在管路的流量调节也正是基于这一原理而实现的。18第三单元 沉降与过滤3-1用落球法测定某液体的粘度（落球粘度计） ，将待测液体置于玻璃容器中测得直径为6.35mm 的钢球在此液体内沉降 200mm 所需的时间为 7.32s,已知钢球的密度为 7900kg/m3，液体的密度为 1300 kg/m3。试计算液体的粘度。解：（1）钢球的沉降速度 smhut /273.0.1（2）假设沉降在滞留区，则可用斯托克斯公式计算： 18)(2gdstSPaug
30、dts 309.50273.181.)9()35.6(18)(2（3）核算流型：148.309.5.6Re td故假设成立，求出的 有效。本题要求掌握重力沉降速度的计算。3-2采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。降尘室底面积为 10，高 1.6m。操作条件下气体密度为 0.5kg/m3，粘度为 ，颗粒密度为 3000 kg/m3。气体体积sPa510.2流量为 5m3/s。试求：1）可完全回收的最小颗粒直径；2）如将降尘室改为多层以完全回收 20 的颗粒，求多层降尘室的层数及板间距。m解：1）设沉降运动处在层流区，则能完全回收的最小颗粒直径： mAVgdss 2.781056.381.9
31、2180min 校核：最小颗粒的沉降速度： smu/5.019，近似认为沉降运动处于层流区。2173.1026578Re6min ud2）20 的颗粒也要能全部回收，所需要的降尘面积可按下式计算（既然直径为 的m2.78颗粒尚能处于层流区，则 20 的颗粒沉降也一定处在层流区）：m2265200 1530.3081.918dgVAs 需要降尘面积为 153，所以降尘室应改为 16 层（15 块隔板） ，实际降尘面积为 160。层间距为 0.16m。说明：就设备结构参数而言，降尘室的处理量主要取决于其底面积而与高度无关；由本题可以看出，当处理量一定时，完全分离出更小的的粒径就必须扩大降尘室的底面
32、积，这是通过多层结构来实现的。 3-3 用一多层降尘室以除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为 8m，密度为 4000 kg/m3。降尘室内长 4.1m，宽 1.8m，高 4.2m，气体温度为 427，粘度为 3.410-5Pas，密度为 0.5 kg/m3，若每小时的炉气量为 2160 标准 m3。试求降尘室内的隔板间距及层数。解：1）操作条件下炉气处理量为： smV/54.127360s32）假设沉降在滞流区，可求出 ut smgs /10.4104.88.9)()(18)(du 3526t 而气体水平通过速度 bHvus /2.)/(/3）层数 n50110.48.153tsubv4）隔板间距
33、 h可得： nH)(mnH82.51.5）核算颗粒沉降和气体流动是否都在滞流区20 在滞流区 108.4104.358Re 436 tdu mhb7.2.2气体流动的 Re 为：在滞流区。046104.35.7Re ud故降尘室计算合理，结果有效。3-4采用标准型旋风分离器除去炉气中的球形颗粒。要求旋风分离器的生产能力为2.0m3，直径 D 为 0.4m，适宜的进口气速为 20m/s。炉气的密度为 0.75kg/m3，粘度为2.610-5Pas（操作条件下的） ，固相密度为 3000kg/m3，求（1）需要几个旋风分离器并联操作；（2） 临界粒径 dc；（3）分割直径 d50；（4）压强降 P
34、。解：对于标准型旋风分离器，h=D/2，B=D/4，Ne=5，=8 （1） 并联旋风分离器数 n：单台旋风分离器的生产能力为： (Vs)单=hBu i= (0.42/8)20=0.40m3/siuD4n=Vs/ (Vs)单 =2.0/0.40=5 （2）求临界粒径 dcB=D/4=0.4/4=0.1m，Ne=5，代入下式：mueNBisc 98.41098.4230516.96（3）分割直径 d50uDis 54.31054.32036.7)(27.0 655 （4）压强降 PPapi 12)(75.082本题要求掌握旋风分离器性能参数及其计算。213-5用板框压滤机在 9.81104pa 恒
35、压差下过滤某种水悬浮液。要求每小时处理料浆8m3。已测的 1m3滤液可得滤饼 0.1m3,过滤方程式为：（ 单位为 s） 。求 1）过滤面积 A ； 2）恒压过滤常数242105AVK、q e、 e解：1） 过滤面积 A由题给： .0 327.)10/(8)1/( mVF代入题给过滤方程： 2242 863573.).( AA解出：A=5.782m 32） 求过滤常数 K、q e、 e 把题给过滤方程与恒压过滤方程 相比较，可得22KVeK=510-4m3/s； 2V e=1m3； 故 Ve=0.5m3 qe=Ve/A= 2/0865.72.5sKe1).(/4本题要求掌握过滤常数的计算。3-
36、6 某板框式压滤机的过滤面积为 0.2m2，在压差 下以恒压操作过滤一种悬atmp5.1浮液，2 小时后得滤液 4m3,介质阻力可略，滤饼不可压缩，求：1）若过滤面积加倍，其他情况不变，可得多少滤液？2）若在原压差下过滤 2 小时后用 0.5m3的水洗涤滤饼，需多长洗涤时间？解：原工况下的过滤常数 K 为：（介质阻力可略）smAVK/1056.32).0(4/ 22 1） 过滤面积加倍，其他情况不变可得滤液量：223222 0.86).0(156.)AK( mV 2） 求洗涤时间 w对于板框压滤机， wdv)()(8)(2ewVKAdv因介质阻力可略，故 Ve=0,题给 Vw=0.5m3 代入
37、后可得：hsw 271940.48)2(156 本题要求掌握过滤条件对过滤的影响。3-7用板框式压滤机在 2.95105pa 的压强差下，过滤某种悬浮液。过滤机的型号为BMS20/635-25，共 26 个框。现已测得操作条件下的过滤常数 K=1.1310-4m2/s，q e=0.023m3/m2，且 1m3滤液可得滤饼 0.020m3求：1） 滤饼充满滤框所需的过滤时间。2）若洗涤时间为 0.793h，每批操作的辅助时间为 15min，则过滤机的生产能力为多少？解：1）过滤时间 过滤面积为： 2298.06)35.0(mA滤饼体积为： 3.Vs滤液体积为： 310.2./6.0vs而 q=V
38、/A=13.10/20.98=0.624m3/m2 过滤时间 sKqe 370104)(22）生产能力 Q操作周期 T=Q+Qw+QD=3700+0.7933600+1560=7455s Q hmTV/3.674510.3602本题要求掌握过滤时间及过滤机生产能力的计算。233-8拟在 9.81103Pa 的恒定压强差下过滤悬浮液。滤饼为不可压缩，其比阻 r 为1.331010 1/m2，滤饼体积与滤液体积之比 为 0.333m3/m3，滤液的粘度 为 1.010-v3Pa.S；且过滤介质阻力可略。求：1）每平方米过滤面积上获得 1.5m3滤液所需的过滤时间 ；2）若将此过滤时间延长一倍可以再
39、获得多少滤液？解：解：1）求 由题给条件可得，单位面积上所得滤液量 q =1.5m3/m2 求 K，题给滤饼为不可压缩，则 S=0，r = r=常数，代入已知量则：srppkSS /1043013.0.189222 211 求 当过滤介质可略时，q 2=k，则有 skq581043.222）过滤时间加倍时，增加的滤液量 s10658 233/1.4. mkq 增加的滤液量为： 6052.q即每平方米过滤面积上将再得 0.62m3 滤液。 说明：1）过滤常数 K 与过滤的压力有关，只有当恒压过滤时，K 才为常数；2）用恒压过滤方程计算时，过滤时间与滤液量均为累计的量24第四单元 传 热4-1外径
40、为 50mm 的不锈钢管，外包 6mm 厚的玻璃纤维保温层，其外再包 20mm 厚的石棉保温层，管外壁温为 300C，保温层外壁温为 35C，已知玻璃纤维和石棉的导热系数分别为0.07W/(mK)和 0.3 W/(mK)，试求每米管长的热损失及玻璃纤维层和石棉层之间的界面温度。解： mWrtLQ /9.351620ln.15l07.32ln1l2231 mWrt/9.5l12所以 Ct 12807.3302本题要求掌握导热过程的计算。4-2有一列管式换热器，由 38 根 25mm2.5mm 的无缝钢管组成。苯在管内流动，由20被加热至 80，苯的流量为 8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加
41、热。试求管壁对苯的传热系数。当苯的流量提高一倍，传热系数有何变化。解：苯在平均温度 下的物性可由附录查得：50821mt密度 =860kg/m3；比热容 cp=1.80kJ/（kg） ；粘度 =0.45mPas；导热系数 =0.14W/（m） 。加热管内苯的流速为m/s810327850642ndquiv963.Rei751408cPrp 以上计算表明本题的流动情况符合式 4-32 的实验条件，故4080408 795362230 i .rRed. W/（m 2）1725若忽略定性温度的变化，当苯的流量增加一倍时，给热系数为 W/（m 2）152178.08.0u本题要求掌握对流传热膜系数的计
42、算。4-3某液体在一直管内（忽略进口段的影响）稳定强制湍流流动，该管内径为 20mm，测得其对流传热系数为，现将管内径改为 27mm，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。(1) 若液体的流速保持不变，试问管内对流传热系数有何变化？(2) 若液体的质量流量保持不变，试问管内对流传热系数有何变化？解：(1) 由 ，12unpcdu8.0023.得 9417.0278.8.01218.02. d(2) 由 ，2WuAV得 ，12uA212d所以 8.0218.0128.01218.02.12 dudu5826.07.8.216.218.02 d本题要求掌握对传热膜系数 的影响因素。4-4在一内钢管
43、为18010mm 的套管换热器中，将流量为 3500kg/h 的某液态烃从 100C 冷却到 60C，其平均比热为 2380J/(kgK)。环隙逆流走冷却水，其进出口温度分别为 40C 和 50C，平均比热为 4174 J/(kgK)。内管内外侧对流传热系数分别为 2000W/(m2K)和 3000W/(m2K)，钢的导热系数可取为 45 W/(mK)。假定热损失和污垢热阻可以忽略。试求：1） 冷却水用量；2） 基于内管外侧面积的总传热系数；3） 对数平均温差；264） 内管外侧传热面积。解：1) 由 1221tcWTcpph得 hkgtpcc /79824057638012 2) mdioi
44、m.690ln8lomioobK113104.308.69450.820 所以 )/(71.32KWo3) Cttm7.205lnl12逆4)由 1TcSKQphmo逆得 321 197532857.36060mtTcWoph 逆本题是传热过程的综合应用和计算。4-5 某列管式换热器由多根 252.5mm 的钢管所组成。某液体走管内，由 20加热到55，其流量为 15 吨/时，流速为 0.5m/s，比热容为 1.76KJ/（Kg） ，密度为 858 Kg/m3。加热剂为 130的饱和水蒸汽，在管外冷凝。已知基于外表面积的总传热系数 K0为 774K/（m 2） 。求 1）此换热器所需管数 n；
45、2）单管长度 L。解：1）由流量方程式求所需管数 n24dunws根3185.0)2.(3612 s272）求单管长度 L先求 Qwtcwp 33312 10257)(1076.05)( 求 。mt小大 小大 9151302ln)()(lntt求 S02306.917425Qmtkm求 L。dnS5.02.14304-6某车间需要安装一台换热器，将流量为 30 m3/h，浓度为 10的 NaOH 水溶液由 20预热至 60。加热剂为 127的饱和蒸汽。该车间现库存一台两管程列管式换热器，其规格为：管径 252mm，管长 3m，总管数 72 根。问库存的换热器能否满足传热任务？设污垢热阻总和为R 垢 =0.0003（m 2）/W；蒸汽走管外，其冷凝对流传热系数为 0=1104 W/（m 2） 。已知定性温度下，NaOH 水溶液的物性数据为： =1100 Kg/m3，=0.58W/（m） ，CP=3.77KJ/（Kg） ，=1.510 -3PaS；钢的导热系数为 46.5W/（m） 。 解：完成该传热任务所需的传热面积 ，必须先求 、 、0SQ0K
