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三、简答题(8分):
1.流体在管路中流动时,有哪两种流动形态?
写出判断流型的具体根据。
四、计算题(共50分,答案要求写在答题纸上):
1.(18分)某水泵的吸入口与水池液面的垂直距离为3m,吸入管直径为50mm的水煤气管,摩擦系数λ=0.029,管下端装有一带滤水网的底阀ζ1=10,泵吸入口附近装一真空表。
底阀至真空表间的直管长8m,其间有一个90度的标准弯头,局部阻力系数ζ2=0.75。
(1)试估计当泵的吸水量为20m3/h、操作温度为20℃时真空表的读数为多少?
(2)又当泵的吸水流量增加时,该真空表的读数是增大还是减小?
2.(14分)欲将某减压精馏塔塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽,釜中真空度为67kPa(其中液体处于沸腾状态,即其饱和蒸汽压等于釜中绝对压强)。
泵位于地面上,吸入管总阻力为0.87J/N,液体的密度为986kg/m3,已知该泵的必需汽蚀余量(NPSH)r为3.7m,试问该泵的安装位置是否适宜?
如不适宜应如何重新安排?
(最大允许安装高度:
[Hg]=P0/ρg-PV/ρg-∑Hf(0-1)-[(NPSH)r+0.5])
3.(18分)某列管式加热器由多根Φ25mm×
2.5mm的钢管组成,将苯由20℃加热到55℃,苯在管中流动,其流量为15t/h,流速为0.5m/s。
加热剂为130℃的饱和水蒸气,在管外冷凝。
苯的比热容Cp=1.76kJ/kg.℃,密度为858kg/m3。
已知加热器的传热系数为700W/m2.℃,试求此加热器所需管数n及单管长度l。
一、填空题(共24分):
1.(4分)流体体积流量一定时,流通截面扩大,则流速________,动压头________,静压头________。
(填增加,减少,不变)
2.(3分)减少流体在管路中流动阻力Σhf的具体措施有:
____________________________,__________________________,_______________。
3.(3分)离心泵的工作点是如下两条曲线的交点:
____________________________和_____________________________。
4.(3分)离心泵起动时,如果泵内没有充满液体而存在气体时,离心泵就不能输送液体,这种现象称为_______现象。
5.(4分)厚度不同的三种材料构成三层平壁,各层接触良好,已知b1>
b2>
b3;
导热系数λ1<
λ2<
λ3。
在稳态传热过程中,各层的热阻R1______R2______R3;
各层导热速率Q1___Q2___Q3。
6.(4分)在采用列管换热器进行换热时,一般来说,蒸汽走管______;
高压流体走管______;
有腐蚀性流体走管______;
粘度大或流量小的流体走管______。
(内或外)
7.(3分)采用多效蒸发的目的是_______________________________________。
二、选择题(每题3分,共18分):
1.过滤操作中滤液流动遇到阻力是()。
A、介质阻力;
B、滤渣阻力;
C、介质和滤渣阻力之和。
2.滞流时圆管中心处的流速为平均流速的()倍
A.0.5B.2C.0.8
3.转子流量计的主要特点是()
A.恒截面、恒压差B.变截面、变压差C.变截面、恒压差
4.离心泵并联操作的目的是().
A.增大位能B.增大扬程C.增大流量
5.旋风分离器的临界粒径是指能完全分离出来的()粒径。
A.最小;
B.最大;
C.平均;
6.蒸发装置中,效数越多,温度差损失()。
A、越少;
B、越大;
C、不变
1.简要指出换热器强化有那些途径?
四、计算题(共50分)
1.(17分)
如附图所示,高位水槽液面恒定,距地面10m,水从Φ108×
4mm钢管流出。
钢管出口中心线与地面的距离为2m,管路的总阻力(包括进、出口等局部阻力损失)可按∑hf=16.15u2(J/kg)计算,式中u为水在管内的流速(m/s)。
求
(1)A-A'
截面(垂直管路中的某一截面)处的流速m/s?
(2)水的流量为多少m3/h?
2.(16分)欲用离心泵将20℃水以30m3/h的流量由敞口水池打到敞口高位槽,两液面均保持不变,两液面高度差为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,压出管路全部阻力为3mH2O柱,泵的效率为0.6,求
(1)泵的轴功率;
(2)若已知泵的必须汽蚀余量为2.5m,20℃水的饱和蒸汽压为2338.43Pa,问上述安装高度是否合适?
水的密度可取1000kg.m-3,外界大气压为10mH2O。
3.(17分)
在内管为ф189*10mm的套管换热器中,将流量为3500kg/h的某液态烃从100℃冷却到60℃,其平均比热Cp(烃)=2.38kJ/kg.℃,基于传热外面积的总传热系数Ko=2000W/m2.℃,设其值恒定,忽略热损失。
试求:
(1)水用量;
计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长。
一、填空题(共20分)
1.(3分)减少流体在管路中流动阻力Σhf的措施有:
_______________________________________,__________________________,_______________。
2.(4分)柏努利方程实验中,在一定流速下某测压管显示的液位高度为静压头与动压头之和,若水平管路中的阻力损失等于零,当流速增大时,测压管液位高度_________(升高、降低或不变),因为。
3.(3分)现用离心泵将河水抽送到水塔中,其管路特性曲线方程为He=20+2.5×
105Qe2(式中He的单位为m,Qe的单位为m3.s-1);
当输送量为20m3.h-1时,则泵的扬程为______m。
4.(3分)悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是____________________________。
5.(4分)在列管式换热器中,用饱和蒸汽加热空气,此时传热管的壁温接近________流体的温度,总传热系数K接近______流体的对流给热系数。
6.(3分)热量传递的方式主要有三种:
_____._______.__________.
二、选择题(每题3分,共21分)
1.流体在管内作湍流流动时,滞流内层的厚度随雷诺数Re的增大而()。
A.增厚B.减薄C.不变
2.转子流量计的主要特点是()
3.离心泵的扬程是()
A.实际的升扬高度B.泵的吸液高度
C.液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度
D.单位重量液体出泵和进泵的机械能差值
4.旋风分离器主要是利用()的作用使颗粒沉降而达到分离。
A.重力;
B.惯性离心力;
C.静电场
5.稳态的多层平壁的导热中,某层的热阻愈大,则该层的温度差()。
A.愈大B.愈小C.不变
6.对于沸腾传热,工业生产一般应设法控制在()沸腾下操作。
A、核状B、稳定的膜状C、不稳定的膜状
7.采用多效蒸发的目的是为了提高()。
A.完成液的浓度;
B.加热蒸汽经济程度;
C.生产能力
三、简答题(9分)
1.离心泵为什么会出现气蚀现象?
四、计算题(共50分)
1.(18分)
如下图所示的输水系统,用泵将水池中的水输送到敞口高位槽,管道直径均为φ83×
3.5mm,泵的进、出管道上分别安装有真空表和压力表,真空表安装位置离贮水池的水面高度为4.8m,压力表安装位置离贮水池的水面高度为5m。
当输水量为36m3/h时,进水管道的全部阻力损失为1.96J/kg,出水管道的全部阻力损失为4.9J/kg,压力表的读数为250kPa,泵的效率为70%,试求:
⑴两液面的高度差H为多少m?
⑵泵所需的实际功率为多少kw?
⑶真空表的读数多少kPa?
2.(16分)某离心泵在一定转速下的特性方程为H=26-0.4×
106Q2,用该泵将水从贮槽抽送至某高位槽,两槽皆敞口,两槽液面高度差为10米。
管路系统的阻力损失Σhf=0.6×
106qV2(Σhf的单位为米,qV的单位为m3/s)。
试计算:
(1)若两槽中水位恒定,求流量。
(2)开始时,两槽液面位差是10米,过程中如高位槽中液位恒定,求低位槽中液面下降两米所需的时间,低位槽面积为100m2。
3.(16分)有一列管换热器,用-15℃的液氨蒸发来冷却空气。
空气在换热器的簿壁列管内作湍流流动,由40℃冷却到-5℃,液氨侧的对流传热系数为1880w.m-2.K-1,空气侧的对流传热系数为:
46.5w.m-2.K-1,忽略管壁和污垢热阻。
求:
(1)平均温度差;
(2)总传热系数。
一、填空题(每题3分,共24分)
1.(3分)流体流动中的理想流体是指:
。
2.(3分)液体在等直径的管中作稳态流动,由于有摩擦阻力损失,其流速沿管长,静压强沿管长。
3.(3分)泵的扬程的单位是,其物理意义是。
4.(3分)离心泵采用并联操作的主要目的是提高(扬程或流量)________,串联操作的目的是提高(扬程或流量)_____________。
5.(3分)对外来辐射能吸收率为100%的物体称为________(黑体或灰体),对各种波长辐射能均能同样吸收的理想物体称为________(黑体或灰体)。
6.(3分)在列管换热器中,用水冷却其气体,气体中有稀酸冷凝出来,冷却水应安排走___________程,气体应是走________________程。
7.(3分)列管换热器,在壳程设置折流挡板的目的是_____________________________________________________________________________________。
8.(分)蒸发操作中,造成温度差损失的原因有:
(1)_________________________________,
(2)_________________________________。
二、选择题(每题3分,共18分)
1.相同管径的圆形管道中,分别流动着粘油和清水,若雷诺数Re相等,二者的密度相差不大,而粘度相差很大,则油速()水速。
A.大于B.小于C.等于
2.板框过滤机采用横穿法洗涤滤渣时,若洗涤压差等于最终过滤压差,洗涤液粘度等于滤液粘度,则其洗涤速率为过滤终了速率的()倍。
A、1;
B、0.5;
C、0.25
3.将管路上的阀门关小时,其阻力系数()。
A.变小B.变大C.不变
4.在一定流量下,流体在并联管路中作稳态连续流动,当并联管路数目愈多,则()。
A.流体阻力损失越大B.流体阻力损失越小
C.流体阻力损失与并联管数无关
5.当固体微粒在大气中沉降是层流区域时,以()的大小对沉降速度的影响最为显著。
A.颗粒密度;
B.空气粘度;
C.颗粒直径
6.中央循环管式蒸发器属于()蒸发器。
A.自然循环;
B.强制循环;
C.膜式
三、简答题(7分)
1.离心泵有哪些基本参数和特征曲线?
四、计算题(共51分)
1.(16分)如附图所示,高位水槽液面恒定,距地面10m,水从Φ108×
钢管出口中心线与地面的距离为2m,管路的总阻力(包括进、出口等局部阻力损失)可按∑hf=16.15u2J/kg计算,式中u为水在管内的流速(m/s)。
截面处的流速m/s?
2.(18分)如图所示输水系统。
已知:
管路总长度(包括所有局部阻力当量长度)为100m,从压力表至高位槽所有管长(包括所有局部阻力当量长度)为80m,管路摩擦系数λ=0.025,管子内径为0.05m,水的密度ρ=1000kg.m-3,泵的效率为0.8,输水量为10m3/h,求:
(1)泵轴功率Pa=?
;
(2)压力表的读数为多少?
3.(17分)有一套管换热器,内管为Φ54╳2mm,外管为Φ116╳4mm的钢管,内管中苯被加热,苯进口温度为50℃,出口温度为80℃,流量为4000kg/h。
环隙为133.3℃的饱和水蒸气冷凝,其汽化热为2168.1kJ/kg,冷凝传热系数为11630W/m2.K。
苯在50~80℃之间的物性参数平均值为密度ρ=880kg/m3,比热Cp=1.86kJ/kg.℃,粘度μ=0.00039Pa.s,导热系数λ=0.134W/m.K,管内壁污垢热阻为0.000265℃.m2/W,管壁及管外侧垢阻不计,在圆形直管内做强制湍流时对流给热系数计算公式:
α=0.023*(λ/d)(Re)0.8(Pr)0.4
(1)加热蒸汽消耗量;
(2)所需的传热面积(以内管外表面计)。
五、填空题(共25分)
1.(3分)过滤速率的定义是___________________________,在恒压过滤时,过滤速率将随操作的进行而逐渐变__________。
2.(4分)某流体在圆形直管中作滞流流动时,其速度分布是型曲线,其管中心最大流速为平均流速的倍。
3.(3分)当离心泵出口阀门开大时,流量,泵出口压力。
(变大,变小,不变)
4.(3分)离心泵的流量调节阀安装在离心泵(进或出)口管路上,关小出口阀门后,真空表的读数变,压力表的读数变。
5.(4分)厚度不同的三种材料构成三层平壁,各层接触良好,已知b1>
在稳定传热过程中,各层的热阻R1______R2______R3;
6.(4分)牛顿冷却定律的表达式为_________,给热系数α的单位是_______。
7.(4分)蒸发操作中所指的生蒸汽是指_____________________;
二次蒸汽是指
___________________。
二、选择题(每题3分,共18分)
1.u2/2的物理意义是表示流动系统某截面处()流体具有的动能。
A.1kgB.1NC.1m
2.因次分析法的目的在于:
A)得到各变量间的确切定量关系;
B)得到各无因次数群的确切定量关系;
C)用无因次数群代替变量,使实验与关联工作简化;
D)用无因次数群代替变量,使实验结果更可靠。
3.某同学进行离心泵特性曲线测定实验,启动泵后,出水管不出水,泵进口处真空计指示真空度很高,他对故障原因作出了正确判断,排除了故障,你认为以下可能的原因中,哪一个是真正的原因()
A.水温太高B.真空计坏了
C.吸入管路堵塞D.排出管路堵塞
5.流体与固体壁面间的对流传热,当热量通过滞流内层时,主要是以()方式进行的。
A.热传导B.对流传热C.热辐射
6.蒸汽冷凝时,膜状冷凝的α()滴状冷凝的α。
A.等于B.大于C.小于
六、简答题(7分)
当间壁两侧流体稳定变温传热时,工程上为何常采用逆流操作?
简要定性分析主要原因。
七、计算题(共50分)
(2)又当泵的吸水量增加时,该真空表的读数是增大还是减小?
2.(14分)某离心泵的必需汽蚀余量为3.5m,今在海拔1000m的高原上使用。
已知吸入管路的全部阻力损失为3J/N。
今拟将该泵装在水源之上3m处,试问此泵能否正常操作?
该地大气压为90kPa,夏季的水温为20℃,饱和蒸汽压为2338.43Pa。
3.(18分)90℃的正丁醇,在逆流换热器中被冷却到50℃,换热器的换热面积为6m2,传热系数K=230W/m2.℃,正丁醇的流量为1930kg/h。
冷却介质为18℃水,热损失可以忽略。
求:
A)冷却水出口温度;
B)冷却水消耗量。
70℃正丁醇Cp=2.98kJ/kg.℃,水Cp=4.187kJ/kg.℃。
八、填空题(共24分)
1.(4分)流体在管内作层流流动,若仅增大管径,则摩擦系数变,直管阻力变。
2.(4分)流体在圆管内流动时,由于流体具有粘性,使得管__________处速度为零,管的________处速度最大。
3.(4分)由多层等厚平壁构成的导热壁面中,所用材料的导热系数愈大,则该壁面的热阻就愈________,其两侧的温度差愈______。
4.(3分)离心泵的主要部件有、、和。
5.(3分)泵起动时,先关闭泵的出口开关的原因是_________________
6.(3分)板框压滤机洗涤速率是过滤终了过滤速率的____________倍。
7.(3分)在相同的操作条件和相同的蒸发任务下,同单效蒸发相比,多效蒸发的优点是
。
九、选择题(每题3分,共18分)
1.滞流底层越薄,则。
a)近壁面速度梯度越小;
b)流动阻力越小;
c)流动阻力越大;
d)流体湍动程度越小。
2.欲提高降尘宝的生产能力,主要的措施是()。
A、提高降尘宝的高度;
B、延长沉降时间;
C、增大沉降面积
3.当离心泵内充满空气时,将发生气缚现象,这是因为()
A.气体的粘度太小B.气体的密度太小
C.气体比液体更容易起漩涡
D.气体破坏了液体的连续性
4.蒸汽冷凝时,膜状冷凝的α()滴状冷凝的α。
A、等于B、大于C、小于
5.对一台正在工作的列管式换热器,已知α1=116w.m-2.K-1,α2=11600w.m-2.K-1,要提高传热系数K,最简单有效的途径是()。
A.设法增大α1;
B.设法增大α2;
C.同时增大α1和α2。
6.蒸发器的有效温度差是指()。
A.加热蒸汽温度与溶液的沸点之差;
B.加热蒸汽与二次蒸汽温度之差;
C.温度差损失
一十、简答题(8分)
为什么调节流量的阀门一般都不装在离心泵的吸入管路上?
一十一、计算题(共50分)
1.(18分)粘度为0.03Pa.s,密度为900kg/m3的液体,自A槽经内径为40mm的管路进入B槽,两容器均为敞口,液面视为不变。
管路中有一阀门。
当阀全关时,阀前后压力表读数分别为88.3kPa和44.1kPa。
现将阀门打至1/4开度,阀门阻力的当量长度为30m,阀前管长50m,阀后管长20m(均包括局部阻力的当量长度),试求:
(1)管路的流量(m3/h)?
(2)阀前后压力表读数有何变化?
2.(15分)欲将某减压精馏塔塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽,釜中真空度为67kPa(其中液体处于沸腾状态,即其饱和蒸汽压等于釜中绝对压强)。
3.(17分)某厂一单管程单壳程列管换热器,列管规格为ф25*2.5mm,管长6m,管数501根,管程走热气体,流量为5000kg/h,平均比热3.04kJ/kg.K,进口温度500℃;
壳程走冷气体,流量为4000kg/h,平均比热3.14kJ/kg.K,进口温度30℃。
(1)逆流操作时,测得热气体的出口温度为200℃,求总传热系数K为多少(W/m2K);
如采用并流操作,热气体的出口温度有无可能降为200℃?
为什么?
一十二、填空题(共22分)
1.(4分)牛顿粘性定律表达式为,其中粘性系数(粘度)的物理意义是。
2.(3分)在蒸发操作中,降低单位蒸气消耗量的主要方法有:
____________,__________________,___________________________。
3.(3分)流体体积流量一定时,流通截面扩大,则流速,动压头,静压头。
4.(3分)某流体在圆形直管中作滞流流动时,其速度分布是型曲线,其管中心最大流速为平均流速的倍。
5.(3分)离心泵起动时,如果泵内没有充满液体而存在气体时,离心泵就不能输送液体,这种现象称为__________现象。
6.(3分)有两种不同的固体材料,它们的导热系数第一种为λ1,大于第二种的λ2,若作为换器材料,应选用______________种;
当作为保温材料时,应选用________________种。
7.(3分)在列管式换热器中,用饱和蒸气加热空气,此时传热管的壁温接近________流体的温度,总传热系数K接近______流体的对流给热系数。
一十三、选择题(每题3分,共18分)
1.在稳态流动系统中,水由粗管连续地流入细管,若粗管
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