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面高8m。总管长共20m（包括局部阻力），管径50mm，摩擦系数0.02.液体密度800kg/m3.泵特性：He=20-1.12×10qv（He：m；qv：m/s），求流量及有效功率。 解：管路特性方程：
H=（z2-z1）+ （p2-p1）/（ρg）+∑Hf
=8+（49-9.8）×10/（800×9.81）+8λlqv/（πgd） =13+1.058 qv
泵的特性方程：He=20-1.12×10qv 联立求解得：qv=5.67×10 m/s 则He=16.4m Pe=Heqvρg=730W
3．（20分）如图所示，用离心泵从水池将水送至10米高处的水塔，输水流量qv = 0.21m/min，总管路长L=50m （包括局部阻力的当量长度），管径约为40mm，摩擦系数λ=0.03，问：
2（1）若选用的离心泵的特性方程为H?40?222qv(qv单位m/min),证明该泵适用。
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（2）管路情况不变时，此泵正常运转后，管路实际流量为多少？
（3）需用出口阀门进行调节。阀门调节后，整个管道的阻力损失为多少 J/Kg，消耗在该阀门的阻力损失增加多少 J/Kg.
10m
解：（1）将流量
qv = 0.21m/min 代入离心泵的特性方程：
3
H?40?222qv2?40?222?0.212?30.2
在两储槽液面之间列伯努力方程：
2p1u12p2u2?Z1??He??Z2??Hfpg2gpg2g
qv????250?60???0.02?He?10?0.03???10?335.8qv20.042?9.83
word 资料
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代入qv = 0.21m/min，He = 24.8 m，30.2>24.8, 所以泵适用。 （2）管路曲线与离心泵的特性方程联立求解，解得
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qV?0.232m3/min
（3）未调节前，Hf?335.8?0.212?14.8J/N v 调节后Hf?He?10?30.2?10?20.2J/N 所以消耗在阀门上的阻力损失，得
HE?(20.2?14.8)?9.81?52.9J/kg
4．如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s的流速在管流动，设料液在管流动时的能量损失为20J/kg（不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。
解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口侧为2-2’面,在1-1’～ 2-2’间列柏努力方程:
Z1g?
p1p112?u12?Z2g?2?u2??Wf?2?2
12H?(u2??Wf)/g2 简化: 1?(?1?20)?9.81?2.09m2
5．用油泵从贮槽向反应器输送44℃的异丁烷，贮槽中异丁烷液面恒定，其上方绝对压力为652kPa。泵位于贮槽液面以下1.5m处，吸入管路全部压头损失为1.6m。44℃时异丁烷的密度为530kg/m，饱和蒸汽压为638 kPa。所选用泵的允许汽蚀余量为3.5m，问此泵能否正常操作？
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word 资料
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解：泵允许的安装高度：
Hg允?
P0?Pv?(NPSH)允??hf吸入?g
（652?638）?103??3.5?1.6530?9.81 ??2.4m
传热计算
1. （20分）在某套管换热器中用饱和水蒸汽加热苯液，苯在φ54mm×2mm的钢管流动。120℃的饱和水蒸汽在环隙冷凝。已测出苯的进口温度为30℃，出口温度为60℃，流量为4000kg/h。苯和水蒸汽的对流传热系数分别为500 W/m·℃和10000 W/m·℃，管壁的污垢热阻为0.0004 m·℃/W，忽略管壁热阻，管外壁的污垢热阻及热损失。已知操作条件下苯的热容为1.9kJ/kg·℃，蒸汽的汽化潜热为2204 kJ/kg，试求： （1）饱和水蒸汽的消耗量； （2）套管的长度。
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Hg定?Hgy允? 此泵安装不当，会发生气蚀现象。
word 资料
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2．（20分）在某列管换热器中，用120oC 的饱和水蒸气将管径为?54mm×2mm、流量为4×10kg/h（流速为0.643m/s）的管某溶液从50oC加热到80oC。已知在操作条件下溶液平均密度为880kg/m, 平均粘度0.39mPa·s, 比热容为1.86 kJ/(kg·oC ), 导热系数为0.134W/(m·oC ), 蒸汽在操作压力下的汽化潜热为2205.2 kJ/kg, 冷凝对流传热系数为1.0×10 W/(m·oC )。管壁和管、外蒸汽侧污垢热阻可忽略不计。求： （1） 加热蒸汽用量、传热平均温度差；
（2） 管溶液对流传热系数和已外表面计的换热器传热面积。
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解：
Q蒸汽?4000?30?1.86?101.2kg/h 2205.2?tm?
70?40?53.6?C70ln 40 Re > 10000 .40.6?0.8c0u0.8p???0.023?0.20.4?d88000.8?1.860.4?0.1340.60.6430.8?0.023?0.40.000390.050.2?372W/(m2?oC )
word 资料
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1154??K1000052?372 K?35840000?30?1.86A??11.6m253.6?3583.(15分)某厂循环气经管壳式换热器管自98℃冷却至68℃，给热系数120W/(m2·℃);管外逆流通入冷却水，温度自25℃升至83℃，给热系数2200W/(m2·℃)。当冷却水流量增加一倍时，不计管壁和污垢热阻，试求
（1）冷、热流体出口温度各位多少？
（2）新工况下热流量比旧工况下热量增加多少？ 解：（1）原工况：K?11?1
?1?111?1202200?113.8W/m2??C
?2qm1Cp1qm2Cp2?t2?t183?25??1.933
T1?T298?68 lnqm1Cp1?KAT1?t2?? ??1???T2?t1?qm2Cp2?qm1Cp1' 新工况：K?11?1?120.8??2?111?20.8?1202200?116.4W/m2??C
?qm1Cp1?T1?t2??K1?ln?qm2Cp2?T2?t1??? 'T?t?qm1Cp1?n1'2?K?1??2qC?T2?t1m2p2??'解得：T2?58.7?C,t2?63.0?C,
'3.(14分)某厂循环气经管壳式换热器管自98℃冷却至68℃，给热系数120W/(m2·℃);管外逆流通入冷却水，温度自25℃升至83℃，给热系数2200W/(m2·℃)。当冷却水流量增加一倍时，不计管壁和污垢热阻，试求冷、热流体出口温度各位多少？ 解：（1）原工况：K?11?1word 资料
?1?111?1202200?113.8W/m2??C
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生物工程化工原理练习题
