四、计算题（共45分，每小题15分）1、 如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽， 两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为φ83×3.5mm ， 泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真 空表安装位置离贮槽的水面高度H 1为4.8m ，压力表 安装位置离贮槽的水面高度H 2为5m 。

当输水量为 36m 3/h 时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg ， 出水管道全部阻力损失为 4.9J/kg ，压力表读数为2.452×105Pa ，泵的效率为70%，水的密度ρ为1000kg/m 3， 试求：（1）两槽液面的高度差H 为多少？ （2）泵所需的实际功率为多少kW ？（3）真空表的读数为多少kgf/cm 2？ 1、解：（1）两槽液面的高度差H在压力表所在截面2-2´与高位槽液面3-3´间列柏努利方程， ∑-+++=++32,323222222f h p u gH p u gH ρρ 其中，∑=-kg J hf /9.432,, u 3=0, p 3=0,p 2=2.452×105Pa, H 2=5m, u 2=Vs/A=2.205m/s代入上式得： m H 74.2981.99.481.9100010452.281.92205.2552=-⨯⨯+⨯+= （2）泵所需的实际功率在贮槽液面0-0´与高位槽液面3-3´间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有：∑-+++=+++30,323020022f e h p u gH W p u gH ρρ 其中，∑=-kg J hf /9.864.630,, u 2= u 3=0, p 2= p 3=0, H 0=0， H=29.4m代入方程求得： W e =298.64J/kg ， s kg V W s s /101000360036=⨯==ρ故 w W W N e s e 4.2986=⨯=， η=70%， kw N N e 27.4==η（3）真空表的读数在贮槽液面0-0´与真空表截面1-1´间列柏努利方程，有：∑-+++=+++10,1211020022f h p u gH p u gH ρρ 其中， ∑=-kg J hf /96.110,, H 0=0， u 0=0, p 0=0, H 1=4.8m, u 1=2.205m/s代入上式得，2421/525.01015.5)96.12205.28.481.9(1000cm kgf Pa p -=⨯-=++⨯-=2．在由118根25 2.5，长为3m 的钢管组成的列管式换热器中，用饱和水蒸汽加热空气，空气走管程。

已知加热蒸汽的温度为132.9℃，空气的质量流量为7200kg/h ，空气的进、出口温度分别20℃和60℃，操作条件下的空气比热为1.005 kJ/(kg ℃)，空气的对流给热系数为50 W/(m 2℃)，蒸汽冷凝H H 1H 2给热系数为8000 W/(m 2℃)，假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。

试求：（1）加热空气需要的热量Q 为多少？（2）以管子外表面为基准的总传热系数K 为多少？ （3）此换热器能否完成生产任务？ 2、解：（1）()()4.802060005.13600/72001222=-⨯⨯=-=t t c w Q p kJ/s(2) 8.395002.0025.08000111111222=⨯+=+=h d d h K W/(m 2℃)(3) 8.273025.014159.31182=⨯⨯⨯=A m 245.919.1129.72ln 40ln 2111=-=∆∆∆-∆=∆t t t t t m ℃184.101J/s 10118445.918.278.3922==⨯⨯=∆=m t A K Q kJ/s ，能够完成生产任务。

3、以某板框式压滤机在恒压条件下过滤含硅藻土的悬浮夜。

过滤机的滤框尺寸为810×810×25(mm)，共有37个框。

已测出过滤常数K =10-4m 2/s ，qe=0.01m 3/m 2， θe=1s 。

若已知单位面积上通过的滤液量为0.15m 3/m 2，所用洗水量为滤液量的1/5。

求：1) 过滤面积和滤框内的总容量； 2) 过滤所需的时间； 3) 洗涤时间；3、1) 过滤面积 A=2LBZ=2×0.81×0.81×37=48.6m 2滤框总容积 Vz=LB δZ=0.81×0.81×0.025×37=0.607m 32）过滤时间 （q+qe )2=K(θ+θe) (0.15+0.01)2=10-4(θ+1) θ =255s 3）洗涤时间θw = 8(q+qe)qw/5K =8×(0.15+0.01)×0.15/(5×10-4)=348s 四、计算题（共45分，每小题15分） 1、用离心泵由真空度为48 kPa 的容器中输送液体，所选用泵的需要气蚀余量为49 kPa 。

该液体在输送温度下的饱和蒸汽压为26.66 kPa ，密度为900 kg/m3，吸入管道因阻力损失的压头为0.20［米液柱］，试决定泵的安装位置。

若泵入口端容器改为敞口，该泵又应如何安装？ 2、在一内钢管为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/(kg ⋅K)。

环隙逆流走冷却水，其进出口温度分别为40︒C 和50C ，平均比热为4174 J/(kg ⋅K)。

内管内外侧对流传热系数分别为2000W/(m 2⋅K)和3000W/(m 2⋅K)，钢的导热系数可取为45 W/(m ⋅K)。

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； (4) 内管外侧传热面积。

3、某板框压滤机共有10个框, 框空长、宽各为500 mm, 在一定压力下恒压过滤30min 后, 获得滤液5m 3, 假设滤布阻力可以忽略不计, 试求: (1) 过滤常数K; (2) 如果再过滤30min, 还能获得多少m 3滤液?四、计算题（共45分）解：(1) 由题意知900=ρkg/m 3，6626.P v =kPa ，20.H =∑m ，49='∆h g ρkPa ，5330048000101300=-=a P Pa()∑-'∆--=H h P P gH v a g ρ1()7322049000266605330080799001...H g -=---⨯=m 由于求出的允许安装高度是负值，故要求泵的进口安装在水槽液面的下方2.72 m , 所 以，实际安装高度可取，7331732..-=--m ， (2)由于容器敞口，101300=a P Pa ，()705220490002666010130080799001...H g =---⨯=m ，为安全起见，实际安装高度可取，705117052..=-m 。

答：（1）泵的进口安装在液面下3.73 m 。

（2）泵的进口安装在液面上方1.705m解：(1) 由 ()()1221t t c W T T c W pc c ph h -=- 得 ()()()()h kg t t c T T c W W pc ph h c /79824050417460100238035001221=-⨯-⨯⨯=--=(2) mm d d d d d ioi o m 80.169160180ln 160180ln =-=-=om o i o i o d d b d d K αλα111+⋅+⋅= 3101314.1300018.1691804501.016018020001-⨯=+⋅+⋅=所以 )/(8571.8832K m W K o ⋅=(3) C t t t t t m ︒=-=∆∆∆-∆=∆75.322050ln 2050ln1212逆 (4)由 ()21T T c W t S K Q ph h m o -=∆=逆 得 ()()3211975.375.32857.88336006010023803500m t K T T c W S m o ph h =⨯⨯-⨯⨯=∆-=逆五、计算题 （共45分，每小题15分）1、 某车间需要安装一台换热器，将流量为30m 3/h 、浓度为10%的NaOH 水溶液由20℃预热到60℃。

加热剂为127℃的饱和蒸汽（在饱和温度下排除冷凝水）。

该车间现库存一台列管式换热器，其规格为φ25×2mm ；长度为3m ；总管数72根。

试问库存的换热器能否满足传热任务？蒸汽冷凝走壳程，NaOH 水溶液走管程。

管内NaOH 水溶液一侧的1α＝2560W/m 2℃。

蒸汽冷凝一侧的α2＝10000 W/m 2℃，钢的导热系数C m w ︒⋅=/5.46λ，污垢热阻总和 ∑︒⋅=w C m R /0003.02，NaOH 水溶液的Cp ＝3.77kJ/kg.℃。

2、每小时将2×104kg 、45℃氯苯用泵从反应器A 输送到高位槽B （如下所示），出口处距反应器液面的垂直高度为15m ，反应器液面上方维持26.7kPa 的绝压，高位槽液面上方为大气压，管子为Ø76mm ×4mm 、长26.6m 的不锈钢管。

管线上有两个全开的闸阀、5个90°标准弯头。

45℃氯苯的密度为1075 kg ⋅m -3，粘度为6.5×10-4 Pa·s 。

泵的效率为70%，求泵的轴功率。

附：λ＝0.0293，各局部阻力系数为：全开闸阀 ζ1 = 0.17 90℃标准弯头 ζ2 = 0.753、板框过滤机加压过滤某悬浮液.一个操作周期内过滤20分钟以后共得滤液4m 3 (滤饼不可压缩,介质阻力忽略不计)。

在一个操作周期内共用去辅助时间为30分 钟。

求:(1)该机的生产能力为多少？(2)若过滤压强差加倍,其他条件不变(物性、过滤面积、过滤与辅助时间不变), 该机的生产能力提高了多少?A 、 计算题（共45分）1、解：对库存换热器进行传热能力核算 m o o t S K Q ∆=其中 4.16)1.03(025..014.372)1.0(=-⨯⨯⨯=-=L d n S o o πm 2C t T t T t t t T t T t T t T t m︒=---=---=-----=∆4.856012720127ln 2060lnln )()21122121（109710003.0023.05.46025.0002.0021.02560025.0100001111=+⨯⨯+⨯+=+++=∑R d bd d d K i o i o o o λααC m w K o ︒⋅=2/1097换热器的传热速率 kw t S K Q m o o 15364.854.161097=⨯⨯=∆= 该换热器的热负荷 kw t t C W Q pc c L 1382)2060(77.33600110030)(12=-⨯⨯⨯=-=因为 L Q Q 〉 所以库存的换热器能够完成传热任务。