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1991年（共两大题、十一小题）一、计算题：1.（10分）如图所示，水自水面为大气压的高位槽经总管道流入分支管道A和B,然后排入大气。管道的内径均为27mm管内摩擦系数可取为λ=0.04，支管A上的全部管件及阀门(全开)的当量长度∑leA=9.8m，支管B上的全部管件及阀门(全开)的当量长度∑leB=9m,总管的全部管件和入口的当量长度∑leO=1.1m,当支管A上的阀Av全开，而支管B上的阀Bv部分开启到某一定程度时，测得支管A中的水流量为0.5m3/h,试求此时支管B中的水流量为多少m3/h(排入大气，d=27mm,λ=0.04,∑LeA=9.8m,∑LeB=9m,∑Leo=1.1m;当A全开,B部分开启，VA=0.5m3/h，求此时VＢ)SOLU:doe=deA=deB=27mm,V0=VA+VB∴u０=uB+uB,uA=4V/πd2=4×0.5/(π×0.0272×3600)m/s=0.243m/sEto′=Eta+Wfoe+WfeA=EtB+Wfoe+WfeB∴Eta+WfeA=EtB+WfeB16＋{λ(LeA+∑LeA)/deA）}(uA2/2g)={λ(LeB+∑LeB′)/deB）}(uB2/2g)20={λ(Loe+∑Loe)/doe）}(u02/2g)+16+{λ(LeA+∑LeA)/deA）}(uA2/2g)得20={0.04(16+50+1.1)/0.027）}(u02/2g)+16+{0.04(16+5+9.8)/0.027）}(0.2432/2g)u0=0.873m/s∴uＢ=u０－uＡ＝0.63m/s∴ＶＢ＝uＢAＢ＝0.063×πd2/4=1.298m3/h即此时Ｂ支管流量为1.3m3/h.2.（15分）如图所示，用离心泵将敞口水池中的水送到反应塔内，出水管口高出水池液面4m，塔顶压力表读数为1.17×105Pa，输送管道为内径50mm的钢管，已知管路调节阀全开喷水量为30m3/h时，管路总阻力为2mH2O柱。若该离心泵的特性方程为H=20-0.00055Q2，式中：H为泵的扬程m,Q为泵的流量m3/h,设水的密度为1000kg/m3问：(1)此泵单独使用能否完成0.5m3/min的输送任务?(2)写出调节阀全开时的管路特性方程，以L=f(Q):L为管路所需功头m,Q为管路输送流量m3/h(3)若将这种泵两台并联使用于该管路,当管路调节阀全开时,喷水量为多少m3/h(Ｈ=4m,P=1.17×105Pa,d=50mm,当Q=30m3/h时，Ｈf总＝２mH2O,泵H=20-0.00055Q2(H-m,Q-m3/h),ρ=1000kg/m3，求：（１）泵单独用，能否完成Q=0.5m3/min的输送任务？（２）写出阀全开时，管路特征方程，Ｌ＝f(Q)（３）两台泵并联于管路，阀全开时，Q＝？SOLU:(1)泵单独用时，管路特征曲线L=A+BQ2,A=ΔZ+Δp/ρg∴Ａ=(4+1.17×105/1000×9.8)m≈15.93m,L=15.93+BQ2Q=30m3/h,Ｈf总={∑λ(L+∑Le)/d）}(u2/2g)=2mH2O∴Ｂ=8/∑[λ(L+∑Le)/d5]π2g,Ｈf总=BQ2,B=Ｈf总/Q2∴管路曲线Ｌ=15.93+(Ｈf总/Q2)′Q2=15.93+(3/302)Q2=15.93+0.00222Q2=20-0.00055Q2解出Q＝38.33m3/h=0.639m3/min0.5m3/min∴单独用泵时，能完成Q＝0.5m3/min的输送任务。(２)调节阀全开时，由（１）知管路特性曲线Ｌ＝15.39+0.00222Q2(3)两台泵并联于管路，泵的特性曲线4m第2题Ｈ=20-0.0055(2Q)2=20-0.0022Q2=15.39+0.00222Q2,解出Q＝30.345m3/h即两台并联于管路，阀门全开时，喷水量θ为30.345m3/h3.（15分）有一台管壳间不加折流挡板的列管式换热器,较高压强的气体在管内与管壳间的水成逆流换热,可将流量Gkg/h的气体自80℃冷却到60℃,冷却水的温度自20℃升高到30℃,总传热系数K=40w/m2·K。现需将气体的出口温度降到50℃以下。有人建议将水的流量Wkg/h增加一倍,有人建议增加一台规格完全相同的换热器,假设无论采用并联或串联操作,每一台换热器的冷却水都是单独使用,而且流量W相同。水的初始温度均为20℃,传热温差均可用算术平均值计算。请以计算结果说明这些建议中那些是可行的。已知:流体作强制对流时的对流传热系数关联式为αl/λ=0.023(luρ/μ)0.8·(Cp·μ/λ)0.4式中:α:对流传热系数w/m2·k,水的对流热系数为几千w/m2·k；气体的对流热系数为几十w/m2·kλ:流体的导热系数w/m·k,μ:流体的流速m/s,ρ:流体的密度kg/m3,μ:流体的粘度N·S/m2,Cp:流体的比热kJ/kg·k,l:定性尺寸m[逆流换热，ms1=akg/h,T1=80℃,T2=60℃,t1=20℃,t2=30℃,K=40W/m2·K,要求T２小于50℃。则：（１）ms２加倍；（２）并联；（３）串联问那种方案可行？]SOLU:原状态下，CR1=(mscp)1/(mscp)2=(t2-t1)/(T1-T2)=0.5NTU1=KA/(mscp)1=(T1-T2)/Δtm=0.446ε=(T1-T2)/(T1-t1)=1/3=0.333(1)ms２加倍，а２′＝２0.8а２,а1不变，ＣR1′=ＣR1/2=0.25Ｋ=а1/[1+(а1/а2)(d0/di)](а1а2)∴Ｋ≈а1不变NTU1=KA/(mscp)1不变∴ε１′＝{１－exp[NTU1(1-CR1′)]}/{CR1′－exp[NTU1(1-CR1′)]}=0.345,T2′=59.3℃50℃(2)并联就某个换热器而言,CR1不变,NTU1′=2NTU1=0.892,ε１′=0.529,T2=48.25℃50℃(3)串联将两个换热器看作一个整体，则CR1′＝0.5CR1,NTU1′=KA′/(mscp)1=2NTU=0.892ε１′＝{１－exp[NTU1′(1-CR1′)]}/{CR1′－exp[NTU1′(1-CR1′)]}=0.56,T2′=46.30℃50℃比较上述三个结论可知，方案二、三可行，但方案三更好。4.（15分）一座装10m高填料的吸收塔，用清水吸收气体中某一组分A，在气液相中的平衡关系为y*=1.5x(y,x均为摩尔分率，以下同)在操作情况下测得A组分在塔顶，底气液中的组成数据如图中的a塔所示。现要求将排出气流中A组分降低到0.002kmol/kmol,为此再接一座装6m高填料的吸收塔b，其塔顶填料等结构尺寸均与a塔相同，用与a塔等流率的清水吸收，两塔的传质系数可认为相等。试求排出气体中A组分的y2b能否达到要求?[ha=10m,y=1.5x,x2a=x2b=0,hb=6m,La=Lb,Kxa=Kxa,则y2b0.02?(y1b=0.02y2a=0.02x1a=0.008)]SOLU:L/G=(0.02-0.004)/0.008=2=(0.004-2y2b)/x1b,1/A=mG/L=0.75ha=NOG,a,HOG,a,hb=NOG,bHOG,b,HOG,a=G/Kya=HOG,b=G/KybNOG,a/NOG,b=ha/hb=10/6NOG,a=[1/(1-1/A)]Ln[(1-1/A)(y1a-mx2a)/(y2a-mx2a)+1/A]NOG,b=[1/(1-1/A)]Ln[(1-1/A)(y2a-mx2b)/(y2b-mx2b)+1/A]∴NOG,a/NOG,b＝Ln[(1-0.75)(0.02/0.004)+0.75]/Ln[(1-0.75)(0.004/y2b)+0.75]=10/6解出y2b=0.000820.002即排出气体中Ａ组分的y2b能满足要求。5.（10分）有一连续精馏塔，分离A、B双组分理想溶液，料液含易挥发组分A的摩尔分率xA=0.4，泡点进料，测得塔顶压强为760mmHg柱，气相温度为81.5℃，同时测得回流量为0.8kmol/kmol进料液，和产品量为0.4kmol/kmol进料液。已知A、B组分的饱和蒸汽压与温度的关系为：log10pOA=6.898-1206.35/(t+220.24)log10pOB=6.953-1343.94/(t+219.58)式中:t温度℃,pOA,pOB分别为A、B的饱和蒸汽压mmHg柱。求:(1)塔顶产品及釜液的组成xD,xW,塔釜的汽化量V’;(2)写出精馏段及提馏段的操作线方程。[xF=0.4,顶：Ｐ0=760mmHg,t0=81.5℃,L/F=0.8,q=1,D/F=0.4,LgPA0=6.898-1206.35/(t+220.24)LgＰB0=6.953-1342.94/(t+219.58)(t－℃，ＰA,B0－mmHg),求：（１）xD,xN及Ｖ′；（２）精馏段及提馏段的操作线。]SOLU:(1)将tD=81.5℃代入公式，得ＰA0＝794.37mmHg,ＰB0＝307.71mmHg∴x=(ＰD-ＰB0)/(ＰA0-ＰB0)=(760-307.71)/(794.37-307.71)=0.93,y=(ＰA0x/ＰD)=0.97,xD=0.97,D/F=(xF-xW)/(xD-xW)=0.4,xW=0.067∴R=L/D=(L/F)/(D/F)=0.8/0.4=2,V′/F=V/F=(R+1)D/F=3×0.4=1.2即V′为1.2kmoL/kmoL进料液。（２）精馏线y=Rx/(R+1)+xD/(R+1)=2x/(2+1)+0.97/(2+1)即y=0.67x+0.3233（３）提馏线y=L′x/V′-Wxw/V′=(F+RD)x/[(R+1)D]-(F-D)xw/[(R+1)D]=(1+RD/F)x/[(R+1)D/F]-(1-D/F)xW/[(R+1)D/F]=1.5x-0.5即精馏段、提馏段的操作线分别为:y=0.67x+0.3233;y=1.5x-0.56.（10分）将状态为:干球温度tA=25℃,湿含量HA=0.01kg/kg的新鲜空气A,与状态为:干球温度tB=61℃,湿含量HB=0.046kg/kg循环废气B,以混合比为3kgB/kgA进行混合,试求混合气体的温度,已知:干空气的比热Ca=1.01kJ/kg℃,水汽的比热Cw=1.88kJ/kg·℃,水在0℃时的汽化潜热r0=2492kJ/kg。[B:A=3:1;A状态:tA=25℃,HA=0.01kg/kg新鲜空气。B状态:tB=61℃,HB=0.046kg/kg循环废气，求：t(Ca=1.01kJ/kg·℃,Cw=1.88kJ/kg·℃,rD=2492kJ/kg.)]SOLU:状态Ａ:ＩＡ＝（1.01+1.88HA）tA+2492HA状态Ｂ:ＩＢ＝（1.01+1.88HＢ）tＢ+2492HＢＩＡ（t-25）=3ＩB(61-t),解出t=[(3×61ＩB)+25ＩＡ]/(ＩＡ+3ＩB)ＩＡ＝（1.01+1.88×0.01）×25+2492×0.01=50.64ＩＡ＝（1.01+1.88×0.046）×61+2492×0.046=181.52即以Ｂ：Ａ＝３：１混合成的混合气体的温度为57.94℃二、选择题1.流体以雷诺准数Re=500的流动型态,在一根水平的直管中流动,如果将流体的流量增加一倍,克服摩擦阻力消耗的功率增加为原来的()A：2倍；B：4倍；C：21/2倍；D：22.75分析：前Re=ρdu/μ=500,u;后Re′=ρd2u/μ=500,2uλ=64/Re,∑hf′/∑hf=(λ′·u′2)/(λ·u2)=(Re·u′2)/(Re′·u2)=[(2u)2/(2u)]·(u/u2)=2即克服摩擦阻力消耗的功率增加为原来的２倍。2.某板框压滤机作恒压过滤,使滤渣充满滤框需20分钟,现将框数增加一倍,操作压力,物料性质均不变,此时滤渣充满滤框需要时间为:()A.20分钟B.40分钟C.