2004年流体力学与传热期末考试题(附答案)

2004年流体力学与传热试题2004.12.29专业班级姓名学号（班顺序号）题号一二三四五六总分分值22817162215得分评卷人一、概念题（30分）1、流体在管内作完全湍流流动，其他不变，当速度提高到原来的2倍时，阻力损失是原来的（4）倍；若为层流流动，其他不变，当速度提高到原来的2倍时，阻力损失是原来的（2）倍。2、LZB-40l转子流量计其转子为不锈钢（比重：7.92），刻度标值以水为基准，量程范围为0.25～2.53m/h，若用此转子流量计用测量酒精（比重：0.8），则酒精的实际流量值要比刻度值（大），校正系数为（1.134），测量酒精时，此流量计的最大流量值为（2.84m3/h）。3、孔板流量计是利用（测量压强差）的方法来测量的；毕托管是利用（同截面某点处的冲压能与静压能之差）来测量点速度的。4、离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生（气蚀）现象。5、一离心泵在一管路系统中工作，要求流量能力为Q3m/h，阀门全开时管路所需扬程为Hem，而在泵的性能曲线上与Q对应的扬程为Hm，效率为η，则阀门关小损失的功率为（（H-He）Qρg/η）占泵的轴功率的（（H-He）/H*100%）6、在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，则沉降时间（增加一倍），气流速度（减少一倍），生产能力（不变）。7、当介质阻力不计时回转真空过滤机的生产能力与转速的（1/2）次方成正比。8、牛顿冷却定律数学表达式为（Q=hAt）；斯蒂芬-波尔茨曼（Stefan-Boltzmann）定律数学表达式（Q=T4）。9、干燥器内部无补充加热的情况下，进干燥器的气体状态一定,干燥任务一定，则气体离开干燥器的温度越低（高），干燥器的热效率越大（小）；气体离开干燥器的湿度H2越大（小），干燥器的热效率越大（小）。一定湿度H的气体，总压P加大时,露点温度td变大；而当气体温度t升高而H保持不变时，则td不变。10、有一列管式蒸气加热器。热方：饱和蒸气冷凝为饱和液体；冷方：生垢液体升温。控制热阻为生垢液体；管程宜走生垢液体；其理由为便于清洗，便于增大流速，减少垢层沉积在管壁表面上；在测试过程，若维持流体的温度和传热面积不变，发现蒸气冷凝量在换热器清洗前后之比为1：2，清洗前，污垢热阻约为该时总热阻的百分数50%。求解：清洗前:Q=Gr=KAtm清洗后:Q’=2Gr=K’AtmK’=2K;Rs=(1/K-1/K’)=1/2KRs/1/K=1/2K/1/K=50%11、离心泵在工作时，其工作点是由离心泵的特性曲线和管路的特性曲线确定12、被输送流体的温度提高，对提高泵的安装高度不利；提高上游容器的操作压强，则对安装高度有利。13、球形颗粒在20ºC空气中沉降，当空气温度上升时，沉降速度将下降（设沉降过程符合stocks定律）;若该颗粒在20ºC水中沉降，沉降速度将下降，当水温上升时，沉降速度将上升。14、用压滤机分离悬浮物，忽略过滤介质阻力，滤饼不可压缩。过滤时间增加一倍，滤液量是原来的2倍；过滤面积增加一倍，滤液量增加1倍；过滤压强增加一倍，滤液量是原来的2倍。二、计算题（70分）：1、（20分）一敞口高位水槽A中水流经一喉径为14mm的文丘里管，将浓碱液槽B中的碱液（密谋为1400kg/3m）抽吸入管内混合成稀碱液送入C槽，各部分标高如附图所示；输水管规格为φ57×3mm，自A至文丘里喉部M处管路总长（包括所有局部阻力损失的当量长度在内）为20m，摩擦系数可取0.025。（1）当水流量为8m3/h时，试计算文丘里喉部M处的真空度为多少mmHg；（2）判断槽的浓碱液能否被抽吸入文丘里内（说明判断依据）。如果能被吸入，吸入量的大小与哪些因素有关？ACB8m1.5m1mM解1：主管道smAVsu/09.1]051.0)4//[()3600/8(/2(1)文丘里喉部M处smAVsu/4.14]014.0)4//[()3600/8(/222在高位水槽上面与M处界面间的列柏努利方程得：真空度）(23216.3)2/09.1()051.0/20(025.02/4.148)2/)(/1()2/()(/222222212mmHgOmHgggudguZZgp(2)h碱碱＝水h水h水＝1.5×1400/1000＝2.1mOH2(3.6mOH2)故浓碱液能被吸入管内。在B槽液面与M处水平截面间的列柏努利方程得：吸f22h)/()2/()/(gPguhgPa吸f22h)2/()/()PPa(guhg可见吸入量的大小不仅与M处的真空度、B槽液面与M处的位差有关，而且与吸入管的管路情况（管径、管长、粗糙度等）有关。2、（20分）用叶滤机在等压条件下过滤某悬浮液，过滤开始后10分钟和20分钟，获得累积滤液量分别为1.327m³/m²和1.882m³/m²，所得滤饼须用1/5滤液体积的清水在相同压差下洗涤（洗涤水粘度与滤液粘度相同），每操作一个周期的辅助时间为15min，问:(1)过滤常数K=？m2/s(2)当量滤液量qe=?m3/m2(3)叶滤机达到最大的生产能力？解2：对于等压过滤，满足以下方程：。Kqqqe22按题意，＝＋K600q327.12327.1e2。＝＋K1000q882.22822.1e2由以上两式求得,/013.0,/m003.0K232mmqse＝过滤时间可表示为,003.0026.02q22qqKqqe洗涤工序为恒速操作，洗涤时间可表示为，＋＝003.0q0052.0q4.0Kq2.0)(2)(2e叶滤机单位过滤面积的生产能力为。＋＋＝＋＋7.2q0312.0q4.1q003.0qQ2Dw令0ddq求得：q=1.4m3/m2因此叶滤机达到最大的生产能力为Q=2.75m3/h.m23、（20分）用一套管换热器将2000kg/h的甲苯饱和蒸气（110oC）冷凝为饱和液体，甲苯的气化热为363KJ/kg。冷却水于16oC及5000kg/h的流量进入套管内管（内径50mm）作强制湍流流动，其传热膜系数为1740w/(m2K)。水的比热可取为4.19KJ/(kgoC)，假设甲苯侧热阻和管壁热阻远小于水侧热阻。（1）求冷却水的出口温度及套管管长。（2）由于气候变化，冷却水的进口温度升高到25oC，试计算换热器的热负荷变化（以%表示）。忽略物性参数的变化。（3）冷却水温度升高后，有人建议将冷却水流率加倍，问此时的热负荷、冷却水出口温度与未升高时相比如何，计算出热负荷增加或减少的百分数。解3：（1）Q=Gr=WCp(t2-t1)t2=Gr/WCp+t1=20003631000/(50004.191000)+16=50.65oCK=i=1740w/(m2K)Q=Gr=20003631000/3600=2.01105wt1=110-16=94oCt2=110-50.65=59.35oCt1/t22tm=(t1+t2)/2=(94+59.35)/2=76.8oCQ=KAtm=idLtmL=2.01105/(17400.0576.8)=9.6m(2)A=dL=0.059.6=1.5m2Q’=WCp(t’2-t’1)=KAt’m=KA[(T-t’1)+(T-t’2)]/250004.191000/3600(t’2-25)=17401.5[2110-25-t’2]/2t’2=56.1验算：t1=110-25=85oCt2=110-56.1=53.9oCt1/t22故温升后热负荷：Q’=WCp(t’2-t’1)=50004.191000/3600(56.1-25)=1.81105w（Q-Q’）/Q=(2.01105-1.81105)/2.01105=9.9%热负荷减少了9.9%.(3)’i/i=(W’/W)0.8=20.8=1.74’i=1.741740=3027.6w/(m2K)K’=’i=3027.6w/(m2K)第三问的答案应为：Q’’=K’At’’m=2WCp(t’2-25)其中：2195225110222tttm根据给出数据算得：t’2-=52.8℃所以Cttom1.7128.5219521952Q’’=K’At’’m=3027.61.571.1=3.23105wW’Cp(t’2-t’1)=WCp(t2-t1)2WCp(t’2-25)=WCp(50.65-16)t’2=42.3oCt1=110-25=85oCt2=110-42.3=67.7oCt1/t22t’’m=(t1+t2)/2=76.4oCQ’’=K’At’’m=3027.61.576.4=3.47105w(Q-Q’’)/Q=(2.01105-3.47105)/2.01105=-72.6%热负荷增加了72.6%.4、（10分）用3B33性泵从敞口容器将水送到别处，流率为55m3/h，查得该流量下的允许吸上真空度为3m。吸入管压头损失为1m，忽略液体在吸入管的动压头。当地大气压736mmHg。（1）3B33的B指的是什么？（2）输送20˚C水时，泵的安装高度；（3）输送95˚C水时，泵的最大安装高度。（95˚C水的饱和蒸气压为84.556kPa，密度为960kg/m3）解：（1）B指的是清水泵（2）根据guHHHfsg221因为021321gumHmHfs，当地大气压736mmHg约为10mH2O因此guHHHfsg221=3-1=2m(3)输送95˚C水时，泵的最大安装高度mguHgPPHfvag0.019100181.99608455610221