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四川理工学院 材料与化学工程系 化学工程教研室
21.如图3B57离心泵将20℃的水由敞口水池送到一压力为2.5at的塔内,管径为φ108×4mm管路全长100m(包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内)。已知：水的流量为56.5m3/h，水的粘度为1厘泊，密度为1000kg.m3，管路摩擦系数可取为0.024，试计算并回答：(1)水在管内流动时的流动形态；(2)管路所需要的压头和功率；
第21题附图
22在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为26m3/h时，泵出口处压强表和入口处真空表的读数分别为152kPa和24.7kPa，轴功率为2.45kW，转速为2900r/min。若真空表和压强表两测压口间的垂直距离为0.4m，泵的进、出口管径相同，两测压口间管路流动阻力可忽略不计。试计算该泵的效率，并列出该效率下泵的性能。
23.用某离心泵以40m3/h的流量将贮水池中65℃的热水输送到凉水塔顶，并经喷头喷出而落入凉水池中，以达到冷却的目的。已知水在进入喷头之前需要维持49kPa的表压强，喷头入口较贮水池水面高6 m。吸入管路和排出管路中压头损失分别为1 m和5m，管路中的动压头可以忽略不计。试选用合适的离心泵，并确定泵的安装高度。当地大气压按101.33kPa计。 24.常压贮槽内盛有石油产品，其密度为760 kg/ m3，粘度小于20cSt，在贮存条件下饱和蒸汽压为80kPa，现拟用65Y-60B型油泵将此油品以15m3/h的流量送往表压强为177kPa的设备内。贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5 m，吸入管路和排出管路的全部压头损失分别为1 m和4 m。试核算该泵是否合用。
若油泵位于贮槽液面以下1.2 m处，问此泵能否正常操作？当地大气压按101.33kPa计。 25.用两台离心泵从水池向高位槽送水，单台泵的特性曲线方程为
H=25－1×106Q2 管路特性曲线方程可近似表示为
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Heee=10＋1×10Qe
两式中Q的单位为m3/s，H的单位为m。
试问两泵如何组合才能使输液量大？（输水过程为定态流动）
26.现采用一台三效单动往复泵，将敞口贮罐中密度为1250 kg/ m3的液体输送到表压强为1.28×106Pa的塔内，贮罐液面比塔入口低10m，管路系统的总压头损失为2m。已知泵的活塞直径为70mm，冲程为225mm，往复次数为200l/min，泵的总效率和容积效率分别为0.9和0.95。试求泵的实际流量、压头和轴功率。
27.用3B33A型离心泵从敞口水槽中将70℃的热水送到它处，槽内液位恒定。输水量为
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35~45m/h。在最大流量下吸入管的压头损失为1m。液体在吸入管路的动压头不计。试确定
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泵的允许安装高度。（流量为35~45m/h时泵的允许吸上真空高度为6.4~5.0m，70℃的热水
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的密度为977.8kg/m、饱和蒸汽压为31.164kPa）。
28.某厂准备用离心泵将20oC的清水以40m3/h的流量由敞口槽送至吸收塔的塔顶。已知塔内的表压强为1.0kgf/cm2，塔顶水入口距水池水面的垂直距离为6m，吸入管和排出管的压头损失分别为1m、3m，管路内的动压头不计。当地大气压为760mmHg，水的密度为1000kg/m3。仓库中现有三台离心泵，其型号和性能参数如下所示，从中选一台比较合适的以作上述送水之用，并确定其安装高度。
型号 流量(m3/h) 扬程（m） 允许吸上真空高度（m） 3B57A 50 38 7.0 3B33 45 32 6.0
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3B19 38 20 5.0 29.有一离心泵在流量为12m3/h时，压力表和真空表的读数分别为1.9at(表)、140mmHg(真)，轴功率为1.20kw。电机转数为2900转/分，真空表和压力表间的垂直距离为0.7m，出口和入口管径相等。求：离心泵的扬程H和效率η各为多少？（水的密度：1000kg/m3）
30.欲用离心泵将20oC的水以30m3/h的流量由水池打到敞口高位槽，两液面均保持不变，液面高差为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，求泵的轴功率。 若已知泵的允许吸上真空高度为6m，问泵的安装高度是否合适？（动压头可忽略不计）。水的密度可取1000kg/m3。
31.有一台离心泵，其性能表上注明允许的吸上真空高度Hs=5.4m。在使用中，其进口处真空表的读数已达500mmHg，试问操作是否正常？当地大气压为760mmHg。
32.拟用离心泵从敞口水池中输送20℃的清水，当地大气压为760mmHg，泵允许吸上真空高度为5m。当泵的输水量为12m3/h，泵出口处压力表的读数为0.2Mpa，进口处真空表的读数为140mmHg，真空表和压力表间的垂直距离为0.7m，泵的轴功率为1.20kW，电机转速为2900转/分,泵进、出口管径相同，吸入管段最大的机械能损失为9.81J/kg(吸入口动压头不计)。求：1）泵的最大安装高度为多少？2）泵扬程和效率各为多少？（水的密度=1000kg/m3） 33.欲用离心泵将20℃的水以30m3/h的流量由敞口水池打到敞口的高位槽中，两液面均保持不变，液面间高度差为18m，泵的吸入口在水池液面上方3.7m处。泵的吸入管路全部阻力为1mH2O，排除管路的全部阻力为3mH2O，泵的效率为60%，求：1）泵的轴功率；2）从泵的性能表中查得泵的允许吸上真空高度为5m,该泵能否正常操作？（动压头不计，当地大气压为700mmHg，水的密度为1000Kg/m3）
34.现有一台离心泵，铭牌上标出允许吸上真空度Hs＝6m，用来输送20℃的清水，已知吸入管路的全部阻力损失为1.5 mH2O，当地大气压为10mH2O，若略去泵入口处的动压头。试计算此泵的允许安装高度Hg 为多少米？ 35.欲用离心泵将密度为1100kg/m3的液体（性质与水相近）以20m3/h的流量由贮槽打到高位槽。两槽均通大气。位差为23m。（设液面保持不变）管路全部压头损失为3m液23m柱，求泵的扬程和有效功率。今库房有下列型号的离心泵，选用哪台合适？ 型号 流量m3/h 扬程 m 2B31 20 30.8 2B31A 20 25.2 第35题附图 3B33A 25 26.2
36.密度为2650 kg/ m3的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。(ρ=1.205㎏/ m3，粘度为1.81×10-5 Pa·s) 37.在底面积为40 m2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理量为3600m3/h，固体的密度ρs=3000㎏/ m3，操作条件下气体的密度ρ=1.06㎏/ m3，粘度为2×10-5 Pa·s。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。
38.用一多层降尘室除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为8μm，密度为4000㎏/ m3。除尘室长4.1m，宽1.8 m，高4.2 m，气体温度为427℃，粘度为3.4×10-5 Pa·s，密度为0.5㎏/ m3。若每小时的炉气量为2160标准m3，试确定降尘室内隔板的间距及层数。 39.已知含尘气体中尘粒的密度为2300㎏/ m3，气体流量为1000 m3/h、粘度为3.6×10-5 Pa·s、密度为0.674㎏/ m3，采用如图3—8所示的标准型旋风分离器进行除尘。若分离器圆筒直
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径为0.4 m，试估算其临界粒径、分割粒径及压强降。
40.在实验室用一片过滤面积为0.1 m2的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行实验，滤叶内部真空度为500mmHg。过滤5min得滤液1L，又过滤5min得滤液0.6L。若再过滤5min，可再得滤液多少？
41.以小型板框压滤机对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行实验，测得数据列于本题附表中： 已知过滤面积为0.093 m2，试求：（1）过滤压强差为103.0k Pa时的过滤常数K、qe及θe;（2）滤饼的压缩性指数s；（3）若滤布阻力不变，试写出此滤浆在过滤压强差为196.2k Pa时的过滤方程式。
过滤压差△P（kPa） 过滤时间θ（S） 103.0 50 660 17.1 233 2.27×10-3 9.10×10-3 2.27×10-3 9.10×10-3 滤液体积V（m3） 343.4 42.在实验室中用一个每边长0.162m的小型滤框对CaCO3颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验。料浆温度为19℃，其中CaCO3固体的质量分率为0.0723。测得每1 m3滤饼烘干后的质量为1602㎏。在过滤压强差为275800Pa时所得的数据列于本题附表中。
过滤时间θ, s 滤液体积V, m3 1.8 4.2 7.5 11.2 15.4 20.5 26.7 33.4 41.0 48.8 57.7 67.2 77.3 88.7 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 试求过滤介质的当量滤液体积Ve，滤饼的比阻r，滤饼的空隙率ε及滤饼颗粒的比表面积a。已知CaCO3颗粒的密度为2930㎏/ m3，其形状可视为圆球。
43.用一台BMS50/810-25型板框压滤机过滤某悬浮液，悬浮液中固相质量分率为0.139，固相密度为2200㎏/ m3，液相为水。每1 m3滤饼中含500㎏水，其余全为固相。已知操作条件下的过滤常数K=2.27×10-5 m2/s, qe= 3.45×10-3 m3 /m2。滤框尺寸为810 mm×810mm×25 mm，共38个框。试求：（1）过滤至滤框内全部充满滤渣所需的时间及所得的滤液体积；（2）过滤完毕用0.8 m3清水洗涤滤饼，求洗涤时间。洗水温度及表压与滤浆的相同。 44.用叶滤机处理某种悬浮液，先以等速过滤20min，得滤液2 m3。随即保持当时的压强差再过滤40 min，问共得滤液多少m3？若该叶滤机每次卸渣、重装等全部辅助操作共需20 min，求滤液日产量。滤布阻力可以忽略。
45.在3×105Pa的压强差下对钛白粉在水中的悬浮液进行过滤实验，测得过滤常数K=5×10-5 m2/s, qe=0.01 m3 /m2，又测得滤饼体积与滤液体积之比?=0.08。现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机处理此料浆，过滤推动力及所用滤布也与实验用的相同。试求：（1）过滤至框内全部充满滤渣所需的时间；（2）过滤完毕以相当于滤液量1/10的清水进行洗涤，求洗涤时间；（3）若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15min，求每台过滤机的生产能力（以每小时平均可得多少m3滤饼计）。
46.某悬浮液中固相质量分率为9.3%，固相密度为3000kg/ m3，液相为水。在一小型压滤机中测得此悬浮液的物料特性常数?=1.1×10-4m2（s·atm），滤饼的空隙率为40%。现采用一台GP5-1.75型转筒真空过滤机进行生产（此过滤机的转鼓直径为1.75m，长度为0.98m，过滤面积为5 m2，浸没角度为120°），转速为0.5r/min，操作真空度为80.0kPa。已知滤饼不可压缩，过滤介质阻力可以忽略。试求此过滤机的生产能力及滤饼厚度。 47.有一小型板框过滤机，过滤面积为0.1m2，用于恒压过滤某种悬浮液。得出下列过滤方程：
(q+10)2=250(θ+0.4) 式中q：升/m2，θ：min
试求：1)经过249.6min获得的滤液量是多少升？2)若表压强增加一倍，且滤饼不可压缩，经249.6min所获得的滤液量是多少升？
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48.有一台型号为BMY10的板框过滤机，过滤面积为10m2，过滤操作压差为2.5at(表压)，共过滤15min得滤液2.5m3（滤饼不可压缩，介质阻力不计）。试问：1)若该机的生产能力为4m3/h，计算洗涤、卸料等时间共为多少？2)若操作压差改为1.5at（表压），过滤时间和其它时间不变，则生产能力为多少？
49.在一板框过滤机上恒压过滤某悬浮液。在1atm表压下20min时在每1m2的过滤面积上获得0.197m3的滤液，再过滤20min，又获得0.09m3的滤液。试求过滤1小时可获得多少滤液。 50.某板框过滤机的过滤面积为0.4m2，在恒压下过滤某悬浮液，4小时后共获得0.8m3滤液，过滤介质阻力不计。试求：1）若其它条件不变，而过滤面积加倍，可得多少滤液？2）若其它条件不变，过滤时间为2小时，可得多少滤液？
51.表面光滑的球形颗粒在连续介质中作重力自由沉降。颗粒直径为dp，密度为ρs。介质的密度为ρ，粘度为μ。假定沉降在stohes区（ζ=24/Ret）,试推导自由沉降的沉降速度计算式。
52.在底面积为40m2的降尘室内回收含尘气体中的球行固体颗粒。含尘气体的流量为3600m3/h（操作条件下体积），气体密度为1.06Kg/m3，粘度μ=2×10-5Pa.s，含尘气体中颗粒密度为3000Kg/m3。试计算理论上能完全出去的最小颗粒直径。
53.一除尘室高4m、长8m、宽6m，用于除去炉气中灰尘，灰尘的密度为3000Kg/m3，炉气的密度为0.5Kg/m3，炉气的粘度为3.5×10-5Pa.s。要求将15μm的尘粒完全除去，则降尘
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室的处理能力为多少m/h？若要求将生产能力提高一倍，应采取什么措施？
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54.某板框过滤机的过滤面积为0.4m，在恒压下过滤某悬浮液4小时得滤液80m，过滤介质
3
阻力不计。试求：1）若在原压力下过滤4小时后用5m水洗涤滤饼，需多长得洗涤时间（滤液与水的性质相同）？2）若其它条件不变，将过滤面积增加一倍，过滤4小时所得滤液量为多少？
55.用板框过滤机恒压过滤钛白（TiO2）水悬浮液。过滤机尺寸：滤框的边长810mm（正方形）、
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每个框厚42mm，共10框。现测得：过滤10min得滤液1.31m，再过滤10min共得滤液1.905m。已知滤饼与所得滤液体积之比为0.1。试计算：1）将滤框完全充满滤饼所需的过滤时间；2）
3
若洗涤时间和辅助时间共45min，过滤至框完全充满滤饼时该装置的生产能力为多少m(滤液)/h？
56.用一台BMS50/810-25型板框压滤机过滤某悬浮液，悬浮液中固相质量分率为0.139，固相密度为2200㎏/m3，液相为水。每1m3滤饼中含500㎏水，其余全为固相。已知操作条件下的过滤常数K=2.27×10-5m2/s，qe= 3.45×10-3m3 /m2。滤框尺寸为810mm×810mm×25mm，共38个框。试求：（1）过滤至滤框内全部充满滤渣所需的时间及所得的滤液体积；（2）过滤完毕用0.8 m3清水洗涤滤饼，求洗涤时间。洗水温度及表压与滤浆的相同。 57.有一降尘室，长、宽、高分别为11×6×4m，沿沉降室高度的中间加一层隔板。现需使用此降尘室处理常压下的烟气。已知烟气处理量为12500标准m3/h，烟气的温度为150℃，密度为0.85kg/m3，粘度为2.5×10-5Pa.s。问此降尘室能否沉降密度为1600kg3/m,直径为35μm以上的尘粒？
58.平壁炉的炉壁由三种材料组成，其厚度和导热系数列于本题附表中。
习题1附表
序号 1（内层） 2 3 材料 耐火砖 绝缘砖 钢 厚度b（mm） 200 100 6 导热系数?（W/（m·℃）） 1.07 0.14 45 若耐火砖层内表面的温度t1为1150℃，钢板外表面温度t4为30℃，又测得通过炉壁的热损失为300W/ m2，试计算：1）导热的热通量；2）绝热砖和钢板的界面温度t的理论值。
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若计算结果与实测的热损失不符，试分析原因和计算附加热阻。
59.燃烧炉的内层为460mm厚的耐火砖，外层为230mm厚的绝缘砖。若炉的内表面温度t1为1400℃，外表面温度t3为100℃。试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两层砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为?1=0.9+0.0007t，绝缘砖的导热系数为?2=0.3+0.0003t。两式中t可分别取为各层材料的平均温度，单位为℃，?单位为W/（m·℃）。
60.直径为Ф60×3mm的钢管用厚的软木包扎，其外又用100mm厚的保温灰包扎，以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为－110℃，绝热层外表面温度10℃。已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07 W/（m·℃），试求每米管长的冷量损失量。
61.在并流换热器中，用水冷却油。水的进、出口温度分别为15℃和40℃，油的进、出口温度分别为150℃和100℃。现因生产任务要求油的出口温度降至80℃，假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为1m，试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。
62.重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为243℃和128℃；终温分别为167℃和157℃。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温度差及它们的终温。假设在两种流动情况下，流体的物性和总传热系数均不变化、换热器的热损失可以忽略。
63.在逆流换热器中，用初温为20℃的水将1.25kg/s的液体（比热容为1.9kJ/kg·℃、密度为850kg/ m3），由80℃冷却到30℃。换热器的列管直径为Ф25×2.5mm，水走管方。水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85kW/（m2·℃）和1.70k W/（m2·℃），污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50℃，试求换热器的传热面积。
64.在列管式换热器中用冷水冷却油。水在直径为Ф19×2mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为3490 W/（m2·℃），管外油侧对流传热系数为258W/（m2·℃）。换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.00026m2·℃/W，油侧污垢热阻为0.000176m2·℃/W。管壁导热系数?为45W/（m·℃），试求：（1）基于管外表面积的总传热系数；（2）产生污垢后热阻增加的百分数。
65.在一传热面积为50 m2的单程列管换热器中，用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流动。冷水的流量为33000kg/h，温度油20℃升至38℃。溶液的温度由110℃降至60℃。若换热器清洗后，在两流体的流量和进口温度不变的情况下，冷水出口温度增到45℃。试估算换热器清洗前传热面两侧的总污垢热阻。假设：（1）两种情况下，流体物性可视为不变，水的平均比热容可取为4.187kJ/（kg·℃）；（2）可按平壁处理，两种工况下ɑi和ɑo分别相同；（3）忽略管壁热阻和热损失。 65.在一单程列管换热器中，用饱和蒸汽加热原料油。温度为160℃的饱和蒸汽在壳程冷凝（排出时为饱和液体），原料油在管程流动，并由20℃加热到106℃。列管换热器尺寸为：列管直径为Ф19×2mm、管长为4m，共有25根管子。若换热器的传热量为125kW，蒸汽冷凝传热系数为7000 W/（m2·℃），油侧污垢热阻可取为0.0005m2·℃/W，管壁热阻和蒸汽侧垢层热阻可忽略，试求管内油侧对流传热系数。
又若油的流速增加一倍，此时若换热器的总传热系数为原来总传热系数的1.75倍，试求油的出口温度。假设油的物性不变。
66.在套管换热器中，一定流量的水在内管内流动，温度从25℃升高到75℃，并测得内管水侧的对流传热系数为2000W/（m2·℃）。若相同体积流量的油品通过该换热器的内管而被加热，试求此时内管内油侧对流传热系数。假设两种情况下流体呈湍流流动。已知定性温度下流体物性如下：
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