(完整word版)流体力学与传热A(附详细答案)

(完整word 版)流体力学与传热A(附详细答案)
华南理工大学期末考试
《 流体力学与传热 》试卷
:1. 考前请将密封线内填写清楚；
2。

所有答案请直接答在试卷上(或答题纸上)； 3．考试形式：闭卷;
4. 本试卷共六大题,满分100分， 考试时间120分钟。

填空选择题：（20分，每题2分）
、 流体在圆形管道中作完全湍流流动，如果只将流速增加一倍，阻力损失为原来的 4 倍；如
果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的 1/2 倍。

、离心泵的特性曲线通常包括 H —Q 曲线、 N —Q 和 η—Q 曲线等。

、气体的粘度随温度升高而 增加 ，水的粘度随温度升高而 降低 。

、测量流体体积流量的流量计有 转子流量计 、 孔板流量计 和 涡轮流量计。

、(1)离心泵最常用的调节方法是 B
（A ） 改变吸入管路中阀门开度 （B ） 改变压出管路中阀门的开度 （C ） 安置回流支路，改变循环时的大小 （D ） 车削离心泵的叶轮
（2）漩涡泵常用的调节方法是 B
（A ） 改变吸入管路中阀门开度
（B ） 安置回流支流，改变循环量的大小 （C ） 改变压出管路中阀门的开度 （D ） 改变电源的电压。

6、沉降操作是指在某种 力场 中利用分散相和连续相之间的 密度 差异,使之发生相对运动而实现分离的操作过程。

7、最常见的间歇式过滤机有 板框过滤机和叶滤机 连续式过滤机有 真空转筒过滤机 .
8、在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体，应让加热蒸汽在 壳程流动，加热器顶部设置排气阀是为了 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降。

9、(1）为了减少室外设备的热损失,保温层外所包的一层金属皮应该是 A
(A ）表面光滑，颜色较浅； （B ）表面粗糙，颜色较深 (C)表面粗糙，颜色较浅
（2）某一套管换热器用管间饱和蒸汽加热管内空气，设饱和蒸汽温度为C ︒100，空气进口温度为C ︒20,出口温度为C ︒80，问此套管换热器内管壁温应是_C__。

（A ）接近空气平均温度 （B ）接近饱和蒸汽和空气的平均温度 （C ）接近饱和蒸汽温度
10、举出三种间壁式换热器 套管 、 夹套换热器 、 蛇管换热器 。

二、问答题：（每题5分,共10分） 1．离心泵发生“汽蚀”的主要原因是什么？
离心泵工作时,在叶轮中心区域产生真空形成低压而将液体吸上。

如果形成的低压很低，则离心泵的吸上能力越强，表现为吸上高度越高。

但是，真空区压强太低,以致于低于体的饱和蒸汽压,则被吸上的液体在真空区发生大量汽化产生气泡。

含气泡的液体挤入高压区后急剧凝结或破裂。

因气泡的消失产生局部真空，周围的
液体就以极高的速度流向气泡中心，瞬间产生了极大的局部冲击力,造成对叶轮和泵壳的冲击，使材料手到破坏。

把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到破坏的过程,称为气蚀现象。

汽蚀是由于液体在一定的温度下达到了它的汽化压力，可见和输送介质,工况有密切的关系
造成汽蚀的主要原因有:
１．进口管路阻力过大或者管路过细；
２．输送介质温度过高；
３．流量过大，也就是说出口阀门开的太大；
４．安装高度过高，影响泵的吸液量；
５．选型问题，包括泵的选型，泵材质的选型等．
解决办法：１．清理进口管路的异物使进口畅通，或者增加管径的大小；
２．降低输送介质的温度；
３．减小流量；
４．降低安装高度;
2、保温瓶在设计和使用过程中采取了哪些防止热损失的措施？
保温瓶瓶胆设计成玻璃夹层结构.夹层因空气被抽出接近真空,可防止对流散热损失.其次，瓶胆夹层内两表面均镀
三、(15分）一敞口高位水槽A中水流经一喉径为15mm 的文丘里管,将浓碱液槽B中的碱液（密度为1400 kg/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8m 3/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（定量计算说明判断依据）. （3） 如果不能被吸入，可采取那些措施?(举两种方法）
解1：主管道
s
m 2A Vs u /109.0)051
.0)4
(36008
(
/=⨯⨯==π
(1）文丘里喉部M 处s m A Vs u /58.12]015.0)4//[()3600
/8(/222=⨯==π 在高位水槽上面与M 处界面间的列柏努利方程得： 真空度）
(12266.1)
2/09.1()051.0/20(025.0258.127)2/)(/1()2/()(/222
222212mmHg O mH g g g u d g u Z Z g p =-=⨯--=---=λρ
(2） h 碱ρ碱＝ρ水h 水 h 水＝1。

5×1400/1000＝2.1m O H 2（>1.66m O H 2)（真空度）
故浓碱液不能被吸入管内.在B 槽液面与M 处水平截面间的列柏努利方程得：
吸 f 22h )/()2/()/(++'+'=g P g u h g Pa ρρ 吸 f 22h )2/()/()P Pa (+'+'=-g u h g ρ
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，应增加M 点的真空度，可减少B 与M 的位差，增加水的流量，减少A 与M 的位差.
四、 （20分） 用泵将20℃水从敞口贮槽送至表压为2×105Pa 的密闭容器，两槽液面均恒定不变,各部分相对位置如图所示。

输送管路尺寸为
108×4mm 的无缝钢管，吸入管长为20m,排
出管长为100m （各段管长均包括所有局部阻力的当量长度）。

当阀门为3/4开度时,真空表读数为30000Pa,两测压口的垂直距离为0。

5m ，忽略两测
10m
2m
压口之间的阻力，摩擦系数可取为0。

02。

试求： （1）阀门3/4开度时管路的流量(m 3/h); (2）压强表读数（Pa)； (3）泵的压头（m ）；
(4）若离心泵运行一年后发现有气缚现象，试分析其原因. 解：(1)阀门3/4开度时管路的流量(m 3/h ）；
在贮槽液面0-0´与真空表所在截面1—1´间列柏努利方程。

以0—0´截面为基准水平面，有：
∑-+++=++10,121102
0022f h g
p
g u z g p g u z ρρ
其中，
2121211
0,204.081
.921.020
02.02u u g u d l l h
f =⨯⨯⨯=⋅+⋅=∑∑-λ,
z 0=0， u 0=0， p 0=0(表压）, z 1=2m ， p 1=—30000Pa(表压） 代入上式，得： u 1=4.1m/s ， Q=h m u d /1161.41.04
4
322=⨯=ππ
（2)压强表读数(Pa ）；
在压力表所在截面2—2´与容器液面3-3´间列柏努利方程.仍以0—0´截面为基准水平面，有：
∑-+++=++32,32332
2
2222f h g
p g u z g p g u z ρρ
81
.9221.41.010002.01000510201010002221.45.2⨯⨯⨯+⨯⨯++=++g g p g 解得, p 2=433270Pa （表压） （3)泵的压头（m ）；
在真空表与压力表所在截面间列柏努利方程，可得,
m
H g p p z z H f 7.480
81
.9100030000
4332705.0)(1212=+⨯++=+-+-=ρ 若离心泵运行一年后发现有气缚现象，原因是进口管有泄露.
五、（10分）有一降尘室，长6m ，宽3m,共20层，每层100mm ，用以除去炉气中的矿尘，矿尘密度3/3000m kg s =ρ，炉气密度3/5.0m kg ，粘度0。

035m s Pa ⋅，现要除去炉气中10m μ以上的颗粒，试求:
（1）为完成上述任务，可允许的最大气流速度为多少？ （2）每小时最多可送入炉气若干？
（3）若取消隔板，为完成任务该降尘室的最大处理量为多少?
解:(1)设沉降区为滞流，则 μ
ρρ18)(2g
d u s t -=
因为 ρρ>>s 则
s mm u t /67.410
035.01881
.93000)1010(3
26=⨯⨯⨯⨯⨯=
--
11067.610
035.05.01067.41010Re 43
36<⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==
----μ
ρ
t t du 假设正确 由降尘室的分离条件，有
s m H L u u t /28.01
.06106.43=⨯⨯==- （2）36001067.43620203⨯⨯⨯⨯⨯==-t Au V =6052。

3h m /3
(3） h m Au V t /6.30256001067.4363
3=⨯⨯⨯⨯==-
可见加隔板可提高生产能力，但隔板间距不能过小，过小会影响出灰和干扰沉降。

六、(20分)一立式换热器规格如下：管长3m,管数30根，管径为 φ5.225⨯ mm ，管程为1。

现拟选用此换热器将2CS 饱和蒸气冷凝为饱和液体,其饱和温度为46 ℃ , 走管外，其流量W=0。

1kg/s ，其冷凝潜热为350kJ/kg ，比热容为1kW/(kg ℃） 。

水走管内，且与2CS 呈逆流流动。

冷却水进出口温度为10 ℃ 和30℃ 。

已知基于换热管外表面的总传热系数分别为/2001w K =⋅2m ℃，其与管内的冷却水的流速0.8次方成正比。

（1）所需要的冷却水的用量
（2）此换热器是否合用？
（3)现将换热器有单管程改为双管程,定量计算换热器是否合用？ （4）通过上述计算你得出什么结论？
解：(1）以管子外表面为基准计算已有换热器的传热面积： 2007.73025.014.330m L d n A =⨯⨯⨯==π
（1）求所需的传热面积 ①冷凝段的传热量
kW r W Q 353501.0=⨯=⋅= ②平均温差 冷却水用量 ()()
s kg t t C Q W c p c /42.0103018.435
12=-⨯=-=
平均温差
4646→℃
36
101630←℃ C t m 66.2416
36ln 16
361=-=∆
③所需传热面积 23
11.766
.2420010351m t K Q A m =⨯⨯=∆=
A<'A ，即已有传热面积小于所需传热面积,所以此换热器不合用。

现将换热器有单管程改为双管程，空气的流速增加1倍，K'＝1。

74K
23
108.466
.2474.12001035''1m t K Q A m =⨯⨯⨯=∆=
A 〉'A ，即已有传热面积大于所需传热面积，所以此换热器合用。