流体力学与传热A(附详细答案).doc

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( 密 封 线 内 不 答 题 )
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诚信应考,考试作弊将带来严重后果！
华南理工大学期末考试
《 流体力学与传热 》试卷
注意事项：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。
题 号
一
二
三
四
五
六
总分
分数
20
10
15
20
15
20
100
得 分

评卷人

一、 填空选择题：（20分，每题2分）
1、 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。
2、离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 N-Q 和 η-Q 曲线等。
3、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 。
4、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。
5、(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，空气进口温度为，出口温度为，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？

m

1m

7m
1.5m
1m
A
B
C
MA
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有银,铝等低黑度涂层,增加了辐射传热热阻大幅度降低了辐射。
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/）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（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
(1)文丘里喉部M处
在高位水槽上面与M处界面间的列柏努利方程得：

(2) h碱碱＝水h水 h水＝1.5×1400/1000＝2.1m(>1.66m)（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：

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。

10m
2m
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f108×4mm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(m3/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(m3/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：

其中， ,
z0=0， u0=0, p0=0（表压）, z1=2m, p1=-30000Pa（表压）
代入上式，得： u1=4.1m/s， Q=
(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：

解得， p2=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，

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，炉气密度，粘度0.035m，现要除去炉气中10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
因为 则

假设正确
由降尘室的分离条件，有

（2）=6052.3
（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 φ mm，管程为1。现拟选用此换热器将 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℃，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：

（1） 求所需的传热面积
① 冷凝段的传热量

②平均温差
冷却水用量

平均温差
℃
℃
③所需传热面积
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

A>，即已有传热面积大于所需传热面积，所以此换热器合用。

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