107_2011

Задача 15

Над местом возникновения потенциального очага возгорания размещена верти- кальная цилиндрическая емкость (рис. 5.9) диаметром D и высотой H . В днище емко- сти имеется отверстие диаметром d0 , в котором закреплена мембрана. В случае воз- никновения очага возгорания в емкость подается сжатый воздух. При избыточном давлении Pизб, действующем на мембрану, она разрушается, полностью освобождая поперечное сечение отверстия, и вода из емкости выливается. Давление воздуха над поверхностью воды до полного опорожнения емкости остается неизменным. Коэффици- ентрасходаотверстия α0 . Емкостьвисходном состоянии заполнена на A своего объема.

Рис. 5.9. Схема действия системы локального пожаротушения: 1 – емкость; 2 – мембрана; 3 – клапан подачи сжатого воздуха

Определить:

1)массу воды, заполняющей емкость;

2)абсолютное давление сжатого воздуха, при котором происходит разрушение мембраны;

151

3) время полного опорожнения емкости.

Днище и крышку емкости при расчетах считать плоскими. Плотность воды принять равной 998 кг/м3.

Исходные данные по последней цифре учебного шифра выбирают из табл. 5.29, по предпоследней цифре – из табл. 5.30.

Таблица 5.29

Задача 16

На трубопроводе, внутренний диаметр которого D, установлена измеритель- ная труба Вентури (рис. 5.10).

Рис. 5.10. Схема соединения трубы Вентури с трубопроводом и манометром: 1 и 2 – трубопровод; 3 – труба Вентури; 4 и 5 – импульсные трубки;

6 – дифференциальный манометр; А – конфузор; Б – горловина; В – диффузор

152

Двухтрубный (U-образный) жидкостной дифференциальный манометр, со- единенный импульсными трубками с трубой Вентури и трубопроводом, показы- вает разность уровней жидкости h. Манометрической жидкостью является вода, температура ее 20°C. По трубопроводу со средней скоростью w движется газ, имеющий избыточное давление Pизб и температуру T . Коэффициент расхода трубы Вентури α.

Определить:

1)диаметр горловины трубы Вентури;

2)массовый расход газа;

3)объем газа, проходящего за один час по трубопроводу, приведенный к нор- мальным условиям.

Исходные данные по последней цифре учебного шифра выбирают из табл. 5.31, по предпоследней цифре – из табл. 5.32.

Таблица 5.31

Задача 17

По трубе диаметром D ×δ течет жидкость плотностью ρ и вязкостью μ. Ло- кальная скорость движения жидкости в точке сечения ее потока, удаленной на A от внутренней поверхности стенки трубы, составляет wA (рис. 5.11).

Рис. 5.11. К определению расхода жидкости в трубе при ламинарном движении

153

Определить:

1)объемный и массовый расходы жидкости в трубе;

2)динамическое давление на оси трубы.

При решении задачи принять режим движения жидкости ламинарным с по- следующей проверкой, рассчитав значение числа Рейнольдса.

Исходные данные по последней цифре учебного шифра выбирают из табл. 5.33, по предпоследней цифре – из табл. 5.34.

Таблица 5.33

Задача 18

По прямой наклонной трубе внутренним диаметром d со средней скоростью w движется жидкость (рис. 5.12). Статическое давление жидкости в сечении А−А трубы равно PA. Сечение Б−Б удалено от сечения А−А на расстояние l . Ось сечения А−А расположена на h выше оси сечения Б−Б Температура жидкости t.

Рис. 5.12. К определению параметров потока в трубе

Определить:

1)потери давления на трение на указанном участке трубы;

2)массовый расход жидкости;

3)полное гидродинамическое давление в сечении Б−Б

При расчетах потерь давления применить уравнение Пуазейля, обосновав возможность его использования. Геометрическую отметку оси сечения Б−Б при расчетах принять равной нулю.

154

Исходные данные по последней цифре учебного шифра выбирают из табл. 5.35, по предпоследней цифре – из табл. 5.36.

Таблица 5.35

Примечание. Ж1 – 98%-ная серная кислота; Ж2 – 60%-ная серная кислота; Ж3 – 50%-ный вод- ный раствор глицерина; Ж4 – фенол; Ж5 – анилин.

Таблица 5.36

Примечание. АБ – жидкость движется от сечения А–А к сечению Б–Б; БА – жидкость движется от сечения Б–Б к сечению А–А.

Задача 19

Для измерения динамического давления потока жидкости на оси трубопрово- да используется трубка Пито (рис. 5.13).

Рис. 5.13. Схема измерения перепада давлений с помощью трубки Пито:

1 – трубопровод; 2 – трубка полного давления; 3 – трубка статического давления; 4 и 5 – трубки для передачи импульсов давлений; 6 – дифференциальный манометр

155

Дифференциальный манометр, присоединенный к трубке Пито, фиксирует перепад давлений P. Внутренний диаметр трубопровода d , по нему движется жидкость плотностью ρ. Известно, что режим движения жидкости в трубопроводе ламинарный и число Рейнольдса при этом Re.

Определить:

1)среднюю скорость жидкости в трубопроводе;

2)массовый расход жидкости;

3)динамическую вязкость жидкости.

Исходные данные по последней цифре учебного шифра выбирают из табл. 5.37, по предпоследней цифре – из табл. 5.38.

Таблица 5.37

Задача 20

Трубный пучок одноходового кожухотрубчатого теплообменника (рис. 5.14) со- держит n труб, имеющих наружный диаметр d и толщину стенки δ.

Рис. 5.14. Схема движения газа через трубное пространство кожухотрубчатого теплообменника:

1 – кожух; 2 и 3 – трубные решетки; 4 – труба; 5 и 6 – распределительные камеры

156

По трубам теплообменника движется газ, при этом температура его от входа к выходу изменяется на T, а давление снижается на ϕ. Температура газа на выхо- де из труб равняется T2 , а абсолютное давление – P2 . Скорость газа в трубах на вхо- де составляетОпределитьw1 .:

1)какому режиму соответствует характер движения газа на входном участке труб теплообменника;

2)массовый расход газа через теплообменник;

3)объемный расход газа на выходе из трубного пучка.

Исходные данные по последней цифре учебного шифра выбирают из табл. 5.39, по предпоследней цифре – из табл. 5.40.

Таблица 5.39

1)объемный расход газа, приведенный к нормальным условиям;

2)режим движения этого же газа во внутренней трубе теплообменника при тех же, что и в межтрубном пространстве, массовом расходе, средних темпера- туре и давлении.

157

Рис. 5.15. Схема движения газа в межтрубном и трубном пространствах теплообменника «труба в трубе»:

1 – внутренняя труба; 2 – кожуховая труба; 3 и 4 – кольцевые заглушки

Исходные данные по последней цифре учебного шифра выбирают из табл. 5.41, по предпоследней цифре – из табл. 5.42.

Таблица 5.41

Задача 22

Штуцеры трубного пространства кожухотрубчатого теплообменника (рис. 5.16) одинаковы и выполнены из труб с наружным диаметром d и толщиной стенки δ. Через трубное пространство теплообменника движется газ, имеющий на входе

158

температуру t1 . Температура газа на выходе из теплообменника отличается от его температуры на входе на t . Избыточное давление газа на выходе из теплообмен- ника Pизб. На входе в теплообменник давление газа на P выше. Средняя скорость газа во входном штуцере составляет w1 .

Рис. 5.16. Схема входа и выхода газа из кожухотрубчатого теплообменника: 1 и 2 – штуцеры трубного пространства

Определить:

1)среднюю скорость газа в штуцере на выходе из теплообменника;

2)объемный расход газа, приведенный к нормальным условиям;

3)массовый расход газа.

Исходные данные по последней цифре учебного шифра выбирают из табл. 5.43, по предпоследней цифре – из табл. 5.44.

Таблица 5.43

Примечание. Н – нагрев газа; О – охлаждение газа.

Таблица 5.44

Задача 23

Наружные диаметры внутренней и кожуховой труб теплообменника типа «труба в трубе» (рис. 5.17) равны d и D соответственно. Толщина стенки кожухо- вой трубы δк. По межтрубному пространству теплообменника движется жидкость, имеющая среднюю температуру t. В межтрубном пространстве поддерживается давление, не допускающее вскипания жидкости.

Рис. 5.17. Схема движения жидкости в межтрубном пространстве теплообменника «труба в трубе»:

1 – внутренняя труба; 2 – кожуховая труба; 3 и 4 – кольцевые заглушки

Определить:

1)при какой минимальной скорости жидкости в межтрубном пространстве те- плообменника будет обеспечено ее развитое турбулентное течение;

2)массовый расход жидкости через межтрубное пространство при этой скорости. Исходные данные по последней цифре учебного шифра выбирают из табл. 5.45,

по предпоследней цифре – из табл. 5.46.

Таблица 5.45