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1、 化 学 工 程 学 例 题 与 习 题 严 世 强 编 兰州大学化学化工学院 第一章 流体流动与输送 例 1. 水从倾斜直管中流过，在断面 A和 B之间接一空气压差计，其读教 R=10mm，两测压点垂直距离 h = 0.3m。试求： （ 1） A、 B两点的压差等于多少？ （ 2）若采用密度为 830kgm-3的煤油作指示液，压差计读数为多少？ （ 3）管路水平放置而流量不变，压差计读数及两点的压差有何变化？ 解：如图取等压面 1 2， p1= p2, 即 （ pA- ghA） = pB- g（ hB- R） - 0gR pA- ghA= pB- ghB+ Rg（ - 0） 等式两边同时加
2、Hg，得 pA+g(H - hA)= pB+g(H - hB) + Rg（ - 0） （ pA + gZA） -（ pB + gZB） = Rg（ -0） （ A） （ 1） pA- pB = Rg（ - 0） - g（ ZA- ZB） = 0.01 9.811000 + 1000 9.81 0.3 = 3.04 103Pa 注： 水 空 - 0 （ 2）若采用煤油作指示液，压差计读数为 R，由式（ A）得： （ pA + gZA） -（ pB + gZB） = Rg( - 0) = Rg（ -0） = 0.01 9.81 1000 = 98.1Pa R/ = = = 5.88 10-2m =
3、 58.8mm （ 3）若管路流量不 变， （ pA +gZA） -（ pB + gZB） 不变，压差计读不变。又因管路水平放置，ZA= ZB 即： （ pA + gZA） -（ pB + gZB） = pA - pB = Rg（ -0） = 98.1Pa 从本例可知，若管路中流体流量不变时， U形管压差计所指示值不变。但应注意 R值在两种情况下所表示的意义。 例 2. 有一恒位高位槽向用水处输送水。上游用内径为 50mm水煤气管，长 80m，途中设 90弯头 5个，然后突然收缩成管内径为 40mm的水煤气管，长 20m，设有 1/2开启的闸阀一 个，水温 20，为使输水量达 3 10-3m3
4、s-1，求高位槽液位 Z。（突然缩小处 0.2)。 解：如右图取 1 1， 2 2截面，并以过 2 2截面中心线的水平面为基准面，则： 1 1： p1= 0（表压） u1= 0， Z1 = Z 2 2： p2= 0（表压） Z2 = 0 u大 = = 1.53ms-1 u小 = =2.39 ms-1 h = hf,大 + hf,小 查 20水： 998.2kgm -3, =100.42 10-5Pas （ 1）在大管内 ，流体由容器流入管子 , = 0.5, 5个 90弯头 , = 5 0.75 = 3.75 Re = = = 7.60 104 取 = 0.2mm, /d = 0.2/50 =
5、 0.004 查 = 0.03 hf,大 = hf,进 + 5 hf,弯 hf,直 = 61.16Jkg-1 （ 2）在小管内： 1/2开启闸阀， = 0.45 突然缩小 = 0.2 Re = = = 9.50 104 21,22222111 22 fhugZpugZp 21,221 2 fhugZ253.1)05.08003.075.35.0( 2 /d = 0.2/40 = 0.005 查 = 0.03 hf,小 =（ hf,缩 + hf,闸 hf,直 ） （ 3） hf = 61.61 44.70 = 105.86Jkg-1 = + 105.86 = 108.72 Jkg-1 Z1 =
6、= 11.08m 例 3. 某化工厂用 IS65-50-160型离心泵从敝口容器中输送液体，容器内液位恒定，输送量为 25m3h-1，离心泵的吸入管长度为 10m，内径为 68mm。假如吸入管内流动已进入阻力平方区，直管阻力系数为0.03，总局部阻力系数 = 2，当地的大气压为 1.013105Pa。试求此泵在输送以下各种流体时，允许安装高度为多少？ （ 1）输送 20的水； （ 2）输送 20的油品（ pV = 2.67104Pa = 740kgm-3)； （ 3）输送 沸腾的 水。 解：（ 1）从泵样本查得， IS65-50-160型水泵在流量为 25m3h-1时， 必需气蚀余量 (NPS
7、H)r = 2.0m。 吸入管流速为 吸入管阻力损失为 20水的饱和蒸汽压 pV =2.33103Pa 允许安装高度 为 （ 2） 允许安装高度为 （ 3）沸腾液体的饱和蒸汽压 pV = p0 12 70.44239.2)04.0 2003.045.02.0( kgJ 21,221 2 fhugZ1221 91.1068.014.33600 2544 smdqu Vmgudlh f 2.181.92 91.1)2068.0 1003.0(2)( 2210, 1 5.0)(10,0 rfV N P S HhgpgpHg m39.65.022.181.91000 1033.281.91000 10
8、013.1 35 5.0)(10,0 rfV N P S HhgpgpHg m58.65.022.181.97 4 0 1067.281.97 4 0 100 1 3.1 45 5.0)(10,0 rfV N P S HhgpgpHg 5.0)(10, rf N P S Hh m7.35.022.1 例 4 用内径为 300mm，钢管输送 20水。为了测量管内的流量，在 2000mm长的一段主管上并联一根总长为 10m(包括支管的直管和所有局部阻力的当量长度长 )，直径为 603.5 mm的钢管，其上装有转子流量计，见附图所示。由流量计上读数知支管中水的流量为 2.72m3h-1。试求水在总管
9、路中的流量。已知主管和支管的摩擦系数分别为 0.018和 0.03。 解：以下标 1表示主管，下标 2表示支管 支管内流速 hf,1 = hf,2 即 u1 = 2.36ms-1 例题 4 附图 主管流量 qV ,1= 0.32 2.36 = 0.167m3s-1 = 601.2 m3h1 总管流量 qV,2 = 2.72 + 601.2 = 603.9 m3h1 习 题 1. 在大气 压强为 0.101MPa的地区，某真空蒸馏塔塔顶真空表的读数为 -0.095MPa。若在大气压强为 0.088MPa的地区使该塔内绝对压强维持相同的数值，则真空表的读数应为多少？ 2. 为了排除煤气管中的积水，
10、采用如图所示的水封装置，水由煤气管道上的垂直支管排出。已知煤气压力为 12kPa（表压）。试求水封管插入液面下的深度 h。 习题 2 附图 习题 3 附图 1322 343.3053.04360072.2 smu 222122 )2()2( ud llud ll ee 20 3 4 3.00 5 3.0 1003.023.0 20 1 8.0 221 u3. 水平导管上的两点接一盛水银的 U型玻璃压差计。 玻璃计内两水银面的压力差 R=260mm。如果在导管中流经的分别为水、在 20和 latm下的空气。试计算压差计所指示的压力差各为多少 kPa？ 4. 一敞口贮槽内盛 20的苯，苯的密度为
11、880kgm-3。液面距槽底 9m，槽底侧面有一直径为 500mm的人孔，其中心距槽底 600mm，人孔覆以孔盖。试求： （ 1）人孔盖共受多少液柱静压力？ （ 2）槽底面所受的压强是多少 Pa（按表压计）？ 5. 用一复式 U形压差计测定水管 A、 B两点压强差。指示液为汞，其间充满水。今测得 h1=1.20m, h2= 0.30m, h3 = 1.30m， h4 = 0.25m，试以 Nm-2为单位表示 A、 B两点的压差 P。 习题 5 附图 习题 6 附图 6. 如图所示，在 A、 B两容器的上、下各接一压差计，两压差计的指示液相同，其密度均为 i。容器及测压导管中均充满水。试求： （
12、 1）读数 R与 H之间的关系； （ 2） A点和 B点静压强之间的关系。 7. 要测量某山的高度，测出山脚与山顶的大气压强分别为 88kPa与 44kPa。已知从山脚向上每上升1000m，温度下降 5，现地面温度为 15，求此山高。 8. 相对密度为 1.6的某液体经内径为 60mm的管送至贮槽，若其流速为 1.2ms-1，试求该液体的体积流量 m3h-1，质量流量 kgs-1和质量流速 kg(m2s)-1。 9. 在一套管换热器中，平均温度为 60 ,压力为 147kPa（表压）的空气，以 15ms-1的流速在内管中流动，内管为 45 2.5mm的钢管。当地大气压为 96kPa。试求： （
13、 1）空气的质量流速； （ 2）操作条件下空气的体积流量； （ 3）标准状况下空气的体积流量。 10. 某 换热器钢管的直径为 763mm，管中流经 latm（ 表压）下的气体。若同一气体在 5atm（表压）下流动，气体的流速、质量流量和管子的数目都与以前相同，试按规格求出所必需的管子直径。 11. 在一输水管路中，输水主管直径为 200mm，输水量为 120m3h-1，在进二支管后，要求流速比主管流速大 50，两支管路流量为 qV,1= 40m3h-1， qV,2= 80m3h-1。试求： （ 1）输水主管路中的流速； （ 2）输水支管的直径。 习题 11 附图 习题 12 附图 12. 水
14、在如附图的管中流动。截面 1处的内径为 0.2m，流速为 0.6ms-1，水柱高度为 1m；截面 2处的内径为 0.1m。若忽略由 1到 2处的能量损失，试计算在截面 1， 2处产生的水柱高度差 h为多少 m? 13. 某套管换热器，内管为 251.5mm，外管为 512.5mm，套管环隙间通以冷却用盐水，其质量流速为 3.725吨 h-1，盐水的密度为 1150kgm-3，粘度为 1.210-3Pas。试确定盐水的流动形态。 14. 水以 60m3h-1的流量在一倾斜管中流过，此管的内径由 100mm突然扩大到 200mm，见附图。 A、B两点的垂直距离为 0.2m。在此两点间连接一 U形压差计，指示液为 CCl4，其密度为 1630kgm-3。若忽略阻力损失，试求： （ 1） U形管两侧的指示液面哪侧高，相差多少 mm? （ 2）若将上述扩大
