化工原理上习题

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1、第一章 一测量管道阻力的装置如图所示。已知D1=2D2，Hg=13.6103kg/m3，u2=1m/s，R=10mm，试 计算“1-2”截面间阻力hf,1-2值，以 J/kg 为单位。已知u2=1m/s，u1=u2/4=1/4=0.25m/s gz1+p1/+u12/2= gz2+p2/+u22/2+hf,1-2又 (gz1+p1/)(gz2+p2/)=(Hg)gR/ hf,1-2=(Hg)gR/u12/2u22/2=12.69.810.010(0.25)2/21/2=0.767J/kg用泵自贮油池向高位槽输送矿物油，流量为 38.4T/h。池及槽皆敞口。高位槽中液面 比池中液面高 20m,管

2、路总长(包括局部阻力)430m，进出口阻力不计。管径为1084mm， 油的粘度为 3430cP，密度为 960kg/m3, 泵的效率为 50%，求泵的实际功率。Re=438.4103/(36000.103.43)=39.6 层流=64/Re=64/39.6=1.62He=(z2z1)8LV2/(2gd5)=H8Lw2/(2gd52)=20+81.62430(38.4103/3600)2/(29.810.1059602)=731mNa=HeWg/=731(38.4103/3600)9.81/0.50=153103 W=153kW 用离心泵将水由水槽送至水洗塔中，水洗塔内的表压为 9.807104

3、Pa，水槽液面恒定，其 上方通大气,水槽液面与输送管出口端的垂直距离为 20m，在某送液量下,泵对水作的功为 317.7J/kg，管内摩擦系数为 0.018，吸入和压出管路总长为 110m (包括管件及入口的当量长度，但不包括出口的当量长度)。输送管尺寸为1084mm，水的密度为 1000kg/m3。求 输水量为多少 m3/h。 Ws=g(z2z1)p2(表)/u22/2hf， hf=(L/d)u22/2即 317.7=9.8120+9.807104/1000+(1+0.018110/0.10)u22/2u2=1.50 m/sV=1.50(/4) (0.10)2=1.1810-2 m3/s=4

4、2.5 m3/h如图所示的管路系统中，有一直径为382.5mm、长为 30m 的水平直管段 AB，在其中 间装有孔径为 16.4mm 的标准孔板流量计来测量流量，流量系数 Co 为 0.63，流体流经孔板 的永久压降为 6104 Pa，AB 段摩擦 系数取为 0.022，试计算：液体流经 AB 段的压强差； 若泵的轴功率为 800W，效率 为 62%，求 AB 管段所消耗的功率为 泵的有效功率的百分率。已知：操作 条件下液体的密度为 870kg/m3 ，U 形 管中的指示液为汞，其密度为13.6103 kg/m3。uo =Co 2gR(i-)/0.5 = 0.6320.69.81(13.610

5、3-870)/870 0.5 =8.27m/s ； u=(do /d) 2 uo =(16.4/33) 2 8.27=2.043m/s；W=2.043(/4)0.0332 870=1.52kg/s； 流体流经 AB 段的压强差 在 A 与 B 两截面间列伯努利方程(管中心线为基准面)：ZA g+(pA /)+(uA 2 /2)=ZB g+(pB /)+(uB 2 /2)+hf ；ZA =ZB；uA =uB； hf =(L/d)(u2 /2)+(6104 /)=0.022(30/0.033)(2.0432 /2)+(6104 /870)=111J/kg；pA -pB =hf =870111=9.

6、66104Pa； Ne=8000.62=496W；AB 段所消耗的功率 Nf=Whf =1.52111=168.7W Nf/Ne=168.7/496=0.34=34如图,离心泵将敞口槽中的碱液打入吸收塔,泵吸入管路为1084mm，长 2m 的钢管。泵压 出管路为763mm,长 30m 的钢管, 压出管路上装有标准阀一只，闸阀一只，90弯头 4 只。在压出管路上还装有孔板流量计，孔板孔径为 40mm，孔流系数Co=0.62，水银压差计 读数R=456mm。吸收塔喷咀处压力为 0.5kgf/cm2 (表压)，碱液密度=1100kg/m3，泵的效 率=0.6，直管阻力系数=0.02(吸入、压出管道近

7、似取相同值)，弯头 =0.75，标准 阀 =6，闸阀 =0.17，孔板 =8，试求泵所需功率。=(/4)0.0420.622g0.456(13.6103-1100)/1100 0.5=0.00786m3/su1=0.00786/(/4)0.12=1.0m/s u2=1.0(0.1/0.07) 2=2.04m/s hf =(0.022/0.1+0.5)1.02/2g+(0.0230/0.07+40.75+6+0.17+8)2.042/2g=5.51m He=5.51+(20-1.5)+0.5104/1100+2.042/2g=28.77m Na=28.770.0078611009.81/(103

8、0.6)=4.07kw用泵将密度为 850kg/m3，黏度为 190cP 的重油从贮油池送至敞口高位槽中，升扬高度 为 20m。输送管路为1084mm 的钢管，总长为 1000m(包括直管长度及所有局部阻力的当 量长度)。管路上装有孔径为 80mm 的孔板以测定流量，其 U 形油水压差计的读数 R=500mm。孔流系数Co=0.62，水的密度为 1000kg/m3。试求: 输油量是多少 m3/h? 若泵的效率为 0.55，计算泵的轴功率。u0=Co2gR(i-)/ 0.5 =0.6229.810.5(1000-850)/850=0.816m/s Vh =0.8160.785(0.08)2360

9、0=14.76m3/h u=0.816(80/100) 2=0.522m/s Re=0.10.522850/(19010-3)=2343000，假设正确V=Au=(/4)d2u=(/4)(0.3) 23.5133600=893.9(m3/h) 流量减半，即流速减半 u=3.513/2=1.757m/s Re=5775 符合柏拉修斯式条件 在 1-1 面至 2-2 面之间：gz=(0.3164/Re0.25)(L/d)+(u2/2) 即 9.813.2（0.3164/57750.25） （50/0.30）+（1.7572 /2） 14.3 黏度为 30cP、密度为 900kg/m3的液体，自经内

10、径为 40mm 的管路进入，两容器均为敞 口，液面视为不变。管路中有一阀门。当阀全关时，阀前后压力表读数分别为 0.9at 和 0.45at。现将阀门打至 1/4 开度，阀门阻力的当量长度为 30m，阀前管长 50m，阀后管长 20m(均包括局部阻力的当量长度)。试求：()管路的流量 m3/h？ ()定性说明阀前后压力表读数有何变化？ (1)阀全关时：9009.81z1 = 0.99.81104 z1= 10 m9009.81z2 = 0.459.81104 z2= 5 m阀部分打开时：设管内流体层流105=32300.001(50+30+20)u/(9009.810.042)u = 0.73

11、6 m/s 校核Re:Re=0.0400.736900/0.030 = 883 , 层流，所设正确，计算有效。则 V = (/4) (0.040)20.7363600 = 3.33 m3/h(2)阀部分打开时，p1下降，p2上升。在管路系统中装有离心泵，如图。管路的管径均为 60mm,吸入管长度为 6m,压出管长度为 13 米,两段管路的摩擦系数均为=0.03,压出管装有阀门,其阻力系数为=6.4，管路两 端水面高度差为 10m，泵进口高于水面 2m，管内流量为 0.012m3/s 试求： 泵的扬程； 泵进口处断面上的压强为多少； 如果是高位槽中的水沿同样管路流回，不计泵内阻力，是否可流过同样

12、流量。(用数字比 较)注：标准弯头的局部阻力系数=0.75，当地大气压强为 760mmHg，高位槽水面维持不变。u=V/(/4)d2=0.012/(/4)0.062=4.24m/s 吸入管阻力损失：hf.s=0.5u2/2g+0.75u2/2g+0.03(6/0.06)(4.242/2g)=(0.5+0.75+3)4.242/(29.81)=3.90m 压出管阻力损失hf.D =(20.75+6.4+1+0.0313/0.06)4.242/2g=14.1m 故泵的扬程为H=Z+p/(g)+ hf =28m在泵进口断面上，从液面至此截面列伯努利方程：0=pb/(g)+2+4.242/(29.81

13、)+ hf.s = pb/(g)+2+0.92+3.9pb=0.682at(真) 当高位槽沿原路返回时，在槽面与水面间列伯努利式：10=hf，s+hf，D 10=（0.5+0.75+0.03(6/0.06)+20.75+6.4+1+0.03(13/0.06)u2/2g u=3.16m/s V=8.9310-3m3/s流量小于原值 第 2 章 流体输送 用离心泵输液进塔，塔内表压 0.45at,原料槽内表压 0.15at，塔内出液口比原料槽液 面高 8m，管长共 25m(包括局部阻力),管内径 50mm,摩擦系数 0.02液体密度 800kg/m3泵的 特性:He=26-1.15105V 2 (

14、He-m,V-m3/s),求流量及有效功率 管路特性:He= (z2-z1) + (p2-p1)/(g) + Hf=8+(0.45-0.15)10/0.8+8LV 2/( 2gd5)=11.75+1.32105V2泵的特性:He = 26-1.15105V2He = He,解得 V = 7.6010-3 m3/s则 He = 26-1.15105(7.6010-3)2 = 19.4 mNe = HeVg = 19.47.6010-38009.81 = 1.16103 W用泵输液经换热器进塔。塔内表压 0.8kgf/cm2。排出管内径 106mm,管长 150m(包括局 部阻力),摩擦系数 0.03。液体密度 960kg/m3。液体流经换热器的压力损失为 0.8at。吸入管 阻力 1m 液柱。排出及吸入管内流速 1.5m/s。当地气压 1atm。液体在工作温度时的饱和蒸汽压可按 20水计。敞口液槽液面至塔内出液口的升扬高度为 12m。试求: (1)下列泵中最合适的泵型 (2)采用最合适的泵,其最大的吸液高度型号 V He Hs ( m3/h) ( m ) (%) (m) 2B19 22 16 66 6.0 3B57A 50 37.5 64 6.4 4B91 90 91 68 6.2 (1)He= (z2-z1