《化工原理例题与习题(南京工业大学)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理例题与习题(南京工业大学)（83页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章流体流动【例1-1】已知硫酸与水的密度分别为1830kgu与998kgm3,试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。解：根据式1-41_0.60.4P1830998m=（3.28+4.01）10-4=7.29x104pm=1372kgms【例1-2】已知干空气的组成为：。221%、电78%和人1%（均为体积%）,试求干空气在压力为9.811.4Pa及温度为IO（TC时的密度。解：首先将摄氏度换算成开尔文100C=273+100=373K再求干空气的平均摩尔质量Mm=320,21+280.7839.90.01=28.96kgm3根据式1.-3a气体的平均密度为:9.811028
2、.968.314 373=0.916kgr3（2）计算玻璃管内水的高度h由上面讨论知,Pa=Pa*例1.3附图【例1-3本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=0,7m,密度p1=800kgm3,水层高度h2=0.6m密度p2=1000kgr3o（1）判断下列两关系是否成立，即Pa=P,aPb=P,b（2）计算水在玻璃管内的高度ho解：（1）判断题给两关系式是否成立Pa=Pa的关系成立。因A与/V两点在静止的连通着的同一流体内,并在同水平面上。所以截面A-A称为等压面。Pb=Pb的关系不能成立。因B及B，两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通者的同一种流体,即截面B-B，不是等压
3、面。Pa=PI都可以用流体都力学基本方程式计算，即PA=Pa+Pgh1+p2gh2Pf=PJPzgh于是Pa+Pgh1+P2gh2=pa+p2gh简化上式并将已知值代入，得8000.7+10000.6=1000h解得h=1.16m【例1-4】如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1，、2-2）连一倒置U管压差计，压差计读数R=200mmo试求两截面间的压强差。解：因为倒置U管，所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为PB与P，根据流体静力学基本原理,截面aW为等压面，则Pa=Pa又由流体静力学基本方程式可得Pa=PIpgMpa-P2-g(M_R)pgR联立上三式，并整理得Pi-P2=(P
4、Pg)gR由于PgP，上式可简化为Pi-p2psr所以P1-p10009.810.2=1962Pa【例1-5如本题附图所示，蒸汽锅炉上装置一夏式U形水银测压计，截面2、4间充满水。已知对某基准面而言各点的标高为z0=2.1m,z2=0.9m,z4=2.0m,z6=0.7m,z7=2.5mo试求锅炉内水面上的蒸汽压强。解：按静力学原理，同一种静止流体的连通器内、同一水平面上的压强相等，故有Pi=P2P3=P4*P5=P6对水平面1-2而言，P2=P,即P2=Pa+PiS(ZO-ZI)对水平面3-4而言，P3=P4=P2-P9(z4-z2)对水平面5-6有P6=P4+Pig%ZS)锅炉蒸汽压强p=
5、p6-pg(z7-z6)p=pa+ig-Z)+pigz4-z5)-pgz4_z2)pg(z7z6)则蒸汽的表压为p-pa=pigZ0-Zi+z4-z5)-pg(z4-z2+z7-z6)=136009.81(2.1-0.9+2.00.7)-10009.81(2.00.9+2.50.7)=3.0510sPa=305kPa【例1-6某厂要求安装一根输水量为30m3h的管路，试选择合适的管径。解：根据式1-20计算管径30式中V=ma/s53600参考表I-I选取水的流速U=1.8ms30d3600=0077m=77mm10.7851.8查附录二十二中管子规格，确定选用894（外径89mm,壁厚4mm
6、）的管子，其内径为：d=89（42）=81mm=0.081m因此，水在输送管内的实际流速为：303600Iczu=7r-=1.62ms0.785（0.081）2【例1-7】在稳定流动系统中，水连续从粗管流入细管。粗管内径d=10cm,细管内径d2=5cm,当流量为4x10f3s时,，求粗管内和细管内水的流速？解：根据式1-20410-3=0.51m/s三XQJ4U1A1=U2A2弋卜倍根据不可压缩流体的连续性方程由此u2=4u1=40.51=2.04ms【例1-8】将高位槽内料液向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为大气压。要求料液在管内以O5ms的速度流动。设料液在管内压头损失为1.2m（不包括
7、出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米？解：取管出口高度的00为基准面，高位槽的液面为1一1截面，因要求计算高位槽的液面比塔入口处高出多少米，所以把1一1截面选在此就可以直接算出所求的高度X，同时在此液面处的U1及P1.均为已知值。22截面选在管出口处。在11及22截面间列柏努利方程：rPU2PU20,例1-8附图84+/+丁巴+甘+广%式中Pi=O（衣压）高位槽截面与管截面相差很大，故高位槽截面的流速与管内流速相比，其值很小，BPu1O,Z1=x,p2=0（表压），u2=0.5ms,Z2=O,工/g=1.2m将上述各项数值代入，则9.81x=-+1.29.81=1.2m计算
8、结果表明，动能项数值很小，流体位能的降低主要用于克服管路阻力。【例1-9】20匕的空气在直径为80mm的水平管流过。现于管路中接文丘里管，如本题附图所示。文丘里管的上游接一水银U管压差计，在直径为20mm的喉颈处接一细管，其下部插入水槽中。空气流过文丘里管的能量损失可忽略不计。当U管压差计读数R=25mm,h=0.5m时，试求此时空气的流量为若干mho当地大气压强为101.33103Pao解：文丘里管上游测压口处的压强为PI=PHggR=I3600x9.81x0.025=3335Pa(表压)喉颈处的压强为p2=-pgh=-10009.810.5=-4905Pa(表压)空气流经截面1-1与2-2
9、,的压强变化为p-P(101330+3335)-(101330-4905)J/=0.079=7.9%2P22P式中Z1=ImZ6=Op1=0（表压）p6=0（表压）u10将上列数值代入上式，并简化得9.8IXI=空2解得u=4.43ms由于管路直径无变化，则管路各截面积相等。根据连续性方程式知Vs=AU=常数，故管内各截面的流速不变，即u2=u3=u4=u5=u6=4.43msU2U2U1.U2U2Qi,rt则-=-U=-$-=6-=9.81Jkg22222因流动系统的能量损失可忽略不计，故水可视为理想流体，则系统内各截面上流体的总机械能E相等,即E=gZ+娱常数2P总机械能可以用系统内任何截
10、面去计算，但根据本题条件，以贮槽水面1-1处的总机械能计算较为简便。现取截面22为基准水平面，则上式中Z=2m,p=101330Pa,u0,所以总机械能为101330E=9.813+-=130.8Jkg1000计算各截面的压强时，亦应以截面22为基准水平面，则Z2=0,Z3=3m,Z4=3.5m,Zs=3m（1）截面22的压强=(E-等gZJ；P =(30.8-9.81)x1000 = 12099OPa(2)截面3-3的压强P=IJp=(30.8-9.81-9.813)1000=91560Pa(3)截面44的压强p=E-gZ1.=(130.8-9.81-9.813.5)1OOO=86660Pa
11、(4)截面55的压强P=(E-&gZ|=(130.8-9.81-9.813)x1(X)0=91560PaSH51.J从以上结果可以看出，乐强不断变化，这是位能与静乐强反复转换的结果。【例1-11）用泵将贮槽中密度为1200kgm3的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33103Pa,蒸发器上部的蒸发室内操作乐强为26670Pa（真空度），蒸发器进料口高于贮槽内液面15m,进料量为20m3h,溶液流经全部管路的能量损失为120Jkg,求泵的有效功率。管路直径为60mm0解：取贮槽液面为1一1截面，管路出口内侧为22截面，并以1一1截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程。1
12、/2/91/2ngZ+_i_+_i_+W=gZ+2+_2+h12Pe22P式中Z1=OZ2=15mp1=0（表压）p2-26670Pa（表压）U1=O20u=,WX=1.97ms20.78506y2=120Jkg将上述各项赢代入，则（I26670W=159.81+120-=246.9Jkge21200泵的有效功率Ne为：Ne=Wews式中z201200N(F.w=Vp=6.67kgsSS3600Ne=246.96.67=1647W=1.65kW实际上泵所作的功并不是全部有效的，故要考虑泵的效率中实际上泵所消耗的功率(称轴功率)N为N=V设本题泵的效率为0.65,则泵的轴功率为：N=i=2,54kW0.65【例1-12】试推导下面两种形状截面的当量直径的计算式。(1)管道截面为长方形，长和宽分别为a、b；(2)套管换热器的环形截面，外管内径为d1,内管外径为d2.解(1)长方形截面的当量直径,4/a=e式中A=abn=2(a+b)故,4ab2aba=e2(a+b)(+b)(2)套管换热器的环隙形截面的当量直径A=71.di-1.di=(2-j2)4142412=d+d=Md+d
