化工原理计算试题.docx
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化工原理计算试题
离心泵的计算
1计算题j01b10029
如图所示,
水通过倾斜变径管段（-）,
A=100mm，B=240mm,水流量为2m3/min,在截面
A
与
B
处接一U形水银压差计，
AB
D
D
其读数=20mm，、
两点间的垂直距离为
=0.3m试求:
（1）
试求
、
B
两点的压差等于多少
Pa？
（2）
、
B
管段阻力损失为多
R
AB
h
A
A
少mmHg？
（3）若管路水平放置，而流量不变，U形水银压差计读数及A、B两点压差有何变化?
计算题j01b10029
（
题分：
20）
（1）uA=（2/60）/[（
/4）
×（0.10）2]=4.244m/s，
B=4.244×（1/2.4）
2=0.7368m/s
u
pA/
2
/2=gh＋pB/
2
＋hf
＋uA
＋uB/2
∵
A/－（
＋
B/
）=（
i－）
/
p
gh
p
gR
∴pA－pB=（i－）gR＋gh
=（13.6
1）×103×9.81×0.020+103×9.81×0.3
=5415Pa
（2）f=（
A/
－
－
B/）＋
u
2
u
2
A/2－
B/2
h
p
gh
p
=（
i
－
）
/＋A2/2－
B2/2
gR
u
u
=（13.6
－1）×9.81×0.020＋（4.244）2/2－（0.7368）2/2
=11.2J/kg
即pf=hf=103×11.2=11.2×103Pa
换成mmHg:
Hf=
pf/（
Hgg）=11.2
×103/（13.6×103×9.81）
=0.0839mHg=83.9mmHg
（3）A/
＋
2
B/
＋
u
2
＋
A/2=
B/2
f
p
u
p
h
∵A、
B、hf均不变，故
（
i
－
）
’/之值不变
u
u
gR
即R’不变，R’=R=20mm
水平放置时p
p=（13.61）
3
A
109.810.020=2472Pa比倾斜放置时的压差值小。
B
2计算题j02b20067（20
分）
如图所示的输水系统
输水量为
3
80×2mm的钢管，已知水泵吸入管路的阻力损失为
0.2m水柱，压
36m/h，输水管均为φ
出管路的阻力损失为
0.5m水柱，压出管路上压力表的读数为
2.5Kgf/cm2。
试求：
（1）水泵的升扬高度；
（2）若水泵的效率η=70%,水泵的轴功率（KW）；
（3）水泵吸入管路上真空表的读数（mmHg柱）。
注:
当地大气压为750mmHg柱。
0.2
4.8
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U=36/3600/
（0.785×0.0762）≈2.2m/s
（1）在2-2
与3-3截面列B.eq.
5
分
Z2+p/ρg+U2
2/2g+He=Z3+P3/ρg+U32/2g+Hf
2-3
∵U2=U3不计Hf2-3
∴He=（Z3-Z2）+（P3+P2）/ρg
=0.2+（2.5+0.525）/（103×9.81）×9.81×104
=30.5mH2O柱
在1-1与4-4列B.eq.
He=
Z1-4+Hf1-4+Hf
3-4
∴
Z1-4=He-（Hf1-4+Hf
3-4）=30.5-（0.2+0.5）=29.8m
∴升扬高度为29.8m
（2）Pa=Heq
vρg/η=30.5×0.01×103×9.81/0.7=4.27KW
3
分
（3）
在1-1
与
2-2列B.eq,得
5
分
0=Z
2+（-P）/
ρg+U22/2g+Hf
1
-P=Z
2
ρ/2-Hf1-ρg
2ρg-U2
=-（
4.8×103×9.8+2.2/2×103+0.2×103×9.81）
=-
515×102N/M2=515×102/（0.981×105）×735.6=386mmHg（表）
-P
2=真空度
∴吸入管路上真空表读数为386mmHg柱=0.525at
3．j01c20113
用离心泵将原油从油库沿管内径为
0.15m、长2公里（包括局部阻力的当量长度）的水平管送往炼油厂。
输油量为
3
40m/h。
油泵的总效率为
0.65，求泵的轴功率。
某天，该油泵突然发生故障，于是开动一台备用泵，其压头仅为原来泵的
80%，问此泵
能输送原油多少m3/h。
输送条件下,原油的密度为890kg/m3,
粘度为0.4Pas。
设油库和炼油贮罐均为常压。
答案：
该题条件下,油泵所耗功率完全用于克服管路阻力。
⑴A=（π/4）（0.15）
2
=0.0177m2
u=40/（3600×0.0177）=0.63m/s
Re=duρ/μ=0.15×0.63×890/0.4=210（
层流）
λ=64/Re=64/210=0.304
Hf=λ（l/d）（u
2/2g）=0.304×（2000/0.15）
×[0.632/（2×9.81）]=82.1m
Ws=40×890/3600=9.9kg/s
∴N=82.1×9.81×9.9/（1000
×0.65）=12.3kw
⑵H′=0.8Hf=65.7m
△Pf=65.7×9.81×890=5.736×105
N/m
对于层流△Pf=32lμu/d
∴u=△Pfd/（32l
μ）=5.736×105×0.15/（32
×2000×0.4）=0.504m/s
V=3600×0.504×0.0177=32.1m3
/h
4．j01a150616
如图,离心泵将敞口槽中的碱液打入吸收塔
泵吸入管路为φ
108×4mm，长2m的钢管。
泵压出管路为φ76×3mm,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C=0.62，水银差压计读数
R=456mm。
吸收塔喷咀处压力为
0.5kgf/cm2（表压），碱液密度ρ=1100kg/m3，泵的效率η=0.6，
直管阻力系数λ=0.02（吸入、压出管道取近似相同值），ξ弯头=0.75，ξ标准阀=6，ξ闸阀=0.17，ξ孔板=8，试求泵所需功
55
Pa
空气
水
11
33
44
率。
22
—2
精选文库
j01a150616
Ｖ=（π/4）×0.042×0.62[2g×0.456×（13600-1100）/1100]
0.5=0.00785m3/s
u1=0.00785/[（π/4）×0.12]=1m/su0=1×（0.1/0.07）
2=2.04m/s
Σhf=（0.02×2/0.1+0.5）×12/2g+（0.02×30/0.07+4×0.75+6+0.17+8）×2.042/2g=5.51mHe=5.51+（20-1.5）+0.5×104/1100+2.042/2g=28.77m
N=28.77×0.00785×1100/（102×0.6）=4.084kw
5.j02b100556
用泵将贮槽１中的石油送至高位槽２中，两槽液面恒定不变，且其液面差为１５ｍ。
管子规格为φ８９×４．５ｍｍ，管
332
路总长为２００ｍ（包括局部阻力的当量长度内。
）要求流量为２１ｍ/h。
已知石油密度为９２０Kg/m，粘度为０．５N.S/m。
（1）由于阻力引起的压降；
（2）泵的有效功率；
（3）整理并写出管路特性曲线方程（注明式中变量的单位）
答案：
（1）Ｐ＝λ（ｌ／ｄ）（ρＵ2／２）
Ｕ＝21／（3600×0.785×０．０８2）＝１．１６m/s
Ｒe＝0.080×1.16×920/0.5＝１７０．８层流λ＝６４／Ｒe＝0.374
Ｐ＝0.374×（200/0.08）×920×１．１６2／2＝5.79×１０5N/m2∑ｈf＝5.8×１０5／920＝629.9J/Kg
（2）Ｎe＝ＱＨＰ／1000
Ｈ＝ｇＺ＋∑ｈf＝9.81×15+629.9=777J/Kg
（3）Ｎe＝21×920×777／（3600×1000）＝4.17KW
在层流范围内
L＝Z+∑ｈf/g
=Z+64/（duρ/μ）×（∑1/d）（1/2g）（Q2/（0.785d2）2）
=15+1.104×104QQ为m3/s
6．j02b150646欲用离心泵在两敞口容器间输液,该水泵铭牌标有：
流量３９．６ｍ3/h，扬程15m，轴功率２.０２Kw,
效率８０%，配用２．８KW电机，转数１４００r/min。
今欲在以下情况使用是否可以？
如不可时采用什么措施才能满足要求
（要用计算结果说明）
（１）输送比重为１．８的溶液，流量为３８ｍ3/h，扬程３０ｍ。
（２）输送比重为０．８的油类，流量为４０ｍ3/h，扬程３０ｍ。
（３）输送比重为０．９的清液，流量为３０ｍ3/h，扬程１５ｍ。
答案：
（１）电动机功率不够
Ｎ＝38/3600×15×1800/（102×0.8）＝３．５KW换大电机
（２）扬程不够
Ｈ／Ｈ′＝（ｎ／ｎ′）2
１５／３０＝（１４００／ｎ′
）2
ｎ′＝１９８０
增加ｎ＝１９８０转／分。
检查功率：
Ｎ／Ｎ′＝（ｎ／ｎ′）3
２．０２／Ｎ′
＝（１４００／１９８０）
3
Ｎ′＝５．７２KW
换一电机功率为５．７２KW，ｎ＝１９８０转／分。
（３）可以使用。
通过关小出口阀调节至工作点。
7．j01c201218
—3
精选文库
如下图所示的输水系统,
用泵将水池中的水输送到敞口高位槽
管道直径均为φ83×3.5mm,泵的进、出管道上分别安装有
真空表和压力表，真空表安装位置离贮水池的水面高度为
4.8m,压力表安装位置离贮水池的水面高度为
3
5m。
当输水量为36m/h
时，进水管道的全部阻力损失为
1.96J/kg，出水管道的全部阻力损失为
4.9J/kg，压力表的读数为
2.5kgf/cm2，泵的效率为
70%，试求：
⑴两液面的高度差H为多少m?
⑵泵所需的实际功率为多少
KW?
⑶真空表的读数多少kgf/cm
2?
解：
⑴取截面0-0,
1-1,
2-2,
3-3如图,
在截面2-2和3-3间列柏努利方程以
2-2为基准面（目的求H3）H2g+（p2/ρ）+（u2
2/2）=H3g
2
+（p3/ρ）+（u3
/2）+hf
2-3
∵1[at]=9.807
×104N/m2=1[kg/cm2]
u=Q/A=（36/3600）[（π/4）0.076
2]=2.21m/s
（2.5×9.807×104/103）+（2.212/2）=H3
×9.81+4.9
245.2+2.44=9.81H3+4.9
H
3
=242.74/9.81=24.74[m]
∴H=H3+5=24.74+5=29.74[m]
⑵在0-0和3-3
间列柏努利方程以
0-0为基准面（求We）
H0g+（p0/ρ）+（u0
2
2
/2）+We=H3g+（p3/
ρ）+（u3/2）+hf0-3
We=H3g+hf0-3=29.74×9.81+（1.96+4.9）=298.62[J/kg]
Ms=Vsρ=（36/3600）×103=10[kJ/s]
Ne=Ms·We=10×298.62[W]
N实=Ne/η=2986.2/0.70=4267[W]=4.267[kW]
⑶在C-C和H间列柏氏方程以0-0为基准面
H0g+（p
0/ρ）+（u
2
/ρ）+（u
2
/2）+hf0-1
0/2）=H1g+（p1
1
（pa–p1）/ρ=4.8×9.81+（2.212/2）+1.96=51.49m2/s2
=51.49×103/（9.807×104）[at]=0.525[kgf/cm
2]
8．j02b20066
用一离心泵将20℃的水，由池中送至高位槽C。
其流程如图a所示。
已知泵的排出口压力表B读数为2.5at（表压），排
出段管总长为180m（包括局部阻力的当量长度），系统的摩擦系数λ可取0.024。
其它数据如图a所示。
试求：
3
（1）系统输送的流量m/h；
（2）若系统所用泵为3B33型离心泵，其特性曲线如图b所示。
试求泵的工作点及克服系统阻力所耗的轴功率；
（3）如果泵的吸入底阀A轻微堵塞，则系统的流量、泵的扬程及出口压力表读数有何变化？
若严重堵塞有何现象发生？
试用图说明。
j02b20066
解：
（1）qv=?
m3/h
5
分
在B-B及C-C面上列柏努利方程
2
2
∑HfB-C
UC=0
UB/2g+P
B/ρg+ZB＝UC/2g+0+Zc+
—4
精选文库
∑Hf=λ（l/d）UB
2/2g
（λ（l/d）-1）UB
2/2g=25-18=7.0
UB
2/2g=7/（λ（l/d）-1）=
7/（0.024
×180/0.1-1）=0.166
∴UB=1.8m/s
qv=（π/4）d2UB=（π/4）×0.12×1.8=0.01417m3/s=51.0m3/h
（2）⑴工作点:
由qv查图b得工作点P（51,31）10分
∴H=31.0mη=70%
⑵Pf=?
在0-0及C-C列方程:
0+H=ZC+∑Hf0-C∑Hf0-C=H-ZC
∑Hf=31-（18+0.5+1.5）=11.0
Pf=
11×51×1000×9.81
/（3600×0.7×103）=2.18KW
（3）略
5
分
9．j01b15183
如图所示，槽内水位维持不变。
槽底部与内径为
100mm钢管相连，管路上装有一个闸阀，阀前离管路入口端
15m处安有
一个指示液为汞的Ｕ形压差计，测压点与管路出口端之间距离为20m。
（1）当闸阀关闭时测得Ｒ=600mm，ｈ=1500mm；当闸阀部分开启时，测得Ｒ=400mm，
ｈ=1400mm，管路摩擦系数取0.02，入口处局部阻力系数取
0.5，问每小时从管中流出水量为多少m3。
（2）当阀全开时（取闸阀全开
/d=15，
λ
=0.018），测压点Ｂ处的静压强为若干
N/m2（表压）。
Le
j01b15183
解:
（1）当闸阀全关时,根据静力学关系:
（ZA+h）ρg=RρHgg
得水槽液位高度:
ZA=RρHg/ρ-h=0.6×13.6-1.5=6.66m
（2）闸阀部分开启时
列A-A与B-B截面伯努利方程式
ZA=uB2/2g+PB/ρg+∑hfAB
PB/ρg=（RρHg-hρ）/ρ=（0.4×1.36×104-1.4×1000）/1000=4.04m
2
2
/2g=（1+λ（
L/
d）+
2
/2g
ZA-PB/ρg=uB/2g+（
λ（L/d）+ζ）uB
ζ）uB
6.66-4.04=（1+0.02×15/0.1+0.5）
u
2
g
=4.5
2
/2
g
B/2
B
u
∴uB=2.6229.81/4.5=3.38m/s
V=（π/4）×d2u×3600=0.785×0.12×3.38×3600=95.5m3/h
（3）当闸阀全开时,列A-A与C-C截面伯努利方程:
ZA=uc2/2g+∑hfA-C=（1+λ（L+Le）/d+ζ）uc2/2g
6.66=（1+0.018（35/0.1+15）+0.5）uc2/2g
解得uc=4.02m/s
由A-A与B-B截面间伯努利方程式得:
ZA=uB2/2g+PB/ρg+∑hfAB
—5
精选文库
=PB/ρg+（1+λ（L/d）+ζ）uB2/2g
2
∴PB/ρg=ZA-（1+λ（L/d）+ζ）uB/2g
=6.66-（1+0.018×15/0.1+0.5）×4.022/（2×9.81）
=3.20m
∴PB=3.20×1000×9.81=3.14×104N/m2
9.[三]计算题（15分）j01b20095
某液体密度800kg/m3，粘度73cP，在连接两容器间的光滑管中流动，管径300mm，总长为50m（包括局部当量长度），两
容器液面差为3.2m（如图示）。
求：
⑴管内流量为多少?
⑵若在连接管口装一阀门，调节此阀的开度使流量减为原来的一半，阀的局部阻力系数是多少
?
按该管折算的当量长度
又是多少?
层流：
λ=64/Re；湍流：
λ=0.3164/Re0.25
j01b20095
⑴在1-1面和2-2面之间，列柏式以2-2
面为基准面：
u1≈u2≈0
gz1=Σhf1-2=λ（l/d）（u
2/2）
设流体流动符合柏拉修斯公式：
λ
=0.3164/Re0.25
Re=duρ/μ
∴gz1=（0.3164/Re0.25
）（l/d）（u
2/2）=[0.3164/（ρ/μ）0.25]（l/d
1.25）（u1.75/2）
∴u1.75=2gz1/{[0.3164/（ρ/μ）
0.25]×（l/d1.25
）}
=2×9.81×3.2/{[0.3164/（800/0.073）
0.25
]（50/0.3
1.25）}=9.01542
∴u=3.513m/s验证：
Re=0.3×3.513×800/0.073=11550>3000，假设正确
∴V=Su=（π/4）d2u=（π/4）（0.3）2×3.513×3600=893.95（m3/hr）
⑵流量减半，即是流速减半u=3.513/2=1.7565m/sRe=5775符合柏拉斯式条件
列1-1面至2-2之间的柏式：
gz1=[（0.3164/Re0.25）（l/d）+ζ]（u2/2）
∴ζ=2gz1/u2-（0.3164/Re0.25）（l/d）
=2×9.81×3.2/1.7565
2-（0.3164/5775
0.25）×（50/0.3）=14.3
又ζ（u2/2）=λ（le/d）（u
2/2）=（0.3164/Re
0.25）（le/d）（u
2/2）
∴ζ=（0.3164/Re0.25）（le/d）
le=（dζ/0.3164）Re0.25
=（0.3×14.3/0.3164）×5775
0.25=118.2（m）
传热过程计算
1j04c2012614
有一套管换热器，由内管为
φ54×2ｍｍ，套管为φ
116×4ｍｍ的钢管组成。
内管中苯自５０℃被加热至８０℃，流量
为４０００kg/h。
环隙中为２at（绝）的饱和水蒸汽冷凝。
蒸汽冷凝传热系数为
2
℃。
10000W/m.
已知：
苯在５０～８０℃之间的物性数据平均值为：
ρ＝８８０kg/m
，
ＣP＝1.86.86kJ/kg.
℃
λ＝０．１３４W/m.℃，
μ＝０．３９cP
管
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