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
精选文库
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