化工原理上习题.docx

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化工原理上习题

第一章

一测量管道阻力的装置如图所示。

已知D1=2D2，?

Hg=13.6?

103kg/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/?

＋u12/2－u22/2

=12.6×9.81×0.010＋（0.25）2/2－1/2

=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,管路总长（包括局部阻力）430m，进出口阻力不计。

管径为φ108?

4mm，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=4?

38.4?

103/（3600?

?

0.10?

3.43）=39.6层流

?

=64/Re=64/39.6=1.62

He=（z2－z1）＋8?

LV2/（?

2gd5）=H＋8?

Lw2/（?

2gd5?

2）

=20+8?

1.62?

430?

（38.4?

103/3600）2/（?

2?

9.81?

0.105?

9602）

=731m

∴Na=He?

W?

g/?

=731?

（38.4?

103/3600）?

9.81/0.50=153?

103W

=153kW

用离心泵将水由水槽送至水洗塔中，水洗塔内的表压为9.807×104Pa，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φ108×4mm，水的密度为1000kg/m3。

求输水量为多少m3/h。

Ws=g（z2－z1）＋p2（表）/?

＋u22/2＋?

hf，?

hf=?

（L/d）?

u22/2

即317.7=9.81?

20+9.807?

104/1000+（1+0.018?

110/0.10）u22/2

∴u2=1.50m/s

∴V=1.50?

（?

/4）?

（0.10）2=1.18?

10-2m3/s=42.5m3/h

如图所示的管路系统中，有一直径为φ38×2.5mm、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6×104Pa，AB段摩擦系数λ取为0.022，试计算：

⑴液体流经AB段的压强差；

⑵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13.6×103kg/m3。

uo=Co[2gR（ρi-ρ）/ρ]0.5=0.63[2×0.6×9.81（13.6×103-870）/870]0.5=8.27m/s；

u=（do/d）2uo=（16.4/33）2×8.27=2.043m/s；W=2.043×[（π/4）×0.0332]×870=1.52kg/s；

⑴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）：

ZAg+（pA/ρ）+（uA2/2）=ZBg+（pB/ρ）+（uB2/2）+Σhf；ZA=ZB；uA=uB；

Σhf=λ（L/d）（u2/2）+（6×104/ρ）=0.022×（30/0.033）×（2.0432/2）+（6×104/870）=111J/kg；

∴pA-pB=ρΣhf=870×111=9.66×104Pa；

⑵Ne=800×0.62=496W；AB段所消耗的功率Nf=WΣhf=1.52×111=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φ108×4mm，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、压出管道近似取相同值），弯头ζ=0.75，标准阀ζ=6，闸阀ζ=0.17，孔板ζ=8，试求泵所需功率。

Ｖ=（π/4）×0.042×0.62[2g×0.456×（13.6×103-1100）/1100]0.5=0.00786m3/s

u1=0.00786/[（π/4）×0.12]=1.0m/su2=1.0×（0.1/0.07）2=2.04m/s

Σhf=（0.02×2/0.1+0.5）×1.02/2g+（0.02×30/0.07+4×0.75+6+0.17+8）×2.042/2g

=5.51m

He=5.51+（20-1.5）+0.5×104/1100+2.042/2g=28.77m

Na=28.77×0.00786×1100×9.81/（103×0.6）=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φ108×4mm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:

⑴输油量是多少m3/h

⑵若泵的效率为0.55，计算泵的轴功率。

⑴u0=Co[2gR（ρi-ρ）/ρ]0.5

=0.62[2×9.81×0.5×（1000-850）/850]=0.816m/s

Vh=0.816×0.785×（0.08）2×3600=14.76m3/h

⑵u=0.816×（80/100）2=0.522m/sRe=0.1×0.522×850/（190×10-3）=234<2300

λ=64/Re=64/234=0.274Σhf=0.274×（1000/0.1）×（0.5222/2）=373.3J/kg

We=20×9.81+373.3=569.5J/kg

Na=We·w/η=569.5×（14.76×850/3600）/（1000×0.55）=3.61kw

如图所示，水从槽底部沿内径为100mm的管子流出，槽中水位稳定。

阀门关闭时测得R=50cm，h=1.8m。

求：

⑴阀门全开时的流量

⑵阀门全开时B处的表压（阀全开时Le/d=15，入管口及出管口的阻力系数分别为0.5及1.0，设摩擦系数λ=0.018）

阀关时：

（ZA+1.8）×1000=0.5×13600ZA=5m

⑴阀全开：

对A-A和C-C截面列伯努利方程：

gZA+pA/ρ+uA2/2=gZc+pC/ρ+uc2/2+ΣhA-B,

取Zc=0（基准面）,

9.81×5=[0.018（50/0.1+15）+1+0.5]（u2/2）解出：

u=3.02m/s

V=（π/4）×0.12×3.02×3600=85.4m3/h

⑵对A-A到B-B截面列伯努利方程：

gZA=（pB/ρ）+（uB2/2）+ΣhA-B

9.81×5=（pB/ρ）+（3.022/2）+（0.018×30/0.1+0.5）3.022/2

解出pB=1.76×104N/m2（表）

如图所示输水系统。

已知:

管路总长度（包括所有局部阻力当量长度）为100m，压出管路总长80m,管路摩擦系数λ=0.025，管子内径为0.05m，水的密度ρ=1000kg/m3,泵的效率为0.8,输水量为10m3/h，求:

⑴泵轴功率N轴的值？

⑵压力表的读数为多少kgf/cm2。

⑴Na=Ne/ηNe=W·WeW=10×1000/3600=2.778kg/s

We--泵对单位质量流体所做的有效功。

为此：

选取1-1与2-2截面，并以1-1截面为基准面。

在两截面间作机械能衡算：

gZ1+（p1/ρ）+（u12/2）+We=gZ2+（p2/ρ）+（u22/2）+Σhf

∵Z1=0Z2=2+18=20Mp1=p2=0u1=u2=0We=g·Z2+Σhf

Σhf=λ（ΣL/d）（u2/2）

u=（V/3600）/[（π/4）d2]=（10/3600）/（0.785×0.052）=1.415m/s

Σhf=0.025×（100/0.05）（1.4152/2）=50.06J/kg

We=9.81×20+50.06=246.25J/kg

Ne=W·We=2.778×246.25=684J/sNa=Ne/0.8=684/0.8=855W

⑵再就3-3与2-2截面作机械能衡算，并取3-3为基准面

gZ3+（p3/ρ）+（u32/2）=gZ2+（p2/ρ）+（u22/2）+Σhf，压

∵Z3=0Z2=18p2=0u2=0

∴p3/ρ=gZ2+Σhf，压-（u32/2）=9.81×18+λ（L压/d）（u32/2）-（u32/2）

=176.58+0.025（80/0.05）×（1.4152/2）-（1.4152/2）=215.6J/kg

p3=1000×215.6=215.6×103Pap3=215.6×103/（9.81×104）=2.198kgf/cm2（表）

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（包括局部阻力当量长度），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

⑴在1-1面和2-2面之间，列伯努利方程式，以2-2面为基准面：

u1≈u2≈0

gz1=Σhf，1-2=λ（L/d）（u2/2）设流体流动符合柏拉修斯公式：

λ=0.3164/Re0.25

Re=duρ/μ∴gz=（0.3164/Re0.25）（L/d）（u2/2）=[0.3164/（ρ/μ）0.25]

（L/d1.25）（u1.75/2）即9.81×3.2＝[0.3164/（800/0.073）0.25]（50/0.301.25）（u1.75/2）

∴u=3.513m/s验证：

Re=0.3×3.513×800/0.073=1.155×104>3000，假设正确

∴V=Au=（π/4）d2u=（π/4）（0.3）2×3.513×3600=893.9（m3/h）

⑵流量减半，即流速减半u=3.513/2=1.757m/sRe=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）+ζ]（u2/2）

即9.81×3.2＝[（0.3164/57750.25）（50/0.30）+ζ]（1.7572/2）

∴ζ＝14.3

黏度为30cP、密度为900kg/m3的液体，自Ａ经内径为40mm的管路进入Ｂ，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：

（１）管路的流量m3/h？