丁玉兴主编化工原理习题解答.docx
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丁玉兴主编化工原理习题解答
丁玉兴编《化工原理》习题解答
第一章流体流动与输送
1.40%糖液的比重为1.18,试求其密度。
解:
由dt
得
3
1.18水1180kg/m
2、将以下压力单位换算为kPa,且各用表压和绝对压表示。
(1)0.4kgf/cm解:
T1kgf=9.81N
2
0.4kgf/cm
0.49.8110339.24kPa
104
P39.24kPa
P表PP大39.24101.362.06kPa
(2)50mmH2O
3
5010101.3
解:
P0.49kPa
10.33
P表PP大0.49101.3100.81kPa
(3)250mmHg(表压)
250
P表101.333.3kPa
760
PP表P大33.3101.3134.6kPa
(4)600mmHg(真空度)
P真600101.380.0kPa
真760
PP大P真101.380.021.3kPa
(5)300mmH2O(真空度)
300103
P真101.32.9kPa
真10.33
PP大P真101.32.998.4kPa
3.
400mmHg设当
某果汁浓缩锅的加热蒸汽绝对压力为1.4kgf/cm2,锅内的绝对压力为
地大气压为1at,试分别以SI制表示蒸汽的表压力和锅内的真空度。
p大1atm10133kPa
p表蒸汽p绝蒸汽
p真锅内p大p绝锅内
1.4
1.033
35
101.33101.013310
4
3.610Pa
1.0133105型101.331034.8104Pa
760
4、当地大气压为750mmHg寸,问位于水面下20m深处的绝对压是多少Pa和atm?
解:
由题意可得:
750mmHg1.0105Pa
PP0hg1.0105201.01039.82.96105Pa
5
又1atm1.01310Pa
P2.96105/1.0131052.92atm
5.用U形管压差计测定管路两点的压差。
管路中气体的密度是2kg/m3。
指示液是水,读数为
500mm计算压力差,用Pa表示。
解:
pR水气g0.51.010329.814895.2Pa
6、管子的内经是100mm当277K的流速是2m/s时,求体积流量V时和质量流量G时。
解:
由题意可得:
u2m/s7200m/h
d100mm
0.1m
ud27200
4
56.51.0
3.14
7.
比重为
1.2的糖液,
103
4
5.65
在293K时以
0.0156.5m3/h
104Kg/h
1m/s的流速和18.5t/h的质量流量流过一不锈钢管。
试确定该钢管的直径。
得
解:
由dt
1.2103kg/m3
u1m/s,G时18.5th18.5103kg/h
G时V时一d2ut—136001.210318.5103
44
得:
d0.074m
8、相对密度为0.91的椰子油沿内径是156mm的钢管输送,如果质量流量是50t/h,求体积流
量和流速。
解:
由题意可得:
50t/h50103/360013.89Kg/s
dT水0.911.0103910(Kg/m3)
VG/13.89/9100.015m3/s
uV/s0.015仃(0.156)20.79m/s
9.选择一水管,已知质量流量是320t/h,要求管内流速小于3m/s。
若仓库中库存有内
径为150、175、200、250mm四种规格的铸铁管,试问选用何种管子较为适宜?
又问选定管径
后管内流速是多大?
如出口改用一节内径为175mm的水管,此时管内流速是多大?
解:
G时320t/h320103kg/h
由G时匸几3600得:
u
4G时d23600
4320103
1033.14d23600
3m/s
得:
d0.194m
则选用直径为200mm管子为宜。
4G时
d23600
2.83m/s
如出口改用一节内径为
175mm的水管,由于连续流动,所以流体质量流量相等,
u/
4G时
2
d3600
3.70m/s
10、相对密度为0.9的料液从高位槽自动流入精馏塔中,塔内表压为4X10Pa,为了保持管内
流速为2m/s。
试求高位槽内液面距塔进口的垂直距离。
(已知损失能量为24.5J/匕当地大
气压是10x10Pa)
解:
由题意可得:
取高位槽液面为截面1-1,精馏塔液面为截面2-2,取截面2-2为基准面,在两截面之间列出
能量衡算方程
2
Ui
2
已知z1?
z20,u2
0.9103kg/m3,h损
2m/s,u1
i24.5J/kg
0,P1
P大
1.0105Pa,P2P表
将上述数据代入,得
02
105
22
1.4
105
9.81Z[
3
9.810
3
24.5
2
0.910
2
0.9
10
解之得:
z1
7.23m
gZi
gZ2
2
U2
2
R2
h损
R大41041051.410
11.一水平放置的锥形管,水入口处的内径为150mm流速为8m/s,绝对压强为1.47X
105Pa。
水出口处的内径为
250mm试求水出口处的流速和绝对压强。
12、浓度为60%的糖液(黏度60cp、密度为1280Kg/m3),从加压容器经内径6mm的短管
出。
问当液面高于流出口1.8m时,糖液流出的体积流量为多少?
假定无摩擦损失,液面上的
压力为0.715kgf/cm(表压),出口为1atm(一个大气压)。
解:
取加压容器口为截面1-1,高位槽液面为截面2-2.取截面1-1为基准面,在两截面之间
列出能量衡算方程
22
u1P1比F2
9乙2gz22E损
5559.810.7155
已知Z10,Z21.8m,U20,U1?
R1.01310Pa,P2P表P大1.013101.4104—1.71310Pa
10
1280kg/m3,
将上述数据代入,得
2
9.81乙且
2
1.013105
2
9.811.8—
2
1.713105
1280
1280
解之得:
u1
12.03m/s
2
3.14
2
3
V时u1—
4
d12.03
4
(0.006)
36001.22m/h
13.用泵从河中抽水作为喷洒冷却器用水。
泵的吸入管内径为120mm压出管内径为
35
80mm水的流量是45m/h。
水出口处比河面高6m。
大气压为10Pa。
损失能量为98.1J/kg。
求泵有效功率。
14、已知水的流量是每秒动形态。
解:
从本书附录中查得水在
1.0103kg/m3,
15L,温度为277K,在104mm2mm钢管内流动,试确定水的流
277K时
uV/s15
103/4
(0.1)21.91m/s
则Re
du
0.11.911.0103
3
1.567410
Re4000,水在管中的流动态为湍
121858
流。
1.5674cp,d10422100mm0.1m
27mm的不锈钢管。
牛奶的黏度为2.12cP,相对密度为
15.牛奶以2.25L/S的流量流过内径为
1.03,试问该流动为层流或是湍流?
16、从水塔引水至车间,采用10.16cm水管,其管路的计算总长度(包括直管和管件阀门的
当量长度)为150m,设水塔内水面维持恒定,且高于排水管口12m,水温为12C,试求此管
路中水的流量。
解:
设水塔截面
H,排水管口截面
2-2,并以截面2-2为基准面,列出两截面间伯努利方程
P
2
U1
Hz2
F2
2
U2
h损
Z1
g
2g
g
2g
已知z2
0,Z1
12m,R
0(表压),
P20(表压),U10,U20,H0(无泵)
查得水在12C时,999.7kg/m3
u11.236310(Pas),代入伯努利方程得
h损12
设管内流速为u
h损(丄)比12d2g
u20.16
(1)假设0.02得
0.02u20.16
u2.8m/s
校核假设是否正确,当u2.8m/sW,管内的Re为:
0.10162・8999.72.3105
根据此Re值,此与假设
3
1.232610
查Re曲线,得
0.02不符,需重新假设
0.0158
(2)再假设
0.015得
0.015u2
0.16,u3.3m/s
算得Re
0.10163.3999.7占
查得
1.2363105
0.015与假设值相等
105
因此u3.3m/s
则该系统每小时水的流量为
314(0.1016)2
4
3
3.3360096.3m/h
17.某离心清水泵的性能表上标明允许吸上真空高度为5.5。
如泵运转地区的大气压力
为80kPa,输送40C的水。
求该泵的安装高度。
18、某车间排出的冷却水温度为65C,以40m3/h德流量注入一贮水池中,同时用一有水泵
连续地将此冷却水送到一凉水池上方的喷头中。
冷却水从喷头喷出,然后落到凉水池中,以
达到冷却的目的。
已知水在进入喷头前要保持50kPa(表压)的压力,喷头入口比贮水池水面
高2m,吸入管路和压出管路的损失压头分别为0.5m和1m,试计算下列各项:
(1)选择一台合适的离心泵,并计算泵的轴功率。
(2)确定泵的安装高度(以本地区大气压计,管内动压头可忽略不计)
解:
已知z2z12m,P2P50103Pa,u2u10,h损10.51.5m
对该系统列伯努利方程,得
22
P2P1U2U1,
(Z2zi)h损
g2g
3
5010
983.29.81
1.5
8.7m
在泵附录中查得ls10065200符合要求,其主要性能如下:
流量60m3/h
轴功率2.61kW
74%
汽蚀余量
2.5m
轴功率:
N
2.61
983.22.57kW
1000
P3
Pv
..101
103
3
25.0110
z允许
h允许h损
2.51.53.9m
g
g
983.2
9.81
扬程11.8m
转速
1450r/min
效率
第二章流体与粒子间的相对运动过程
1、计算直径d为80m,密度
s2800kg/m3的固体颗粒,分别在20C空气和水中的自
由沉降速度。
解:
(1)在20C水中:
3
水0.001Pas,水1000kg/m
设沉降在层流区进行,由斯托克斯定律得:
U0