化工原理计算试题.docx

1、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，A BDD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RA BhAA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

2、)(0.10) 2=4.244 m/s ，B=4.244 (1/2.4)2 =0.7368 m/supA/2/2= ghpB/2 hfuA uB /2A/(B/)=(i )/pghpgRpApB=( i ) gR gh=(13.61) 1039.81 0.020+10 3 9.81 0.3=5415 Pa(2)f =(A/B/)u2u2A/2B /2hpghp=(i)/ A2/2B2 /2gRuu=(13.61) 9.81 0.020 (4.244) 2/2 (0.7368) 2/2=11.2 J/kg即 pf = hf =103 11.2=11.2 103 Pa换成 mmHg:Hf =pf

3、/(Hg g)= 11.2103 /(13.6 103 9.81)=0.0839 mHg=83.9 mmHg(3) A/2B/u2A /2=B /2fpuph A、B、 hf 均不变，故(i)/ 之值不变uugR即 R 不变， R =R=20 mm水平放置时 pp = (13.6 1)3A10 9.81 0.020 =2472Pa 比倾斜放置时的压差值小。B2 计算题 j02b20067 (20分)如图所示的输水系统, 输水量为3802mm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/cm

4、2。试求：(1)水泵的升扬高度；(2)若水泵的效率 =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。0.24.8精选文库U=36/3600/(0.785 0.076 2 ) 2.2 m/s(1)在 2-2与 3-3 截面列 B.eq.5分Z2+p/ g+U22/2g+He =Z 3+P3/ g+U32/2g+Hf2-3U2 =U3 不计 Hf 2-3He =(Z 3-Z 2)+(P 3 +P2 )/ g=0.2 + (2.5+0.525)/(10 3 9.81) 9.81 104=30.5mH 2O 柱在 1-1

5、与 4-4 列 B.eq.He =Z1-4 +Hf 1-4 +Hf3-4Z1-4 =He -(Hf 1-4 +Hf3-4 )=30.5-(0.2+0.5)=29.8m升扬高度为 29.8m(2) Pa =Heqv g/ =30.5 0.01 103 9.81/0.7=4.27 KW3分(3)在 1-1与2-2 列 B.eq, 得5分0=Z2+(-P)/g+U2 2/2g+Hf1-P=Z2/2-Hf 1 - g2 g-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 =386mmH

6、g (表)-P2 =真空度吸入管路上真空表读数为 386mmHg柱 =0.525at3 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340m/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 0.4Pa s 。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。A=( /4)(0.15)2=0.0177m2u=40

7、/(3600 0.0177)=0.63m/sRe=du/ =0.15 0.63 890/0.4=210(层流 )=64/Re=64/210=0.304Hf =(l/d)(u2 /2g)=0.304 (2000/0.15) 0.63 2 /(2 9.81)=82.1mWs=40890/3600=9.9kg/s N=82.1 9.81 9.9/(10000.65)=12.3kwH=0.8Hf =65.7mPf =65.7 9.81 890=5.736 105N/m对于层流 Pf =32l u/du=Pf d /(32l )=5.736 105 0.15/ (322000 0.4)=0.504m/s

8、V=3600 0.504 0.0177=32.1m 3/h4 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108 4mm，长 2m的钢管。泵压出管路为 763mm,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/cm 2( 表压 ) ，碱液密度 =1100kg/m3 ，泵的效率 =0.6 ，直管阻力系数 =0.02( 吸入、压出管道取近似相同值 ) ，弯头 =0.75 ，标准阀 =6，闸阀 =0.1

9、7 ，孔板 =8，试求泵所需功5 5Pa空气水1 13 34 4率。2 2 2精选文库j01a150616=( /4) 0.04 2 0.622g 0.456 (13600-1100)/11000.5 =0.00785m3 /su 1 =0.00785/( /4) 0.1 2 =1m/s u 0=1(0.1/0.07)2=2.04m/shf =(0.02 2/0.1+0.5) 12/2g+(0.02 30/0.07+4 0.75+6+0.17+8) 2.04 2 /2g=5.51m He=5.51+(20-1.5)+0.5 104/1100+2.04 2 /2g=28.77mN=28.77 0

10、.00785 1100/(102 0.6)=4.084kw5.j02b100556用泵将贮槽中的石油送至高位槽中，两槽液面恒定不变，且其液面差为。管子规格为，管3 3 2路总长为 （包括局部阻力的当量长度内。 ）要求流量为 /h 。已知石油密度为 Kg/m ，粘度为 N.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）（） （ 2） 21 (3600 0.785 2 ) m/se 0.080 1.16 920/0.5 层流 e 0.374 0.374 （ 200/0.08 ） 920 2 2 5.79 5 N/m2 f

11、 5.8 5 920629.9 J/Kg（2） e 1000 f 9.81 15+629.9=777 J/Kg(3) e 21920 777 (3600 1000) 4.17 KW在层流范围内L Z+ f/g= Z+64/(du / ) ( 1/d)(1/2g)(Q 2/(0.785d 2 ) 2 )=15+1.104 104Q Q 为m3/s6 j02b15064 6 欲用离心泵在两敞口容器间输液 , 该水泵铭牌标有：流量 3 /h ，扬程 15m，轴功率 . Kw,效率 %，配用 KW电机，转数 r/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

12、）（）输送比重为的溶液，流量为 3 /h ，扬程。（）输送比重为的油类，流量为 3 /h ，扬程。（）输送比重为的清液，流量为 3 /h ，扬程。答案：（） 电动机功率不够 38/3600 151800/(102 0.8) KW 换大电机（） 扬程不够（ ）2（） 2 增加转分。检查功率： （ ） 3（）3 KW换一电机功率为 KW，转分。（）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 83 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,

13、 压力表安装位置离贮水池的水面高度为35m。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/cm 2 ，泵的效率为70%，试求：两液面的高度差 H 为多少 m?泵所需的实际功率为多少KW?真空表的读数多少 kgf/cm2 ?解：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 ) H 2 g+(p 2/ )+(u 22/2)=H 3g2+(p 3/ )+(u 3/2)+hf2-31at=9.807104 N/m2 =1kg/c

14、m 2u=Q/A=(36/3600)(/4)0.0762=2.21m/s(2.5 9.807 104/10 3 )+(2.21 2/2)=H 39.81+4.9245.2+2.44=9.81H 3 +4.9H3=242.74/9.81=24.74mH=H3+5=24.74+5=29.74m在 0-0 和 3-3间列柏努利方程以0-0 为基准面 ( 求 We)H0 g+(p 0/ )+(u 022/2)+We=H3g +(p 3 /)+(u 3 /2)+hf 0-3We=H3g +hf 0-3 =29.74 9.81+(1.96+4.9)=298.62J/kgMs=Vs=(36/3600) 10

15、3 =10kJ/sNe=Ms We= 10298.62WN 实=Ne/ =2986.2/0.70=4267W=4.267kW在 C-C 和 H 间列柏氏方程以 0-0 为基准面H0 g +(p0/ )+(u2/ )+(u2/2)+hf 0-10 /2)=H 1g+(p 11(pa p1)/ =4.8 9.81+(2.21 2 /2)+1.96=51.49m 2/s 2=51.49 103/(9.807 104)at=0.525kgf/cm28 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

16、管总长为 180m(包括局部阻力的当量长度 ) ，系统的摩擦系数可取 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) q v=?m3/h5分在 B-B 及 C-C 面上列柏努利方程22Hf B-CU C=0UB /2g + PB/ g + Z B UC /2g +0+Zc + 4精选文库Hf =

17、(l/d)U B2 /2g( (l/d)-1)U B2 /2g=25-18=7.0UB2/2g =7/( (l/d)-1)=7/(0.024180/0.1 -1)=0.166 U B=1.8m/sqv =( /4)d 2UB=( /4) 0.1 2 1.8=0.01417m 3 /s=51.0m 3/h(2) 工作点 : 由 qv 查图 b 得工作点 P(51,31) 10 分 H=31.0m =70%Pf =? 在 0-0 及 C-C 列方程 :0+H=Z C+ Hf0-C Hf 0-C =H-ZCHf =31-(18+0.5+1.5)=11.0Pf =115110009.81/ (3600

18、0.7 103)=2.18 KW(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 =600mm，=1500mm；当闸阀部分开启时，测得 =400mm，=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，=0.018 ），测压点处的静压强为若干N/m2（表压）。Lej01b15183解:(1) 当闸阀全关时 , 根据

19、静力学关系 : ( ZA+h) g=RHgg得水槽液位高度 : ZA=RHg/ - 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 /2 g+PB/ g+ hfABPB/ g=( R Hg- h)/ =(0.4 1.36 10 4 - 1.4 1000)/1000=4.04m22/2 g=(1+ (L/d)+2/2 gZA- PB/ g=uB /2 g+( L/ d)+ ) uB) uB6.66- 4.04=(1+0.02 15/0.1+0.5)u2g=4.52/2gB /2BuuB= 2.62 2 9.81/4.5 =3.3

20、8 m/sV=(/4) d2u3600=0.7850.1 23.38 3600=95.5 m 3 /h(3)当闸阀全开时 , 列 A-A 与 C-C 截面伯努利方程 :ZA=uc 2 /2 g+ hfA-C =(1+ ( L+Le)/ d+) uc 2/2 g6.66=(1+0.018(35/0.1+15)+0.5) uc 2 /2 g解得 uc=4.02m/s由 A-A 与 B-B 截面间伯努利方程式得 :Z A=uB2 /2 g+PB/ g+ hfAB 5精选文库=PB/ g+(1+ ( L/ d)+ ) uB2/2 g2 PB/ g=ZA-(1+ ( L/ d)+ ) uB /2 g=6

21、.66- (1+0.018 15/0.1+0.5) 4.02 2/(2 9.81)=3.20 mPB=3.2010009.81=3.14 10 4 N/m29. 三 计算题 (15 分 ) j01b20095某液体密度 800kg/m 3，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： 管内流量为多少 ? 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： =64/Re ；湍流： =0.3164/Re 0.25j01b2

22、0095在 1-1 面和 2-2 面之间，列柏式以 2-2面为基准面： u1 u2 0gz 1=hf 1-2 = (l/d)(u2 /2)设流体流动符合柏拉修斯公式：=0.3164/Re 0.25Re=du/ gz1=(0.3164/Re 0.25)(l/d)(u2/2)=0.3164/( / ) 0.25 (l/d1.25 )(u 1.75 /2) u1.75 =2gz1 /0.3164/( / )0.25 (l/d1.25)=29.81 3.2/0.3164/(800/0.073)0.25(50/0.31.25 )=9.01542u=3.513m/s验证： Re=0.3 3.513 800

23、/0.073=11550 3000，假设正确V=Su=(/4)d 2u=( /4)(0.3) 2 3.513 3600=893.95(m 3 /hr)流量减半，即是流速减半 u=3.513/2=1.7565m/s Re=5775 符合柏拉斯式条件列 1-1 面至 2-2 之间的柏式： gz1=(0.3164/Re 0.25 )(l/d)+ (u 2/2) =2gz1 /u 2-(0.3164/Re 0.25 )(l/d)=29.81 3.2/1.75652-(0.3164/57750.25 ) (50/0.3)=14.3又 (u 2 /2)= (le /d)(u2/2)=(0.3164/Re0.25 )(le /d)(u2/2) =(0.3164/Re 0.25 )(le /d)le =(d /0.3164)Re 0.25=(0.3 14.3/0.3164) 57750.25 =118.2(m)传热过程计算1 j04c2012614有一套管换热器，由内管为542，套管为116 4的钢管组成。内管中苯自被加热至，流量为 kg/h 。环隙中为 at （绝）的饱和水蒸汽冷凝。蒸汽冷凝传热系数为2。10000W/m.已知：苯在之间的物性数据平均值为： kg/m， P1.86.86kJ/kg. W/m.， cP管