化工原理题目答案.docx

1、化工原理题目答案1 .高位槽内的水面高于地面8m，水从1084mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按f = 6.5 u2 计算，其中u为水在管道的流速。试计算： AA 截面处水的流速； 水的流量，以m3/h计。 解：设水在水管中的流速为u ，在如图所示的11, ，22,处列柏努力方程 Z1 + 0 + 1/= Z2+ 22 + 2/ + （Z1 - Z2）g = u2/2 + 6.5u2 代入数据 (8-2)9.81 = 7u2 , u = 2.9m/s 换算成体积流量 VS = uA= 2.9 /4 0.12 3600 = 82 m3/h 10.用

2、离心泵把20的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为762.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66103a,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按f,1=2u2，入或排出管的流速/s。排水管与喷头连接处的压强为98.07103a（表压）。试求泵的有效功率。解：总能量损失hf=hf+，1hf，2 u1=u2=u=2u2+10u212u2 在截面与真空表处取截面作方程： z0g+u02/2+P0/=z1g+u2/2+P1/+hf，1 （ P0-P1）/= z1g+u2/2 +hf，1 u=2m/s ws=uA=7.9kg

3、/s 在真空表与排水管-喷头连接处取截面 z1g+u2/2+P1/+We=z2g+u2/2+P2/+hf，2 We= z2g+u2/2+P2/+hf，2（ z1g+u2/2+P1/） =12.59.81+（98.07+24.66）/998.21031022=285.97J/kg Ne= Wews=285.977.9=2.26kw 12.本题附图所示为冷冻盐水循环系统，盐水的密度为1100kgm3，循环量为36m。3管路的直径相同，盐水由A流经两个换热器而至B的能量损失为98.1Jkg，由B流至A的能量损失为49Jkg，试求：（1）若泵的效率为70%时，泵的抽功率为若干kw？（2）若A处的压强表

4、读数为245.2103a时，B处的压强表读数为若干Pa？ 解：（1）由A到B截面处作柏努利方程 0+uA22+PA/1=ZBg+uB22+PB+9.81 管径相同得uA=uB （PA-PB）/=ZBg+9.81 由B到A段，在截面处作柏努力方程ZBg+uB22+PB/+We=0+uA2PA/+49 We=（PA-PB）/- ZBg+49=98.1+49=147.1J/kg WS=VS=36/36001100=11kg/s Ne= WeWS=147.111=1618.1w 泵的抽功率N= Ne /76%=2311.57W=2.31kw （2）由第一个方程得（PA-PB）/=ZBg+9.81得 P

5、B=PA-（ZBg+9.81） =245.21031100(79.81+98.1) =6.2104Pa 15.在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计，以测量两截面的压强差。当水的流量为10800kg/h时，U管压差计读数R为100mm，粗细管的直径分别为603.5mm与453.5mm。计算：（1）1kg水流经两截面间的能量损失。（2）与该能量损失相当的压强降为若干Pa？ 解：（1）先计算A，B两处的流速： uA=ws/sA=295m/s，uB= ws/sB 在A，B截面处作柏努力方程： zAg+uA2/2+PA/=zBg+uB2/2+PB/+hf 1kg水流经A，

6、B的能量损失： hf= （uA2-uB2）/2+（PA- PB）/=（uA2-uB2）/2+gR/=4.41J/kg （2）.压强降与能量损失之间满足： hf=P/ P=hf=4.4110316. 密度为850kg/m3，粘度为810-3Pas的液体在内径为14mm 的钢管内流动，溶液的流速为1m/s。试计算：（1）泪诺准数，并指出属于何种流型？（2）局部速度等于平均速度处与管轴的距离；（3）该管路为水平管，若上游压强为147103a，液体流经多长的管子其压强才下降到127.5103a？ 解：（1）Re =du/ =（1410-31850）/（810-3）=1.49103 2000 此流体属于

7、滞流型 （2）由于滞流行流体流速沿管径按抛物线分布，令管径和流速满足 y2 = -2p（u-um） 当=0时 ,y2 = r2 = 2pum p = r2/2 = d2/8 当=平均=0.5max= 0.5m/s时, y2= - 2p（0.5-1）= d2/8 =0.125 d2 即 与管轴的距离 r=4.9510-3m (3)在147103和127.5103两压强面处列伯努利方程 u 12/2 + PA/ + Z1g = u 22/2 + PB/+ Z2g + f u 1 = u 2 , Z1 = Z2 PA/= PB/+ f 损失能量f=（PA- PB）/=（147103-127.5103

8、）/850 =22.94 流体属于滞流型 摩擦系数与雷若准数之间满足=64/ Re 又 f=（/d）0.5 u 2 =14.95m 输送管为水平管，管长即为管子的当量长度 即：管长为14.95m 18. 一定量的液体在圆形直管内做滞流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至原有的1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍？ 解：管径减少后流量不变 u1A1=u2A2而r1=r2 A1=4A2 u2=4u 由能量损失计算公式f=?（/d）（1/2u2）得 f，1=?（/d）（1/2u12） f，2=?（/d）（1/2u22）=?（/d） 8（u1）2 =16f，1 hf2 = 16 hf1

9、 20. 每小时将2103g的溶液用泵从反应器输送到高位槽。反应器液面上方保持26.7103a的真空读，高位槽液面上方为大气压强。管道为的钢管，总长为50m，管线上有两个全开的闸阀，一个孔板流量计（局部阻力系数为4），5个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15m 。若泵效率为0.7，求泵的轴功率。 解： 流体的质量流速 s = 2104/3600 = 5.56 kg/s 流速 u =s/(A)=1.43m/s 雷偌准数Re=du/= 165199 4000 查本书附图1-29得 5个标准弯头的当量长度: 52.1=10.5m 2个全开阀的当量长度: 20.45 = 0.9m 局部阻力当量

10、长度 e=10.5 + 0.9 = 11.4m 假定 1/1/2=2 lg(d /) +1.14 = 2 lg(68/0.3) + 1.14 = 0.029 检验 d/(Re1/2) = 0.008 0.005 符合假定即 =0.029 全流程阻力损失 =(+ e)/d u2/2 + u2/2 = 0.029(50+11.4)/(68103) + 41.432/2 = 30.863 J/Kg 在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得 P1/+ We = Zg + P2/+ We = Zg + (P1- P2)/+ = 159.81 + 26.7103/1073 + 30.863 = 202.9 J/

11、Kg 有效功率 Ne = Wes = 202.95.56 = 1.128103 轴功率 N = Ne/=1.128103/0.7 = 1.61103W = 1.61KW 22如本题附图所示，贮水槽水位维持不变。槽底与内径为100mm 的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15m 处安有以水银为指示液的U管差压计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的长度为20m。 （1）.当闸阀关闭时，测得R=600mm，h=1500mm；当闸阀部分开启时，测的R=400mm，h=1400mm。摩擦系数可取0.025，管路入口处的局部阻力系数为0.5。问每

12、小时从管中水流出若干立方米。 （2）.当闸阀全开时，U管压差计测压处的静压强为若干（Pa，表压）。闸阀全开时le/d15，摩擦系数仍取0.025解: 根据流体静力学基本方程, 设槽面到管道的高度为x 水g(h+x)= 水银gR 103(1.5+x) = 13.61030.6 x = 6.6m 部分开启时截面处的压强 P1 =水银gR -水gh = 39.63103Pa 在槽面处和1-1截面处列伯努利方程 Zg + 0 + 0 = 0 + u2/2 + P1/ + 而= (+e)/d + u2/2 = 2.125 u2 6.69.81 = u2/2 + 39.63 + 2.125 u2 u =

13、3.09/s 体积流量s= uA= 3.09/4(0.1)23600 = 87.41m3/h 闸阀全开时 取2-2,3-3截面列伯努利方程 Zg = u2/2 + 0.5u2/2 + 0.025(15 +/d)u2/2 u = 3.47m/s 取1-13-3截面列伯努利方程 P1/ = u2/2 + 0.025(15+/d)u2/2 P1 = 3.7104Pa 26. 用离心泵将20水经总管分别送至A，B容器内，总管流量为89m/h3，1275mm。原出口压强为1.93105Pa，容器B内水面上方表压为1kgf/cm2，总管的流动阻力可忽略，各设备间的相对位置如本题附图所示。试求：（1）离心泵

14、的有效压头H e；（2）两支管的压头损失Hf，o-A ，Hf，o-B，。 解：（1）离心泵的有效压头 总管流速u = Vs/A 而A = 3600/4(117)210-6 u = 2.3m/s 在原水槽处与压强计管口处去截面列伯努利方程 Z0g + We = u2/2 + P0/+f 总管流动阻力不计f=0 We = u2/2 + P0/-Z0g =2.32/2 +1.93105/998.2 -29.81 =176.38J/Kg 有效压头He = We/g = 17.98m 两支管的压头损失 在贮水槽和表面分别列伯努利方程 Z0g + We = Z1g + P1/+ f1 Z0g + We =

15、 Z2g + P2/+ f2 得到两支管的能量损失分别为 f1= Z0g + We (Z1g + P1/) = 29.81 + 176.38 (169.81 + 0) =39.04J/Kg f2=Z0g + We - (Z2g + P2/) =29.81 + 176.38 (89.81 + 101.33103/998.2) =16.0 J/Kg 压头损失 Hf1 = f1/g = 3.98 m Hf2 = f2/g = 1.63m 28本题附图所示为一输水系统，高位槽的水面维持恒定，水分别从BC与BD两支管排出，高位槽液面与两支管出口间的距离为11m，AB段内径为38mm，长为58m；BC支管

16、内径为32mm，长为12.5m；BD支管的内径为26mm，长为14m，各段管长均包括管件及阀门全开时的当量长度。AB与BC 管的摩擦系数为0.03。试(1)当BD 支管的阀门关闭时，BC支管的最大排水量为若干m3h？ (2)当所有的阀门全开时，两支管的排水量各为若干m3h？BD支管的管壁绝对粗糙度为0.15mm，水的密度为1000kg/m3，解:（1）BD 支管的阀门关闭 VS,AB = VS,BC 即 u0A0 = u1A1 u0382/4 = u1322/4 u0 = 0.71u1 分别在槽面与C-C,B-B截面处列出伯努利方程 0 + 0 + Z0g = u12/2 + 0 + 0 +

17、f,AC 0 + 0 + Z1g = u02/2 + 0 + 0 + f,AB 而f,AC = ?AB/d0 )u02/2 + ?BC/d1)u12/2 = O.03(58000/38) u02/2 + 0.03(12500/32)u12/2 = 22.89 u02 + 5.86 u12 f,AB = ?AB/d0)u02/2 = O.03(58000/38)u02/2 = 22.89 u02 u1 = 2.46m/s BC支管的排水量 VS,BC = u1A1 = 7.1m3/s 所有的阀门全开 VS,AB = VS,BC + VS,BD u0A0 = u1A1 + u2A2 u0382/4

18、 = u1322/4 + u2262/4 u0382 = u1322 + u226假设在BD段满足1/1/2=2 lg(d /) +1.14 D = 0.0317 同理在槽面与C-C,D-D截面处列出伯努利方程 Z0g = u12/2 + f,AC = u12/2 +?AB/d0 )u02/2 + ?BC/d1)u12/2 Z0g = u22/2 + f,AD = u22/2 +?AB/d0 )u02/2 +D?BD/d2)u22/2 联立求解得到 u1 = 1.776 m/s, u2 = 1.49 m/s 核算Re = du/ = 2610-31.49103/0.001 = 38.74103

19、 (d/)/Re1/2 = 0.025 0.005 假设成立 即 D,C两点的流速 u1 = 1.776 m/s , u2 = 1.49 m/s BC段和BD的流量分别为 VS,BC = 3210(/4)36001.776 = 5.14 m3/s VS,BD = 2610(/4)36001.49 = 2.58 m3/s 2. 用离心泵以40m3h 的流量将贮水池中65的热水输送到凉水塔顶，并经喷头喷出而落入凉水池中，以达到冷却的目的，已知水进入喷头之前需要维持49kPa的表压强，喷头入口较贮水池水面高6m，吸入管路和排出管路中压头损失分别为1m和3m，管路中的动压头可以忽略不计。试选用合适的离

20、心泵并确定泵的安装高度。当地大气压按101.33kPa计。 解：输送的是清水 选用B型泵 查65时水的密度 = 980.5 Kg/m 3 在水池面和喷头处列伯努利方程 u12/2g + P1/g + = u12/2g + P2/g + f + Z 取u1 = u2 = 0 则 = (P2- P1)/g + f + Z = 49103/980.59.8 + 6 + (1+4) = 15.1 m Q = 40 m 3/h 由图2-27得可以选用3B19A 2900 4 65时清水的饱和蒸汽压PV = 2.544104Pa 当地大气压 a = P/g = 101.33103 /998.29.81 =

21、 10.35 m 查附表二十三 3B19A的泵的流量: 29.5 48.6 m 3/h 为保证离心泵能正常运转,选用最大输出量所对应的S 即S = 4.5m 输送65水的真空度 S = S +(a-10)-( PV/9.81103 0.24)1000/=2.5m 允许吸上高度Hg = S - u12/2g -f,0-1 = 2.5 1 = 1.5m 即 安装高度应低于1.5m 3常压贮槽内盛有石油产品，其密度为760kg/m3，粘度小于20cSt，在贮槽条件下饱和蒸汽压为80kPa，现拟用65Y-60B型油泵将此油品以15m3流送往表压强为177kPa的设备内。贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮

22、槽液面高5m，吸入管路和排出管路的全部压头损失为1m 和4m 。试核算该泵是否合用。若油泵位于贮槽液面以下1.2m处，问此泵能否正常操作？当地大气压按101.33kPa计. 解: 查附录二十三 65Y-60B型泵的特性参数如下 流量 Q = 19.8m3/s, 气蚀余量h=2.6 m 扬程H = 38 m 允许吸上高度 Hg = (P0- PV)/g - h-f,0-1 = -0.74 m -1.2 扬升高度 Z = H -f,0-2 = 38 4 = 34m 如图在1-1,2-2截面之间列方程 u12/2g + P1/g + = u22/2g + P2/g + f,1-2 + Z 其中u12

23、/2g = u22/2g = 0 管路所需要的压头: e=(P2 P1)/g + Z + f,1-2 = 33.74m Z = 34 m 游品流量Qm = 15 m3/s 2105 假设成立 u1= u2(d2 / d1)2 = 1.23 m/s 允许气蚀余量 h = (P1- P2)/g + u12/2g P1 = Pa - P真空度 = 28.02 Kpa h = (28.02-2.3346)103/998.29.81 = 2.7 m 允许吸上高度 Hg =(Pa- PV)/g - h-f 离心泵离槽面道路很短 可以看作f = 0 Hg =(Pa- PV)/g - h =(101.4 2.

24、3346)103/(998.29.81) 2.7 =7.42 m 6. 某型号的离心泵，其压头与流量的关系可表示为H=18 - 0.6106Q2（H单位为m，Q单位为m3s） 若用该泵从常压贮水池将水抽到渠道中，已知贮水池截面积为100m2，池中水深7m。输水之初池内水面低于渠道水平面2m，假设输水渠道水面保持不变，且与大气相通。管路系统的压头损失为Hf=0.410 Q2（Hf单位为m，Q单位为m3s）。试求将贮水池内水全部抽出所需时间。 解: 列出管路特性方程e= K + Hf K= Z + P/g 贮水池和渠道均保持常压 P/g = 0 K= Z e= Z + 0.4106Q2 在输水之初

25、Z = 2m e= 2 + 0.4106Q2 联立H=18-0.6106Q2 ，解出此时的流量Q = 410-3m3/s 将贮水槽的水全部抽出 Z = 9m e= 9 + 0.4106Q2 再次联立H=18-0.6106Q2 ，解出此时的流量Q = 310-3m3/s 流量Q 随着水的不断抽出而不断变小 取Q 的平均值 Q平均= （Q + Q）/2 = 3.510-3m3/s 把水抽完所需时间 = V/ Q平均 = 55.6 h 8 . 现采用一台三效单动往复泵，将敞口贮罐中密度为1250kg/m3的直径为70mm，冲程为225mm，往复次数为2001/min，泵的总效率和容积效率为0.9和0

26、.95。试求泵的实际流量，压头和轴功率。 解：三动泵理论平均流量 QT = 3ASnr = 3/4 (0.07)20.025200 =0.52m3/min 实际流量Q = QT =0.950.52 = 0.494 m3/min 泵的压头 H = P/g + u2/2g + Hf + Z 取u2/2g = 0 =P/g + Hf + Z = 1.28106/12509.81 + 2 + 10 = 116.38m 轴功率 N = HQ/102 = 13.05 Kw 3在底面积.40m2的除尘室回收气体中的球形固体颗粒气体的处理量为3600m3h ，固体的密度s=3600kg/m3，操作条件下气体的

27、密度=1.06kg/m3，粘度为3.410-5Pa?s。试求理论上完全除去的最小颗粒直径。解：根据生产能力计算出沉降速度 ut = Vs/b= 3600/40 m/h = 0.025m/s 假设气体流处在滞流区则可以按 ut = d2（s- ）g/18进行计算 d2 = 18/（s- ）g ut 可以得到 d = 0.17510-4 m 核算Re = dut/ 1 ， 符合假设的滞流区能完全除去的颗粒的最小直径 d = 0.17510-4 m = 17.5 m 5. 含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m3，气体流量为000m3h，粘度为.610-5Pa?密度为.674kg/m3，采用如图3-

28、8所示的标准型旋风分离器进行除尘。若分离器圆筒直径为0.4m，试估算其临界直径，分割粒径及压强降。 解：(1) 临界直径 选用标准旋风分离器 Ne = 5 ，= 8.0 B = D/4 ，h = D/2 由Vs = bhui 得 Bh = D/4 D/2 = Vs /ui ui = 8 Vs /D2 根据dc = 9B/(Nesui )1/2 计算颗粒的临界直径 dc = 93.6100.250.4/(3.145230013.889)1/2 = 8.0410-6 m = 8.04 m （2）分割粒径 根据 d50 = 0.27D/ut（s- ）计算颗粒的分割粒径 d50 = 0.273.610

29、-50.4/(13.8892300)1/2 = 0.0057310-3m = 5.73m （3）压强降 根据 P = ui2/2 计算压强降 P = 8.00.67413.8892/2 = 520 Pa 7.验室用一片过滤面积为0.1m3的的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行实验，滤叶内部真空读为500mmHg，过滤5min的滤液1L，又过滤5min的滤液0.6L，若再过滤5min得滤液多少？ 分析：此题关键是要得到虚拟滤液体积，这就需要充分利用已知条件，列方 方程求解 解：虚拟滤液体积 由过滤方程式 V2 + 2VVe= KA2 过滤5min得滤液1L （110-3）2 + 210-3 Ve= KA25 过滤10min得滤液1.6L （1.610-3）2 + 21.610-3 Ve= KA210 由式可以