化工原理习题

1、 化工原理习题 计算1.水平串联的两直管1、2，管径d=d/2，管道1长为100m，已知流体在管道1中的雷诺数(Re)=1800，今测得某流体流经管道1的压强降为0.64(m液柱)，流经管道2的压强降为0.064(m液柱)，试计算管道2的长度(设局部阻力可略去)。答案* d=d/2 u=4u Re/Re=du/(du)=1/2 Re=900 =64/Re=0.0356 2 =0.071 p/p=2(l/d)(u/2)/1(l/d)(u/2) =2(l/2d)(u/4)/(100/d)u =l/(16100) l=161000.064/0.64=160m，由于水的压强产生水柱高1m; 截面2处管

2、内径为0.1m 。若忽略水由1至2处的阻力损失，试计算截面1、2处产生的水柱高度差h为多少m?答案* 列1-1、2-2间列柏努利方程式: Z+u/2g+p/g =Z+u/2g+p/g+hf p-p=g(u/2g-u/2g)=(u/2-u/2) u/u=d/d u=0.5(0.2/0.1)=2m.s u代入 p-p=(2-0.5/2)=1876N.m p-p=gh h=(p-p)/g =1875/(10009.81)=0.191m3.一输油管，原输送=900kg.m，=135cp的油品，现改输送=880kg.m，=125cp的另一油品。若两种油品在管内均为层流流动，且维持输油管两端由流动阻力所引

3、起的压强降-pf 不变,流型为层流，则输送的油量(质量流量m)有何变化?(用百分数表示)答案* 64/R（l/d)(u/2)=64/R(l/d)(u/2) u/(du)u=u/(du)u uu/=uu/ u/u=/ =1.35880/1.25900=1.056 输油量比原来增加5.6%4.某流体在管内作层流流动，若体积流量不变，而输送管路的管径增加一倍，求因摩擦损失而引起的压力降有何变化？答案* 根据泊氏方程：-p=32ul/d 以及： (/4)du=(/4)du=Vs已知：d=2d 则：u/u=d/d=(2d)/d=4 即：u=u/4原工况：-p=32ul/d 现工况：-p=32ul/d=

4、l=l u=u/4 d=2d 将上述各项代入并比较： 现/原:p/p=32(1/4)ul/(2d) /32ul/d=1/16 因摩擦而引起的压降只有原来的1/165.某厂如图所示的输液系统将某种料液由敞口高位槽A输送至一敞口搅拌反应槽B中,输液管为382.5mm的铜管,已知料液在管中的流速为u m.s,系统的hf=20.6u/2 J.kg,因扩大生产，须再建一套同样的系统, 所用输液管直径不变，而要求的输液量须增加30%,问新系统所设的高位槽的液面需要比原系统增高多少?答案* u0u p=p 于是gZ=gZ+hf g(Z-Z)=hf =20.6u/2 u=2g(Z-Z)/20.6 =(29.8

5、16/20.6) Z=Z+20.6u/2g =5+20.6(1.32.39)/(29.81) =15.14m 增高为：Z-Z=15.14-11=4.14m6如图所示的管路系统中，有一直径为382.5mm、长为30m的水平直管段AB, 并装有孔径为16.4mm的标准孔板流量计来测量流量,流量系数 Co=0.63。流体流经孔板永久压强降为3.510N.m，AB段的摩擦系数可取为0.024。试计算: 液体流经AB管段的压强差； 若泵的轴功率为500W， 效率为60%，则AB管段所消耗的功率为泵的有效功率的百分率。答案* 在A-B之间列柏方程(管中心线为基准面)：gZ+u/2+p/=gZ+u/2+p/

6、+hp-p=h=Lu/2d+p孔u=C2gR(-)/ =0.6329.810.6(13600-867)/867u=(16.4/33)pA -pB=0.024(30/0.033)(2.046/2)867+3.510 =74590N.mNe=W .W=(74590/867)(/4)du =86(0.7850.0332.046867)=130w有效功率百分数=130/(5000.6)100%=43.3% 7.某油品在894mm的无缝钢管中流动。 在A和B的截面处分别测得压强P15.210N.m，P14.810N.m。试计算管路中油品的流量。 已知：A.B间长为40m，其间还有2个90弯头（每个弯头的

7、当量长度35d），油820kg.m，油121cp。答案* AB间列柏努利方程： Z/2P/Z/2P/H （PP）/（ZZ）H （）/d/2g (15.2-14.8)10/(8209.81)-1=64/(du/)(l+l)/d/2 64/（d）（）/d/2 (3.97329.81(0.081)820/(641211045.67)=1.186 m.s 校验：Rd/0.0811.186820/（12110） 6512000 VA0.785（0.081）1.186 6.1110m.s22m.h。8图示为水泵进水管的装置。管子尺寸为573.5mm；管的下端位于储水池水面下2m，并装有底阀及滤网，该处之局

8、部阻力压头损失为12/（2）；截面22处的真空度为4m水柱；由11至22截面的沿程压头损失为9/（2）。试求：（1）进水管的流量为多少m.h；（2）进水口11处的表压为若干N.m？ 答案* 列水面与22截面列柏努利方程：（1）Z/2P/Z/2P/HZ0，0，P0，Z3m，P/4mHOH12/29/221/221/221/2/222/2431m （29.81/22） V36000.785（0.05）0.946.64m.h（2）进水口11处的表压P33截面为大槽距水面2m深处的大槽截面，3-3及1-1截面间的柏努利方程式 Z=Z=0 p/g=2 p/g u0 u=0.94ms H=12u/2g 2

9、=p/1000g+0.94/2g+120.94/2g p=13.8810 P=13.88KP=1.415m水9在实验室流体沿程阻力测定装置上，对1镀锌管 (内径27mm)，进行测试，测压点间距为5290(mm)，当水流量为2(L.s)时，水银压差计上读数为400(mm)。求：此时的值是多少?在同样条件下测定1/2镀锌管(管内径为16.25mm)的值; 当管内流速5.80m.s时,试估计测得的值应比高还是低?为什么?水的粘度=1cp,密度=1000kg.m答案* 水流量为0.002m3 .s 在1管u=0.002/(/4)0.0 27Re=3.4930.0271000/1094300 p=(13

10、.6-1.0)4009.8149440Pp=(l/d)(u/2) =494400.0272/(5.2 93.491000) =0.0414在(1/2)管中 d=16.25mm,u Re=0.016255.81000/1094250Re1 在湍流区：(Re,/d),若两管绝对粗糙度接近， 则/d10精馏塔C塔顶列管式冷凝器D壳方的冷凝液体经AB管线流至塔顶，管路系统的部分参数如附图所示。已知管径为222mm，AB管路总长与所有局部阻力 (包括进、出口) 的当量长度之和为25m。操作条件下液体的密度为1000kg.m，粘度为25cp。冷凝器壳方各处压强近似相等。求液体每小时的体积流量。摩擦系数可按

11、下式计算:层流时,=64/Re;湍流时,=0.3164/Re。答案* 在A、B两截面间列柏方程(以通过B的水平面为基准面)： gZA +(uA /2)+(pA /)=gZB +(uB /2)+(pB /)+hf A B pA =0.43136009.81=5.73710N.m pB =0.45136009.81=610N.m 设流动为层流，则 =64/Re=64/(du)hf A B =(l+le )/d(u/2) =64/(du)(l+le )/d(u/2) =61.73u将有关数代入柏方程求解：9.816+(5.73710/1000)=(610/1000)+61.73u Vh=0.991(

12、/4)0.0183600=0.834m.h验算：Re=0.0180.9111000/(2510)=6562100(层流)11有二个敞口水槽，其底部用一水管相连, 水从一水槽经水管流入另一水槽,水管内径0.1m,管长100m,管路中有两个90弯头,一个全开球阀, 如将球阀拆除,而管长及液面差H等其他条件均保持不变,试问管路中的流量能增加百分之几?设摩擦系数为常数,=0.023,90弯头阻力系数=0.75，全开球阀阻力系数=6.4。答案* 拆除球阀之前，管内流速为u1 ，取1-1与2-2截面列柏式：p=0 u=0 Z=HgH=hfhf =(l/d)+(u1 /2) =(l/d)+29 0 +球+缩

13、小+扩大(u1 /2) =0.023(100/0.1)+20.75+6.4+0.5+1.0(u1 /2) =16.2u1 拆除球之后，管内流速为u2hf =(l/d)+29 0 +小+大)(u2 /2) =0.023(100/0.1)+20.75+0.5+1.0)(u2 /2)=13u2 因拆除球阀前后H不变，hf =hf (u2 /u1 )=16.2/13=1.246 u2 /u1 =1.116 流量V关系为： V2 =1.116V112.如图所示:水以一定流速自下向上流动，在U形压差计中测得读数h100mm，二测 压孔间距为1m，求： （1）流体由2-2截面流至1-1截面的能量损失h为多少m水柱？ （2）2-2与1-1截面间静压差P为多少m水柱？ （3）若流体作反向流动，则U形压差计读数为多大？答案* （1）列2-2与1-1截面柏努利方程式得： P/P/h 即（PP）/h 列00等压面静力学方程式得： （PP）/（）/ 比较式与式得： （）/0.112.61.26mHO （2）（PP）/1.2612.26mHO （3）若反向流动，采用类似方法可得 （PP）/h （PP）/（）/ 即h（-）/ h100mm13水从蓄水箱，经过一水管流出，如附图所示。假如，Z12m， ZZ6.5m，d20 mm，d10mm， 水流经d管段的阻力损失为2m HO，流经d