第一章-流体流动与输送设备(习题及答案)教学文稿

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________第一章流体流动与输送设备1.燃烧重油所得的燃烧气，经分析知其中含CO28.5％，O27.5％，N276％，H2O8％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa解：混合气体平均摩尔质量∴混合密度2．已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2kg/m3和789kg/m3,试计算50％（质量％）乙醇水溶液的密度。又知其实测值为935解：乙醇水溶液的混合密度相对误差：3．在大气压力为101.3kPa的地区，某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kPa。若在大气压力为90kPa的地区，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时真空表的读数应为多少？解：题4附图题4附图4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900kg/m3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上解：液面下测压口处压力BDh1h2AC题5附图5.如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为700mm和BDh1h2AC题5附图（1）计算玻璃管内水柱的高度；（2）判断A与B、C与D点的压力是否相等。解：（1）容器底部压力（2）6．水平管道中两点间连接一U形压差计，指示液为汞。已知压差计的读数为30mm，试分别计算管内流体为（1）水；（2）压力为101.3kPa、温度为20℃解：（1）（2）空气密度∵空气密度较小，∴7．用一复式U形压差计测量水流过管路中A、B两点的压力差。指示液为汞，两U形管之间充满水，已知h1=1.2m，h2=0.4m，h4=1.4m，h3=0.25m，试计算A、B两点的压力差。题题7附图34624315解：图中1、2为等压面，即(1)又(2)将(2)代入(1)中:8．根据附图所示的双液体U管压差计的读数，计算设备中气体的压力，并注明是表压还是绝压。已知压差计中的两种指示液为油和水，其密度分别为920kg/m3和998kg/m3，压差计的读数R＝300mm。两扩大室的内径D为60mm，U管的内径d为6mm。题8附图12h题8附图12h1又题9附图(表压题9附图9．为了排出煤气管中的少量积水，用附图所示的水封装置，水由煤气管道中的垂直支管排出。已知煤气压力为10kPa（表压），试求水封管插入液面下的深度h。解:煤气表压10．为测定贮罐中油品的贮存量，采用图1-8所示的远距离液位测量装置。已知贮罐为圆筒形，其直径为1.6m，吹气管底部与贮罐底的距离为0.3m，油品的密度为850kg/m3。若测得U形压差计读数R为150mmHg，试确定贮罐中油品的贮存量，分别以体积及质量表示。解:罐中总高度:11．绝对压力为540kPa、温度为30℃的空气，在φ108×4mm的钢管内流动，流量为1500m解:标准状况下空气的密度:操作条件下密度: 体积流速:12．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm和φ57×3.5mm。已知硫酸的密度为1831kg/m3，体积流量为9m解:(1)大管:(2)小管:质量流量不变或:1题13附图13．如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为1题13附图解:以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’简化:题14附图14．用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞口高位槽，如附图所示。输送量为0.1m3/min，输送管路为φ38×3mm的无缝钢管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，且在压送过程中不变。设管路的总压头损失为3.5m（不包括出口），硫酸的密度为1830kg题14附图解:以酸蛋中液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,且以1-1’面为基准,在1-1简化:其中:代入:题15附图215．如附图所示，某鼓风机吸入管内径为200mm，在喇叭形进口处测得U形压差计读数R＝15mm（指示液为水），空气的密度为1.2kg/m3，忽略能量损失。试求管道内空气的流量。题15附图2解:如图,在1-1’～2-2其中:简化:而:流量:R题16附图1216．甲烷在附图所示的管路中流动。管子的规格分别为φ219×6mm和φ159×4.5mm，在操作条件下甲烷的平均密度为1.43kg/m3，流量为1700m3/h。在截面1R题16附图12解:在1,2截面间列柏努力方程:简化:或:其中:又17．如附图所示，用泵将20℃水从水池送至高位槽，槽内水面高出池内液面30m。输送量为30m3/h，此时管路的全部能量损失为40J/kg。设泵的效率为70解:在水池1面与高位槽2面间列柏努力方程:简化:题18附图18．附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统，丙烯由贮槽回流至塔顶。丙烯贮槽液面恒定，其液面上方的压力为2.0MPa（表压），精馏塔内操作压力为1.3MPa（表压）。塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面30m，管内径为140mm，丙烯密度为600kg/m3。现要求输送量为40×103kg/h题18附图解:在贮槽液面1-1’与回流管出口外侧2-2简化: 不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中1h题19附图19．某一高位槽供水系统如附图所示，管子规格为φ45×2.5mm。当阀门全关时，压力表的读数为78kPa。当阀门全开时，压力表的读数为75kPa，且此时水槽液面至压力表处的能量损失可以表示为J/kg1h题19附图（1）高位槽的液面高度；（2）阀门全开时水在管内的流量（m3/h）。解:(1)阀门全关,水静止(2)阀门全开:在水槽1-1’面与压力表2-2简化:解之:流量:题题20附图20．附图所示的是冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100kg/m3，循环量为45m3/h。管路的内径相同，盐水从A流经两个换热器至B的压头损失为9m，由B流至A的压头损失为12m（1）若泵的效率为70％，则泵的轴功率为多少？（2）若A处压力表的读数为153kPa，则B处压力表的读数为多少？解:(1)对于循环系统:(2)列柏努力方程:简化: B处真空度为19656Pa。 21．25℃水在φ60×3mm的管道中流动，流量为20m解:查附录25℃ 为湍流22．运动粘度为3.2×10－5m2/s的有机液体在φ76×解:23．计算10℃水以2.7×10－3m3/s的流量流过φ57×3.5mm、长20m解:10℃查得24．如附图所示，用泵将贮槽中的某油品以40m3/h的流量输送至高位槽。两槽的液位恒定，且相差20m，输送管内径为100mm，管子总长为45m（包括所有局部阻力的当量长度）。已知油品的密度为890kg/m3，粘度为0.487Pa·s题24附图解题24附图在贮槽1截面到高位槽2截面间列柏努力方程:简化:而:25．一列管式换热器，壳内径为500mm，内装174根φ25×2.5mm解:26．求常压下35℃的空气以12m/s的速度流经120m长的水平通风管的能量损失和压力损失。管道截面为长方形，长为300mm，宽为200mm。（设＝0.0005解:当量直径:35℃空气物性:由,查得27．如附图所示，密度为800kg/m3、粘度为1.5mPa·s的液体，由敞口高位槽经φ114×4mm的钢管流入一密闭容器中，其压力为0.16MPa（表压），两槽的液位恒定。液体在管内的流速为1.5m/s，管路中闸阀为半开，管壁的相对粗糙度＝0.002，试计算两槽液面的垂直距离。题27附图题27附图简化:由 ,查得管路中:进口90℃弯头2个半开闸阀出口28．从设备排出的废气在放空前通过一个洗涤塔，以除去其中的有害物质，流程如附图所示。气体流量为3600m3/h，废气的物理性质与50℃的空气相近，在鼓风机吸入管路上装有U形压差计，指示液为水，其读数为60mm。输气管与放空管的内径均为250mm，管长与管件、阀门的当量长度之和为55m（不包括进、出塔及管出口阻力），放空口与鼓风机进口管水平面的垂直距离为15m，已估计气体通过洗涤塔填料层的压力降为2.45kPa。管壁的绝对粗糙度取为0.15mm，大气压力为题题28附图解:以吸入管测压处为1-1’面,洗涤塔管出口内侧为2-2简化:其中:50℃空气物性:又查得29．如附图所示，用离心泵将某油品输送至一密闭容器中。A、B处压力表的读数分别为1.47MPa、1.43MPa，管路尺寸为φ89×4mm，A、B两点间的直管长度为40m，中间有6个90º标准弯头。已知油品的密度为820kg/m3，粘度为121mPa·s题题29附图AB解:在A—B间列柏努力方程:简化:又 油品粘度大,设流动为层流.900标准弯头解得 假设正确30．20℃苯由高位槽流入贮槽中，两槽均为敞口，两槽液面恒定且相差5m。输送管为φ38×3mm的钢管（＝0.05mm）总长为解:在两槽间列柏努力方程,并简化:即:代入数据:化简得:查完全湍流区设,由(1)式得由附录查得20℃查图，再设，由（1）得查得假设正确流量：31．如附图所示，密度为ρ的流体以一定的流量在一等径倾斜管道中流过。在A、B两截面间连接一U形压差计，指示液的密度为ρ0，读数为R。已知A、B两截面间的位差为，试求：AB间的压力差及能量损失；（2）若将管路水平放置而流量保持不变，则压差计读数及AB间的压力差为多少?解：（1）在A-A与B-B间柏努利方程：BRhBRhA题31附图其中=对于U形差压计（2）水平放置时流量不变管路总能量损失不变。而U形差压计读数R实际反映了阻力的大小，所以R不变。此时，题32附图32．如附图所示，高位槽中水分别从BC与BD两支路排出，其中水面维持恒定。高位槽液面与两支管出口间的距离为10m。AB管段的内径为38mm、长为28m；BC与BD支管的内径相同，均为32mm，长度分别为12m、15m（以上各长度均包括管件及阀门全开时的当量长度）。各段摩擦系数均可取为题32附图（1）BC支路阀门全关而BD支路阀门全开时的流量；（2）BC支路与BD支路阀门均全开时各支路的流量及总流量。解：（1）在高位槽液面与BD管出口外侧列柏努利方程：简化：而有：化简又由连续性方程：代入上式：解得：流量：（2）当BD，BC支路阀均全开时：C，D出口状态完全相同，分支管路形如并联管路，(1)又=(2)在高位槽液面与BD出口列柏努利方程：(3)将（2）代入（3）式中：解得：流量：33．在内径为80mm的管道上安装一标准孔板流量计，孔径为40mm，U形压差计的读数为350mmHg。管内液体的密度为1050kg/m3，粘度为0.5cP解：设，查得而 假设正确，以上计算有效。题题34附图34．用离心泵将20℃水从水池送至敞口高位槽中，流程如附图所示，两槽液面差为12m。输送管为φ57×3.5mm的钢管，总长为220m（包括所有局部阻力的当量长度）。用孔板流量计测量水流量，孔径为20（1）水流量，m3/h；（2）每kg水经过泵所获得的机械能。解：（1）（2）以水池液面为面，高位槽液面为面，在面间列柏努利方程：简化:而其中：35．以水标定的转子流量计用来测量酒精的流量。已知转子的密度为7700kg/m3，酒精的密度为790kg/m解：酒精流量比水大36．在一定转速下测定某离心泵的性能，吸入管与压出管的内径分别为70mm和50mm。当流量为30m3/h时，泵入口处真空表与出口处压力表的读数分别为40kPa和215kPa，两测压口间的垂直距离为0.4m，轴功率为3.45kW解：在泵进出口处列柏努力方程，忽略能量损失；=27.07m37．在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水从贮水池经换热器送到一敞口高位槽中。已知高位槽中液面比贮水池中液面高出10m，管路总长为400m（包括所有局部阻力的当量长度）。管内径为75mm，换热器的压头损失为，摩擦系数可取为0.03。此离心泵在转速为2900rpm时的性能如下表所示：Q/(m3/s)00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H/m2625.524.5232118.515.5128.5试求：（1）管路特性方程；（2）泵工作点的流量与压头。解：（1）管路特性曲线方程：（2）在坐标纸中绘出泵的特性曲线及管路特性曲线的工作点：38．用离心泵将水从贮槽输送至高位槽中，两槽均为敞口，且液面恒定。现改为输送密度为1200kg/m3的某水溶液，其它物性与水相近。若管路状况不变，试说明：（1）输送量有无变化？（2）压头有无变化？（3）泵的轴功率有无变化？（4）泵出口处压力有无变化？解：变化时，泵特性曲线不变。管路特性曲线不变输送量不变；（2）压头不变；轴功率：增加（4）在贮槽液面1-1′和泵出口2-2′间列柏努力方程：简化：工作点Q，不变，不变即随的增加而增加。39．用离心泵向设备送水。已知泵特性方程为，管路特性方程为，两式中Q的单位均为m3/h，H的单位为m。试求：（1）泵的输送量；（2）若有两台相同的泵串联操作，则泵的输送量又为多少？解：（1）联立：解得：两泵串联后：泵的特性：与管路特性联立：解得：40．用型号为IS65-50-125的离心泵将敞口贮槽中80℃的水送出，吸入管路的压头损失为4m 解：查附录：水，IS65-50-125泵气蚀余量NPSH=2.0m泵允许安装高度：==为安全起见，再降低，即即泵需要安装在水槽液面以下或更低。41．用油泵从贮槽向反应器输送44℃的异丁烷，贮槽中异丁烷液面恒定，其上方绝对压力为652kPa。泵位于贮槽液面以下1.5m处，吸入管路全部压头损失为1.6m。44℃时异丁烷的密度为530kg/m3，饱和蒸汽压为638kPa。所选用泵的允许汽蚀余量为