【第一部分】化工原理-计算题

实用标准文案文档【1-1】如习题1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中，管中水柱较水槽液面高出2m，当地大气压力为101.2kPa。试求：(1)管子上端空间的绝对压力；(2)管子上端空间的表压；(3)管子上端空间的真空度；(4)若将水换成四氯化碳，管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米？解管中水柱高出槽液面2m，h=2m水柱。(1)管子上端空间的绝对压力在水平面处的压力平衡，有习题1习题1-1附图(2)管子上端空间的表压(3)管子上端空间的真空度(4)槽内为四氯化碳，管中液柱高度常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为【1-2】在20℃条件下，在试管内先装入12cm高的水银，再在其上面装入5cm高的水。水银的密度为，当地大气压力为。试求试管底部的绝对压力为多少Pa。解水的密度【1-3】如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为的液体，液面高度为3.2m。容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为2m及1m，容器上部空间的压力（表压）为29.4kPa。试求：(1)压差计读数（指示液密度为）；(2)A、B两个弹簧压力表的读数。解容器上部空间的压力液体密度，指示液密度(1)压差计读数R=?在等压面(2)【1-4】常温的水在如习题1-15附图所示的管路中流动。在截面1处的流速为，管内径为200mm，截面2处的管内径为100mm。由于水的压力，截面1处产生1m高的水柱。试计算在截面1与2之间所产生的水柱高度差h为多少（忽略从1到2处的压头损失）?解习题1-4习题1-4附图习题1-5附图另一计算法计算液柱高度时，用后一方法简便。【1-5】在习题1-16附图所示的水平管路中，水的流量为。已知管内径,，液柱高度。若忽略压头损失，试计算收缩截面2处的静压头。解水的体积流量，截面1处的流速截面2处的流速在截面1与2之间列伯努利方程，忽略能量损失。截面2处的静压头水柱负值表示该处表压为负值，处于真空状态。【1-6】如习题1-17附图所示的常温下操作的水槽，下面的出水管直径为。当出水阀全关闭时，压力表读数为30.4kPa。而阀门开启后，压力表读数降至20.3kPa。设压力表之前管路中的压头损失为0.5m水柱，试求水的流量为多少?习题1-习题1-6附图解出水阀全关闭时，压力表读数30.4kPa（表压）能反映出水槽的水面距出水管的高度h阀门开启后，压力表读数（表压）从水槽表面至压力表处的管截面列出伯努利方程，以求出水管的流速水的流量习题1-7附图【1-7】如习题1-19附图所示，有一高位槽输水系统，管径为。已知水在管路中流动的机械能损失为(u为管内流速)。试求水的流量为多少。欲使水的流量增加20%，应将高位槽水面升高多少米？习题1-7附图解管径，机械能损失(1)以流出口截面处水平线为基准面，水的流量(2)高位槽应升高【1-8】如习题1-20附图所示，用离心泵输送水槽中的常温水。泵的吸入管为，管的下端位于水面以下2m，并装有底阀与拦污网，该处的局部压头损失为。若截面处的真空度为39.2kPa，由截面至截面的压头损失为。试求：(1)吸入管中水的流量，；(2)吸入口截面的表压。习题1-20附图解管内径，水密度习题1-20附图截面处的表压，水槽表面（表压）(1)从为基准面，压头损失水的流量(2)从【1-9】20℃的水在的直管内流动。试求：(1)管中水的流量由小变大，当达到多少时，能保证开始转为稳定湍流；(2)若管内改为运动黏度为的某种液体，为保持层流流动，管中最大平均流速应为多少？解(1)水，20℃，体量流量(2)【1-10】水的温度为10℃，流量为，在直径、长为100m的直管中流动。此管为光滑管。(1)试计算此管路的摩擦损失；(2)若流量增加到，试计算其摩擦损失。解水在10℃时的密度，黏度，光滑管。(1)体积流量流速雷诺数摩擦系数摩擦损失(2)体积流量因流量是原来的3倍，故流速雷诺数湍流对于光滑管，摩擦系数用Blasius方程式计算也可以从摩擦系数与雷诺数Re的关联图上光滑管曲线上查得，。摩擦损失【1-12】把内径为20mm、长度为2m的塑料管（光滑管），弯成倒U形，作为虹吸管使用。如习题1-31附图所示，当管内充满液体，一端插入液槽中，另一端就会使槽中的液体自动流出。液体密度为，黏度为。为保持稳态流动，使槽内液面恒定。要想使输液量为，虹吸管出口端距槽内液面的距离需要多少米？解已知，体积流量流速从液槽的液面至虹吸管出口截面之间列伯努利方程式，以虹吸管出口截面为基准面光滑管，查得，管入口突然缩小U形管（回弯头）习题1-习题1-12附图习题1-13附图【1-13】如习题1-32附图所示，有黏度为、密度为的液体，从高位槽经直径为的钢管流入表压为的密闭低位槽中。液体在钢管中的流速为，钢管的相对粗糙度，管路上的阀门当量长度。两液槽的液面保持不变，试求两槽液面的垂直距离H。解在高位槽液面至低位槽液面之间列伯努利方程计算H，以低位槽液面为基准面。，液体密度雷诺数管长，阀门，高位槽的管入口，低位槽管出口，90°弯头【1-14】如习题1-34附图所示，在水塔的输水管设计过程中，若输水管长度由最初方案缩短25%，水塔高度不变，试求水的流量将如何变化？变化了百分之几？水在管中的流动在阻力平方区，且输水管较长，可以忽略局部摩擦阻力损失及动压头。解在水塔高度H不变的条件下，输水管长度缩短，输水管中的水流量应增大。从水塔水面至输水管出口之间列伯努利方程，求得习题1-1习题1-14附图因水塔高度H不变，故管路的压头损失不变。管长缩短后的长度与原来长度的关系为在流体阻力平方区，摩擦系数恒定不变，有故流速的比值为流量的比值为流量增加了15.5%【1-15】用的钢管输送流量为的原油，管长为，油管最大承受压力为。已知50℃时油的密度为，黏度为。假设输油管水平铺设，其局部摩擦阻力损失忽略不计，试问为完成输油任务，中途需设置几个加压站？解因为是等直径的水平管路，其流体的压力降为油管最大承受压力为加压站数需设置2级加压，每级管长为50km，每级的，低于油管最大承受压力。【1-16】如习题1-16附图所示，温度为20℃的水，从水塔用钢管，输送到车间的低位槽中，低位槽与水塔的液面差为12m，管路长度为150m（包括管件的当量长度）。试求管路的输水量为多少，钢管的相对粗糙度。解水，由伯努利方程，得管路的摩擦阻力损失为管内水的流速未知，摩擦系数不能求出。本题属于已知、，求的问题。验算流动类型体积流量习题1-16附图习题1-17附图【1-17】如习题1-37附图所示，温度为20℃的水，从高位槽A输送到低位槽B，两水槽的液位保持恒定。当阀门关闭时水不流动，阀前与阀后的压力表读数分别为80kPa与30kPa。当管路上的阀门在一定的开度下，水的流量为，试计算所需的管径。输水管的长度及管件的当量长度共为42m，管子为光滑管。本题是计算光滑管的管径问题。虽然可以用试差法计算，但不方便。最好是用光滑管的摩擦系数计算式（适用于）与及，推导一个之间的计算式。解水在水的流量，管长及管件当量长度阀门关闭时，压力表可测得水槽离压力表测压点的距离。两水槽液面的距离以低位槽的液面为基准面，从高位槽A的液面到低位槽B之间列伯努利方程，得管路的摩擦损失与的关系式为对于水力光滑管，与及之间的计算式为代入已知数求得管内径为验证范围湍流符合计算式中规定的范围压缩空气【1-18】.本题附图为远距离制量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H=1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820kg/m3。试求当压差计读数R=68m时，相界面与油层的吹气管出口距离h。压缩空气解：如图，设水层吹气管出口处为a，煤油层吹气管出口处为b，且煤油层吹气管到液气界面的高度为H1。则pH1pH1(表压)(表压)U管压差计中，(忽略吹气管内的气柱压力)分别代入与的表达式，整理可得：【1-19】.高位槽内的水面高于地面8m，水从的管道中流出，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计算(不包括出口阻力损失)，其中u为水在管内的流速m/s。试计算：(l)截面处水的流速；(2)水的流量，以m3/h计。1-19题1-20题解：(1)取高位槽水面为上游截面，管路出口内侧为下游截面，如图所示，那么(基准水平面为地面)(表压)，处的流速与管路出口处的流速相同，(管径不变，密度相同)在截面和间列柏努利方程方程，得，其中代入数据解得(2)【1-20】.20℃的水以2.5m/s的流速流经的水平管，此管以锥形管与另一的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5J/kg，求两玻璃管的水面差(以m计)，并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。解：取两点处所在的与管路垂直的平面分别为上游和下游截面和，如图所示，并取管路中心线所在的水平面为基准面，那么，在截面和间列柏努利方程：查表得到，那么，所以A点的压力大于B点的压力，即B管水柱比A管高88.5【1-21】.用离心泵把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，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.06×103Pa；水流经吸入管与排出管(不包括喷头)的能量损失可分别按与计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速m/s。排水管与喷头连接处的压强为98.07×103Pa(表压)。试求泵的有效功率。1-21题解：取水槽中水面所在的平面为截面，并定为基准水平面。泵入口真空表连接处垂直于管子的截面为。水洗塔出口处为截面，如图所示，那么有(表压)(表压)(表压)在截面和间列柏努利方程，得代入以上数值解得再在截面和间列柏努利方程，得将以上数值代入，其中，解得【1-22】.本题附图所示为冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100kg/m3，循环量为36m3/h。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98.1J/kg，由B流至A的能量损失为49J/kg，试计算：(1)若泵的效率为70%时，泵的轴功率为若干kW?(2)若A处的压强表读数为103Pa时，B处的压强表读数为若干?解：对循环系统，在管路中任取一截面同时作上游和下游截面，列柏努利方程，可以证明泵的功率完全用于克服流动阻力损失。1-22题质量流量(2)在两压力表所处的截面A、B之间列柏努利方程，以通过截面A中心的水平面作为位能基准面。其中，，，，kPa，将以上数据代入前式，解得(表压)【1-23】.用压缩空气将密度为1100kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液面维持恒定。管路直径均为，其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为，。两压差计中的指示液均为水银。试求当R1=45mm，h=200mm时：(1)压缩空气的压强p1为若干?(2)U管压差计读R2数为多少?解：求解本题的关键为流体在管中的流速(1)在B、C间列柏努利方程，得(1)代入(1)式，同时已知解得在低位槽液面与高位槽液面之间列柏努利方程，并以低位槽为位能基准面，得其中(表压)代入上式可得(表压)(2)若求关键在于，通过可列出一个含的静力学基本方程(2)为此在低位槽液面与截面B之间列柏努利方程，以低位槽为位能基准面，得其中，，，，，(表压)(表压)代入(2)式：【1-25】．每小时将2×104kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽(见本题附图)。反应器液面上方保持26.7×103Pa的真空度，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)、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15m。若泵的效率为0.7，求泵的轴功率。解：在反应器液面与管路出口内侧截面间列柏努利方程，以截面为基准水平面，得其中(表压)(表压) 其中，对直管阻力那么