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文档简介

习题课作业中存在的问题1.第一章第17题非稳定流动,积分时上、下限不对。2.第一章第34题计算中,有同学未查孔流系数Co来进行计算。3.第一章第35题计算中,有同学未换算实际条件下的空气密度。4.第一章第35题计算中,有同学未用试差法求解,做得不对。5.第一章第38题计算中,有些同学直接用umax代替平均速度u求解空气流量。6.第二章第8、9题,有些同学未选泵的型号或不会选泵。7.课堂补充作业未有同学上交。8.仍有个别同学抄他人作业的现象。习题17.如本题附图所示,打开阀C和阀D,将储槽A中的NaOH和NaCl

的混合水溶液放入反应槽B中,问储槽A中的液面从3m降至0.3m需要多少时间?已知储槽A和反应槽B的直径均为2m,管路尺寸为φ32×2.5mm,溶液在管路中的瞬时流速m/s,式中Δz为该瞬时两槽的液面高度差。

解:由于储槽A中没有水溶液的补充,则随着储槽A

中的水溶液不断排出时,其液面不断下降,故储槽A属于不稳定流动过程。设在微分时间内,储槽A内液面下降,排液管中的流速为u,则该流动系统的进料速率、出料速率和累积量分别为:则由瞬时物料衡算式,得习题29.有一水平输送原油的管路,管径为φ299×12mm,总长度为42m。原油的流量为62.5m3/h,密度和粘度分别为910kg/m3和300mPa.s,管路两端压差保持不变,试问:(1)在管路下游1/3处并联一条同样直径的管子时,原油输送流量会增加到多少?(2)欲使原油流量增加50%,需要并联多长的管子?abc解:(1)管径d=299-2×12=275mm=0.275m,L=42m,

未并联管子时:

在管路下游1/3处并联一条同样直径的管子时:设并联后总管内流量为Va,两并联支管内的流量分别为Vb、Vc。

La=42×(1/3)=14m,Lb=42-14=28m

Va=Vb+Vc,Vb=Vc

则ua=2ub=2uc假设主管与并联各分支管内均为层流流动:,则可解得:ua=0.35m/s,ub=0.219m/s校核管内流动是否处于层流:说明假设成立并联后总流量:V=0.785d2ua=74.8m3/h(2)当原油流量增加50%时:

Va=1.5×62.5=93.75m3/h

,则可解得:习题34.20℃的水在φ88.5×4mm的管内流动,水的流量为10m3/h。在管路中装有一孔径do为25mm的标准孔板,试计算U形管压差计的读数(mmHg)及孔板的永久压力降。解:(1)管路内径

查图1-59得到流量系数Co=0.604由得:(2)孔板的永久压力降:

习题35.在φ160×5mm的空气管路上安装有一孔径为75mm的标准孔板,孔板前空气压力为1.2×105Pa绝压,温度为25℃。问当U形管压差计的读数为145mmH2O时,流经管道的空气质量流量为多少?

解:标准状态下空气的密度为1.293kg/m3,则操作条件下空气的密度为:管路内径由于Co与Re有关,所以需要假设流速u,用试差法求解。假设管内空气流速u=7.02m/s:查图1-59得到流量系数Co=0.624校核得管内流速

与假设值一致,说明假设值正确。管道的空气质量流量为:习题38.在φ325×8mm的输送空气管道中心安装了一个测速管,空气的温

度为21℃,压力为1.013×105Pa(绝对压力)。用一微差压差计

测定压差,指示液为油和水,其密度分别为835kg/m3和1000

kg/m3。当压差计读数为50mm时,空气的质量流量为多少?

解:管道内径

21℃,1.013×105Pa(绝对压力)条件下空气的密度为:管道中心的最大流速为:查图1-65得u/umax=0.83,则空气流量习题8.拟用离心泵将某生产车间的热水(平均温度为65℃)从热水池以

40m3/h的流量输送到凉水塔顶,从喷头喷出而落入凉水池中,以

达到冷却目的。已知水在进入喷头之前需要维持4.9×104Pa的表

压力,喷头入口位置比热水池水面高6m,吸入管路和排出管路中

的压头损失分别为1m和3m。管路中的动压头可以忽略不计。试选

用合适的离心泵,并确定泵的安装高度。当地大气压按101.3kPa计。

解:65℃,101.3kPa下,查《化工原理》(上册)附录得水的密度为980.5kg/m3,水的饱和蒸气压为187.5mmHg(即2.499×104Pa)在热水池液面与喷头入口截面之间列柏努利方程,求解有效压头,忽略动压头差,则有:

根据Qe=40m3/h和He=15.1m,由《化工原理》(上册)附录24(1)IS型单级单吸离心泵性能表中选择IS80-65-125型泵。其性能参数为:Q=50m3/h;H=20m;N=3.63kW;η=75%,(NPSH)r=3.0m。泵的允许安装高度:泵的实际安装高度为:3.44-1.0=2.44m。习题9.

某常压储罐内盛有石油产品,其密度为760kg/m3,粘度小于20mm2/s,在储存条件油品的饱和蒸气压力为600mmHg。现将该油品以1.14×104kg/h的流量送到表压为1.47×105Pa的设备内,输送管规格均为φ57×2mm,储罐内液面恒定,从储罐液面到设备入口处的高度为5m,吸入管与排出管的压头损失分别为1m和4m。试选择一台合适的泵,并确定其安装高度。当地大气压为98kPa。

解:输送管内径d=57-2×2=53mm=0.053m输送管内流体的流速在储罐液面与设备入口处截面之间列柏努利方程,求解有效压头:根据Qe=1.14×104/760=15m3/h和He=29.9m,由《化工原理》(上册)附录24(2)AY型离心油泵性能表中选择65AY60B型泵。其性能为:Q=20m3/h;H=37.5m;N=3.9kW;η=52%,(NPSH)r=2.5m。因为性能表中所列的轴功率系用水测定的,而今输送密度为760kg/m3,粘度小于20mm2/s的石油产品,故对轴功率需要进行换算,即泵的允许安装高度:泵的实际安装高度为:-1.58-1.0=-2.58m

用长度l=50m、直径d1=25mm的总管,从高度z=10m的水塔向用水处供水。在用水处水平安装d2=10mm的支管10个。设总管摩擦系数λ=0.03,总管局部阻力系数∑ζ1=20。支管很短,阀门全开时包括出口损失在内的支管阻力相当于一个ζ2=6.4的球心阀的阻力。分流点的阻力可以忽略。求:①当所有阀门全开时,总流量V

=?m3/s②再增设同样10个支路,各支路阻力同前,V有何变化?解:①在水塔液面至任一个支管出口处列柏努利方程:其中:z1=10m,z2=0,p1=p2=0(表压),联立以上各式,即可解得:

V=7.55×10-4m3/s=2.718m3/h②再增设10个支路,各支路阻力同前时,按照前述方法,可解得:

V=1.509×10-3m3/s=5.432m3/h图示管道中通过流量V=3×10-3m3/s的水,在1-1’截面处和2-2’截面处管道直径分别为d1=5cm,d2=2.5cm,同时测得1-1’截面处的压强p1=0.1atm(表)。从1-1’截面到2-2’截面间的压头损失较小,可以略去不计。试问:①联接在该收缩断面2-2’上的小管,可将水自容器内吸上多大高度?

②如果用阀门调节流量,当流量增加或减少时,小管中水面将如何变化?为什么?11’2’2hpa水解:①在1-1’截面和2-2’截面之间列柏努利方程:其中:z1=z2=0,p1=0.1atm(表压)=10130Pa(表压)可解得:P2=-7365.6Pa(表压)再根据流体静力学方程:

即小管可将水自容器内吸上751mm的高度。

②当用阀门调节流量,流量增加时,小管中水面升高,因为流量增加时,截面2处的负压值(或真空度)会增大,有利于水自容器吸入小管内。反之,当流量减小时,小管中水面降低,因为流量减小时,截面2处的负压值(或真空度)会减小,不有利于水自容器吸入小管内。

用一离心泵将密度为1000kg/m3的溶液从池A抽出,经一主管后分成两个支管。支管1去罐C,支管2去容器D。已知罐C的真空度为367.8mmHg,容器D的表压为0.01962MPa,两支管的数据如下表:

支管1支管2

支管总当量管长m

42.9

100

管内径mm

50

100

摩擦系数0.021

0.018

液面高度

m

7

0

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