化工原理第一章习题课

一、填空或选择1．某设备表压为100kPa，则它的绝对压强为kPa；另一设备真空度为400mmHg，则它的绝对压强为。（当地大气压为101.33kPa）（201.33；360mmHg）2.流体在钢管内作湍流流动时，摩擦系数λ与和有关；若作完全湍流（阻力平方区），则λ仅与有关。(Re,ε/d,ε/d)3.从液面恒定的高位槽向常压容器加水，若将放水管路上的阀门开度关小，则管内水流量将，管路的局部阻力将，直管阻力将，管路总阻力将。（设动能项可忽略）(减小,增大，减小，不变)2021/6/2714.一转子流量计，当通过水流量为1m3/h时，测得该流量计进、出间压强降为20Pa；当流量增加到1.5m3/h时，相应的压强降

。（不变）5.在一水平变径管路中,在小管截面A和大管截面B连接一U型压差计,当流体流过该管时,压差计读数R值反映().

A．两截面间的压强差；B．两截面间的流动阻力；

C．两截面间动压头变化；D.突然扩大或缩小的阻力。（A）6.因次方析的目的在于()。

A．得到各变量间的确切定量关系；B．用无因次数群代替变量,使实验与关联简化；C．得到无因次数群间定量关系；D．无需进行实验，即可得到关联式.（B）2021/6/2727.流体流过两个并联管路管1和2，两管内均呈层流。两管的管长L1=L2、管内径d1=2d2，则体积流量V2/V1为（）。

A.1/2;B.1/4;C.1/8;D.1/16。（D）8.流体在长为3m、高为2m的矩形管道内流动，则该矩形管道的当量直径为（）。A.1.2m；B.0.6m；C.2.4m；D.4.8m。（C）9.圆形直管内径d=100mm，一般情况下输水能力为（）m3/h。A.3；B.30；C.200；D.300。（B）2021/6/273二、计算例1：如本题附图所示，蒸汽锅炉上装置一复式U形水银测压计，截面2、4间充满水。已知对某基准面而言各点的标高为z0=2.1m，z2=0.9m，z4=2.0m，z6=0.7m，z7=2.5m。试求锅炉内水面上的蒸汽压强。

2021/6/274解：按静力学原理，同一种静止流体的连通器内、同一水平面上的压强相等，故有:对水平面1-2而言：对水平面3-4而言：对水平面5-6而言：锅炉蒸汽压强

则蒸汽的表压为

2021/6/275例2：有一液位恒定的高位槽通过管路向水池供水（见附图），高位槽内液面高度h1为1m，供水总高度h2为10m，输水管内径50mm，总长度100m（包括所有局部阻力的当量长度），λ=0.025。试求:1)供水量为多少？2)若此时在管垂直部分某处出现一直径为1mm的小孔，有人说因虹吸现象，在某一高度范围内不会从小孔向外流水，而还有人则认为水将从小孔流出。试推导证明哪一种说法正确。

2021/6/276解：1）取高位槽上液面为截面1，输水管出口外侧为截面2，出口管中心线为基准面，在1-1’和2-2’间列柏努利方程，可得：

将阻力公式代入，整理得：2021/6/2772）仍取高位槽上液面为截面1，再取垂直管处任意一点为截面3，在1-1’和3-3’间列柏努利方程，可得：

显然，此式为单调增函数，且在Z1-Z3=1m处，2021/6/278所以在Z1-Z3=1～9m时（即垂直管段任意高度处），即表示管内静压高于大气压力，故不会出现虹吸现象，水将从小孔流出。

讨论：判断水是否流出的依据是孔处压力的大小，若该处压力大于大气压力，则水从小孔流出；否则，水不会流出。

2021/6/279例3:流体输送机械功率的计算

某化工厂用泵将敞口槽中的碱液（密度为1100kg/m3）输送至吸收塔顶，经喷嘴喷出，如附图所示。泵的入口管为φ108×4mm的钢管，管中的流速为1.2m/s，出口管为φ76×3mm的钢管。贮液池中碱液的深度为1.5m，池底至塔顶喷嘴入口处的垂直距离为20m。碱液流经所有管路的能量损失为30.8J/kg（不包括喷嘴），在喷嘴入口处的压力为29.4kPa（表压）。设泵的效率为60%，试求泵所需的功率。2021/6/2710解：如图所示，取碱液池中液面为1-1’截面，塔顶喷嘴入口处为2-2‘截面，并且以1-1‘截面为基准水平面。在1-1‘和2-2’截面间列柏努利方程

其中：z1=0；p1=0（表压）；u1≈0

z2=20-1.5=18.5m；p2=29.4×103Pa（表压）已知泵入口管的尺寸及碱液流速，可根据连续性方程计算泵出口管中碱液的流速：2021/6/2711

ρ=1100kg/m3，ΣWf=30.8J/kg将以上各值代入，可求得输送碱液所需的外加能量碱液的质量流量：

泵的有效功率：

泵的效率为60%，则泵的轴功率：

2021/6/2712例4：如本题附图所示，密度为950kg/m3、粘度为1.24mPa·s的料液从高位槽送入塔中，高位槽内的液面维持恒定，并高于塔的进料口4.5m，塔内表压强为3.5×103Pa。送液管道的直径为45×2.5mm，长为35m（包括管件及阀门的当量长度,但不包括进、出口损失），管壁的绝对粗糙度为0.2mm，试求输液量为若干m3/h。

2021/6/2713解：该例为操作型试差计算题。计算过程如下：以高位槽液面为上游截面1-1’，输液管出口内侧为下游截面2-2’，并以截面2-2’的中心线为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式，即

将已知数据代入上两式，经整理得到2021/6/2714故需试差。试差方法一：先取ε值，求ε/d值，在阻力平方区查取λ，然后按如下方框进行计算。取ε=0.2mm，ε/d=0.2/40=0.005，在图1-28的阻力平方区查得λ=0.03。将λ值代入式a计算u，即2021/6/2715由ε/d及Re值，再查图1-28，得到λ＝0.0322，与原取0.03有差别，进行第二次试差，解得u=1.656m/s，Re=5.08×104，λ＝0.0322。于是u=1.656m/s即为所求，故液体输送量为试差方法二根据流体性质初设u，按如下步骤进行计算。2021/6/2716三、讨论题例1：如图所示，在两个压强不同的密闭容器A，B内充满了密度为ρ的液体，两容器的上部与下部分别连接两支规格相同的U行管水银压差计，连接管内充满密度为ρ的液体。试回答：（1）pM和pN的关系；（2）判断1-2，2-3，3-4及5-6，6-7，7-8等对应截面上的压强是否相等；（3）两压差计读数R与H的关系。

2021/6/2717答：（1）pM＞pN。（2）1-2，3-4，5-6，6-7为等压面（连续的同一介质在同一水平面上）。（3）R和H相等。因有：又由于L3＝L2，所以：即：R=H2021/6/2718例2：本题附图中所示的高位槽液面维持恒定，管路中ab和cd两段的长度、直径及粗糙度均相同。某液体以一定流量流过管路，液体在流动过程中温度可视为不变。问：（1）液体通过ab和cd两管段的能量损失是否相等？（2）此两管段的压强差是否相等？并写出它们的表达式；（3）两U管压差计的指示液相同，压差计的读数是否相等？2021