化工原理上习题

第一章一测量管道阻力的装置如图所示。已知D1=2D2，Hg=13.6103kg/m3，u2=1m/s，R=10mm，试计算“1-2”截面间阻力hf,1-2值，以J/kg为单位。已知u2=1m/s，u1=u2/4=1/4=0.25m/s∵gz1+p1/+u12/2=gz2+p2/+u22/2+hf,1-2又(gz1+p1/)－(gz2+p2/)=(Hg－)gR/∴hf,1-2=(Hg－)gR/＋u12/2－u22/2=12.6×9.81×0.010＋(0.25)2/2－1/2=0.767J/kg用泵自贮油池向高位槽输送矿物油，流量为38.4T/h。池及槽皆敞口。高位槽中液面比池中液面高20m,管路总长(包括局部阻力)430m，进出口阻力不计。管径为φ1084mm，油的粘度为3430cP，密度为960kg/m3,泵的效率为50%，求泵的实际功率。Re=438.4103/(36000.103.43)=39.6层流=64/Re=64/39.6=1.62He=(z2－z1)＋8LV2/(2gd5)=H＋8Lw2/(2gd52)=20+81.62430(38.4103/3600)2/(29.810.1059602)=731m∴Na=HeWg/=731(38.4103/3600)9.81/0.50=153103W=153kW用离心泵将水由水槽送至水洗塔中，水洗塔内的表压为9.807×104Pa，水槽液面恒定，其上方通大气,水槽液面与输送管出口端的垂直距离为20m，在某送液量下,泵对水作的功为317.7J/kg，管内摩擦系数为0.018，吸入和压出管路总长为110m(包括管件及入口的当量长度，但不包括出口的当量长度)。输送管尺寸为φ108×4mm，水的密度为1000kg/m3。求输水量为多少m3/h。Ws=g(z2－z1)＋p2(表)/＋u22/2＋hf，hf=(L/d)u22/2即317.7=9.8120+9.807104/1000+(1+0.018110/0.10)u22/2∴u2=1.50m/s∴V=1.50(/4)(0.10)2=1.1810-2m3/s=42.5m3/h如图所示的管路系统中，有一直径为φ38×2.5mm、长为30m的水平直管段AB，在其中间装有孔径为16.4mm的标准孔板流量计来测量流量，流量系数Co为0.63，流体流经孔板的永久压降为6×104Pa，AB段摩擦系数λ取为0.022，试计算：⑴液体流经AB段的压强差；⑵若泵的轴功率为800W，效率为62%，求AB管段所消耗的功率为泵的有效功率的百分率。已知：操作条件下液体的密度为870kg/m3，U形管中的指示液为汞，其密度为13.6×103kg/m3。uo=Co[2gR(ρi-ρ)/ρ]0.5=0.63[2×0.6×9.81(13.6×103-870)/870]0.5=8.27m/s；u=(do/d)2uo=(16.4/33)2×8.27=2.043m/s；W=2.043×[(π/4)×0.0332]×870=1.52kg/s；⑴流体流经AB段的压强差在A与B两截面间列伯努利方程(管中心线为基准面)：ZAg+(pA/ρ)+(uA2/2)=ZBg+(pB/ρ)+(uB2/2)+Σhf；ZA=ZB；uA=uB；Σhf=λ(L/d)(u2/2)+(6×104/ρ)=0.022×(30/0.033)×(2.0432/2)+(6×104/870)=111J/kg；∴pA-pB=ρΣhf=870×111=9.66×104Pa；⑵Ne=800×0.62=496W；AB段所消耗的功率Nf=WΣhf=1.52×111=168.7W∴Nf/Ne=168.7/496=0.34=34％如图,离心泵将敞口槽中的碱液打入吸收塔,泵吸入管路为φ108×4mm，长2m的钢管。泵压出管路为φ76×3mm,长30m的钢管,压出管路上装有标准阀一只，闸阀一只，90℃弯头4只。在压出管路上还装有孔板流量计，孔板孔径为40mm，孔流系数Co=0.62，水银压差计读数R=456mm。吸收塔喷咀处压力为0.5kgf/cm2(表压)，碱液密度ρ=1100kg/m3，泵的效率η=0.6，直管阻力系数λ=0.02(吸入、压出管道近似取相同值)，弯头ζ=0.75，标准阀ζ=6，闸阀ζ=0.17，孔板ζ=8，试求泵所需功率。Ｖ=(π/4)×0.042×0.62[2g×0.456×(13.6×103-1100)/1100]0.5=0.00786m3/su1=0.00786/[(π/4)×0.12]=1.0m/su2=1.0×(0.1/0.07)2=2.04m/sΣhf=(0.02×2/0.1+0.5)×1.02/2g+(0.02×30/0.07+4×0.75+6+0.17+8)×2.042/2g=5.51mHe=5.51+(20-1.5)+0.5×104/1100+2.042/2g=28.77mNa=28.77×0.00786×1100×9.81/(103×0.6)=4.07kw用泵将密度为850kg/m3，黏度为190cP的重油从贮油池送至敞口高位槽中，升扬高度为20m。输送管路为φ108×4mm的钢管，总长为1000m(包括直管长度及所有局部阻力的当量长度)。管路上装有孔径为80mm的孔板以测定流量，其U形油水压差计的读数R=500mm。孔流系数Co=0.62，水的密度为1000kg/m3。试求:⑴输油量是多少m3/h?⑵若泵的效率为0.55，计算泵的轴功率。⑴u0=Co[2gR(ρi-ρ)/ρ]0.5=0.62[2×9.81×0.5×(1000-850)/850]=0.816m/sVh=0.816×0.785×(0.08)2×3600=14.76m3/h⑵u=0.816×(80/100)2=0.522m/sRe=0.1×0.522×850/(190×10-3)=2342300λ=64/Re=64/234=0.274Σhf=0.274×(1000/0.1)×(0.5222/2)=373.3J/kgWe=20×9.81+373.3=569.5J/kgNa=We·w/η=569.5×(14.76×850/3600)/(1000×0.55)=3.61kw如图所示，水从槽底部沿内径为100mm的管子流出，槽中水位稳定。阀门关闭时测得R=50cm，h=1.8m。求：⑴阀门全开时的流量⑵阀门全开时B处的表压(阀全开时Le/d=15，入管口及出管口的阻力系数分别为0.5及1.0，设摩擦系数λ=0.018)阀关时：(ZA+1.8)×1000=0.5×13600ZA=5m⑴阀全开：对A-A和C-C截面列伯努利方程：gZA+pA/ρ+uA2/2=gZc+pC/ρ+uc2/2+ΣhA-B,取Zc=0(基准面),9.81×5=[0.018(50/0.1+15)+1+0.5](u2/2)解出：u=3.02m/sV=(π/4)×0.12×3.02×3600=85.4m3/h⑵对A-A到B-B截面列伯努利方程：gZA=(pB/ρ)+(uB2/2)+ΣhA-B9.81×5=(pB/ρ)+(3.022/2)+(0.018×30/0.1+0.5)3.022/2解出pB=1.76×104N/m2（表）如图所示输水系统。已知:管路总长度(包括所有局部阻力当量长度)为100m，压出管路总长80m,管路摩擦系数λ=0.025，管子内径为0.05m，水的密度ρ=1000kg/m3,泵的效率为0.8,输水量为10m3/h，求:⑴泵轴功率N轴的值？⑵压力表的读数为多少kgf/cm2。⑴Na=Ne/ηNe=W·WeW=10×1000/3600=2.778kg/sWe--泵对单位质量流体所做的有效功。为此：选取1-1与2-2截面，并以1-1截面为基准面。在两截面间作机械能衡算：gZ1+(p1/ρ)+(u12/2)+We=gZ2+(p2/ρ)+(u22/2)+Σhf∵Z1=0Z2=2+18=20Mp1=p2=0u1=u2=0We=g·Z2+ΣhfΣhf=λ(ΣL/d)(u2/2)u=(V/3600)/[(π/4)d2]=(10/3600)/(0.785×0.052)=1.415m/sΣhf=0.025×(100/0.05)(1.4152/2)=50.06J/kgWe=9.81×20+50.06=246.25J/kgNe=W·We=2.778×246.25=684J/sNa=Ne/0.8=684/0.8=855W⑵再就3-3与2-2截面作机械能衡算，并取3-3为基准面gZ3+(p3/ρ)+(u32/2)=gZ2+(p2/ρ)+(u22/2)+Σhf，压∵Z3=0Z2=18p2=0u2=0∴p3/ρ=gZ2+Σhf，压-(u32/2)=9.81×18+λ(L压/d)(u32/2)-(u32/2)=176.58+0.025(80/0.05)×(1.4152/2)-(1.4152/2)=215.6J/kgp3=1000×215.6=215.6×103Pap3=215.6×103/(9.81×104)=2.198kgf/cm2(表)某液体密度800kg/m3，粘度73cP，在连接两容器间的光滑管中流动，管径300mm，总长为50m(包括局部阻力当量长度)，两容器液面差为3.2m(如图示)。求：⑴管内流量为多少?⑵若在连接管口装一阀门，调节此阀的开度使流量减为原来的一半，阀的局部阻力系数是多少?按该管折算的当量长度又是多少?层流:λ=64/Re;湍流λ=0.3164/Re0.25⑴在1-1面和2-2面之间，列伯努利方程式，以2-2面为基准面：u1≈u2≈0gz1=Σhf，1-2=λ(L/d)(u2/2)设流体流动符合柏拉修斯公式：λ=0.3164/Re0.25Re=duρ/μ∴gz=(0.3164/Re0.25)(L/d)(u2/2)=[0.3164/(ρ/μ)0.25](L/d1.25)(u1.75/2)即9.81×3.2＝[0.3164/（800/0.073）0.25]（50/0.301.25）（u1.75/2）∴u=3.513m/s验证：Re=0.3×3.513×800/0.073=1.155×1043000，假设正确∴V=Au=(π/4)d2u=(π/4)(0.3)2×3.513×3600=893.9(m3/h)⑵流量减半，即流速减半u=3.513/2=1.757m/sRe=5775符合柏拉修斯式条件在1-1面至2-2面之间：gz=[(0.3164/Re0.25)(L/d)+ζ](u2/2)即9.81×3.2＝[（0.3164/57750.25）（50/0.30）+ζ]（1.7572/2）∴ζ＝14.3黏度为30cP、密度为900kg/m3的液体，自Ａ经内径为40mm的管路进入Ｂ，两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门。当阀全关时，阀前后压力表读数分别为0.9at和0.45at。现将阀门打至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m，阀前管长50m，阀后管长20m(均包括局部阻力的当量长度)。试求：(１)管路的流量m3/h？(２)定性说明阀前后压力表读数有何变化？(1)阀全关时：9009.81z1=0.99.81104z1=10m9009.81z2=0.459.81104z2=5m阀部分打开时：设管内流体层流105=32300.001(50+30+20)u/(9009.810.042)u=0.736m/s校核Re:Re=0.0400.736900/0.030=883,层流，所设正确，计算有效。则V=(/4)(0.040)20.7363600=3.33m3/h(2)阀部分打开时，p1下降，p2上升。在管路系统中装有离心泵，如图。管路的管径均为60mm,吸入管长度为6m,压出管长度为13米,两段管路的摩擦系数均为λ=0.03,压出管装有阀门,其阻力系数为ζ=6.4，管路两端水面高度差为10m，泵进口高于水面2m，管内