1、化工原理习题一 流体流动 流体密度计算 在讨论流体物性时，工程制中常使用重度这个物理量，而在SI制中却常用密度这个物理量,如水的重度为1000kgf/m3,则其密度为多少kg/m3燃烧重油所得的燃烧气，经分析测知，其中含CO2,O2,76N2,8水蒸气（体积），试求温度为500,压强为1atm时该混合气的密度。已知汽油、轻油、柴油的密度分别为700kg/m3、760kg/m3和 900kg/m3 。试根据以下条件分别计算此三种油类混合物的密度（假设在混合过程中，总体积等于各组分体积之和）。 (1)汽油、轻油、柴油的质量百分数分别是20、30和50；(2)汽油、轻油、柴油的体积百分数分别是20、
2、30和50。绝压、表压、真空度的计算在大气压力为760mmHg的地区,某设备真空度为738mmHg,若在大气压为655mmHg的地区使塔内绝对压力维持相同的数值, 则真空表读数应为多少静力学方程的应用如图为垂直相距1.5m的两个容器，两容器中所盛液体为水，连接两容器的U型压差计读数R为500mmHg,试求两容器的压差为多少水银103kg/m3容器分别盛有水和密度为900kg/m3的酒精,水银压差计读数R为15mm,若将指示液换成四氯化碳（体积与水银相同），压差计读数为若干水银103kg/m3 四氯化碳密度ccl4103 kg/m3习题 5 附图习题 6 附图用复式U管压差计测定容器中的压强,U
3、管指示液为水银，两U管间的连接管内充满水。已知图中 h1=2.3m， h2=1.2m， h3=2.5m， h4=1.4m，h5=3m。大气压强0=745mmHg，试求容器中液面上方压强PC= 如图所示,水从倾斜管中流过，在断面A和B间接一空气压差计，其读数R=10mm，两测压点垂直距离a=0.3m，试求A,B两点的压差等于多少流量、流速计算密度=892Kg/m3的原油流过图示的管线,进入管段1的流量为V=10-3 m3/s。计算： (1)管段1和3中的质量流量； (2)管段1和3中的平均流速； (3)管段1中的质量流速。某厂用1254mm的钢管输送压强P=20at(绝压)、温度t=20的空气，
4、已知流量为6300Nm3/h (标准状况下体积流量)。试求此空气在管道中的流速、质量流量和质量流速。 (注：at为工程大气压，atm为物理大气压)。压强为1atm的某气体在763mm的管内流动，当气体压强变为5atm时，若要求气体以同样的温度、流速、质量流量在管内流动，问此时管内径应为若干若钢管的价格与其直径的次方成正比，问将一定体积流量的流体输送一定距离，采用两根小管子与采用一根大管子相比，前者费用为后者的几倍设两种情况下管内流速相同。理想流体柏努利方程应用在图示的管路中，水槽液面高度维持不变，管路中的流水视为理想流体，试求： (1)管路中水的流速；(2)管路中A、B、C各点的压强。在图示管
5、线中的A点接一U管压强计，指示液为水，管内流体密度=800kg/m3,管子内径为100mm。当阀全关时,R1为300mm,阀门开启后,读数R2为100mm。若管内流体视为理想流体，且贮槽中流体面维持恒定，管内流速为多少水以60m3/h的流量在一倾斜管中流过,此管的内径由100mm突然扩大到200mm。如图所示,A、B两点的垂直距离为0.2m,在此两点间连接一U管压差计，指示液密度为1630kg/m3,若忽略阻力损失,试求: (1).管两侧指示液液面哪侧高,R为多少(2).若将上述管路水平放置 ,压差计读数有何变化非定态流动计算本题附图所示的贮槽内径D=2m,槽底与内径为32mm的钢管相连,液面
6、高度h1为2m,(以管中心线为基准),该系统全部能量损失hf=20u2,(u为管内流速m/s)试求当槽内液面下降1m时所需的时间。实际流体柏努方程的应用如图所示,将密度为1200kg/m3的碱液从碱液池中用离心泵打入塔内,塔顶表压为kgf/cm2。流量为15m3/h,泵的吸入管阻力为2m碱液柱,排出管阻力( 包括出 入口等所有局部阻力)为5m碱液柱,试求: (1)泵的压头; (2)若吸入管内的流速为1m/s,则泵真空表的读数为多少毫米汞柱图示一冷冻盐水循环系统,盐水循环量为45(m3/h),流体经管路的压头损失 从A 到B段为9m液柱,自B至A的一段为12m液柱,盐水的密度为1100kg/ m
7、3,求:(1)泵的实际功率 (轴功率)为多少kw设泵的效率为。(2)A 处压强表读数为kgf/cm2,则B处压强表读数为多少kgf/cm2 图示为某泵的一段吸水管,内径为200mm,管下端浸入水池液面以下2m,管口处装有带滤网的底阀,其阻力损失相当于10(u2/2),在吸水管距水面3m处装有真空表, 其读数 为350mmHg,若从A至B点的阻力损失为(u2/2),试求: (1)吸水管内的流量为若干 (2)A点的压强为多少雷诺准数.流型判断密度为850kg/m3、粘度为8cP的液体,在内径为14mm的钢管内流动,液体的流速为1m/s,试计算: (1)雷诺准数,并指出流动属于何种类型; (2)局部
8、速度等于平均速度处与管轴的距离;及该处的剪应力; (3)该管路为水平管,若上游压强为kgf/cm2,求流经15m后压强降至多少 kgf/cm2 90的水流过内径为20mm的管道,问水的流速不超过那一数值则流动为层流 若管内流动为90的空气,则此一数值应为多少由一根内管及外管组合的套管换热器中，已知内管为251.5mm，外管为452mm,套管环隙间通以冷却盐水,其质量流速为838kg/粘度为, 试判断盐水流型。因次分析 实验初步得知,流体绕过单个球形物体流动,球体受到曳力(或球体对流体产生的 阻力)FD为以下诸量的函数:小球直径d;流体密度;流体粘度;流体速度。试用因次 分析法导出曳力FD的准数
9、函数式。(注:包含FD的准数为FD/22) 哈根泊谡叶方程、通用阻力方程的应用 在水平直管内输送一定量流体所需的动力费与上、下游的压强降成正比。试问，将一定体积流量的流体输送一定距离，采用两根小直径管子与用一根大直径的管子相比较，前者所需的动力费为后者几倍取两种情况下管内的流速相同，分别按层流与湍流两种流型比较。(层流用哈根泊谡叶方程,湍流用柏拉修斯公式计算) 温度为20的液苯从贮槽中用泵送到反应器,要经过长4m、572.5mm的钢管,管路上有两个90o弯头,一个标准阀(按1/2开启计算)。管路出口在贮槽的液面以上12m,贮槽与大气相通，而反应器是在500KN/m2(表)的压力下操作,若要维持
10、l/s的体积流量，求泵所需的功率。(泵的效率取，=，已知20的液苯密度879kg/m3,粘度 如图所示,某气体(其性质与50的空气 基本相同),用鼓风机以3600m3/h的流量送至洗 涤塔,洗去有害物质后排到大气中。气体入风机前的管路上安装一U管压差计，其读数为30mm水柱。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50m( 不包括进、出口塔及管出口阻力)。放空口与鼓风机进口的垂直距离为20m, 已估计气体通过塔内填料的压强降为200mm水柱,管壁的绝对粗糙度可取为0.15mm,大气压强为1atm,求风机的有效功率。 地面上放置冷冻盐水(25CaCl2)贮槽。盐水温
11、度为 20,粘度为,密度为1230kg/m3,现用离心泵送至高位槽中,两槽液面差为16m，输送管为322.5mm，管长为80m，管路中包括6个90弯头和4个标准球阀(全开)。若盐水的流量为6m3/h,试求离心泵对单位重量的盐水必须提供多少能量(压头) 已知/d=。 由图所示的输水系统,AB和CD段分别长200m和10m(均包括各种局部阻力的当量长度),BC段管长为10m,各段管内径均为50mm,摩擦因素=。实验得知：经两分钟内由管口流出的水量为0.329m3，B、C两截面上玻璃管内液面差h为0.629m。求： (1)槽内水面维持恒定时,水面到出口管垂直距离为多少米 (2)BC间90弯头的局部阻
12、力系数为多少试差法求 一酸贮槽通过管子向其下方的反应器送酸,槽内液面在管出口以上2.5m, 管路由382.5mm无缝钢管组成,全长(包括管件的当量长度)为25m,由于使用已久,粗糙度取0.15 mm,贮槽内及反应器内均为大气压。求每分钟可送酸多少m3 酸的密度=1650kg/m3,粘度=12cp。 有一输水管路如图所示,液面1至截面3全长30m(包括局部阻力的当量长度),截面3至液面 2之间有一闸阀,其间的直管阻力可以忽略,输水管内径为50mm,/d=,试求阀全开时的输水量。可压缩流体 欲将5000kg/h的煤气输送至100公里距离,管内径为300mm,管路末端压强为(绝),试决定管路起点压强
13、需要多大设煤气温度为20,=,煤气在标准状况 下密度为kg/m3。(注:at为工程大气压)复杂管路计算 有两个液面高差为6m的贮槽,其底部用管道相连(如图所示),BC段管内径为600mm，长为3000m(包括各种当量长度),支路CD和CE段的长度皆为2500m,管内径均为250mm,若已 知摩擦因数入均为,试求A槽下流的流量为多少m3/h 水槽中的水经管道C、D两支管可以同时放出,水槽中液面维持恒定,AB段管长为6m(忽略AB间的局部阻力),管内径为41mm；BD段管长为9m,当阀全开时该段局部阻力当量长度为15m，BC段长6m,当阀全开时,该段局部阻力当量长度为9m;BC和BD管内径均为25
14、mm,试求: (1)当管路中D阀关闭而C阀全开时的流量; (2)当管路中C、D两阀全开时两管流量之和。设各段管路中的摩擦因数均可取为 。 温度为30的空气从风机送出后经一段直径为200mm,长为20m的管道,然后分成两股,两 分支管路内径皆为150mm,一段长40m,另一段长80m,(均含当量长度)。然后两支管又合拢, 流经一段直径为200mm长为30m的管子,最后排到 大气。若空气在直径为200mm管内的流速为 10 m/s,求两支管内的流速为多少又风机出口处压强为多少(设两并联管路的相同,粗糙度e = 用内径为300mm的钢管输送20水,为了测量管内流量,采用如附图所示的安排,在2m 长的
15、一段主管上并联了一根直径为603.5mm的支管,支管长为10m(包括当量长度)。支管上装有转子流量计,其读数为m3/h, 求水在主管中的流量及总流量。主管与支管中的摩擦因数分别为及。 流量计计算 一皮托管伸入直径为1m的空气管道中心,其压差读数用双液体压差计显示，指示液为氯苯(=1106kg/m3)与水(=1000kg/m3)。求压差计读数为48mm时的质量流量。空气温度为40,压力为101kN/m2。 在382.5mm的管路上装有标准孔板流量计,孔板的孔径为16.4mm。管内流体是20的甲苯。孔板流量计采用U管压差计测量孔板两侧的压差,其读数R=600mm汞柱,试求管中甲苯流量为多少kg/h
16、 一文氏流量计喉部直径为300mm,装在内直径为600mm的管路上，测量20的氯气Cl2流量,当地大气压为101kN/m2。文氏计前Cl2压强为kN/m2(表压),测出文氏计上游与喉部的压差为180mmH2O,求每小时的质量流量。排出系数CD 可近似取为。 有一测定空气流量的转子流量计,其流量刻度范围为400-4000l/h,转子材料用 铝制成,铝=2670kg/m3,今用它测定常压20的CO2流量,试问能测得最大流量为若干l/h又因某种需要,CO2的计量范围扩大70，有人提议将转子材料改为不锈钢,钢=7920kg/m3,你认为这建议可行否用计算结果说明。 一转子流量计的锥形玻璃管在最大和最小
17、刻度处的直径为d1=28mm和d2=26.5mm, 转子的形状如附图,其最大截面直径d=26mm,试求: (1)该转子流量计的最大与最小可测流量之比;(2)转子处于最大刻度和最小刻度位置, 流体 在环隙处的流速有何变化 综合计算题 粘度为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和,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) 阀门1/4开度时，管路的流量为多少m3/h(2) 定性说明阀门开启，阀前后
18、压力表读数有何变化 用离心泵将密闭储槽中20的水通过内径为100mm的管道送往敞口高位槽，两储槽液面高度差为10m,密闭槽液面上有一真空表P1读数为600mmHg(真),泵进口处真空表P2读数为294mmHg(真),出口管路上装有一孔板流量计,其孔口直径d0=70mm，流量系数=,U形水银压差计读数R=170mm。已知管路总能量损失为44J/Kg,试求:(1) 出口管路中水的流速;(2) 泵出口处压力表P3(与图对应)的指示值为多少(已知P2与P3垂直相距0.1m) .如图所示装置,水以4m/s流速从A段流向B段, 用四点法测量突然扩大局部阻力系数,假设hf1-2=h f2-0,hf0-3=h
19、f3-4,A段管内径为25mm，B段管内径为50mm，测得 R1=200mm，R2=430mm，U形管压差计指示液为汞，求突然扩大局部阻力系数为多少 有两个水库,水位差为8m,先由一内径为600mm,管长为3000m的管道A将水自高位水库引出,然后由两根长各为3000m,内径为400mm的B管及C管接到下游水库。若管内流动时摩擦系数=,试求总流量为多少m3/h习题44附图习题45附图 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。阀门关闭时得 R=50cm,h=1.8m. 求: (1)阀门全开时的流量(2)阀门全开时B处的表压(阀全开时le/d=15,入、出口的阻力系数分别为
20、及, 设摩擦系数= 密度=900kg/m3的某液体由高位槽A经内径为50mm的管道流入敞口贮槽B中。图示K点的真空度为6KN/m2，K点至管路出口处之管长为20m，有3个90弯头和一个阀门. 已知各阻力系数为:入口=,出口=,90弯头=,摩擦系数=.试求阀门M之阻力系数为若干大气压力Pa=101KN/m2 如图所示,用离心泵将水从贮水池输送到敞口高位槽中，已知高位槽的水面离贮水池的水面高度保持为10m，输送水量用孔板流量计测得，孔板安装在离高位槽水面0.8m处，孔径为20mm，孔流系数为，管路为573.5mm的钢管，直管长度和局部阻力当量长度之和(包括孔板局部阻力及进出口当量长度)为250m，
21、其中贮水池至孔板前测压点A的直管长度和局部阻力当量长度之和为50m。水的密度为1000Kg/m3，水的粘度为1cP。摩擦系数近似为=，U形管中指示液均为水银，其密度为13600Kg/m3。当水的流量为6.86m3/h时,试确定: (1) 水通过泵所得到的外加能量为多少 (2) 在孔板前测压点A处安装的U形管压力计中指示液读数R1为多少(已知左侧压差计右支管水银面到管路中心距离x=500mm) (3) 孔板流量计的U形管中指示液读数R2为多少 如图示常温水由高位槽以1.5m/s流速流向低位槽,管路中装有孔板流量计和一个截止阀，已知管道为573.5mm的钢管，直管与局部阻力的当量长度(不包括截止阀
22、)总和为60m，截止阀在某一开度时的局部阻力系数为。设系统为稳定湍流,管路摩擦系数为。求: (1)管路中的质量流量和两槽液面的位差Z; (2)阀门前后的压强差和汞柱压差计的读数R2。 若将阀门关小,使流速降为原来的倍,设系统仍为稳定湍流,近似不变。问: (3)孔板流量计的读数R 1变为原来多少倍截止阀的阻力系数变为多少(4)阀门前的压强Pa如何变化 为什么 如图示,水以1m/s的流速稳定流过内径为0.025m,长为2m(AB段)的管,A、B两端接 一U形液柱压差计,B端接一压强计,指示液密度均为1590Kg/m3。已知水的粘度为1cp, 管 路摩擦系数可以下式计算:=(当103ReR2; (b
23、).R1=R2; (c).R1hfcd; (b).hfab=hfcd (c).hfabPcd(pc-pd); (b).Pab(pa-pb)=Pcd(pc-pd)；(c).Pab(pa-pb)R2; (b).R1=R2;(c).R1R2; (d).R2=-R1B.图示所表示的R值大小反映 ：(a).两截面间压差值; (b).A-B 截面间流 动降损失;(c).两截面间动压头变化;(d).突然扩大或突然缩小流动损失. (4)、A.层流底层越薄， 。 (a)近壁面速度梯度越小;(b)流动阻力越小;(c)流动阻力越大;(d)流体湍动程度越小; B.双液体U形差压计要求指示液的密度差 。(a) 大; (
24、b)中等; (c)小; (d)越大越好 (5)、A.在完全湍流(阻力平方区)时,粗糟管的摩擦系数数值 。 (a)与光滑管一样;(b)只取决于Re;(c)只取决于相对粗糟度;(d)与粗糟度无关 B.如图表明,管中的水处于 。 (a)静止状态; (b)向上流动; (c)向下流动; (d)不一定 (6)、有一并联管路,如图所示,两段管路的流量、流速、管径、管长及流动阻力损失分别为V1、u1、d1、l1、hf1、及v2、u2、d2、l2、hf2,已知d1=2d2、L1=2L2，则:A. hf1/hf2=( ); (a)2; (b)4; (c)1/2; (d)1/4; (e)1 B.当两段管路流体均作滞流流动时,v1/v2=( ); (a)2; (b)4; (c)8; (d)1/4; (e)1 C.当两段管路流体均作滞流流动时,u1/u2=( ); (a)2; (b)4; ( c)1/2; (d)1/4; (e)1 D.当两段管路流体均作湍流流动,取1=2; v1/v2=( ); (a)2; (b)4; (c)8; (d)1/2; (e)1/4 E.当两段管路流体均作湍流流动,取1=2; u1/u2=( ); (a)2; (b)4; (c)1/2; (d)1/4; (e)1
