化工原理(杨祖荣主编)习题解答Word格式文档下载.doc
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h1
h2
A
C
题5附图
5.如附图所示,敞口容器内盛有不互溶的油和水,油层和水层的厚度分别为700mm和600mm。
在容器底部开孔与玻璃管相连。
已知油与水的密度分别为800kg/m3和1000kg/m3。
(1)计算玻璃管内水柱的高度;
(2)判断A与B、C与D点的压力是否相等。
(1)容器底部压力
(2)
6.水平管道中两点间连接一U形压差计,指示液为汞。
已知压差计的读数为30mm,试分别计算管内流体为
(1)水;
(2)压力为101.3kPa、温度为20℃的空气时压力差。
(1)
(2)空气密度
∵空气密度较小,∴
7.用一复式U形压差计测量水流过管路中A、B两点的压力差。
指示液为汞,两U形管之间充满水,已知h1=1.2m,h2=0.4m,h4=1.4m,h3=0.25m,试计算A、B两点的压力差。
题7附图
3
4
6
2
1
5
图中1、2为等压面,即
(1)
又
(2)
将
(2)代入
(1)中:
8.根据附图所示的双液体U管压差计的读数,计算设备中气体的压力,并注明是表压还是绝压。
已知压差计中的两种指示液为油和水,其密度分别为920kg/m3和998kg/m3,压差计的读数R=300mm。
两扩大室的内径D为60mm,U管的内径d为6mm。
题8附图
解:
1.2为等压面,
题9附图
(表压)
9.为了排出煤气管中的少量积水,用附图所示的水封装置,水由煤气管道中的垂直支管排出。
已知煤气压力为10kPa(表压),试求水封管插入液面下的深度h。
煤气表压
10.绝对压力为540kPa、温度为30℃的空气,在φ108×
4mm的钢管内流动,流量为1500m3/h(标准状况)。
试求空气在管内的流速、质量流量和质量流速。
解:
标准状况下空气的密度:
操作条件下密度:
体积流速:
11.硫酸流经由大小管组成的串联管路,其尺寸分别为φ76×
4mm和φ57×
3.5mm。
已知硫酸的密度为1831kg/m3,体积流量为9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的
(1)质量流量;
(2)平均流速;
(3)质量流速。
(1)大管:
(2)小管:
质量流量不变
或:
题12附图
12.如附图所示,用虹吸管从高位槽向反应器加料,高位槽与反应器均与大气相通,且高位槽中液面恒定。
现要求料液以1m/s的流速在管内流动,设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg(不包括出口),试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。
以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’~2-2’间列柏努力方程:
简化:
题13附图
13.用压缩空气将密闭容器(酸蛋)中的硫酸压送至敞口高位槽,如附图所示。
输送量为0.1m3/min,输送管路为φ38×
3mm的无缝钢管。
酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m,且在压送过程中不变。
设管路的总压头损失为3.5m(不包括出口),硫酸的密度为1830kg/m3,问酸蛋中应保持多大的压力?
以酸蛋中液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,且以1-1’面为基准,在1-1’~2-2’间列柏努力方程:
其中:
代入:
题14附图
14.如附图所示,某鼓风机吸入管内径为200mm,在喇叭形进口处测得U形压差计读数R=15mm(指示液为水),空气的密度为1.2kg/m3,忽略能量损失。
试求管道内空气的流量。
如图,在1-1’~2-2’间列柏努力方程:
其中:
简化:
而:
流量:
R
题15附图
15.甲烷在附图所示的管路中流动。
管子的规格分别为φ219×
6mm和φ159×
4.5mm,在操作条件下甲烷的平均密度为1.43kg/m3,流量为1700m3/h。
在截面1和截面2之间连接一U形压差计,指示液为水,若忽略两截面间的能量损失,问U形压差计的读数R为多少?
在1,2截面间列柏努力方程:
简化:
或:
又
16.如附图所示,用泵将20℃水从水池送至高位槽,槽内水面高出池内液面30m。
输送量为30m3/h,此时管路的全部能量损失为40J/kg。
设泵的效率为70%,试求泵所需的功率。
在水池1面与高位槽2面间列柏努力方程:
题17附图
17.附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统,丙烯由贮槽回流至塔顶。
丙烯贮槽液面恒定,其液面上方的压力为2.0MPa(表压),精馏塔内操作压力为1.3MPa(表压)。
塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面30m,管内径为140mm,丙烯密度为600kg/m3。
现要求输送量为40×
103kg/h,管路的全部能量损失为150J/kg(不包括出口能量损失),试核算该过程是否需要泵。
在贮槽液面1-1’与回流管出口外侧2-2’间列柏努力方程:
简化:
不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中
h
题18附图
18.某一高位槽供水系统如附图所示,管子规格为φ45×
2.5mm。
当阀门全关时,压力表的读数为78kPa。
当阀门全开时,压力表的读数为75kPa,且此时水槽液面至压力表处的能量损失可以表示为J/kg(u为水在管内的流速)。
试求:
(1)高位槽的液面高度;
(2)阀门全开时水在管内的流量(m3/h)。
(1)阀门全关,水静止
(2)阀门全开:
在水槽1-1’面与压力表2-2’面间列柏努力方程:
简化:
解之:
流量:
题19附图
19.附图所示的是冷冻盐水循环系统。
盐水的密度为1100kg/m3,循环量为45m3/h。
管路的内径相同,盐水从A流经两个换热器至B的压头损失为9m,由B流至A的压头损失为12m,问:
(1)若泵的效率为70%,则泵的轴功率为多少?
(2)若A处压力表的读数为153kPa,则B处压力表的读数为多少?
(1)对于循环系统:
(2)列柏努力方程:
B处真空度为19656Pa。
20.25℃水在φ60×
3mm的管道中流动,流量为20m3/h,试判断流型。
查附录25℃水物性:
为湍流
21.运动粘度为3.2×
10-5m2/s的有机液体在φ76×
3.5mm的管内流动,试确定保持管内层流流动的最大流量。
22.计算10℃水以2.7×
10-3m3/s的流量流过φ57×
3.5mm、长20m水平钢管的能量损失、压头损失及压力损失。
(设管壁的粗糙度为0.5mm)
10℃水物性:
查得
23.如附图所示,用泵将贮槽中的某油品以40m3/h的流量输送至高位槽。
两槽的液位恒定,且相差20m,输送管内径为100mm,管子总长为45m(包括所有局部阻力的当量长度)。
已知油品的密度为890kg/m3,粘度为0.487Pa·
s,试计算泵所需的有效功率。
题23附图
在贮槽1截面到高位槽2截面间列柏努力方程:
而:
24.一列管式换热器,壳内径为500mm,内装174根φ25×
2.5mm的钢管,试求壳体与管外空间的当量直径。
25.求常压下35℃的空气以12m/s的速度流经120m长的水平通风管的能量损失和压力损失。
管道截面为长方形,长为300mm,宽为200mm。
(设=0.0005)
当量直径:
35℃空气物性:
由,查得
题26附图
26.如附图所示,密度为800kg/m3、粘度为1.5mPa·
s的液体,由敞口高位槽经φ114×
4mm的钢管流入一密闭容器中,其压力为0.16MPa(表压),两槽的液位恒定。
液体在管内的流速为1.5m/s,管路中闸阀为半开,管壁的相对粗糙度=0.002,试计算两槽液面的垂直距离。
解:
在高位槽1截面到容器2截面间列柏努力方程:
由 ,查得
管路中:
进口
90℃弯头2个
半开闸阀
出口
27.从设备排出的废气在放空前通过一个洗涤塔,以除去其中的有害物质,流程如附图所示。
气体流量为3600m3/h,废气的物理性质与50℃的空气相近,在鼓风机吸入管路上装有U形压差计,指示液为水,其读数为60mm。
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55m(不包括进、出塔及管出口阻力),放空口与鼓风机进口管水平面的垂直距离为15m,已估计气体通过洗涤塔填料层的压力降为2.45kPa。
管壁的绝对粗糙度取为0.15mm,大气压力为101.3kPa。
试求鼓风机的有效功率。
题27附图
以吸入管测压处为1-1’面,洗涤塔管出口内侧为2-2’面,列柏努力方程:
其中:
50℃空气物性:
又
查得
28.如附图所示,用离心泵将某油品输送至一密闭容器中。
A、B处压力表的读数分别为1.47MPa、1.43MPa,管路尺寸为φ89×
4mm,A、B两点间的直管长度为40m,中间有6个90º
标准弯头。
已知油品的密度为820kg/m3,粘度为121mPa·
s,试求油在管路中的流量。
0.5m
题28附图
1.5m
在A—B间列柏努力方程:
又
油品粘度大,设流动为层流.
900标准弯头
解得
假设正确
29.20℃苯由高位槽流入贮槽中,两槽均为敞口,两槽液面恒定且相差5m。
输送管为φ38×
3mm的钢管(=0.05mm)总长为100m(包括所有局部阻力的当量长度),求苯的流量。
在两槽间列柏努力方程,并简化:
即:
代入数据:
化简得:
查完全湍流区
设,由
(1)式得
由附录查得20℃苯物性:
查图,
再设,由
(1)得
查得假设正确
流量:
30.如附图所示,密度为ρ的流体以一定的流量在一等径倾斜管道中流过。
在A、B两截面间连接一U形压差计,指示液的密度为ρ0,读数为R。
已知A、B两截面间的位差为,试求:
(1)AB间的压力差及能量损失;
(2)若将管路水平放置而流量保持不变,则压差计读数及AB间的压力差为多少?
(1)在A-A与B-B间柏努利方程:
题30附图
其中=
对于U形差压计
(2)水平放置时
流量不变管路总能量损失不变。
而U形差压计读数R实际反映了阻力的大小,所以R不变。
此时,
题31附图
10
31.如附图所示,高位槽中水分别从BC与BD两支路排出,其中水面维持恒定。
高位槽液面与两支管出口间的距离为10m。
AB管段的内径为38mm、长为28m;
BC与BD支管的内径相同,均为32mm,长度分别为12m、15m(以上各长度均包括管件及阀门全开时的当量长度)。
各段摩擦系数均可取为0.03。
(1)BC支路阀门全关而BD支路阀门全开时的流量;
(2)BC支路与BD支路阀门均全开时各支路的流量及总流量。
(1)在高位槽液面与BD管出口外侧列柏努利方程:
简化:
而
有:
化简
又由连续性方程:
代入上式:
解得:
流量:
(2)当BD,BC支路阀均全开时:
C,D出口状态完全相同,分支管路形如并联管路,
(1)
又
=
(2)
在高位槽液面与BD出口列柏努利方程:
(3)
将
(2)代入(3)式中:
解得:
流量:
32.在内径为80mm的管道上安装一标准孔板流量计,孔径为40mm,U形压差计的读数为350mmHg。
管内液体的密度为1050kg/m3,粘度为0.5cP,试计算液体的体积流量。
设,查得
而
假设正确,以上计算有效。
题33附图
12
33.用离心泵将20℃水从水池送至敞口高位槽中,流程如附图所示,两槽液面差为12m。
输送管为φ57×
3.5mm的钢管,总长为220m(包括所有局部阻力的当量长度)。
用孔板流量计测量水流量,孔径为20mm,流量系数为0.61,U形压差计的读数为400mmHg。
摩擦系数可取为0.02。
(1)水流量,m3/h;
(2)每kg水经过泵所获得的机械能。
(2)以水池液面为面,高位槽液面为面,在面间列柏努利方程:
其中:
34.以水标定的转子流量计用来测量酒精的流量。
已知转子的密度为7700kg/m3,酒精的密度为790kg/m3,当转子的刻度相同时,酒精的流量比水的流量大还是小?
试计算刻度校正系数。
解:
酒精流量比水大
35.在一定转速下测定某离心泵的性能,吸入管与压出管的内径分别为70mm和50mm。
当流量为30m3/h时,泵入口处真空表与出口处压力表的读数分别为40kPa和215kPa,两测压口间的垂直距离为0.4m,轴功率为3.45kW。
试计算泵的压头与效率。
解:
在泵进出口处列柏努力方程,忽略能量损失;
=27.07m
36.在一化工生产车间,要求用离心泵将冷却水从贮水池经换热器送到一敞口高位槽中。
已知高位槽中液面比贮水池中液面高出10m,管路总长为400m(包括所有局部阻力的当量长度)。
管内径为75mm,换热器的压头损失为,摩擦系数可取为0.03。
此离心泵在转速为2900rpm时的性能如下表所示:
Q/(m3/s)
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
0.008
H/m
26
25.5
24.5
23
21
18.5
15.5
8.5
试求:
(1)管路特性方程;
(2)泵工作点的流量与压头。
(1)管路特性曲线方程:
(2)在坐标纸中绘出泵的特性曲线及管路特性曲线的工作点:
37.用离心泵将水从贮槽输送至高位槽中,两槽均为敞口,且液面恒定。
现改为输送密度为1200kg/m3的某水溶液,其它物性与水相近。
若管路状况不变,试说明:
(1)输送量有无变化?
(2)压头有无变化?
(3)泵的轴功率有无变化?
(4)泵出口处压力有无变化?
变化时,泵特性曲线不变。
管路特性曲线不变
(1)输送量不变;
(2)压头不变;
(3)轴功率:
增加
(4)在贮槽液面1-1′和泵出口2-2′间列柏努力方程:
简化:
工作点Q,不变,不变
即随的增加而增加。
38.用离心泵向设备送水。
已知泵特性方程为,管路特性方程为,两式中Q的单位均为m3/h,H的单位为m。
试求该泵的输送量;
解:
联立:
解得:
39.用型号为IS65-50-125的离心泵将敞口贮槽中80℃的水送出,吸入管路的压头损失为4m,当地大气压为98kPa。
试确定此泵的安装高度。
解:
查附录:
水,
IS65-50-125泵气蚀余量NPSH=2.0m
泵允许安装高度:
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