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第二章 流体流动与输送 习题

第二章流体流动与输送习题

1.燃烧重油所得的燃烧气,经分析测知其中含8.5%CO2,7.5%O2,76%N2,8%H2O(体积%)。试求温度为500℃、压强为101.33×103Pa时,该混合气体的密度。

2.在大气压为101.33×103Pa的地区,某真空蒸馏塔塔顶真空表读数为9.84×104Pa。若在大气压为8.73×104Pa的地区使塔内绝对压强维持相同的数值,则真空表读数应为多少?

3.敞口容器底部有一层深0.52m的水,其上部为深3.46m的油。求器底的压强,以Pa 表示。此压强是绝对压强还是表压强?水的密度为1000kg/m3,油的密度为916 kg/m3。

4.为测量腐蚀性液体贮槽内的存液量,采用图1-7所示的装置。控制调节阀使压缩空气缓慢地鼓泡通过观察瓶进入贮槽。今测得U型压差计读数R=130mmHg,通气管距贮槽底部h=20cm,贮槽直径为2m,液体密度为980 kg/m3。试求贮槽内液体的储存量为多少吨?

5.一敞口贮槽内盛20℃的苯,苯的密度为880 kg/m3。液面距槽底9m,槽底侧面有一直径为500mm的人孔,其中心距槽底600mm,人孔覆以孔盖,试求:

(1)人孔盖共受多少静止力,以N表示;

(2)槽底面所受的压强是多少?

6.为了放大所测气体压差的读数,采用如图所示的斜管式压差计,一臂垂直,一臂与水平成20°角。若U形管内装密度为804 kg/m3的95%乙醇溶液,求读数R为29mm时的

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压强差。

7.用双液体U型压差计测定两点间空气的压差,测得R=320mm。由于两侧的小室不够大,致使小室内两液面产生4mm的位差。试求实际的压差为多少Pa。若计算时忽略两小室内的液面的位差,会产生多少的误差?两液体密度值见图。

8.为了排除煤气管中的少量积水,用如图所示的水封设备,水由煤气管路上的垂直支管排出,已知煤气压强为1×105Pa(绝对压强)。问水封管插入液面下的深度h应为若干?当

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地大气压强p a =9.8×104Pa ,水的密度ρ=1000 kg/m 3。

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9.如图示某精馏塔的回流装置中,由塔顶蒸出的蒸气经冷凝器冷凝,部分冷凝液将流回塔内。已知冷凝器内压强p 1=1.04×105Pa (绝压),塔顶蒸气压强p 2=1.08×105Pa (绝压),为使冷凝器中液体能顺利地流回塔内,问冷凝器液面至少要比回流液入塔处高出多少?冷凝液密度为810 kg/m 3。

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10.为测量气罐中的压强p B ,采用如图所示的双液杯式微差压计。两杯中放有密度为ρ1的液体,U 形管下部指示液密度为ρ2。管与杯的直径之比d/D 。试证:

()22112D

d hg hg p p a B ρρρ---= 11.列管换热器的管束由121根φ25×2.5mm 的钢管组成,空气以9m/s 的速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50℃,压强为196×103Pa (表压),当地大气压为98.7×103Pa 。试求:

(1)空气的质量流量;

(2)操作条件下空气的体积流量;

(3)将(2)的计算结果换算为标准状态下空气的体积流量。

注:φ25×2.5mm钢管外径为25mm,壁厚为2.5mm,内径为20mm。

12.高位槽内的水面高于地面8m,水从φ108×4mm的管路中流出,管路出口高于地面2m。在本题中,水流经系统的能量损失可按h f=6.5u2计算,其中u为水在管内的流速,试计算:

(1)A-A截面处水的流速;

(2)出口水的流量,以m3/h计。

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13.在图示装置中,水管直径为φ57×3.5mm。当阀门全闭时,压力表读数为3.04×104Pa。当阀门开启后,压力表读数降至2.03×104Pa,设总压头损失为0.5m。求水的流量为若干m3/h?水密度ρ=1000kg/m3。

14.某鼓风机吸入管直径为200mm,在喇叭形进口处测得U型压差计读数R=25mm,指示液为水。若不计阻力损失,空气的密度为1.2kg/m3,试求管路内空气的流量。

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15.用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部,槽内水位维持恒定。各部分相对位置如图所示。管路的直径均为φ76×2.5mm,在操作条件下,泵入口处真空表读数为24.66×103Pa,水流经吸入管与排出管(不包括喷头)的阻力损失可分别按h f1=2u2与h f2=10u2计算。式中u为吸入管或排出管的流速。排出管与喷头连接处的压强为98.07×103Pa(表压)。试求泵的有效功率。

16.图示为30℃的水由高位槽流经直径不等的两段管路。上部细管直径为20mm,下部粗管直径为36mm。不计所有阻力损失,管路中何处压强最低?该处的水是否会发生汽化现象?

17.图示一冷冻盐水的循环系统。盐水的循环量为45 m3/h,管径相同。流体流经管路

的压头损失自A至B的一段为9m,自B至A的一段为12m。盐水的密度为1100 kg/m3,试求:

(1)泵的功率,设其效率为0.65;

(2)若A的压力表读数为14.7×104Pa,则B处的压力表读数应为多少Pa?

18.在水平管路中,水的流量为2.5l/s,已知管内径d1=5cm,d2=2.5cm及h1=1m,若忽略能量损失,问连接于该管收缩面上的水管,可将水自容器内吸上高度h2为多少?水密度ρ=1000 kg/m3。

19.密度850 kg/m3的料液从高位槽送入塔中,如图所示。高位槽液面维持恒定。塔内表压为9.807×103Pa,进料量为5m3/h。进料管为φ38×2.5mm的钢管,管内流动的阻力损失为30J/kg。问高位槽内液面应比塔的进料口高出多少?

20.有一输水系统如图所示。输水管径为φ57×3.5mm。已知管内的阻力损失按h f=45×u2/2计算,式中u为管内流速。求水的流量为多少m3/s?欲使水量增加20%,应将水槽的水面升高多少?

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21.水以3.77×10-3m3/s的流量流经一扩大管段。细管直径d=40mm,粗管直径D=80mm,倒U型压差计中水位差R=170mm,求水流经该扩大管段的阻力损失h f,以mH2O表示。

22.贮槽内径D为2m,槽底与内径d0为32mm的钢管相连,如图所示。槽内无液体补充,液面高度h1=2m。管内的流动阻力损失按h f=20u2计算。式中u为管内液体流速。试求当槽内液面下降1m所需的时间。

23.90℃的水流入内径为20mm的管内,欲使流动呈层流状态,水的流速不可超过哪一数值?若管内流动的是90℃的空气,则这一数值又为多少?

24.由实验得知,单个球形颗粒在流体中的沉降速度u i与以下诸量有关:

颗粒直径d;流体密度ρ与粘度μ,颗粒与流体的密度差ρa-ρ;重力加速度g。试通过因次分析方法导出颗粒沉降速度的无因次函数式。

25.用φ168×9mm的钢管输送原油,管线总长100km,油量为60000kg/h,油管最大抗压能力为1.57×107Pa。已知50℃时油的密度为890kg/m3,油的粘度为0.181Pa·s。假定输油管水平放置,其局部阻力忽略不计,试问为完成上述输送任务,中途需几个加压站?

所谓油管最大抗压能力系指管内输送的流体压强不能大于此值,否则管子损坏。

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26.每小时将2×104kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽(见图)。反应器液面上方保持26.7×103Pa的真空度,高位槽液面上方为大气压。管路为φ76×4mm钢管,总长50m,管线上有两个全开的闸阀,一个孔板流量计(ζ=4)、五个标准弯头。反应器内液面与管出口的距离为15m。若泵的效率为0.7,求泵的轴功率。溶液ρ=1073 kg/m3,μ=6.3×10-4Pa·s,ε=0.3mm。

27.用压缩空气将密闭容器(酸蛋)中的硫酸压送到敞口高位槽。输送流量为0.1m3/min,输送管路为φ38×3mm无缝钢管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m,在压送过程中设位差不变。管路总长20m,设有一个闸阀(全开),8个标准90°弯头。求压缩空气所需的压强为多少(表压)?硫酸ρ为1830kg/m3,μ为0.012Pa·s,钢管的ε为0.3mm。

28.粘度为0.03 Pa·s、密度为900 kg/m3的液体自容器A流过内径40mm的管路进入容器B。两容器均为敞口,液面视作不变。管路中有一阀门,阀前管长50m,阀后管长20m (均包括局部阻力的当量长度)。当阀全关时,阀前、后的压力表读数分别为8.82×104Pa 和4.41×104Pa。现将阀门打开至1/4开度,阀门阻力的当量长度为30m。试求:(1)管路的流量;

(2)阀前、阀后压力表的读数有何变化?

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29.如图所示,某输油管路未装流量计,但在A、B两点的压力表读数分别为p A=1.47×106Pa,p B=1.43×106Pa。试估计管路中油的流量。已知管路尺寸为φ89×4mm的无缝钢管。A、B两点间的长度为40m,有6个90°弯头,油的密度为820 kg/m3,粘度为0.121 Pa·s。

30.欲将5000kg/h的煤气输送100km,管内径为300mm,管路末端压强为14.7×104Pa (绝压),试求管路起点需要多大的压强?

设整个管路中煤气的温度为20℃,λ为0.016,标准状态下煤气的密度为0.85kg/m3。

31.一酸贮槽通过管路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φ38×2.5mm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,粗糙度应取为0.15mm。贮槽及反应器均为大气压。求每分钟可送酸多少m3?酸的密度ρ=1650 kg/m3,粘度μ=0.012Pa·s。(提示:用试差法时可先设λ=0.04)。

32.水位恒定的高位槽从C、D两支管同时放水。AB段管长6m,内径41mm。BC段长15m,内径25mm。BD长24m,内径25mm。上述管长均包括阀门及其它局部阻力的当量长度,但不包括出口动能项,分支点B的能量损失可忽略。试求:

(1)D、C两支管的流量及水槽的总排水量;

(2)当D阀关闭,求水槽由C支管流出的水量。设全部管路的摩擦系数λ均可取0.03,且不变化,出口损失应另行考虑。

33.用内径为300mm的钢管输送20℃的水,为了测量管内水的流量,采用了如图所示的安排。在2m长的一段主管路上并联了一根直径为φ60×3.5mm的支管,其总长与所有局部阻力的当量长度之和为10m。支管上装有转子流量计,由流量计上的读数知支管内水的流量为2.72m3/h。试求水在主管路中的流量及总流量。设主管路的摩擦系数λ为0.018,支管路的摩擦系数λ为0.03。

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34.拟用一泵将碱液由敞口碱液槽打入位差为10m高的

塔中,塔顶压强为5.88×104Pa(表压),流量20m3/h。全部输

送管均为φ57×3.5mm无缝钢管,管长50m(包括局部阻力

的当量长度)。碱液的密度ρ=1500kg/m3,粘度μ=2×10-

3Pa·s。管壁粗糙度为0.3mm。试求:

(1)输送单位重量液体所需提供的外功。

(2)需向液体提供的功率。

习题34 附图