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化工原理习题

化工原理习题文档编制序号:[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

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1000[kgf/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,%O2,76%N2,8%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700[kg/m3]、760[kg/m3]和900[kg/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%、30%和50%。

绝压、表压、真空度的计算

在大气压力为760[mmHg]的地区,某设备真空度为738[mmHg],若在大气压为655[mmHg]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

=×103[kg/m3]

读数R为500[mmHg],试求两容器的压差为多少ρ

水银

容器分别盛有水和密度为900[kg/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

ρ水银=×103[kg/m3] 四氯化碳密度ρccl4=×103 [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管指示液为水银,两U管间的连接管内

充满水。已知图中 h1=, h2=, h3=, h4=,h5=3m。大气压强P0=745[mmHg],试求容器中液面上方压强P C=

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=,试求A,B两点的压差等于多少

流量、流速计算

密度ρ=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Φ125×4mm的钢管输送压强

P=20at(绝压)、温度t=20℃的空气,已知流量为6300[Nm3/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Φ76×3mm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。

在图示管线中的A点接一U管压强计,指示液为水,管内流体密度ρ=800[kg/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60[m3/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,在此两点间连接一U管压差计,指示液密度为1630[kg/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,液面高度h1为2m,(以管中心线为基准),该系统全部能量损失∑h f=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1200[kg/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15[m3/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5[m碱液柱],试求:

(1)泵的压头;

(2)若吸入管内的流速为1[m/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9[m液柱],自B至A的一段为12[m液

柱],盐水的密度为1100[kg/ m3],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350[mmHg],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850[kg/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1[m/s],试计算:

(1)雷诺准数,并指出流动属于何种类型;

(2)局部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Φ25×,外管为Φ45×2mm,套管环隙间通以冷却盐水,其质量流速为838[kg/]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)F D为以下诸量的函数:小球直径d;流体密度ρ;流体粘度μ;流体速度u。试用因次分析法导出曳力F D的准数函数式。(注:包含F D的准数为F D/ρd2u2) 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、Φ57×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500[KN/m2](表)的压力下操作,若要维持[l/s]的体积流量,求泵所需的功率。(泵的效率取,

λ=,已知20℃的液苯密度ρ=879kg/m3,粘度μ=

如图所示,某气体(其性质与50℃的空气基本相同),用鼓风机以3600[m3/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,大气压强为1atm,求风机的有效功率。

地面上放置冷冻盐水(25%CaCl2)贮槽。盐水温度为-20℃,粘度为,密度为

1230[kg/m3],现用离心泵送至高位槽中,两槽液面差为16m,输送管为Φ32×,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6[m3/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ε/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λ=。实验得知:经两分钟内由管口流出的水量为,B、C两截面上玻璃管内液面差Δh为。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°弯头的局部阻力系数为多少

试差法求λ

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, 管路由Φ38×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ρ=1650[kg/m3],粘度μ=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,ε/d=,试求阀全开时的输水量。

可压缩流体

欲将5000[kg/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需要多大设煤气温度为20℃,λ=,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25mm,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λ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λ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 长的一段主管上并联了一根直径为Φ60×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(ρ=1106[kg/m3])与水(ρ=1000[kg/m3])。求压差计读数为48mm时的质量流量。空气温度为40℃,压力为101[kN/m2]。

在Φ38×的管路上装有标准孔板流量计,孔板的孔径为。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]

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101[kN/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C D 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400-4000[l/h],转子材料用铝

制成,ρ

=2670[kg/m3],今用它测定常压20℃的CO2流量,试问能测得最大流量为若铝

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

=7920kg/m3,你认为这建议可行否用计算结果说明。

钢,ρ

一转子流量计的锥形玻璃管在最大和最小刻度处的直径为d1=28mm和d2=, 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α=,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

.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h f1-2=h f2-0,h f0-3=h 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λ=,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=. 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l e/d=15,入、出口的阻力系数分别为及, 设摩

擦系数λ=

密度ρ=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:ζ

入口=,ζ

出口

=,ζ90°

弯头=,摩擦系数λ=.试求阀门M

之阻力系数ζ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处,孔径为20mm,孔流系数为,管路为Φ57×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,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λ=,U形管中指示液均为水银,其密度为13600Kg/m3。当水的流量为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Φ57×的钢管,直管与局部阻

力的当量长度(不包括截止阀)总和为60m,截止阀在某一开度时的局部阻力系数ζ为。设系统为稳定湍流,管路摩擦系数λ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,λ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ζ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,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:λ=(当×103

(1) 管路AB段的阻力

(2) 压差计读数R1及B点的压强(R2= 当A、B两截面的压强均升高到原来的倍时,问:

(3) 流量变为多少

(4) R2变为多少

如下图所示的输水系统,用泵将水池中的水输送到敞口高位槽,管道直径均为Φ83×,泵进口管的总长为4m(包括管路进口等所有局部阻力当量长度),出口管路上有一个调节阀,出口管路总长为9m(包括管路出口和调节阀之外的所有

局部阻力当量长度),调节阀的局部阻力系数为1,泵的进、出管道上分别安装有真空表和压力表,真空表安装位置距贮水池的水面高度为,压力表安装位置距贮水池的水面高度为5m 。当输水量为36m 3/h 时,压力表的读数为cm 2,泵的效率为70%。试求:

(1) 两液面的高度差H 为多少m

(2) 泵所需的实际功率(轴功率)为多少KW

(3) 真空表的读数多少Kgf/cm 2

已知水的粘度=1cp, 水的密度=1000kg/m 3;摩擦系数可近似按=+估算。

思考题

填空

(1).在流体阻力实验中,以水作工质所测得的直管摩擦系数与雷诺数的关系适用

于_____流体。

(2).当流体在管内流动时,如要测取管截面上流体的速度分布,应选用______测量。

(3).并联管路的特点是:

A)并联各管段压强降 ; B)主管流量等于并联的各管段 ;

C) 并联各管段中是管子长、直径小的管段通过的流量 。

(4).当Re 为已知时,流体在圆管内呈层流时的摩擦系数λ= , 在非光滑管内呈湍

流时,摩擦系数λ与 、 有关。

(5).因次分析法的依据是

(6).在SI 制中压力的因次为 ;功率的因次为 。

(7).流体流动的直管阻力为h f ,当层流流动时,c b a f L u h μ∝,则a= ,b= ,c= ;

当完全湍流时,'''c b a f L u h μ∝,a′= ,b′= ,c′= 。

(8).减少流体在管路中流动阻力∑h f的措施有: ,,。

(9).在下图中定性地画出流体流动时,各支管的液面高(忽略阻力损失):

(10)下图中高位槽液面保持恒定,液体以一定流量流径管路,ab与cd 两段长度相等,管径与管壁粗糙度相同,则:

ΔP f ab/(ρg)=;(ΔP f为压降)

ΔP fcd/(ρg)=;

h fab= ;

h fcd= 。

(11)a.稳定流动中,流速只与有关,而不稳定流动中,流速除与有关外,还与有关;

b.流体在管内作层流流动时,速度分布

呈 , 平均流速为管中心最大流速的;

c.流体在直管内层流流动的阻力与管壁粗糙

度 ;

型管压差计用水作指示液,测量气体管道中的压降,

若指示液读数R=20mm,则表示压降为 Pa,为使R读数增大,而△P值不变,应更换一种比水的指示液;

e.沿壁面流动的流体中有两个区域,一是,一是。

(12)对如图所示的测压装置,分别写出压差△P=P1-P2的计算式:

a.图ΔP= ,

b.图△P= ,

c.图△P= ,

d.图△P= 。

(13)米糠油在管中作层流流动,d为直径,u为流速,V为体积流量:

(a)d、u不变,管长增加一倍,则摩擦阻力损失 ;

(b)V、L不变,管径增加一倍,则摩擦阻力损失;

(c)d、L不变,油温升高,粘度为原来的1/2,则摩擦阻力损失。

.选择题

(1).右图中高位槽液面保持恒定,液体以一定流量流经管路,ab与cd两段长度相等, 管径与管壁粗糙度相同,则:

A U形压差计读数(a).R1>R2; (b).R1=R2;

(c).R1

B. 液体通过ab与cd段能量损失

(a).h fab>h fcd; (b).h fab=h fcd (c).h fab

C. ab与cd两段压差

(a).△P ab(p a-p b)>ΔP cd(p c-p d);

(b).ΔP ab(p a-p b)=ΔP cd(p c-p d);

(c).ΔP ab(p a-p b)<ΔP cd(p c-p d);

(d).不定

D. R1值反映的是:

(a).ab段的压差值; (b).ab段位能变化; (c).ab段流动能量损失;(d).ab段压差值及流动能量损失

(2).一敞口容器,底部有一出(进)水管,容器内水面保持恒定,管内水流动的速度头为水柱(流速u=s).

A.对图(1),水由容器流入管内,则2点的表压P2=( )水柱.

(a).; (b).; (c).; (d).

B.对图(2),水由水管进入容器,则2点的表压P2=( )水柱.

(a).; (b).; (c).; (d).

(3)、

A.图示为一异径管段,从A段流向B段,测得U形压差计的读数为R=R1,从B段流向A段测得U形压差计读数为R=R2,若两种情况下的水流量相同,则:

(a).R1>R2; (b).R1=R2;

(c).R1

B.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; (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λ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、h f1、及v2、u2、d2、l2、h f2,已知d1=2d2、L1=2L2,则:

A. h f1/h f2=( );

(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λ1=λ2; 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λ1=λ2; u1/u2=( );

(a)2; (b)4; (c)1/2; (d)1/4; (e)1

化工原理习题