化工原理：1流體流動(dòng)計(jì)算題

1、 計(jì) 算 題 1. 等壓面的判斷 如附圖所示，A與B兩設(shè)備內(nèi)充滿水，兩設(shè)備之間的U形壓差計(jì)內(nèi)的指示液為水銀。試說(shuō)明： （1）1、2、3、4各點(diǎn)壓強(qiáng)是否都相等？ （2）5、6、7、8各點(diǎn)壓強(qiáng)是否都相等？ （3）9、10、11、12各點(diǎn)壓強(qiáng)是否都相等？ （4）兩U形壓差計(jì)讀數(shù)R與H是否相同？為什么？ 答：略。 2. 液封高度的確定 精餾塔底部用蛇管加熱，液體的飽和蒸汽壓為1.093105N/m2，液體密度為950 kg/m3。采用形管出料，形管頂部與塔內(nèi)蒸汽空間有一細(xì)管AB連通（見附圖）。試求：為保證塔底液面高度不低于1m，形管高度H應(yīng)為多少？為防止塔內(nèi)蒸汽由連通管逸出，形管出口液封高度H至少應(yīng)為

2、多少？答：（1）略；（2）0.86m。復(fù)式壓差計(jì)的測(cè)量用一復(fù)式U形壓差計(jì)測(cè)量某種流體流過管路中A、B兩點(diǎn)的壓力差。已知流體的密度為，指示液的密度為0，且兩U形管之間的流體與管內(nèi)流體相同。已知兩個(gè)U形壓差計(jì)的讀數(shù)分別為R1、R2，試推導(dǎo)A、B兩點(diǎn)壓力差的計(jì)算式，并分析由此可得出什么結(jié)論？ 答：略。4. 分層器中分界面的確定附圖所示是一個(gè)油水分離器。油水的界面依靠倒U形管調(diào)節(jié)。已知油=780 kg/m3，u水=0.5m/s，。求： （1）閥1關(guān)、閥2、3開時(shí)，H=？（界面位置） （2）閥1開、閥2、3開時(shí)，H=？ （3）閥1關(guān)、閥2開、閥3關(guān)時(shí)，倒U形管中液面的高度為多少？（設(shè)容器中油水界面H為（

3、1）計(jì)算值） （4）閥1關(guān)、閥2關(guān)、閥3開時(shí)，分離器內(nèi)界面能維持嗎？答：（1）3.81m；（2）1.09m；（3）0.15m；（4）略5遠(yuǎn)距離液位測(cè)量為測(cè)定貯罐中油品的貯存量，采用附圖所示的遠(yuǎn)距離液位測(cè)量裝置。已知貯罐為圓柱形，其直徑為1.6m，吹氣管底部與貯罐底的距離為0.3m，油品的密度為850 kg/m3。 若測(cè)得U形壓差計(jì)讀數(shù)R為150mmHg，試確定貯罐中油品的貯存量，分別以體積及質(zhì)量表示。答：5.426m3；4612kg。 6流向的判斷兩貯罐中均裝有密度為800kg/m3的油品，用一根管路連通。兩貯罐的直徑分別為1m和0.4m，貯罐1中的真空度為1.33104Pa且維持恒定，貯罐2

4、與大氣相通。當(dāng)閥門F關(guān)閉時(shí)，貯罐1、2內(nèi)的液面高度分別為2.5m，1.5m。試判斷閥門開啟后油品的流向，并計(jì)算平衡后兩貯罐新的液位高度。答：貯罐1：2.55m；貯罐2：1.19m。 7. 水平管路與傾斜管路中倒U形壓差計(jì)測(cè)量的比較水從傾斜直管中流過，在截面A與B處接一空氣壓差計(jì)，其讀數(shù)R=10mm，兩測(cè)壓點(diǎn)垂直距離a=0.3m，見附圖。試求： （1）A、B兩點(diǎn)的壓差等于多少？（2）管路水平放置而流量不變，壓差計(jì)讀數(shù)及兩點(diǎn)的壓差有何變化？答：（1）3041.1kPa；（2）R不變，98.1 kPa。 8是否需要外加能量的判斷附圖所示為丙烯精餾塔回流系統(tǒng)。精餾塔內(nèi)操作壓力為13.3（表壓），槽內(nèi)液

5、面上方壓力為20.5（表壓），塔內(nèi)丙烯入口距離槽內(nèi)液面的高度差為30m，管子規(guī)格為，輸送量為40103kg/h，丙烯密度為600 kg/m3，管路全部阻力（不包括出口阻力）為150J/kg，試問完成此輸送任務(wù)是否需要裝泵？ 答：不需要。 9位差對(duì)外加壓頭的影響用泵揚(yáng)送河水經(jīng)噴頭噴出，如附圖所示。水的流量為40 ，噴頭入口壓力需維持0.5（表壓），進(jìn)水管直徑為，出水管徑為，設(shè)全部管路壓頭損失為，試求泵的外加壓頭為多少？其它數(shù)據(jù)見附圖。又問： （1）夏季水位上漲2m，外加壓頭有何變化？ （2）冬季水位下降1m，外加壓頭有何變化？ （3）旱季水位降至泵入口處以下10m，外加壓頭有何變化（設(shè)當(dāng)?shù)卮髿鈮?/p>

6、為1atm）答：17.1m；（1）15.1m；（2）18.1m；（3）不能吸水。 10容器高度的計(jì)算如附圖所示，20水由高位水槽經(jīng)管道從噴嘴流入大氣，水槽中水位恒定。已知d1=125mm ，d2=100mm ，噴嘴內(nèi)徑d3=75mm，U形壓差計(jì)的讀數(shù)R80mmHg。若忽略摩擦損失，求水槽的高度H及噴嘴前壓力表讀數(shù)。答：5.4m；36.1kPa（表壓）。11管路中流體流量的計(jì)算如附圖所示，水從液位恒定的敞口高位槽中流出并排入大氣。高位槽中水面距地面8m，出水管為894mm，管出口距地面為2m。閥門全開時(shí)，管路的全部壓頭損失為5.7m（不包括出口壓頭損失）。試求管路的輸水量，m3/h； （2）分析

7、閥門從關(guān)閉到全開，管路中任意截面A-A處壓力的變化。答：（1）45.1m3/h；（2）略。12管內(nèi)流體壓力的計(jì)算如附圖所示，某廠利用噴射泵輸送氨。管中稀氨水的質(zhì)量流量為1104kg/h，密度為1000kg/m3，入口處的表壓為147kPa。導(dǎo)管的內(nèi)徑為53mm，噴嘴出口處內(nèi)徑為13mm，噴嘴能量損失可忽略不計(jì)，試求噴嘴出口處的壓力。 答：71.45kPa（真空度） 13利用壓差測(cè)量流量 密度為kg/m3的流體在附圖所示 的管路中流動(dòng)，已知粗管的內(nèi)徑為d1，細(xì)管的內(nèi)徑為在d2?，F(xiàn)測(cè)得截面1、截面2處的壓力分別為p1、p2，若忽略兩截面間的能量損失，試計(jì)算流體在管內(nèi)的流量。 答：略。 14管路中流

8、體流量的計(jì)算如附圖所示，用高位槽向一密閉容器送水，容器中的表壓為80kPa。已知輸送管路為mm的鋼管，管路系統(tǒng)的能量損失與流速的關(guān)系為（J/kg）（不包括出口能量損失），試求：水的流量；若需將流量增加20，可采取哪些措施？計(jì)算出調(diào)整后參數(shù)的具體數(shù)值。答： （1）7.46m3/h；（2）略。15粘度的測(cè)量欲測(cè)定液體的粘度，通?？刹捎脺y(cè)量其通過毛細(xì)管的流速與壓降的方法。已知待測(cè)液體的密度為912 kg/m3，毛細(xì)管的內(nèi)徑為2.222mm，長(zhǎng)度為0.1585m。測(cè)得液體的流量為5.33107m3/s時(shí)，壓降為131mmH2O（水的密度為996 kg/m3）。忽略端效應(yīng)，試計(jì)算該液體的粘度。答：9.0

9、6cP16小流量的測(cè)量某氣體以一定流量穩(wěn)定流過附圖所示流量測(cè)量裝置。已知?dú)怏w密度為0.5 kg/m3，粘度為0.02cP，管內(nèi)徑（ab段管子）為10mm，ab段管有一銳孔，其局部阻力之當(dāng)量長(zhǎng)度為10m，其它阻力忽略不計(jì)。假定通過此裝置的氣體密度不變。試問： （1）當(dāng)H=40mm時(shí)，氣體的流量為多少？ （2）若維持氣體的質(zhì)量流量不變，而壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的0.8倍，H將變?yōu)槎嗌伲看穑海?）1.73m 3/h；（2）50mm。17容器間相對(duì)位置的計(jì)算水以1m/s的流速?gòu)谋挚诘母呶徊弁ㄟ^管路流向某壓力為0.6（表壓）的設(shè)備中，如附圖所示。已知輸送管總長(zhǎng)為10m，管內(nèi)徑為50mm，管路上有一孔板流量計(jì)（其當(dāng)

10、量長(zhǎng)度為5m），一個(gè)半開的截止閥（其阻力系數(shù)來(lái)4.5），兩個(gè)90o彎頭（每個(gè)阻力系數(shù)為0.75），摩擦系數(shù)，并設(shè)高位槽液面保持不變。求：管路總能量損失（包括管進(jìn)、出口）；高位槽液面與設(shè)備進(jìn)口管間的垂直距離x（3）若孔板流量計(jì)的孔徑為30mm，流量系數(shù)，求流量計(jì)上U形壓差計(jì)的讀數(shù)（指示液為水銀）。答：（1）7.5J/kg；（2）6.76m；（3）81.3mm。18局部阻力系數(shù)的測(cè)定在附圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置上采用四點(diǎn)法測(cè)量突然擴(kuò)大的局部阻力系數(shù)。細(xì)管與粗管的尺寸分別為 mm、 mm 。當(dāng)水的流量為 12 m3/h時(shí)，兩U形壓差計(jì)中讀數(shù)分別為 R1260mmHg、 R2=554mmHg。設(shè)，試求突然擴(kuò)大

11、的局部阻力系數(shù)。答：0.567。19. 容器內(nèi)壓力的確定 用壓縮空氣將密度為1100 kg/m3的某腐蝕性液體自低位槽送至高位槽，兩槽的液面維持恒定。管子規(guī)格為603.5mm，其它尺寸如附圖所示。各管段的能量損失分別為，（J/kg）（u為液體在管內(nèi)流速）。兩U形壓差計(jì)中的指示液均為水銀，R1=45mm, h=200mm。試求（1）壓縮空氣的壓力p1；（2）U形壓差計(jì)讀數(shù)R2。答：（1）1.23105Pa；(2) 0.609m。20煙囪高度的計(jì)算某廠一有蒸汽鍋爐，每小時(shí)產(chǎn)生煙道氣360000m3，煙氣需要通過煙囪排入大氣中。煙囪底部氣體壓強(qiáng)較地面上的大氣壓強(qiáng)低25mmH2O。設(shè)煙囪是由鋼板鉚接而

12、成的圓筒，內(nèi)徑為3.5m，煙囪中氣體的平均溫度為260，在此溫度下氣體的平均密度為0.6 kg/m3，平均粘度為0.028cP。大氣的溫度為20，在此溫度下，在煙囪高度范圍內(nèi)，大氣的平均密度為1.15 kg/m3。問此煙囪需多少米高？（設(shè)相對(duì)粗糙度） 答：46.76m。 21管路直徑的計(jì)算油在水平管中作定態(tài)層流流動(dòng)。已知粘度為60 cP，密度為800 kg/m3，管長(zhǎng)l為80m，局部阻力之當(dāng)量長(zhǎng)度為40m，管段兩端的壓強(qiáng)分別為，（均為表壓）。若測(cè)得離管中心距離r處的點(diǎn)速度為0.8m/s，且r=0.5R（R為管子的內(nèi)半徑），求管子內(nèi)徑d。答：50mm。 22非定態(tài)流動(dòng)過程的計(jì)算水從一直徑5m的直

13、立圓罐底部的鋼管排出，管出口與罐底在同一水平面上，管長(zhǎng)90m，直徑230mm，試求罐內(nèi)水面從離底3m高降到1m高所需時(shí)間。水的粘度為，設(shè)流動(dòng)在完全湍流區(qū)。 答：497s。 23循環(huán)管路的計(jì)算 如附圖所示的循環(huán)系統(tǒng)，液體由密閉容器A進(jìn)入離心泵，又由泵送回容器A。循環(huán)量為1.8m3/h，輸送管路為內(nèi)徑等于25mm的碳鋼管，容器內(nèi)液面至泵入口的壓頭損失為0.55m，離心泵出口至容器A液面的壓頭損失為1.6m，泵入口處?kù)o壓頭比容器液面靜壓頭高出2m。試求： （1）管路系統(tǒng)需要離心泵提供的壓頭； （2）容器液面至泵入口的垂直距離z。 答：（1）2.15m；（2）2.60m。 24管內(nèi)流量的確定如附圖所示

14、，將密度為920 kg/m3，粘度為 0.015Pas的液體利用位差從儲(chǔ)槽A送入儲(chǔ)槽B。管路為mm的鋼管，其長(zhǎng)度（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）為25m。求：管內(nèi)液體流量；（2）若液體的密度及粘度均增大20%，定性分析管內(nèi)流量將如何變化？答：（1）0.827m3/h；（2）略。 25管內(nèi)流量的確定 kg/m3、cP的冷卻水由常壓高位槽送往常壓冷卻塔噴淋（見附圖），輸送管尺寸為mm，直管及全部局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度之和為120m，試求冷卻水流量。（層流時(shí)，；湍流時(shí)，） 答： 52.81m3/h。26分支管路的分析如附圖所示，槽內(nèi)水面維持不變，水從D、C兩支管排出。各管段的直徑、粗糙度相同，槽內(nèi)水面與兩支

15、管出口垂直距離相等。水在管內(nèi)達(dá)完全湍流狀態(tài)。試分析： （1）兩閥門全開時(shí)，兩支管的流量是否相等？ （2）若關(guān)D閥，C支管內(nèi)水的流量有何變化？ （3）當(dāng)D閥關(guān)閉時(shí)，主管B處的壓強(qiáng)比兩閥全開時(shí)的壓強(qiáng)增加還是減少？答：略。 27提高流量的措施如附圖所示，水從水塔引至車間，水塔的水位視為不變，送水管的內(nèi)徑為50mm，管路總長(zhǎng)為l，且，流量為，水塔水面與送水管出口間的距離為h，今用水量增加50%，需對(duì)送水管進(jìn)行改裝。有人建議將管路換成內(nèi)徑為75mm的管子；有人建議將管路并聯(lián)一根長(zhǎng)為l/2、內(nèi)徑為50mm的管子，兩管子在l/2高度匯合。有人建議將管路并聯(lián)一根長(zhǎng)度為l、內(nèi)徑為25mm的管子。試分析這些建議的效果，假設(shè)在各種情況下摩擦系數(shù)變化不大，水在管內(nèi)的動(dòng)能可忽略。答：略。28并聯(lián)管路的流量分配 如圖所示，在兩個(gè)相同的塔中，各填充高度為1m和0.7m的填料，并用相同鋼管并聯(lián)組合，兩支路管長(zhǎng)均為5m，管徑均為0.2m，摩擦系數(shù)均為0.02，每支管均安裝一個(gè)閘閥。塔1、塔2的局部阻力系數(shù)分別為10和8。已知管路總流量始終保持為0.3m3/s。試求：當(dāng)閥門全開()時(shí)，兩支管的流量比和并聯(lián)管路能量損失；閥門D關(guān)小至兩支路流量相等時(shí)，并聯(lián)管路能量損失；當(dāng)將兩閥門均關(guān)小至?xí)r，兩支路的流量比及并聯(lián)管路能量損失。答：（1）0.9，