化工原理（課后大題）

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緒論

第一章流體滾動(dòng)

流體的壓力

某設(shè)備進(jìn)、出口的表壓分別為-12kPa和157kPa，當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?01.3kPa。試求此設(shè)備的進(jìn)、出口的絕對(duì)壓力及進(jìn)、出的壓力差各為多少帕。

解進(jìn)口絕對(duì)壓力p進(jìn)?101.3?12?89.3kPa

出口絕對(duì)壓力p出?101.3?157?258.3kPa進(jìn)、出口的壓力差

?p?157?（?12）?157?12?169kPa或?p?258.3?89.3?169kPa

流體的密度

正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩爾分?jǐn)?shù)為0.4，試求該混合液在20℃下的密度。

解正庚烷的摩爾質(zhì)量為100kg/kmol，正辛烷的摩爾質(zhì)量為114kg/kmol。將摩爾分?jǐn)?shù)換算為質(zhì)量分?jǐn)?shù)正庚烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?1?0.4?100?0.369

0.4?100?0.6?114正辛烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?2?1?0.369?0.631

從附錄四查得20℃下正庚烷的密度?1?684kg/m3，正辛烷的密度為?2?703kg/m3混合液的密度?m?10.3690.631?684703?696kg/m3

流體靜力學(xué)

如習(xí)題1-9附圖所示的測(cè)壓差裝置，其U形壓差計(jì)的指示液為水銀，其他管中皆為水。若指示液讀數(shù)為R?150mm，試求A、B兩點(diǎn)的壓力差。

解等壓面1?1'，p1?p'1

p1?pA?H?水g

p'1?pB??0.5?H?R??水g?R?汞g

習(xí)題1-9附圖

由以上三式，得

pA?pB?R?汞g??0.5?R??水g

已知R?0.15m，?汞?13600kg/m3，

pA?pB?0.15?13600?9.81??0.5?0.15??1000?9.81

流量與流速

有密度為1800kg/m3的液體，在內(nèi)徑為60mm的管中輸送到某處。若其流速為0．／h)、質(zhì)量流量?kg/s8m/s，試求該液體的體積流量(m3?與質(zhì)量流速?kg/?m2?s??。??解(1)體積流量qV??4d2u??4?0．062?0．8?2.26?10?3m3/s?8.14m3／h

(2)質(zhì)量流量qm?qV??2.26?10?3?1800?4.07kg/s(3)質(zhì)量流速?=qm4.07==1440kg/(m2?s)A??0.0624連續(xù)性方程與伯努利方程

如習(xí)題1-17附圖所示的常溫下操作的水槽，下面的出水管直徑為

?57mm?3.5mm。當(dāng)出水閥全關(guān)閉時(shí)，壓力表讀數(shù)為30.4kPa。而閥門開啟后，壓力表讀數(shù)降至20.3kPa。設(shè)壓力表之前管路中的壓頭損失為0.5m水柱，試求水的流量為多少m3/h?

解出水閥全關(guān)閉時(shí)，壓力表讀數(shù)30.4kPa（表壓）能反映出水槽的水面距出水管的高度h

h?p表

習(xí)題1-17附圖

?g?30.4?10?3.1m

103?9.813閥門開啟后，壓力表讀數(shù)p2?20.3kPa（表壓）

從水槽表面至壓力表處的管截面列出伯努利方程，以求出水管的流速u2

2p2u2Z1?++?Hf

?g2gZ1?h?3.1m,?Hf?0.5m水柱

2u220.3?1033.1?3??0.5

10?9.812?9.81u2?3.23m/sd?0.05m

水的流量

qV??4d2u2??4?0.052?3.23?6.34?10?3m3/s?22.8m3/h

雷諾數(shù)與流體滾動(dòng)類型

(1)溫度為20℃、流量為4L/s的水，在?57mm?3.5mm的直管中滾動(dòng)，試判斷滾動(dòng)類型；(2)在一致的條件下，水改為運(yùn)動(dòng)黏度為4.4cm2/s的油，試判斷滾動(dòng)類型。

解(1)d?0.05m,qV?4?10?3m3/s，??1.005?10?3Pa?s,??998.2kg/m3流速u?qV?24?10?3?4d?4?2.038m/s

2?(0.05)雷諾數(shù)Re?du???0.05?2.038?998.2?1.01?105?4000為湍流?31.005?10(2)v?4.4cm2/s?4.4?10?4m2/s雷諾數(shù)Re?du0.05?2.038??232?2000為層流v4.4?10?4管內(nèi)流體滾動(dòng)的摩擦阻力損失

水的溫度為10℃，流量為330L／h，在直徑?57mm?3.5mm、長(zhǎng)為100m的直管中滾動(dòng)。此管為光滑管。(1)試計(jì)算此管路的摩擦損失；(2)若流量增加到990L／h，試計(jì)算其摩擦損失。

解??1.3水在10℃時(shí)的密度??9.9k／9g37，m100黏度

?3?0P6a,1?s0d.?,，光滑管。m?0l05m(1)體積流量qV?330L/h?0.33m3／h流速u?qV3600??d20.333600??4?4?0.0467m/s

2?0.05雷諾數(shù)Re?du???0．05?0．0467?999.7?1787層流

1.306?10?3摩擦系數(shù)??6464??0．0358Re1787lu2100(0.0467)2摩擦損失hf???0．0358??=0．0781J/kg

d20.052(2)體積流量qV?990L/h?0.99m3／h

因流量是原來的3倍，故流速u?0.0467?3?0.14m/s雷諾數(shù)Re?1787?3?5360湍流

對(duì)于光滑管，摩擦系數(shù)?用Blasius方程式計(jì)算

??0.31640.3164??0.037Re0.25(5360)0.25也可以從摩擦系數(shù)?與雷諾數(shù)Re的關(guān)聯(lián)圖上光滑管曲線上查得，??0.037。lu2100(014.2)摩擦損失hf??=0．037??=0．725J/kg

d20.052管路計(jì)算

用?168mm?9mm的鋼管輸送流量為60000kg/h的原油，管長(zhǎng)為100km，油管最大承受壓力為15.7MPa。已知50℃時(shí)油的密度為890kg/m3，黏度為181mPa?s。假設(shè)輸油管水平鋪設(shè)，其局部摩擦阻力損失忽略不計(jì)，試問為完成輸油任務(wù)，中途需設(shè)置幾個(gè)加壓站？

解d?0.15m,l?10k0m,mq?600k/0g0h??890kg/m3,??181mPa?sqV?u?60000/3600=0.01873m3/s890qV?4?20.01873d?4?1.06m/s

?0.152Re?du???0.15?1.06?890?782層流

181?10?3??6464??0.0818Re782由于是等直徑的水平管路，其流體的壓力降為

lu2100?1031.062?p???hf???=890?0．0818??=2.73?107Pa?27.3MPa

d20.152油管最大承受壓力為15.7MPa加壓站數(shù)n?27.3?1.7415.7需設(shè)置2級(jí)加壓，每級(jí)管長(zhǎng)為50km，每級(jí)的?p?27.3/2?13.65MPa，低于油管最大承受壓力。

其次章流體輸送機(jī)械

離心泵特性

某離心泵用15℃的水進(jìn)行性能試驗(yàn)，水的體積流量為540m3/h，泵出口壓

力表讀數(shù)為350kPa，泵入口真空表讀數(shù)為30kPa。若壓力表與真空表測(cè)壓截面間的垂直距離為350mm，吸入管與壓出管內(nèi)徑分別為350mm及310mm，試求泵的揚(yáng)程。

解水在15℃時(shí)??995.7kg/m3，流量qV?540m3/h壓力表pM?350kPa，真空表pV??30kPa（表壓）壓力表與真空表測(cè)壓點(diǎn)垂直距離h0?0.35m管徑d1?0.35m，d2?0.31m

流速u1?V??2?42q540/36004?(0.35)2?1.56m/s

d1?d??0.35?u2?u1?1??1.56????1.99m/sd0.31???2?22pM?pVu2?u1?揚(yáng)程Η?h0?ρg2g2350?103?(?30?103)(1.99)2?(1.56)2?0.35??995.7?9.812?9.81?0.35?38.9?0.078?39.3m水柱

某臺(tái)離心泵在轉(zhuǎn)速為1450r/min時(shí)，水的流量為18m3/h，揚(yáng)程為20m(H2O)。試求：(1)泵的有效功率，水的密度為1000kg/m3;(2)若將泵的轉(zhuǎn)速調(diào)理到1250r/min時(shí)，泵的流量與揚(yáng)程將變?yōu)槎嗌伲?/p>

3水柱，??1000kg/m解(1)已知qV?18m3/h,H?20m

有效功率Pe?qV?gH?18?1000?9.81?20?981W3600(2)轉(zhuǎn)速n1?1450r/min時(shí)流量qV1?18m3／h，揚(yáng)程H1?20mH2O柱轉(zhuǎn)速n2?1250r/min流量qV2?qV1n21250?18??15.5m3/hn1145022?n??1250?揚(yáng)程H2?H1?2??20????14.9mHO2柱n