【第一部分】化工原理-計(jì)算題()

【1-1】如習(xí)題1-6附圖所示，有一端封閉的管子，裝入若干水后，倒插入常溫水槽中，管中水柱較水槽液面高出2m，當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?01.2kPa。試求：(1)管子上端空間的絕對(duì)壓力；(2)管子上端空間的表壓；(3)管子上端空間的真空度；(4)若將水換成四氯化碳，管中四氯化碳液柱較槽的液面高出多少米？解管中水柱高出槽液面2m，h=2m水柱。(1)管子上端空間的絕對(duì)壓力在水平面處的壓力平衡，有習(xí)題1習(xí)題1-1附圖(2)管子上端空間的表壓(3)管子上端空間的真空度(4)槽內(nèi)為四氯化碳，管中液柱高度常溫下四氯化碳的密度，從附錄四查得為【1-2】在20℃條件下，在試管內(nèi)先裝入12cm高的水銀，再在其上面裝入5cm高的水。水銀的密度為，當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?。試求試管底部的絕對(duì)壓力為多少Pa。解水的密度【1-3】如習(xí)題1-8附圖所示，容器內(nèi)貯有密度為的液體，液面高度為3.2m。容器側(cè)壁上有兩根測(cè)壓管線，距容器底的高度分別為2m及1m，容器上部空間的壓力（表壓）為29.4kPa。試求：(1)壓差計(jì)讀數(shù)（指示液密度為）；(2)A、B兩個(gè)彈簧壓力表的讀數(shù)。解容器上部空間的壓力液體密度，指示液密度(1)壓差計(jì)讀數(shù)R=?在等壓面(2)【1-4】常溫的水在如習(xí)題1-15附圖所示的管路中流動(dòng)。在截面1處的流速為，管內(nèi)徑為200mm，截面2處的管內(nèi)徑為100mm。由于水的壓力，截面1處產(chǎn)生1m高的水柱。試計(jì)算在截面1與2之間所產(chǎn)生的水柱高度差h為多少（忽略從1到2處的壓頭損失）?解習(xí)題1-4習(xí)題1-4附圖習(xí)題1-5附圖另一計(jì)算法計(jì)算液柱高度時(shí)，用后一方法簡(jiǎn)便?！?-5】在習(xí)題1-16附圖所示的水平管路中，水的流量為。已知管內(nèi)徑,，液柱高度。若忽略壓頭損失，試計(jì)算收縮截面2處的靜壓頭。解水的體積流量，截面1處的流速截面2處的流速在截面1與2之間列伯努利方程，忽略能量損失。截面2處的靜壓頭水柱負(fù)值表示該處表壓為負(fù)值，處于真空狀態(tài)?！?-6】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。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?習(xí)題1-習(xí)題1-6附圖解出水閥全關(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閥門開啟后，壓力表讀數(shù)（表壓）從水槽表面至壓力表處的管截面列出伯努利方程，以求出水管的流速水的流量習(xí)題1-7附圖【1-7】如習(xí)題1-19附圖所示，有一高位槽輸水系統(tǒng)，管徑為。已知水在管路中流動(dòng)的機(jī)械能損失為(u為管內(nèi)流速)。試求水的流量為多少。欲使水的流量增加20%，應(yīng)將高位槽水面升高多少米？習(xí)題1-7附圖解管徑，機(jī)械能損失(1)以流出口截面處水平線為基準(zhǔn)面，水的流量(2)高位槽應(yīng)升高【1-8】如習(xí)題1-20附圖所示，用離心泵輸送水槽中的常溫水。泵的吸入管為，管的下端位于水面以下2m，并裝有底閥與攔污網(wǎng)，該處的局部壓頭損失為。若截面處的真空度為39.2kPa，由截面至截面的壓頭損失為。試求：(1)吸入管中水的流量，；(2)吸入口截面的表壓。習(xí)題1-20附圖解管內(nèi)徑，水密度習(xí)題1-20附圖截面處的表壓，水槽表面（表壓）(1)從為基準(zhǔn)面，壓頭損失水的流量(2)從【1-9】20℃的水在的直管內(nèi)流動(dòng)。試求：(1)管中水的流量由小變大，當(dāng)達(dá)到多少時(shí)，能保證開始轉(zhuǎn)為穩(wěn)定湍流；(2)若管內(nèi)改為運(yùn)動(dòng)黏度為的某種液體，為保持層流流動(dòng)，管中最大平均流速應(yīng)為多少？解(1)水，20℃，體量流量(2)【1-10】水的溫度為10℃，流量為，在直徑、長(zhǎng)為100m的直管中流動(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，試計(jì)算其摩擦損失。解水在10℃時(shí)的密度，黏度，光滑管。(1)體積流量流速雷諾數(shù)摩擦系數(shù)摩擦損失(2)體積流量因流量是原來(lái)的3倍，故流速雷諾數(shù)湍流對(duì)于光滑管，摩擦系數(shù)用Blasius方程式計(jì)算也可以從摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re的關(guān)聯(lián)圖上光滑管曲線上查得，。摩擦損失【1-12】把內(nèi)徑為20mm、長(zhǎng)度為2m的塑料管（光滑管），彎成倒U形，作為虹吸管使用。如習(xí)題1-31附圖所示，當(dāng)管內(nèi)充滿液體，一端插入液槽中，另一端就會(huì)使槽中的液體自動(dòng)流出。液體密度為，黏度為。為保持穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，使槽內(nèi)液面恒定。要想使輸液量為，虹吸管出口端距槽內(nèi)液面的距離需要多少米？解已知，體積流量流速?gòu)囊翰鄣囊好嬷梁缥艹隹诮孛嬷g列伯努利方程式，以虹吸管出口截面為基準(zhǔn)面光滑管，查得，管入口突然縮小U形管（回彎頭）習(xí)題1-習(xí)題1-12附圖習(xí)題1-13附圖【1-13】如習(xí)題1-32附圖所示，有黏度為、密度為的液體，從高位槽經(jīng)直徑為的鋼管流入表壓為的密閉低位槽中。液體在鋼管中的流速為，鋼管的相對(duì)粗糙度，管路上的閥門當(dāng)量長(zhǎng)度。兩液槽的液面保持不變，試求兩槽液面的垂直距離H。解在高位槽液面至低位槽液面之間列伯努利方程計(jì)算H，以低位槽液面為基準(zhǔn)面。，液體密度雷諾數(shù)管長(zhǎng)，閥門，高位槽的管入口，低位槽管出口，90°彎頭【1-14】如習(xí)題1-34附圖所示，在水塔的輸水管設(shè)計(jì)過(guò)程中，若輸水管長(zhǎng)度由最初方案縮短25%，水塔高度不變，試求水的流量將如何變化？變化了百分之幾？水在管中的流動(dòng)在阻力平方區(qū)，且輸水管較長(zhǎng)，可以忽略局部摩擦阻力損失及動(dòng)壓頭。解在水塔高度H不變的條件下，輸水管長(zhǎng)度縮短，輸水管中的水流量應(yīng)增大。從水塔水面至輸水管出口之間列伯努利方程，求得習(xí)題1-1習(xí)題1-14附圖因水塔高度H不變，故管路的壓頭損失不變。管長(zhǎng)縮短后的長(zhǎng)度與原來(lái)長(zhǎng)度的關(guān)系為在流體阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)恒定不變，有故流速的比值為流量的比值為流量增加了15.5%【1-15】用的鋼管輸送流量為的原油，管長(zhǎng)為，油管最大承受壓力為。已知50℃時(shí)油的密度為，黏度為。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(wèn)為完成輸油任務(wù)，中途需設(shè)置幾個(gè)加壓站？解因?yàn)槭堑戎睆降乃焦苈罚淞黧w的壓力降為油管最大承受壓力為加壓站數(shù)需設(shè)置2級(jí)加壓，每級(jí)管長(zhǎng)為50km，每級(jí)的，低于油管最大承受壓力?！?-16】如習(xí)題1-16附圖所示，溫度為20℃的水，從水塔用鋼管，輸送到車間的低位槽中，低位槽與水塔的液面差為12m，管路長(zhǎng)度為150m（包括管件的當(dāng)量長(zhǎng)度）。試求管路的輸水量為多少，鋼管的相對(duì)粗糙度。解水，由伯努利方程，得管路的摩擦阻力損失為管內(nèi)水的流速未知，摩擦系數(shù)不能求出。本題屬于已知、，求的問(wèn)題。驗(yàn)算流動(dòng)類型體積流量習(xí)題1-16附圖習(xí)題1-17附圖【1-17】如習(xí)題1-37附圖所示，溫度為20℃的水，從高位槽A輸送到低位槽B，兩水槽的液位保持恒定。當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)水不流動(dòng)，閥前與閥后的壓力表讀數(shù)分別為80kPa與30kPa。當(dāng)管路上的閥門在一定的開度下，水的流量為，試計(jì)算所需的管徑。輸水管的長(zhǎng)度及管件的當(dāng)量長(zhǎng)度共為42m，管子為光滑管。本題是計(jì)算光滑管的管徑問(wèn)題。雖然可以用試差法計(jì)算，但不方便。最好是用光滑管的摩擦系數(shù)計(jì)算式（適用于）與及，推導(dǎo)一個(gè)之間的計(jì)算式。解水在水的流量，管長(zhǎng)及管件當(dāng)量長(zhǎng)度閥門關(guān)閉時(shí)，壓力表可測(cè)得水槽離壓力表測(cè)壓點(diǎn)的距離。兩水槽液面的距離以低位槽的液面為基準(zhǔn)面，從高位槽A的液面到低位槽B之間列伯努利方程，得管路的摩擦損失與的關(guān)系式為對(duì)于水力光滑管，與及之間的計(jì)算式為代入已知數(shù)求得管內(nèi)徑為驗(yàn)證范圍湍流符合計(jì)算式中規(guī)定的范圍壓縮空氣【1-18】.本題附圖為遠(yuǎn)距離制量控制裝置，用以測(cè)定分相槽內(nèi)煤油和水的兩相界面位置。已知兩吹氣管出口的距離H=1m，U管壓差計(jì)的指示液為水銀，煤油的密度為820kg/m3。試求當(dāng)壓差計(jì)讀數(shù)R=68m時(shí)，相界面與油層的吹氣管出口距離h。壓縮空氣解：如圖，設(shè)水層吹氣管出口處為a，煤油層吹氣管出口處為b，且煤油層吹氣管到液氣界面的高度為H1。則pH1pH1(表壓)(表壓)U管壓差計(jì)中，(忽略吹氣管內(nèi)的氣柱壓力)分別代入與的表達(dá)式，整理可得：【1-19】.高位槽內(nèi)的水面高于地面8m，水從的管道中流出，管路出口高于地面2m。在本題特定條件下，水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按計(jì)算(不包括出口阻力損失)，其中u為水在管內(nèi)的流速m/s。試計(jì)算：(l)截面處水的流速；(2)水的流量，以m3/h計(jì)。1-19題1-20題解：(1)取高位槽水面為上游截面，管路出口內(nèi)側(cè)為下游截面，如圖所示，那么(基準(zhǔn)水平面為地面)(表壓)，處的流速與管路出口處的流速相同，(管徑不變，密度相同)在截面和間列柏努利方程方程，得，其中代入數(shù)據(jù)解得(2)【1-20】.20℃的水以2.5m/s的流速流經(jīng)的水平管，此管以錐形管與另一的水平管相連。如本題附圖所示，在錐形管兩側(cè)A、B處各插入一垂直玻璃管以觀察兩截面的壓強(qiáng)。若水流經(jīng)A、B兩截面間的能量損失為1.5J/kg，求兩玻璃管的水面差(以m計(jì))，并在本題附圖中畫出兩玻璃管中水面的相對(duì)位置。解：取兩點(diǎn)處所在的與管路垂直的平面分別為上游和下游截面和，如圖所示，并取管路中心線所在的水平面為基準(zhǔn)面，那么，在截面和間列柏努利方程：查表得到，那么，所以A點(diǎn)的壓力大于B點(diǎn)的壓力，即B管水柱比A管高88.5【1-21】.用離心泵把20℃的水從貯槽送至水洗塔頂部，槽內(nèi)水位維持恒定。各部分相對(duì)位置如本題附圖所示。管路的直徑均為，在操作條件下，泵入口處真空表的讀數(shù)為24.06×103Pa；水流經(jīng)吸入管與排出管(不包括噴頭)的能量損失可分別按與計(jì)算，由于管徑不變，故式中u為吸入或排出管的流速m/s。排水管與噴頭連接處的壓強(qiáng)為98.07×103Pa(表壓)。試求泵的有效功率。1-21題解：取水槽中水面所在的平面為截面，并定為基準(zhǔn)水平面。泵入口真空表連接處垂直于管子的截面為。水洗塔出口處為截面，如圖所示，那么有(表壓)(表壓)(表壓)在截面和間列柏努利方程，得代入以上數(shù)值解得再在截面和間列柏努利方程，得將以上數(shù)值代入，其中，解得【1-22】.本題附圖所示為冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的密度為1100kg/m3，循環(huán)量為36m3/h。管路的直徑相同，鹽水由A流經(jīng)兩個(gè)換熱器而至B的能量損失為98.1J/kg，由B流至A的能量損失為49J/kg，試計(jì)算：(1)若泵的效率為70%時(shí)，泵的軸功率為若干kW?(2)若A處的壓強(qiáng)表讀數(shù)為103Pa時(shí)，B處的壓強(qiáng)表讀數(shù)為若干?解：對(duì)循環(huán)系統(tǒng)，在管路中任取一截面同時(shí)作上游和下游截面，列柏努利方程，可以證明泵的功率完全用于克服流動(dòng)阻力損失。1-22題質(zhì)量流量(2)在兩壓力表所處的截面A、B之間列柏努利方程，以通過(guò)截面A中心的水平面作為位能基準(zhǔn)面。其中，，，，kPa，將以上數(shù)據(jù)代入前式，解得(表壓)【1-23】.用壓縮空氣將密度為1100kg/m3的腐蝕性液體自低位槽送到高位槽，兩槽的液面維持恒定。管路直徑均為，其他尺寸見(jiàn)本題附圖。各管段的能量損失為，。兩壓差計(jì)中的指示液均為水銀。試求當(dāng)R1=45mm，h=200mm時(shí)：(1)壓縮空氣的壓強(qiáng)p1為若干?(2)U管壓差計(jì)讀R2數(shù)為多少?解：求解本題的關(guān)鍵為流體在管中的流速(1)在B、C間列柏努利方程，得(1)代入(1)式，同時(shí)已知解得在低位槽液面與高位槽液面之間列柏努利方程，并以低位槽為位能基準(zhǔn)面，得其中(表壓)代入上式可得(表壓)(2)若求關(guān)鍵在于，通過(guò)可列出一個(gè)含的靜力學(xué)基本方程(2)為此在低位槽液面與截面B之間列柏努利方程，以低位槽為位能基準(zhǔn)面，得其中，，，，，(表壓)(表壓)代入(2)式：【1-25】．每小時(shí)將2×104kg的溶液用泵從反應(yīng)器輸送到高位槽(見(jiàn)本題附圖)。反應(yīng)器液面上方保持26.7×103Pa的真空度，高位槽液面上方為大氣壓強(qiáng)。管道為的鋼管，總長(zhǎng)為50m，管線上有兩個(gè)全開的閘閥、一個(gè)孔板流量計(jì)(局部阻力系數(shù)為4)、五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。反應(yīng)器內(nèi)液面與管路出口的距離為15m。若泵的效率為0.7，求泵的軸功率。解：在反應(yīng)器液面與管路出口內(nèi)側(cè)截面間列柏努利方程，以截面為基準(zhǔn)水平面，得其中(表壓)(表壓)其中，對(duì)