化工原理天津大学版化上下册习题答案.doc_第1页
化工原理天津大学版化上下册习题答案.doc_第2页
化工原理天津大学版化上下册习题答案.doc_第3页
化工原理天津大学版化上下册习题答案.doc_第4页
化工原理天津大学版化上下册习题答案.doc_第5页
已阅读5页,还剩118页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

. 化工原理课后习题化工原理课后习题 1.1. 某设备上真空表的读数为某设备上真空表的读数为 1313. .3 310103 3 Pa,Pa,试计算设备内的绝对试计算设备内的绝对 压强与表压强。已知该地区大气压强为压强与表压强。已知该地区大气压强为 98.798.710103 3 PaPa。 解:由解:由 绝对压强绝对压强 = = 大气压强大气压强 真空度真空度 得到:得到: 设备内的绝对压强设备内的绝对压强 P P绝 绝 = = 98.7 98.710103 3 PaPa -13.3-13.310103 3 PaPa =8.54=8.5410103 3 PaPa 设备内的表压强设备内的表压强 P P表 表 = = - -真空度 真空度 = = - - 13.313.310103 3 PaPa 2 2在本题附图所示的储油罐中盛有密度为在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960960 / 的油品,的油品, 油面高于罐底油面高于罐底 6.96.9 m m,油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直,油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直 径为径为 760760 mmmm 的圆孔,其中心距罐底的圆孔,其中心距罐底 800800 mmmm,孔盖用,孔盖用 14mm14mm 的钢的钢 制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为 39.2339.2310106 6 PaPa , 问至少需要几个螺钉?问至少需要几个螺钉? 分析:罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力分析:罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力 即即 P P油 油 螺螺 解解:P P螺 螺 = = gh ghA A = = 9609609.819.81(9.6-0.8)(9.6-0.8) 3.143.140.760.762 2 150.307150.30710103 3 N N 螺 螺 = = 39.03 39.0310103 33.143.140.0140.0142 2n n . P P油 油 螺螺 得 得 n n 6.236.23 取取 n n min min= = 7 7 至少需要至少需要 7 7 个螺钉个螺钉 3 3某流化床反应器上装有两个某流化床反应器上装有两个 U U 型管型管 压差计,如本题附图所示。测得压差计,如本题附图所示。测得 R R1 1 = = 400400 mmmm , R R2 2 = = 5050 mmmm,指示液为水银。,指示液为水银。 为防止水银蒸汽向空气中扩散,于右侧的为防止水银蒸汽向空气中扩散,于右侧的 U U 型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水,型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水, 其高度其高度 R R3 3 = = 5050 mmmm。试求。试求 A AB B 两处的表两处的表 压强。压强。 分析:根据静力学基本原则,对于右边的管压差计,分析:根据静力学基本原则,对于右边的管压差计,a aa a为等压面,为等压面, 对于左边的压差计,对于左边的压差计,b bb b为另一等压面,分别列出两个等压面处的静为另一等压面,分别列出两个等压面处的静 力学基本方程求解。力学基本方程求解。 解:设空气的密度为解:设空气的密度为 g g,其他数据如图所示,其他数据如图所示 a aa a处处 P PA A + + g gghgh1 1 = = 水 水gR gR3 3 + + 水银 水银R R2 2 由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 即即:P PA A = = 1.01.0 10103 39.819.810.050.05 + + 13.613.610103 39.819.810.050.05 = = 7.167.1610103 3 PaPa b-bb-b处处 P PB B + + g gghgh3 3 = = P PA A + + g gghgh2 2 + + 水银 水银gR gR1 1 P PB B = = 13.613.610103 39.819.810.40.4 + + 7.167.1610103 3 =6.05=6.0510103 3PaPa . 4.4. 本题附图为远距离测量控制本题附图为远距离测量控制 装置,用以测定分相槽内煤油和装置,用以测定分相槽内煤油和 水的两相界面位置。已知两吹气水的两相界面位置。已知两吹气 管出口的距离管出口的距离 H H = = 1m1m,U U 管压差管压差 计的指示液为水银,煤油的密度计的指示液为水银,煤油的密度 为为 820Kg820Kg。试求当压差计读数。试求当压差计读数 R=68mmR=68mm 时,相界面与油层的时,相界面与油层的 吹气管出口距离。吹气管出口距离。 分析:解此题应选取的合适的截面如图所示:忽略空气产生的压强,本分析:解此题应选取的合适的截面如图所示:忽略空气产生的压强,本 题中题中 1 11 1和和 4 44 4为等压面,为等压面,2 22 2和和 3 33 3为等压面,且为等压面,且 1 11 1和和 2 22 2的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解 解:设插入油层气管的管口距油面高解:设插入油层气管的管口距油面高 h h 在在 1 11 1与与 2 22 2截面之间截面之间 P P1 1 = = P P2 2 + + 水银 水银gR gR P P1 1 = = P P4 4 ,P P2 2 = = P P3 3 且 且 P P3 3 = = 煤油 煤油g gh h , , P P4 4 = = 水 水g g( (H-hH-h)+ + 煤油 煤油g g( (h h + + h h) 联立这几个方程得到联立这几个方程得到 水银 水银gR gR = = 水 水g g( (H-hH-h)+ + 煤油 煤油g g( (h h + + h h)- -煤油 煤油g gh h 即 即 水银 水银gR gR = =水 水gH gH + + 煤油 煤油gh gh - -水 水gh gh 带入数据带入数据 1.01.010101 1 - - 13.613.610100.0680.068 = = h(1.0h(1.01010-0.82-0.821010) ) = = 0.4180.418 . 5 5用本题附图中串联管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气用本题附图中串联管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气 压,管压差计的指示液为水银,两管间的连接管内充满压,管压差计的指示液为水银,两管间的连接管内充满 水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为:水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为: 1 12.3m2.3m,2 2=1.2m,=1.2m, 3 3=2.5m,=2.5m,4 4=1.4m=1.4m。锅中水面与基准。锅中水面与基准 面之间的垂直距离面之间的垂直距离5 5=3m=3m。大气压强。大气压强a a= = 99.399.310103 3 。 。 试求锅炉上方水蒸气的压强。试求锅炉上方水蒸气的压强。 分析:首先选取合适的截面用以连接分析:首先选取合适的截面用以连接 两个管,本题应选取如图所示的两个管,本题应选取如图所示的 1 11 1 截面,再选取等压面,最后根据截面,再选取等压面,最后根据 静力学基本原理列出方程,求解静力学基本原理列出方程,求解 解:设解:设 1 11 1 截面处的压强为截面处的压强为1 1 对左边的管取对左边的管取- -等压面,等压面, 由静力学基本方程由静力学基本方程 0 0 + + 水 水g(h g(h5 5-h-h4 4) ) = = 1 1 + + 水银 水银g(h g(h3 3-h-h4 4) ) 代入数据代入数据 0 0 + + 1.01.010103 39.819.81(3-1.4)(3-1.4) = = 1 1 + + 13.613.610103 39.819.81(2.5-1.4)(2.5-1.4) 对右边的管取对右边的管取- -等压面,由静力学基本方程等压面,由静力学基本方程1 1 + + 水 水 g(hg(h3 3-h-h2 2) ) = = 水银 水银g(h g(h1 1-h-h2 2) ) + + 代入数据 代入数据 1 1 + + 1.01.010103 39.819.812.5-1.22.5-1.2= = 13.613.610103 39.819.81 2.3-1.22.3-1.2 + + 99.399.310103 3 解着两个方程解着两个方程 得得 0 0 = = 3.643.6410105 5PaPa . 6.6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数,计算管路中气体的根据本题附图所示的微差压差计的读数,计算管路中气体的 表压强。压差计中以油和水为指示液,其密度分别为表压强。压差计中以油和水为指示液,其密度分别为 920920 3 3 ,998,9983 3, ,管中油管中油水交接面水交接面 高度差高度差 R R = = 300300 ,两扩大室的内径,两扩大室的内径 D D 均为均为 6060 ,管内径为,管内径为 6 6 。当。当 管路内气体压强等于大气压时,两扩大室管路内气体压强等于大气压时,两扩大室 液面平齐。液面平齐。 分析:此题的关键是找准等压面,根据扩大室一端与大气相通,分析:此题的关键是找准等压面,根据扩大室一端与大气相通, 另一端与管路相通,可以列出两个方程,联立求解另一端与管路相通,可以列出两个方程,联立求解 解:由静力学基本原则,选取解:由静力学基本原则,选取 1 11 1为等压面,为等压面, 对于对于管左边管左边 表 表 + + 油油g(h g(h1 1+R)+R) = = 1 1 对于对于管右边管右边 2 2 = = 水 水gR gR + + 油 油gh gh2 2 表 表 = =水水gR gR + + 油 油gh gh2 2 - -油 油g(h g(h1 1+R)+R) = =水 水gR gR - - 油 油gR gR + +油 油g g( (h h2 2-h-h1 1) 当当表 表= = 0 0 时 时,扩大室液面平齐扩大室液面平齐 即即 (D/2D/2)2 2(h h2 2-h-h1 1) = = (d/2d/2)2 2R R h h2 2-h-h1 1 = = 3 3 mmmm 表 表= = 2.57 2.5710102 2PaPa 7.7.列管换热气列管换热气 的管束由的管束由 121121 根根 2.5mm2.5mm 的钢管组成。空气以的钢管组成。空气以 . 9m/s9m/s 速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为 5050压强压强 为为 19619610103 3Pa(Pa(表压表压) ),当地大气压为,当地大气压为 98.798.710103 3PaPa 试求:试求: 空气的质量流量;空气的质量流量; 操作条件下,空气的体积流量;操作条件下,空气的体积流量; 将将的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量。的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量。 解解:空气的体积流量空气的体积流量 S S = = uAuA = = 9 9/4/4 0.020.02 2 2 121 121 = = 0.3420.342 m m3 3/s/s 质量流量质量流量 w ws s = =S S= =S S (MP)/(RT)(MP)/(RT) = = 0.3420.3422929(98.7+196)/8.315(98.7+196)/8.315323=1.09323=1.09/s/s 换算成标准状况换算成标准状况 V V1 1P P1 1/V/V2 2P P2 2 =T=T1 1/T/T2 2 S2 S2 = = P P1 1T T2 2/P/P2 2T T1 1 S1 S1 = = (294.7(294.7273)273) /(101/(101323)323) 0.3420.342 = = 0.8430.843 m m3 3/s/s 8 8 . .高位槽内的水面高于地面高位槽内的水面高于地面 8m8m,水从水从 1081084mm4mm 的管道中流出的管道中流出,管路出口高管路出口高 于地面于地面 2m2m。在本题特定条件下,水流。在本题特定条件下,水流 经系统的能量损失可按经系统的能量损失可按f f = = 6.56.5 u u2 2 计算,其中计算,其中 u u 为水在管为水在管 道的流速。试计算:道的流速。试计算: A AA A 截面处水的流速;截面处水的流速; 水的流量,以水的流量,以 m m3 3/h/h 计。计。 分析:此题涉及的是流体动力学,有关流体动力学主要是能量分析:此题涉及的是流体动力学,有关流体动力学主要是能量 . 恒算问题,一般运用的是柏努力方程式。运用柏努力方程式解恒算问题,一般运用的是柏努力方程式。运用柏努力方程式解 题的关键是找准截面和基准面,对于本题来说,合适的截面是题的关键是找准截面和基准面,对于本题来说,合适的截面是 高位槽高位槽 1 11 1, ,和出管口和出管口 2 22 2, , ,如图所示,选取地面为基准面。如图所示,选取地面为基准面。 解:设水在水管中的流速为解:设水在水管中的流速为 u u ,在如图所示的,在如图所示的 1 11 1, , ,2 22 2, ,处处 列柏努力方程列柏努力方程 Z Z1 1 + + 0 0 + + 1 1/ /= = Z Z2 2+ + 2 22 2 + + 2 2/ / + + f f (Z Z1 1 - - Z Z2 2)g g = = u u2 2/2/2 + + 6.5u6.5u2 2 代入数据代入数据 (8-2)(8-2)9.819.81 = = 7u7u2 2 , , u u = = 2.9m/s2.9m/s 换算成体积流量换算成体积流量 V VS S = = uA=uA= 2.92.9 /4/4 0.10.12 2 36003600 = = 8282 m m3 3/h/h 9.9. 2020 水以水以 2.5m/s2.5m/s 的流速流经的流速流经 38382.5mm2.5mm 的水平管,此管的水平管,此管 以锥形管和另一以锥形管和另一 53533m3m 的水平管相连。如本题附图所示,在的水平管相连。如本题附图所示,在 锥形管两侧锥形管两侧 A A 、B B 处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。 若水流经若水流经 A A B B 两截面的能量损失为两截面的能量损失为 1.5J/1.5J/,求两玻璃管的,求两玻璃管的 水面差(以计)水面差(以计) ,并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相,并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相 对位置。对位置。 分析分析: :根据水流过根据水流过 A A、B B 两截面的体积流量相同和此两截面处的两截面的体积流量相同和此两截面处的 伯努利方程列等式求解伯努利方程列等式求解 解:设水流经解:设水流经两截面处的流速两截面处的流速 分别为分别为 u uA A、 u uB B . u uA AA AA A = = u uB BA AB B u uB B = = (A AA A/A/AB B )u uA A = = (33/4733/47)2 22.52.5 = = 1.23m/s1.23m/s 在在两截面处列柏努力方程两截面处列柏努力方程 Z Z1 1 + + 1 12 22 2 + + 1 1/ / = = Z Z2 2+ + 2 22 22 2 + + 2 2/ / + + f f Z Z1 1 = = Z Z2 2 (1 1- -2 2)/ / = = f f + +(1 12 2- -2 22 2)2 2 g g(h h1 1-h-h 2 2)= = 1.51.5 + + (1.23(1.232 2-2.5-2.52 2) ) /2/2 h h1 1-h-h 2 2 = = 0.08820.0882 m m = = 88.288.2 mmmm 即即 两玻璃管的水面差为两玻璃管的水面差为 88.2mm88.2mm 10.10.用离心泵把用离心泵把 2020的水从贮槽送至水洗塔顶部的水从贮槽送至水洗塔顶部,槽内水位维持槽内水位维持 恒定恒定,各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为 76762.5mm2.5mm,在操作条件下,在操作条件下, 泵入口处真空表的读数为泵入口处真空表的读数为 24.6624.661010Pa,Pa,水流经吸入管与水流经吸入管与 排处管(不包括喷头)的能量排处管(不包括喷头)的能量 损失可分别按损失可分别按 f,1 f,1=2u =2u,h hf,2 f,2=10u =10u2 2计算,由于管径不变,故式中计算,由于管径不变,故式中 u u 为吸入为吸入 或排出管的流速或排出管的流速/s/s。排水管与喷头连接处的压强为。排水管与喷头连接处的压强为 98.0798.071010PaPa(表压)(表压) 。试求泵的有效功率。试求泵的有效功率。 分析:此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率分析:此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率 把整个系统分成两部分来处理,从槽面到真空表段的吸入管和从真空把整个系统分成两部分来处理,从槽面到真空表段的吸入管和从真空 . 表到排出口段的排出管,在两段分别列柏努力方程。表到排出口段的排出管,在两段分别列柏努力方程。 解:总能量损失解:总能量损失hf=hf=hf+hf+, ,1 1hf hf, ,2 2 u u1 1=u=u2 2=u=2u=u=2u2 2+10u+10u=12u=12u 在截面与真空表处取截面作方程在截面与真空表处取截面作方程: z z0 0g+ug+u0 02 2/2+P/2+P0 0/ /=z=z1 1g+ug+u2 2/2+P/2+P1 1/ /+ +hfhf, ,1 1 ( P P0 0-P-P1 1)/ /= = z z1 1g+ug+u2 2/2/2 + +hfhf, ,1 1 u=2m/su=2m/s w ws s=uA=uA=7.9kg/s=7.9kg/s 在真空表与排水管在真空表与排水管- -喷头连接处取截面喷头连接处取截面 z z1 1g+ug+u2 2/2+P/2+P1 1/ /+W+We e=z=z2 2g+ug+u2 2/2+P/2+P2 2/ /+ +hfhf, ,2 2 W We e= = z z2 2g+ug+u2 2/2+P/2+P2 2/ /+ +hfhf, ,2 2( ( z z1 1g+ug+u2 2/2+P/2+P1 1/ /) =12.5=12.59.81+9.81+(98.07+24.6698.07+24.66)/998.2/998.21010+10+102 2 =285.97J/kg=285.97J/kg N Ne e= = W We ew ws s=285.97=285.977.9=2.26kw7.9=2.26kw 11.11.本题附图所示的贮槽内径本题附图所示的贮槽内径 D D 为为 2 2,槽底与内径,槽底与内径 d d0 0为为 33mm33mm 的钢管的钢管 相连,槽内无液体补充,其液面高相连,槽内无液体补充,其液面高 度度 h h0 0为为 2m2m(以管子中心线为基准)(以管子中心线为基准) 。 液体在本题管内流动时的全部能量损失可按液体在本题管内流动时的全部能量损失可按h hf f=20u=20u公式来计算,公式来计算, 式中式中 u u 为液体在管内的流速为液体在管内的流速 m ms s。试求当槽内液面下降。试求当槽内液面下降 1m1m 所需所需 的时间。的时间。 分析:此题看似一个普通的解柏努力方程的题,分析题中槽内无分析:此题看似一个普通的解柏努力方程的题,分析题中槽内无 液体补充,则管内流速并不是一个定值而是一个关于液面高度的液体补充,则管内流速并不是一个定值而是一个关于液面高度的 . 函数,抓住槽内和管内的体积流量相等列出一个微分方程,积分函数,抓住槽内和管内的体积流量相等列出一个微分方程,积分 求解。求解。 解:在槽面处和出口管处取截面解:在槽面处和出口管处取截面 1-11-1,2-22-2 列柏努力方程列柏努力方程 h h1 1g=ug=u2 2/2+/2+h hf f =u=u2 2/2+20u/2+20u2 2 u=(0.48h)u=(0.48h)1/2 1/2=0.7h =0.7h1/2 1/2 槽面下降槽面下降 dhdh,管内流出管内流出 uAuA2 2dtdt 的液体的液体 Adh=uAAdh=uA2 2dt=0.7hdt=0.7h1/2 1/2A A2 2dt dt dt=Adt=A1 1dh/dh/(A A2 20.7h0.7h1/2 1/2) ) 对上式积分对上式积分:t=1.t=1.h h 12.12.本题附图所示为冷冻盐水循环系统,本题附图所示为冷冻盐水循环系统, 盐水的密度为盐水的密度为 1100kg1100kgm m,循环量为,循环量为 36m36m。管路的直径相同,盐水由。管路的直径相同,盐水由 A A 流经流经 两个换热器而至两个换热器而至 B B 的能量损失为的能量损失为 98.1J98.1Jkgkg,由,由 B B 流至流至 A A 的能的能 量损失为量损失为 49J49Jkgkg,试求:(,试求:(1 1)若泵的效率为)若泵的效率为 70%70%时,泵的抽时,泵的抽 功率为若干功率为若干 kwkw?(?(2 2)若)若 A A 处的压强表读数为处的压强表读数为 245.2245.21010PaPa 时,时, B B 处的压强表读数为若干处的压强表读数为若干 PaPa? 分析:本题是一个循环系统,盐水由分析:本题是一个循环系统,盐水由 A A 经两个换热器被冷却后经两个换热器被冷却后 又回到又回到 A A 继续被冷却,很明显可以在继续被冷却,很明显可以在 A-A-换热器换热器-B-B 和和 B-AB-A 两段列两段列 柏努利方程求解。柏努利方程求解。 解:(解:(1 1)由)由 A A 到到 B B 截面处作柏努利方程截面处作柏努利方程 0+u0+uA A/2+P/2+PA A/ /1 1=Z=ZB Bg+ug+uB B2+P2+PB B+9.81+9.81 . 管径相同得管径相同得 u uA A=u=uB B (P PA A-P-PB B)/ /=Z=ZB Bg+9.81g+9.81 由由 B B 到到 A A 段,在截面处作柏努力方程段,在截面处作柏努力方程B B Z ZB Bg+ug+uB B2+P2+PB B/ /+W+We e=0+u=0+uA A+P+PA A/ /+49+49 W We e= =(P PA A-P-PB B)/ /- - Z ZB Bg+49=98.1+49=147.1J/kgg+49=98.1+49=147.1J/kg W WS S=V=VS S=36/3600=36/36001100=11kg/s1100=11kg/s N Ne e= = W We eW WS S=147.1=147.111=1618.1w11=1618.1w 泵的抽功率泵的抽功率 N=N= N Ne e /76%=2311.57W=2.31kw/76%=2311.57W=2.31kw (2 2)由第一个方程得由第一个方程得(P PA A-P-PB B)/ /=Z=ZB Bg+9.81g+9.81 得得 P PB B=P=PA A- -(Z ZB Bg+9.81g+9.81) =245.2=245.21010-1100-1100(7(79.81+98.1)9.81+98.1) =6.2=6.210104 4PaPa 13.13. 用压缩空气将密度为用压缩空气将密度为 1100kg/m1100kg/m3 3的的 腐蚀性液体自低位槽送到高位槽,两槽腐蚀性液体自低位槽送到高位槽,两槽 的液位恒定。管路直径均为的液位恒定。管路直径均为 60603.5mm3.5mm,其他尺寸见本题附图。各,其他尺寸见本题附图。各 管段的能量损失为管段的能量损失为f f, ,ABAB= = f f, ,CDCD=u =u2 2,f f, ,BCBC=1.18u =1.18u2 2。两压。两压 差计中的指示液均为水银。试求当差计中的指示液均为水银。试求当 R R1 1=45mm=45mm,h=200mmh=200mm 时:时: (1 1)压缩空气的压强)压缩空气的压强 P P1 1为若干?(为若干?(2 2)U U 管差压计读数管差压计读数 R R2 2为多为多 少?少? 解:对上下两槽取截面列柏努力方程解:对上下两槽取截面列柏努力方程 0+0+P0+0+P1 1/ /=Zg+0+P=Zg+0+P2 2/ /+ +f f . P P1 1= = ZgZg+0+P+0+P2 2 + +f f =10=109.819.811100+11001100+1100(2u2u2 2+1.18u+1.18u2 2) =107.91=107.911010+3498u+3498u 在压强管的在压强管的 B B,C C 处去取截面,由流体静力学方程得处去取截面,由流体静力学方程得 P PB B+ +g g(x+Rx+R1 1)=P=Pc c + +g g(h hBC BC+x +x)+ +水银 水银R R1 1g g P PB B+1100 +11009.819.81(0.045+x0.045+x)=P=Pc c +1100+11009.819.81(5+x5+x) +13.6+13.610109.819.810.0450.045 P PB B-P-PC C=5.95=5.9510104 4PaPa 在在 B B,C C 处取截面列柏努力方程处取截面列柏努力方程 0+u0+uB B/2+P/2+PB B/ /=Zg+u=Zg+uc c2 2/2+P/2+PC C/ /+ +f f, ,BCBC 管径不变,管径不变,u ub b=u=u c c P PB B-P-PC C= =(Zg+Zg+f f, ,BCBC) )=1100=1100(1.18u1.18u2 2+5+59.819.81) =5.95=5.9510104 4PaPa u=4.27m/su=4.27m/s 压缩槽内表压压缩槽内表压 P P1 1=1.23=1.2310105 5PaPa (2 2)在在 B B,D D 处取截面作柏努力方程处取截面作柏努力方程 0+u0+u2 2/2+P/2+PB B/ /= = Zg+0+0+Zg+0+0+f f, ,BCBC+ + f f, ,CDCD P PB B= =(7 79.81+1.18u9.81+1.18u2 2+u+u2 2-0.5u-0.5u2 2)1100=8.351100=8.3510104 4PaPa P PB B- -gh=gh=水银 水银R R2 2g g 8.358.3510104 4-1100-11009.819.810.2=13.60.2=13.610109.819.81R R2 2 R R2 2=609.7mm=609.7mm . 14.14. 在实验室中在实验室中, ,用玻璃管输送用玻璃管输送 2020的的 70%70%醋酸醋酸. .管内径为管内径为 1.5cm,1.5cm,流量为流量为 10kg/min,10kg/min,用用 SISI 和物理单位各算一次雷诺准数和物理单位各算一次雷诺准数, , 并指出流型。并指出流型。 解:查解:查 2020,7070的醋酸的密度的醋酸的密度 = = 1049Kg/m1049Kg/m3 3, ,粘度粘度 = = 2.6mPa2.6mPas s 用用 SISI 单位计算:单位计算: d=1.5d=1.51010-2 -2m,u=W m,u=WS S/(/(A)=0.9m/sA)=0.9m/s Re=duRe=du/ /=(1.5=(1.51010-2 -20.9 0.91049)/(2.61049)/(2.610103 3) ) =5.45=5.4510103 3 用物理单位计算用物理单位计算: =1.049g/cm=1.049g/cm, , u=Wu=WS S/(/(A)=90cm/s,d=1.5cmA)=90cm/s,d=1.5cm =2.6=2.61010-3 -3Pa PaS=2.6S=2.61010-3 -3kg/(s kg/(sm)=2.6m)=2.61010-2 -2g/s g/scmcm-1 -1 Re=duRe=du/ /=(1.5=(1.590901.049)/(2.61.049)/(2.61010-2 -2) ) =5.45=5.4510103 3 5.455.4510103 3 40004000 此流体属于湍流型此流体属于湍流型 15.15.在本题附图所示的实验装置中,于异径在本题附图所示的实验装置中,于异径 水平管段两截面间连一倒置水平管段两截面间连一倒置 U U 管压差计,以管压差计,以 测量两截面的压强差。当水的流量为测量两截面的压强差。当水的流量为 10800kg/h10800kg/h 时,时,U U 管压差计读数管压差计读数 R R 为为 100mm100mm,粗细管的直径分别为,粗细管的直径分别为 60603.5mm3.5mm 与与 45453.5mm3.5mm。计算:。计算: . (1 1)1kg1kg 水流经两截面间的能量损失。水流经两截面间的能量损失。 (2 2)与该能量损失相当)与该能量损失相当 的压强降为若干的压强降为若干 PaPa? 解:(解:(1 1)先计算)先计算 A A,B B 两处的流速:两处的流速: u uA A=w=ws s/ /s sA A=295m/s=295m/s,u uB B= = w ws s/ /s sB B 在在 A A,B B 截面处作柏努力方程:截面处作柏努力方程: z zA Ag+ug+uA A2 2/2+P/2+PA A/ /=z=zB Bg+ug+uB B2 2/2+P/2+PB B/ /+ +hfhf 1kg1kg 水流经水流经 A A,B B 的能量损失:的能量损失: hf=hf= (u uA A2 2-u-uB B2 2) )/2+ /2+(P PA A- - P PB B)/ /= =(u uA A2 2-u-uB B2 2) ) /2+/2+gR/gR/=4.41J/kg=4.41J/kg (2 2). .压强降与能量损失之间满足:压强降与能量损失之间满足: hf=hf=P/P/ P=P=hf=4.41hf=4.411010 16.16. 密度为密度为 850kg/m850kg/m,粘度为,粘度为 8 81010-3 -3Pa Pas s 的液体在内径为的液体在内径为 14mm14mm 的钢管内流动,溶液的流速为的钢管内流动,溶液的流速为 1m/s1m/s。试计算:(。试计算:(1 1)泪诺准数,)泪诺准数, 并指出属于何种流型?(并指出属于何种流型?(2 2)局部速度等于平均速度处与管轴的)局部速度等于平均速度处与管轴的 距离;(距离;(3 3)该管路为水平管,若上游压强为)该管路为水平管,若上游压强为 1471471010PaPa,液体,液体 流经多长的管子其压强才下降到流经多长的管子其压强才下降到 127.5127.51010PaPa? 解解:(:(1 1)ReRe =du=du/ / = =(14141010-3 -31 1850 850)/ /(8 81010-3 -3) ) =1.49=1.491010 20002000 此流体属于滞流型此流体属于滞流型 (2 2)由于滞流行流体流速沿管径按抛物线分布,令管径和)由于滞流行流体流速沿管径按抛物线分布,令管径和 流速满足流速满足 . y y2 2 = = -2p-2p(u-uu-um m) 当 当=0=0 时时 ,y,y2 2 = = r r2 2 = = 2pu2pum m p p = = r r2 2/2/2 = = d d2 2/8/8 当当= =平均 平均=0.5 =0.5max max= = 0.5m/s 0.5m/s 时时, , y y2 2= = - - 2p2p(0.5-10.5-1)= = d d2 2/8/8 =0.125=0.125 d d2 2 即即 与管轴的距离与管轴的距离 r=4.95r=4.951010-3 -3m m (3)(3)在在3和和 127.5127.510103 3两压强面处列伯努利方程两压强面处列伯努利方程 u u 1 12 2/2/2 + + P PA A/ / + + Z Z1 1g g = = u u 2 22 2/2/2 + + P PB B/ /+ + Z Z2 2g g + + f f u u 1 1 = = u u 2 2 , , Z Z1 1 = = Z Z2 2 P PA A/ /= = P PB B/ /+ + f f 损失能量损失能量f f= =(P PA A- - P PB B)/ /= =3-127.5-127.510103 3) /850/850 =22.94=22.94 流体属于滞流型流体属于滞流型 摩擦系数与雷若准数之间满足摩擦系数与雷若准数之间满足 =64/=64/ ReRe 又又 f f= =(/d/d)0.50.5 u u 2 2 =14.95m=14.95m 输送管为水平管,输送管为水平管,管长即为管子的当量长度管长即为管子的当量长度 即:管长为即:管长为 14.95m14.95m 1717 . . 流体通过圆管湍流动时,管截面的速度分布可按下面经验流体通过圆管湍流动时,管截面的速度分布可按下面经验 公式来表示:公式来表示:u ur r=u=umax max( (y/Ry/R)1/7 1/7 , ,式中式中 y y 为某点与壁面的距离为某点与壁面的距离, . 及及 y=Ry=Rr r。试求起平均速度。试求起平均速度 u u 与最大速度与最大速度 u umax max的比值。 的比值。 分析:平均速度分析:平均速度 u u 为总流量与截面积的商,而总流量又可以看为总流量与截面积的商,而总流量又可以看 作是速度是作是速度是 u ur r的流体流过的流体流过 2 2rdrrdr 的面积的叠加的面积的叠加 即即:V=V=0 0R R u ur r2 2rdrrdr 解解:平均速度平均速度 u u = = V/AV/A = =0 0R R u ur r2 2rdr/rdr/(R R2 2) = =0 0R R u umax max( (y/Ry/R)1/7 1/72 2rdr/ rdr/(R R2 2) = = 2u2umax max/R /R15/7 15/7 0 0R R( (R R r r)1/7 1/7rdr rdr = = 0.82u0.82umax max u/u/ u umax max=0.82 =0.82 18.18. 一定量的液体在圆形直管内做滞流流动。若管长及液体物一定量的液体在圆形直管内做滞流流动。若管长及液体物 性不变,而管径减至原有的性不变,而管径减至原有的 1/21/2,问因流动阻力而产生的能量,问因流动阻力而产生的能量 损失为原来的若干倍?损失为原来的若干倍? 解:解:管径减少后流量不变管径减少后流量不变 u u1 1A A1 1=u=u2 2A A2 2而而 r r1 1=r=r2 2 A A1 1=4A=4A2 2 u u2 2=4u=4u 由能量损失计算公式由能量损失计算公式f f= =(/d/d)(1/2u1/2u2 2)得)得 f f, ,1 1= =( (/d/d)(1/2u1/2u1 12 2) f f, ,2 2= =( (/d/d)(1/2u1/2u2 22 2)= =(/d/d) 8 8(u u1 1)2 2 =16=16f f, ,1 1 h hf2 f2 = = 16 16 h hf1 f1 . 19.19. 内截面为内截面为 1000mm1000mm1200mm1200mm 的矩形烟囱的高度为的矩形烟囱的高度为 3030 A A1 1m m。平。平 均分子量为均分子量为 30kg/kmol30kg/kmol,平均温度为,平均温度为 400400的烟道气自下而上流的烟道气自下而上流 动。烟囱下端维持动。烟囱下端维持 49Pa49Pa 的真空度。在烟囱高度范围内大气的密的真空度。在烟囱高度范围内大气的密 度可视为定值,大气温度为度可视为定值,大气温度为 2020,地面处的大气压强为,地面处的大气压强为 101.33101.331010PaPa。流体经烟囱时的摩擦系数可取为。流体经烟囱时的摩擦系数可取为 0.050.05,试求烟,试求烟 道气的流量为若干道气的流量为若干 kg/hkg/h? 解:烟囱的水力半径解:烟囱的水力半径 r r= = A/A/= = (1(11.2)/2(1+1.2)=0.273m1.2)/2(1+1.2)=0.273m 当量直径当量直径 d de e= = 4r4r=1.109m=1.109m 流体流经烟囱损失的能量流体流经烟囱损失的能量 f f= =(/ / d de e)u u2 2/2/2 =0.05=0.05(30/1.109)(30/1.109)u u2 2/2/2 =0.687=0.687 u u2 2 空气的密度空气的密度 空气 空气= = PM/RT PM/RT = = 1.21Kg/m1.21Kg/m3 3 烟囱的上表面压强烟囱的上表面压强 ( (表压表压) ) P P上 上=- =-空气 空气gh gh = = 1.211.219.819.813030 =-355.02=-355.02 PaPa 烟囱的下表面压强烟囱的下表面压强 ( (表压表压) ) P P下 下=-49 =-49 PaPa 烟囱内的平均压强烟囱内的平均压强 P=P= (P(P上 上+ + P P下下)/2 )/2 + + P P0 0 = = 101128101128 PaPa 由由 = = PM/RTPM/RT 可以得到烟囱气体的密度可以得到烟囱气体的密度 = = (30301010-3 -3101128 101128)/ /(8.3148.314673673) = = 0.54220.5422 Kg/mKg/m3 3 在烟囱上下表面列伯努利方程在烟囱上下表面列伯努利方程 . P P上 上/ /= = P P下下/ /+ + Zg+ Zg+f f f f= = (P(P上 上- - P P下下)/ )/ ZgZg =(-49+355.02)/0.5422=(-49+355.02)/0.5422 30309.819.81 = = 268.25268.25 = = 0.6870.687 u u2 2 流体流速流体流速 u u = = 19.7619.76 m/sm/s 质量流量质量流量 s s= = uAuA= = 19.7619.761 11.21.20.54220.5422 = = 4.634.6310104 4 Kg/hKg/h 20.20. 每小时将每小时将 2 21010kgkg 的溶液用泵从反应的溶液用泵从反应 器输送到高位槽。反应器液面上方保持器输送到高位槽。反应器液面上方保持 26.726.71010PaPa 的真空读,高位槽液面上方为的真空读,高位槽液面上方为 大气压强。管道为的钢管,总长为大气压强。管道为的钢管,总长为 50m50m,管,管 线上有两个全开的闸阀,一个孔板流量计(局部阻力系数为线上有两个全开的闸阀,一个孔板流量计(局部阻力系数为 4 4) , 5 5 个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为 15m15m 。若泵。若泵 效率为效率为 0.70.7,求泵的轴功率。,求泵的轴功率。 解解: 流体的质量流速流体的质量流速 s s = = 2 210104 4/3600/3600 = = 5.565.56 kg/skg/s 流速流速 u u = =s s/(A/(A)=1.43m/s)=1.43m/s 雷偌准数雷偌准数 Re=duRe=du/ /= = 165199165199 40004000 查本

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论