化工原理习题课.ppt

2020 1 25 1 为了确定容器中石油产品的液面 采用如附图所示的装置 压缩空气用调节阀1调节流量 使其流量控制得很小 只要在鼓泡观察器2内有气泡缓慢逸出即可 因此 气体通过吹气管4的流动阻力可忽略不计 吹气管内压力用U管压差计3来测量 压差计读数R的大小 反映贮罐5内液面高度 指示液为汞 2020 1 25 1 分别由a管或由b管输送空气时 压差计读数分别为R1或R2 试推导R1 R2分别同Z1 Z2的关系 2 当 Z1 Z2 1 5m R1 0 15m R2 0 06m时 试求石油产品的密度 及Zio 2020 1 25 解 1 在本例附图所示的流程中 由于空气通往石油产品时 鼓泡速度很慢 可以当作静止流体处理 因此可以从压差计读数R1 求出液面高度Z1 即 2 将式 a 减去式 b 并经整理得故 a b 2020 1 25 2 当20 的甘油 1261kg m 3 1499厘泊 在内径为100mm的管内流动时 若流速为2 0m s 1时 其雷诺准数Re为 其摩擦阻力系数 为 2020 1 25 3 如图所示 用内径d 100mm的管道 从水箱中引水 如水箱中水面恒定 水面高出管道出口中心高度H 4m 忽略水箱入管道的入口阻力损失 水在管内流动损失 沿管长均匀发生 hfA B 3 2 2 求 1 水在管内的流速 及流量Q 2 管道中点处M的静压强PM 假设AB高度差为3m 2020 1 25 1 列0 0与2 2截面柏努利方程 Z0 P0 00 2 Z2 P2 22 2 f以2 2截面为基准面 Z2 0 u0 0 P0 P2 4 22 2 3 22 2 4 22 2g解得 2 4 43m s 1 V A 0 785 0 12 4 43 0 0348m3 s 1 125m3 h 1 2 列M点与出口截面的柏努利方程ZM PM M2 2 Z2 P2 22 2 fM 21 PM M2 2 22 2 3 3 22 2 M 2 PM 3 3 22 2 1 2020 1 25 水在一倾斜管中流动 如附图所示 已知压差计读数为200mm 试问测量段的阻力为多少 2020 1 25 4 在内管为 180 10mm的套管换热器中 将流量为3500kg h 1的某液态烃从100 冷却到60 其平均比热为2 38kJ kg 1 K 1 环隙走冷却水 其进出口温度分别为40 和50 平均比热为4 17kJ kg 1K 1 基于传热外面积的总传热系数K0 1800w m 2K 1 设其值恒定 忽略热损失 试求 1 冷却水用量 2 分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长 2020 1 25 冷却水用量 hCph T1 T2 cCpc t2 t1 3500 2 38 100 60 c 4 17 50 40 c 7990kg h 1 t逆 50 20 50 20 32 75 t并 60 10 60 10 27 91 Q KA tmQ 7990 4 17 50 40 3 332 106kJ h 1 A 3 332 105 1800 1000 32 75 3600 1 57 m2 0 1 573 14 0 18 1 57 逆 2 77 m A并 3 332 106 1800 1000 27 91 3600 1 84 m2 3 14 0 18 并 1 84 并 3 26 m 2020 1 25 20 的空气在直径为80mm的水平管流过 现于管路中接一文丘里管 如本题附图所示 文丘里管的上游接一水银U管压差计 在直径为20mm的喉颈处接一细管 其下部插入水槽中 空气流过文丘里管的能量损失可忽略不计 当U管压差计读数R 25mm h 0 5m时 试求此时空气的流量为若干m3 h 当地大气压强为101 33 103Pa 2020 1 25 解 文丘里管上游测压口处的压强为p1 HggR 13600 9 81 0 025 3335Pa 表压 喉颈处的压强为p2 gh 1000 9 81 0 5 4905P 表压 空气流经截面1 1 与2 2 的压强变化为 故可按不可压缩流体来处理 2020 1 25 在截面1 1 与2 2 之间列柏努利方程式 以管道中心线作基准水平面 两截面间无外功加入 即We 0 能量损失可忽略 即 0 据此 柏努利方程式可写为 据连续性方程u1A1 u2A2 2020 1 25 用泵将贮槽中密度为1200kg m3的溶液送到蒸发器内 贮槽内液面维持恒定 其上方压强为101 33 103Pa 蒸发器上部的蒸发室内操作压强为26670Pa 真空度 蒸发器进料口高于贮槽内液面15m 进料量为20m3 h 溶液流经全部管路的能量损失为120J kg 求泵的有效功率 管路直径为60mm 2020 1 25 解 取贮槽液面为1 1截面 管路出口内侧为2 2截面 并以1 1截面为基准水平面 在两截面间列柏努利方程 式中Z1 0Z2 15mp1 0 表压 p2 26670Pa 表压 u1 0 120J kg 泵的有效功率Ne为 Ne We ms 2020 1 25 某板框压滤机共有10个框 框空长 宽各为500mm 在一定压力下恒压过滤30min后 获得滤液5m3 假设滤布阻力可以忽略不计 试求 1 过滤常数K 2 如果再过滤30min 还能获得多少m3滤液 2020 1 25 1 过滤面积 m2 2 m2 s m2 s 过滤获得的滤液量 m3 m3 2020 1 25 在一 60 3 5mm的钢管外层包有两层绝热材料 里层为40mm的氧化镁粉 平均导热系数 0 07W m 外层为20mm的石棉层 其平均导热系数 0 157W m 现用热电偶测得管内壁温度为500 最外层表面温度为80 管壁的导热系数 45W m 试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度 解 a 每米管长的热损失 r1 0 053 2 0 0265mr2 0 0265 0 0035 0 03mr3 0 03 0 04 0 07mr4 0 07 0 02 0 09m 2020 1 25 b 保温层界面温度t3 t3 131 2 2020 1 25 一列管换热器 由 25 2mm的136根不锈钢管组成 平均比热为4 187kJ kg 的某溶液在管内作湍流流动 其流量为15000kg h 并由15 被加热到100 温度为110 的饱和水蒸汽在壳方冷凝 已知单管程时管壁对溶液的对流传热系数为520w m2 蒸汽对管壁的对流传热系数为1 16 104w m2 不锈钢管的导热系数 17w m 忽略垢层热阻和热损失 试求4管程时的列管长度 有效长度 2020 1 25 1 某液体在一等径直管中始终处于层流装状态流动 若体积流量不变 管内径减小为原来的一半 假定管内的相对粗糙度不变 则层流时 流动阻力变为原来的多少倍 解 1 由 得 2020 1 25 2 两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降 已知玻璃球的密度为2500kg m3 水的密度为998 2kg m3 水的粘度为1 005 10 3Pa s 空气的密度为1 205kg m3 空气的粘度为1 81 10 5Pa s 1 若在层流区重力沉降 则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为多少 2 若在层流区离心沉降 已知旋风分离因数与旋液分离因数之比为2 则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为多少 2020 1 25 解 1 由 得 所以 2020 1 25 2 由 得 所以 2020 1 25 3 某一球形颗粒在空气中自由重力沉降 已知该颗粒的密度为5000kg m3 空气的密度为1 205kg m3 空气的粘度为1 81 10 5Pa s 则在层流区沉降的最大颗粒直径为多少 解 1 由 得 而 所以 2020 1 25 4 对某悬浮液进行恒压过滤 已知过滤时间为300s时 所得滤液体积为0 75m3 且过滤面积为1m2 恒压过滤常数K 5 10 3m2 s 若要再得滤液体积0 75m3 则又需过滤时间为多少 解 由 得 所以 2020 1 25 5 某流体在水平串联的两直管1 2中稳定流动 已知 今测得该流体流径管道1的压力降为0 64m液柱 流径管道2的压力降为0 064m液柱 试计算管道2的长度 解 由 得 所以 所以 所以 又 2020 1 25 所以 所以 2020 1 25 6 在如图所示的平板导热系数测定装置中 试样直径 且由于试样厚度b远小于直径d 可以忽略试样径向的热损失 由于安装不好 试样与冷 热表面之间均存在着一层厚度为0 1mm的空气隙 设热表面温度 冷表面温度 测试时测得的传热速率 空气隙在下的导热系数 在下的导热系数 试计算空气隙的存在给导热系数的测定带来的误差 提示 不考虑空气隙计算得到的导热系数为表观值 考虑空气隙计算得到的导热系数为真实值 即要计算 2020 1 25 解 由 得 又由 得 所以 所以 2020 1 25 某离心泵以20 水进行性能实验测得体积流量为720m3 h 压出口压力表数为3 82kgf cm2 吸入口真空表读数为210mmHg 压力表和真空表间垂直距离为410mm 吸入管和压出管内径分别为350mm及300mm 试求泵的压头 2020 1 25 查得水在20 时密度为 998kg m3 则HM 3 82 10 01 38 2mH2OHV 0 210 13 6 2 86MH2O将已知数据代入 则 41 47 0 187 2020 1 25 离心泵的特性曲线为输水管路的特性曲线为Q的单位为m3 h 试问 1 此时的输水量为多少 2 若要求输水量为16m3 h 应采取什么措施 两条特性曲线有何变化 解 若要求输水量为16m3 h 流量变小 可以采用调节阀门开度的方法 即改变管路的特性曲线 而泵的特性曲线不变 2020 1 25 举出五种间壁式换热器提高间壁式换热器传热系数的主要方法是 夹套式 蛇管式 套管式 列管式 板式 螺旋板式 板翅式等任选五种 提高传热系数的主要途径是提高流体流速 增强人工扰动 防止结垢 及时清除污垢 2020 1 25 列管换热器 在壳程设置折流挡板的目的是什么 折流挡板都有哪些形状 提高壳程流体的流速 使壳程对流传热系数提高 园缺形 弓形 园盘和环形 2020 1 25 简诉雷诺数的物理意义 列出简要推导过程 它反映了流体中惯性力与粘性力的对比关系 2分 分子反映的是惯性力 分母反映的剪切力也就是粘性力 2020 1 25 1 用水作为吸收剂来吸收某低浓度气体生成稀溶液 服从亨利定律 操作压力为850 mmHg 相平衡常数m 0 25 已知其气膜吸收分系数kG 1 25 kmol m 2 h 1 atm 液膜吸收分系数kL 0 85 m h 1 试分析该气体被水吸收时 是属于气膜控制过程还是液膜控制过程 2020 1 25 m E P E mP 0 25 850 760 0 28 大气压 是稀溶液 H Ms E 1000 0 28 18 198 4 kmol m 3 atm 根据1 G 1 G 1 H L 即1 G 1 1 25 1 198 4 0 85 G G 1 25 kmol m 2 h 1 atm 因此 是气膜控制过程 2020 1 25 某液体在一等径直管中稳态流动 若体积流量不变 管内径减小为原来的一半 假定管内的相对粗糙度不变 则1 层流时 流动阻力变为原来的 A 4倍B 8倍C 16倍D 32倍2 完全湍流 阻力平方区 时 流动阻力变为原来的 A 4倍B 8倍C 16倍D 32倍 2020 1 25 解 1 由 得 2 由 得 2020 1 25 两颗直径不同的玻璃球分别