化工原理练习与答案

第一篇练习与讲评练习一流体流动一、填充与选择：1. 圆形直管内， v 一定，设计时若将d 增加一倍，则层流时hf 是原有值 倍；高度湍流时 不变 )， hf 是原有值的 倍.2. 图标管路系统中，已知流动总阻力损失hf=56j/kg ，若关小阀门，则总阻力损昆失hf= j/kg ，两槽液面垂直距离h= m.3. 图标管路系统中，已知d ab=d cd ， lab=l cd， u 0 ，比较 ua uc， ( pa-p b ) (p c-p d).4. 如图标管路，管长l，流量 v，今因修管，用若干根直径为0.5d ，管长等同于l 的管子并联代替原管，保证输水量v 不变，设 为常数， /d 相同，局部阻力忽略，则并联管数至 少 根。5. 如图通水管路， 当流量为 v 时，测得 (p 1-p 2 )=5mh 2 o，若流量为2v 时，则(p 1-p 2)= mh 2o (设为阻力平方区)。精品资料6. 圆形直管 di=100mm ，一般情况下输水能力为()a.3m 3 /hb.30m 3/hc.200m 3/hd.300m 3/h7. 某孔板流量计， 当水量为 v 时，u 压差计 r=600mm( i=3000kg/m3 )，若改用 i=6000kg/m3的指示液，水流量不变，则此时读数r 为()a.150mmb.120mmc.300mmd.240mm8. 倒 u 形压差计，指示剂为空气，现改为油后(流向不变 )，则 r()a. 增大b. 变小c. 不变d.不变，但倒u 形管中左侧高于右侧二、计算：1. 如图标三只容器a、b 、c 均装有水 (液面恒定 )，已知： z 1=1m ， z2=2m ，u 形水银压差计读数 r=0.2m ， h=0.1m 。试求 (1) 容器 a 上方压力表读数p 1 为多少 mpa (2) 若 p 1(表压 )加倍，则 (r+h) 为多少2. a 槽截面积a a=80m 2，水深10m ， b 槽截面积a b=20m 2 ，水深1m ，二槽用截面积a0 =0.01m 2 的圆直管联机，中有一阀，其阻力系数1=6.5( 常数) ；直管阻力可忽略。求开阀后 a 槽液面下降1m 要多少时间？3. 某敞口高位槽输送管路(见图 )，在管路oc 段的水平位置装有一孔板流量计，已知孔径d0 =25mm ，流量系数c0 =0.62 ，管长 loc=45m ， l cb =15m ， l ca =15m( 包括所有阻力的当量长度 )，管径 d oc =50mm ，dcb =40mm ，dca =40mm ，当阀 a 全关， b 阀打开时，压力表pb=0.24at ，试计算：1). 孔板两侧的压差为多少mmhg2). 若维持阀b 的开度不变，逐渐打开阀a，直到 cb 、ca 两管中流速相等，此时压力表的读数分别为多少at( 已知流体密度=1000kg/m3， 均取 0.03) 。练习一流体流动解答与讲评一、填充与选择：1. (1) 层流：h f=l/d u 2/2g re -1 d-1 u-2 u-1d -1d -1 u-2 d-2u -1d -4hf/ h f=(d/d )4 =2 -4 =1/16(2) 湍流： h f=l/d u2/2g d-1 u-2 d-1 d -4d -5hf/ h f=(d/d )5 =2 -5 =1/322.hf=h.因 h 不变，故 hf 不变=56j/kg3. ab 和 cd 段管尺寸相同，流速相同p fab= p cd在 a.b 间应用 b.e.q. 得：pa- p b= pfcd -gz在 c.d 间应用 b.e.q. 得： pc-p d =p fcd故 pc-p d pa -p b4. 解题思路同第一题充分湍流情况h h f =l/du2 /2g22h=h f= (l 1/d 1)u 1 /2g= (l 2/d 2)u2 /2gu2 2= u 12 d1 /d 2，u 2=2 -0.5 u 1 -（ 1）由连续性方程nd 2 2u2/4= d 1 2u 1/4 ，u 2n=4u 1 (2)（ 1） (2) 联解得：n=5.66 ，取整为 6 根。5. p= p 2-p 1 ， we=0 ， u2 =0.p-p= pf +g (z 1-z2 )若流动方向相反，则p 1-p 2=2-3=-1m.p/ g+ u 2/2g+ z=h e-h f， p=p 2-p 1 ， z=z 2- z 1， h e=0 ，u 2=0.故（ p 1-p 2 ） /g = h f + （z2 - z1 ） = h f+6/2=5m ，h f =2m. h fu2 ，h f=2 4=8m.故（ p 1-p 2 ） /g=8+3=11m.6.v= d2 u/4=0.785 0.01 1 3600=28.26.故（ b ）答案较合理 .7.u=c 0a 02( 0-) gr / 0.5 = c 0a 0(2 p/ )0.5 ，流量一定，则p 一定。 p =( 0 -)gr=( 0 -)gr ，r =(0-)r/ ( 0-)=240mm. 故 d 正确8 p 不变。 p= ( 0-air ) gr=( 0 -oil )gr ， r= ( 0-air )r/ ( 0-oil ) 1 ，rr，故 a 正确。二、计算题1 解析：基本思路是从容器c 表面逆推得p1 ，因容器c 接触大气， pc 压力已知。1) 沿 c 液面作水平面与a 容器相交于a 1 处，则求解相当于复式压差计。p a =( 0-)g(h+r)=126009.81 0.3=37080p a，p 1 = p a-g(z 2-z 1 )=0.027272 (mpa ) 2) 又 p1=(0-)g(h+r)- g(z 2-z 1 )，故 h+r=2 p 1+ g(z 2-z 1 )/( 0- )g=0.521 (m)2 、这是非稳态流动体系问题，首先选择某一时刻处（瞬间）建立关系，其后用物衡建立微分式， 确定边界条件求解。若某一时刻， a 槽内液面为z1则（ 10- z 1）80= （ z 2-1 ） 20， z 2=41-4 z 1此时在 a 槽面与 b 槽面间用b e q.u=0 ， z 1 -z 2= hf ， 5z 1 -41=6.5 u 0 /（ 2 9.81 ） =0.3313u0 =1.7347(5z-41)1/2 -（1）在从变化到时间内可看成不变，则 a0d =(-dz 1 )a 1， 0.01 d =-80 dz 1，即 d =-8000 dz/u 0 (2)(1) 代入 (2)结合边界条件，=0 ， z1=10 ； =， z=9.3、解本题属分支管路计算题型(1) 当阀 a 全关时，是简单管路在 1-1 与 b 处截面间应用b.e.qu 1 =0 ； z 1=15m ； p 1=0 ； u b=； z2=3m ； p 2=0.24at=2.35410 4pah f0-b =h f0-c +h f0-cbu c =(d b /d c)2u b=0.64u bh f0-b =11.1546u b2应用 b.e.q 9.81(15-3)-2.35410 4/-u b2 /2= hf0-b =11.1546u b2u b 2=8.08 u b=2.8427 (m/s)v= db2� ； ub/4=3.57 10 3 (m 3 /s)(2) 从 b 表至出口d 处的总阻力系数由1 ）情况下b、d 间的 b.e.q 求得当阀 a 开时，在1-1 与 d-d 应用 b.e.q g(z c -z b)=hf0-d =h f0-c+ h fc-b +hfb-dhfc-b =5.625u b2 hfb-d =5.827u b 2/2=2.919u b 2而 d c2 uc=2d b2 u b u c 2=1.28u b2hf0-c =0.03 (45/0.05)0.5 (1.28u b)2=22.1184u b2117.2=(22.1184+5.625+2.919) ub 2u b 2=3.8392 (m 2 /s2 ) u b =1.96 (m/s) uc=2.217(m/s)在 1-1 与 a-a 间 应 用 b.e.q gz c=hfo-c +h fc-a+u a2/2+p a/phf0-c =22.1184u b2 =84.917m 2/s2hfc-a =0.03 15/0.04 3.8392/2=21.5955 m2/s29.81 15=84.917+21.5955+3.8392/2+ pa/p p a =3.8718 10 4pa=0.3947at( 表)练习二流体流动一、填空题1. 连续介质假定是指 稳定流动条件下，连续性方程的物理意义是 。2. 圆管内湍流和层流的差别是：流型层流湍流本质区别re范围u/umax(满足 1 7 次方律 )与 re 关系高度湍流一般湍流与 d 关系圆形直管内，体积流量一定，设计时若将管内径增大一倍，则层流时摩擦阻力损失wf 是原值的 倍；高度湍流时，wf 是原值的 倍。流体在直管内流动造成阻力损失的根本原因是 .某孔板流量计用水测得孔流系数c0=0.64 ，现用于测 900 kg/m 3 、=0.8 p 的液体，问此时 c0 0.64 。 （） .如图所示管路，将支管的阀门开大，则管内以下参数有何变化？va ，v b ，v c ，p ，wfa ，wfb ，wfc 。7在如图所示的管路系统中，已知流体的总阻力损失f56j/kg 。若关小阀门，则总阻力损失 f= j/kg ，两槽液面垂直距离 m 。一敞口容器，底部有一出口（如图所示），容器水面恒定，管内水流动速度头为0. m 水柱，直管阻力可忽略。（）水由容器流入管内，则点的表压p m 水柱。（）水由管内流入容器，则点的表压p m 水柱。如图所示的供水管线，管长l，流量。今因检修管子，用若干根直径为0.5d ，管长亦为 l 的管子并联代替原管，保证输水量不小于。设所有管子的都相同且为常数，局部阻力均可忽略，则并联管子数量至少 根。10 如图所示的通水管路，当流量为时，测得（p1-p2 ） =5mh 2o，若流量为时， 则（ p1-p2 ） = mh 2 o。（设流体流动处于阻力平方区）二、选择题1如图所示， 倒型压差计， 指示剂为空气， 现将指示剂改为油后（流向不变） ，则 。 .增大；b. 变小；c. 不变；d. 不变，但倒型差计中左侧液体高于右侧。某孔板流量计，当水流量为时，型压差计读数600mm ( 指示液密度0 3000kg/m 3 )，若改用密度为0 6000kg/m 3 的指示液，水流量不变，则此时读数为 。 .150mmb.120mmc.300mmd.240mm3因次（量纲）分析法的目的在于 。a. 得到各变量间的确切定量关系；b. 用无因次数群代替变量，使实验与关联工作简化；c. 得到各因次数群的确切定量关系；d. 用无因次数群代替变量，使实验结果更可靠。三、计算题1. 如图所示，三只容器、均装有水，水面恒定，已知 z1= m z2= m ，型水银压差计读数 r=0.2m 、h=0.1m 。 试求：（ 1）容器的上方压力表读数p1 ，kpa ；（ 2）若 p1 加倍，则（ + ）值为多少？2. 某输送管路如图所示，已知液体的密度 900kg/m 3、粘度 =30 p，除段以外，管路总长 l 50m （包括全部局部阻力损失的当量长度在内） ，管内径 d53m 。复式型压差计指示剂为水银，两指示剂中间流体与管内流体相同，压差计读数 1 7cm ， 14cm 试求：若两槽液面垂直距离为 4m ，则管内流速为多少？当阀关闭时，试定性判断读数 1、有何变化？3. 某输送管路（见下图），在总管段oc 上装一孔板流量计，该流量计孔径d0=25mm ， 流量系数 c 0.62 。已知 oc 段、cb 段、ca 段管长和管径分别为loc 45m 、doc=50mm ， lcb=lca=15m、dcb=dca=40mm；当阀 a 全关、阀 b 打开时，压力表 pb 的读数为 23.5kpa 。流体密度 1000kg/m 3 ， 均取为 0.03 。试计算：（ 1）孔板两侧的压差 p 为多少 mmhg ？（ 2）若维持阀b 的开度不变，逐渐打开阀a，直到 ca 、cb 两管中流速相等，此时孔板两侧压差 p 为 560mmhg ，问压力表读数pa 、pb 分别为多少kpa ？4. 如图所示，一高位水槽下面接有三根水管子、，开始时压力表读数为，三个支管的流量分别为、，且。现关闭水管中阀门，使 2，这时压力表读数为p 、水管、的流量变为v1 、v3。假设所有水管中流动均处于完全湍流区，并且水在同一高度流入大气。试分析比较：（ 1）与 p的大小；（ 2）（ 1 v1 ）与（ 3 v3）的大小。练习二流体流动解答与讲评一、填 空 题 1液体由无数流体微团组成，流体微团彼此紧紧挨着，之间没有空隙。流动系统内无质量积累。2.流型本质区别层流无脉动湍流有脉动re范围re4000u/umax1 20.817 与 re 关系 64 re高度湍流 与 re 无关一般湍流随 re 增大而减小与 d关系无关随 d 增大而增大3 1/16 ， 1/32对原直管：u 1v （ d2 4 ） = 4v （ d 2）wf1=1(l/d) (u 1 2/2)= 1(8 v2 /4 2 d5 )改变后： u2 4v （ 2d ）2 = v (d2) wf2=2(l/2d) (u 22 /2)= 2 (lv 2 /4 2d 5)层流时， 64 re=64 /du =变前 (64 )(d/4v) ；变后 (64 )(d/2v)高度湍流时， 与 re 无关， 1 2 层流时 wf1 wf2 2(lv2/4 2d5) 1(8lv2/ 2d5) 116 ；高度湍流时wf1 wf2 1 324 流体有粘性56. va ， vb ， vc ， v 总， p ， wfa ， wfb ， wfc a 阀开大 a v ， va pd， p vb ， vc wfb ， wfc wfa 7. 56 ， 5.7在两槽液面间进行物料衡算，由b eq 得 gh= wfwf 大小与阀门开度无关，始终为56j/kg即 h= wf/g=5.7m . （ 1） 0.75 (2)1.5(1) 水由容器流入管内，在容器液面与2 点间列 b eq得 h= hf+u22/2g+p2/g，其中 hf u22/2g 1 2 （ u22/2g ） p2/ g0.75mh 2 o(2) 水由管流入容器， 在容器液面与2 点间衡算，由 b eq 得 ， u2 2/2g +p2/ g=h+ hf其中hf （u2 2/2g ） = u2 2/2g p2/ g=(1.5+0)mh2o=1.5h 2 o注：题目只忽略了直管阻力，局部阻力应予以考虑。 6替代前，在两容器液面间衡算，et1= et2+wf1-2即 gh ( /d)(u2/2) ， u=v/( d2/4)= 4v/(d2)即 h (/d)(8v2/g 2d4) 替代后，设有n 根管，则u（ v n）/ /4(d/2)2=16v/(nd2) gh= /(d/2) (2/2)= /d(162v2/(n22d4) 联 、 解出 n=4*20.5 = 5.6566即管数 n 取 6 根10 11流速 uv a 4v d2et1= et2+wf12（et 表示机械能）p1/ g p2/ g h+ (/d)u2/2g即（ p1 p2 ） g = h + （/d ）（8v2/ 2d4g ） = 5流量变为2v ， u=2v/a=8v/ d2=2u et1= et2+wf12p1 /g p2/gh+ (/d) （ u2/2g ）即（ p1 p2 ） g=h+ (/d) （ 32v2/ d2g ）由于 ，h=1/2 6m=3m （ p1 p2 ） g=3+4 (5-3)mh 2o二、选择题1. a改变前，在压差计两埠间衡算et2= et1+wf12即 p2/ g p1/ ghf12又 （ p1 p2 ） g r（ 0 ） hf21改变后（ p1 p2 ） g r（ 0 ） hf21 r （ 0） r（ 0） 0 0 r r 即 r 将变大2. d3. b三、计算题：1 .(1)27.26kpa (2)0.52m(1) pa p1 gh1+ gr= pa = p2+ gz1+ gh1+ 0gr pb p2 gh2= pb = pa+ g(h2-z2-h)+0gh由上面两式化简，得p1 pa (0- )g(r+h)+ g(z1- z2) （ p1 pa ） g（ z1 z2 ）（ r h）（ 0 ） 2.78mh 2o p1 pa = 2.727104pa = 27.27kpa(2) p1 加倍，即54.54kpa ，假定水面仍维持恒定，即z1 、z2 不变则，p1 pa+( 0- )g(r+h)+g(z1- z2)又 p1 - pa=2 （ p1 pa）= 2 （ r h） g（0 ）/+ 2 g(z1-z2)解出，(r+h) 0.52m 2 (1)0.54m/s (2)r1， r2 （ 1）（ pa pb ） g r1 r2 hfab在两槽液面间进行物料衡算 h hf0-1= hfab+ hfr r1 r2 /d（ u2/2g ） 4r1 r2（ r1 r2 ） 0 13.6 (0.07+0.14)=2.856m /d（ u2/2g ） 1.144 -（ *）用试差法计算，设 0.027 ，代入资料得出u 0.94m/s校核， re = du/ =1429.56 2000得 0.043设 u=0.5m/s， 得 0.095 ， re= 0 u/ =795 2000=64/re=0.805由试差结果rep (2)(v1 -v1 )(v3 - v3)关闭 k2 v2 ， v p v1 ， v3 p p全开时， v1v2v3 hf1 hf2 hf3eta= et1 +wf1= et2 +wf2= et3 +wf3 =b1v12= b2v22 =b3v32 eta = b1v1 2= b3v3 2 v1 / v1= (eta / eta)0.5 (v1 v1)/ v1= (eta/ eta)0.5- 1 v3 / v3= (eta / eta)0.5 (v3 v3)/ v3= (eta/ eta)0.5- 1 （ v1 v1 ）（ v3 v3 ） v1 v3 7mb.7mc.3md. 只需 z即可3离心泵铭牌上标明的扬程是指。 .功率最大时的扬程.最大流量时的扬程. 泵的最大扬程 .效率最高时的扬程4已知单台泵的特性曲线方程20-2v ，管路特性曲线方程为he=10+8v ( 以上两式中的单位均为m /min) 。现将两台泵组合起来操作，使流量达到1.58m /min ，下列精品资料结论中的 是正确的。 .串联 .并联 .三、计算题串、并联均可 . 无法满足要求1在图标的循环管路中，= =20m ，l =30m ，（均包括局部阻力当量长度在内），管径 d=30mm ， =0.03 ，流量 v 1.413 10 m /s ，密度=900kg/m ，冷却器液面高出泵吸入口2m ，试求：（ 1）泵的扬程h；（ 2）为保证泵的吸入口不出现负压，冷却器液面上方压力p 至少为多少kpa（表压）？2如图所示，两塔表压都为零，已知d 均为 40mm ， =0.02 ，吸入管长l =10m ，压出支管长l =70m （均包括局部阻力） ，泵的特性曲线方程h=22-7.2 10 v，式中 h ， m ；v， m /s 。泵出口至o 点的管长可忽略。试求：（ 1） b 阀全关时泵的流量；（ 2） b 阀全开时泵的流量。此时支管长l =70m （包括局部阻力当量长度在内）。3欲用离心泵将池中水送至10m高处水塔（见图） ，输送量v 0.21m 3/min ，管路总长l 50m （包括局部阻力的当量长度）管径均为40mm ， 0.02 。试问：（ 1）若选用的离心泵的特性曲线方程为h 40-222v2 ， 式中v m 3/min 。该泵是否适用？（ 2）此泵正常运转后，管路实际流量为多少m 3 /min（ 3）为了使流量满足设计要求，需用出口阀进行流量调节。则消耗在该阀门上的阻力损失增加了多少/kg4如图所示，用离心泵将敞口水池中的水送到反应塔内，塔顶压力为1.17 10 a，出水管口高出水池液面4m 。已知管路调节阀全开时，管路总阻力损失为2mh o 柱，输水量为 30m 3/h ，该泵的特性方程为h 20-0.0023v ，式中h， m； v， m 3 /h。（ 1）试写出阀全开时的管路特性方程，要求以he=f(v) 函数式表示，he m； v m3 /h。（ 2）若将这种泵两台并联用于该管路，当管路调节阀全开时，输水量为多少m 3 /h？练习四流体输送机械解答与讲评一、填空题：1. 计量泵、齿轮泵、螺杆泵2. 在叶轮入口处由离心力所产生的真空度不够大， 不足以吸上液体。泵内灌液3. 叶轮入口处的压力等于液体的饱和蒸汽压，使液体发生部分汽化减小吸入管路的阻力增大供液池上方压力 4旁路调节、改变活塞冲程、活塞往复次数5泵内灌液关闭出口阀出口阀6， 1.27 2h 8 2809 p，he 不变， n 10 6.91泵的特征曲线h a bv2 h2 h1 b（ v22 v12 ）即 h a v2 （ h2 h1 ）（ v22 v12 ） 将 v v1， h h1 代 入h1 a v12 （h2 h1 ）（ v22 v12 ） a z p = z a h1 v12 （ h2 h1 ）（ v22 v12 ） 16 1002 （ 20 16 ）/（ 1202 1002 ） 即 z 6.909m11 (1) (2)=泵的特性曲线h a-bq2； 管的特性曲线l a bq2 ， 其中 a z p g ， p= p2 p1流体密度改变， 对泵的 h q 曲线没有影响， 但却有可能使管的特性方程中的a 改变。（ 1） 若 p2 p1 0，则a 管线向下平移；（ 2） 若 p2 p1 0，则a 管线向上平移；（ 3） 若 p2 p1 0，则对a 没有影响，即a 与 大小无关；（ 1） p2 p1 0 ，则；（ 2 ）p2 p1 0，则；（ 3） p2 p1 0 ，则， v v 时 p2 p1 ；， vv 时 p2 p1 ；注：影响管路特性曲线改变的因素有（1）阀门开度改变；（ 2）供需液处势能改变；（ 3）流体密度改变；（ 4）流体粘度改变影响泵特性曲线改变的因素有：（ 1）流体粘度改变；（ 2）叶轮直径，转速改变；（ 3）泵的串、并联。12 24.3 ， 1.8叶轮转速改变，影响泵的特性曲线，但不改变管路的特性曲线。由比例定律，v v n /n h h (n/n)2即 v (n /n)2v ，h h(n/n )2 h (n/n )2 40 2.5 ( n/n ) v 即 h 40(n /n)2 2.5 v2 32.4-2.5 v 2联立管路曲线hb v 2将 v 2 代入 h 40 2.5 v 2， 及 h= b v2解出 b=7.5v 1.8m 3/min ，h =24.3m注：不能将vv nn 直接代入资