化工原理习题

1、流体密度计算 流体流动 1.1在讨论流体物性时，工程制中常使用重度这个物理量，而在 如水的重度为1000kgf/m 3,则其密度为多少kg/m3? SI制中却常用密度这个物理量 1.2燃烧重油所得的燃烧气，经分析测知，其中含8.5% CO2,7.5%02,76% N2,8%水蒸气（体积）, 试求温度为500 C，压强为1atm时该混合气的密度。 1.3已知汽油、轻油、柴油的密度分别为700kg/m3、760kg/m 3和900kg/m 3。试根据以下条 件分别计算此三种油类混合物的密度（假设在混合过程中，总体积等于各组分体积之和） 汽油、轻油、柴油的质量百分数分别是 汽油、轻油、柴油的体积百分

2、数分别是 20%、30%和 50%; 20%、30%和 50%。 绝压、表压、真空度的计算 1.4在大气压力为760mmHg的地区，某设备真空度为 738mmHg,若在大气压为655mmHg的地 区使塔内绝对压力维持相同的数值，则真空表读数应为多少？ 静力学方程的应用 1.5如图为垂直相距1.5m的两个容器，两容器中所盛液体为水，连接两容器的 R为500mmHg,试求两容器的压差为多少？p水银=13.6 103kg/m 3 U型压差计读数 1.6容器A.B分别盛有水和密度为900kg/m 3的酒精，水银压差计读数 成四氯化碳 P水银=13.6 R为15mm,若将指示液换 （体积与水银相同），压

3、差计读数为若干？ 103kg/m 3四氯化碳密度pccl4 = 1.594 X03 kg/m3 rQ A J 2.7用复式U管压差计测定容器中的压强,U管指示液为水银，两U管间的连接管内充满水。已 习题6附图 习题5附图 精选文库 8 知图中 h1=2.3m , h2=1.2m, h3=2.5m , h4=1.4m , h5=3m。大气压强 P 0=745mmHg，试求容 器中液面上方压强 Pc=? ti3 V-I r J 1 o Pc 习殛附图 1.8如图所示，水从倾斜管中流过，在断面A和B间接一空气压差计，其读数R=10mm，两测压 点垂直距离a=0.3m，试求A,B两点的压差等于多少？

4、流量、流速计算 1.9密度p =892Kg/m的原油流过图示的管线，进入管段 (1) 管段1和3中的质量流量； (2) 管段1和3中的平均流速； (3) 管段1中的质量流速。 1 的流量为 V=1.4X10-3 m3/s。计算: 1.10某厂用 125 x 4mr的钢管输送压强 P=20at(绝 压)、温度t=20 C的空气，已知流量为 6300Nm3/h (标准状况下体积流量)。试求此空气在管道中的流 速、质量流量和质量流速。 (注：at为工程大气压，atm为物理大气压)。 2 1 也 76*3 m 30*2. 5 3 3 中 58+2. 5 1.11压强为1atm的某气体在 76 x 3m

5、r的管内流动, 当气体 压强变为5atm时，若要求气体以同样的温度、流速、 质量流 量在管内流动，问此时管内径应为若干? 1.12若钢管的价格与其直径的1.37次方成正比，问将一定体 积流量的流体输送一定距离，采用两根小管子与采用一根大 管子相比，前者费用为后者的几倍？设两种情况下管内流速 习题9附圈 1 .In A h C Fin Hl In 习题13附图 相同。 理想流体柏努利方程应用 1.13在图示的管路中，水槽液面高度维持不变，管路中的流水视为理想流体，试求: (1)管路中水的流速； 管路中A、B、C各点的压强。 1.14在图示管线中的 A点接一 U管压强计，指示液为水，管内流体密度

6、P =800kg/n3,管子内径 为100mm。当阀全关时,R1为300mm,阀门开启后，读数R2为100mm。若管内流体视为理想流体， 且贮槽中流体面维持恒定，管内流速为多少？ 1.15水以60m3/h的流量在一倾斜管中流过，此管的内径由100mm突然扩大到200mm。如图所 示,A、B两点的垂直距离为 0.2m,在此两点间连接一 U管压差计，指示液密度为 1630kg/m 3,若 忽略阻力损失，试求： (1) .管两侧指示液液面哪侧高，R为多少？ (2) .若将上述管路水平放置，压差计读数有何变化？ 非定态流动计算 1.16本题附图所示的贮槽内径 D=2m,槽底与内径为 32mm 的钢管相

7、连，液面高度 m为2m,(以管中心线为基准 )该系 ni 统全部能量损失 刀hf=20u2,(u为管内流速m/s)试求当槽内 液面下降1m时所需的时间。 实际流体柏努方程的应用 1.17如图所 示，将密 度为1200kg/m3的碱液从碱 液池中用 离心泵打 入塔内，塔顶表 压为 0.6kgf/cm 2。流量为15m3/h,泵的吸入管阻力为2m碱液柱,排出管阻力(包括出 入口等所有局部阻力)为5m碱液柱,试求： (1) 泵的压头； ,盐水循环量为 从A到B段为 12m液柱,盐水的 (2) 若吸入管内的流速为1m/s,则泵真空表的读数为多少毫米汞柱? 1.18图示一冷冻盐水循环系统 45(m 3/

8、h),流体经管路的压头损失 9m液柱，自B至A的一段为 密度为 1100kg/ m3,求： (1) 泵的实 (轴功率)为多少kw ?设泵的效率为 0.65。 (2) A处压强表读数为 1.5kgf/cm 2,则B处 压强表读数为多少kgf/cm 2 ? 1.19图示为某泵的一段吸水管，内径为200mm,管 下端浸入水池液面以下2m,管口处装有带滤网的 底阀，其阻力损失相当于10(u2/2),在吸水管距水面 3m处装有真空表，其读数 为350mmHg,若从A至B点的阻力损失为0.1(u2/2),试求: (1) 吸水管内的流量为若干 ？ (2) A点的压强为多少？ U 0 B 7m 0 I A.

9、习题 习题13附图 雷诺准数.流型判断 1.20密度为850kg/m 3、粘度为8cP的液体,在内径为14mm的钢管内流动，液体的流速为1m/s, 试计算： (1) 雷诺准数，并指出流动属于何种类型； (2) 局部速度等于平均速度处与管轴的距离；及该处的剪应力； 该管路为水平管，若上游压强为1.5kgf/cm2,求流经15m后压强降至多少kgf/cm 2? 1.21 90 C的水流过内径为 20mm的管道，问水的流速不超过那一数值则流动为层流？若管内流动 为90C的空气,则此一数值应为多少？ 1.22由一根内管及外管组合的套管换热器中，已知内管为25 X 1.5mm外管为 45 X 2mr套管

10、 环隙间通以冷却盐水，其质量流速为838kg/m2.s 粘度为1.2cP,试判断盐水流型。 因次分析 1.23实验初步得知，流体绕过单个球形物体流动，球体受到曳力（或球体对流体产生的 阻力）Fd为 以下诸量的函数：小球直径d;流体密度P流体粘度 卩流体速度U。试用因次 分析法导出曳力Fd 的准数函数式。（注:包含Fd的准数为Fd/ pd 2u 2） 哈根泊谡叶方程、通用阻力方程的应用 1.24在水平直管内输送一定量流体所需的动力费与上、下游的压强降成正比。试问，将一定体 积流量的流体输送一定距离，采用两根小直径管子与用一根大直径的管子相比较，前者所需的 动力费为后者几倍？取两种情况下管内的流速

11、相同，分别按层流与湍流两种流型比较。（层流用 哈根泊谡叶方程，湍流用柏拉修斯公式计算） 1.25 温度为20C的液苯从贮槽中用泵送到反应器，要经过长4m、57 X 2.5m的钢管，管路上有 两个900弯头，一个标准阀（按1/2开启计算）。管路出口在贮槽的液面以上12m,贮槽与大气相通， 而反应器是在500KN/m 2（表）的压力下操作，若要维持0.5l/s的体积流量，求泵所需的功率。（泵 的效率取 0.5,入=0.03已知20C的液苯密度p= 879kg/m3,粘 度尸 0.74CP） U管压差计，其读数为 250mm,管长与管件、 50m（不包括进、出口塔及管出口阻 20m,已估计气体通过

12、1.26如图所示，某气体（其性质与50C的空气 基本相同）,用鼓 风机以3600m 3/h的流量送至洗 涤塔，洗去有害物质后排到大 气中。气体入风机前的管路上安装一 30mm水柱。输气管与放空管的内径均为 阀门的当量长度之和为 200mm水柱，管壁的绝对粗糙度可取为 力）。放空口与鼓风机进口的垂直距离为 塔内填料的压强降为 0.15mm,大气压强为1atm,求风机的有效功率。 E 1.27地面上放置冷冻盐水（25 % CaCl2）贮槽。盐水温度为 20C ,粘度为9.5CP密度为1230kg/m3,现用离心泵送至高位 槽中 俩槽液面差为 16m，输送管为 32X 2.5mm管长为 80m，管路

13、中包括6个90。弯头和4个标准球阀（全开）。若 盐水的流量为6m 3/h,试求离心泵对单位重量的盐水必须提 供多少能量（压头）?已知 /d=0.003 10m（均包括各种局部阻力的当量长 1.28由图所示的输水系统,AB和CD段分别长200m和 度）,BC段管长为10m,各段管内径均为50mm,摩擦因素 入=0.03实验得知：经两分钟内由管口流 出的水量为0.329m3, B、C两截面上玻璃管内液面差从为0.629m。求： 精选文库 ）为25m,由于使用已久，粗糙度取0.15 mm, m3 ?酸的密度P =1650kg/m,粘度 卩=12cp 1.30有一输水管路如图所示 30m（包括局部阻力

14、的当量长度 之间有一闸阀，其间的直管阻力可以忽略 ，液面1至截面3全长 ）,截面3至液面2 ,输水管 内径为50mm, /d=0.004，试求阀全开时的输水量。 可压缩流体 1.31欲将5000kg/h的煤气输送至100公里距离， 管内径为300mm,管路末端压强为1.5at（绝），试决 定管路起点压强需要多大？设煤气温度为 20C ,入=0.01煤气在标准状况下密度为0.65kg/m3。 IDn 2 习题和附图 复杂管路计算 1.32有两个液面高差为6m的贮槽，其底部用管道相 连（如图所示），BC段管内径为600mm ,长为 3000m（包括各种当量长度），支路CD和CE段的长度 皆为250

15、0m，管内径均为 250mm，若已知摩擦因数 入均为0.04试求A槽下流的流量为多少m3/h? A 1 1 1 1 （注:at为工程大气压） dl d2 C da 习题玄附图 1.33水槽中的水经管道 C、D两支管可以同时放出 面维持恒定,AB段管长为6m（忽略AB间的局部阻力 41mm ; BD段管长为9m,当阀全开时该段局部阻力当量长度为 15m,BC段长6m,当阀全开时，该段局部阻力当量长度为 9m;BC 和BD管内径均为 （1）当管路中 当管路中 ，水槽中液 ），管内径为 25mm，试求: D阀关闭而C阀全开时的流量； C、D两阀全开时两管流量之和。设各段管 路中的摩擦因数 入均可取为

16、0.03。 习题33附图 （1）槽内水面维持恒定时，水面到出口管垂直距离为多少米 （2）BC间90。弯头的局部阻力系数为多少？ 试差法求入 1.29 一酸贮槽通过管子向其下方的反应器送酸,槽内液面在管出口以上2.5m,管路由 38 X 2.5mn无缝钢管组成，全长（包括管件的当量长度 求每分钟可送酸多少 贮槽内及反应器内均为大气压。 20m的管道，然后分成两股，两 1.34温度为30C的空气从风机送出后经一段直径为200mm,长为 分支管路内径皆为 150mm,一段长40m,另一段长80m,（均含当量长度）。然后两支管又合拢，流经 一段直径为200mm长为30m的管子，最后排到 大气。若空气在

17、直径为200mm管内的流速为 10 m/s,求两支管内的流速为多少 ？又风机出口处压强为多少 ？（设两并联管路的 入相同，粗糙度e 6 精选文库 23 =0.05) 1.35用内径为300mm的钢管输送20C水，为了测量管内流量，采用如附 图所示的安排，在2m长的一段主管上并联了一根直径为60X 3.5mm的 支管,支管长为10m(包括当量长度)。支管上装有转子流量计，其读数为 2.72m 3/h,求水在主管中的流量及总流量。主管与支管中的摩擦因数分 别为 0.018 及 0.03。 流量计计算 1.36 一皮托管伸入直径为1m的空气管道中心，其压差读数用双液体压 差计显示，指示液为氯苯(P

18、=1106kg/n3)与水(p =1000血/询)。求压差 计读数为48mm时的质量流量。空气温度为40C，压力为101kN/m 2。 习题3S附圈 1.37在38 X 2.5mm勺管路上装有标准孔板流量计 甲苯。孔板流量计采用U管压差计测量孔板两侧的压差 量为多少kg/h? ,孔板的孔径为16.4mm。管内流体是20C的 ，其读数R=600mm 汞柱，试求管中甲苯流 1.38 一文氏流量计喉部直径为300mm,装在内直径为 测量20C的氯气Cl2流量，当地大气压为101kN/m 2。 为6.77kN/m 2(表压),测出文氏计上游与喉部的压差为 小时的质量流量。排出系数Cd可近似取为0.99

19、。 600mm的管路上， 文氏计前CI2压强 180mmH2 0,求每 1. 39附图 1.39有一测定空气流量的转子流量计，其流量刻度范围为400-4000l/h, 转子材料用 铝制成，P铝=2670kg/m 3,今用它测定常压 20C的CO2流量， 试问能测得最大流量为若干l/h?又因某种需要,CO2的计量范围扩大70%, 改为不锈钢，P钢=7920kg/m 3,你认为这建议可行否？用计算结果说明。 有人提议将转子材料 1.40 一转子流量计的锥形玻璃管在最大和最小刻度处的直径为 的形状如附图，其最大截面直径d=26mm,试求： (1) 该转子流量计的最大与最小可测流量之比 (2) 转子处

20、于最大刻度和最小刻度位置 流体 在环隙处的流速有何变化? di=28mm 和 d2=26.5mm,转子 综合计算题 1.41粘度为30cP密度为900Kg/m 3的液体，自 A 经内径为40mm的管路进入B,两容器均为敞口 ， 液面视为不变。管路中有一阀门 ，当阀全关时， 阀前后压力表读数分别为 0.9at和0.45at，现将 阀门打至1/4开度，阀门阻力的当量长度为 30m, zi FL 习题41附圈 阀前管长50m，阀后管长20m(均 包括局部阻力的当量长度 (1) 阀门1/4开度时，管路的流量为多少m3/h? (2) 定性说明阀门开启，阀前后压力表读数有何变化 ),试求: 1.42用离心

21、泵将密闭储槽中20 C的水通过内径为 100mm的管道送往敞口高位槽，两储槽液面高度差 为10m,密闭槽液面上有一真空表P1 600mmHg(真),泵进口处真空表 P2 294mmHg(真),出口管路上装有一孔板流量计 直径d0=70mm ,流量系数 A孔板流莖计 读数为 读数为 ,其孔口 R=170mm。已知管路总能量损失为 (1) 出口管路中水的流速； (2) 泵出口处压力表P3(与图对应 a =0.7,U形水银压差计读数 44J/Kg,试求： )的指示值为 多少？(已知P2与P3垂直相距0.1m) 习题42附區 IP 1.43.如图所示装置，水以4m/s流速从 用四点法测量突然扩大局部阻

22、力系数 f2-o,hfo-3=hf3-4,A 段管内径为 25mm， 段流向B段, ,假设 hfi-2=h B段管内径为 50mm，测得 Ri=200mm， R2=430mm， U 形管压差 计指示液为汞，求突然扩大局部阻力系数为多少？ 1.44有两个水库，水位差为8m,先由一内径为600mm, 管长为3000m的管道A将水自高位水库引出，然后由 两根长各为3000m,内径为400mm的B管及C管接到 下游水库。若管内流动时摩擦系数 量为多少m3/h? 入=0.03试求总流 习题43附圏 ?rim XI ti 水银 习题45附图 的管子流出，槽中水位稳定。阀门关闭时得 1.45如图所示，水从槽

23、底部沿内径为100mm R=50cm,h=1.8m.求： (1) 阀门全开时的流量 出口的阻力系数分别为0.5及1.0, 入=0.018) (2) 阀门全开时 B处的表 压(阀全 开时 le/d=15,入、 设摩擦系数 P =900kg/m的某液体由高位槽 A经 1.46密度 内径为50mm的管道流入敞口贮槽 B中。图示 K点的真空度为6KN/m 2, K点至管路出口处 之管长为20m,有3个90弯头和一个阀门.已 知各阻力系数为：Z入口 =0.5, Z口 =1.0, 90弯头=0.75, 摩擦系数入=0.025试求阀门M之阻力系数Z为 若干？大气压力 Pa=101KN/m2 1O 习题4$附

24、图 1.47如图所示,用离心泵将水从贮水池输送到敞 口高位槽中，已知高位槽的水面离贮水池的水面 高度保持为10m，输送水量用孔板流量计测得， 孔板安装在离高位槽水面0.8m处，孔径为 20mm ,孔流系数为0.61,管路为 57 X 3.5mr的 钢管，直管长度和局部阻力当量长度之和(包括 孔板局部阻力及进出口当量长度)为250m ,其中 贮水池至孔板前测压点A的直管长度和局部阻： 习题押附图 13600Kg/m3。当水的流量为 6.86m3/h时, 力当量长度之和为 50m。水的密度为1000Kg/m3, 水的粘度为1cP。摩擦系数近似为 入=0.3164/Re25, U形管中指示液均为水银

25、，其密度为 试确定: (1) 水通过泵所得到的外加能量为多少？ (2) 在孔板前测压点 A处安装的U形管压力计中指示液读数R1为多少(已知左侧压差计右支 管水银面到管路中心距离x=500mm)? (3) 孔板流量计的U形管中指示液读数R2为多 少？ 1.48如图示常温水由高位槽以1.5m/s流速流向低 位槽,管路中装有孔板流量计和一个截止阀，已知管 习题临附图 道为 57X 3.5mm的钢管，直管与局部阻力的当量 长度(不包括截止阀)总和为60m，截止阀在某一开 度时的局部阻力系数Z为7.5。设系统为稳定湍流，管路摩擦系数入为0.026。求： (1) 管路中的质量流量和两槽液面的位差 Z; (2) 阀门前后的压强差和汞柱压差计的读数R2。 若将阀门关小，使流速降为原来的0.8倍，设系统仍为 稳定湍流，逝似不变。问： (3) 孔板流量计的读数 R 1变为原来多少倍？截止阀的 阻力系数Z变为多少？ (4) 阀门前的压强Pa如何变化？为什么？ 1.49如图示，水以1m/s的流速稳定流过内径为 0.025m, 长为2m(AB段)的管,A、B两端接 一 U形液柱压差计,B 端接一压强计，指示液密度均为1590Kg/m3。已知水的粘 度为1cp,管 路摩擦系数可以下 算：入=0.3164/Re25(当 2