(完整版)化工流体流动自测计算题答案

1、计算题1.内截面为1000mmX 1200mm的矩形烟囱的高度为30m。平均摩尔质量为 30kg/kmol、平均温度为400 C的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持49Pa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20C，地面处的大气压强为101.33 xi03Pa。流体流经烟囱时的摩擦系数可取为0.05,试求烟道气的流量为若干kg/h ?解：这是B.E对压缩流体的应用p1 101330 490 101281Pa空气=1.205kg / m3(20oC 空气)P2P0gh 101330 1.205 9.8 30100975 PaP1P2101281 100975100%100%0

2、.3%20%P1101281可应用柏努利方程400oC 时,烟道气的密度m(P1 P2)M(101281 100975) 300 10 3 厂孑何/讦2RT2 8.314 673在烟囱的进出口之间列柏努利方程，以烟囱底端为上游截面1 1，以烟囱顶 端为下游截面2 2，并以截面1 1作位能基准面，有2 2P1gz1u1 P2“gz222hf ,1 2其中，P149 Pa （表压），P2烟道气 gh0.543 9.81 30159Pa (表压)，l u24abz-i0，Z230m， u1 u25hf -de 41.09mde 22(a b)代入上式解得 u 19.8m/s4Ws uA 19.8 1

3、 1.2 0.54312.83kg/s 4.62 10 kg/h2.如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管口入口端15m处安有以水银为指示液的 U形管压差计，其一臂与管路相连，另一臂通大气。压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长R=400mm , h=1400mm。摩擦系数可取 0.025,管路入口处局部阻力系数为0.5。问每小时从管中流出水多少立方米？ （2）当闸阀全开时，U管压差计的静压强为若干（Pa，表压）？闸阀全开时，le/d=15，摩擦系数仍可取 0.025。解：在该题所示的附图内，标出几个需列方程的平

4、面。0 0为贮水槽所在的平面，A A和B B为U管压计和管路出口的截面，并取水平管中心线所在的水 平面为基准面（1）闸阀关闭时PagH 0gRgh （H为贮槽水面的高度）代入数据，解得H h 13600 0.6 1.5 6.66m1000当阀门开启之后IPa0gRgh13600 9.81 0.4 1000 9.81 1.43.96 104Pa（表压）在贮槽液面与A A间列柏努利方程，得2P0U0gz。_PagZA2UA2hf ,0A(1)其中P00 （表压）U00Z06.66mZa0pA 3.96104Pa (表压)hfi uA,0A石2UA 込(0.025150.10.5)2a22.215u

5、A(2)将(2)代入(1)式，整理可得到：29.81 6.66 UA 2.215uA解得 uA 3.13m/s23 14水的流量 VS -d2u0.12 3.13 3600 88.4m3/h44在（1）中，由于贮槽中水位不变，时稳态流动，故水平管中水的流速不变， 只需求Ua。为此需用柏努利方程，但在哪两个面之间应用？ B B没有相关量且 阀门开度不知道，阻力系数难以计算。在贮槽与压差计之间用柏努利方程。在中：欲求pA，仍应使用柏努利方程，此时闸阀全开，Ua Ub，对水平管，Za zb，故 Pfhf ,A B .可求出U，然后代入到Pf的式中可知Pa，为求u应在0 0与B B间列柏努利方程（2）

6、当闸阀全开时，在00与BB间列柏努利方程,P。gz2U0Pb2gzB2Ub2hf ,0其中P00（表压）Z0Zb6.66mU00Ubhf,0 B (le0.02515 200.115 0.1)0.524.813u22把代入，整理得9.81 6.664.813u2，解得3.51m/s再在A A和B间列柏努利方程,PagzA2gzB Ubhf,A B其中,ZaZbUa Ub，PB 0（表压），于是Pahf,A BPaleU21000 0.025 竺亜遜0.1 23.3 104 Pa(表压)3某油品的密度为 800kg/m3，粘度为41cP，由附图中所示的 A槽送至B槽，A槽比B槽的 液面高1.5m

7、。输送管径为 $ 89x 3.5mm长50m （包括阀门的当量长度），进、出口损失可 忽略。试求：（1）油的流量，m3/h ; （ 2）若调节阀门的开度，使油的流量减少20%，此时阀门的当量长度为若干，m ?自娅二3附割解：题给条件下，油品的密度800kg/m3，黏度 41cp 41 10 3Pa s(1)在A、B两槽间列柏努利方程，并以 B槽液面为基准面，得2 2PaUa PbUBgzA gzB 人皿 b其中，Pa Pb 0(表压)，Ua Ub 0， Z Zb 1.5m将以上数据代入柏努利方程，g(zA zB)hf,A B即 u214.72此情况下，应假设 ，求出u之后，计算Re,由于并未给

8、出粗糙度的值,且流体黏度很大，可先试验层流的磨擦系数关系式。假设流体处在层流区，有304.964 u214.72解得 u 1.21m/sdu /82 10 3 1.2 80041 101920假设合理uA 1.21(82 10 3)2 360022.99m3/h423m3/h(2)流量减少之后Vs 0.8Vs0.8 23 18.4m3/h0.8u0.8 1.210.97m/ s此时流体仍处在层流区,64Re64du /g(zA Zb)d 2 du d 24l u264lu262.21mgzid232 u9.81 1.5 (82 10 3)2 80032 41 10 3 0.87l le l l

9、 62.21 5012.21m阀门开度减小流速下降，直管阻力损失减小，但由于阀门关小之后，局部阻力损 失过大。所以总阻力损失没变。4本题附图所示为一输水系统，高位槽的水面维持恒定，水分别从BC与BD两支管排出，高位槽液面与两支管出口间的距离为11m。AB管段内径为38mm、长为58m ； BC支管的内径为32mm、长为12.5m ； BD支管的内径为26mm、长为14m，各段长均包括管件及阀 门全开时的当量长度。AB与BC管段的摩擦系数均可取为 0.03。试计算：（1 ）当BD支管的阀门关闭时，BC支管的最大排水量为若干，m3/h？ （ 2）当所有的阀门全开时，两支管的排水量各为若干， m3/

10、h ？ BD支管的管壁粗糙度可取为0.15mm，水的密度为1000kg/m3，粘度为0.001Pas。d ab 2 dBC 22自测题二-4附團解：（1）在高位槽液面1 1和BC支管出口内侧截面C C间列柏努利方程, 并以截面C C为位能基准面，得P1g乙2U1Pc22Uc gzC2hf ,1 C(1)其中PiPc0（表压）Z111mzC 0u10将以上数值代入方程（1），整理得2gzhUcgz1hf,1 c2 22211 9.18加 uablBC U BCUBC58 u AB12.5 uBc2UBC0.033亠 0.038 10232 1022根据连续性方程(ud2)AB (Ud2)Bc，解

11、得Uab 0.71Ubc代入式，解得 uab 1.77m/s， ubc 2.49m/s23143 2Vbc -dBcUBc(32 10 3)244(2)根据分支管路的流动规律，有2.49 36007.2m3/h由于出口管BC、BD两截面上z, p和u均相等。hpDhf ,B C2Ud gZD 2hf ,B D在同一水平面上，取两支管出口外侧为下游截面，则(3)式可简化为hf,B chf,B D，记为方程。但由于BC和BD是不连续的，UDdD2Ucdc不一定成立，c和D的关系也不能确定，需要试差计算由于 c为已知,应假设D，这样可确定Uc和UD的比例。BD /d BD0.15/ 260.0058

12、，查摩擦系数图,BD 0.0318 ，将 BC 和 BD 代入方程(4)，得0.03 匕32 102UBC0.031814 uBd326 10 2Ubc 1.21u BD在高位槽液面11和截面CC间列柏努利方程，并以截面CC作位能基准面，得P1gZ12U1Pc2gZC2Uc2hf ,1 c其中，P1Pc0(表压)U1zc11m将以上数据代入方程(6)，整理得107.9hf ,aBhf,B C20.5)Uab 23.15uAB22h(Xb) UAB (0 0358hf ,A B ( AB J 小(0033dAB238 102 2l bc Ubc12.5 Ubc2hf B C BC 旦旦 0.03

13、亍二5.86uBc由连续性方程，可得UABd；BgcdBc UBDd；D(10)其中dAB 38mm , dBc 32mm , dBD 26mm，代入方程(10)中，整理可得(11)UAB .78Ubc 0.469u BD把 Ubc 21Ubd 代入方程(11),得到 Uab 1.15Ubd把Ubc= 21Ubd、Uab1.15Ubd 代入方程(11)得到 Ubd1.6m/s校验BD:ReBD26 10 3 16 103 4.161 10 3104，BD/dBD 0.0058查得BD0.033，与前面的假设bd 0.0318不相符,需重新计算。bd0.033代入计算，得Ubc1.23uBD ， UAB 1.16uBD代入方程(11)