化工原理习题

1、一流体流动流体密度计算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SI 制中却常用密度这个物理量 ,如水的重度为 1000kgf/m 3, 则其密度为多少 kg/m 3 ?1.2 燃烧重油所得的燃烧气， 经分析测知， 其中含 8.5 CO2,7.5O2,76N 2,8水蒸气（体积），试求温度为 500 ,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/m 3 、 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）。(1) 汽油、轻油、柴油的质量百分数分别是

2、(2) 汽油、轻油、柴油的体积百分数分别是20、 30和20、 30和50；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U 型压差计读数R 为 500mmHg, 试求两容器的压差为多少？水银 13.6 ×103kg/m 31.6 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R 为 15mm, 若将指示液

3、换成四氯化碳（体积与水银相同） ，压差计读数为若干？水银 13.6 ×1033ccl433kg/m 四氯化碳密度 1.594 ×10kg/m 习题5 附图习题6 附图1.7 用复式U 管压差计测定容器中的压强管指示液为水银，两U 管间的连接管内充满水。已精选文库知图中h1=2.3m ， h2 =1.2m， h3=2.5m ， h4=1.4m ， h5=3m。大气压强0=745mmHg ，试求容器中液面上方压强PC=?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

4、于多少？流量、流速计算3,进入管段1 的流量为V=1.4×10-331.9 密度 =892Kg/m 的原油流过图示的管线 m /s。计算：(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。1.10 某厂用 125 × 4mm的钢管输送压强P=20at(绝压 )、温度 t=20的空气，已知流量为6300Nm 3/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)。1.11 压强为 1atm 的某气体在 76× 3mm的管内流动， 当气体压强变为 5

5、atm 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2精选文库相同。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；(2)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3管子内径 =800kg/m,为 100mm。当阀全关时 ,R1 为 300mm,

6、 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 60m 3/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的钢管相连 ,液面高度 h1为 2m,(以管中心线为基准),该系统全部能量损失

7、 hf2,(u 为管内流速 m/s) 试求当槽内=20u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/m 3 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15m 3/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3精选文库局部阻力 )为 5m 碱液柱 , 试求 :(1) 泵的压头 ;(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, 盐水循环量为45(m 3/h),流体经管路的压头损失从A到B段为9m 液柱 ,

8、自 B 至 A的一段为 12m液柱 ,盐水的密度为 1100kg/ m 3, 求 :(1)泵的实际功率( 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 ?雷诺准数 .流型判断1

9、.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;(3)该管路为水平管,若上游压强为1.5kgf/cm 2, 求流经 15m 后压强降至多少kgf/cm 2?1.21 90 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 90的空气 ,则此一数值应为多少?4精选文库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× 1.5mm，外管为 45

10、5; 2mm,套管环隙间通以冷却盐水,其质量流速为838kg/m 2.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 )F为D以下诸量的函数 :小球直径 d;流体密度 ;流体粘度 ;流体速度。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 / 2 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

11、种情况下管内的流速相同，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20的液苯从贮槽中用泵送到反应器,要经过长 4m、 57× 2.5mm的钢管 ,管路上有两个 90o 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， =0.03，已知 20的液苯密度 879kg/m3,粘度 0.74cP)1.26 如图所示 ,某气体 ( 其性质与 50的空气 基本相同

12、 ),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 U 管压差计，其读数为 30mm 水柱。输气管与放空管的内径均为 250mm, 管长与管件、阀门的当量长度之和为50m( 不包括进、出口塔及管出口阻力 )。放空口与鼓风机进口的垂直距离为 20m, 已估计气体通过塔内填料的压强降为 200mm 水柱 ,管壁的绝对粗糙度可取为0.15mm, 大气压强为1atm,求风机的有效功率。1.27 地面上放置冷冻盐水 (25CaCl 2) 贮槽。盐水温度为 20 ,粘度为 9.5cP,密度为 1230kg/m 3, 现用离心泵送至高位槽中 ,两槽

13、液面差为 16m，输送管为 32×2.5mm，管长为80m，管路中包括 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。1.28 由图所示的输水系统 ,AB 和 CD 段分别长 200m 和 10m( 均包括各种局部阻力的当量长度 ),BC 段管长为 10m,各段管内径均为 50mm, 摩擦因素 =0.03。实验得知：经两分钟内由管口流出的水量为 0.329m 3， B、 C 两截面上玻璃管内液面差 h为 0.629m 。求：5精选文库(1) 槽内水面维持恒定

14、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 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× 2.5mm无缝钢管组成 ,全长 (包括管件的当量长度)为 25m, 由于使用已久,粗糙度取 0.15 mm,贮槽内及反应器内均为大气压。 求每分钟可送酸多少33粘度 =12cp。m? 酸的密度 =1650kg/m,1.30 有一输水管路如图所示,液面 1 至截面 3 全长30m( 包括局部阻力的当量长度), 截面3至液面 2之间有一闸阀

15、 , 其间的直管阻力可以忽略,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20 , =0.016,煤气在标准状况下密度为0.65kg/m 3 。(注:at 为工程大气压)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 2500m,管内径

16、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?1.33 水槽中的水经管道 C、D 两支管可以同时放出 ,水槽中液面维持恒定 ,AB 段管长为 6m(忽略 AB 间的局部阻力 ),管内径为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 25mm, 试求 :(1)当管路中D 阀关闭而C 阀全开时的流量;(2)当管路中C、D 两阀全开时两管流量之和。设各段管路中的摩擦因数均可取为0.03。1.34 温度为30的空气从风机送出后经一段直径为2

17、00mm,长为 20m 的管道 ,然后分成两股,两分支管路内径皆为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。若空气在直径为200mm 管内的流速为10m/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 相同 ,粗糙度e6精选文库=0.05)1.35 用内径为300mm 的钢管输送20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 60×3.5mm的支管 , 支管长为 10m( 包括当量长度 )。支管上装有转子流量

18、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33( =1106kg/m) 与水 ( =1000kg/m) 。求压差计读数为 48mm 时的质量流量。空气温度为40 ,压力为 101kN/m 2。1.37 在 38× 2.5mm的管路上装有标准孔板流量计,孔板的孔径为16.4mm 。管内流体是 20的甲苯。孔板流量计采用 U 管压差计测量孔板两侧的压差,其读数 R=600mm 汞柱 ,试求管中甲苯流量为多

19、少 kg/h?1.38 一文氏流量计喉部直径为300mm,装在内直径为600mm 的管路上，测量 20的氯气 Cl 2 流量 ,当地大气压为 101kN/m 2 。文氏计前 Cl 2 压强为 6.77kN/m 2( 表压 ),测出文氏计上游与喉部的压差为180mmH 2O,求每小时的质量流量。排出系数CD 可近似取为 0.99。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 , =2670kg/m3,今用它测定常压20的 CO2流量 ,铝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，有人提议将转子材料改为不锈钢

20、 , 钢 =7920kg/m 3,你认为这建议可行否?用计算结果说明。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d =28mm 和 d =26.5mm,转子12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?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 ,

21、阀门阻力的当量长度为30m,7=0.03,试求总流精选文库阀前管长50m,阀后管长 20m( 均 包括局部阻力的当量长度),试求 :(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?1.42 用离心泵将密闭储槽中20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 读 数 为 600mmHg( 真 ), 泵 进 口 处 真 空 表 P2 读 数 为 294mmHg( 真 ),出口管路上装有一孔板流量计 ,其孔口直径 d0=70mm ，流量系数 =0.7,U形水银压

22、差计读数R=170mm 。已知管路总能量损失为44J/Kg, 试求 :(1) 出口管路中水的流速 ;(2) 泵出口处压力表 P3(与图对应 )的指示值为多少 ?(已知 P2 与 P3 垂直相距 0.1m)1.43.如图所示装置,水以 4m/s 流速从A 段流向 B 段 ,用四点法测量突然扩大局部阻力系数,假设hf1-2=hf2-0 ,hf0-3 =hf3-4,A段管内径为25mm， B 段管内径为50mm ，测得R1=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 3000

23、m 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?习题 44 附图习题 45 附图8精选文库1.45如图所示, 水从槽底部沿内径为100mm 的管子流出,槽中水位稳定。阀门关闭时得R=50cm,h=1.8m.求 :(1) 阀门全开时的流量(2) 阀 门全开时B 处的表压 (阀全 开时l e/d=15, 入、出口的阻力系数分别为0.5及 1.0,设摩擦系数 =0.018)3A 经1.46 密度 =900kg/m 的某液体由高位槽内径为 50mm 的管道流入敞口贮槽B 中。图示K 点的真

24、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: 入口 =0.5, 出口 =1.0, °弯头 =0.75,90摩擦系数=0.025试.求阀门M 之阻力系数为若干 ?大气压力Pa=101KN/m 21.47 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× 3.5mm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

25、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力当量长度之和为 50m 。水的密度为 1000Kg/m 3，水 的 粘 度 为 1cP 。 摩 擦 系 数 近 似 为0.2533 =0.3164/Re ， U 形管中指示液均为水银，其密度为13600Kg/m 。当水的流量为6.86m /h 时 ,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1.5

26、m/s 流速流向低位槽 ,管路中装有孔板流量计和一个截止阀， 已知管道为 57×3.5mm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 为 7.5。设系统为稳定湍流 ,9精选文库管路摩擦系数为 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 , 近似不变。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 变为多少 ?(4) 阀门前的压强 Pa 如何变化 ? 为什么 ?1.49

27、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/m 3。已知水的粘度 为 1cp,管路摩擦系数可以下式计0.2535时)；求 :算 : =0.3164/Re(当 2.5 ×10 <Re<10(1) 管路 AB 段的阻力 ?(2) 压差计读数 R1 及 B 点的压强 (R2=0.2m)当 A 、B 两截面的压强均升高到原来的1.4 倍时,问:(3) 流量变为多少 ?(4) R2变为多少 ?1.50 如下图所示的输水系统，用泵将水池中的水输送到敞口高位槽

28、，管道直径均为 83×3.5mm，泵进口管的总长为 4m（包括管路进口等所有局部阻力当量长度） ，出口管路上有一个调节阀，出口管路总长为9m（包括管路出口和调节阀之外的所有局部阻力当量长度），调节阀的局部阻力系数为1，泵的进、出管道上分别安装有真空表和压力表， 真空表安装位置距贮水池的水面高度为4.8m,压力表安装位置距贮水池的水面高度为5m。当输水量为36m3/h 时,压力表的读数为2.5Kgf/cm 2,泵的效率为70。试求 :(1) 两液面的高度差 H 为多少 m?(2) 泵所需的实际功率（轴功率）为多少KW?(3) 真空表的读数多少 Kgf/cm 2?已知水的粘度=1cp,

29、水的密度=1000kg/m 3 ；摩擦系数可近似按=0.0056+0.5/Re 0.32 估算。思考题1.51 填空(1). 在流体阻力实验中，以水作工质所测得的直管摩擦系数与雷诺数的关系适用于_流体。(2). 当流体在管内流动时,如要测取管截面上流体的速度分布,应选用 _测量。(3). 并联管路的特点是:10精选文库A) 并联各管段压强降; B) 主管流量等于并联的各管段;C) 并联各管段中是管子长、直径小的管段通过的流量。(4). 当 Re 为已知时 ,流体在圆管内呈层流时的摩擦系数=, 在非光滑管内呈湍流时,摩擦系数 与、有关。(5). 因次分析法的依据是(6). 在 SI 制中压力的因

30、次为;功率的因次为。(7). 流体流动的直管阻力为hf,当层流流动时 , hfa ub Lc ,则 a=,b=,c=;当完全湍流时 , hfa'u b ' Lc ' ,a =,b =,c =。(8). 减少流体在管路中流动阻力hf的措施有 :，。(9). 在下图中定性地画出流体流动时,各支管的液面高(忽略阻力损失 ):(10) 下图中高位槽液面保持恒定 ,液体以一定流量流径管路 ,ab与 cd 两段长度相等,管径与管壁粗糙度相同,则 :Pfab/( g)=；（ Pf为压降）Pfcd /( g)=；h fab =;h fcd =。(11)a.稳定流动中 ,流速只与有关 ,

31、而不稳定流动中,流速除与有关外 ,还与有关 ;b.流体在管内作层流流动时 ,速度分布呈, 平均流速为管中心最大流速的；c. 流 体 在 直 管 内 层 流 流 动 的 阻 力 与 管 壁 粗 糙度;d.U 型管压差计用水作指示液,测量气体管道中的压降 ,若指示液读数R=20mm, 则表示压降为Pa,为使 R 读数增大 ,而 P 值不变 ,应更换一种比水的指示液 ;e.沿壁面流动的流体中有两个区域, 一是，一是。(12) 对如图所示的测压装置 ,分别写出压差 P=P1 -P2 的计算式 :11精选文库a.图P=,b.图 P=,c.图 P=,d.图 P=。(13) 米糠油在管中作层流流动 ,d 为

32、直径， u 为流速， V 为体积流量 :(a)d、 u 不变 ,管长增加一倍,则摩擦阻力损失;(b)V 、 L 不变 ,管径增加一倍,则摩擦阻力损失；(c)d、 L 不变 ,油温升高 ,粘度为原来的1/2, 则摩擦阻力损失。1.52.选择题(1). 右图中高位槽液面保持恒定,液体以一定流量流经管路,ab 与cd 两段长度相等, 管径与管壁粗糙度相同,则 :AU 形压差计读数(a).R1>R2; (b).R 1=R2; (c).R 1<R2; (d). 不定B. 液体通过 ab 与 cd 段能量损失(a).hfab>hfcd; (b).h fab =hfcd (c).h fab<h fcd; (d).不定C. ab 与 cd 两段压差(a). Pab(pa-pb)> Pcd(pc-pd);(b).Pab(pa-pb)= Pcd(pc-pd)；(c).Pab(pa-pb)< Pcd(pc-pd);(d).不定D. R 1 值反映的是：(a).ab 段的压差值 ;(b).ab 段位能变化 ; (c).ab 段流动能量损失;(d).ab 段压差值及流动能量损失(2).一敞口容