化工原理习题1

1、计算题1. 等压面的判断如附图所示， A 与 B 两设备内充满水，两设备之间的 U 形压差计内的指示液为水银。试说明：（ 1）1、 2、 3、4 各点压强是否都相等？（ 2）5、 6、 7、8 各点压强是否都相等？（ 3）9、 10、 11、 12 各点压强是否都相等？（ 4）两 U 形压差计读数 R 与 H 是否相同？为什么？答：略。2. 液封高度的确定精馏塔底部用蛇管加热，液体的饱和蒸汽压为1.093× 105N/m 2，液体密度为 950 kg/m 3。采用形管出料，形管顶部与塔内蒸汽空间有一细管AB 连通（见附图）。试求：（ 1）为保证塔底液面高度不低于1m，形管高度H应为多

2、少？（ 2）为防止塔内蒸汽由连通管逸出，形管出口液封高度 H至少应为多少？答：（ 1）略；（ 2） 0.86m。3. 复式压差计的测量用一复式U 形压差计测量某种流体流过管路中 A 、 B 两点的压力差。已知流体的密度为，指示液的密度为0，且两U 形管之间的流体与管内流体相同。已知两个U形压差计的读数分别为R1、R2，试推导A 、 B 两点压力差的计算式，并分析由此可得出什么结论？答：略。4. 分层器中分界面的确定精选文库附图所示是一个油水分离器。油水的界面依靠倒U 形管调节。已知油=780kg/m 3， u水=0.5m/s， hf 0.136mH2O 。求：（ 1）阀 1 关、阀 2、 3

3、开时， H= ？（界面位置）（ 2）阀 1 开、阀 2、 3 开时， H= ？（ 3）阀 1 关、阀 2 开、阀 3 关时，倒 U 形管中液面的高度为多少？（设容器中油水界面H 为（1）计算值）（ 4）阀 1 关、阀 2 关、阀 3 开时，分离器内界面能维持吗？答：（ 1） 3.81m；（ 2） 1.09m；（ 3） 0.15m；（ 4）略5远距离液位测量为测定贮罐中油品的贮存量，采用附图所示的远距离液位测量装置。已知贮罐为圆柱形，其直径为1.6m ，吹气管底部与贮罐底的距离为0.3m，油品的密度为850 kg/m3。 若测得 U 形压差计读数 R 为 150mmHg ，试确定贮罐中油品的贮存

4、量，分别以体积及质量表示。答： 5.426m3 ； 4612kg。6流向的判断两贮罐中均装有密度为800kg/m 3 的油品，用一根管路连通。两贮罐的直径分别为41m 和 0.4m ，贮罐 1 中的真空度为1.33× 10 Pa且维持恒定，贮罐2 与大气相通。当阀门F 关1.5m 。试判断阀门开启后油品的流向，并计算平衡后两贮罐新的液位高度。答：贮罐1：2.55m；贮罐 2： 1.19m。2精选文库7. 水平管路与倾斜管路中倒U 形压差计测量的比较水从倾斜直管中流过，在截面A与 B处接一空气压差计，其读数R=10mm ，两测压点垂直距离a=0.3m ，见附图。试求：（ 1）A 、B

5、两点的压差等于多少？（ 2）管路水平放置而流量不变，压差计读数及两点的压差有何变化？答：（ 1） 3041.1kPa；（ 2） R 不变， 98.1 kPa。8是否需要外加能量的判断附图所示为丙烯精馏塔回流系统。精馏塔内操作压力为13.3 kgf / cm 2 （表压），槽内液面上方压力为20.5 kgf / cm2 （表压），塔内丙烯入口距离槽内液面的高度差为30m，管子规格为 108 4mm，输送量为 40×103kg/ h，丙烯密度为 600 kg/m 3，管路全部阻力（不包括出口阻力）为150J/kg，试问完成此输送任务是否需要装泵？答：不需要。9位差对外加压头的影响用泵扬送

6、河水经喷头喷出，如附图所示。水的流量为40 m3 / h ，喷头入口压力需维持0.5 kgf / cm 2 （表压），进水管直径为160 5mm ，出水管径为108 4mm，设全部管路压头损失为 8mH 2 O ，试求泵的外加压头为多少mH 2 O ？其它数据见附图。又问：（ 1）夏季水位上涨2m，外加压头有何变化？3精选文库（ 2）冬季水位下降1m，外加压头有何变化？（ 3）旱季水位降至泵入口处以下10m ，外加压头有何变化（设当地大气压为1atm）答： 17.1m；（ 1）15.1m；（ 2）18.1m；（ 3）不能吸水。10容器高度的计算如附图所示， 20水由高位水槽经管道从喷嘴流入大气

7、，水槽中水位恒定。已知d1=125mm ， d2=100mm ，喷嘴内径d3=75mm ， U 形压差计的读数R 80mmHg 。若忽略摩擦损失，求水槽的高度H 及喷嘴前压力表读数。答： 5.4m； 36.1kPa（表压）。11管路中流体流量的计算如附图所示，水从液位恒定的敞口高位槽中流出并排入大气。高位槽中水面距地面8m，出水管为89× 4mm，管出口距地面为2m。阀门全开时，管路的全部压头损失为5.7m （不包括出口压头损失）。（ 1）试求管路的输水量， m3/h；（ 2）分析阀门从关闭到全开，管路中任意截面 A-A 处压力的变化。答：（ 1） 45.1m3/h；（ 2）略。12

8、管内流体压力的计算如附图所示，某厂利用喷射泵输送氨。管中稀氨水的质量流量为1× 104kg/h ，密度为 1000kg/m 3，入口处的表压为 147kPa。导管的内径为 53mm，喷嘴出口处内径为13mm，喷嘴能量损失可忽略不计，试求喷嘴4精选文库出口处的压力。答： 71.45kPa（真空度）13 利用压差测量流量密度为kg/m 3 的流体在附图所示的管路中流动，已知粗管的内径为d1，细管的内径为在 d2。现测得截面1、截面 2 处的压力分别为 p1、 p2，若忽略两截面间的能量损失，试计算流体在管内的流量。答：略。14管路中流体流量的计算如附图所示，用高位槽向一密闭容器送水，容器

9、中的表压为 80kPa。已知输送管路为48 3.5 mm 的钢管，管路系统的能量损失与流速的关系为Wf6.8u 2 （ J/kg）（不包括出口能量损失），试求：（ 1） 水的流量；（ 2） 若需将流量增加 20，可采取哪些措施？计算出调整后参数的具体数值。答： （ 1） 7.46m3/h；（ 2）略。15粘度的测量欲测定液体的粘度，通常可采用测量其通过毛细管的流速与压降的方法。已知待测液体的密度为912 kg/m 3，毛细管的内径为2.222mm ，长度为 0.1585m 。测得液体的流量为73O（水的密度为35.33× 10m /s 时，压降为 131mmH 2996 kg/m ）

10、。忽略端效应，试计算该液体的粘度。答： 9.06cP16小流量的测量某气体以一定流量稳定流过附图所示流量测量装置。已知气体密度为0.5 kg/m3 ，粘度为0.02cP，管内径（ ab 段管子）为10mm， ab 段管有一锐孔，其局部阻力之当量长度为10m ，其它阻力忽略不计。假定通过此装置的气体密度不变。试问：5精选文库（ 1）当 H=40mm 时，气体的流量为多少？（ 2）若维持气体的质量流量不变，而压强变为原来的0.8 倍， H 将变为多少？答：（ 1）1.73m 3/h；（ 2） 50mm。17容器间相对位置的计算水以 1m/s 的流速从敝口的高位槽通过管路流向某压力为0.6 kgf

11、/ cm2 （表压）的设备中，如附图所示。已知输送管总长为10m，管内径为50mm，管路上有一孔板流量计（其当量长度为5m），一个半开的截止阀（其阻力系数来4.5），两个90o 弯头（每个阻力系数为0.75），摩擦系数0.25 ，并设高位槽液面保持不变。求：（ 1）管路总能量损失（包括管进、出口）；（ 2）高位槽液面与设备进口管间的垂直距离 x（ 3）若孔板流量计的孔径为30mm ，流量系数 C00.62，求流量计上U 形压差计的读数（指示液为水银）。答：（ 1） 7.5J/kg；（ 2） 6.76m；（ 3） 81.3mm 。18局部阻力系数的测定在附图所示的实验装置上采用四点法测量突然扩大

12、的局部阻力系数。细管与粗管的尺寸分别为 38 4mm、 68 3 mm 。当水的流量为 123/h 时，两 U 形压差计中读数分别为1mR260mmHg 、 R2=554mmHg 。设 h f 1 2h f 2 0 ，h f 0 3h f 3 4 ，试求突然扩大的局部阻力系数。答： 0.567。19. 容器内压力的确定用压缩空气将密度为1100 kg/m 3 的某腐蚀性液体自低位槽送至高位槽，两槽的液面维持恒定。管子规格为60×6精选文库3.5mm，其它尺寸如附图所示。各管段的能量损失分别为W f , ABWf ,CD u2 ，W f ,BC 1.18u 2（ J/kg）（ u 为液

13、体在管内流速）。 两 U 形压差计中的指示液均为水银，R1=45mm, h=200mm 。试求（ 1）压缩空气的压力p1；（ 2）U 形压差计读数 R2。答：（ 1） 1.23× 105Pa； (2) 0.609m 。20烟囱高度的计算某厂一有蒸汽锅炉，每小时产生烟道气360000m3，烟气需要通过烟囱排入大气中。烟囱底部气体压强较地面上的大气压强低25mmH 2O。设烟囱是由钢板铆接而成的圆筒，内径为 3.5m，烟囱中气体的平均温度为260，在此温度下气体的平均密度为0.6 kg/m 3，平均粘度为0.028cP。大气的温度为20，在此温度下，在烟囱高度范围内，大气的平均密度为 1

14、.15 kg/m 3。问此烟囱需多少米高？（设相对粗糙度/ d0.0004 ）答： 46.76m。21管路直径的计算油在水平管中作定态层流流动。已知粘度为 60 cP，密度为 800 kg/m 3，管长l 为80m ， 局 部 阻 力 之 当 量 长 度 l e 为40m ， 管 段 两 端 的 压 强 分 别 为 p110 6 N / m2 ，p29.5 10 5 N / m2 （均为表压）。若测得离管中心距离r 处的点速度u r 为0.8m/s，且r=0.5R （R 为管子的内半径），求管子内径d。答： 50mm。22非定态流动过程的计算水从一直径5m 的直立圆罐底部的钢管排出，管出口与罐

15、底在同一水平面上，管长90m，直径 230mm，试求罐内水面从离底3m 高降到 1m 高所需时间。水的粘度为 1 10 3 N s / m2 ，/ d0.002 ，设流动在完全湍流区。答： 497s。23 循环管路的计算如附图所示的循环系统，液体由密闭容器A进入离心泵，又由泵送回容器A。循环量为1.8m 3/h，输送管路为内径等于25mm 的碳钢管，容器内液面至泵入口的压头损失为0.55m，离心泵出口至容器A 液面的压头损失为1.6m ，泵入口处静压头比容器液面静压头高出2m。试求：7精选文库（ 1）管路系统需要离心泵提供的压头；（ 2）容器液面至泵入口的垂直距离z。答：（ 1） 2.15m；

16、（ 2） 2.60m。24管内流量的确定如附图所示，将密度为920 kg/m 3，粘度为0.015Pa? s 的液体利用位差从储槽A 送入储槽B 。管路为222 mm 的钢管，其长度（包括所有局部阻力的当量长度）为25m。求：（ 1）管内液体流量；（ 2）若液体的密度及粘度均增大 20% ，定性分析管内流量将如何变化？答：（ 1） 0.827m3/h；（ 2）略。25管内流量的确定1000 kg/m3 、1.31 cP 的冷却水由常压高位槽送往常压冷却塔喷淋（见附图），输送管尺寸为89 4.5 mm ，直管及全部局部阻力当量长度之和为120m，试求冷却水流量。（层流时，64 ；湍流Re时，0.

17、3164）0. 25Re答： 52.81m3/h。26分支管路的分析如附图所示，槽内水面维持不变，水从 D、 C 两支管排出。各管段的直径、粗糙度相同，槽内水面与两支管出口垂直距离相等。水在管内达完全湍流状态。试分析：（ 1）两阀门全开时，两支管的流量是否相等？（ 2）若关 D 阀， C 支管内水的流量有何变化？（ 3）当 D 阀关闭时，主管 B 处的压强比两阀全开时的压强增加还是减少？答：略。27提高流量的措施8精选文库如附图所示，水从水塔引至车间，水塔的水位视为不变，送水管的内径为50mm，管路总长为l ，且 ll e ，流量为 Vh ，水塔水面与送水管出口间的距离为h ，今用水量增加50

18、% ，需对送水管进行改装。（ 1）有人建议将管路换成内径为 75mm 的管子；（ 2）有人建议将管路并联一根长为 l/2、内径为50mm 的管子，两管子在l/2 高度汇合。（ 3）有人建议将管路并联一根长度为l、内径为25mm 的管子。试分析这些建议的效果，假设在各种情况下摩擦系数变化不大，水在管内的动能可忽略。答：略。28并联管路的流量分配如图所示，在两个相同的塔中，各填充高度为1m 和0.7m 的填料，并用相同钢管并联组合，两支路管长均为5m ，管径均为0.2m，摩擦系数均为0.02，每支管均安装一个闸阀。塔1、塔 2 的局部阻力系数分别为10 和 8。已知管路总流量始终保持为0.3m3/s。试求：（ 1）当阀门全开 (CD0.17 )时，两支管的流量比和并联管路能量损失；（ 2）阀门 D 关小至两支路流量相等时，并联管路能量损失；（ 3）当将两阀门均关小至CD20 时，两支路的流量比及并联管路能量损失。答：