化工原理计算题()

1、【1-1】如习题1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中，管中水柱较水槽液面高出 2m,当地大101.2kPa。试求：(1)管子上端空间的绝对压力； (2) 空间的表压；(3)管子上端空间的真空度； (4)若将水 化碳，管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米？解 管中水柱高出槽液面2m, h=2m水柱。气压力为管子上端换成四氯(1)管子上端空间的绝对压力p绝在水平面1-1'处的压力平衡，有p绝亠Agh =大气压力p绝=101200 1000 x9.81x2 =81580 Pa（绝对压力）(2) 管子上端空间的表压p表(3) 管子上端空间的真空度p真槽内为四氯化碳，

2、管中液柱高度h'常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为习题1-1附图爲4 =1594 kg/m3【1-2】在20 C条件下，在试管内先装入12cm高的水银，再在其上面装O入5cm高的水。水银的密度为13550kg/m3，当地大气压力为101kPa。试求试管底部的绝对压力为多少Pa解水的密度讣=998kg/m3【1-3】如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为1250kg/m3的液体，液面高度为3.2m。容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为2m及1m,容器上部空间的压力(表压)为 29.4 kPa o试求：(1)压差计读数(指示液密度为1400kg/m3 ) ； (2)A、B两个弹

3、簧压力表的读数液体密度P =1250kg /m3，指示液密度=1400kg / m3(1) 压差计读数R二？在等压面1 _1'上口 = p'i(2) Pa =P - 3.21 Eg =29.4 103 2.2 1250 9.81 =56.4 103pa【1-4】常温的水在如习题1-15附图所示的管路中流动。在截面 1处的流速为0.5m/s，管内径为200mm，截面2处的管内径为 100mm由于水的压力， 截面1处产生1m高的水柱。试计算在截面1与2之间所产生的水柱高度差h为多少(忽略从 1到2处的压头损失)解 a =0.5m/s习题1-4附图另一计算法计算液柱高度时，用后一方法

4、简便。【1-5】在习题1-16附图所示的水平管路中，水的流量为2.5L/S。已知管内径a =5cm, d2 =2.5cm，液柱高度h im。若忽略压头损失，试计算收缩截面2处的静压头。解水的体积流量qv =2.5l/s=25 10 m3 /s，截面1处的流速qv2.5 10；U1-1.274m/s": 2 2d1-X0 0544'2 u截 面 2 处 的 流 速=1.274d-d<0.05 0.025=5.1m /s在截面1与2之间列伯努利方程，忽略能量损失。截面2处的静压头b=-0.218m水柱负值表示该处表压为负值，处于真空状态。【1-6】如习题1-17附图所示的常

5、温下操作的水槽，下面的出水管直径为57mm 3.5mm。当出水阀全关闭时，压力表读数为30.4kPa。而阀门幵启后，压力表读数降至 20.3kPa。设压力表之前管路中的压头损失为0.5m水柱，试求水的流量为多少m3/h?解 出水阀全关闭时，压力表读数30. 4kPa （表压）能反映出水槽的水面距出水管的高度h阀门幵启后，压力表读数P2 =20. 3kPa （表压）从水槽表面至压力表处的管截面列出伯努利方程，以求出水管的流速【1-7】如习题1-19附图所示，有一高位槽输水系统,已知水在管路中流动的机械能损失为20%,应将管径为 57mm 3.5mm。水的流量流量为多少m3/h。欲使水的流量增加高

6、位槽水面升高多少米？解 管径d =0.05m，2机械能损失二hf =45 f 2（1）以流出口截面处水平线为基准面,水的流量 qVd2 L20.05 2 1.46 = 2 87 10- m3 / 10 3 m/ h44 ' f(2) q 'V = 1 0.2 qV =1.2qViL 2 =1 2氏=12 1 46 =1 75 m S高位槽应升高7.18 _5 =2.18 m【1-8】 女口习题1-20附图所示，用离心泵输送水槽中的常温水。泵的吸入管为 32mm 2.5mm ,管的下端位于水面以下2m,并装有底阀与拦污网，该处的局部压头损失为2一2'截面的压头损失为28丄

7、。2g21 。试求：(1)吸入管中水的流量,2 2g若截面22'处的真空度为 39.2kPa，由11'截面至m3/h ； (2)吸入口 1 _1'截面的表压。解 管内径d =0.0320.0025 2 =0.027mm , 水密度=1000 kg / m3截面2 -2'处的表压 P2 =-39.永Pa，水槽表面=0 (表压)(1) 从00'至2-2',0 -0'为基准面,-=41 1L-JEM习题1-20附图2U2_u2 1 u；1、H f =8 丄+ _ 丄=8-2g 2 2g .2 2g水的流量qVd2U2 3600( 0027)2

8、1. 43 3600匚 2 95n/h44(2) 从 1 -1'至2 -2',乙=0,Z2 =5【1-9】20 C的水在 219mm 6mm的直管内流动。试求:(1)管中水的流量由小变大，当达到多少 m3 /s时，能保证幵始转为稳定湍流;(2)若管内改为运动黏度为0.14cm2/s的某种液体，为保持层流流动，管中最大平均流速应为多少？解 (1) 水，20 C, Q = 998.2kg / m1.005 10a s,d =0.207m体量流量qV =#d2u =三汇(0.207 p0.01945 =6.54 汉 10°m3/s44f(2): = 0.14cm2/s =0

9、.14 10m2 / s【1-10】水的温度为 10 °C,流量为330L/ h ,在直径457mm 3.5mm、长为100m 的直管中流动。此管为光滑管。 (1)试计算此管路的摩擦损失；(2)若流量增加到990L/h，试计算其摩擦损失。解 水在10 C时的密度 999.7kg/ m3，黏度卩=1.306 x1,Pa s d= 0 05p I = 100m 光滑管。(1) 体积流量qV =330l/ 0.33m/ h流速 u 二qV 二 =0.0467 m/s3600 乂土 d 3600 汇工 X0 0544'雷诺数Re =哑05 00467 999.7 =1787层流卩1.

10、306疋10卫摩擦系数二64640.0358'Re 17872 2摩擦损失hf =丄匕 0.0358 型(0.0467) =0.0781 J/kgf d 20.052(2) 体积流量qV =990l / h =0.99 m/h因流量是原来的3倍，故流速u =0.0467 3= 0 14m/s雷诺数 Re =1787 3 =5360湍流对于光滑管，摩擦系数用Blasius 方程式计算也可以从摩擦系数，与雷诺数 Re的关联图上光滑管曲线上查得， =0.037。2 2摩擦损失hf 二丄 =0.037 迴 (0.14) =0.725 J/kgd 20.052【1-12】把内径为20mm长度为2

11、m的塑料管(光滑管)，弯成倒 U形, 作为虹吸管使用。如习题1-31附图所示，当管内充满液体，一端插入液槽中，另一端就会使槽中的液体自动流出。液体密度为1000kg/m3，黏度为1mPa s。为保持稳态流动，使槽内液面恒定。要想使输液量为1.7m3/h，虹吸管出口端距槽内液面的距离 h需要多少米？解 已知 d =0.02m, I =2m,=103kg /m=1mPa s，体积流量 q =1.7m3 / h 流速 u =工 J."3600 ,1.504m/sd20.02244从液槽的液面至虹吸管出口截面之间列伯努利方程式，以虹吸管出口截面为基准面光滑管，查得 =0.0235，管入口突然

12、缩小'=0.5U形管（回弯头） =1.5【1-13】如习题所示，有黏度为的液体，从高位槽经题直径附图114mm 4mm的钢管流入表压为0.16 MPa的密闭低位槽中。液体在钢管中的流速为1m/s，钢管的相对粗糙度;/d =0.002，管路上的阀门当量长度l,50d。两液槽的液面保持不变，试求两槽液面的垂直距离H。解在高位槽液面至低位槽液面之间列伯努利方程计算H,以低位槽液面为基准面。P1 =0（表压），p2 =0.16 X106 Pa，两槽流速 U1 =匕=0，液体密度 =765kg / m3，黏度=1.7 10 3 Pa s雷诺数只。=攀丿106 J765#77 10湍流 卩 1.7

13、X10管长I =30160 = 190n，阀门上=50 ,高位槽的管入口0.5，低位槽管出口 =1，d90° 弯头 F： =0.75【1-14】如习题1-34附图所示，在水塔的输水管设计过程中，若输水管长度由最初方案缩短25%,水塔高度不变，试求水的流量将如何变化？变化了百分之几？水在管中的流动在阻力平方区，且输水管较长，可以忽略局部 摩擦阻力损失及动压头。解 在水塔高度 H不变的条件下，输水管长度缩短，输水管中的水流量 应增大。从水塔水面至输水管出口之间列伯努利方程,求得因水塔高度H不变，故管路的压头损失不变。管长缩短后的长度I'与原来长度I的关系为I'=0.751

14、在流体阻力平方区，摩擦系数恒定不变，有习题1-14附图故流速的比值为流量的比值为吐=1.155流量增加了 15.5%qv【1-15】用168mm 9mm的钢管输送流量为 60000kg / h的原油，管长为100km，油管最大承受压力为15.7MPa。已知50 °C时油的密度为890kg / m3，黏度为181mPa s。假设输油管水平铺设，其局部摩擦阻力损失忽略不计，试问为完成输油任务,中途需设置几个加压站？解d =0.15m, I =100km q = 6000Ckg/ h因为是等直径的水平管路，其流体的压力降为油管最大承受压力为15.7MPa加压站数n -27.=1.7415.

15、7需设置2级加压，每级管长为50km,每级的Ap =27.3/ 2= 13 6MPa，低于油管最大承受压力【1-16】如习题1-16附图所示，温度为 20 C的水，从水塔用108mm 4mm钢管，输送到车间的低位槽中，低位槽与水塔的液面差为12m,管路长度为150m （包括管件的当量长度）。试求管路的输水量为多少m3/h，钢管的相对粗糙度 / d =0.002。解 水，t =20C , ：=998.2kg/ml 上1.004 10-Pa s由伯努利方程，得管路的摩擦阻力损失为管内水的流速U未知，摩擦系数，不能求出。本题属于已知l=150m d=0.1m、;/d =0.002、v hf =118

16、J/kg，求 u与qv 的冋题。验算流动类型R"晋二霉歸聲254 10湍流体积流量qV =扌d2ux：3600 =#：(0.1 j x：2.55x：3600 =72.1m3/h习题1-17附图习题1-16附图【1-17】如习题1-37附图所示，温度为20 C的水，从高位槽A输送到低位槽 B，两水槽的液位保持恒定。当阀门关闭时水不流动，阀前与阀后的 压力表读数分别为 80kPa与30kPa。当管路上的阀门在一定的幵度下，水的流量为1.7m3/h，试计算所需的管径。 输水管的长度及管件的当量长度共为42m，管子为光滑管。本题是计算光滑管的管径问题。虽然可以用试差法计算，但不方便。最好是用

17、光滑管的摩擦系数计算式，畀（适用于2.5 103 :： Re105 ）与 Re.f V；丄丄及u二徑，推导一个'h与qv及d之间的计算式。d 2二 d解 水在 20C时卜=998.2kg/m3, '1 004 10Pa s水的流量1.7m3/h，管长及管件当量长度I =42m阀门关闭时，压力表可测得水槽离压力表测压点的距离Ha与Hb °两水槽液面的距离 H=Ha-Hb =8.17 -3 06 = 5 1m以低位槽的液面为基准面，从高位槽A的液面到低位槽B之间列伯努利方程，得管路的摩擦损失 a hf与H的关系式为对于水力光滑管,、hf与qv及d之间的计算式为代入已知数求

18、得管内径为 d = 0.0205m验证Re范围Re4 'qvr?'d1 74 998.2 -33600290003.14 1.004 10 一 0.0205湍流符合，计算式中规定的Re范围【1-18】.本题附图为远距离制量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H=1 m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820kg/m3。试求当压差计读数R=68 m寸，相界面与油层的吹气管出口距离 h。解：如图，设水层吹气管出口处为a， 煤油层吹气管出口处为b,且煤油层吹气 管到液气界面的高度为H。则Pa = p1Pb 二 p2Pa =讪g（Hh） g（H

19、 -h）（表压）Pb二，油gH1（表压）U管压差计中，5 -卩2二HggR （忽略吹气管内的气柱压力） 分别代入Pa与Pb的表达式，整理可得：【1-19】.高位槽内的水面高于地面8 m，水从108mm 4mm的管道中流出，管路出 口高于地面2 m在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按Z hf=6.5u2计算（不包括出口阻力损失），其中u为水在管内的流速m/s。试计算：（I） A-A'截面处水的流速；（2）水的流量，以m/h计。1-201-19解： 取高位槽水面为上游截面1-1'，管路出口内侧为下游截面2一2'，如图所示， 那么乙=8m,z2 =2m （基准水平面为地

20、面）U1 ：、0, P1=P2=O（表压），A A'处的流速与管路出口处的流速相同，Ua=U2 （管径不 变，密度相同）在截面1-1'和2 - 2'间列柏努利方程方程，得2g ：z =业、hf，其中' hf =6.5u222代入数据 6.5u9.81 （8-2） 解得 u 二 uA = 2.9m/s2二_3 _23（2） Vh=uA=2.9 才 （108-4 2） 103600 = 82m/h【1-20】.20 °C的水以2.5 m/s的流速流经 38mm 2.5mm的水平管，此管以锥形管与另一 53mm 3mm的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两

21、侧 A、B处各插入一垂 直玻璃管以观察两截面的压强。若水流经 A B两截面间的能量损失为1.5J/kg，求两玻璃 管的水面差（以m计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。解：取代B两点处所在的与管路垂直的平面分别为上游和下游截面A-A'和B-B'，如图所示，并取管路中心线所在的水平面为基准面，那么zA = zB = 0， uA=2.5m/s uB 二ua®）2 =2.5 （38一2.5 2）2 =1.23m/sdB53-3 2在截面A-A'和B -B'间列柏努利方程：868 5查表得到 1Pa =O.1O2mmH2O， 那么88.5mmH2O

22、0.102p P10，所以A点的压力大于B点的压力，即B管水柱比A管高88.5 mm【1-21】.用离心泵把20 C的水从贮槽送至水 洗塔顶部，槽内水位维持恒定。各部分相对位置如 本题附图所示。管路的直径均为76mm 2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.06 x 10 Pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按a hf,1=：2u2与hf,2 =10u2计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速m/s。排水管与喷头连 接处的压强为98.07 x 103 Pa（表压）。试求泵的有效功率。1-21题解：取水槽中水面所在的平面为截面1-1'，并定为基准

23、水平面。泵入口真空表连接处垂直于管子的截面为2-2'。水洗塔出口处为截面3-3'，如图所示，那么有乙=0Z2 =1.5mz3 = 14m5 ： 0 匕二出二 u 5=0（表压）P2 - -24.66 10 Pa （表压）p 98.07 10 Pa （表压）：1000kg/m3在截面1-1'和2-2间列柏努利方程，得代入以上数值解得u =2m/s再在截面1-1'和3 - 3'间列柏努利方程，得习题12附图I 一换遇器2泵将以上数值代入，其中-hf,12 = ' hf亠 一 hf ,2 = 12u2，解得 We - 261.3j /kg【1-22】.

24、本题附图所示为冷冻盐水循环系统。盐水的 密度为1100 kg/m3，循环量为36 m/h。管路的直径相同， 盐水由A流经两个换热器而至B的能量损失为98.1 J/kg， 由B流至A的能量损失为49 J/kg，试计算：（1）若泵的 效率为70%寸，泵的轴功率为若干kW? （2）若A处的压 强表读数为245.2 103 Pa时，B处的压强表读数为若干?解：对循环系统，在管路中任取一截面同时作上游和 下游截面，列柏努利方程，可以证明泵的功率完全用于克服流动阻力损失。1-22 题（1）质量流量 wVs ? = 1100kg/m 36m /3600s =11kg / s（2）在两压力表所处的截面 A、B

25、之间列柏努利方程，以通过截面 A中心的水平面作 为位能基准面。其中，Za= 0 ，ZB=7m ， ua=ub，Pa= 245.2 kPa，hf, a_b=98.1 J / kg将以上数据代入前式，解得pB =（电-gzB-V hf,A_B =6.2 104Pa（表压）【1-23】.用压缩空气将密度为1100 kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液面维持恒定。管路直径均为60mm 3.5mm ,其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为 hf,AB 八 hf,cD 二 U2 ,7 hf,Bc =1.18u2。两压差计中的指示液均为水银。试求当Ri=45 mm h=200 mmP寸：（1）

26、压缩空气的压强pi为若干？U管压差计读R数为多 少？解：求解本题的关键为流体在管中的流速在B C间列柏努利方程，得Pb - Pcp= g(Zc - Zb)'hf,B _c代入式，同时已知=1100kg/m3 zCzB=5m2' hf,B© =1.18u解得 u = 2.06m/s在低位槽液面1-1'与高位槽液面2-2'之间列柏努利方程，并以低位槽为位能基准面，得其中N =0 z2 =10m 比=比吐0 p2=°（表压）代入上式可得 空二gz2 -二hf2p（gz2 八 hf,3 =1100 （9.81 10 13.5） = 122760Pa

27、（表压）（2）若求R2关键在于Pb，通过Pb可列出一个含h的静力学基本方程HggR2：gh=PB为此在低位槽液面1-1'与截面B之间列柏努利方程，以低位槽为位能基准面，得其中，z-i = 0， zB =10 - 7 =3m， 5 ： 0，uB = 2.06m/s， p 123kPa （表压）代入式:R 一 83385-1100 9.81 0.229.81 13600=83385Pa (表压)【1-25】每小时将2X 104 kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽（见本题附图 应器液面上方保持26.7 X 103 Pa的真空度，高位面上方为大气压强。管道为76mm 4mm的钢长为50 m,管线上有两个全开的闸阀、一个孔板计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器面与管路出口的距离为15 m。若泵的效率为0.7，)°反槽液管,总流量内液求泵的轴功率。解：在反