1流体输送与非均相分离

1、流体流动一填空(1 )流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的二_ 倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的上4倍。(2 )离心泵的特性曲线通常包括H-Q 曲线、 n -Q 和 N-Q 曲线，这些曲线表示在一定转速下，输送某种特定的液体时泵的性能。(3) 处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须是静止的 、连通着的、同一种连续的液体。流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用 皮托 流量计测量。(4) 如果流体为理想流体且无外加功的情况下，写出：2单位质量流体的机械能衡算式为z 二常数；2g 巾廿单位重量流体的机械能衡算式为E二帀zP =常

2、数；22单位体积流体的机械能衡算式为z 二常数：2gPg； 有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为zip g+ (ui2p /2) +p什Wsp = Z2P g+ (U22p /2)+P2 + P刀hf _，各项单位为Pa ( N/m ) °(6 )气体的粘度随温度升高而增加，水的粘度随温度升高而降低 。(7) 流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能减小 。(8) 流体流动的连续性方程是 U1Ap 1= U2Ap 2=u A p;适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为u idi2 = u 2d22 = =u d 2。(9) 当地大气压为745mmH

3、测得一容器内的绝对压强为350mmHg则真空度为 395mmHg。测得另一容器内的表压强为 1360 mmHg则其绝对压强为 2105mmHg(10) 并联管路中各管段压强降相等；管子长、直径小的管段通过的流量小 。(11) 测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧压差值将增加，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值将不变。(12) 离心泵的轴封装置主要有两种：填料密封和机械密封。(13) 离心通风机的全风压是指静风压与动风压之和，其单位为Pa 。(14) 若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头降低，流量减小，效率降低，轴功率增加降尘室的生产能力只与沉降面积和颗粒沉降速度 有关，而与 高度无

4、关。2(15) 分离因素的定义式为ut /gR 。(16) 已知旋风分离器的平均旋转半径为0. 5m，气体的切向进口速度为20m/s，则该分离器的分离因数为800/9.8。(17) 板框过滤机的洗涤速率为最终过滤速率的1/4。(18) 在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的2次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的0.5 次方成正比。二选择1流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用_A_流量计测量。A皮托管 B 孔板流量计C 文丘里流量计D转子流量计2离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生 _A_。A气缚现象 B 汽蚀现象 C 汽化现象D气浮现象离心泵的调节阀开大时， 吸入管

5、路阻力损失不变 泵入口的真空度减小水由敞口恒液位的高位槽通过一泵出口的压力减小泵工作点的扬程升高管道流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小后，管道总阻力损失O增大B减小流体流动时的摩擦阻力损失 动能B位能在完全湍流时(阻力平方区)与光滑管一样B只取决于Re C取决于相对粗糙度D与粗糙度无关孔板流量计的孔流系数 G当艮增大时，其值 _B。总在增大 B先减小，后保持为定值C总在减小 D 不定已知列管换热器外壳内径为 600mm壳内装有269根吃5x 2.5mm的换热管，每小时有 外侧流过，溶液密度为 810kg/m3,粘度为A9不变5 A6 A7 A8Chf所损失的是机械能中的C 静压能 D

6、不能判断C项。总机械能，粗糙管的摩擦系数数值 C 只取决于ReAC10层流B湍流 C某离心泵运行一年后发现有气缚现象， 停泵，向泵内灌液B检查进口管路是否有泄漏现象某液体在内径为 d0的水平管路中稳定流动，其平均流速为 .：p为原来的_C5 x 104kg的溶液在管束 1.91 x 103Pas,则溶液在管束外流过时的流型为A 。过渡流D无法确定C。降低泵的安装高度 检查出口管路阻力是否过大U0,当它以相同的体积流量通过等长的内径为 倍。d2(d 2=d0/2)的管子时，若流体为层流，则压降A 4 B 8 C 16 D 32三计算1为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。测量时通入压缩

7、空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U形压差计读数为 R=130mm，通气管距贮槽底面h=20cm，贮槽直径为 2m，液体密度为980kg/m3。试求贮槽内液体的贮存量为多少吨？33解：由题意得：R=130mm， h=20cm， D=2m，-980kg/ m ，;?Hg = 13600kg / m 。(1) 管道内空气缓慢鼓泡 u=0,可用静力学原理求解。(2) 空气的很小，忽略空气柱的影响。观察瓶压缩空气Hg=RHgg13600.R0.13 = 1.8m9801 2 .W D (H h) ?4= 0.785 22 (1.8 0.2) 980 =6.15(吨)H*h2测量气体的微

8、小压强差，可用附图所示的双液杯式微差压计。两杯中放有密度为液密度为 冷，管与杯的直径之比 d/D。试证气罐中的压强 Pb可用下式计算:d2Pb 二 Pa -hg( '2 - .)-的液体，U形管下部指示证明： 作1-1等压面，由静力学方程得:Pah 订 g =Pb. ：h 入g hg(1)忖fd2d2.E忖代入("式得:d2Pa h :ig = Pb h-yh：gd 如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，变，输送管路尺寸为83x 3.5mm,泵的进出口管空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高 表安装位置离贮槽的水面高度H2为5m当输水量管道全部阻力损失为1.96J/kg

9、，出水管道全部阻即巳“仙沁皿寸3利用流体平衡的一般表达式dp二珥Xdx Ydy Zdz)推导大气压p与海拔高度h之间的关系。设海平面处的大气压强为Pa，大气可视作等温的理想气体。解:大气层仅考虑重力，所以：X=0，Y=0， Z=-g， dz=dh dp - -gdh又理想气体，二-PMRT其中M为气体平均分子量，R为气体通用常数。积分整理得P 二 Pa expMg _ RTh两槽液面均恒定不 道上分别安装有真 度Hi为4.8m,压力3为36 m/h时，进水 力损失为4.9J/kg , 的密度 为列柏努利方程，以其中,22u 2 p 2u 3 P3gH 222 = gH3、hf 2 3y 2 2

10、 2 f,、hf,2 卫=4.9J/kg,u3=0, p 3=0,2=2.452X 105Pa, H2=5m, u 2=Vs/A=2.205m/s代入上式得:252 2052 452 x 104 9H =52.45210 一竺 =29.74m2 9.811000 9.819.81(2)泵所需的实际功率在贮槽液面0-0 '与高位槽液面3-3 '间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有:gH°2 2U0P0U3P3-0We二 gH3、hw22其中， ' hf,0J3 = 6.864.9J / kg ,U2= U3=0, p 2= p3=0, H 0=0, H=2

11、9.4m代入方程求得：W=298.64J/kg, WS =Vs361000= 10kg/s3600故 Ne =Ws We =2986.4w ,n =70% N =4.27kw'间列柏努利方程，有:(3)真空表的读数在贮槽液面0-0 '与真空表截面1-1gHo2U0 P。 u gH 122U1 P1.hf,0 42其中,f,0 -1= 1.96J/kg, H=0, U0=0, p 0=0, H i=4.8m, u i=2.205m/s2 2052代入上式得,P1 = -1000(9.81 4.8. 21.96) =5.15 104 Pa=-0.525kgf / cm25 两敞口贮

12、槽的底部在同一水平面上，其间由一内径75mm长200m的水平管和局部阻力系数为0.17的全开闸阀彼此相连，一贮槽直径为 7m,盛水深7m，另一贮槽直径为 5m，盛 水深3m,若将闸阀全开，问大罐内水平将到6m时，需多长时间？设管道的流体摩擦系数0.02。解：在任一时间t内，大罐水深为 H,小罐水深为h122大罐截面积=7 = 38.465m ,4122小罐截面积=5 = 19.625m ,4当大罐水面下降到 H时所排出的体积为：Vt =(7 - H) 38.465 ,所以这时小罐水面上升高度为 X；x =38.465(7 _H )/19.625 =13.72 -1.96H而h = x 3 =1

13、6.72 -1.96H在大贮槽液面1-1 '与小贮槽液面2-2 '间列柏努利方程,并以底面为基准水平面，有:其中2u1P1z1z22g 印22gu1 = u2 = 0Pi=p2 =大气压， u为管中流速,z<|= H ，Z2= 16.72 -1.96H2200 u2' hfW('卫 2g= (0.17 0.02)2.727u20.075 2g代入方程得:2.96H -16.72 =2.727u22.96H -16.722.727若在dt时间内水面从 H下降H-dH，这时体积将变化为-38.465dH，则:(0.075)2 (2.96H -16.72)/2.

14、727dt =-38.465dH4-38.465dHdt 0.785(0.075)_(2.96H -16.72)/2.727-8722.16dH 1.085H - 6.1316 -0.5t = -8711.16 (1.085H -6.131) dH7-8711.16-1.085H -6.131 71.0851 -0.5=-8711.16-0.379 - .1.464 丨1.085=9543.4s6用泵将20C水从敞口贮槽送至表压为1.5X器，两槽液面均恒定不变，各部分相对位置如 路尺寸为108X 4mm的无缝钢管，吸入管长为 为100m (各段管长均包括所有局部阻力的当量 3/4开度时，真空表

15、读数为42700Pa，两测压口0.5m，忽略两测压口之间的阻力，摩擦系数可3(1) 阀门3/4开度时管路的流量(m /h);(2) 压强表读数(Pa); 泵的压头(m);若泵的轴功率为10kW，求泵的效率；(5)若离心泵运行一年后发现有气缚现象，试分 解：(1)阀门3/4开度时管路的流量(m3/h);在贮槽液面0-0 '与真空表所在截面1-1以0-0 '截面为基准水平面，510 Pa的密闭容 图所示。输送管 20m，排出管长 长度)。当阀门为 的垂直距离为取为0.02。试求：有:，间Zo2.巴2g2U1Z12ghf ,0 二hf ,o j.11J.02d 2g2Ui20x0.1

16、2 9.81代入上式,得:16m析其原因。3m22二 0.204U1 ,0=0, u 0=0, p 0=0 （表压），z 1=3m, p 1=-42700Pa （表压）j 23u 1=2.3m/s, Q= d u 二 65m / h4(2)压强表读数在压力表所在截面 2-2 '与容器液面3-3 '间列柏努利方程。仍以0-0 '截面为基准水平面，有:（Pa）;2U2Z2-2g列柏努利方程。3.5型2g具=16 00.02 型注1000 g1000 g0.12 9.815解得，p2=3.23X10Pa (表压)(3)泵的压头(m);在真空表与压力表所在截面间列柏努利方程，可

17、得,H 十2-乙）31H/0.5 323 105 0.427 105 01000 9.81=37.8m(4) 泵的有效功率Kl HQ ? Ne 二102故二 Ne/N =66.87%= 37.8 65 1000 ".687kw 3600 102长度，下同）为 管路内径为0.05m， 求：（1 ）整个管路 数，Pa。解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg ；（2）泵轴功率, 在贮槽液面gH°（5） 若离心泵运行一年后发现有气缚现象，原因是进口管有泄露。7 女口图所示输水系统，已知管路总长度（包括所有当量100m,压力表之后管路长度为 80m,管路摩擦系数为 0.03， 水的密

18、度为1000kg/m3,泵的效率为0.8，输水量为15卅巾。的阻力损失，J/kg ；（ 2）泵轴功率，kw；（ 3）压力表的读' hf - U 0.03 -100=135.1J/kgd 20.052kw;0-0'与高位槽液面1-1 '间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有:2 2u0p0u1-0We=gH2t2其中， 、hf= 135.1J/kg, u0= U1=0,p 1= p（=0 （表压）,H o=0, H=20m代入方程得：we 二 gH 、hf =9.81 20 135.1 = 331.3J/kg又15Ws =Vs100 4.17kg/s3600故 Ne

19、=Ws xWe =1381.5W, n =80% N = % =1727w =1.727kw8 用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为'57X 3.5mm泵出口垂直管段A B截面上的测压口有软管与两支液柱压差计相连，其上指示剂水银柱的读数分别为R=40mn及R' =1200mm右边压差计的左侧指示剂液面与截面A的垂直距离H=1000mm右侧开口支管的水银面上灌有一段R =20mm的清水。A、B两截面间的管长（即垂直距离）为hAB =6m。管路中的摩擦系数为0.02。当地大气压强为1.0133 X 105Pa,取水的 密度为1000kg/m3,水银的密度

20、为 13600kg/m3。试求：（1） 截面A B间的管路摩擦阻力损失刀 hf,AB, J/kg ; （ 2）水在 管路中的流速u, m/s ; （ 3）截面B上的压强pB, Pa ; （4） 截面A上的压强pA, Pa 。解：（1）截面A、B间的管路摩擦阻力损失刀 hf,AB, J/kg ;取截面A为上游截面，截面B为下游截面，并以截面A为基准水平面。在两截面之间列柏努利方程式，即:(1)2 2UaPaUb PbgZA + 2 += gZB + h+hfAB则:7 hfA B= (Za - Zb )g +2 2UA 'UB2+(2)其中：Za - Zb = ( 0-6) =-6m2

21、2UA UB2=0(PA - PB) =h AB p Wg + R ( p Hg - p w) g=6 X 1000 X 9.8 + 0.04 (13600 T000)X 9.8=63800 Pa将诸值带入(2)式，得:' hfAB =-6 X 9.8 +63800 - 1000=4.94 J/kg(2)水在管路中的流速 u, m/s ;A 、B之间的阻力损失与流速有关，可用如下公式表示:' hfAB(3)其中,l=6m，d=0.05m， =0.02 , ' hfAB =4.94 J/kg，带入(3)式:24.94=0.02 X X U2-0.05可得，u=2.029

22、m/s(3) 截面B上的压强pb, Pa ;在右边压差计的左侧指示剂液面处作t-s等压参考面，由流体静力学原理可知，Pt=Ps则：Pb + (hAB +H) p wg =Pa + R p wg + R p Hg g整理得：PB = Pa + R p W g + R p Hg g - ( hAB +H ) p w g=1.0133 X105 + 0.02 X 1000 X 9.81 + 1.2 X 13600 X 9.81- (6+1 )X 1000 X 9.81 =193000 Pa(4) 截面A上的压强pa, Pa。Pa = P b + Pab=Pb + h ab p w g=193000

23、+ 6 X 1000 X 9.81=256000 Pa9 某石油化工厂每小时将 40吨重油从地面油罐输送到20m高处的贮槽内，输油管路为$ 108 X 4mm的钢管，其水平部分的长度为 430m，已知在输送温度下，重油的部分物性数据如下：密度，kg/m3粘度，cP平均比热，kJ/kg? C15 C的冷油96034301.67550 C的热油(1)(2)假设电价每千瓦小时(度)8901871.675试比较在15C及50C两种温度下输送时，泵所消耗的功率(该泵的效率为0.60 )。0.20元，每吨1.0atm (绝压)废热蒸汽 1.80元，试比较用废热蒸汽将油加热1atm 蒸汽潜热为 2257.6

24、kJ/kg )首先判断重油的流动类型，d=108 - 4 X 2=100mm，重油在管内流速为：40 1000到50C再输送，比直接输送 15C冷油的经济效果如何？( 解: (1)15 C时U150 C时U22 = 1.474m/s 3600 960 0.785 0.1240x10002 = 1.59m/s3600 890 0.785 0.12雷诺准数:15 C时Re1二 0.1 474 960 =41.25 2000(层流)Re2-3430 103二 01 59 890 = 756.73 2000(层流)187 103摩擦阻力损失：由于重油在两种不同温度下是流动类型均为层流，故可用泊谡叶方程

25、式求摩擦阻力造 成的压头损失：(2)h f132 J1lu1 32 3430 (430 20) 1.47422 - 773.06m?1gd1000 960 9.81 0.132炖 32 187 (430 20) 1.59 = 49.04m2:%gd21000 890 9.81 0.12泵在两种温度下输送重油的压头:Pg 2g2 21 4742hf1 =2002 9.81773.06 = 793mHe2“ V 工2g1 592hf2 =20 02 9.8149.04 二 69m输送输送输送泵的轴功率15C重油时50 C重油时40000 793 960 9.81144.06 kw3600 960

26、0.60 100040000 69 890 9.81 12.5kw3600 890 0.60 1000(5)经济效果的比较：15 C重油比输送50 C重油多消耗的功率为:144.06 - 12.54=131.52kw若按1小时计算，则多消耗 131.52kwh (即132.52度),1小时多消耗电费:1 X 132.52X 0.20=26.304 元将重油从15C加热至50C，每小时所需热量为：Q =40000 1.675 (50 -15) =2345000kJ / h消耗蒸汽量D = Q = 2345000 =1038.71kg/h=1.04t/h r 2257.6加热重油所需消耗蒸汽的费用

27、：1.04 X 1.80=1.872元/时从以上计算可知，在上述蒸汽和电能的价值条件下，将重油加热后再输送比直接输送冷油是有利的。10 内截面为1000 1200mm的矩形烟囱的高度为 30m。平均分子量为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20 C，3地面处的大气压强为101.33 10 Pa。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：取烟囱底端为上游截面 1-1 顶端内侧为下游截面 2 - 2,，并以截面1-1为基准水平面。在两截面间列柏式，即：2 2

28、U1PU2P2.gZ1gZ2hf122 2 J f式中Z2 = 30mu1 : u2由于烟道气压强变化不大，烟道气的密度可按1.0133 105Pa及400 C计算，即:、=巴1.01333 10 300.543kg /m3RT 8.316 10(273 400)以J表示大气的密度，Pa1与Pa2分别表示烟囱底端与顶 端大气压强，即R = Pa1 -49Pa因烟囱顶端内侧压强等于同高度处的大气压强，故P2 = Pa2 = Pa1 -gZ?oC标准状况下空气的密度为 1.293kg/m，所以1.0133 10 Pa、20 C时空气的密度为:2733：=1.2931.2kg/m3273 + 20Pa -Pa1 -1.2 9.81 30 二 Pa1 -353