第一部分化工原理计算题

1、第一部分化工原理计算题第一部分化工原理计算题第一部分化工原理计算题【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超出2m，当地大气压力为101.2kPa。试求：(1)管子上端空间的绝对压力；(2)管子上端空间的表压；(3)管子上端空间的真空度；(4)若将水换成四氯化碳，管中四氯化碳液柱较槽的液面超出多少米？解管中水柱超出槽液面2m，h=2m水柱。管子上端空间的绝对压力p绝在水平面11处的压力均衡，有p绝gh大气压力p绝10120010009.81281580（绝对压力）Pa(2)管子上端空间的表压p表习题1-1附图(3)管子上端空间的真空度

2、p真槽内为四氯化碳，管中液柱高度h常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为ccl41594kg/m3【1-2】在20条件下，在试管内先装入12cm高的水银，再在其上边装入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。解水的密度水=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29.4kPa。试求：(1)压差计读数（指示液密度为1400kg/m3）；(2)A、B两个弹簧压力表的读数。解容器

3、上部空间的压力p29.4kPa（表压）液体密度1250kg/m3，指示液密度01400kg/m3压差计读数R=?在等压面11上p1p1(2)pAp3.21g29.41032.212503Pa【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。因为水的压力，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（忽视从1到2处的压头损失）?解u10.5m/s习题1-4附图习题1-5附图另一计算法计算液柱高度时，用后一方法简单。【1-5】在习题1-16附图所示的水平管路中，水的流量为2.5L/

4、s。已知管内径d15cm,d22.5cm，液柱高度h11m。若忽视压头损失，试计算缩短截面2处的静压头。解水的体积流量qV2.5L/s2.5103m3/s，qV25103截面1处的流速.1.274m/su122d140.054截面2处的流速d122740.052习题1-6附图u21.51u10.025.m/sd2在截面1与2之间列伯努利方程，忽视能量损失。截面2处的静压头h20.218m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附图所示的常温下操作的水槽，下边的出水管直径为57mm3.5mm。当出水阀全封闭时，压力表读数为30.4kPa。而阀门开启后，压力表读数降至20

5、.3kPa。设压力表以前管路中的压头损失为0.5m水柱，试求水的流量为多少3m/h?解出水阀全封闭时，压力表读数30.4kPa（表压）能反应出水槽的水面距出水管的高度h阀门开启后，压力表读数p220.3kPa（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u2水的流量【1-7】如习题1-19附图所示，有一高位槽输水系统，管径为57mm3.5mm。2已知水在管路中流动的机械能损失为hf45u2(u为管内流速)。试求水的流量为多少m3/h。欲使水的流量增添20%，应将高位槽水面高升多少米？解管径d0.05m，习题1-7附图2机械能损失hf45u2以流出口截面处水平线为基准面，水

6、的流量qVd2u22103m3/s10.3m3h40.054(2)qV10.2qV1.2qVu21.2u21.2高位槽应高升7.1852.18m【1-8】如习题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32mm2.5mm，管的下端位于水面以下2m，并装有底阀与拦污网，该2处的局部压头损失为8u。若截面22处的真空度为39.2kPa，由11截面至2g1222截面的压头损失为u。试求：(1)吸入管中水的流量，m3/h；(2)吸入22g口11截面的表压。解管内径d0.032，水密度1000kg/m3截面22处的表压p239.2kPa，水槽表面p10（表压）从00至22，00为基准面，

7、压头损失习题1-20附图21212Hf8u2u2u22g+2g=82g22水的流量qV4d2u236004(0027)21.4336002.95m3h从11至22,Z10,Z25【1-9】20的水在219mm6mm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，能保证开始转为坚固湍流；(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，管中最大均匀流速应为多少？解(1)水，20，998.2kg/m3，1.005103Pas,d0.207m体量流量qVd2u0.2072/s44m34(2)20.1410420.14cm/sm/s【1-10】水的温度为10

8、，流量为330Lh，在直径57mm3.5mm、长为100m的直管中流动。此管为圆滑管。(1)试计算此管路的摩擦损失；(2)若流量增加到990Lh，试计算其摩擦损失。解水在10时的密度999.7kgm3，黏度1.306103Pas,d0.05m,l100m，圆滑管。(1)体积流量qV330L/h0.33m3h流速uqV0.330.0467m/s20.0523600d360044du005004679997雷诺数Re.1787层流1306103.摩擦系数646400358Re1787l2100004672摩擦损失hfd2003580052=00781J/kg.(2)体积流量qV990L/h0.99

9、m3h因流量是本来的3倍，故流速u0.046730.14m/s雷诺数Re178735360湍流关于圆滑管，摩擦系数用Blasius方程式计算也可以从摩擦系数与雷诺数Re的关系图上圆滑管曲线上查得，0.037。lu2100014)2摩擦损失hf=0037(.=0725J/kgd20052.【1-12】把内径为20mm、长度为2m的塑料管（圆滑管），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1mPas。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

10、离h需要多少米？解已知d002m,l2m,103kg/m3,=1mPas，体积流量qV1.7m3/h流速uqV1.7/36001.504m/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圆滑管，查得0.0235，管进口忽然减小0.5U形管（回弯头）1.5【1-13】如习题1-32附图所示，有黏度为1.7mPas、密度为765kg/m3的液体，从高位槽经直径为114mm4mm的钢管流入表习题1-12附图习题1-13附图压为016MPa的密闭低位槽中。液体在钢管中的流速为1m/s，钢管的相对粗拙度d0002，管路上的阀门当量长度le50d。两液槽的液面

11、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。p10（表压）20.16106，两槽流速u1u20，,pPa液体密度765kg/m3，黏度1.7103Pas010617654774湍流雷诺数Redu.1031017.管长l30160190m，阀门le50，高位槽的管进口05，低位槽管出口=1，d90弯头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，若输水管长度由最先方案缩短25%，水塔高度不变，试求水的流量将怎样变化？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，可以忽视局部摩擦阻力损失及动压头。解

12、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l2HuHf2gd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l与本来长度l的关系为l075l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qV1.155流量增添了15.5%qV【1-15】用168mm9mm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时油的密度为890kg/m3，黏度为181mPas。假定输油管水平铺设，其局部摩擦阻力损失忽视不计，试问为达成输油任务，半途需设置几个

13、加压站？解.,60000kg/hd015ml100kmqm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15.7MPa273加压站数n.174157.需设置2级加压，每级管长为50km，每级的p27.3/213.65MPa，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的水，从水塔用108mm4mm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（包含管件的当量长度）。试求管路的输水量为多少m3/h，钢管的相对粗拙度d0.002。解水，t20,998.2kg/m3,=1.004103Pas由伯努利方程，得管路的摩擦阻力损失为管内水的

14、流速u未知，摩擦系数不可以求出。此题属于已知l150m、d0.1m、/d0.002、hf118J/kg，求u与qV的问题。0125599825验算流动种类du.2.5410湍流Re1004103.体积流量4d2u3600272.1m3hqV40.12.553600习题1-16附图习题1-17附图【1-17】如习题1-37附图所示，温度为20的水，从高位槽A输送到低位槽B，两水槽的液位保持恒定。当阀门封闭时水不流动，阀前与阀后的压力表读数分别为80kPa与30kPa。当管路上的阀门在必定的开度下，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，管子为圆滑管。此

15、题是计算圆滑管的管径问题。固然可以用试差法计算，但不方便。最好是用圆滑管的摩擦系数计算式0.316425103Re105）与Re0.25（合用于.hflu24qV，推导一个hf与qV及d之间的计算式。及u2d2d解水在20时998.2kg/m3,1.004103Pas水的流量1.7m3h，管长及管件当量长度l42m阀门封闭时，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HHAHB5.11m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hf与H的关系式为关于水力圆滑管，hf与qV及d之间的计算式为代入已知数求得管内径为d0.0205m考证

16、Re范围1.7du4qV4998.2360029000湍流Red30.0205符共计算式中规定的Re范围【1-18】.此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，管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820=1mU3时，相界面与油层的吹气管出口距离h。kg/m。试求当压差计读数R=68m解：如图，设水层吹气管出口处为a，压缩空气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H1。则pap1pbp2pa油g(H1h)水g(Hh)(表p压)1Hpb油gH1(表压)U管压差计中，p1p2HggR(忽视吹气管内的气柱压力)分别代入pa与pb的

17、表达式，整理可得：【1-19】.高位槽内的水面高于地面8m，水从108mm4mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。在此题特定条件下，水流经系统的能量损失可按hf6.5u2计算(不包括出口阻力损失)，此中u为水在管内的流速m/s。试计算：(l)AA截面处水的流速；(2)3水的流量，以m/h计。1-19题1-20题解：(1)取高位槽水面为上游截面11，管路出口内侧为下游截面22，以以下图，那么z18m,z22m(基准水平面为地面)u10,p1p20(表压)，AA处的流速与管路出口处的流速相同，uAu2(管径不变，密度相同)在截面11和22间列柏努利方程方程，得gzu22hf，此中hf6.5u22

18、代入数据u26.5u29.81(82)解得uuA2.9m/s2(2)VhuA2.9(10842)1032360082m3/h4【1-20】.20的水以2.5m/s的流速流经38mm2.5mm的水平管，此管以锥形管与另一53mm3mm的水平管相连。如此题附图所示，在锥形管双侧A、B处各插入一垂直玻璃管以察看两截面的压强。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)，并在此题附图中画出两玻璃管中水面的相对地点。解：取A,B两点地方在的与管路垂直的平面分别为上游和下游截面AA和BB，以以下图，并取管路中心线所在的水平面为基准面，那么zAzB0，uA2.5m/suBu

19、A(dA)22.5(382.52)21.23m/sdB5332在截面AA和BB间列柏努利方程：查表获得1Pa0.102mmH2O，那么868.588.5mmH2O0.102p2p10，因此A点的压力大于B点的压力，即B管水柱比A管高88.5mm【1-21】.用离心泵把20的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位保持恒定。各部分相对地点如此题附图所示。管路的直径均为76mm2.5mm，在操作条件下，泵进口处真空表的读数为24.06103Pa；水流经吸入管与排出管(不包括喷头)的能量损失可分别按hf,12u2与hf,210u2计算，因为管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速m/s。排水管与喷头连结处的压

20、强为98.07103Pa(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11，并定为基准水平面。泵进口真空表连结处垂直于管子的截面为22。水洗塔出口处为截面33，以以下图，那么有z10z21.5mz314mu10u2u3up10(表压)p224.66103Pa(表压)p398.07103Pa(表压)1000kg/m3在截面11和22间列柏努利方程，得代入以上数值解得u2m/s再在截面11和33间列柏努利方程，得将以上数值代入，其中hf,12hf,1hf,212u2，解得We261.3J/kg【1-22】.此题附图所示为冷冻盐水循环系统。盐水的密度为3，循环量为31100k

21、g/m36m/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98.1J/kg，由B流至A的能量损失为49J/kg，试计算：(1)若泵的效率为70%时，泵的轴功率为若干kW?(2)若A处的压强表读数为245.2103Pa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满用于战胜流动阻力损失。1-22题(1)质量流量wsVS1100kg/m336m3/3600s11kg/s在两压力表所处的截面A、B之间列柏努利方程，以经过截面A中心的水平面作为位能基准面。此中，zA0，zB7m，uAuB，pA245.2kPa，hf,

22、AB98.1J/kg将以上数据代入前式，解得pB(pAgzBhf,AB)6.2104Pa(表压)【1-23】.用压缩空气将密度为1100kg/m3的腐化性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液面保持恒定。管路直径均为60mm3.5mm，其余尺寸见此题附图。各管段的能量损失为hf,ABhf,CDu2，hf,BC1.18u2。两压差计中的指示液均为水银。试求当R1=45mm，h=200mm时：(1)压缩空气的压强p1为若干?(2)U管压差计读R2数为多少?解：求解此题的重点为流体在管中的流速在B、C间列柏努利方程，得pBpCg(zCzB)hf,BC(1)代入(1)式，同时已知1100kg/m3zCzB5

23、mhf,BC1.18u2解得u2.06m/s在低位槽液面11与高位槽液面22之间列柏努利方程，并以低位槽为位能基准面，得此中z10z210mu1u20p20(表压)代入上式可得p1gz2hf,12p1(gz2hf,12)1100(9.811013.5)122760Pa(表压)若求R2重点在于pB，经过pB可列出一个含h的静力学基本方程HggR2ghpB(2)为此在低位槽液面11与截面B之间列柏努利方程，以低位槽为位能基准面，得此中，z10，zB1073m，u10，uB2.06m/s，p1123kPa(表压)83385Pa(表压)代入(2)式：R28338511009.810.29.8113600【1-25】每小时将2104kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽(见此题附图)。反应器液面上方保持26.7103Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压强。管道为76mm4mm的钢管，总长为50m，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计(局部阻力系数为4)、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15m。若泵的效率为0.7，求泵的轴功率。解：在反应器液面11与管路出口内侧截面22间列柏努利方程，以截面1为基准水平面，得此中z10z215mu10p126.7103Pa(表压)p20(表压)此中，hfhfhflu2对直管阻力hfd20.3mm那么/d0.3/(76.42)0