4-化工原理课件-第1章阶段习题课.ppt

1、化工原理,2010/2011 上学期 2000,第一章流体力学,-内容提要- 阶段知识点回顾 解题范例,化工原理,阶段知识点回顾,阶段知识点回顾,阶段回顾,流动状态,稳定流动,非稳定流动,连续性方程,圆管,柏努利方程:,柏努利方程的应用:,管内流体的流量和流速； 输送设备的功率； 管路中流体的压强； 容器间的相对位置等。,阶段知识点回顾,阶段知识点回顾,柏努利方程解题要点：,明确流动系统的衡算范围 ； 位能基准面的选取； 截面的选取； 单位保持一致； 压强基准的选取,解题范例-确定管道中流体的流量,【例1-1】精馏塔进料量为 Wh=50000kg/h，=960kg/s， 其性质与水接近，试选择

2、适宜管径？,解题思路：初选流速计算管径查取规格核算流速，具体计算过程如下：,选流速u=1.8m/s (0.5-3.0m/s),用式1-17计算管径，即：,解题范例-确定管道中流体的流量,由附录查管子规格，选取1084mm的无缝钢管（d=0.1m）， 核算流速：,1.85m/S的流速符合正常范围，故选取的管径满足要求， 解题完毕。,解题范例 -确定管道中流体的流量,【例1-2】20的空气在直径为80mm的水平管流过。现于管路中接一文丘里管，如本题附图所示。文丘里管的上游接一水银U管压差计，在直径为20mm的喉颈处接一细管，基下部插入水槽中。空气流过文丘里管的能量损失可忽略不计。当U管压差计读数R

3、=25mm、h =0.5m时，试求此时空气的流量为若干m3/h? 当大气压强为101.33103Pa。,解该题有两项简化，即： （1）当理想流体处理，hf=0 （2）可压缩流体当不可压缩流体对待，取平均密度m。,解题范例 -确定管道中流体的流量,计算的基本过程是： （1）根据题意，绘制流程图，选取截面和基准水平面，确定衡算范围，见本例附图； （2）核算两截面间绝压变化是否大于20% ；,解题范例 -确定管道中流体的流量,则：,（3）在两截面间列柏努利方程式，并化简得：,将m代入上式并整理，可得：,（a）,（b）,（4）用连续性方程式确定u1与u2之间关系，即：,解题范例 -确定管道中流体的流量

4、,（5）联立式（a）及式（b）解得,U1=7.34m/s,于是 ：,解题范例-确定设备间的相对位置,【例1-3】有一输水系统，如本题附图所示，水箱内水面维持恒定，输水管直径为603mm，输水量为18.3m3/h，水流经全部管道（不包括排出口）的能量损失可按hf=15u2公式计算，式中u为管道内水的流速（m/s）。试求：,（1）水箱中水面必须高于排出口的高度H； （2）若输水量增加5%，管路的直径及其布置不变，管路的 能量损失仍可按上述公式计算，则水箱内的水面将升 高多少米？,注：该题是计算柏努利方程中的位能项（两截面间的位差）; 解题的要点是根据题给条件对柏努利方程作合理简化。,解题范例-确定

5、设备间的相对位置,解题步骤是： 1、绘出流程图，确定上、下游截面及基准水平面，如本例附图所示。 2、在两截面间列柏努利方程式并化简（We=0,p1=p2,Z2=0,由于A1A2，u10）可得到：,（a）,（1）水箱中水面高于排出口的高度H 将有关数据代入式（a）便可求得Z1（即H）。式中：,解题范例-确定设备间的相对位置,于是：,（2）输水量增加5%后，水箱中水面上升高度 H 输水量增加5%后，u2及hf分别变为：,解题范例-确定设备间的相对位置,（2）输水量增加5%后，水箱中水面上升高度 H 输水量增加5%后，u2及hf分别变为：,由此得出：,解题范例,【例1-4】用泵将贮液池中常温下的水送

6、至吸收塔顶部，贮液池水面维持恒定，各部分的相对位置如本题附图所示。输水管的直径为763mm，排水管出口喷头连接处的压强为6.15104Pa(表压)，送水量为34.5m3/h，水流经全部管道（不包括喷头）的能量损失为160J/kg，试求泵的有效功率。,解：泵的有效功率用式1-25计算，即：,Ne=We Ws,式中Ws为规定值，We则需用柏努利方程式计算，即:,（b）,（a）,解题范例,截面，基准水平面的选取如本例附图所示。但要注意2-2截面必须选在排水管口与喷头的连接处，以保证水的连续性:,式中：,hf=160J/kg,解题范例,于是：,若泵的效率为0.75，则泵的轴功率为：,解题范例,【例1-

7、5】水在本题附图所示的虹吸管内作定态流动，管路直径没有变化，水流经管路的能量损失可以忽略不计，试计算管内截面2-2、3-3、4-4、5-5处的压强。大气压强为1.0133105Pa。图中所标注的尺寸均以mm计。,在本题条件下，作两点简化假定，即hf=0及u10，且由题给条件，Z6=0，p1=p60（表压），Z1=1m，于是伯努利方程简化为：,解：为计算管内各截面的压强，应首先计算管内水的流速。 先在贮槽水面1-1及管子出口内侧截面6-6间列柏 努利方程式，并以截面6-6为基准水平面。,解题范例,解得：,对于均匀管径，各截面积相等，流速不变， 动能为常数，即：,理想流体各截面上总机械能为常数，即

8、,以2-2为基准水平面，则贮水面1-1 处的总机械能为：,解题范例,仍以2-2为基准水平面，则各截面的压强计算通式为：,则：,同理 ：,解题范例,由上面计算数据可看出： 1、对于等径管径，各截面上动能相等（连续性方程式）。,2、理想流体在等径管路中流动，同一水平面上各处的压 强相等（总机械能守恒）。,解题范例-流体非定态流动的计算,【例1-6】本题附图所示的真空高位槽为一简易的恒速加料装置（马利奥特容器）。罐的直径为1.2m，底部连有长2m、直径为 342mm的放料钢管。假设放料时管内流动阻力为12J/kg（除出口阻力外，包括了所有局部阻力）。罐内吸入3.5m深的料液，料液上面为真空，试提出一

9、个简单的恒速放料方法，使容器内AA面以上的料液在恒速下放出，并计算将容器中料液全部放出所需的时间。,解题范例-流体非定态流动的计算,解：该题为应用流体静力学原理实现恒速加料的简易装置。由于容器内液面上方为真空，当打开B阀时，如果p0+gH（H为A-A截面上方液柱高度，m）小于大气压，则空气将鼓到液面上方空间，待液面上方压强加上液柱静压强等于大气压时，即停止鼓气，这样一直保持A-A截面为大气压强，在A-A截面以上料液排放过程中都维持这种平衡状态，于是实现了A-A截面以上料液的恒速排放。在A-A截面以下，由于液面上方为大气压强，而液面不断下降，故以减速排放。恒速段的排料速度由A-A与2-2两截面之间列柏努利方程求得；降速段所需时间由微分物料衡算及瞬间柏努利方程求得。截面与基准面的选取如本题附图所示。,解题范例-流体非定态流动的计算,（1）恒速段所需时间1 在A-A与2-2截面之间列柏努利方程得：,式中：,hf =12 J/kg,解题范例-流体非定态流动的计算,于是：,