化工原理习题含答案
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
化工原理习题含答案 YUKI was compiled on the morning of December 16, 2020
·流体流动部分
1.某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油(如附图所示),油面最高时离罐底9.5 m ,油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的孔,其中心距罐底1000 mm ,孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为×106 Pa ,问至少需要几个螺钉(大气压力为×103 Pa )
解:由流体静力学方程,距罐底1000 mm 处的流体压力为
作用在孔盖上的总力为
每个螺钉所受力为
因此
2.如本题附图所示,流化床反应器上装有两个
U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm ,R 2=80 mm ,
指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散,于右
侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水,其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。
解:(1)A 点的压力
(2)B 点的压力
习题2附图
习题1附图
3、如本题附图所示,水在管道内流动。为测量流体压力,在管道某截面处连接U 管压差计,指示液为水银,读数R=100毫米,h=800mm 。为防止水银扩散至空气中,在水银液面上方充入少量水,其高度可忽略不计。已知当地大气压为试求管路中心处流体的压力。
解:设管路中心处流体的压力为p
P A =P A
P + ρ水gh + ρ汞gR = P 0
P=p 0- ρ水gh - ρ汞gR
=(×10³-1000× - 13600××)
P=
4、如本题附图所示,高位槽内的水位高于地面7 m ,水从φ108 mm ×4 mm 的管道中流出,管路出口高于地面1.5 m 。已知水流经系统的能量损失可按∑h f =计算,其中u 为水在管内的平均流速(m/s )。设流动为稳态,试计算(1)A -A '截面处水的平均流速;(2)水的流量(m 3/h )。
解:(1)A - A '截面处水的平均流速
在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程,得 22121b12b2f 1122p p gz u gz u h ρρ
++=+++∑ (1)
式中 z 1=7 m ,u b1~0,p 1=0(表压)
z 2=1.5 m ,p 2=0(表压),u b2 = u 2
代入式(1)得
(2)水的流量(以m 3/h 计)
5、如本题附图所示,用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定,其上方压力为⨯ Pa 。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔内压力为⨯ Pa ,进料口高于储罐内的液面8 m ,输送管道直径为φ68 mm ⨯4 mm ,进料量为20 m 3/h 。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg ,求泵的有效功率。
解:在截面-A A '和截面-B B '之间列柏努利方程式,得
6、 某液体以一定的质量流量在水平直圆管内作湍流流动。若管长及液体物性不变,将管径减至原来的1/2,问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍?
解:流体在水平光滑直圆管中作湍流流动时
f p ∆=f h ρ∑
或 f h ∑=f p ∆/ρ=λ
2b 2u L d ρ ∑∑f1f2
h h =(2b1
b22112))()(u u d d λλ 式中 21d d =2 ,b2b1
u u =(21d d )2 =4 因此 ∑∑f1f2
h h =221
()(2)(4)λλ=3212λλ 又由于 25.0Re
316.0=λ 12λλ=(25021.)Re Re =(0.251b12b2
)d u d u =(2×25041.)=()= 故 ∑∑f1f2
h h =32×=
7、用泵将2×104 kg/h 的溶液自反应器送至高位槽
(见本题附图)。反应器液面上方保持×103 Pa 的真
空度,高位槽液面上方为大气压。管道为φ76 mm ×4
mm 的钢管,总长为35 m ,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17 m 。若泵的效率为,求泵的轴功率。(已知溶液的密度为1073 kg/m 3,黏度为⨯ Pa ⋅s 。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm 。) 解:在反应器液面1-1,与管路出口内侧截面2-2,间列机械能衡算方程,以截面1-1,为基准水平面,得 22b1b2121e 2f 22u u p p gz W gz h ρρ
+++=+++∑ (1) 式中 z 1=0,z 2=17 m ,u b1≈0
p 1=×103 Pa (表),p 2=0 (表)
将以上数据代入式(1),并整理得
=×17+24312.+1073109.253⨯+f h ∑=+f
h ∑ 其中 f h ∑=(λ+e L L d +∑+∑ζ)2b22
u =Re b du ρμ=30.068 1.4310730.6310
-⨯⨯⨯=×105 根据Re 与e /d 值,查得λ=,并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为 闸阀(全开): ×2 m =0.86 m
标准弯头: ×5 m =11 m
故 f h ∑=×350.86110.068
++++4)kg J 243.12=kg 习题7附图
于是 ()kg J 217.7kg J 74.250.192e =+=W
泵的轴功率为
s N =e W η/w =W 7
.036001027.2174
⨯⨯⨯= 8、如本题附图所示,贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100 mm 的钢质放水管相连,管路上装
有一个闸阀,距管路入口端15 m 处安有以水银为指
示液的U 管压差计,其一臂与管道相连,另一臂通
大气。压差计连接管内充满了水,测压点与管路出
口端之间的直管长度为20 m 。
(1)当闸阀关闭时,测得R =600 mm 、h =1500 mm ;当闸阀部分开启时,测得R =400 mm 、h =1400 mm 。摩擦系数λ可取为,管路入口处的局部阻力系数取为。问每小时从管中流出多少水(m 3)
(2)当闸阀全开时,U 管压差计测压处的压力为多少Pa (表压)。(闸阀全开时L e /d ≈15,摩擦系数仍可取。)
解:(1)闸阀部分开启时水的流量
在贮槽水面1-1,与测压点处截面2-2,间列机械能衡算方程,并通过截面2-2,的中心作基准水平面,得 22b1b21212f 1222u u p p gz gz h ρρ
++=+++∑,- (a ) 式中 p 1=0(表)
u b2=0,z 2=0
习题8附图