化工原理上册复习题

水从蓄水箱，经过一水管流出，如附图所示。假如，Z 1＝12m ，Z 2＝Z 3＝6.5m ，d 2＝20mm ，d 3＝10mm ，水流经d 2管段的阻力损失为2mH 2O ，流经d 3管段的阻力损失为1mH 2O 。由水箱至d 2管段及由d 2管段至d 3管段 的突然缩小的阻力损失可以忽略，d 3管段至外界的出口损 失不能忽略。试求：

（1）d 3管段出口处（内侧）的流速ｕ3

（2）接近管口2－2截面处（左侧）的流速ｕ2及压强p 2

解：取蓄水箱液面为1-1截面，d 2管段和d 3管段连接处为2-2截面，管嘴出口内侧为3-3截面，并以地面为基准水平面。 （1）求u 3

在1-1与3-3截面间列柏努利方程：

3f132331

2

11H g

p 2g u Z g p 2g u Z -+++=++ρρ

已知：0u 1≈ 12m Z 1= 5m .6Z 3= 0)(p (p 31==表压表压）

O 3m H 12H 23f1=+=-

代入上式，可得：39.81

2u 5.6122

3

+⨯+

= 解得：s /7m u 3= （2）求流速ｕ2及压强p 2

s /75m .1)2010

(7)d d (u u 2222

2332=⨯==

在1-1与2-2截面间列柏努利方程：

2f122221211H g p 2g u Z g p 2g u Z -+++=++ρρ

已知：0u 1≈ 12m Z 1= 5m .6Z 2= 0(p 1=表压） O 2m H H 22f1=-

代入上式，可得：29.81

1000p 9.8121.755.61222

+⨯+⨯+

= 解得：a 232804p )(p =表压

用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油，流量为38.4×103kg/h ，高位槽中液面比油池中液面高20m ，管路总长(包括阀门及管件的当量长度) 430m ，进出口阻力不计。管径为φ108×4mm ，若油在输送温度下的密度为960kg/m 3，粘度为3430cp ，求泵所需的实际功率，设泵的效率η=50%。

解：以贮油池液面为1-1截面，高位槽液面为2-2截面，并以1-1截面为基准水平面，在两截面间列柏努力方程：

∑-+++=+++2f122221211h p 2u gZ We p 2u gZ ρ

ρ 3分

已知：

Z 1=0；p 1(表)=0；u 1≈0；Z 2=20m ；u 2≈0；p 2(表)=0；ρ=960kg/m 3 代入上式，得：

2

u d l l gZ h gZ We 2

e 22

f12++=+=∑-λ

1分 s /415m .10.004)

2-0.108(3.149603600/104.384d 4w u 2

32s =⨯⨯⨯⨯⨯==ρπ 2分 20006.3910

3430960

415.101.0du Re 3

-<=⨯⨯⨯=

=

μ

ρ

2分 则 616.16.39/64Re /64===λ 2分

kg /5J .69562

415.11.0430616.12u d l l h

2

2e 2

f1=⨯⨯=+=∑-λ 2分

kg /7152.7J 5.69562081.9We =+⨯= 1分 kw N 152.60.5

3600

/104.387.7152w We N 3s

e

=⨯⨯=⨯=

=

η

η

2分

水从喷嘴口1-1截面垂直向上喷射至大气。设在大气中流束截面保持圆形。已知喷嘴内直径d1=25mm，现要求在高于喷嘴出口5m处水流的直径d2为d1的1.2

倍，试计算出喷嘴口的水流速u1。忽略阻力。

解：令高于喷嘴出口5m处水流截面为2－2截面

1－2截面间：p1=p2

∵d2=1.2d1，u1d12= u2d22

∴u2=(d1/d2)2u1=(1/1.2)2u1=u1/1.44 5分

由u12/2= u22/2＋gz25分

即u12/2=(1/1.442)×u12/2＋9.81×5

∴u1=13.76 m/s 5分

有一钢制套管换热器，质量流量为2000kg/h 的苯在内管中，从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙中从15℃到35℃。已知苯对管壁的对流传热系数为600W/(m 2·K)，

管壁对水的对流传热系数为1000 W/(m 2

·K)。计算总传热系数时，忽略管壁热阻和污垢热阻。试求： （1）冷却水的消耗量；

（2）计算并流时需要的传热面积；

（3）若改为逆流，其他条件相同，则此时传热面积又为多少。

已知：65℃时苯的C p =1.86×103J/(kg ·K)，25℃时水的C p =4.179×103J/(kg ·K)。 解：计算总传热系数K ：

K)375W/(m 1000

6001000

600K 2o i o i ⋅=+⨯=+=

αααα

计算热负荷：

对苯652

50

80T m =+=℃，则热负荷为：

W 101.3)5080(1086.13600

2000

)T T (C 3600W Q 4321ph h ⨯=-⨯⨯⨯=-⨯⨯=

（1）冷却水消耗量 252

3515t m =+=℃

h /1335kg )

1535(104.1793600

101.3)t t (C 3600Q W 3412pc c =-⨯⨯⨯⨯=-⨯⨯=

（2）并流的传热面积

651580t T t 112=-=-=∆℃ 153550t T t 221=-=-=∆℃ 1.341565

ln 15

65t t ln

t t t 1

212m =-=∆∆∆-∆=

∆℃ 24

m 42m .234.1

375101.3t K Q S =⨯⨯=∆=

（3）逆流时的传热面积

453580t T t 212=-=-=∆℃ 351550t T t 121=-=-=∆℃

402

35

452t t t 12m =+=∆+∆=

∆℃ 24

m 07m .240

375101.3t K Q S =⨯⨯=∆=