化工原理上册(陈敏恒)

入口管段：
VS / 2 104 / 3600 /1073 u 0.66 m/s 2 2 0.785d 0.785 (0.10) du 0.1 0.66 1073 5 Re 1.12 10 3 0.63 10 0.3 0.003 λ=0.027 d 100 90o标准弯头1个： 0.75 进口损失： 0.5
第一章 流体流动
主要公式
u2 d1 2 ( ) u1 d2
u p1 u2 p2 gz1 he gz2 h f 2 2
2 1 2
li ui li ( le) i u i i ( ) h f (i ( ) i ) di 2 di 2
Re=duρ/μ 168.2； 0.38
λ=64/Re
10. 减少流体在管路中流动阻力Σhf的措施有： ____________，__________，___________。 尽量减少局部装置, 在流体中加入极少量的添加 剂，改善流道固体壁面对流动的不利影响
1）确定容器间的相对位置——阻力损失已知 例：如本题附图所示，密度为850kg/m3的料液从高位槽送入 塔中，高位槽中的液面维持恒定，塔内表压强为9.81×103Pa ，进料量为5m3/h，连接 管直径为φ38×2.5mm，料液在连接 管内流动时的能量损失为30J/kg(不包 括出口的能量损失)，试求高位槽内 液面应为比塔内的进料口高出多少？
闸阀（全开）1个： 0.17 标准弯头4个： 0.75×4=3 孔板流量计1个：4 0.17 3 4 7.17

45 (1.43) 2 h f 出 (0.03 7.17) 27.6 J/kg 0.068 2
u2 p2 p1 We z2 g h f 1 2 2
6. 为提高U形压差计的灵敏度较高，在选择指示液 时，应使指示液和被测流体的密度差（ρ指-ρ）的值 ______。
偏小 7. 层流底层越薄，___________。 流动阻力越大
8.已知一密闭管路，管的内径为d，管长为L，液体 在管内作稳定连续层流流动，流量为qv m3/s，总的 阻力损失为hf。现将管的内径换成d/2，其它均不改 变，此时新管路内的流速为_____m/s，流体流动的 总阻力损失为______m。
z1=0； p1=0（表压）； u1≈0; z2=20-1.5=18.5m； p2=29.4×103 Pa（表压）;ρ=1100 kg/m3，Σhf=30.8 J/kg d入 2 100 2 u 2 u 入 ( ) 1.2( ) 2.45 d2 70
1 29.4 103 2 We 18.5 9.81 2.45 30.8 242.0 J/kg 2 1100 WS d2 2u2 0.785 0.072 2.45 1100 10.37 kg/s
为29.4kPa（表压）。设泵的效率为60%，试求泵
所需的功率。
20m
1.5m
Baidu Nhomakorabea
解：在1-1′截面和2-2′截面间列柏努利方程
1 2 p1 1 2 p2 z1 g u1 We z2 g u2 h f 2 2 p2 p1 1 2 2 We ( z2 z1 ) g (u2 u1 ) h f 2
2
(1.43)2 2.67 104 15 9.81 (27.6 0.60) 2 1073
201.3J/kg
N
We Ws

201.3 2 10 / 3600 0.66
4
3
1.69 10 W 1.69kW 3.71kW
库存的泵轴功率能满足要求 。
式中： Z2=0 ；Z1=?
P1=0(表压) ； P2=9.81×103Pa(表压）
VS 5 VS u2 2 3600 0.0332 1.62m / s A d 4 4
由连续性方程
D>>d
∴u1<<u2,
We=0 ，
h
u1≈0
f
30 J / kg
将上列数值代入柏努利方程式，并整理得：
4
Ne WeWS 242 10.37 2510W 2.51kW
NP Ne


2.51 4.18 0.6
泵输送功率的计算——阻力损失待求 将2×104kg/h的某种水溶液用泵从反应器输送 到高位槽。在操作条件下的水溶液的平均密度为 1073kg/m3，粘度为0.63mPa· s。反应器液面上方保 持26.7kPa的真空度，高位槽液面上方为大气压。泵 的进口管道为φ108mm×4mm，长为5m，管路上装 有90o标准弯头1个,全开闸阀1个。泵的出口管道为 φ76×4的钢管，长为45m，取管壁绝对粗糙度为 0.3mm，管路上装有全开闸阀1个，孔板流量计1个 （局部阻力系数为4），90o标准弯头4个，反应器内 液面与管路出口的垂直距离为15m。今在库房里有一 台备用的离心泵，其效率为66%，轴功率为3.71kW。 试计算该泵的轴功率能否满足要求。
1.62 2 9.81103 z1 ( 30) / 9.81 2 850
4.37m
例 泵输送功率的计算——阻力损失已知
某化工厂用泵将敞口碱液池中的碱液（密度为
1100kg/m3 ）输送至吸收塔顶，经喷嘴喷出，如附
图所示。泵的入口管为φ 108×4mm的钢管，管中
的流速为1.2m/s，出口管为φ 76×3mm的钢管。贮 液池中碱液的深度为1.5m，池底至塔顶喷嘴入口处 的垂直距离为20m。碱液流经所有管路的能量损失 为30.8J/kg（不包括喷嘴），在喷嘴入口处的压力
4qV u d2
u
u 4u
32 lu hf d 2
4qV 4qV 4 2 4u 2 (0.5d ) d
32 l 4qV /( d 2 ) d 4 hf d 2
f 0.54 h f 16h f h
9.当20℃的甘油(ρ=1261kg.m-3，μ=1499cP)在内 径为100mm的管内流动时，若流速为2.0m.s-1时， 其雷诺准数Re为__________，其摩擦阻力系数λ为 ________。
解：以反应器液面为1-1截面为位能基准面，在1-1截面与管路出口 内侧截面2-2间列列出柏努利方程： 2 2
u1 p1 u2 p2 z1 g We z2 g h f 12 2 2
z1=0，z2=15m，u1≈0，u2≈u出，p1表= -2.67×104Pa，p2 =0，ρ=1073kg/m3 表
闸阀（全开）1个： 0.17
l u h f 入 ( ) 2 d 2 0.66 (0.027 5 / 0.1 0.17 0.75 0.5) 0.60 2
2
出口管段：
du
u 0.66 (100 / 68)2 1.43 m/s
0.068 1.43 1073 Re 1.66 10 5 0.63 10 3 0.3 λ=0.03 0.0044 d 68
2
2
64 Re
层流
u 0.5umax
u 0.82umax
湍流
知识点联系图
连续性方程u1与u2间的关系
2 1 2
阻力损失
u p1 u2 p2 gz1 he gz2 h f 2 2
流体流动的 内部结构 阻力损失产生的根源
速度分布
流动型态
1. 流体在圆形直管内作定态流动，雷诺准数Re＝ 1500，则其摩擦系数应为（B ） （A） 0.032 （B）0.0427 （C）0.0267 （D）无法确定 2.在一水平变径管道上，细管截面A及粗管截面B与 U管压差计相连，当流体流过时，U管压差计测量的 是（ ） （A）A、B两截面间的总能量损失 （B）A、B两截面间的动能差 （C）A、B两截面间的压强差 （D）A、B两截面间的局部阻力
3. 管路由直径为Φ57×3.5mm的细管，逐渐扩大到 Φ108×4mm的粗管，若流体在细管内的流速为4m/s。 则在粗管内的流速为（ ） （A） 2m/s （B）1m/s （C） 0.5m/s （D） 0.25m/s
4.湍流与滞流的本质区别是（ ） （A）湍流的流速大于滞流的 （B） 湍流的Re值大于滞流的 （C） 滞流无径向脉动，湍流有径向脉动 (D） 湍流时边界层较薄 5. 在阻力平方区内，摩擦系数λ（ （A）为常数，与Re，ε/d 均无关 （B）随Re值加大而减小 （C）与Re值无关，是ε/d的函数 （D）是Re值和ε/d的函数 ）
分析： 高位槽、管道出口两截面 解： 取高位槽液面为截面1-1’，连接管出口内侧为截面2-2’, 并以截面2-2’ 的中心线为基准水平面，在两截面间列柏努 利方程式： u、p已知
求△Z
柏努利方程
u1 p1 u2 p2 gZ1 We gZ 2 hf 2 2
2
2