天大化工原理上册计算练习题

课本习题：

第一章：10，20 第二章：1，3 第三章：4,12 第四章：3,10,11 第五章：4,5

1．将浓度为95%的硝酸自常压罐输送至常压设备中去，要求输送量为36m 3

/h, 液体的扬升高度为7m 。输送管路由内径为80mm 的钢化玻璃管构成，总长为160（包括所有局部阻力的当量长度）。现采用某种型号的耐酸泵，其性能列于本题附表中。问：该泵是否合用？ Q(L/s) 0 3 6 9 12 15 H(m) 19.5 19 17.9 16.5 14.4 12 η(%)

已知：酸液在输送温度下粘度为1.15⨯10-3

Pa ⋅s ；密度为1545kg/m 3

。摩擦系数可取为0.015。

解：（1）对于本题，管路所需要压头通过在储槽液面（1-1’）和常压设备液面（2-2’）之间列柏努利方程求得：

f e H g

p z g u H g p z g u ∑+++=+++ρρ222

2112122 式中0)(0,7,0212121≈=====u ，u p p m z z 表压 管内流速：s m d Q

u /99.1080.0*785.0*360036

42

2

==

=

π

管路压头损失：m g u d l l H e f

06.681

.9*299.108.0160015.022

2==∑+=∑λ

管路所需要的压头：()m H z z H f e 06.1306.6711=+=∑+-= 以（L/s ）计的管路所需流量：s L Q /103600

1000

*36==

由附表可以看出，该泵在流量为12 L/s 时所提供的压头即达到了14.4m ，当流量为管路所需要的10 L/s ，它所提供的压头将会更高于管路所需要的13.06m 。因此我们说该泵对于该输送任务是可用的。

2. (13分)用内径100mm 的钢管从江中将200C 的水送入敞口蓄水池内，水由池底进入，池中水面高出江面28m ，管路的长度（包括所有局部阻力的当量长度在内）为60m ，水在管内的流速为1.5m/s 。仓库存有下列四种规格的离心泵，应从中选用哪一台？已知管路的摩擦系数λ=0.02，若当地大气压为10mH 20，吸入管路的压头损失为1m ，动压头可忽略，泵的入口比江面高4m ，问此泵的安

装高度是否符合要求？ 附：仓库现有四台泵的性能

解：将江水面所在的截面记为1，蓄水池水面记为截面2，在1,2截面间列

伯努利方程： (1分)

得∑-+-+-+-=

212

12

212122)(f H g

u u Z Z g P P H ρ （2分） 其中P 1=0(表压), P 2=0(表压) （Z 2-Z 1）=28m, u 1=u 2＝0 (1分)

m m g u d l H

f 38.18

.925.11.06002.02222

1=⨯⨯⨯==∑-λ （2分）

代入得：

m m H 4.29)38.128(=+= (1分)

h

m s m s

m u d Q /4.42/01178.0/5.11.025.04

1

33322　＝　＝⨯⨯==ππ （1分） 根据扬程和流量，选第四台泵 （1分）

5m

m 10622

　＝）－－　＝（　吸

∑--=f s g H g

u H H （3分） 泵的安装符合要求 （1分）

3、如图用离心泵将20℃的水由敞口水池送到一表压为2.5atm 的塔内，管径为φ108×4mm

管路全长100m(包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内)。已知： 水的流量为56.5m 3·h -1，水的粘度为1厘泊，密度为1000kg·m -3，管路摩擦系数可取为0.024，计算并回答：

(1)水在管内流动时的流动形态；(2) 管路所需要的压头和有效功率；

图2-1 解：已知：d = 108-2×4 = 100mm = 0.1m

A=(π/4)d 2 = 3.14×(1/4)×0.12 = 0.785×10-2 m l+Σl e =100m Q = 56.5m 3/h

∴u = q/A = 56.5/(3600×0.785×10-2) = 2m/s

μ = 1cp = 10-3 Pa ·S ρ=1000 kg.m -3, λ = 0.024 ⑴ ∵ Re = du ρ/μ=0.1×2×1000/10-3 = 2×105 > 4000 ∴水在管内流动呈湍流

⑵ 以1-1面为水平基准面,在1-1与2-2面间列柏努利方程： Z 1 +(u 12/2g)+(p 1/ρg)+H =Z 2+(u 22/2g)+(p 2/ρg)+ΣHf

∵Z 1=0, u 1=0, p = 0 (表压), Z 2=18m, u 2=0 p 2/ρg=2.5×9.81×104/(1000×9.81)=25m ΣHf =λ[(l+Σle )/d](u 2/2g)

=0.024×(100/0.1)×[22/(2×9.81)] = 4.9m ∴H = 18+25+4.9 = 47.9m

Ne = HQ ρg = 47.9×1000×9.81×56.5/3600 = 7.4kw

4．（12分）在内管为φ180×10mm 的套管换热器中，将流量为3.5×104 kg/h 的某液态烃从100℃冷却到60℃，其平均比热为2.38kJ/(kg .K)，环隙走冷却水，其进出口温度分别为20℃和30℃，平均比热为4.174 kJ/(kg .K)， 两流体逆流流动，基于传热外表面积的总传热系数K o =2000W/(m 2.K)，热损失可以忽略。试求： （1）冷却水用量为多少kg/h ？ （2）所需的管长？

解：（1）热负荷

W

W T T C W Q Ph h 54

211026.9)60100(100038.23600105.3)

(⨯=-⨯⨯⨯⨯=-= （3分）

（2）冷却水用量