化工原理习题课
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1.为了确定容器中石油产品的液面，采用如附图所示的装置。 压缩空气用调节阀1调节流量，使其流量控制得很小，只 要在鼓泡观察器2内有气泡缓慢逸出即可。因此，气体通 过吹气管4的流动阻力可忽略不计。吹气管内压力用U管压 差计3来测量。压差计读数R的大小，反映贮罐5内液面高 度。指示液为汞。
2020/8/1
2020/8/1
（1）列0－0与2－2截面柏努利方程：
Z0＋P0/ρｇ＋ｕ00 /2ｇ＝Z2＋P2/ρｇ＋ｕ22 /2ｇ＋∑ｈf
以2－2截面为基准面，Z2＝0，u0＝0，P0＝P2
∴4＝ｕ22 /2ｇ＋3ｕ22 /2ｇ＝4×ｕ22 /2g
解得 ｕ2＝4.43 m.s-1
∴V＝ｕA＝0.785×0.12×4.43
1.分别由a管或由b管输送空气时，压差计读数分别为R1或R2， 试推导R1、R2分别同Z1、Z2的关系。 2.当（Z1－Z2）＝1.5m，R1＝0.15m，R2＝0.06m时，试求 石油产品的密度ρ及Zio
2020/8/1
解
• （1）在本例附图所示的流程中，由于空气通往石油产
品时，鼓泡速度很慢，可以当作静止流体处理。因此
2020/8/1
• 水在一倾斜管中流动，如附图所示，已知压差计读数 为200mm，试问测量段的阻力为多少？
2020/8/1
4. 在内管为φ180×10mm的套管换热器中,将流量为 3500kg.h-1的某液态烃从 100℃冷却到60℃,其平均比热为 2.38kJ.kg-1.K-1,环隙走冷却水,其进出口温度分别为40℃和 50℃,平均比热为4.17kJ.kg-1K-1,基于传热外面积的总传热 系数K0=1800w.m-2K-1, 设其值恒定,忽略热损失。试求： (1)冷却水用量； (2)分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所 需管长。
可以从压差计读z1 数RR11，求HPG出液（面a高）度Z1，即
z2
R2
HG P
（b）
（2）将式（a）减去式（b）并
经整理得
故
2020/8/1
2. 当20℃的甘油(ρ=1261kg.m-3,μ=1499厘泊)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________.
u22 u12 13733
据连续性方程 u1A1=u2A2
u2
u1
A1 A2
u1
d1 d2
2
u1
0.08 0.02
2
Vs
3600
4
d 12 u1
3600
4
0.082
7.34
132.8m3/h
2020/8/1
• 用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，
贮槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33×103Pa， 蒸发器上部的蒸发室内操作压强为26670Pa（真空度）， 蒸发器进料口高于贮槽内液面15m，进料量为20m3/h， 溶液流经全部管路的能量损失为120J/kg，求泵的有效 功率。管路直径为60mm。
• Q＝KAΔtm
• Q＝7990×4.17×(50-40)=3.332×106kJ.h-1
• ∴ A＝3.332×105/[(1800/1000)×32.75×3600]
•
＝1.57 (m2)
• πｄ0 ｌ＝1.57 • 3.14×0.18×ｌ＝1.57 ∴ ｌ逆＝2.77(m )
• A并＝3.332×106/[(1800/1000)×27.91×3600]＝1.84 (m2)
2020/8/1
3. 如图所示，用内径d＝100mm的管道，从水箱中引水。 如水箱中水面恒定，水面高出管道出口中心高度H＝ 4m，忽略水箱入管道的入口阻力损失。水在管内流动
损失，沿管长均匀发生，hf A-B＝3·ｕ2/（2ｇ）。求： （1）水在管内的流速ｕ及流量Q
（2）管道中点处M的静压强PM。假设AB高度差为3m
2020/8/1
• 冷却水用量
• ｗh Cph (T1 -T2 )＝ｗc Cpc(t2 -t1 ) • 3500×2.38×(100-60)＝ｗc× 4.17×(50-40)
• ｗc ＝7990kg.h-1
• Δt逆＝(50-20)/ｌｎ(50/20)＝32.75℃
• Δt并＝(60-10)/ｌｎ(60/10)＝27.91℃
• 3.14×0.18×ｌ并＝1.84 ∴ ｌ并＝3.26 (m )
2020/8/1
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 ，其下部插入水槽中。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=25mm、h=0.5m时， 试求此时空气的流量为若干m3/h。当地大气压强为 101.33×103Pa。
2020/8/1
• 解：文丘里管上游测压口处的压强为 • p1=ρHggR=13600×9.81×0.025 • =3335Pa(表压) • 喉颈处的压强为 • p2=－ρgh=－1000×9.81×0.5=－4905P（表压） • 空气流经截面1-1'与2-2'的压强变化为
p1 p2 101330 3335 101330 4905 0.079 7.9% 20%
2020/8/1
• 解：取贮槽液面为1―1截面，管路出口内侧为2―2截面， 并以1―1截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程。
＝0.0348 m3.s-1＝125 m3.h-1 （2）列M点与出口截面的柏努利方程
ZM＋PM/ρｇ＋ｕM2 /2ｇ＝Z2＋P2 / ρｇ＋ｕ22 /2ｇ＋∑ｈf M-2 1＋PM /ρｇ＋ｕM2 /2ｇ＝ｕ22 /2ｇ＋3/3×ｕ22 /2ｇ ∵ ｕM＝ｕ2 ∴PM/ρｇ＝3/3×ｕ22 /2ｇ－1
p1
101330 3335
故可按不可压缩流体来处理。
2020/8/1
• 在截面1-1‘与2-2’之间列柏努利方程式，以管道中心线
作损基 失准可水忽平略面，。即两截h f面=间0。无据外此功，加柏入努，利即方W程e=式0；可能写量为
gZ1
u12 2
p1
gZ2
u22 2
Fra Baidu bibliotek
p2
u12 3335 u22 4905 2 1.2 2 1.2
2020/8/1
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（1）列0－0与2－2截面柏努利方程：
Z0＋P0/ρｇ＋ｕ00 /2ｇ＝Z2＋P2/ρｇ＋ｕ22 /2ｇ＋∑ｈf
以2－2截面为基准面，Z2＝0，u0＝0，P0＝P2
∴4＝ｕ22 /2ｇ＋3ｕ22 /2ｇ＝4×ｕ22 /2g
解得 ｕ2＝4.43 m.s-1
∴V＝ｕA＝0.785×0.12×4.43
1.分别由a管或由b管输送空气时，压差计读数分别为R1或R2， 试推导R1、R2分别同Z1、Z2的关系。 2.当（Z1－Z2）＝1.5m，R1＝0.15m，R2＝0.06m时，试求 石油产品的密度ρ及Zio
2020/8/1
解
• （1）在本例附图所示的流程中，由于空气通往石油产
品时，鼓泡速度很慢，可以当作静止流体处理。因此
2020/8/1
• 水在一倾斜管中流动，如附图所示，已知压差计读数 为200mm，试问测量段的阻力为多少？
2020/8/1
4. 在内管为φ180×10mm的套管换热器中,将流量为 3500kg.h-1的某液态烃从 100℃冷却到60℃,其平均比热为 2.38kJ.kg-1.K-1,环隙走冷却水,其进出口温度分别为40℃和 50℃,平均比热为4.17kJ.kg-1K-1,基于传热外面积的总传热 系数K0=1800w.m-2K-1, 设其值恒定,忽略热损失。试求： (1)冷却水用量； (2)分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所 需管长。
可以从压差计读z1 数RR11，求HPG出液（面a高）度Z1，即
z2
R2
HG P
（b）
（2）将式（a）减去式（b）并
经整理得
故
2020/8/1
2. 当20℃的甘油(ρ=1261kg.m-3,μ=1499厘泊)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________.
u22 u12 13733
据连续性方程 u1A1=u2A2
u2
u1
A1 A2
u1
d1 d2
2
u1
0.08 0.02
2
Vs
3600
4
d 12 u1
3600
4
0.082
7.34
132.8m3/h
2020/8/1
• 用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，
贮槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33×103Pa， 蒸发器上部的蒸发室内操作压强为26670Pa（真空度）， 蒸发器进料口高于贮槽内液面15m，进料量为20m3/h， 溶液流经全部管路的能量损失为120J/kg，求泵的有效 功率。管路直径为60mm。
• Q＝KAΔtm
• Q＝7990×4.17×(50-40)=3.332×106kJ.h-1
• ∴ A＝3.332×105/[(1800/1000)×32.75×3600]
•
＝1.57 (m2)
• πｄ0 ｌ＝1.57 • 3.14×0.18×ｌ＝1.57 ∴ ｌ逆＝2.77(m )
• A并＝3.332×106/[(1800/1000)×27.91×3600]＝1.84 (m2)
2020/8/1
3. 如图所示，用内径d＝100mm的管道，从水箱中引水。 如水箱中水面恒定，水面高出管道出口中心高度H＝ 4m，忽略水箱入管道的入口阻力损失。水在管内流动
损失，沿管长均匀发生，hf A-B＝3·ｕ2/（2ｇ）。求： （1）水在管内的流速ｕ及流量Q
（2）管道中点处M的静压强PM。假设AB高度差为3m
2020/8/1
• 冷却水用量
• ｗh Cph (T1 -T2 )＝ｗc Cpc(t2 -t1 ) • 3500×2.38×(100-60)＝ｗc× 4.17×(50-40)
• ｗc ＝7990kg.h-1
• Δt逆＝(50-20)/ｌｎ(50/20)＝32.75℃
• Δt并＝(60-10)/ｌｎ(60/10)＝27.91℃
• 3.14×0.18×ｌ并＝1.84 ∴ ｌ并＝3.26 (m )
2020/8/1
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 ，其下部插入水槽中。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=25mm、h=0.5m时， 试求此时空气的流量为若干m3/h。当地大气压强为 101.33×103Pa。
2020/8/1
• 解：文丘里管上游测压口处的压强为 • p1=ρHggR=13600×9.81×0.025 • =3335Pa(表压) • 喉颈处的压强为 • p2=－ρgh=－1000×9.81×0.5=－4905P（表压） • 空气流经截面1-1'与2-2'的压强变化为
p1 p2 101330 3335 101330 4905 0.079 7.9% 20%
2020/8/1
• 解：取贮槽液面为1―1截面，管路出口内侧为2―2截面， 并以1―1截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程。
＝0.0348 m3.s-1＝125 m3.h-1 （2）列M点与出口截面的柏努利方程
ZM＋PM/ρｇ＋ｕM2 /2ｇ＝Z2＋P2 / ρｇ＋ｕ22 /2ｇ＋∑ｈf M-2 1＋PM /ρｇ＋ｕM2 /2ｇ＝ｕ22 /2ｇ＋3/3×ｕ22 /2ｇ ∵ ｕM＝ｕ2 ∴PM/ρｇ＝3/3×ｕ22 /2ｇ－1
p1
101330 3335
故可按不可压缩流体来处理。
2020/8/1
• 在截面1-1‘与2-2’之间列柏努利方程式，以管道中心线
作损基 失准可水忽平略面，。即两截h f面=间0。无据外此功，加柏入努，利即方W程e=式0；可能写量为
gZ1
u12 2
p1
gZ2
u22 2
Fra Baidu bibliotek
p2
u12 3335 u22 4905 2 1.2 2 1.2