化工原理习题课

2013-10-24
• 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 p 2 101330 3335 101330 4905 0.079 7.9% 20% p1 101330 3335
d 3
d 2 s g ut 18
18 2 Re 18 1.81 105 1 3 4.639 105 m s g 1.205 5000 1.205 9.807
2


2013-10-24
• 4. 对某悬浮液进行恒压过滤。已知过滤时间为300s时， 所得滤液体积为0.75m3，且过滤面积为1m2，恒压过滤 常数K=510-3m2/s。若要再得滤液体积0.75m3，则又 需过滤时间为 多少 解：由 得 q 2qe q K
2013-10-24
（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 ＝0.0348 m3.s-1＝125 m3.h-1
解 (a)每米管长的热损失 r1=0.053/2=0.0265m r2=0.0265+0.0035=0.03m r3=0.03+0.04=0.07 m r4 =0.07+0.02=0.09 m
2013-10-24
(b)保温层界面温度t3
t3=131.2℃
2013-10-24
• 一列管换热器，由φ25×2 mm的136根不锈钢管组成。平 均比热为4.187 kJ/kg.℃的某溶液在管内作湍流流动, 其流 量为15000kg/h, 并由15℃被加热到100℃。温度为110℃ 的饱和水蒸汽在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的 对流传热系数 为520w/m2. ℃, 蒸汽对管壁的对流传热系 数 为 1.16×104w/m2. ℃, 不锈钢管的导热系数λ =17 w/m. ℃, 忽略垢层热阻和热损失, 试求4管程时的列管长 度（有效长度）。
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。
2013-10-24
（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
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•
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？
2013-10-24
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。
d 12 u1 3600

4
0.08 2 7.34 132 .8m 3 /h
2013-10-24
•
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。
（1）若在层流区重力沉降，则水中颗粒直径与空气中颗粒
直径之比为多少。
（2）若在层流区离心沉降，已知旋风分离因数与旋液分离
因数之比为2，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为多 少
2013-10-24
解：(1) 由
得
d 2 s g ut 18
d
所以
dw da
18 u t s g
20 3600 h f =120J/kg u2 1.97m/s 2 0.785 0.06 1.972 120 26670 246.9J/kg We 15 9.81 2 1200
m 泵的有效功率Ne为： Ne=We· s
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20 1200 ws V s 6.67 kg/s 3600
2013-10-24
1、 某液体在一等径直管中始终处于层流装状态流动， 若体积流量wenku.baidu.com变，管内径减小为原来的一半，假定管内 的相对粗糙度不变，则层流时，流动阻力变为原来的
多少倍
解：(1) 由
l u2 64 l u 2 32lu hf du d 2 d 2 d 2
2013-10-24
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· 2/（2ｇ）。求： ｕ （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
s a w s w a

2500 1.205 1.005 10 3 2500 998 .2 1.81 10 5
9.612
2013-10-24
(2) 由
2 d 2 s uT ur 18 R
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
2013-10-24
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 可以从压差计读数R1，求出液面高度Z1，即
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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。
2013-10-24
• 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℃ • 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) • 3.14×0.18×ｌ并＝1.84 ∴ ｌ并＝3.26 (m )
得
hf 2 hf1
2 1 2 2

d1 d1 d1 u2 d 2 4 16 d d d u1 d 2 2 2
2
2
4
2013-10-24
2.两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速 度自由沉降。已知玻璃球的密度为2500kg/m3，水的密度 为998.2kg/m3，水的粘度为1.00510-3Pas，空气的密 度为1.205kg/m3，空气的粘度为1.8110-5Pas。
HG z2 R2 P
（2）将式（a）减去式（b）并 经整理得 故
HG z1 R1 P
（a）
（b）
2013-10-24
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________.
2 uT Kc gR
得
d 2 s ur gKc 18
，
18u r d s gKc
所以
dw da
s a w K ca s w a K cw

2500 1.205 1.005 10 3 2 2500 998 .2 1.81 10 5 1
• 某板框压滤机共有10个框, 框空长、宽各为500 mm, 在一定压力下恒压过滤30min后, 获得滤液5m3, 假设滤 布阻力可以忽略不计, 试求: • (1) 过滤常数K; • (2) 如果再过滤30min, 还能获得多少m3滤液?
2013-10-24
（1）过滤面积
m2
m2/s
m2/s
（2） 过滤获得的滤液量
2 u12 3335 u2 4905 2 1.2 2 1.2
2 2 u2 u1 13733
2 2
据连续性方程

4
d1 A1 0.08 u1A1=u2A2 u2 u1 u1 u1 d A2 0.02 2
Vs 3600
m3
m3
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•
在一φ60×3.5mm的钢管外层包有两层绝热材料，里层 为40mm的氧化镁粉，平均导热系数λ=0.07W/m·℃，外 层为20mm的石棉层，其平均导热系数λ=0.157W/m·℃。 现用热电偶测得管内壁温度为500℃，最外层表面温度 为80℃，管壁的导热系数λ=45W/m·℃。试求每米管长 的热损失及两层保温层界面的温度。
13.593
2013-10-24
• 3. 某一球形颗粒在空气中自由重力沉降。已知该颗粒 的密度为5000kg/m3，空气的密度为1.205kg/m3，空气 的粘度为1.8110-5Pas。则在层流区沉降的最大颗粒直 径为多少。 解：(1) 由
Re
dut

得
Re ut d
而 所以
故可按不可压缩流体来处理。
2013-10-24
• 在截面1-1‘与2-2’之间列柏努利方程式，以管道中心线 作基准水平面。两截面间无外功加入，即We=0；能量 损失可忽略，即 h f =0。据此，柏努利方程式可写为
2 u12 p1 u2 p 2 gZ1 gZ2 2 2
2013-10-24
• 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。
2 u12 p1 u2 p2 gZ1 We gZ2 h f 2 2
式中 Z1=0 Z2=15m p1=0（表压） p2=－26670Pa（表压） u1=0
2
2qe q K q 2
所以
K q 2 5 103 300 0.752 qe 0.625 2q 2 0.75