化工原理长理习题课

泵的有效功率Ne为： Ne=We·ms
2020/5/2
w s V s2 0 3 6 1 0 2 0 0 06 .6 7 k g /s
• 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?
p 1
10 3 1 3 3 3 3 5 0
故可按不可压缩流体来处理。
2020/5/2
• 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
g1Zu21 2p 1g2 Zu22 2p 2
u12 3335u22 4905 2 1.2 2 1.2
2020/5/2
• 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
q22qeqK得
2qeqKq2
所以
qeK 2 qq25 1 3 0 2 3 0 .70 0 5 .0 725 0 .625
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
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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
u22 u12 13733
据连续性方程 u1A1=u2A2 u2u1A A1 2u1d d1 22u10 0..0 02 8 2
V 3 s 6 4 d 1 2 u 0 1 3 0 6 4 0 . 0 0 2 7 0 8 .3 1 4 .8 m 3 3 /h 2
2020/5/2
• 用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，
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
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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________.
d2s uT2
18 R
Kc
u
2 T
gR
得
ur d21Hale Waihona Puke Baidu8gKc
， d
18ur
s gKc
所以
d d w a s s w a w a K K c cw a 2 25 5 1 9 .2 0 0 .2 9 0 1 1 0 .0 0 .8 8 5 1 0 1 1 5 3 0 5 0 1 2 1 .5 39
• 3.14×0.18×ｌ并＝1.84 ∴ ｌ并＝3.26 (m )
2020/5/2
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。
2020/5/2
1、 某液体在一等径直管中始终处于层流装状态流动， 若体积流量不变，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
hf dl u22 d6u4dl u22 3d 2 l2u
得
h h ff1 2u u 1 2 d d 1 2 2 2 d d 1 2 2 d d 1 2 2 d d 1 2 424 16
2020/5/2
解：(1) 由 得
ut
d2s g
18
d
18ut
s g
所以
d d w as s a w w a2 25 5 1 9 .2 0 0 .2 9 0 0 0 1 1 .0 .8 8 5 0 1 1 1 5 3 5 0 0 9 .61
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(2) 由
ur
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• 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℃
2020/5/2
• 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？
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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。
解：由
d1
d2 2
，得
u2 u1
dd12
2
12 2
1 4
，
所以
d2u2
Re2 Re1
d1u1
d2 d1
u2 u1
2 1 1 42
所以
1 Re2 2Re1 900
所以
1
64 64 0.0356
R1e 1800
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，
所以 所以
2
l2 d2
u
2 2
2g
H f2
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• 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
ut
Re d
而
ut
d2s g
18
所以
d 31 s 2 8 R g e 3 1 .2 1 0 5 1 8 .8 5 0 1 1 .1 2 5 0 2 0 0 9 1 . 0 8 5 0 4 .6 7 1 3 5 m 0 9
＝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
g1Z u 2 1 2p 1 W eg2Z u 2 2 2p 2 h f
式中 Z1=0 Z2=15m p1=0（表压） p2=－26670Pa（表压） u1=0
20
u2 0.7835600.0062 1.97m/s h f =120J/kg W e 1 9 5 .8 1 1 .9 2 27 1 2 2 10 6 2 2 6 0.9 4 J 7 0/6 0 kg
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。
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2020/5/2
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。 （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
2020/5/2
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
• 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)
解 (a)每米管长的热损失
2020/5/2
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
(b)保温层界面温度t3
t3=131.2℃
2020/5/2
• 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）。
2020/5/2
（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
q 2 2 q eq1 .5 2 2 0 .6 2 1 .5 5 825
K
5 1 3 0
8 2 35 050 s 25
2020/5/2
5. 某流体在水平串联的两直管1、2中稳定流动，已知，
，降为d01.64dm2液/2柱，l1 流1。径0m 今0管测R道e1得2的1该压8流0力0体降流为径0管.06道4m1的液压柱力， 试计算管道2的长度。
2020/5/2
（1）过滤面积
m2/s
（2）
过滤获得的滤液量
m2 m2/s
m3 m3
2020/5/2
• 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。
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。
2020/5/2
• 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。
2020/5/2
• 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
p 1 p 2 10 3 1 3 1 3 3 0 3 4 5 1 0 9 0 . 0 3 0 7 7 3 . 9 % 5 9 2 0 % 0