化工原理(课后大题)
更新时间:2024-06-12 01:52:01 阅读量: 综合文库 文档下载
化工原理(大题目)
绪论
第一章 流体流动
流体的压力
【1-2】某设备进、出口的表压分别为-12kPa和157kPa,当地大气压力为101.3kPa。试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。
解 进口绝对压力 p进?101.3?12?89.3 kPa
出口绝对压力 p出?101. 3?157?258.3 kPa 进、出口的压力差
?p?157?(?12)?157?12?169kPa 或 ?p?258. 3?89. 3?169 kPa
流体的密度
【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中,正庚烷的摩尔分数为0.4,试求该混合液在20℃下的密度。
解 正庚烷的摩尔质量为100kg/kmol,正辛烷的摩尔质量为114kg/kmol。 将摩尔分数换算为质量分数 正庚烷的质量分数 ?1?0.4?100?0.369
0.4?100?0.6?114正辛烷的质量分数 ?2?1?0.369?0.631
从附录四查得20℃下正庚烷的密度?1?684kg/m3,正辛烷的密度为?2?703kg/m3 混合液的密度 ?m?10.3690.631?684703?696kg/m3
流体静力学
【1-9】如习题1-9附图所示的测压差装置,其U形压差计的指示液为水银,其他管中皆为水。若指示液读数为R?150mm,试求A、B两点的压力差。
解 等压面1?1',p1?p'1
p1?pA?H?水g
p'1?pB??0.5?H?R??水g?R?汞g
习题1-9附图
由以上三式,得
pA?pB?R?汞g??0.5?R??水g
已知R?0.15m,?汞?13600kg/m3, pA?pB?0.15?13600?9.81??0.5?0.15??1000?9.81
流量与流速
【1-12】有密度为1800kg/m3的液体,在内径为60mm的管中输送到某处。若其
8m/s,试求该液体的体积流量(m3/h)、质量流量?kg/s流速为0.?与质量流速
?kg/?m2?s??。
??解 (1) 体积流量 qV??4d2u??4?0.062?0.8?2.26?10?3m3/s?8.14 m3/h
(2) 质量流量 qm?qV??2.26?10?3?1800?4.07 kg/s (3) 质量流速 ?=qm4.07==1440 kg/(m2?s) A??0.0624连续性方程与伯努利方程
【1-17】如习题1-17附图所示的常温下操作的水槽,下面的出水管直径为?57mm?3.5mm。当出水阀全关闭时,压力表读数为
30.4kPa。而阀门开启后,压力表读数降至20.3kPa。设压力表之前管路中的压头损失为0.5m水柱,试求水的流量为多少m3/h?
解 出水阀全关闭时,压力表读数30. 4kPa(表压)能反映出水槽的水面距出水管的高度h
h?p表习题1-17附图
3?g?30.4?10?3.1m
103?9.81p2?20.3kPa(表压) 阀门开启后,压力表读数 从水槽表面至压力表处的管截面列出伯努利方程,以求出水管的流速u2
2p2u2 Z1?++?Hf
?g2gZ1?h?3.1m,?Hf?0.5m水柱
2u220.3?1033.1?3??0.5
10?9.812?9.81u2?3.23m/sd?0.05m
水的流量 qV??4d2u2??4?0.052?3.23?6.34?10?3m3/s?22.8 m3/h
雷诺数与流体流动类型
【1-23】 (1)温度为20℃、流量为4L/s的水,在?57mm?3.5mm的直管中流动,试判断流动类型;(2)在相同的条件下,水改为运动黏度为4.4cm2/s的油,试判断流动类型。
解 (1) d?0.05m, qV?4?10?3m3/s,??1.005?10?3Pa?s,??998.2kg/m3 流速 u?qV?24?10?3?4d?4?2.038 m/s
2?(0.05)雷诺数 Re?du???0.05?2.038?998.2?1.01?105?4000为湍流 ?31.005?10(2) v?4.4cm2/s?4.4?10?4 m2/s 雷诺数 Re?du0.05?2.038??232?2000为层流 v4.4?10?4管内流体流动的摩擦阻力损失
/h,在直径?57mm?3.5mm、长为100m的【1-28】水的温度为10℃,流量为330L/h,直管中流动。此管为光滑管。(1)试计算此管路的摩擦损失;(2)若流量增加到990L试计算其摩擦损失。
解??1.3 水在10℃时的密度??9.9k/9g37,m 100黏度
?3?0P6a,1?s0d.? ,,光滑管。m?0l0 5m/h (1) 体积流量 qV?330L/h?0.33m3流速 u?qV3600??4?d20.333600??4?0.0467 m/s
2?0.05雷诺数 Re?du???0.05?0.0467?999.7?1787层流
1.306?10?3摩擦系数 ??6464??0.0358 Re1787lu2100(0.0467)2摩擦损失 hf???0.0358??=0.0781 J/kg
d20.052/h (2) 体积流量 qV?990L/h?0.99 m3因流量是原来的3倍,故流速u?0.0467?3?0.14 m/s 雷诺数Re?1787?3?5360湍流
对于光滑管,摩擦系数?用Blasius 方程式计算
??0.31640.3164??0.037 Re0.25(5360)0.25也可以从摩擦系数?与雷诺数Re的关联图上光滑管曲线上查得,??0.037。 lu2100(014.2)摩擦损失 hf??=0.037??=0.725 J/kg
d20.052管路计算
【1-35】用?168mm?9mm的钢管输送流量为60000kg/h的原油,管长为100km,油管最大承受压力为15.7MPa。已知50℃时油的密度为890kg/m3,黏度为181mPa?s。假设输油管水平铺设,其局部摩擦阻力损失忽略不计,试问为完成输油任务,中途需设置几个加压站?
m, l?解 d?0.1510k0m,mq ?600k/ 0g0h??890kg/m3,??181mPa?sqV?u? 60000/3600=0.01873 m3/s890qV?4?20.01873d?4?1.06m/s
?0.152Re?du???0.15?1.06?890?782层流
181?10?36464??0.0818 Re782??因为是等直径的水平管路,其流体的压力降为
lu2100?1031.062?p???hf???=890?0.0818??=2.73?107Pa?27.3 MPa
d20.152油管最大承受压力为15.7MPa 加压站数 n?27.3 ?1.7415.7需设置2级加压,每级管长为50km,每级的?p?27.3/2?13.65MPa,低于油管最大承受压力。
第二章 流体输送机械
离心泵特性
【2-1】某离心泵用15℃的水进行性能实验,水的体积流量为540m3/h,泵出口压
力表读数为350kPa,泵入口真空表读数为30kPa。若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为350mm,吸入管与压出管内径分别为350mm及310 mm,试求泵的扬程。
解 水在15℃时??995.7kg/m3,流量qV?540m3/h 压力表pM?350kPa,真空表pV??30kPa(表压)
m 压力表与真空表测压点垂直距离h0?0.35管径d1?0.35m,d2?0.31m
流速 u1? V??2?42q540/36004?(0.35)2 ?1.56m/s
d1?d??0.35?u2? u1?1? ?1.56????1.99m/s d0.31???2?2pM?pVu2?u12?扬程 Η?h0? ρg2g2350?103?(?30?103)(1.99)2?(1.56)2 ?0.35? ?995.7?9.812?9.81 ?0.35?38.9?0.078?39.3m 水柱
【2-3】某台离心泵在转速为1450r/min时,水的流量为18m3/h,扬程为20m(H2O)。试求:(1)泵的有效功率,水的密度为1000kg/m3; (2)若将泵的转速调节到1250r/min时,泵的流量与扬程将变为多少?
3 水柱,??1000kg/m解 (1)已知qV?18m3/h,H?20m
有效功率 Pe?qV?gH?18?1000?9.81?20?981W 3600(2) 转速 n1?1450r/min时流量qV1?18m3/h,扬程H1?20m H2O柱
n2?1250r/mi n转速 流量 qV2?qV1n21250?18??15.5m3/h n1145022?n??1250?扬程 H2?H1?2??20????14.9m HO2柱 n1450???1?离心泵的选用
【2-12】有一台离心泵的额定流量为16.8m3/h,扬程为18m。试问此泵是否能将密度为1060kg/m3,流量为250L/min的液体,从敞口贮槽向上输送到表压为30kPa的设备中?敞口贮槽与高位设备的液位垂直距离为8.5m。管路的管径为?75.5mm?3.75mm,管长为124m(包括直管长度与所有管件的当量长度),摩擦系数为
0.03。
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