化学工程习题答案 -
更新时间:2023-09-17 15:41:01 阅读量: 幼儿教育 文档下载
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化学工程习题答案
第二章 流体流动与输送
1,2、(略)
3、在附图所示的气柜内盛有密度为0.80kg·m-3的气体,气柜与开口U形管压差计相连,指示液水银面的读数R为0.4m,开口支管水银面上灌有一段高度R’为0.01m清水。左侧水银面与测压口中心线垂直距离h=0.76m试求测压口中心截面处的绝对压强。(当地大气压强为1.0133×105Pa)
解:设大气压强为pa,测压口中心截面上绝对压强为pA,取水的密度ρH2O =1000kg·m-3,水银密度ρHg =13600 kg·m-3,以图中的m及n面为参考面计算:
pm=pA+h·ρ气·g (1)
pn=pa+R’ ·ρH2O·g+R·ρHg·g
(2)
因pm=pn 联立(1)、(2)式并整理得: pA=pa+R’ ·ρH2O·g+R·ρHg·g-h·ρ气·g
(3)
=1.0133×105+0.01×1000×9.81+0.4×13600×9.81-0.76×0.8×9.81 =154788.5Pa≈1.55×105Pa
由于ρ气<ρHg及ρ气<ρH2O,且R’值很小,故在工程计算中往往略去式(3)中R’ ρH2Og及 hρ气g两项,即将式(3)简化为:
pA=pa+ RρHg g=1.0133×105 Pa +0.4×13600×9.81 Pa =154788.5Pa≈1.55×105Pa
4、用U形管压力计测容器内的压力(如附图)。在图(1)的情况下,器内的绝压、表压各是多少毫米汞柱?图(2)的情况下,器内的绝压和真空度各是多少毫米汞柱?
(1大气压=760毫米汞柱) 解:(1)p表压=200mmHg
p绝压=760mmHg +200mmHg =960mmHg (2)p真空度=200mmHg
p绝压=760mmHg-200mmHg =560mmHg
5、用高位槽向反应器加料,料液密度为900kg·m-3,加料管尺寸为φ108mm×4mm,高位槽液面恒定,反应器内压强为4×104Pa(表压)。要求加料量为40m3·h-1,若料液在管内流动的能量损失为20.0J·kg-1,试求高位槽液面应比加料管出口高多少?
解:取高位槽液面为1-1’截面,加料管出口为2-2截面,并以2-2’截面为基准面,列柏努利方程
2p1u12p2u2'z1???He?z2????Hf
ρg2gρg2g由题意:z1=h, z2=0
1
化学工程习题答案
加料管内径:d=0.108 m-2×0.004 m =0.1m 高位槽液面恒定,故u1=0
q40u2?v?m?s?1?1.42m?s?1 2π23600?0.785?0.1d4压强统一用表压计算,p1=0,p2=4.0×104Pa ρ=900 kg·m-3,He=0,Σhf=20.0J·kg-1 将各项数值代入柏努利方程中
1.4224.0?1049.81h/m???20.0
2900解得:h=6.67m
即:高位槽液面应比加料管出口高6.67m
6、水平通风管道某处的直径自0.50m渐缩至0.25m,为了粗略估计管道内空气的流量,在锥形管两端各引出一个测压口与U形管压左计相连,用水作指示液测得读数R为0.05m,若空气流过锥形管的阻力可忽略不计,求空气的体积流量。(空气的平均密度为1.21 kg·m-3)
解:通风管内空气温度不变,压强变化很小,只有0.05米水柱,可按不可压缩流体处理。
以管道中心线作基准水平面,在截面1-1’与2-2’之间列柏努利方程,此时z1=z2,因两截面间无外功加入,故He=0,能量损失忽略不计,则Σhf=0。
2u12p1u2p所以方程简化为:???2
2ρ2ρp1-p2可由U形管压差计读数求取:
p1-p2=ρ0gR=1000×9.81×0.05Pa=490.5 Pa
2?u12?所以:u22(p1-p2)2?490.52?22?m?s?810.74m?s?2 (1) ρ1.21u2?u1(0.52)?4u1 0.25 (2)
将式(2)代入式(1)得:(4u1)2?u12?810.74m2?s?2
u1=7.35m·s-1
空气的体积流量为:
ππqv?d12u1??0.52?7.35m3?s?1?1.44m3?s?1
44
7、水喷射泵的进水管内径为20mm,水的流量为0.6m3·h-1,进水压强为0.3Mpa(绝对压强),喷嘴的内径d2为3mm,当时大气压为1.013×105Pa,问喷嘴处理论上可产生多大的真空度?
说明:入水口和喷嘴间的位差及水流经喷嘴的阻力损失可以忽略不计。 解:取喷射泵进水口为1-1’截面,喷嘴处为2-2’截面,因位差忽略,z1=z2,
2
化学工程习题答案
又Σhf=0
2u12p1u2p则柏努利方程为:???2
2ρ2ρqV0.6?m?s?1?0.53m?s?1 A13600?π?0.0224q0.6u2?V?m?s?1?23.59m?s?1
A23600???0.003245
p1=3×10Pa
因水的密度ρ=1000kg·m-3,得:
u1?2ρu12ρu2p2?p1??221000?0.5321000?23.592 ?300000Pa?Pa?Pa
22 ?21896.4Pa喷嘴处真空度为:p真空度=101300 Pa-21896.4 Pa =7.9×104Pa
这是理论上的计算值,实际真空度比理论值低,因为有流体阻力存在。
8、某流体在内径为0.05m的管内流动,流速为0.4m·s-1,已知流体的密度为1800kg·m-3,粘度为2.54×10-2Pa·s,试计算流体流过200米长直管的能量损失hf及压强降Δp。
解:Re?duρ0.05?0.4?1800??1417 μ2.54?10?2因 Re<2×103,故为滞流 6464??0.045 所以:λ?Re1417Lu22000.42hf?λ?0.045??J?kg?1?14.4J?kg?1
d20.052其压强降为:Δp1=ρhf=1800×14.4 Pa =25920Pa
9、判断流速为1.00 m·s-1的水在内径为2英寸管(0.05m)中的流动形态。已知:ρ=1000 kg·m-3,μ=1.00×10-3Pa·s。
解:Re?du???0.05?1000?5?104 ?31?10因Re>4000,所以为稳定湍流。
10、某物料在直径为φ45mm×2.5mm的钢管内流动,若物料的质量流量为6000kg·h-1,试判断物料在管中的流动形态。(已知物料的密度为900 kg·m-3,
3
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3.60×10-3Pa·s)
qm/?6000/900解:u??m?s?1?1.47m?s?1 2π2d?36000.785?(0.04)?36004Re?du???0.04?1.47?900?1.47?104?4000 ?33.60?10所以为湍流
11、在内径为80mm的钢管中,安装孔径为20mm的孔板,用来测量管中水的流量。接在孔板两侧测压孔的水银压强计的读数R=80厘米汞柱,求水在钢管中的流速和流量。(孔流系数C0取0.61)
解:水银的密度ρ0=13600 kg·m-3 水的密度ρ=1000 kg·m-3
水流经孔板的流速为:u0?c02gR(ρ0?ρ) ρ?0.61求水的平均流速:
2?9.81?0.8(13600?1000)m?s?1?8.58m?s?1
1000π?0.022Au1?u0?0?8.58?4m?s?1?0.54m?s?1
πA1?0.0824?因此水的体积流量:qV?u0A0?8.58??0.022m3?s?1
4=0.0027m3·s-1 = 9.7m3·h-1
12、某车间用压缩空气送密度为1840 kg·m-3的浓硫酸,每批压送量为0.8m3,要求20分钟内压送完毕,用内径φ32mm的钢管压送,管子出口与酸槽液面间的垂直距离为20m,输送过程中能量损失为10J·kg-1,试求开始压送时压缩空气的表压强(Pa),(管路中没有外加功,管中出口与大气相通)。
解:以酸槽液面1-1’作为基准面,在1-1’和2-2’两截面间列出柏努利方程
2p1u12p2u2z1???z2????Hf
ρg2gρg2g2(u2?u12)?ρ?p2?ρg?Hf 得:p1?(z2?z1)ρ?g?2已知:z1=0 u1≈0 p2=0(表压) z2=20m d内=0.032m
0.8qV?m3?s?1?6.7?10?4m3?s?1
20?60 4
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qV6.7?10?4?1?1u2??m?s?0.833m?s
π20.785?0.0322d40.8332p1?(20?0)?1840?9.81Pa??1840Pa?1840?10Pa=3.8×105Pa
2
13、某车间的开口贮槽内盛有密度为1200 kg·m-3的溶液,今用泵3将溶液从贮槽1-1’输送至常压吸收塔的顶部,经喷头2喷到塔1内以吸收某种气体,如图所示。已知输送管路与喷头2连接处的表压强为2×104Pa,连接处高于贮槽液面16m,用φ57mm×2.5mm的钢管输送,送液量为18m3·h-1,已测得溶液流经管路的能量损失为160J·kg-1(不包括流经喷头的能量损失),泵的效率为0.65,求泵的轴功率。(贮槽液面维持恒定)
解:贮槽液面维持恒定,故本题属于定态流动
取1-1’面(贮槽的液面)为基准面,在1-1’与2-2’面(管道与喷头连接处)间列柏努利方程,即:
2p1u12p2u2gz1???He?gz2????hf
ρ2ρ2其中:z1=0 u1≈0 p1=0(表压) z2=16m
18u2?m?s?1?2.36m?s?1
?3600?(0.052)24p2=2×104Pa(表压) ?hf?160J?kg?1
2?1042.362?1J?kg?J?kg?1?160J?kg?1 所以:He?9.81?16J?kg?12002?1 ?336.4J?kg?1
18?1200kg?s?1?6kg?s?13600PHe?qm336?.46?W?3105.2 3W P?e?ηη0.65?3.11kWqm?
14、某化工厂用泵将粘度为μ=8.3×10-4Pa·s,密度为1250kg·m-3的物料以12m3·h-1的流量从敞口的地面贮槽送到敞口高位槽中(贮槽和高位槽液面恒定),如图所示。输送管道为φ59mm×3mm的钢管(光滑管),管长共计20.0m,管路系统有10个90o标准弯头,全开闸阀2个,摇板式止逆阀1个,试求泵所需要的扬程(水柱高度表示)。(已知:z1=2.0m,z2=14.0m)
解:已知μ=8.3×10-4Pa·s,ρ=1250kg·m-3,l=20.0m,z1=2.0m,z2=14.0m
5
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