化工原理习题册

1第一章1.4在大气压力为760[mmHg]的地区,某设备真空度为738[mmHg],若在大气压为655[mmHg]的地区使塔内绝对压力维持相同的数值,则真空表读数应为多少？解：绝对压强=大气压强-真空度=760-738=22[mmHg]大气压为655[mmHg]时:真空度=大气压强-绝对压强=655-22=633[mmHg]1.6容器A.B分别盛有水和密度为900[kg/m3]的酒精,水银压差计读数R为15mm,若将指示液换成四氯化碳（体积与水银相同），压差计读数为若干？ρ水银＝13.6×103[kg/m3]四氯化碳密度ρccl4＝1.594×103[kg/m3]解:等压面1-2,则:即:pA+h1ρ1g=pB+h2ρ2g+RρAg(pA+h1ρ1g)-(pB+h2ρ2g)=RρAg若指示液改为四氯化碳,设四氯化碳密度为ρA',压差读数为R'.R'R,则U型压差管左侧指示剂液面下降(R'-R)/2,右侧指示剂液面上升(R'-R)/2,则新等压面两侧有:pA+ρ1g(h1+(R'-R)/2)=pB+ρ2g(h2-(R'-R)/2)+R'ρA'gR'=(RρA-R/2(ρ1+ρ2))/(ρA'-(ρ2+ρ1)/2)=(0.015×13600-0.015/2×(1000+900))/(1594-(1000+900)/2)=0.295m1.8如图所示,水从倾斜管中流过，在断面A和B间接一空气压差计，其读数R=10mm，两测压点垂直距离a=0.3m，试求A,B两点的压差等于多少？解:取1-2为等压面p1=pA-h1ρ水gp2=pB-(h2-R)ρ水g-Rρ空气gp1=p2,忽略ρ空气,pA-pB=(h1-h2)ρ水g+Rρ水g=0.3×1000×9.81+0.01×1000×9.81=3.04×103(N/m2)1.9密度ρ=892Kg/m3的原油流过图示的管线,进入管段1的流量为V=1.4×10-3[m3/s]。计算：(1)管段1和3中的质量流量；(2)管段1和3中的平均流速；(3)管段1中的质量流速。.解:(1)w1=V1.ρ=1.4×10-3×892=1.249[kg/s]2w3=w1/2=0.6245[kg/s](2)u1=V1/A1=1.4×10-3/((π/4)×d12)=1.4×10-3/(0.785×0.052)=0.713(m/s)u3=(V1/2)/A3=1.4×10-3/(2×(π/4)×d32)=1.4×10-3/(2×0.785×0.0332)=0.819(m/s)(3)G1=w1/A1=1.249/(0.785×0.052)=637.2(kg/m2.s)1.10某厂用Φ125×4mm的钢管输送压强P=20at(绝压)、温度t=20℃的空气，已知流量为6300[Nm3/h](标准状况下体积流量)。试求此空气在管道中的流速、质量流量和质量流速。(注：at为工程大气压，atm为物理大气压)。解:V=(6300/3600)×(1.033/20)×(293/273)=0.097(m3/s)u=V/0.785d2=0.097/(0.785×0.1172)=9(m/s)ws=(6300/3600)×(29/22.4)=2.266(kg/s)G=ws/A=2.266/0.785d2=2.266/(0.785×0.1172)=210.87kg/m2.s1.13在图示的管路中，水槽液面高度维持不变，管路中的流水视为理想流体，试求：(1)管路中水的流速；(2)管路中A、B、C各点的压强。解:(1).在1-1与2-2截面列柏努利方程:2222222111upgZupgZ式中:u2为出口管内侧速度,u1为水槽中流速≈0表压:p1=p2=0;Z2=0,取为基准面,Z1=5m将所有数值代入上式,得到u2=(2g(Z1-Z2))1/2=(2×9.81×5)1/2=9.9(m/s)(2).求A、B、C处的压强A点压强:题13附图pA/ρ=W-gZA-uA/2=5g-4g-5g=-4pA=-4×1000×9.81=-3.924×104(N/m2)(或-4mH2O)式中W为水槽内每Kg水的总机械能,根据题给条件,W=5g(J/kg),理想流体总的机械能守恒,管路中各点的总机械能皆为W。(uA)2/2等于第一项中(u2)2/2,(uA)2/2=(u2)2/2=Z1g=5g.B点压强:pB=ρ(w-gZB-(uB)2/2)=1000×(5g-(-1g)-5g)=1000×9.81×1=9810(N/m2)(或1mH2O)C点压强:pC=ρ(w-gZC-(uC)2/2)=1000×(5g-3g-5g)=-1000×9.81×3=-2.943×104(N/m2)(-3mH2o)31.14在图示管线中的A点接一U管压强计，指示液为水，管内流体密度ρ=800[kg/m3],管子内径为100mm。当阀全关时,R1为300mm,阀门开启后,读数R2为100mm。若管内流体视为理想流体，且贮槽中流体面维持恒定，管内流速为多少？解:设阀关闭时,A点离U型压差计左侧指示液面距离为h,压差读数为R,阀门开启时,R变为R',h变为h'.阀关闭时,A点压强为:pA=RρCg-hρg阀开启时,A点压强为:pA'=R'ρAg-h'ρgA点静压强变化为:pA-pA'=(R-R')ρAg-(h-h')ρg注意:h-h'=(R-R')/2=100mm∴pA-pA'=(0.3-0.1)×1000×9.81-0.1×800×9.81=1177.2[N/m2]A点静压变化即等于动压变化,于是:u2/2=(pA-pA')/ρu=(2×(pA-pA')/ρ)1/2=(2×1171.2/800)1/2=1.72(m/s)1.15水以60[m3/h]的流量在一倾斜管中流过,此管的内径由100mm突然扩大到200mm。如图所示,A、B两点的垂直距离为0.2m,在此两点间连接一U管压差计，指示液密度为1630[kg/m3],若忽略阻力损失,试求:(1).管两侧指示液液面哪侧高,R为多少？(2).若将上述管路水平放置,压差计读数有何变化？解:(1).求U管压差读数R;在A、B二截面列柏努利方程:ZAg+pA/ρ+(uA)2/2=ZBg+pB/ρ+(uB)2/2+∑hfuA=60/(3600×0.785×(0.1)2)=2.1(m/s)uB=uA(dA/dB)2=2.1(1/2)2=0.53(m/s)pA-pB=((uB2-uA2)/2)ρ+(ZB-ZA)ρg由U管压差两侧的等压面可得:pA+xρg+Rρg=pB+(0.2+x)ρg+RρAgpA-pB=Rg(ρA-ρ)+0.2ρg；Rg(ρA-ρ)=((uB2-uA2)/2)ρR=((uB2-uA2)/2)ρ/(g(ρA-ρ))=((0.532-2.12)/2)×1000/（9.81×630）=-0.334m=-334(mm)(2).水平放置,U管压差计读数R有何变化?若水管水平放置,B截面位压头减少0.2m水柱但静压头增加0.2m水柱,故R不变.1.17如图所示,将密度为1200[kg/m3]的碱液从碱液池中用离心泵打入塔内,塔顶表压为0.6[kgf/cm2]。流量为15[m3/h],泵的吸入管阻力为[2m碱液柱],排出管阻力(包括出入口等所有局部阻力)为5[m碱液柱],试求:(1)泵的压头;(2)若吸入管内的流速为1[m/s],则泵真空表的读数为多少毫米汞柱？4解:(1)求泵的压头在1-1'与2-2'截面间列柏努利方程21,2222211122feHgugpZHgugpZ式中:Z1=0,Z2=10m;p1=0,p2=0.6×9.81×104N/m2Hf,1-2=2+5=7m,u1≈0,u2≈0将上述数据代入上式:He=10+0.6×9.81×104/(1200×9.81)+7=22(m液柱)(2)求真空表读数在1-1'与3-3'截面列柏努利方程31,2333211122feHgugpZHgugpZ式中:Z1=0,Z3=2m;p1=0,u1=0,u3=1m/s,Hf,1-3=2[m液柱]将所有数据代入上式,得到:p3=-(Z3+u32/2g+hf,1-3)ρg=-(2+1/(2×9.81)+2)1200×9.81=-47688(N/m2)=-47688/133.3=-357.8mmHg（表压）即真空度为357.8mmHg1.18图示一冷冻盐水循环系统,盐水循环量为45(m3/h),流体经管路的压头损失从A到B段为9[m液柱],自B至A的一段为12[m液柱],盐水的密度为1100[kg/m3],求:(1)泵的实际功率(轴功率)为多少[kw]？设泵的效率为0.65。(2)A处压强表读数为1.5[kgf/cm2],则B处压强表读数为多少[kgf/cm2]？解:(a)求泵的实际功率:以管路中的任一截面同时作上.下游的截面,则Z=0,△U=0,△p=0,故He=Hf=9+12=21[m液柱]We=He×g=21×9.81=206[J/kg]Ne=ms×We=45×1100×206/3600=2832.5w泵的实际功率即轴功率为:N=Ne/η=2832.5/0.65=4358w=4.358[kw](b)求B处压强表读数:以A为1截面,B为2截面,在1、2截面间列柏努利方程:ZAg+pA/ρ+uA2/2=ZBg+pB/ρ+uB2/2+hf(A-B)uA=uB,ZB-ZA=7mhf(A-B)=9×9.81=88.3[J/kg],pA=1.5[kgf/cm2]=1.5×9.81×104=14.7×104[N/m2]ρ=1100[kg/m3]代入上式,pB/ρ=14.7×104/1100+(-7×9.81)-88.3=-23.3[J/kg]pB=-23.3×1100=25630[N/m2]=-25630/98100=-0.26[kgf/cm2]5故B处为真空表,其真空度等于负表压,即为0.26[kgf/cm2].1.19图示为某泵的一段吸水管,内径为200mm,管下端浸入水池液面以下2m,管口处装有带滤网的底阀,其阻力损失相当于10(u2/2),在吸水管距水面3m处装有真空表,其读数为350[mmHg],若从A至B点的阻力损失为0.1(u2/2),试求:(1)吸水管内的流量为若干?(2)A点的压强为多少?解:(1)求吸入管内的流量:由水池面(管外)1-1'至B截面列柏努利方程fBBBhupgZupgZ2222111Z1=0,p1=0,u1=0ZB=3,pB-350×133.3=-46655[N/m2](真空度=负表压)hf=0.1×u2/2+10(u2/2),将上列数据代入柏努力方程:令uB=u则:0=3×9.81+u2/2-46655/1000+0.1×u2/2+10×u2/2解得:u=1.76[m/s]流量Vs=0.785×0.22×1.76=0.055[m3/s]=198[m3/hr](2).求A点的压强:由A至B两截面列柏努利方程:fBBBAAAhupgZupgZ2222取A为基准面,ZA=0,ZB=5m,pB=-350mmHg=-46665[N/m2]uA=uB=u,hf=(1/10)(u2/2),将数据代入上式.pA/1000=5×9.81-46665/1000+0.1×(1.762/2)∴pA=2540[N/m2]1.2190℃的水流过内径为20mm的管道,问水的流速不超过那一数值则流动为层流?若管内流动为90℃的空气,则此一数值应为多少?解:滞流时,Re数的最大值为:Re=duρ/μ=2000,则管中流速不超过:u=2000μ/dρ对于90℃的水:u=2000×31.48×10-5/(0.02×0.965)=0.0326[m/s]对于90°c的空气:u=2000×2.15×10-5/(0.02×0.972)=2.21[m/s]1.25温度为20℃的液苯从贮槽中用泵送到反应器,要经过长4m、Φ57×2.5mm的钢管,管路上有两个90o弯头,