化工原理第1章答案----流体流动

第一章流体流动习题答案第页1第一章流体流动1．若将90kg相对密度为0.83的油品与60kg相对密度为0.71的油品混合，试求混合油的密度。解：)/(777710608309060903mkgm2．试计算空气在-40℃和41kPa(真空度)下的密度和重度，大气压力为1.013×105Pa。解：335/902.0)4015.273(831429)104110013.1(mkgRTpM33/902.0/85.881.9902.0mkgfmN3．燃烧重油所得的燃料气，经分析测知其中含生8.5%CO2，7.5％02，76％N2，8%H20(均系体积百分率)。试求温度为500℃，压力为1.013×105Pa时，该混合气体的密度。解：3/693.0)50015.273(8314441013002mkgRTpMCO3/504.0)50015.273(8314321013002mkgRTpMO3/441.0)50015.273(8314281013002mkgRTpMN3/284.0)50015.273(8314181013002mkgRTpMOH3/455.0mkgxiVim第一章流体流动习题答案第页24．烟道气的组成约为含13％CO2，11％H20，76％N2(均系体积％),计算400℃时常压烟道气的粘度。解：cpMyMyiiiiim62/12/12/12/162/162/162/12/1101.302876.01811.04413.028100.3176.018100.2311.044100.3013.05．液体混合物的组成为乙烷40％和丙烯60％(均为摩尔百分率)，计算此液体混合物在-100℃时的粘度。乙烷和丙烯在-100℃时的粘度分别为0.19mPa·s和0.26mPa·s。解：6395.026.0lg6.019.0lg4.0lglgiimxSmPam229.06．某流化床反应器上装有两个U形管压差计，如本题附图所示。测得R1＝400mm，R2＝50mm指示液为汞。为防止汞蒸气向空间扩散，在右侧的U形管与大气连通的玻璃管内装入一段水，其高度R3＝50mm。试求A、B两处的表压力。解：05.081.91360005.081.91000232gRgRpHgOHAmmHgkPaPa7.5316.71016.73第一章流体流动习题答案第页37．如本题附图所示的汽液直接接触混合式冷凝器，水蒸气被水冷凝后的凝液和水一起沿气压管流入敞口水池并连续排至地沟。冷凝器上真空表的读数为80kPa，大气压力为98kPa。为了防止水池中的水倒流到冷凝器，试问气压管内的液柱高度H应不小于多少m。(气压管及其出口的阻力损失可忽略不计)。解：容器中的压力为：kPap1880981由静力学方程：aOHpgHp21mgppHOHa15.881.910001018983128．用一多U形管压差计测定水流管路中A、B两点的压差，压差计的指示液为汞，两段汞柱之间充满水，如本题附图所示。今测得hl＝1200mm，h2＝1300mm，Rl＝900mm，R2＝950mm，试向A、B两点问的压差p为多少Pa?第一章流体流动习题答案第页4解：由静力学方程：11222211222RhhggRRhgpgRghpOHHgOHBHgOHA21212122RRgRRgRRgpppOHHgOHHgBAPa51029.295.09.081.91000136009．用一如图1-13所示的双液体微差压差计来测量输送甲烷管路中某一段的压差，压差计读数为200mm，压差计中的双指示液为四氯化碳和水，相对密度分别为1.6和1.0，U型管内径为6mm，扩大室直径为60mm，试求该段压差p为多少mmH20。(1)忽略扩大室中液面变化；(2)考虑扩大室中液面变化；(3)两种情况下的测量误差为多少?解：⑴如忽略扩大室中液面的变化，则可按如下公式计算：OmmHPagRpBA230.1201018.181.9100016002.0第一章流体流动习题答案第页5⑵如考虑扩大室中液面的变化，则：81.91000606100016002.022gDdRpBBAOmmHPa230.1221020.1⑶二者误差为：%64.1%1000.1221200.122l0．在如本题附图所示的贮油罐中装有密度为960kg/m3的油品，油面距罐底的高度为9.6m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760mm的人孔，其中心距罐底800mm，人孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23Mpa，问至少需要几个螺钉?解：人孔中心处压力为：PagHpA41029.88.06.981.9960则人孔平均受力为：NApFAAA4241076.376.04114.31029.8每个螺钉可以承受的力为：NFB3261004.6014.014.3411023.39第一章流体流动习题答案第页6需要的螺钉数目为：72.61004.61076.334BAFFn11．密度为910kg/m3的原油经过管径为l08×4mm的管道流动，流速为0.85m/s。试求原油的体积流量(m3/h)、质量流量(kg/h)和质量流速(kg/m2·s)。解：体积流量为：hmuAVh320.2436001.014.34185.0质量流量为：hkgVWhh41019.29100.24质量流速为：smkguGs25.77391085.012．某厂用114×4.5mm的钢管输送压力P＝2.0MPa(绝压)、温度为20℃的空气，流量为6300m3/h(标准状况)。试求空气在管道中的流速、质量流速和质量流量。解：在操作状况下的体积流量为：hmTTppVVh365011004.34215.2732015.273100.210013.16300操作状况下气体密度为：3561001078.232015.27315.27310013.1100.2293.1mkgTTpp操作状况下气体流速为：smAVus98.10105.014.34136004.3422气体质量流速为：smkguG21.26178.2398.10气体质量流量为：hkgVW31014.878.234.342第一章流体流动习题答案第页713．从容器A用泵B将密度为890kg/m3的油品输送到塔C顶部。容器内与塔顶的表压力如本题附图所示，管子的规格为114×4mm。油品的输送量为5.4xl04kg/h，输送管路的全部阻力损失为122J/kg，试求泵的有效功率。解：管内流体的流速：Smu910.1106.036008904104.5242以容器A的液面为截面1，以塔C为截面2，在1-2截面间列柏努利方程：fhpugZWepugZ22212122211228901021602910.181.9360081.91.232We得：kgJ108833.23WekWSJhJWeWNe25.4310325.410557.1104.5108833.2484314．如图l-58所示，从敞口高位槽向精馏塔供料，高位槽内液面维持不变，塔进料口处的压力为40kPa(表压)原料液的密度为890kg/m3，管子直径为60×3mm，从高位槽至塔的进料管入口处的阻力损失为22J/kg。试问要维持14m3/h的进料量，高位槽中的液面须高出塔的进料口多少m。解：以进料口为基准水平面，在1－1和2－2间列柏努利方程：第一章流体流动习题答案第页8fHgugpzgugpz2222222111其中：p1=0，u1=0，z1=？z2=0p2=40kPa，smAVu70.154.014.34136001422mHf24.281.922代入上式得：24.281.9270.181.989010402232221fHgugpzm97.615.如本题附图所示，油水分离器中的油水分界面借助于Π形管来维持和调节。汽油的密度为780kg/m3，水的密度为996kg/m3。试分析和计算:(1)分离器中的油水分界面高度H与分离器的直径、油水混合液的处理量、油水混合液中水的含量、汽油密度、Π形管的直径和高度有何关系。(2)如阀1和阀2均关闭时，油水分界面的高度H为多少米(忽略损失)?(3)如打开阀2时，H为多少米(忽略Π形管内的阻力损失)?(4)如水在Π形管内的流动阻力损失为fh＝0.2J/kg时，重新计算(2)和(3)的内容。解：⑴在1－1和2－2间列柏努利方程：gugpz22111fHgugpz22222第一章流体流动习题答案第页9其中：z1=H，p1=ρgasg(4.5-H)，u1=0z2=h，p2=0，u2=u2，gudlHf222代入可得：gasgasgudlhH5.42122由上式可以看出，油水界面高度H与分离器直径无关；油水处理量增加，则H降低；油水混合物中水含量增加则H降低；汽油密度增加则H降低；Π形管直径增加则H降低；Π形管高度增加则H增加。⑵当阀1和阀2均全关闭时，以油水界面为截面1，以Π形管管顶为截面2。在1-2截面间列柏努利方程：fhpugZpugZ2221212221式中：HZ1，Hgp5.41油（表压），01umZ2.42，02p（表压），02u，0fh代入式中：81.92.45.481.9水油HgH整理得：2.45.4gHggH水油水得：mH117.3⑶打开阀2而不考虑阻力损失，以油水界面为截面1，以阀2为截面位。第一章流体流动习题答案第页10在1-3截面间列柏努利方程：fhpugZpugZ2221212221式中：HZ1，Hgp5.41油（表压），01umZ9.32，03p（表压），03u，0fh代入式中：81.99.35.481.9水油HgH整理得：9.35.4gHggH水油水得：mH733.1⑷若考虑阻力损失：在⑵中阀1、2关闭时：fhpugZpugZ22212122212.02.45.4gHgHg水油，得：mH211.3在⑶中阀2打开时：fhpugZpugZ22212122212.09.35.4gHgHg水油，得：mH827.116．如本题附图所示，为丙烯精馏塔的回流系统，即回流罐内的丙烯通过回流管返回至精馏塔顶。精馏塔顶的操作压力为1.3MPa(表压)，回流罐内液面上方压力为2.0MPa(表压)。塔内回流管口距回流罐内液面的垂直距离为30m，回流管内径为140mm，丙烯精馏塔的回流量为4×104kg/h，丙烯的密度为600kg/m3回流管路的全部阻力损失为150J/kg，试问将丙烯从回流罐送到精馏塔顶是否第一章流体流动习题答案第页11需要泵。解：以回流罐液面为基准水平面。smAWu20.114.014.341600360010424塔顶部：kgJupgzE326211111076.222.1600103.181.9302