化工原理习答案题2010.19

71第一章流体流动习题答案1.试计算空气在真空度为41.3kPa及－40oC时的密度。（79%的N2和21%的O2）解：绝压P＝大气压－真空度＝101.33-41.3=60.03kPaM平=79%×28+21%×32=28.84kg/kmol328.8460.030.893/8.314(273.1540)MpkgmRT平平2..某蒸汽压力表上的读数为167kPa,当地当时大气压计的读数为100kPa，试查出蒸汽的饱和温度.(查教材附录饱和水蒸气表)。解:蒸汽绝压=大气压+表压=167+100=267kPa查饱和水蒸气表,蒸汽的温度约为130℃3.如本题附图所示,测压管分别与三个设备A,B,C相连通,连通管的下部是水银,其密度为13600kg/m3,上部是水,其密度为1000kg/m3,三个设备内的水面在同一水平面上.问:(1)1、2、3三处压力是否相等？（2）4、5、6三处压力是否相等？（3）若h1＝100mm，h2＝200mm，且知设备A直接通大气（大气压力为101.33kPa）。求B、C两设备内水面上方的压力解(1)123ppp不成立，因1.2.3三点的截面之间不属于同一种连续的流体.(2)456ppp成立,因4.5.6三点的截面之间处于属于同一种静止的,连通的,连续的流体.(3)若求,BCpp,先找等压面.由(2)知,456ppp,由此三点列静力学方程并设1、2、3三点到液面的距离为H。A点与大气相通，51.013310AappkPa则42252122622456()()AHOBHOHgCHOHgppHhgppHhhghgppHghgppp推导出521522()1.013310(100013600)0.19.8188.9()1.013310(100013600)0.29.8176.6BAHOHgCAHOHgpphgkPapphgkPa4．比压计中水银面的高度差h=0.36m,其它液体为水。A、B两容器高度位置差为1m，如图所示，试求A、B两容器中心处压力差PA-PB.解：找等压面列静力学方程。由图示知等压面有：72125634;;pppppp设A点到1点垂直距离为H；则12AHOppHg42(1)BHOppHg则142ABHOppppg而52212HOHOpphgphg634HgHgpphgphg则142()HgHOpphg22()0.36(136001000)9.8110009.8134.65ABHgHOHOpphggkPa5.如图所示，用真空计测得封闭水箱液面上的真空度为0.98kN/m2,敞口油箱中油面比水箱水面低H=1.5m,水银比压计的读数为h1=5.61m，h2=0.2m。求油的密度。解：找等压面列静力学方程:由图示知12pp，;980BaAappppPa1122()AHOppHhhg212BoilHgpphghg则122213()980(1.55.610.2)10009.819800.2136009.81800.4/5.619.81HOHgoilHhhghghgkgm6．如图所示，密度为850kg/m3的料液从高位槽送入塔中,高位槽内的液面恒定,塔内表压力为9.807×103Pa,进料量为5m3/h,连接管为φ38×2.5mm的钢管，料液在连接管内流动的能量损失为30J/kg,问高位槽内的液面应比塔的进料口高出多少米?解：以高位槽液面为1-1’,以虹吸管出口内侧为2-2’，并以2-2’为基准水平面0-0’。在1-1’及2-2’间列柏努利方程fmmemmhupgzWupgz22222111212173因：z2=0，Pm1=0(表压)；Pm2=9.807×103Pa(表压)；外加功We=0,um1=0在则222121298071.62304.379.8185029.819.81mmfpuzghzm因此，高位槽内的液面应比塔的进料口高4.37m，才可正常工作。7.如图所示,用离心泵把20℃的水从储槽送至水洗塔的顶部,槽内水位维持恒定,个部分相对位置如图所示。管路的直径均为φ76×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66×103Pa。水流经吸入管和排出管(不包括喷头)的能量损失分别按∑hf1＝2u2和∑hf1＝12u2计算，u为吸入管和排出管中流体的流速，排水管与喷头连接处的压力为98.07×103Pa(表压),试求泵的有效功率。解：列两次柏努利方程.现以水槽液面为1-1’截面,以泵吸入口为2-2’截面,液面为基准水平面列柏努利方程.fmmemmhupgzWupgz2222211121211212210,1.5,;24.660;0;2mamamfmZZmppppkPauWehu则2222224.661000101.59.812998.222/mmmuuums再以水槽液面为1-1’截面,以喷嘴前为2-2’截面,液面为基准水平面列柏努利方程.fmmemmhupgzWupgz22222111212113132130,14,;98.070;14;2/mamamfmmZZmppppkPauhuums222221298070149.8114.52293.59/998.2mmfpWezguhJkg2214293.590.7850.0711.99998.22319.4eevmPWqWeDuW8．如图所示之文德利管，已知d1＝150mm，d2＝100mm，水银比压计△h＝200mm，若不计流动阻力损失，求流量。解:在1点和2点之间列柏努利方程2211221222mmmmfpupuzHezHgggg74因121220,0()(136001000)0.29.8124721.2fmmHgHOZZHeHpphgPa由连续性方程知221122222122221114410()0.44415mmmmmmuDuDDuuuuD2212122222212224721.2(0.444)/2/210007.86/0.4447.863.49/mmmmmmmmppuuggguuumsums22331110.7850.153.490.0616/222/4vmqDumsmh0.0616100061.6/mvqqkgs9．一圆管输送10℃的水，流量为30cm3/s,若在L=15m的管路上测得水的压头损失hf=20mmH2O,设流动状态为层流,求管道直径。解：圆管直径为D,10℃33/7.999103077.1mkgsPa水的密度水的粘度则流速22785.041DqDquVVm假设为层流由2,2mfuLHDg646464RemmDuDu222435432(0.785)6440.7621.3077101531040.67999.70.029.81mvVfmuLqDLqLHDuDgDggDDD=1.87×10-2m=18.7mm选管ф22×1.5mm无缝钢管,D=19mm75核算5233100.019999.70.7850.019Re153820001.307710mDu假设层流成立选管：ф22×1.5mm10当流体以15m3/h的流量在10m长,规格为Φ89×4.5mm的水平无缝直圆管内稳定流动时,试计算其压头损失和压力损失,并判断流体的流动类型。（流体的密度800kg/m3;粘度0.002PaS;λ取0.03,g=9.81m/S2）。解：2215/36000.829/10.7850.0840.080.829800Re2652840000.002vmmqumsDDu属湍流22100.08290.030.13120.0829.81mfuLHmDg22108000.8290.031030.8620.082mfuLpPaD11．如图所示两个敞口容器位置，输送20℃的二氯乙烷2m3/10min，试求泵所提供的有效压头。已知：二氯乙烷粘度8.3×10－4Pa.s，密度1250kg/m3,z1=2m,z2=14m,管长共20m,管子规格φ59×3mm，管路上装有900标准弯头10个,全开闸门2个,单向阀1个(ξ取2.0),e取0.3mm.解：以储罐的液面为1-1´，以高位槽液面为2-2´，以1-1´为基准水平面。列柏努利方程2211221222mmmmfppuuzHeZHgggg因Pm1=Pm2=Paum1＝um20Z2-Z1=12m则He=(Z2-Z1)+Hf=12＋hf阻力计算管长L=15m管经：D=53mm流速：22210601.51m/s0.7850.7850.053VmquD吸吸540.0531.511250Re1.21108.310mDu76管件：全开闸阀2个，Le=2×0.35=0.7m标准弯头10个,Le=10×1.6=16m则∑Le=16.7m单向阀2;1出口0.30.005753ed吸查表λ吸=0.032阻力损失：22m2016.71.51)(0.0323)20.05329.81fuLLeHDg＝(＝2.924m则He=12+Hf=12+2.924=14.924m12．一圆管输送未知粘度的液体，液体的密度为1050kg/m3，流量为0.15m3/h,管子的规格为φ57×3.5mm.若在管长L=15m的管长上测得流体的压头损失20mm液柱,若假设流体的流动型态为滞流,试计算液体的粘度并验证流动型态.解：流速220.15/36000.0212/10.7850.054VmqumsD假设为层流由2,2mfuLHDg646464Remmdudu22223232642220100.0510509.810.05063232150.0212mmmfmfmuuLuLLHDgDuDgDgHDgPaSLu核算0.050.02121050Re2220000.0506mDu假设层流成立13.用管道输送液体，输液直圆管为φ76×3mm新无缝钢管，输液量qV=25m3/h，所送液体的运动粘度ν=0.6×10-6m2/s，密度ρ=820kg/m3。试求直圆管每米管长的压力降。(e取0.2mm)解：2225/36001.805/10.7850.074VmqumsD77560.071.805Re2.106100.610mmDuDu0.20.002970eD查表,0.02722220.0278201.805515.23/220.07mfmfuLpDupPamLD14.在20℃下将浓95%乙醇从低位贮槽中用泵送至高位贮罐中，泵入口管路为φ57×3.5mm的无缝钢管1m，泵出口管路由φ38×3mm的无缝钢管9m、出口管路上装有一个全开的截止阀和一个90º标准弯头。管路入口在低位贮槽液面以下2m，低位贮槽内液体表面压力为大气压力，管路出口在低位贮槽液面以上5m，管路出口表压力为20kPa，若流量维持在10m3/h，求泵需提供的有效功率。（20℃浓度95%乙醇的密度ρ=804kg/m3，μ=1.4×10-3Pa·s，e取0.2mm）。解：以储罐的液面为1-1´，以出口内侧为2-2´，以1-1´为基准水平面。列柏努利方程f