2019中山大学化工原理课件第1章和第2章习题课.ppt

习题课之一丁楠【例题1】附图所示为汽液直接接触混合式冷凝器，蒸汽被水冷凝后，冷凝液和水一道沿管流至水池，现已知冷凝器内真空度为0.83kPa，管内水温40℃，试估计管内的水柱高度H。kPa83p取水池液面a-a为基准面，则a-a处表压0ap，由静力学方程知gHppa查附录3，知水在40℃时的密度为992.2kg/m3，则有m53.881.92.992)1083(03agppH解：冷凝器内表压【例题2】用一复式U管压差计测定水流管道A、B两点压差，压差计指示液为汞，两段汞柱之间放的是水，今若测得h1=1.2m，h2=1.3m，R1=0.9m，R2=0.95m。问管道中A、B两点间的压差⊿pAB为多少？（先推导关系式，再进行数值运算）解：因压差计内充填的为非连续性均质液体，则需寻找等压面分段计算（1）首先推导关系式)()()(2Hg22OHB3121OH321Hg211OH1A222gRRhgpphhRgppgRppghpp)()()(21OHHgBAABAB2RRgppppp（2）根据上述关系式计算⊿p的值kPa7.22881.9)95.090.0(81.9)100013600()()()(21OHHgBAAB2RRgppp〖讨论〗若采用简单的U管水银压差计，不难算出mHg714.181.913600107.2283HgABgpR既不便于观察，也不便于操作和维护。1.本题压降只与汞柱高度R有关，而与水柱高度h无关。2.采用复式压差计可大大降低可观察液面的高度。【例3】一水平管由内径分别为33及47毫米的两段直管接成，水在小管内以2.5m/s的速度流向大管，在接头两侧相距1m的A、B两截面处各接一测压管，已知A-B两截面间的压头损失为70mmH2O，问两测压管中的水位那个高，相差多少？并作分析。fAB2B2AABfAB2BB2AA222hguugpphgugpgugp【解】以管中心线为基准水平面，在A、B两点所处的截面之间列机械能衡算式注意到gppgpzgpzhhABAABBAB应注意式中的，故B点所在的测压管高出A点171mmH2O。0BAzzOmmH171OmH171.007.081.92)47/33(15.22)/(2242fAB4BA2A2AABABhgdduugpphh再由连续性方程得：2BB2AAdudu解：(1)1,2,3三点所在截面的流速。依题意，阻力损失被忽略，现考察1,2,3三点所在截面，有下列方程：【例4】如图所示:水由高位水箱经管道从喷嘴流出,已知d1=125mmd2=100mm，喷嘴d3=75mm，压差计读数R=80mmHg，若阻力损失可忽略，求H和pA。2332222112122OH21OHOHHgOH21sin2sin2222dududugLuuppgLgRpp静力学方程动力学方程连续性方程m/s28.10m/s78.5m/s70.3321uuu联立上述三式求解得(2)在0-0和3-3截面间列柏努力方程有：(3)在压力表接口A-A和3-3截面间列柏努力方程：kPa2.362222223A2322Auupuupm39.581.9228.1022222323332000guHgugpzgugpz若在0-0至A-A两截面间列机械能衡算式，则有gugpH222AkPa2.36Pa102.36278.539.581.9100023222AugHp(表压)3mkg/Re460.250.3164/Re【例5】精馏塔C,塔顶列管式冷凝器D壳方的冷凝液体经AB管线流至塔顶,管路系统的部分参数如附图所示.已知管径为φ22×2mm,AB管路总长与所有局部阻力(包括进、出口)的当量长度之和为25m。操作条件下液体的密度为1000粘度为25cp。冷凝器壳方各处压强近似相等。求液体每小时的体积流量。摩擦系数可按下式计算:层流时,,湍流时,。在A、B两截面间列柏方程(以通过B的水平面为基准面)：fABBBBAAAhpugzpugz222224A105.73781.91360043.0Nmp24B10681.91360045.0Nmp设流动为层流，则du64Re6461.73u264222udllduudllheefAB将有关数代入柏方程求解：u73.611000106100010737.5681.94413h.0.8343600018.04991.0hmV1.911.0smu210065610251000911.0081.0Re3(层流）验算：如下图所示的输水系统,用泵将水池中的水输送到敞口高位槽,管道直径均为φ83×3.5mm,泵的进、出管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮水池的水面高度为4.8m,压力表安装位置离贮水池的水面高度为5m。当输水量为36m3.h-1时，进水管道的全部阻力损失为1.96J.kg-1，出水管道的全部阻力损失为4.9J.kg-1,压力表的读数为2.5kgf.cm-2,泵的效率为70%，试求：⑴两液面的高度差H为多少m?⑵泵所需的实际功率为多少kw?⑶真空表的读数多少kgf.cm-2?习题1解：（1）取贮水池液面为截面0-0,真空表处为截面1-1,压力表处为截面2-2,高位槽液面为截面3-3。在截面2-2和3-3间列柏努利方程，以2-2为基准面(目的求H3→H)322333222222fhupgHupgH242N.m10807.9kgf.cm19.481.9)221.2()1010807.95.2(3234Hm74.2481.974.2423Hm74.29574.2753HH30011223（2）在0-0和3-3间列柏努利方程以0-0为基准面(求We→N)3023332000)2()(2)(fehupgHWupgH1303J.kg6.298)9.496.1(81.974.29fehgHWW298662.2981000360036eeWQNW426770.02986eNN（3）在0-0和1-1间列柏氏方程，以0-0为基准面(求真空度）1021112000)2()()2()(fhupgHupgH121J.kg5.5196.1)221.2(81.98.4)(ppa241kgf.cm525.01081.910005.51)(ppa粘度为30cp,密度为900kg.m-3的液体，自A经内径为40mm的管路进入B，两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门。当阀全关时，阀前后压力表读数分别为0.9at和0.45at。现将阀门打至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m，阀前管长50m，阀后管长20m（均包括局部阻力的当量长度)。试求:(1）管路的流量m3.h-1？(2）阀前后压力表读数有何变化？习题2（1）阀关时解：gZP11m1081.99001081.99.0411gPZm581.99001081.945.0422gPZ阀开时，两槽面间列柏式fBBBAAAhugZpugZp2222fBhgZZ)((1)2221250204.0)302050(2uuudlhf代入（1）：2125005.4981.9)510(u(2)02.0设则15.0m.s4.1)02.0125005.49(u层流168010309004.104.0Re3038.0168064:设分析：λ↑，ｕ↓，∴仍为层流23103090004.064125005.49uu1m.s736.0u132.hm33.33600736.004.0785.0hV（2）阀开后，21P,P如图示循环管路，离心泵的安装高度Hg＝3m，泵特性曲线可近似表示为He＝23－1.43×105V2，式中V以m3.s-1表示。吸入管长（包括全部局部阻力的当量长度）为10m，排出管长（包括全部局部阻力的当量长度）为120m，管径均为50mm，假设摩擦系数λ＝0.02，水温20℃。试求：（1）管路内的循环水量为多少？（2）泵进、出口压强各为多少？习题3解：（1）管路特性曲线gudlHe2)1(225221088.62)05.0785.0(05.0)10120(02.0VgVH与泵特性曲线联解（求工作点的流量）25251088.61043.123VV1313.hm9.18.sm00526.0V（2）在进水液面与泵入口处列柏氏方程（求真空度）gudlguHgpgpega22221123m.s68.205.041025.5u81.9268.205.01002.081.9268.23221gpgpa)(N.m4738283.4)(21真空度水柱mgpgpa在泵入口处和泵出口处列柏氏方程（求压力表读数）gppHe)(12因为，m1900526.01043.12325eH所以，gpgp1219)(m2.4183.4191912表压水柱gpgpgpgpaa)(Pa1039.181.910002.1452表压p当20℃的甘油(ρ=1261kg.m-3,μ=1499厘泊)在内径为100mm的管内流动时,若流速为1.5m.s-1时,其雷诺准数Re为__126.2__,其摩擦阻力系数λ为__0.507__。填空题当20℃的甘油(ρ=1261kg.m-3,μ=1499厘泊)在内径为100mm的管内流动时,若流速为1.5m.s-1时,其雷诺准数Re为，其摩擦阻力系数λ为。选择题双液体U形差压计要求指示液的密度差()。A.大B.中等C.小D.越大越好双液体U形差压计要求指示液的密度差(C)。A.大B.中等C.小D.越大越好问答题：什么是稳定流动和不稳定流动？答：流体在管道中流动时，任意截面处的流体流速、压强、密度等物理量均不随时间而变化，称为稳定流动。反之，上述物理量随时间而变化，则称为不稳定流动。判断题在稳定流动过程中，流体流经各截面处的体积流量相等。（）在稳定流动过程中，流体流经各截面处的体积流量相等。（×）