化原计算题

（内部资料）化工原理练习题汇编（供我校化工、食工、应化、环境、生物、材料等专业学生使用）李冬光编写2008-10-10化工原理习题汇编李冬光编写Page.1/17有问题请联系：[e-mail]1．在图示的管路系统中装一球形阀和一压强表，高位槽内液面恒定且高出管路出口8m，压强表轴心距管中心线的距离h=0.3m，假定压强表及连管中充满液体。试求：1)球形阀在某一开度、管内流速为1m/s时，压强表的读数为58kPa，则各管段的阻力损失hf,AC、hf,AB、hf,BC及阀门的局部阻力系数ζ为若干（忽略BC管段的直管阻力）？2)若调节阀门开度使管内流量加倍，则hf,AC、hf,AB、hf,BC及ζ将如何变化？此时压强表的读数为若干（kPa）?假设阀门开大前后流动均在阻力平方区。液体密度可取1000kg/m3。解：1）以2截面为高度基准，以大气压为压力基准，在12截面间列方程：gzh,AC，h,AC89.8178.48J/kg以C截面为高度基准，以大气压为压力基准，在1B截面间列方程：gzuB2pBρh,ABpB58000ρgh5800010009.810.360943Pah,AB89.810.560943100017.04J/kgh,BCh,ACh,AB78.4817.0461.44J/kgh,BCξuB2ξ261.441122.882）以2截面为高度基准，以大气压为压力基准，在12截面间列方程：gzh,AC，h,AC89.8178.48J/kg由于处在阻力平方区，故h,AB417.0468.16J/kgh,BCh,ACh,AB78.4868.1610.32J/kgh,BCξuB2ξ210.3245.16以C截面为高度基准，以大气压为压力基准，在1B截面间列方程：gzuB2pBρh,ABpB89.81268.1610008.32kPa化工原理习题汇编李冬光编写Page.2/17有问题请联系：[e-mail]压力表读数pBρgh832010009.810.35.38kPa2．用离心泵将蓄水池中20℃的水送到敞口高位槽中，流程如图所示。管路为Φ57×3.5mm的光滑钢管，直管长度与所有局部阻力（包括孔板）当量长度之和为250m。输水量用孔板流量计测量，孔径d0=20mm，孔流系数为0.61。从池面到孔板前测压点A截面的管长（含所有局部阻力当量长度）为100m。U形管中指示液为汞。摩擦系数可近似用下式计算λ=0.3164/Re0.25，当水的流量为7.42m3/h时，试求：1)每公斤水通过泵所获得的净功；2)A截面U形管压差计的读数R1；3)孔板流量计的U形管压差计读数R2。解：1）以1截面为高度基准，以大气压为压力基准，在12截面间列方程：Wgzh,uVA7.4243600π0.051.05m/s，Reduρµ0.051.0510000.00152500λ0.3164Re.0.316452500.0.0209h,λl∑ld·u20.02092500.051.05257.61J/kgW9.811557.61204.76J/kg2）以A截面为高度基准，以大气压为压力基准，在A2截面间列方程：u2pAρgzh,Ah,Aλl∑ld·u20.02091500.051.05234.56J/kgpA19.811.05234.56100043.81kPapAρHgRρg1.5RRpA1.5ρgρHρg438101.510009.811360010009.810.473m3）VCA2ρHρgRρRVCAρ2ρHρg7.42436000.61π0.02100021360010009.810.468m3．用离心泵将水池内水送至高位槽，两液面恒定，其流程如本题附图所示。输水管路直径为Φ55mm×2.5mm，管路系统的全部阻力损失为49J/kg，摩擦系数λ可取作0.024，汞柱压差计读数分别为R1=50mm及R2=1200mm，其他有关尺寸如图中标注。试计算：1)管内水的流速；2)泵的轴功率（效率为71%）；化工原理习题汇编李冬光编写Page.3/17有问题请联系：[e-mail]3)A截面上的表压强PA。解：1）以A截面为高度基准，以大气压为压力基准，在AB截面间列方程：pAρpBρgzBh,AB又pApBρρHρgRρgzBh,ABρHρgRρλ·ld·u2u2dρHρgRρ·λ·l20.0513.619.810.050.02462.07ms⁄2）以1截面为高度基准，以大气压为压力基准，在12截面间列方程：wgzh,9.811549196.15Jkg⁄Nw·ρ·u·πd4196.1510002.07π0.054797.24wNNη797.240.711.12kw3）根据题意pBρHgRρgh136009.811.210009.81791.43kPa又pAρHρgRρgzBpBpA91430126009.810.0510009.8161.56410Pa4．水从贮槽A经图示的装置流向某设备。贮槽内水位恒定，管路直径为Φ89mm×3.5mm，管路上装一闸阀C，闸阀前距管路入口端26m处安一个U形管压差计，指示液为汞，测压点与管路出口之间距离为25m。试计算：1)当闸阀关闭时测得h=1.6m，R=0.7m；当阀部分开启时，h=1.5m，R=0.5m。管路摩擦系数λ=0.023，则每小时从管中流出水量及此时闸阀当量长度为若干？2)当闸阀全开时（le/d=15，λ=0.022），测压点B处的压强为若干？解：1）当闸阀全关时，根据静力学方程：HhρgρHgRHρHρRh13.60.71.67.92m闸阀部分开启时，以B截面为高度基准，以大气压为压力基准，在1—B截面间列方程：化工原理习题汇编李冬光编写Page.4/17有问题请联系：[e-mail]2pBρh,Bh,Bλld·uB2ξuB20.023260.0820.5uB27.79uB2pBρρHρgRgh13.69.810.59.811.551.99J/kgHg8.79uB251.99uB7.929.8151.9928.792.42m/sVπd4uBπ0.08242.4246m/h以B截面为高度基准，以大气压为压力基准，在B2截面间列方程：pBρλlld·uB2lpBρ·2dλuBl51.9920.0820.0232.422538.3m2）当闸阀全开时，以2截面为高度基准，以大气压为压力基准，在1—2截面间列方程：Hgh,λl∑ld·u2ξu20.022510.082151.5u215.51u2u7.929.81215.513.17m/s以B截面为高度基准，以大气压为压力基准，在B2截面间列方程：pBρλlld·u2pBρ·λlld·u210000.022250.082153.17235.36kPa5．在如图所示的输水系统中，已知管路总长度（包括所有当量长度，下同）为100m，其中压力表之后的管路长度为80m，管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m，水的密度为1000kg/m3，泵的效率为0.85，输水量为15m3/h。求：1)整个管路的阻力损失，J/kg；2)泵轴功率，kw；3)压力表的读数，Pa。化工原理习题汇编李冬光编写Page.5/17有问题请联系：[e-mail]解：1）uqA4qπd4153600π0.052.12ms⁄h,λlld·u20.031000.052.122134.83Jkg⁄2）以1截面为高度基准，以大气压为压力基准，在12截面间列方程：wgzh,9.8120134.83331.03Jkg⁄Nw·ρ·u·πd4331.0310002.12π0.0541.377kwNNη13770.851.62kw3）以3截面为高度基准，以大气压为压力基准，在32截面间列方程：pρu2gzh,h,λlld·u20.03800.052.122107.87Jkg⁄pρgzρh,ρu210009.81181000107.8710002.1222.8210Pa6．用离心泵把20℃的水从储槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为Φ76mm×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66×103Pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按∑hf,1=2u2与∑hf,2=10u2计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速。排水管与喷头连接处的压强为98.07×103Pa（表压）。试求：1)水在管内的流速u；2)泵的有效功率；3)已知泵的效率为60%，求操作条件下泵的轴功率。解：1）以1截面为高度基准，以大气压为压力基准，在13截面间列方程：0gzpρu2h,gzpρu22uugzpρ2.59.811.524.662.5⁄1.99ms⁄2）以1截面为高度基准，以大气压为压力基准，在12截面间列方程：wgzpρu2h,gzpρu212uw9.811498.0712.51.99285.14Jkg⁄Nw·ρ·u·πd4285.1410001.99π0.07142246.6w3）NNη2246.60.63.74kw7．如图所示的输水循环管路，两台离心泵型号相同，两条管路除两个阀门开度不同外，其他条件完全相同，流向如图示。封闭容器B内的真空度为7×104Pa，两液面的高度差为9m。化工原理习题汇编李冬光编写Page.6/17有问题请联系：[e-mail]两管路内的流速均为3m/s，泵1出口阀两端的水银U型压差计读数R为300mm。试求：1)泵1出口阀的局部阻力系数为多少？2)泵2出口阀的局部阻力系数为多少？解：1）由于U管压差计测量阀门1的阻力，所以：h,阀ξu2ρHρgRρ1360010009.810.3100037.08J/kgξ2ρHρgRρu21360010009.810.3100098.242）以A截面为高度基准，以大气压为压力基准，在AB截面间列方程：WpBρ9gh,阀h,管路以A截面为高度基准，以大气压为压力基准，在BA截面间列方程：pBρ9gWh,阀h,管路h,阀ξu22pBρ9gh,阀27099.8137.0873.66J/kgξ273.66/916.378．测某一阀门的局部阻力，两测点间距为L，阀门开度一定，水的流速为u，若采用下述三种装置方法，U管读数分别为R1，R2，R3，试比较R1，R2，R3的大小，并说明通过此题你得到什么结论？解：以1截面为高度基准，以大气压为压力基准，在12截面间分别列方程：pρpρh,又ppρρHρgRρρHρgRρh,pρgzpρh,又ppρρHρgRρgzρHρgRρh,pρgzpρh,又ppρρHρgRρgzρHρgRρh,由于三种装置方法的阻力损失相同，所以RRR本题结论：等径管中U管压差计的读数直接反映管路阻力损失的大小。9．已知用高位槽向精馏塔加料，塔内压强为0.4kgf/cm2（表压），流量为25t/h，已知：流体密度为900kg/m3，粘度为1.5cp，管道规格为Φ76mm×3mm，管路总长度为(41.5+h)m（包括除进出口阻力以外的局部阻力的当量长度），层流时λ=64/Re，湍流时λ=0.1(e/d+68/Re)0.23，化工原理习题汇编李冬光编写Page.7/17有问题请联系：[e-mail]=0.1mm，试求：高位槽液面距精馏塔进料口的高度。解：Re4qπdµ4253.6π0.071.5108.42104000故为湍流。λ0.1ed68Re.0.10.170688.4210.0.0246u4qπdρ4253.6π0.079002ms⁄p0.49.811000039.24kPa以2截面为高度基准，以大气压为压力基准，在12截面间列方程：hgpρh,又h,λlld1.5·u29.81h392409000.024641.5h0.071.5·2251.640.176hh5.36m10．如图细管直径d1=40mm，粗管直径d2=80mm，倒U管中水位差R=170mm，变径管中水量为3.77×10-3m