化工原理答案流體流動

1、第一章流體流動1若將90kg相對密度為0.83的油品與60kg相對密度為0.71的油品混合,試求混合油的密度。解:90 609060830帀= 777(kg/m3)2試計(jì)算空氣在-40 C和41kPa（真空度）下的密度和重度，大氣壓力為1.0135x 10 Pa。解:pM (1.013 105 -41 103) 29 一 RT 一 8314 (273.15-40)=0.902kg/m3= 0.902 9.81 =8.85N/m3 =0.902kgf/m33燃燒重油所得的燃料氣，經(jīng)分析測知其中含生8.5%CQ 7.5 %02, 76%8%H0（均系體積百分率）。試求溫度為500r，壓力為1.01

2、3 x 105Pa時(shí)，該混 合氣體的密度。解:pM101300 44RT 一 8314 (273.15 500)3=0.693kg/m?O2101300 32RT 8314 (273.15 - 500)3二 0.504kg / m3=0.441kg /mpM101300 28RT 8314 (273.15 500)101300 18RT 8314 (273.15 500)=0.284 kg / m3=匸 iXvj = 0.455kg/m34煙道氣的組成約為含13% CO, 11% HH0, 76% N（均系體積 ）,計(jì)算400C時(shí)常壓煙道氣的粘度解:Jm1/2y叫m i0.13 30.0 10

3、441/20.11 23.0 10 “ 181/20.76 31.0 10281/20.13漢 441/2 +0.11 漢 181/2 +0.76 漢 281/2= 30.1 10cp5.液體混合物的組成為乙烷40%和丙烯60% （均為摩爾百分率）,計(jì)算此液體 混合物在-100C時(shí)的粘度。乙烷和丙烯在-100 C時(shí)的粘度分別為0.19mPas和 0.26mPa- s。解：Ig % 二沃 lg = 0.4 lg0.19 0.6 lg0.26 =-0.6395Jm =0.229mPa S6 某流化床反應(yīng)器上裝有兩個(gè) U形管壓差計(jì)，如本題附圖所示。測得 Ri = 400mm R2= 50mm指示液為

4、汞。為防止汞蒸氣向空間擴(kuò)散，在右側(cè)的 U形管與 大氣連通的玻璃管內(nèi)裝入一段水， 其高度艮=50mm試求A、B兩處的表壓力。解：Pa 二 LogRs HggR2 =1000 9.81 0.05 13600 9.81 0.05二 7.16 103 Pa 二 7.16kPa 二 53.7mmHgflfi彈辛7如本題附圖所示的汽液直接接觸混合式冷凝器，水蒸氣被水冷凝后的凝液 和水一起沿氣壓管流入敞口水池并連續(xù)排至地溝。冷凝器上真空表的讀數(shù)為 80kPa,大氣壓力為98kPa。為了防止水池中的水倒流到冷凝器，試問氣壓管 內(nèi)的液柱高度H應(yīng)不小于多少m（氣壓管及其出口的阻力損失可忽略不計(jì)） 解：容器中的壓力

5、為： 山=98 -80 =18kPa由靜力學(xué)方程：pH2°gH =PaPa - Pl：H2Og98-18 1031000 9.81=8.15m8.用一多U形管壓差計(jì)測定水流管路中 A、B兩點(diǎn)的壓差，壓差計(jì)的指示液為 汞，兩段汞柱之間充滿水，如本題附圖所示。今測得hi= 1200mmh2= 1300mmR = 900 mm R2= 950mm試向A B兩點(diǎn)問的壓差A(yù) p為多少Pa?閥門解：由靜力學(xué)方程：Pa Hzoghi - HggR =Pb H2og h2 -:ggR2 - ;?h2Og_ h Rp 二Pa-Pb二:?HggRiR2-、H2ogRiR2二 Hg - :2og RR2h

6、"3600-10009.810.9 0.951=2.29 105Pa9用一如圖1-13所示的雙液體微差壓差計(jì)來測量輸送甲烷管路中某一段的壓 差，壓差計(jì)讀數(shù)為200mm壓差計(jì)中的雙指示液為四氯化碳和水，相對密度分 別為1.6和1.0，U型管內(nèi)徑為6mm擴(kuò)大室直徑為60mm試求該段壓差 p為 多少mm20。(1) 忽略擴(kuò)大室中液面變化；(2) 考慮擴(kuò)大室中液面變化；(3) 兩種情況下的測量誤差為多少？解：如忽略擴(kuò)大室中液面的變化，則可按如下公式計(jì)算：P = R A - B g =0.2 1600-1000 9.81 =1.18 103Pa = 120.0mmH20如考慮擴(kuò)大室中液面的變化

7、，貝U:Ap = R (Pa 偉)+6 ! l60丿9.812I > 1(d 丫1-PB g =0.2 漢 1(1600 1000 尸2丿I1.20 103 Pa =122.0mmH2O二者誤差為：122.0 120 100% =1.64%122.010 在如本題附圖所示的貯油罐中裝有密度為960kg/m3的油品，油面距罐底的高度為9.6m，油面上方為常壓。在罐側(cè)壁的下部有一直徑為760mm勺人孔,其中心距罐底800mm人孔蓋用14mnm勺鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作應(yīng) 力取為39.23Mpa,問至少需要幾個(gè)螺釘？解：人孔中心處壓力為：Pa = pH =960 9.819.6 - 0.

8、8 = 8.29 1 04 Pa則人孔平均受力為：4124Fa=PaAa=8.29 103.14 0.76 =3.76 10 N每個(gè)螺釘可以承受的力為：Fb =39.23 10613.140.014 6.04 10N4需要的螺釘數(shù)目為:心¥ 10：,.2 7Fb6.04 10311 密度為910kg/m3的原油經(jīng)過管徑為108 x 4mm的管道流動，流速為 0.85m/s。試求原油的體積流量（m3/h）、質(zhì)量流量（kg/h）和質(zhì)量流速（kg/m2 -s）。1 2解：體積流量為：Vh 二uA=0.85 3.14 0.13600 =24.04質(zhì)量流量為： Wh =V24.0 910 =

9、2.19 104 kgh質(zhì)量流速為：Gs =u = 0.85 910 =773.52s 12.某廠用 114X 4.5mm的鋼管輸送壓力 P= 2.0MPa（絕壓）、溫度為20C的空氣，流量為6300riVh （標(biāo)準(zhǔn)狀況）。試求空氣在管道中的流速、質(zhì)量流速和質(zhì)量流量。解：在操作狀況下的體積流量為:Vh 二 V。P1 To匹衛(wèi)=6300 皿耳 空4°=342.4m3h2.0X06273.15/h操作狀況下氣體密度為:0山互=1.29320 冬 2731523.78kg 3P0 T11.013 105 273.15 20mV 342.4操作狀況下氣體流速為：u =二 360010.98A

10、242氣體質(zhì)量流速為：G=u卜=10.98 23.78=261.1氣體質(zhì)量流量為： W = 342.4 23.78 =8.14 103得：We =2.8833 103 J kgNe 二WeW =2.8833 103 5.4 104= 1.557 108Jh =4.325 104 J S = 43.25kW13從容器A用泵B將密度為890kg/m3的油品輸送到塔C頂部。容器內(nèi)與塔頂?shù)?表壓力如本題附圖所示，管子的規(guī)格為114 x 4mm。油品的輸送量為5.4x10 4kg/h，輸送管路的全部阻力損失為122J/kg，試求泵的有效功率。akN/m-題1-9圖解：管內(nèi)流體的流速:U245.4H0 匯

11、42890 3600 二 0.1062= 1.910m. S以容器A的液面為截面1,以塔C為截面2 ,在1-2截面間列柏努利方程：2 2U1 pU2 P2Zg專單WeNg右羋2.1 9.81 00 We =36 9.8121.910232160 1089012214如圖l-58所示，從敞口高位槽向精餾塔供料，高位槽內(nèi)液面維持不變， 塔進(jìn)料口處的壓力為40kPa（表壓）原料液的密度為890kg/m3，管子直徑為 60 x 3mm從高位槽至塔的進(jìn)料管入口處的阻力損失為22J/kg。試問要維持14nVh的進(jìn)料量，高位槽中的液面須高出塔的進(jìn)料口多少m解：以進(jìn)料口為基準(zhǔn)水平面，在1- 1和2-2間列柏努

12、利方程：2Pi 5Zi1 - = z2P 2g其中：pi=0, Ui=O,乙=?Z2=0 p 2=40kPa,U2工=3600A 12A 3.14 0.542422、H f2.24m9.81代入上式得:Z12P2 . U2g 2gHf40 1031.702890 9.812 9.812.24=6.97 m15. 如本題附圖所示，油水分離器中的油水分界面借助于 n形管來維持和調(diào)節(jié) 汽油的密度為780kg/m3，水的密度為996kg/m3。試分析和計(jì)算：(1)分離器中的油水分界面高度 H與分離器的直徑、油水混合液的處理量、油水混合液中水的含量、汽油密度、n形管的直徑和高度有何關(guān)系。 如閥1和閥2均

13、關(guān)閉時(shí)，油水分界面的 高度H為多少米(忽略損失)?(3) 如打開閥2時(shí)，H為多少米(忽略n形管 內(nèi)的阻力損失)?(4) 如水在n形管內(nèi)的流動阻力損失為ihf=0.2J/kg時(shí)，重新計(jì)算 和(3)的內(nèi)容解：在1 1和2- 2間列柏努利萬程:題1-12圖通大弋ggE1 2 ， JKZL1pyjyi111u gZiP匚Z2住:?g 2g-g2Ui其中：Zi=H,pi= P gasg(4.5-H) , Ul=0z 2=h,P2=0, U2=U2, ' Hf =2U2d 2g代入可得:(I 沁2巾 + G+1 P45Pgasl d丿2ggas由上式可以看出，油水界面高度 H與分離器直徑無關(guān)；油水

14、處理量增加， 則H降低；油水混合物中水含量增加則 H降低；汽油密度增加則H降低；n形 管直徑增加則H降低；n形管高度增加則H增加。當(dāng)閥1和閥2均全關(guān)閉時(shí)，以油水界面為截面1,以n形管 管頂為截面2。在1-2截面間列柏努利方程：2 2U pU乙9專專式中：乙=H , P1 =卜油g4.5-H （表壓），5 =0乙=4.2m , P2 = 0 (表壓)，氏=0 ,- hf = 0代入式中:p油 g(4.5 H )H 9.81 4.2 9.81整理得：:水 gH油g 4.5 H水g 4.2得：H =3.117m打開閥2而不考慮阻力損失，以油水界面為截面1 ,以閥2為截面位2 2在1-3截面間列柏努利

15、方程：乙g 土= Z2g 土 巴 hf2 P2匕 2Pf式中：ZH ,» = P油g（4.5-H ）（表壓），5=0Z2 = 3.9m,卩3=0 （表壓），u3 = 0 , £ hf=0整理得：珥gH 油g 4.5-H二水g3.9得：H =1.7 3m3若考慮阻力損失:在中閥1、2關(guān)閉時(shí):21 P1hfHg二油 g4.5-H4.2g 0.2，得:H 二 3.211m代入式中：H 9.81 油g 4.5 " _3.9 9.81在中閥2打開時(shí)：2Z1g Ur亠乙g2UrhfHg 油g 4.5 _H =3.9g0.2， 得 : h= 1.827mP水16. 如本題附圖所

16、示，為丙烯精餾塔的回流系統(tǒng)，即回流罐內(nèi)的丙烯通過回流 管返回至精餾塔頂。精餾塔頂?shù)牟僮鲏毫?.3MPa（表壓），回流罐內(nèi)液面上方壓力為2.0MPa（表壓）。塔內(nèi)回流管口距回流罐內(nèi)液面的垂直距離為30m回流管內(nèi)徑為140mm丙烯精餾塔的回流量為4X 104kg/h，丙烯的密度為600kg/m3回流管路的全部阻力損失為150J/kg ,試問將丙烯從回流罐送到精餾塔頂是否需要解：以回流罐液面為基準(zhǔn)水平面塔頂部:E-4 Wo。600 - 3.14 0.142 * *4=1.20嘆二 z-g=30 9.811.3 1066001.222= 276 103 J kg瞬時(shí)流速u =07, Z m/s,式中

17、Z為該瞬時(shí)兩槽的液面高度差E二丁匚片習(xí)題D附圖解：解法一：設(shè)A槽中水位高度為z,貝厶z =15 - 3 - z 亠z =12 2z瞬時(shí)流速為：u =0.7、z =0.7 12 2z設(shè)A槽在dt時(shí)間內(nèi)下降的液位為dz,則由物料衡算:121212lD dz d udt d 0.7 12 2zdt444整理得：-嚴(yán)=0.7血 $dtP6+zD2積分：F、2-0.3= 0.7屁 J 0027dt3占+zI 2廠03t =5.43 10 s =1.51h解法二：設(shè)A槽中下降的水位高度為z，貝U: 迂=3-z (15-z) =18-2z瞬時(shí)流速為：u =07 z =0.7、18-2z設(shè)A槽在dt時(shí)間內(nèi)下降

18、的液位為dz,則由物料衡算：12 12 12 卜二444整理得：dz =0.7.2 d 2 dtJ9-zD2積分：f 處=0.7運(yùn) J0027 | dt0 v9-zI 2 丿 b3.t =5.43 10 s =1.51h18. 求出下列流體在 57X 3.5m m的管內(nèi)流動時(shí)如果保持層流狀態(tài)允許的最大平均流速。(1) 20 C的水；(2) 粘度為35mPas及相對密度為0.963的重油；(3) 20 C和0.1MPa下的空氣。解：查得：20r時(shí)水的粘度卩=1.005 X 10-3Pa- s, p= 998.2kg/m3ReRed取 Re=2000則：U max2000 1.005 10；0.0

19、5 998.2= 0.040 嘆 Umaxd-2000 35 10；0.05 963= 1.45%查得：20r時(shí)空氣的粘度 卩=18.1 X 10-6Pa- sP1 T)p0 T1-1.2930.1 1061.013 105273.1527315 20-1.189u max0.05x1.189人19求如本題附圖所示20r水穩(wěn)定流動管路的阻力損失Zhf (J/kg)。大、小管的管徑分別為 57X 2.5mm和- 32x 2.5mm，絕對粗糙度為0.5mm管路中裝O20T時(shí)水的粘度 卩=1.005 x 10-3Pa- s，密度p=998.2kg/m3RS 沖 丿052。5 998 2.58 104

20、20001.005 10“Re2加2 二0如 侮 98 4.96 1042000卩1.005W0-水在管中均為湍流。=0.552 70096查得： =0.027= 0.527 =0.0185查得: 2 = 0.026查得截止閥全開時(shí)：le =11m ;90°大彎頭:le = 2.2m90°小彎頭：le =1.1m ；變徑:le = 0.65m另外：進(jìn)口阻力系數(shù) =0.5 ;出口阻力系數(shù)=1- 2 2d2212 ' hf號丄蘭1d12di2U222“er 7.5+4+2.20.5=0.0270.05222 3+1.5+11+1.1+0.65 1.850.0260.02

21、720.50.5231叫20.用泵將冷卻水從水池輸送到冷卻塔，已知從水池到泵的吸入口管路的管徑為E 114X 4mm長度為10m在吸入段管路上有1個(gè)90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭、1個(gè)吸濾 底閥；從泵的出口到冷卻塔頂噴嘴的管路的管徑為 88.5 X 4mm長度為36m在排出段管路上有2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)90°彎頭1個(gè)1/2開度的閘閥。已知水溫為20C, 塔內(nèi)壓力為69kPa（表壓），噴嘴進(jìn)口處的壓力比塔內(nèi)壓力高lOkPa,輸送管道 的絕對粗糙度均為0.2mm其它數(shù)據(jù)如本題附圖上所示。要求水的流量為56nVh，求泵所需的有效功率Peo解：查得：20T時(shí)水的粘度 卩=1.005 X 10-3Pa- s，密

22、度p = 998.2kg/m3V56 f吸入管路流速：5 = V =- = 1.76嘰人疋 3.14疋0.1062S4排出管路流速:561 3.14 0.080524取地面為參考水平面，如圖在1- 1和2-2之間列柏努利方程:Zig2PiWe = Z2 g2P2 竺P2習(xí)題加附圖其中：zi=-2m, pi=0, ui=0z 2=21m p2=69+10=79kPa U2=3.06m/sRe 2di二呼 少0676 998.2 “85 1051.005 10"d2u2O.。8。5 306 998<2.45 1051.005 10”42106".°0189 查得

23、：i"0172 =0.280.5 =°.00248 查得:?、2 0.01690° 彎頭：=0.75 ;底閥：.=1.5半開閘閥：.=4.5'二 h fdi2U1 -、22U220.751.51762210= 0.0170.1061.762x+0.016 汽2363.062X0.080522 0.754.530622一 67叫代入柏努利方程得:2We = Z2 _z g 竺 U2 'hf而管解：層流時(shí)，由哈根-泊謖葉公式知:1如 d2 d12則:U2diid 2 .丿Pi32 叫U232Tud12u2d； u1d|晉=16u1d222液體在光滑圓形

24、直管內(nèi)作湍流流動。若液體的物性、管長和管徑均不變，而流量增至成的2倍，問阻力損失為原來的多少倍（設(shè)兩種情況下，雷諾數(shù)均 在3X 1031 X 105范圍內(nèi)）解：對光滑管:0.3164Re0'25Re2 =2ReR羋，若 U2=2ui，則:由范寧公式：hfd 2hf 2hf 1o0-84 i 4ui2= 3.36 1u123有一管殼式換熱器，外殼內(nèi)徑為300mm內(nèi)裝有60根管徑為© 25X 2mm勺光滑管組成的管束?？諝庖?3000riVh的流量在管外平行流過，空氣的平均溫 度為30C，換熱器長度為4m試估算空氣通過換熱器時(shí)的壓力降。3000 3600-20.21m s解：30

25、 °C 空氣的物性:1.165kg m3，-18.6Pa SJIo 3To0.32 -0.0252 6044兀20.32JI0.0252 60: 0.3 二 0.025 60=0.02917m0.02917 20.21 1.16518.6"0上-3.692 104 4000 湍流以光滑管形式來確定入0.31640.25Re= 0.0228總 u2420 212貝U : hf0.0228639.2 J kgde 20.029172Pfhf =1.165 639.2 = 744.7 N m2Pf744 7Hf -0.0759mH2O = 75.91mmH2O巾 1000 9.8

26、12個(gè)全開閘閥，6個(gè)6.5m3/h時(shí)，整個(gè)管24. 用泵將密度為820kg/m3、粘度為80mPas的燃料油通過管徑為89x 4.5mm的鋼管輸送到油罐。管路的直管長度為520m管路上有90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭，油從油罐的側(cè)面進(jìn)入。當(dāng)燃料油的流量為路的能量損失和壓力降為多少？解:4VU _用24 6.52二 0.053600= 0.3592 m sRdu= 0.08 O.359” 820 = 294.55 ： 2000 層流80 1064=0.2173Re 294.55管件的阻力系數(shù)：入口二-0.5，出口二-1.0，全開閘閥二-0.17，90 °標(biāo)準(zhǔn)彎頭.=0.75Z 匚=0.5+1

27、.0+0.17匯2 + 0.75><6=6.34u C 總亠亍廠沁2520 丄cc0.35922hf =人一+ 送 l i一= 0.2173匯+6.34 |= 91.524J kgid丿2 i0.08丿 2Pf =hf -820 91.524=7.505 104 N m225. 如本題附圖所示，粘度為 30mPa s、密度為900kg/m3的液體自容器A流過內(nèi)徑為40mm的管路進(jìn)入容器B。兩容器均為敞口，其中液面恒定。管路中有一閥門，閥前管長50m閥后管長20m均包括局部阻力的當(dāng)量長度)。當(dāng)閥 門全關(guān)閉時(shí)，閥前、閥后的壓力表上讀數(shù)分別為 88kPa和44kPa。現(xiàn)將閥門開 至1/4

28、開度，此時(shí)閥門的當(dāng)量長度為 30m試求；(1) 管路的流量；(2) 閥前、閥后壓力表上的讀數(shù)如何變化，為什么 ？習(xí)題25附圖解：閥門全關(guān)時(shí)，可由靜力學(xué)方程計(jì)算兩槽液位高度:A槽：Pr二屯料二0二単二88 103=9 97m?g 900 9.807B 槽：p2 二：'gh2= h2 二竺二44 103:g 900 9.807二 4.99m取0-0為基準(zhǔn)水平面，在兩槽液面間列柏努利方程:zAg2 2分ZBg上號、hf代入數(shù)據(jù):9.97 9.8070 0 二 4.99 9.80700'50 2030 u20.042整理，得：，u2 =0.0391假設(shè)：，=0.03，解得:u=1.14

29、m/s校核：Re、。.。4 I" 900 2000 層流430 漢 1064Re= 0.047設(shè)流動為層流則有：養(yǎng)宀倔91代入數(shù)據(jù)：64U-P2 = g 住 hf2 =0.03910.04 u 90030 10解得：u=0.735m/sdu0.04 0.735 900驗(yàn)證流型：Re3882 ： 2000 層流430"0.假設(shè)正確 u=0.735m/s流量：Vh 二 uA=0.735 0.042 =9.24 10(m3 / s) = 3.324打開閥門后：由A向1液面列柏努利方程得:ZAgpA P2 2UaP1U1廠機(jī)、hf1其中：ZA=h1, pA= 0, ua=0z 1=

30、0Q 2則：5勺0 業(yè)一“2閥前壓力表讀數(shù)變小。代入數(shù)據(jù)可得:P1二 65.7kPa由2向B液面列柏努利方程得:2Z2g 號專二ZBgPbP其中：Z2=0 z B=h2, Pb=0, Ub=0通常竺很小，可忽略。2則：p2變大。代入數(shù)據(jù)得：p2 =52.6kPa26. 如本題附圖所示，為一內(nèi)徑為4m高度為3.5m的敞口高位槽經(jīng)管徑為21 / 40 60X 3.5mm的管路供水系統(tǒng)，總管長（包括局部阻力的當(dāng)量長度）為80m管 壁絕對粗糙度；=0.1mm即相對粗糙度；/d = 0.1/53 = 0.0019。水的溫度為 20C。試求（計(jì)算中忽略動能項(xiàng)）：（1）當(dāng)維持高位槽內(nèi)水面恒定時(shí)，水的流量為多

31、少；（2）如欲使水的流量提高1倍，問應(yīng)該增大管徑還是增加高位槽高度呢？經(jīng)過利弊分析，并選定方案進(jìn)行具體計(jì)算（設(shè)管壁相對粗糙度仍取0.0019）;（3）如果停止給高位槽補(bǔ)充水，高位槽內(nèi)的水能維持多長的供水時(shí)間（h）。習(xí)題26附圖解：查得：20r時(shí)水的粘度 卩=1.005 X 10-3Pa - s，密度p= 998.2kg/m3自高位槽液面至出口列柏努利方程，以地面為基準(zhǔn)水平面。2亠二hfP2 +上=z2 g2 2其中：z1=10m p1=0， u1=0 z 2=2m p2=0, u2=0a hf'2- 80 匚754.7廿d20.053 2代入柏努利方程可得：二hf二乙-z2 g即：75

32、4.7 u2 = 10-29.81 =78.48u2 =0.104設(shè)流動狀態(tài)為湍流，并設(shè)入=0.02 可得u =2.28嘆二 Re=1.2x105n 九=0.024n 口=2.08歲二 Re=1.10x105- - 0.024二 U =2.08嘆Vh =uA2 x 3600 = 16.5m；*要使流量增大一倍，對兩種方法進(jìn)行比較：如要提高高位槽高度，有可 能高度非常高而使設(shè)備的建設(shè)非常不易；而如果增加管徑則建設(shè)改造相對容易 一些，因此選擇增加管徑比較合適。流量增加后：Q'=2Q=2 16.5360022 =Z2g在水面與出口列柏努利方程： z g p1 U1其中：Z1=10m P1=&

33、#176;，U1=0 z 2=2m p2=0, U2=ol le U'2l le V'28 1 le V'22A'5Red u? 4V ? dA注：如提高高位槽高度，則由于d不變，u-2u=2漢2.08 = 4.16呎Red =2Re=2.20 10查得:-二0023在水面與出口列柏努利方程:Zig2P1U1其中：Z1=h， p1=0，U1=0 z2=2ml le h U'22p2 + U2 + 亍, Z2ghP2PP2=0, U2=0280 h 4.162= 0.0233.75 80 h0.0532代入柏努利方程得：9.8h =2 9.81 3.75

34、80 h自高位槽液面至流體出口列柏努利方程:Zig2 2PiUiP2U2Z2ghf其中：Zi=h,Pi=0, Ui=0; Z2=2m P2=0, U2=0;無 hfl le u2=/ 不變，則:、hf =0.0240.0532空=18.11u2P2P2代入柏努利方程可得：h-2g =18.11u2.u =9.81 h -2 =0.736 . h -218.11設(shè)在dt時(shí)間內(nèi)液面下降dh,則由物料衡算:-二D2dh 二-二d 2udt441 1 .即：-3.14 42dh 3.14 0.0532 0.736. h-2dt44整理得：-=1.292x10dt 、h -2積分得：6.5 dh4 t1

35、.292 10dt10 .h-20.t =1.09 104s=3.04h27用泵將20C的液體苯從貯罐輸送到反應(yīng)器，經(jīng)過排管，直管長度為 42m 管路上有2個(gè)90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭，1個(gè)半開的閘閥，管路出口在貯罐內(nèi)液面以上12m 貯罐與大氣相通，反應(yīng)器在 0.50MPa（表壓）下操作。苯的流量為30L/min，試設(shè)計(jì)管徑，并計(jì)算泵的有效功率 Neo解：20 E時(shí)苯的密度為 p = 870kg/m3，粘度 卩=0.66 X 10_3 Pa-s設(shè)流速為2.5m/s，貝d4 0.03 60選用25x 2.5mm的無縫鋼管實(shí)際流速為:0.03601 23.14 0.0224= 1.59ms查得：90

36、°標(biāo)準(zhǔn)彎頭0.75，半開閘閥4.5 ,自儲槽液面至管路出口列柏努利方程:2 2Z2叢號w廠Z2g山號' hf其中：zi=0, pi=0, ui=0 z 2=12m p2=0.5Mpa, U2=0Re00259 f70 =4.19 1040.66 10£ 取 0.15mm 貝U： % =0.1%o = 0.0075 ，查得：入=0.0370.037420.022 0.75 4.51.5922代入上式得：we 二 z2g p2 ' hf =12 981 0.5 10105.8 =798.2J kgNe =WeVT =798.2 °.°360

37、870 =347W28本題附圖所示的供水系統(tǒng)，管路總長為 200m（包括局部當(dāng)量長度），水塔 內(nèi)的液面高于出水口 15m水溫25C,如果要求供水流量為120ri9h ,，試計(jì)算 輸水管道的直徑。習(xí)聽28附圖解：以出口為基準(zhǔn)水平面，自高位槽液面至出口列柏努利方程:zg2P1U1z2gP22a2P2U2.22' hfP 2其中：zi=15m P1=0，ui=O; Z2=0，p2=0, 4=0,*丄U：空紅"18 =d 2 d 2A2d5代入上式:Zighf即：0.18 5 =15 9.81二d5d5E又: Re=Hh4 卩di'二d24_ 4V ?二 dL查得：25r時(shí)水

38、的密度為p = 997.0kg/m3，粘度 卩=0.903 X 10 -3 Pa-s設(shè):£ = 0.15mm設(shè):入=0.02，代入得：= - 0.0211亠 d =0.121md=0.120，代入得：Re=3.90X 105,2亠 Re =3.87 105 二 - 0.021=0.121m 選擇管子為：© 133 X 6mn!勺無縫鋼管29有一水平輸送原油的管路，管徑為 * 299X 12mm總長度為42m原油的流量為62.5m3/h ,密度和粘度分別為910kg/m3和300mPa s,管路兩端壓差保持不變。試問:(1)在管路下游1/3處并聯(lián)一條同樣直徑的管子時(shí)，原油輸送

39、流量會增加到多少?(2)欲使原油流量增加50%,需要并聯(lián)多長的管子？解：在管路下游1/3并聯(lián)一條同樣直徑的管子時(shí):并聯(lián)前：U = A = ： 0.2752 36000.275 0.292 910300 10二244層流-pf =:u264Iu2d V 一而32lu由于流體的粘度較大，可假設(shè)并聯(lián)管路后仍為層流，并聯(lián)后的阻力：.pf'=32?lu' 32l1I33 222dd由于=Pf 二：pf2 1u'32 l u' 32I3 32一d2d221即 u = u' -u36解得：卻6 0.292"35(m/s)檢驗(yàn)：只。二心二。275 0.350.

40、 910 =292300 10假設(shè)成立V ' =6V 二62.5 =75m3 h55若使原油流量增大50%,則u' = 1.5u=1.5 0.292 =0.438300 10"Re 二哼275 °.438。910 =366 層流設(shè)需并聯(lián)的管子長度為I',則在并聯(lián)后的總阻力為:2P($2彳彈p ''(I -I') :?u' "I' (2)32叮I -l')u' . 32 l 2d 2 d 2d2d2由于巾f 巾J， 則有32 2Iud32叩2d2即lu = I u'Im代入數(shù)據(jù)可

41、得I u = I - ' 1.5u I' 0.75u2 2r I 42 二 28km3 3即需并聯(lián)28km的同樣直徑的管路。30如本題附圖所示的為一條供水系統(tǒng)，高位槽內(nèi)的水面維持恒定。 AB管段、 BC管段和BD管段的內(nèi)徑分別為41mm 25mn和32mm它們的管長分別為6m 15m和24m上述管長均包括各種局部阻力的當(dāng)量長度，分流點(diǎn) B處的能量損 失可以忽略不計(jì)。全部管路的摩擦系數(shù)均可取 0.03，且不變化。水的密度和3粘度分別為1000kg/m和1mPas。試計(jì)算：(1) BC、BD兩支管路的流量為多少；(2) 當(dāng)BD支路上的閥門關(guān)閉時(shí)，BC支路的水流量為多少。rA 1川習(xí)

42、題30附圖解：以管出口為基準(zhǔn)水平面,在高位槽液面至管出口 D間列柏努利方程，得:zAgPap2UA2二 z°gUAB2 BDd AB 2dBD 2代入數(shù)據(jù)，得:210 9.810 0 =00 些220.036UB-0.04120.03224UBD0.0322(1)另外：自交點(diǎn)B至兩出口列柏努利方程可得:2BD U BDd BD 乩 0.03 0.025 21 BC UBCd BC 2即：id:)2UBD2"J:)2UBC代入數(shù)據(jù)得:2(-240.0322)UBC呼"矗2UBC - 1-12uBD(2)又由連續(xù)性方程：dA：UAB =dBcU：c "BDU

43、bd-Uab "02Ubd(3)解(1)、(2)、(3)組成的方程組得：UBD=2.69m/s , uBC =3.02嘆2_33則：VBD UBD ABDVBC u BC ABC0.03222.69 =2.16 10 (m3 /s) = 7.784j23334 0.02523.02 =1.48 10 (m3 / s) = 5.34m h當(dāng)BD閥關(guān)閉時(shí),則自儲槽液面至出口C列柏努利方程得:Za9I2.n l AB U AB+ kd AB 2 2.n l BC UBC+ hd BC 2代入數(shù)據(jù):10 9.8100 =002監(jiān) 0.0320.0412Uab由連續(xù)性方程：d Abuab d

44、BC UBC ，即:UAB = 0-372u BC解、(2)、(3)組成的方程組得：ubcVBC rABCuBC 二1 3.14 0.02523.16 =1.55 10(m3/s) =5.58431 如本題附圖所示，20C的軟化水由高位槽A分別流人反應(yīng)器B和吸收塔C 中，反應(yīng)器B內(nèi)壓力為50kPa（表壓），吸收塔C中的真空度為10kPa?？偣苈?*57X 3.5mm管長為（20+ZA）m,通向反應(yīng)器B的支管路為© 25X 2.5mm管長 為15m通向吸收塔C的支管路為' 25X 2.5mm管長為20m（以上各管長中均包 括各種局部阻力的當(dāng)量長度）。所有管道皆為無縫鋼管，其絕對

45、粗糙度；可取0.15mm如果要求向反應(yīng)器B供水的流量為0.314kg/s,向吸收塔C供水的流 量為0.417kg/s ,問高位槽內(nèi)液面至少要高于地面多少米？解：20°C 水的物性：t = 998.2kg m3， 1.005mPa S以分支點(diǎn)為O點(diǎn)，則在OB段中的流速為:4VUb34江1.13乂102 : 0.022998.2 3600Redu0.02 1.00 998.21.005 10“= 1.988 104 4000 湍流由 % =0.1%0 =0.0075查圖，得人=0.038則根據(jù)柏努利方程可得O點(diǎn)的總比能為:Eo2Pb UbP 2Zpg ' hfOB=5燈04=99

46、8.2154 9.807 0.038 -0.021.0=104.1J kg則在OC段中：u4V4 0.4712n 0.02998.2=1.50m s0.02 1.50 998.21.005 10= 2.99 104.4000湍流由；d =°.1520 '.。了厶查圖，得'=0.037則根據(jù)柏努利方程可得O點(diǎn)的總比能為:Eo2PcUcV 2Zcg ' hfOC3=-1010 =998.20 8 9.807 0.037200.0221.50582= 110.1J kg取兩個(gè)中較大者，即Eob =110.1J kg在總管中的流速:Uob Aob ' Uoc

47、Aoc u 二2 21.001 0.021.5058 0.020.052二 0.4011 m sRedu0.05 O.4011 ?98.2 =1.992 104 . 4000 湍流1.005 10由于d - 015 50 - 0.003 查圖，得，-0.032則在A與O間列柏努利方程：単專 Za9 二 E。、hfA。2UA20 0 Za 9B0110J 0.032 黯 0.4011得 ZA = 11.4m即高位槽距地面至少11.4m ,此時(shí)OB段應(yīng)適當(dāng)關(guān)小閥門。= 1.005mPa S解法二：20E水的物性:998.2kg m3 ,4V在OB段：u二4 0.3142 二 0.022 998.2

48、= 1.0m. s1.005 10 "du：0.02 1.0 998.2 =1.988 1044000 湍流= 0.0075查圖,得彊=0.038在OC段中：u4V4 0.471，21.50 m s2 二 0.022998.2由I15200.0075查 圖，得=0.0371.005 10 ；Re 二虹= 0.02 1.50 998.2 =2.99 104 . 4000 湍流在總管中：UOB AobUocAoc° °.°2250 O.。2, 0.40ms0.0520.05 0.40 998.21.005 10”= 1.99 1044000 湍流-0.032

49、2 Pb . uB由 d =0.15 50 =0.003 查圖，得， 則在A與B間列柏努利方程:2単 UA Zg 宀肓 Zg 八 hfA。、hf°B5匯104120 +Za00 Za 9.8074 9.8070.032A998.220.05解得 Za = 10.77m0.402151.020.038 -20.02在A與C間列柏努利方程:2 2P A “ U APc n UCZAgZcg hfp 22 P 2f AOhf°c-1000020+Za0 0 Za 9.8070 8 9.8070.032998.20.05解得 Za = 11.4m0.40220.037200.021

50、.5022取兩個(gè)中較大者，即高位槽距地面至少11.4m,操作時(shí)0B段應(yīng)適當(dāng)關(guān)小閥門。32用壓縮機(jī)將溫度為20C、流量為1200riVh（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），組成為8%耳、33.9 %CCb、22.6 % CH、21.6 % GH和13.9C4H。的燃料氣排送到煉油車間供加熱爐燃 燒。輸氣管徑為 127X 6mm管路總長（包括局部阻力的當(dāng)量長度）為1500m管壁粗糙度取0.2mm進(jìn)爐前氣體的壓力為0.2MPa（絕壓），試計(jì)算壓縮機(jī)出口 處的壓力。解： M M=0.08 2 0.339 16 0.226 30 0.216 44 0.139 58 =29.9pM _ 1.01 3 1 0529.9 1 0"RT8.314 273.151送 y”Mi2Jm一 廠= 0.009mPas=9 10 Pas'%Mi2按等溫流動計(jì)算：Re'G/115 7.7=5.46 價(jià)卩9 00；d厲帖=0.