化工原理標(biāo)準(zhǔn)答案

1、第1章 流體流動 2在本題附圖所示的儲油罐中盛有密度為 960 / 的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方為常壓。在罐側(cè)壁的下部有一直徑為 760 mm 的圓孔，其中心距罐底 800 mm，孔蓋用14mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作應(yīng)力取為39.23106 Pa ，問至少需要幾個(gè)螺釘？分析：罐底產(chǎn)生的壓力不能超過螺釘?shù)墓ぷ鲬?yīng)力 即 P油 螺解：P螺 = ghA = 9609.81(9.6-0.8) 3.140.762 150.307103 N螺 = 39.031033.140.0142n 至少需要7個(gè)螺釘5用本題附圖中串聯(lián)管壓差計(jì)測量蒸汽鍋爐水面上方的蒸氣壓，管壓差計(jì)的指示液為水銀，兩

2、管間的連接管內(nèi)充滿水。以知水銀面與基準(zhǔn)面的垂直距離分別為：12.3m，2=1.2m, 3=2.5m,4=1.4m。鍋中水面與基準(zhǔn)面之間的垂直距離5=3m。大氣壓強(qiáng)a= 99.3103。試求鍋爐上方水蒸氣的壓強(qiáng)。分析：首先選取合適的截面用以連接兩個(gè)管，本題應(yīng)選取如圖所示的11截面，再選取等壓面，最后根據(jù)靜力學(xué)基本原理列出方程，求解解：設(shè)11截面處的壓強(qiáng)為1對左邊的管取-等壓面， 由靜力學(xué)基本方程 0 + 水g(h5-h4) = 1 + 水銀g(h3-h4) 代入數(shù)據(jù)0 + 1.01039.81(3-1.4) = 1 + 13.61039.81(2.5-1.4)對右邊的管取-等壓面，由靜力學(xué)基本方

3、程1 + 水g(h3-h2) = 水銀g(h1-h2) + 代入數(shù)據(jù)1 + 1.01039.81= 13.61039.81 + 99.3103解著兩個(gè)方程 得0 = 3.64105Pa8 .高位槽內(nèi)的水面高于地面8m，水從1084mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。在本題特定條件下，水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按f = 6.5 u2 計(jì)算，其中u為水在管道的流速。試計(jì)算： AA 截面處水的流速； 水的流量，以m3/h計(jì)。分析：此題涉及的是流體動力學(xué)，有關(guān)流體動力學(xué)主要是能量恒算問題，一般運(yùn)用的是柏努力方程式。運(yùn)用柏努力方程式解題的關(guān)鍵是找準(zhǔn)截面和基準(zhǔn)面，對于本題來說，合適的截面是高位槽11,和出

4、管口 22,如圖所示，選取地面為基準(zhǔn)面。解：設(shè)水在水管中的流速為u ，在如圖所示的11, ，22,處列柏努力方程Z1 + 0 + 1/= Z2+ 22 + 2/ + f （Z1 - Z2）g = u2/2 + 6.5u2 代入數(shù)據(jù) (8-2)9.81 = 7u2 , u = 2.9m/s換算成體積流量 VS = uA= 2.9 /4 0.12 3600 = 82 m3/h 10.用離心泵把20的水從貯槽送至水洗塔頂部，槽內(nèi)水位維持恒定，各部分相對位置如本題附圖所示。管路的直徑均為762.5mm，在操作條件下，泵入口處真空表的讀數(shù)為24.6610Pa,水流經(jīng)吸入管與排處管（不包括噴頭）的能量損失

5、可分別按f,1=2u，hf,2=10u2計(jì)算，由于管徑不變，故式中u為吸入或排出管的流速/s。排水管與噴頭連接處的壓強(qiáng)為98.0710Pa（表壓）。試求泵的有效功率。分析：此題考察的是運(yùn)用柏努力方程求算管路系統(tǒng)所要求的有效功率把整個(gè)系統(tǒng)分成兩部分來處理，從槽面到真空表段的吸入管和從真空表到排出口段的排出管，在兩段分別列柏努力方程。解：總能量損失hf=hf+，1hf，2 u1=u2=u=2u2+10u=12u在截面與真空表處取截面作方程： z0g+u02/2+P0/=z1g+u2/2+P1/+hf，1（ P0-P1）/= z1g+u2/2 +hf，1 u=2m/s ws=uA=7.9kg/s 在

6、真空表與排水管-噴頭連接處取截面 z1g+u2/2+P1/+We=z2g+u2/2+P2/+hf，2 We= z2g+u2/2+P2/+hf，2（ z1g+u2/2+P1/） =12.59.81+（98.07+24.66）/998.210+102=285.97J/kg Ne= Wews=285.977.9=2.26kw13. 用壓縮空氣將密度為1100kg/m3的腐蝕性液體自低位槽送到高位槽，兩槽的液位恒定。管路直徑均為603.5mm，其他尺寸見本題附圖。各管段的能量損失為f，AB=f，CD=u2，f，BC=1.18u2。兩壓差計(jì)中的指示液均為水銀。試求當(dāng)R1=45mm，h=200mm時(shí)：（1

7、）壓縮空氣的壓強(qiáng)P1為若干？（2）U管差壓計(jì)讀數(shù)R2為多少？解：對上下兩槽取截面列柏努力方程0+0+P1/=Zg+0+P2/+fP1= Zg+0+P2 +f =109.811100+1100（2u2+1.18u2） =107.9110+3498u在壓強(qiáng)管的B，C處去取截面，由流體靜力學(xué)方程得 PB+g（x+R1）=Pc +g（hBC+x）+水銀R1g PB+11009.81（0.045+x）=Pc +11009.81（5+x）+13.6109.810.045PB-PC=5.95104Pa在B，C處取截面列柏努力方程 0+uB/2+PB/=Zg+uc2/2+PC/+f，BC 管徑不變，ub=u

8、cPB-PC=（Zg+f，BC）=1100（1.18u2+59.81）=5.95104Pau=4.27m/s壓縮槽內(nèi)表壓P1=1.23105Pa（2）在B，D處取截面作柏努力方程0+u2/2+PB/= Zg+0+0+f，BC+f，CDPB=（79.81+1.18u2+u2-0.5u2）1100=8.35104PaPB-gh=水銀R2g8.35104-11009.810.2=13.6109.81R2R2=609.7mm15.在本題附圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置中，于異徑水平管段兩截面間連一倒置U管壓差計(jì)，以測量兩截面的壓強(qiáng)差。當(dāng)水的流量為10800kg/h時(shí)，U管壓差計(jì)讀數(shù)R為100mm，粗細(xì)管的直徑分別為

9、603.5mm與453.5mm。計(jì)算：（1）1kg水流經(jīng)兩截面間的能量損失。（2）與該能量損失相當(dāng)?shù)膲簭?qiáng)降為若干Pa？解：（1）先計(jì)算A，B兩處的流速： uA=ws/sA=295m/s，uB= ws/sB在A，B截面處作柏努力方程：zAg+uA2/2+PA/=zBg+uB2/2+PB/+hf1kg水流經(jīng)A，B的能量損失：hf= （uA2-uB2）/2+（PA- PB）/=（uA2-uB2）/2+gR/=4.41J/kg （2）.壓強(qiáng)降與能量損失之間滿足： hf=P/ P=hf=4.4110 20. 每小時(shí)將210kg的溶液用泵從反應(yīng)器輸送到高位槽。反應(yīng)器液面上方保持26.710Pa的真空讀，高

10、位槽液面上方為大氣壓強(qiáng)。管道為的鋼管，總長為50m，管線上有兩個(gè)全開的閘閥，一個(gè)孔板流量計(jì)（局部阻力系數(shù)為4），5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。反應(yīng)器內(nèi)液面與管路出口的距離為15m 。若泵效率為0.7，求泵的軸功率。解： 流體的質(zhì)量流速 s = 2104/3600 = 5.56 kg/s 流速 u =s/(A)=1.43m/s 雷偌準(zhǔn)數(shù)Re=du/= 165199 4000 查本書附圖1-29得 5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭的當(dāng)量長度: 52.1=10.5m 2個(gè)全開閥的當(dāng)量長度: 20.45 = 0.9m 局部阻力當(dāng)量長度 e=10.5 + 0.9 = 11.4m 假定 1/1/2=2 lg(d /) +1.14 = 2 l

11、g(68/0.3) + 1.14 = 0.029 檢驗(yàn) d/(Re1/2) = 0.008 0.005 符合假定即 =0.029 全流程阻力損失 =(+ e)/d u2/2 + u2/2 = 0.029(50+11.4)/(68103) + 41.432/2 = 30.863 J/Kg 在反應(yīng)槽和高位槽液面列伯努利方程得 P1/+ We = Zg + P2/+ We = Zg + (P1- P2)/+ = 159.81 + 26.7103/1073 + 30.863 = 202.9 J/Kg有效功率 Ne = Wes = 202.95.56 = 1.128103 軸功率 N = Ne/=1.1

12、28103/0.7 = 1.61103W = 1.61KW 22. 如本題附圖所示，貯水槽水位維持不變。槽底與內(nèi)徑為100mm 的鋼質(zhì)放水管相連，管路上裝有一個(gè)閘閥，距管路入口端15m 處安有以水銀為指示液的U管差壓計(jì)，其一臂與管道相連，另一臂通大氣。壓差計(jì)連接管內(nèi)充滿了水，測壓點(diǎn)與管路出口端之間的長度為20m。 （1）.當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)，測得R=600mm，h=1500mm；當(dāng)閘閥部分開啟時(shí)，測的R=400mm，h=1400mm。摩擦系數(shù)可取0.025，管路入口處的局部阻力系數(shù)為0.5。問每小時(shí)從管中水流出若干立方米。 （2）.當(dāng)閘閥全開時(shí)，U管壓差計(jì)測壓處的靜壓強(qiáng)為若干（Pa，表壓）。閘閥全開

13、時(shí)le/d15，摩擦系數(shù)仍取0.025。解: 根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程, 設(shè)槽面到管道的高度為x 水g(h+x)= 水銀gR 103(1.5+x) = 13.61030.6 x = 6.6m 部分開啟時(shí)截面處的壓強(qiáng) P1 =水銀gR -水gh = 39.63103Pa 在槽面處和1-1截面處列伯努利方程 Zg + 0 + 0 = 0 + u2/2 + P1/ + 而= (+e)/d + u2/2 = 2.125 u2 6.69.81 = u2/2 + 39.63 + 2.125 u2 u = 3.09/s 體積流量s= uA= 3.09/4(0.1)23600 = 87.41m3/h 閘閥全開時(shí)

14、 取2-2,3-3截面列伯努利方程Zg = u2/2 + 0.5u2/2 + 0.025(15 +/d)u2/2 u = 3.47m/s 取1-13-3截面列伯努利方程P1/ = u2/2 + 0.025(15+/d)u2/2 P1 = 3.7104Pa25. 在兩座尺寸相同的吸收塔內(nèi)，各填充不同的填料，并以相同的管路并聯(lián)組合。每條支管上均裝有閘閥，兩支路的管長均為5m（均包括除了閘閥以外的管件局部阻力的當(dāng)量長度），管內(nèi)徑為200mm。通過田料層的能量損失可分別折算為5u1與4u2，式中u 為 氣體在管內(nèi)的流速m/s ，氣體在支管內(nèi)流動的摩擦系數(shù)為0.02。管路的氣體總流量為0.3m/s。試求

15、：（1）兩閥全開時(shí)，兩塔的通氣量；（2）附圖中AB的能量損失。分析：并聯(lián)兩管路的能量損失相等，且各等于管路 總的能量損失,各個(gè)管路的能量損失由兩部分組成，一是氣體在支管內(nèi)流動產(chǎn)生的，而另一部分是氣體通過填料層所產(chǎn)生的，即f=(e/d) u2/2f填 而且并聯(lián)管路氣體總流量為個(gè)支路之和, 即 Vs= Vs1 + Vs2 解：兩閥全開時(shí)，兩塔的通氣量由本書附圖查得d=200mm時(shí)閥線的當(dāng)量長度 e=150m f1=(1e1/d) u12/2 + 5 u12 =0.02(50+150)/0.2 u12/2 + 5 u12 f2=(2e2/d) u22/2 + 4 u12 = 0.02(50+150)

16、/0.2 u22/2 + 4 u12 f1=f2 u12/ u22=11.75/12.75 即 u1 = 0.96u2 又Vs= Vs1 + Vs2 = u1A1+ u2A2 , A1 = A2 =(0.2)2/4=0.01= (0.96u2+ u2) 0.01 = 0.3 u2=4.875m/s u1A=4.68 m/s 即 兩塔的通氣量分別為Vs1 =0.147 m3/s, Vs12=0.153 m3/s 總的能量損失 f=f1=f2 =0.02155/0.2 u12/2 + 5 u12 = 12.5 u12 = 279.25 J/Kg 28本題附圖所示為一輸水系統(tǒng)，高位槽的水面維持恒定，

17、水分別從BC與BD兩支管排出，高位槽液面與兩支管出口間的距離為11m，AB段內(nèi)徑為38mm，長為58m；BC支管內(nèi)徑為32mm，長為12.5m；BD支管的內(nèi)徑為26mm，長為14m，各段管長均包括管件及閥門全開時(shí)的當(dāng)量長度。AB與BC 管的摩擦系數(shù)為0.03。試計(jì)算：(1)當(dāng)BD 支管的閥門關(guān)閉時(shí)，BC支管的最大排水量為若干m/h？(2)當(dāng)所有的閥門全開時(shí)，兩支管的排水量各為若干m/h？BD支管的管壁絕對粗糙度為0.15mm，水的密度為1000kg/m，粘度為0.001Pas。分析：當(dāng)BD 支管的閥門關(guān)閉時(shí)，BC管的流量就是AB總管的流量；當(dāng)所有的閥門全開時(shí)，AB總管的流量應(yīng)為BC，BD兩管流

18、量之和。而在高位槽內(nèi)，水流速度可以認(rèn)為忽略不計(jì)。解:（1）BD 支管的閥門關(guān)閉 VS,AB = VS,BC 即 u0A0 = u1A1 u0382/4 = u1322/4 u0 = 0.71u1 分別在槽面與C-C,B-B截面處列出伯努利方程 0 + 0 + Z0g = u12/2 + 0 + 0 + f,AC0 + 0 + Z1g = u02/2 + 0 + 0 + f,AB而f,AC = (AB/d0 )u02/2 + (BC/d1)u12/2 = O.03(58000/38) u02/2 + 0.03(12500/32)u12/2 = 22.89 u02 + 5.86 u12 f,AB = (AB/d0)u02/2 =