第一章-流體流動(dòng)與輸送設(shè)備(習(xí)題及答案)教學(xué)文稿

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________第一章流體流動(dòng)與輸送設(shè)備1.燃燒重油所得的燃燒氣，經(jīng)分析知其中含CO28.5％，O27.5％，N276％，H2O8％（體積％），試求此混合氣體在溫度500℃、壓力101.3kPa解：混合氣體平均摩爾質(zhì)量∴混合密度2．已知20℃下水和乙醇的密度分別為998.2kg/m3和789kg/m3,試計(jì)算50％（質(zhì)量％）乙醇水溶液的密度。又知其實(shí)測(cè)值為935解：乙醇水溶液的混合密度相對(duì)誤差：3．在大氣壓力為101.3kPa的地區(qū)，某真空蒸餾塔塔頂?shù)恼婵毡碜x數(shù)為85kPa。若在大氣壓力為90kPa的地區(qū)，仍使該塔塔頂在相同的絕壓下操作，則此時(shí)真空表的讀數(shù)應(yīng)為多少？解：題4附圖題4附圖4．如附圖所示，密閉容器中存有密度為900kg/m3的液體。容器上方的壓力表讀數(shù)為42kPa，又在液面下裝一壓力表，表中心線(xiàn)在測(cè)壓口以上解：液面下測(cè)壓口處壓力BDh1h2AC題5附圖5.如附圖所示，敞口容器內(nèi)盛有不互溶的油和水，油層和水層的厚度分別為700mm和BDh1h2AC題5附圖（1）計(jì)算玻璃管內(nèi)水柱的高度；（2）判斷A與B、C與D點(diǎn)的壓力是否相等。解：（1）容器底部壓力（2）6．水平管道中兩點(diǎn)間連接一U形壓差計(jì)，指示液為汞。已知壓差計(jì)的讀數(shù)為30mm，試分別計(jì)算管內(nèi)流體為（1）水；（2）壓力為101.3kPa、溫度為20℃解：（1）（2）空氣密度∵空氣密度較小，∴7．用一復(fù)式U形壓差計(jì)測(cè)量水流過(guò)管路中A、B兩點(diǎn)的壓力差。指示液為汞，兩U形管之間充滿(mǎn)水，已知h1=1.2m，h2=0.4m，h4=1.4m，h3=0.25m，試計(jì)算A、B兩點(diǎn)的壓力差。題題7附圖34624315解：圖中1、2為等壓面，即(1)又(2)將(2)代入(1)中:8．根據(jù)附圖所示的雙液體U管壓差計(jì)的讀數(shù)，計(jì)算設(shè)備中氣體的壓力，并注明是表壓還是絕壓。已知壓差計(jì)中的兩種指示液為油和水，其密度分別為920kg/m3和998kg/m3，壓差計(jì)的讀數(shù)R＝300mm。兩擴(kuò)大室的內(nèi)徑D為60mm，U管的內(nèi)徑d為6mm。題8附圖12h題8附圖12h1又題9附圖(表壓題9附圖9．為了排出煤氣管中的少量積水，用附圖所示的水封裝置，水由煤氣管道中的垂直支管排出。已知煤氣壓力為10kPa（表壓），試求水封管插入液面下的深度h。解:煤氣表壓10．為測(cè)定貯罐中油品的貯存量，采用圖1-8所示的遠(yuǎn)距離液位測(cè)量裝置。已知貯罐為圓筒形，其直徑為1.6m，吹氣管底部與貯罐底的距離為0.3m，油品的密度為850kg/m3。若測(cè)得U形壓差計(jì)讀數(shù)R為150mmHg，試確定貯罐中油品的貯存量，分別以體積及質(zhì)量表示。解:罐中總高度:11．絕對(duì)壓力為540kPa、溫度為30℃的空氣，在φ108×4mm的鋼管內(nèi)流動(dòng)，流量為1500m解:標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣的密度:操作條件下密度: 體積流速:12．硫酸流經(jīng)由大小管組成的串聯(lián)管路，其尺寸分別為φ76×4mm和φ57×3.5mm。已知硫酸的密度為1831kg/m3，體積流量為9m解:(1)大管:(2)小管:質(zhì)量流量不變或:1題13附圖13．如附圖所示，用虹吸管從高位槽向反應(yīng)器加料，高位槽與反應(yīng)器均與大氣相通，且高位槽中液面恒定?，F(xiàn)要求料液以1m/s的流速在管內(nèi)流動(dòng)，設(shè)料液在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損失為1題13附圖解:以高位槽液面為1-1’面,管出口內(nèi)側(cè)為2-2’面,在1-1’簡(jiǎn)化:題14附圖14．用壓縮空氣將密閉容器（酸蛋）中的硫酸壓送至敞口高位槽，如附圖所示。輸送量為0.1m3/min，輸送管路為φ38×3mm的無(wú)縫鋼管。酸蛋中的液面離壓出管口的位差為10m，且在壓送過(guò)程中不變。設(shè)管路的總壓頭損失為3.5m（不包括出口），硫酸的密度為1830kg題14附圖解:以酸蛋中液面為1-1’面,管出口內(nèi)側(cè)為2-2’面,且以1-1’面為基準(zhǔn),在1-1簡(jiǎn)化:其中:代入:題15附圖215．如附圖所示，某鼓風(fēng)機(jī)吸入管內(nèi)徑為200mm，在喇叭形進(jìn)口處測(cè)得U形壓差計(jì)讀數(shù)R＝15mm（指示液為水），空氣的密度為1.2kg/m3，忽略能量損失。試求管道內(nèi)空氣的流量。題15附圖2解:如圖,在1-1’～2-2其中:簡(jiǎn)化:而:流量:R題16附圖1216．甲烷在附圖所示的管路中流動(dòng)。管子的規(guī)格分別為φ219×6mm和φ159×4.5mm，在操作條件下甲烷的平均密度為1.43kg/m3，流量為1700m3/h。在截面1R題16附圖12解:在1,2截面間列柏努力方程:簡(jiǎn)化:或:其中:又17．如附圖所示，用泵將20℃水從水池送至高位槽，槽內(nèi)水面高出池內(nèi)液面30m。輸送量為30m3/h，此時(shí)管路的全部能量損失為40J/kg。設(shè)泵的效率為70解:在水池1面與高位槽2面間列柏努力方程:簡(jiǎn)化:題18附圖18．附圖所示的是丙烯精餾塔的回流系統(tǒng)，丙烯由貯槽回流至塔頂。丙烯貯槽液面恒定，其液面上方的壓力為2.0MPa（表壓），精餾塔內(nèi)操作壓力為1.3MPa（表壓）。塔內(nèi)丙烯管出口處高出貯槽內(nèi)液面30m，管內(nèi)徑為140mm，丙烯密度為600kg/m3?，F(xiàn)要求輸送量為40×103kg/h題18附圖解:在貯槽液面1-1’與回流管出口外側(cè)2-2簡(jiǎn)化: 不需要泵,液體在壓力差的作用下可自動(dòng)回流至塔中1h題19附圖19．某一高位槽供水系統(tǒng)如附圖所示，管子規(guī)格為φ45×2.5mm。當(dāng)閥門(mén)全關(guān)時(shí)，壓力表的讀數(shù)為78kPa。當(dāng)閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，壓力表的讀數(shù)為75kPa，且此時(shí)水槽液面至壓力表處的能量損失可以表示為J/kg1h題19附圖（1）高位槽的液面高度；（2）閥門(mén)全開(kāi)時(shí)水在管內(nèi)的流量（m3/h）。解:(1)閥門(mén)全關(guān),水靜止(2)閥門(mén)全開(kāi):在水槽1-1’面與壓力表2-2簡(jiǎn)化:解之:流量:題題20附圖20．附圖所示的是冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的密度為1100kg/m3，循環(huán)量為45m3/h。管路的內(nèi)徑相同，鹽水從A流經(jīng)兩個(gè)換熱器至B的壓頭損失為9m，由B流至A的壓頭損失為12m（1）若泵的效率為70％，則泵的軸功率為多少？（2）若A處壓力表的讀數(shù)為153kPa，則B處壓力表的讀數(shù)為多少？解:(1)對(duì)于循環(huán)系統(tǒng):(2)列柏努力方程:簡(jiǎn)化: B處真空度為19656Pa。 21．25℃水在φ60×3mm的管道中流動(dòng)，流量為20m解:查附錄25℃ 為湍流22．運(yùn)動(dòng)粘度為3.2×10－5m2/s的有機(jī)液體在φ76×解:23．計(jì)算10℃水以2.7×10－3m3/s的流量流過(guò)φ57×3.5mm、長(zhǎng)20m解:10℃查得24．如附圖所示，用泵將貯槽中的某油品以40m3/h的流量輸送至高位槽。兩槽的液位恒定，且相差20m，輸送管內(nèi)徑為100mm，管子總長(zhǎng)為45m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。已知油品的密度為890kg/m3，粘度為0.487Pa·s題24附圖解題24附圖在貯槽1截面到高位槽2截面間列柏努力方程:簡(jiǎn)化:而:25．一列管式換熱器，殼內(nèi)徑為500mm，內(nèi)裝174根φ25×2.5mm解:26．求常壓下35℃的空氣以12m/s的速度流經(jīng)120m長(zhǎng)的水平通風(fēng)管的能量損失和壓力損失。管道截面為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)為300mm，寬為200mm。（設(shè)＝0.0005解:當(dāng)量直徑:35℃空氣物性:由,查得27．如附圖所示，密度為800kg/m3、粘度為1.5mPa·s的液體，由敞口高位槽經(jīng)φ114×4mm的鋼管流入一密閉容器中，其壓力為0.16MPa（表壓），兩槽的液位恒定。液體在管內(nèi)的流速為1.5m/s，管路中閘閥為半開(kāi)，管壁的相對(duì)粗糙度＝0.002，試計(jì)算兩槽液面的垂直距離。題27附圖題27附圖簡(jiǎn)化:由 ,查得管路中:進(jìn)口90℃彎頭2個(gè)半開(kāi)閘閥出口28．從設(shè)備排出的廢氣在放空前通過(guò)一個(gè)洗滌塔，以除去其中的有害物質(zhì)，流程如附圖所示。氣體流量為3600m3/h，廢氣的物理性質(zhì)與50℃的空氣相近，在鼓風(fēng)機(jī)吸入管路上裝有U形壓差計(jì)，指示液為水，其讀數(shù)為60mm。輸氣管與放空管的內(nèi)徑均為250mm，管長(zhǎng)與管件、閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度之和為55m（不包括進(jìn)、出塔及管出口阻力），放空口與鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口管水平面的垂直距離為15m，已估計(jì)氣體通過(guò)洗滌塔填料層的壓力降為2.45kPa。管壁的絕對(duì)粗糙度取為0.15mm，大氣壓力為題題28附圖解:以吸入管測(cè)壓處為1-1’面,洗滌塔管出口內(nèi)側(cè)為2-2簡(jiǎn)化:其中:50℃空氣物性:又查得29．如附圖所示，用離心泵將某油品輸送至一密閉容器中。A、B處壓力表的讀數(shù)分別為1.47MPa、1.43MPa，管路尺寸為φ89×4mm，A、B兩點(diǎn)間的直管長(zhǎng)度為40m，中間有6個(gè)90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭。已知油品的密度為820kg/m3，粘度為121mPa·s題題29附圖AB解:在A(yíng)—B間列柏努力方程:簡(jiǎn)化:又 油品粘度大,設(shè)流動(dòng)為層流.900標(biāo)準(zhǔn)彎頭解得 假設(shè)正確30．20℃苯由高位槽流入貯槽中，兩槽均為敞口，兩槽液面恒定且相差5m。輸送管為φ38×3mm的鋼管（＝0.05mm）總長(zhǎng)為解:在兩槽間列柏努力方程,并簡(jiǎn)化:即:代入數(shù)據(jù):化簡(jiǎn)得:查完全湍流區(qū)設(shè),由(1)式得由附錄查得20℃查圖，再設(shè)，由（1）得查得假設(shè)正確流量：31．如附圖所示，密度為ρ的流體以一定的流量在一等徑傾斜管道中流過(guò)。在A(yíng)、B兩截面間連接一U形壓差計(jì)，指示液的密度為ρ0，讀數(shù)為R。已知A、B兩截面間的位差為，試求：AB間的壓力差及能量損失；（2）若將管路水平放置而流量保持不變，則壓差計(jì)讀數(shù)及AB間的壓力差為多少?解：（1）在A(yíng)-A與B-B間柏努利方程：BRhBRhA題31附圖其中=對(duì)于U形差壓計(jì)（2）水平放置時(shí)流量不變管路總能量損失不變。而U形差壓計(jì)讀數(shù)R實(shí)際反映了阻力的大小，所以R不變。此時(shí)，題32附圖32．如附圖所示，高位槽中水分別從BC與BD兩支路排出，其中水面維持恒定。高位槽液面與兩支管出口間的距離為10m。AB管段的內(nèi)徑為38mm、長(zhǎng)為28m；BC與BD支管的內(nèi)徑相同，均為32mm，長(zhǎng)度分別為12m、15m（以上各長(zhǎng)度均包括管件及閥門(mén)全開(kāi)時(shí)的當(dāng)量長(zhǎng)度）。各段摩擦系數(shù)均可取為題32附圖（1）BC支路閥門(mén)全關(guān)而B(niǎo)D支路閥門(mén)全開(kāi)時(shí)的流量；（2）BC支路與BD支路閥門(mén)均全開(kāi)時(shí)各支路的流量及總流量。解：（1）在高位槽液面與BD管出口外側(cè)列柏努利方程：簡(jiǎn)化：而有：化簡(jiǎn)又由連續(xù)性方程：代入上式：解得：流量：（2）當(dāng)BD，BC支路閥均全開(kāi)時(shí)：C，D出口狀態(tài)完全相同，分支管路形如并聯(lián)管路，(1)又=(2)在高位槽液面與BD出口列柏努利方程：(3)將（2）代入（3）式中：解得：流量：33．在內(nèi)徑為80mm的管道上安裝一標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，孔徑為40mm，U形壓差計(jì)的讀數(shù)為350mmHg。管內(nèi)液體的密度為1050kg/m3，粘度為0.5cP解：設(shè)，查得而 假設(shè)正確，以上計(jì)算有效。題題34附圖34．用離心泵將20℃水從水池送至敞口高位槽中，流程如附圖所示，兩槽液面差為12m。輸送管為φ57×3.5mm的鋼管，總長(zhǎng)為220m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。用孔板流量計(jì)測(cè)量水流量，孔徑為20（1）水流量，m3/h；（2）每kg水經(jīng)過(guò)泵所獲得的機(jī)械能。解：（1）（2）以水池液面為面，高位槽液面為面，在面間列柏努利方程：簡(jiǎn)化:而其中：35．以水標(biāo)定的轉(zhuǎn)子流量計(jì)用來(lái)測(cè)量酒精的流量。已知轉(zhuǎn)子的密度為7700kg/m3，酒精的密度為790kg/m解：酒精流量比水大36．在一定轉(zhuǎn)速下測(cè)定某離心泵的性能，吸入管與壓出管的內(nèi)徑分別為70mm和50mm。當(dāng)流量為30m3/h時(shí)，泵入口處真空表與出口處壓力表的讀數(shù)分別為40kPa和215kPa，兩測(cè)壓口間的垂直距離為0.4m，軸功率為3.45kW解：在泵進(jìn)出口處列柏努力方程，忽略能量損失；=27.07m37．在一化工生產(chǎn)車(chē)間，要求用離心泵將冷卻水從貯水池經(jīng)換熱器送到一敞口高位槽中。已知高位槽中液面比貯水池中液面高出10m，管路總長(zhǎng)為400m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。管內(nèi)徑為75mm，換熱器的壓頭損失為，摩擦系數(shù)可取為0.03。此離心泵在轉(zhuǎn)速為2900rpm時(shí)的性能如下表所示：Q/(m3/s)00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H/m2625.524.5232118.515.5128.5試求：（1）管路特性方程；（2）泵工作點(diǎn)的流量與壓頭。解：（1）管路特性曲線(xiàn)方程：（2）在坐標(biāo)紙中繪出泵的特性曲線(xiàn)及管路特性曲線(xiàn)的工作點(diǎn)：38．用離心泵將水從貯槽輸送至高位槽中，兩槽均為敞口，且液面恒定。現(xiàn)改為輸送密度為1200kg/m3的某水溶液，其它物性與水相近。若管路狀況不變，試說(shuō)明：（1）輸送量有無(wú)變化？（2）壓頭有無(wú)變化？（3）泵的軸功率有無(wú)變化？（4）泵出口處壓力有無(wú)變化？解：變化時(shí)，泵特性曲線(xiàn)不變。管路特性曲線(xiàn)不變輸送量不變；（2）壓頭不變；軸功率：增加（4）在貯槽液面1-1′和泵出口2-2′間列柏努力方程：簡(jiǎn)化：工作點(diǎn)Q，不變，不變即隨的增加而增加。39．用離心泵向設(shè)備送水。已知泵特性方程為，管路特性方程為，兩式中Q的單位均為m3/h，H的單位為m。試求：（1）泵的輸送量；（2）若有兩臺(tái)相同的泵串聯(lián)操作，則泵的輸送量又為多少？解：（1）聯(lián)立：解得：兩泵串聯(lián)后：泵的特性：與管路特性聯(lián)立：解得：40．用型號(hào)為IS65-50-125的離心泵將敞口貯槽中80℃的水送出，吸入管路的壓頭損失為4m 解：查附錄：水，IS65-50-125泵氣蝕余量NPSH=2.0m泵允許安裝高度：==為安全起見(jiàn)，再降低，即即泵需要安裝在水槽液面以下或更低。41．用油泵從貯槽向反應(yīng)器輸送44℃的異丁烷，貯槽中異丁烷液面恒定，其上方絕對(duì)壓力為652kPa。泵位于貯槽液面以下1.5m處，吸入管路全部壓頭損失為1.6m。44℃時(shí)異丁烷的密度為530kg/m3，飽和蒸汽壓為638kPa。所選用泵的允許汽蝕余量為