化工原理第一章習(xí)題課

一、填空或選擇1．某設(shè)備表壓為100kPa，則它的絕對壓強(qiáng)為kPa；另一設(shè)備真空度為400mmHg，則它的絕對壓強(qiáng)為。（當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.33kPa）（201.33；360mmHg）2.流體在鋼管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)，摩擦系數(shù)λ與和有關(guān)；若作完全湍流（阻力平方區(qū)），則λ僅與有關(guān)。(Re,ε/d,ε/d)3.從液面恒定的高位槽向常壓容器加水，若將放水管路上的閥門開度關(guān)小，則管內(nèi)水流量將，管路的局部阻力將，直管阻力將，管路總阻力將。（設(shè)動(dòng)能項(xiàng)可忽略）(減小,增大，減小，不變)2021/6/2714.一轉(zhuǎn)子流量計(jì)，當(dāng)通過水流量為1m3/h時(shí)，測得該流量計(jì)進(jìn)、出間壓強(qiáng)降為20Pa；當(dāng)流量增加到1.5m3/h時(shí)，相應(yīng)的壓強(qiáng)降

。（不變）5.在一水平變徑管路中,在小管截面A和大管截面B連接一U型壓差計(jì),當(dāng)流體流過該管時(shí),壓差計(jì)讀數(shù)R值反映().

A．兩截面間的壓強(qiáng)差；B．兩截面間的流動(dòng)阻力；

C．兩截面間動(dòng)壓頭變化；D.突然擴(kuò)大或縮小的阻力。（A）6.因次方析的目的在于()。

A．得到各變量間的確切定量關(guān)系；B．用無因次數(shù)群代替變量,使實(shí)驗(yàn)與關(guān)聯(lián)簡化；C．得到無因次數(shù)群間定量關(guān)系；D．無需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即可得到關(guān)聯(lián)式.（B）2021/6/2727.流體流過兩個(gè)并聯(lián)管路管1和2，兩管內(nèi)均呈層流。兩管的管長L1=L2、管內(nèi)徑d1=2d2，則體積流量V2/V1為（）。

A.1/2;B.1/4;C.1/8;D.1/16。（D）8.流體在長為3m、高為2m的矩形管道內(nèi)流動(dòng)，則該矩形管道的當(dāng)量直徑為（）。A.1.2m；B.0.6m；C.2.4m；D.4.8m。（C）9.圓形直管內(nèi)徑d=100mm，一般情況下輸水能力為（）m3/h。A.3；B.30；C.200；D.300。（B）2021/6/273二、計(jì)算例1：如本題附圖所示，蒸汽鍋爐上裝置一復(fù)式U形水銀測壓計(jì)，截面2、4間充滿水。已知對某基準(zhǔn)面而言各點(diǎn)的標(biāo)高為z0=2.1m，z2=0.9m，z4=2.0m，z6=0.7m，z7=2.5m。試求鍋爐內(nèi)水面上的蒸汽壓強(qiáng)。

2021/6/274解：按靜力學(xué)原理，同一種靜止流體的連通器內(nèi)、同一水平面上的壓強(qiáng)相等，故有:對水平面1-2而言：對水平面3-4而言：對水平面5-6而言：鍋爐蒸汽壓強(qiáng)

則蒸汽的表壓為

2021/6/275例2：有一液位恒定的高位槽通過管路向水池供水（見附圖），高位槽內(nèi)液面高度h1為1m，供水總高度h2為10m，輸水管內(nèi)徑50mm，總長度100m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長度），λ=0.025。試求:1)供水量為多少？2)若此時(shí)在管垂直部分某處出現(xiàn)一直徑為1mm的小孔，有人說因虹吸現(xiàn)象，在某一高度范圍內(nèi)不會從小孔向外流水，而還有人則認(rèn)為水將從小孔流出。試推導(dǎo)證明哪一種說法正確。

2021/6/276解：1）取高位槽上液面為截面1，輸水管出口外側(cè)為截面2，出口管中心線為基準(zhǔn)面，在1-1’和2-2’間列柏努利方程，可得：

將阻力公式代入，整理得：2021/6/2772）仍取高位槽上液面為截面1，再取垂直管處任意一點(diǎn)為截面3，在1-1’和3-3’間列柏努利方程，可得：

顯然，此式為單調(diào)增函數(shù)，且在Z1-Z3=1m處，2021/6/278所以在Z1-Z3=1～9m時(shí)（即垂直管段任意高度處），即表示管內(nèi)靜壓高于大氣壓力，故不會出現(xiàn)虹吸現(xiàn)象，水將從小孔流出。

討論：判斷水是否流出的依據(jù)是孔處壓力的大小，若該處壓力大于大氣壓力，則水從小孔流出；否則，水不會流出。

2021/6/279例3:流體輸送機(jī)械功率的計(jì)算

某化工廠用泵將敞口槽中的堿液（密度為1100kg/m3）輸送至吸收塔頂，經(jīng)噴嘴噴出，如附圖所示。泵的入口管為φ108×4mm的鋼管，管中的流速為1.2m/s，出口管為φ76×3mm的鋼管。貯液池中堿液的深度為1.5m，池底至塔頂噴嘴入口處的垂直距離為20m。堿液流經(jīng)所有管路的能量損失為30.8J/kg（不包括噴嘴），在噴嘴入口處的壓力為29.4kPa（表壓）。設(shè)泵的效率為60%，試求泵所需的功率。2021/6/2710解：如圖所示，取堿液池中液面為1-1’截面，塔頂噴嘴入口處為2-2‘截面，并且以1-1‘截面為基準(zhǔn)水平面。在1-1‘和2-2’截面間列柏努利方程

其中：z1=0；p1=0（表壓）；u1≈0

z2=20-1.5=18.5m；p2=29.4×103Pa（表壓）已知泵入口管的尺寸及堿液流速，可根據(jù)連續(xù)性方程計(jì)算泵出口管中堿液的流速：2021/6/2711

ρ=1100kg/m3，ΣWf=30.8J/kg將以上各值代入，可求得輸送堿液所需的外加能量堿液的質(zhì)量流量：

泵的有效功率：

泵的效率為60%，則泵的軸功率：

2021/6/2712例4：如本題附圖所示，密度為950kg/m3、粘度為1.24mPa·s的料液從高位槽送入塔中，高位槽內(nèi)的液面維持恒定，并高于塔的進(jìn)料口4.5m，塔內(nèi)表壓強(qiáng)為3.5×103Pa。送液管道的直徑為45×2.5mm，長為35m（包括管件及閥門的當(dāng)量長度,但不包括進(jìn)、出口損失），管壁的絕對粗糙度為0.2mm，試求輸液量為若干m3/h。

2021/6/2713解：該例為操作型試差計(jì)算題。計(jì)算過程如下：以高位槽液面為上游截面1-1’，輸液管出口內(nèi)側(cè)為下游截面2-2’，并以截面2-2’的中心線為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程式，即

將已知數(shù)據(jù)代入上兩式，經(jīng)整理得到2021/6/2714故需試差。試差方法一：先取ε值，求ε/d值，在阻力平方區(qū)查取λ，然后按如下方框進(jìn)行計(jì)算。取ε=0.2mm，ε/d=0.2/40=0.005，在圖1-28的阻力平方區(qū)查得λ=0.03。將λ值代入式a計(jì)算u，即2021/6/2715由ε/d及Re值，再查圖1-28，得到λ＝0.0322，與原取0.03有差別，進(jìn)行第二次試差，解得u=1.656m/s，Re=5.08×104，λ＝0.0322。于是u=1.656m/s即為所求，故液體輸送量為試差方法二根據(jù)流體性質(zhì)初設(shè)u，按如下步驟進(jìn)行計(jì)算。2021/6/2716三、討論題例1：如圖所示，在兩個(gè)壓強(qiáng)不同的密閉容器A，B內(nèi)充滿了密度為ρ的液體，兩容器的上部與下部分別連接兩支規(guī)格相同的U行管水銀壓差計(jì)，連接管內(nèi)充滿密度為ρ的液體。試回答：（1）pM和pN的關(guān)系；（2）判斷1-2，2-3，3-4及5-6，6-7，7-8等對應(yīng)截面上的壓強(qiáng)是否相等；（3）兩壓差計(jì)讀數(shù)R與H的關(guān)系。

2021/6/2717答：（1）pM＞pN。（2）1-2，3-4，5-6，6-7為等壓面（連續(xù)的同一介質(zhì)在同一水平面上）。（3）R和H相等。因有：又由于L3＝L2，所以：即：R=H2021/6/2718例2：本題附圖中所示的高位槽液面維持恒定，管路中ab和cd兩段的長度、直徑及粗糙度均相同。某液體以一定流量流過管路，液體在流動(dòng)過程中溫度可視為不變。問：（1）液體通過ab和cd兩管段的能量損失是否相等？（2）此兩管段的壓強(qiáng)差是否相等？并寫出它們的表達(dá)式；（3）兩U管壓差計(jì)的指示液相同，壓差計(jì)的讀數(shù)是否相等？2021