***答案***
∵u=[2g(Z-∑h)]/
当阀门A关小时,∑hf↑,但Z不变,则u↓,d不变则V↓即流量变小。
18.(8分)
如图所示,A.B.C三点在同一水平面上,d=d=d,问: (1)当阀门关闭时,A.B.C三点处的压强哪个大?哪个小?或相等?
(2)当阀门打开,高位槽液面保持不变,A.B.C三点处的压强哪个大?哪个小?或相等?
***答案***
(1)阀门关闭,水处于静止状态,P=P=P
(2)阀门打开,水稳定流动,有阻力,且d=d=d∴P>P>P
19.(10分)
如图所示:A.B.C三点在同一水平面上,d=d,d>d,问:(1)当闸阀关闭时,A.B.C三点处的压强那个大?哪个小?或相等?(2)当阀门打开,高位槽水位稳定不变,A.B.C三截面处的压强、流量、流速哪个大?哪个小?或相等?
***答案*** (1) p=p=p
(2) ① V=V=V
②u=u u>u u>u
③ 流动流体有阻力,由柏努利方程知:P>P P>P P与P的大小由u、u和h→c之值决定
20.(4分)
什么叫化工单元操作?常用的化工单元操作有哪些?
***答案***
化工产品的生产过程中,具有共同物理变化,遵循共同的物理学定律的一些物理操作过程。例如:流体流动、流体输送、非均相分离、传热、蒸发、蒸馏、吸收、萃取、干燥等。
五、计算题:
1.(10分)
以复式水银压差计测量某密闭容器内的压力P。已知各水银液面标高分别为h=2.6m,h=0.3m,h=1.5m,h=0.5m,h=3.0m。求此密闭容器水面上方的压强P(kN.m)(表压)
***答案***
按表压计算,p=(h-h)ρ汞.g, p=p-(h-h)ρ水.g p=p +(h-h)ρ汞.g p=p-(h-h)ρ水.g
以上相加
p=(h-h+h-h)ρ汞.g-(h-h+h-h)ρ水.g
=(2.6-0.3+1.5-0.5)×13.6×10g-(1.5-0.3+3-0.5)1000g=404KN/m 2.(10分)
密度为1000kg.m,粘度为1cP的水,以10m.h的流量在φ51×3mm 的水平管道内流过,在管路上某处流体静压强为1.5 kgf.cm(表压),若管路的局部阻力可略去不计,问距该处100m 同一水平线下游处流体静压强为多少Pa? (Re=3×10--1× 10时, λ=0.3164/Re)
***答案***
u=V/(πd/4)=10/(3600×π×0.045/4)=1.75m.s Re=duρ/μ=0.045×1.75×1000/(1×10)=78750 λ=0.3164/Re=0.3164/78750=0.0189 由柏式: Z=Z u=u ∴p/ρ=p/ρ+ λ(l/d)(u/2) p=p-λ(l/d)(ρu/2)
=1.5×9.81×10-0.0189×(100/0.045)×(1.75/2)×1000 =8.3×10N.m(表压)
3.(12分)
用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油,流量为38.4T. h,高位槽中液面比油池中液面高20m, 管路总长(包括阀门及管件的当量长度) 430m,进出口阻力不计。管径为φ108×4mm,若油在输送温度下的比重为0.96, 粘度为3430cp,求泵所需的实际功率,设泵的效率η=50%。
***答案***
对贮油池液面至高位槽液面列柏努利方程: He=△Z+λ[(l+Σle )/d](u/2g)
△Z=20m l+Σle =430m d=108-2×4=100mm=0.1m u=Vs/0.785d
=38400/3600×0.785×0.1×960 =1.415m.s
Re=duρ/μ=0.1×1.415×960/3430×10=39.6<2000 λ=64/Re=64/39.6=1.616 He=20+1.616×(430/0.1)× (1.415/2×9.81)=729.2m N=Q·He·ρg/η=38400×729.2×9.81/(3600×0.5×1000) = 152.6kw
4.(12分)
用离心泵将水由水槽送至水洗塔中,水洗塔内的表压为9.807×10N.m,水槽液面恒定,其上方通大气,水槽液面与输送管出口端的垂直距离为20m,在某送液量下,泵对水作的功为317.7 J.kg,管内摩擦系数为0.018,吸入和压出管路总长为110m(包括管件及入口的当量长度,但不包括出口的当量长度)输送管尺寸为 φ108×4mm,水的密度为1000kg.m。求输水量为多少m.h。
***答案***
Zg+(p/ρ)+(u/2)+W=Zg+(p/ρ)+(u/2)+Σhf 已知数据:
Z=0;P(表)=0;u≈0; W=317.7[J.kg];
Z=20[m];p=9.807×10[N.m](表); ρ=1000[kg.m] 简化上式:
W=Zg+(p/ρ)+(u/2)+Σhf 又Σhf=λlu/2d=9.9u
∴317.7=9.81×20+9.807×10/1000+u/2+9.9u
10.4u=23.43 ∴u=1.5[m.s]
V=(π/4)D×u×3600=0.785×0.12 ×1.5×3600=42.41[m.h]
5.(12分) 如图所示,D=100mm, d=50mm,H=150mm,ρ气体=1.2kg.m。当R=25mm时,将水从水池中吸入水平管中间,问此时V气体=?m.s(阻力可忽略)
***答案***
选1-1、2-2截面与基准面0-0,如图所示。 在两截面之间列柏方程并简化得到:
(p/ρ)+(u/2)=(p/ρ)+(u/2) (1) 由已知数据:p=0.025×13600×9.81=3335N.m p=-0.15×1000×9.81=-1472N.m u=(100/50)u=4u
代入(1)可得:15u=2(p-p)/ρ=8012
u=23.11m.s Vs=(π/4)Du=0.1814m.s 或V=653m.h
6.(10分)
图示为水泵进水管的装置。管子尺寸为φ57×3.5mm;管的下端位于储水池水面下2m,并装有底阀及滤网,该处之局部阻力压头损失为12u/(2g);截面2-2处的真空度为4m水柱;由1-1至2-2截面的沿程压头损失为9u/(2g)。试求:(1)进水管的流量为多少m.h;(2)进水口1-1处的表压为若干N.m?
***答案***
列水面与2-2截面列柏努利方程:
(1)Z+u/2g+P/ρg=Z+u/2g +P/ρg+∑H
Z=0,u=0,P=0,Z=3m,P/ρg=-4mHO ∑H=12u/2g+9u/2g=21u/2g=21u/2g 21u/2g+u/2g=22u/2g=4-3=1m ∴u=(2×9.81/22)=0.94m.s
∴V=3600×0.785(0.05)×0.94=6.64m.h (2)进水口1-1处的表压P
3—3截面为大槽距水面2m深处的大槽截面,3-3及1-1截面间的柏努利方程式 Z=Z=0 p/ρg=2 p/ρg u≈0 u=0.94ms H=12u/2g 2=p/1000g+0.94/2g+12×0.94/2g
p=13.88×10 P=13.88KP=1.415m水
7.(10分)
一直立煤气管,在底部测压管测得水柱差h=100mm,在H=20m高处的测压管中测得水柱差h=115mm,管外空气的密度ρ=1.29kg.m,求管中静止煤气的密度ρ为多大?