化工原理习题(含答案)

·流体流动部分

1.某储油罐中盛有密度为960 kg/m3的重油(如附图所示),油面最高时离罐底9.5 m,油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm的孔,其中心距罐底1000 mm,孔盖用14 mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5×106 Pa,问至少需要几个螺钉(大气压力为101.3×103 Pa)?

解:由流体静力学方程,距罐底1000 mm处的流体压力为

p?p??gh?101.3?103?960?9.81?(9.5?1.0)Pa?1.813?103Pa(绝压) 作用在孔盖上的总力为

??π F?(p?pa)A=(1.813?103-101.3?103)??0.762N=3.627?104N

4每个螺钉所受力为

π F1?39.5?10??0.0142N?6.093?103N

4因此

n?FF1?3.627?104?6.093?103?N?5.95?6(个)

习题1附图

2.如本题附图所示,流化床反应器上装有两个U管压差计。读数分别为R1=500 mm,R2=80 mm,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散,于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水,其高度R3=100 mm。试求A、B两点的表压力。 解:(1)A点的压力

习题2附图

pA??水gR3??汞gR2??1000?9.81?0.1?13600?9.81?0.08?Pa?1.165?104Pa(表)

(2)B点的压力

1

pB?pA??汞gR1

??1.165?104?13600?9.81?0.5?Pa?7.836?104Pa(表)

3、如本题附图所示,水在管道内流动。为测量流体压力,在管道某截面处连接U管压差计,指示液为水银,读数R=100毫米,h=800mm。为防止水银扩散至空气中,在水银液面上方充入少量水,其高度可忽略不计。已知当地大气压为101.3KPa试求管路中心处流体的压力。

解:设管路中心处流体的压力为p PA=PA P + ρ水gh + ρ汞gR = P0 P=p0- ρ水gh - ρ汞gR

=(101.3×103-1000×9.8x0.8 - 13600×9.8×0.1) P=80.132kpa

4、如本题附图所示,高位槽内的水位高于地面7 m,水从φ108 mm×4 mm的管道中流出,管路出口高于地面1.5 m。已知水流经系统的能量损失可按∑hf=5.5u2计算,其中u为水在管内的平均流速(m/s)。设流动为稳态,试计算(1)A-A'截面处水的平均流速;(2)水的流量(m3/h)。 解:(1)A- A'截面处水的平均流速

在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程,得

p12p22 gz1?1ub1?1?gz2?ub2???hf 2?2?(1)

式中 z1=7 m,ub1~0,p1=0(表压) z2=1.5 m,p2=0(表压),ub2 =5.5 u2 代入式(1)得

22 9.81?7?9.81?1.5?1ub2?5.5ub22 ub?3.0ms

(2)水的流量(以m3/h计)

3.142??0.018?2?0.004??0.02355m3s?84.78m3h 45、如本题附图所示,用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定,其上方压力为1.0133?105 Pa。流体密度为800 kg/m3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21?105 Pa,进料口高于储罐内的液面8 m,输送管道直径为φ68 mm ?4 mm,进料量为20 m3/h。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg,求泵的有效功率。

解:在截面A-A?和截面B-B?之间列柏努利方程式,得

2p1u12p2u2??gZ1?We???gZ2??hf ?2?2Vs?ub2A?3.0?2

p1?1.0133?105Pa;p2?1.21?105Pa;Z2?Z1?8.0m;u1?0;u2??hf?70Jkg

203600VV??ms?1.966msAπ23.142d??0.068?2?0.004?44p2?p1We??2u2?u12??g?Z2?Z1???hf2

??1.21?1.0133??1051.9662?We????9.8?8.0?70?Jkg8002?? ??2.46?1.93?78.4?70?Jkg?175JkgNe?wsWe?203600?800?173W?768.9W6、 某液体以一定的质量流量在水平直圆管内作湍流流动。若管长及液体物性不变,将管径

减至原来的1/2,问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍? 解:流体在水平光滑直圆管中作湍流流动时 ?pf=??hf

L?ub2?p或 ?hf=f/?=?

d2

?h?hf2f1=(

?2d1ub22)()() ?1d2ub1d式中 d1=2 ,ub2=(1)2 =4

d2d2ub1因此

?h?hf2f1=(?2?)(2)(4)2=322

?1?1又由于 ??0.316 0.25Red1ub10.25Re10.25?2)=(2×1)0.25=(0.5)0.25=0.841 =()=(

4?1Re2d2ub2故

?h?hf2f1=32×0.84=26.9

3

联系客服:779662525#qq.com(#替换为@) 苏ICP备20003344号-4