化工原理（课后大题）

化工原理(大题目)

绪论

第一章 流体流动

流体的压力

【1-2】某设备进、出口的表压分别为-12kPa和157kPa，当地大气压力为101.3kPa。试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。

解 进口绝对压力 p进?101.3?12?89.3 kPa

出口绝对压力 p出?101. 3?157?258.3 kPa 进、出口的压力差

?p?157?（?12）?157?12?169kPa 或 ?p?258. 3?89. 3?169 kPa

流体的密度

【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩尔分数为0.4，试求该混合液在20℃下的密度。

解 正庚烷的摩尔质量为100kg/kmol，正辛烷的摩尔质量为114kg/kmol。 将摩尔分数换算为质量分数 正庚烷的质量分数 ?1?0.4?100?0.369

0.4?100?0.6?114正辛烷的质量分数 ?2?1?0.369?0.631

从附录四查得20℃下正庚烷的密度?1?684kg/m3，正辛烷的密度为?2?703kg/m3 混合液的密度 ?m?10.3690.631?684703?696kg/m3

流体静力学

【1-9】如习题1-9附图所示的测压差装置，其U形压差计的指示液为水银，其他管中皆为水。若指示液读数为R?150mm，试求A、B两点的压力差。

解 等压面1?1'，p1?p'1

p1?pA?H?水g

p'1?pB??0.5?H?R??水g?R?汞g

习题1-9附图

由以上三式，得

pA?pB?R?汞g??0.5?R??水g

已知R?0.15m，?汞?13600kg/m3，

pA?pB?0.15?13600?9.81??0.5?0.15??1000?9.81

流量与流速

【1-12】有密度为1800kg/m3的液体，在内径为60mm的管中输送到某处。若其流速为0．／h)、质量流量?kg/s8m/s，试求该液体的体积流量(m3?与质量流速?kg/?m2?s??。 ??解 (1) 体积流量 qV??4d2u??4?0．062?0．8?2.26?10?3m3/s?8.14 m3／h

(2) 质量流量 qm?qV??2.26?10?3?1800?4.07 kg/s (3) 质量流速 ?=qm4.07==1440 kg/(m2?s) A??0.0624连续性方程与伯努利方程

【1-17】如习题1-17附图所示的常温下操作的水槽，下面的出水管直径为

?57mm?3.5mm。当出水阀全关闭时，压力表读数为30.4kPa。而阀门开启后，压力表读数降至20.3kPa。设压力表之前管路中的压头损失为0.5m水柱，试求水的流量为多少m3/h?

解 出水阀全关闭时，压力表读数30. 4kPa（表压）能反映出水槽的水面距出水管的高度h

h?p表

习题1-17附图

?g?30.4?10?3.1m

103?9.813阀门开启后，压力表读数 p2?20.3kPa（表压）

从水槽表面至压力表处的管截面列出伯努利方程，以求出水管的流速u2

2p2u2 Z1?++?Hf

?g2gZ1?h?3.1m,?Hf?0.5m水柱

2u220.3?1033.1?3??0.5

10?9.812?9.81u2?3.23m/sd?0.05m

水的流量

qV??4d2u2??4?0.052?3.23?6.34?10?3m3/s?22.8 m3/h

雷诺数与流体流动类型

【1-23】 (1)温度为20℃、流量为4L/s的水，在?57mm?3.5mm的直管中流动，试判断流动类型；(2)在相同的条件下，水改为运动黏度为4.4cm2/s的油，试判断流动类型。

解 (1) d?0.05m, qV?4?10?3m3/s，??1.005?10?3Pa?s,??998.2kg/m3 流速 u?qV?24?10?3?4d?4?2.038 m/s

2?(0.05)雷诺数 Re?du???0.05?2.038?998.2?1.01?105?4000为湍流 ?31.005?10(2) v?4.4cm2/s?4.4?10?4 m2/s 雷诺数 Re?du0.05?2.038??232?2000为层流 v4.4?10?4管内流体流动的摩擦阻力损失

【1-28】水的温度为10℃，流量为330L／h，在直径?57mm?3.5mm、长为100m的直管中流动。此管为光滑管。(1)试计算此管路的摩擦损失；(2)若流量增加到990L／h，试计算其摩擦损失。

解??1.3 水在10℃时的密度??9.9k／9g37，m 100黏度

?3?0P6a,1?s0d.? ,，光滑管。m?0l0 5m(1) 体积流量 qV?330L/h?0.33m3／h 流速 u?qV3600??d20.333600??4?4?0.0467 m/s

2?0.05雷诺数 Re?du???0．05?0．0467?999.7?1787层流

1.306?10?3摩擦系数 ??6464??0．0358 Re1787lu2100(0.0467)2摩擦损失 hf???0．0358??=0．0781 J/kg

d20.052(2) 体积流量 qV?990L/h?0.99 m3／h

因流量是原来的3倍，故流速u?0.0467?3?0.14 m/s 雷诺数Re?1787?3?5360湍流

对于光滑管，摩擦系数?用Blasius 方程式计算

??0.31640.3164??0.037 Re0.25(5360)0.25也可以从摩擦系数?与雷诺数Re的关联图上光滑管曲线上查得，??0.037。 lu2100(014.2)摩擦损失 hf??=0．037??=0．725 J/kg

d20.052管路计算

【1-35】用?168mm?9mm的钢管输送流量为60000kg/h的原油，管长为100km，油管最大承受压力为15.7MPa。已知50℃时油的密度为890kg/m3，黏度为181mPa?s。假设输油管水平铺设，其局部摩擦阻力损失忽略不计，试问为完成输油任务，中途需设置几个加压站？

解 d?0.15m, l?10k0m,mq ?600k/ 0g0h??890kg/m3,??181mPa?sqV?u? 60000/3600=0.01873 m3/s890qV?4?20.01873d?4?1.06m/s

?0.152Re?du???0.15?1.06?890?782层流

181?10?3??6464??0.0818 Re782因为是等直径的水平管路，其流体的压力降为

lu2100?1031.062?p???hf???=890?0．0818??=2.73?107Pa?27.3 MPa

d20.152油管最大承受压力为15.7MPa 加压站数 n?27.3 ?1.7415.7需设置2级加压，每级管长为50km，每级的?p?27.3/2?13.65MPa，低于油管最大承受压力。

第二章 流体输送机械

离心泵特性

【2-1】某离心泵用15℃的水进行性能实验，水的体积流量为540m3/h，泵出口压