化工原理習(xí)題1

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1、 計(jì) 算 題 1。 等壓面的判斷 如附圖所示，A與B兩設(shè)備內(nèi)充滿水，兩設(shè)備之間的U形壓差計(jì)內(nèi)的指示液為水銀。試說(shuō)明： （1)1、2、3、4各點(diǎn)壓強(qiáng)是否都相等？ （2）5、6、7、8各點(diǎn)壓強(qiáng)是否都相等？ (3)9、10、11、12各點(diǎn)壓強(qiáng)是否都相等？ (4）兩U形壓差計(jì)讀數(shù)R與H是否相同?為什么？ 答：略。 2. 液封高度的確定

2、 精餾塔底部用蛇管加熱，液體的飽和蒸汽壓為1.093×105N/m2，液體密度為950 kg/m3。采用Π形管出料，Π形管頂部與塔內(nèi)蒸汽空間有一細(xì)管AB連通(見(jiàn)附圖）.試求： （1） 為保證塔底液面高度不低于1m，Π形管高度H應(yīng)為多少？ （2） 為防止塔內(nèi)蒸汽由連通管逸出，Π形管出口液封高度H’至少應(yīng)為多少？ 答：（1）略；（2）0.86m. 3. 復(fù)式壓差計(jì)的測(cè)量 用一復(fù)式U形壓差計(jì)測(cè)量某種流體流過(guò)管路中A、B兩點(diǎn)的壓力差.已知流體的密度為ρ，指示液的密度為ρ0，且兩U形管之間的流體與管內(nèi)流體相同.已知兩個(gè)U形壓差計(jì)的讀數(shù)分別為R1、R2，試推導(dǎo)A、B兩點(diǎn)壓力差的計(jì)

3、算式，并分析由此可得出什么結(jié)論？ 答：略. 4。 分層器中分界面的確定 附圖所示是一個(gè)油水分離器。油水的界面依靠倒U形管調(diào)節(jié).已知ρ油=780 kg/m3，u水=0。5m/s，。求： （1)閥1關(guān)、閥2、3開時(shí),H=？（界面位置) (2）閥1開、閥2、3開時(shí),H=? （3）閥1關(guān)、閥2開、閥3關(guān)時(shí)，倒U形管中液面的高度為多少?（設(shè)容器中油水界面H為（1)計(jì)算值） (4）閥1關(guān)、閥2關(guān)、閥3開時(shí)，分離器內(nèi)界面能維持嗎？ 答：（1）3。81m；(2）1。09m;（3）0.15m；（4）略 5．遠(yuǎn)距離液位

4、測(cè)量 為測(cè)定貯罐中油品的貯存量，采用附圖所示的遠(yuǎn)距離液位測(cè)量裝置。已知貯罐為圓柱形，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850 kg/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。 答：5.426m3；4612kg。 6．流向的判斷 兩貯罐中均裝有密度為800kg/m3的油品，用一根管路連通。兩貯罐的直徑分別為1m和0.4m，貯罐1中的真空度為1。33×104Pa且維持恒定，貯罐2與大氣相通.當(dāng)閥門F關(guān)閉時(shí)，貯罐1、2內(nèi)的液面高度分別為2.5m,1.5m。試判斷

5、閥門開啟后油品的流向,并計(jì)算平衡后兩貯罐新的液位高度。 答：貯罐1：2。55m;貯罐2：1.19m。 7. 水平管路與傾斜管路中倒U形壓差計(jì)測(cè)量的比較 水從傾斜直管中流過(guò),在截面A與B處接一空氣壓差計(jì)，其讀數(shù)R=10mm，兩測(cè)壓點(diǎn)垂直距離a=0。3m，見(jiàn)附圖。試求： （1）A、B兩點(diǎn)的壓差等于多少？ （2)管路水平放置而流量不變，壓差計(jì)讀數(shù)及兩點(diǎn)的壓差有何變化？ 答：（1）3041.1kPa；（2）R不變,98。1 kPa. 8．是否需要外加能量的判斷 附圖所示為丙烯精餾塔回流系統(tǒng)。精餾塔內(nèi)操作壓力為13.3（表壓）,槽內(nèi)液面上方

6、壓力為20.5（表壓），塔內(nèi)丙烯入口距離槽內(nèi)液面的高度差為30m，管子規(guī)格為,輸送量為40×103kg/h，丙烯密度為600 kg/m3，管路全部阻力（不包括出口阻力）為150J/kg，試問(wèn)完成此輸送任務(wù)是否需要裝泵？ 答：不需要。 9．位差對(duì)外加壓頭的影響 用泵揚(yáng)送河水經(jīng)噴頭噴出，如附圖所示。水的流量為40 ，噴頭入口壓力需維持0。5（表壓)，進(jìn)水管直徑為，出水管徑為，設(shè)全部管路壓頭損失為，試求泵的外加壓頭為多少？其它數(shù)據(jù)見(jiàn)附圖.又問(wèn)： (1）夏季水位上漲2m，外加壓頭有何變化？

7、 （2）冬季水位下降1m，外加壓頭有何變化？ （3）旱季水位降至泵入口處以下10m，外加壓頭有何變化（設(shè)當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?atm) 答：17。1m；（1）15.1m；（2)18。1m；（3）不能吸水。 10．容器高度的計(jì)算 如附圖所示，20℃水由高位水槽經(jīng)管道從噴嘴流入大氣,水槽中水位恒定。已知d1=125mm ，d2=100mm ，噴嘴內(nèi)徑d3=75mm，U形壓差計(jì)的讀數(shù)R＝80mmHg。若忽略摩擦損失,求水槽的高度H及噴嘴前壓力表讀數(shù). 答：5。4m;36.1kPa(表壓)。 11．管路中流體流量的計(jì)算 如附圖所示,水從液位

8、恒定的敞口高位槽中流出并排入大氣。高位槽中水面距地面8m，出水管為φ89×4mm，管出口距地面為2m.閥門全開時(shí)，管路的全部壓頭損失為5。7m（不包括出口壓頭損失）. （1） 試求管路的輸水量，m3/h； (2)分析閥門從關(guān)閉到全開，管路中任意截面A—A′處壓力的變化. 答：(1）45。1m3/h；（2）略。 12．管內(nèi)流體壓力的計(jì)算 如附圖所示,某廠利用噴射泵輸送氨。管中稀氨水的質(zhì)量流量為1×104kg/h，密度為1000kg/m3，入口處的表壓為147kPa。導(dǎo)管的內(nèi)徑為53mm,噴嘴出口處內(nèi)徑為13mm，噴嘴能量損失可忽略不計(jì),試求噴嘴出口處的壓力。

9、答：71.45kPa（真空度） 13．利用壓差測(cè)量流量 密度為kg/m3的流體在附圖所示 的管路中流動(dòng)，已知粗管的內(nèi)徑為d1，細(xì)管的內(nèi)徑為在d2?，F(xiàn)測(cè)得截面1、截面2處的壓力分別為p1、p2,若忽略兩截面間的能量損失，試計(jì)算流體在管內(nèi)的流量。 答:略。 14．管路中流體流量的計(jì)算 如附圖所示,用高位槽向一密閉容器送水，容器中的表壓為80kPa。已知輸送管路為mm的鋼管,管路系統(tǒng)的能量損失與流速的關(guān)系為（J/kg）（不包括出口能量損失），試求： （1） 水的流量； （2） 若需將流量增加20％，可采取哪些

10、措施？計(jì)算出調(diào)整后參數(shù)的具體數(shù)值. 答： (1）7.46m3/h；（2）略. 15．粘度的測(cè)量 欲測(cè)定液體的粘度,通常可采用測(cè)量其通過(guò)毛細(xì)管的流速與壓降的方法。已知待測(cè)液體的密度為912 kg/m3,毛細(xì)管的內(nèi)徑為2。222mm，長(zhǎng)度為0。1585m。測(cè)得液體的流量為5.33×10－7m3/s時(shí),壓降為131mmH2O（水的密度為996 kg/m3)。忽略端效應(yīng)，試計(jì)算該液體的粘度。 答：9。06cP 16．小流量的測(cè)量 某氣體以一定流量穩(wěn)定流過(guò)附圖所示流量測(cè)量裝置。已知?dú)怏w密度為0.5 kg/m3,粘度為0.02cP，管內(nèi)徑（ab段管子）為10mm,ab段管有一銳孔,其局

11、部阻力之當(dāng)量長(zhǎng)度為10m，其它阻力忽略不計(jì)。假定通過(guò)此裝置的氣體密度不變。試問(wèn)： （1)當(dāng)H=40mm時(shí),氣體的流量為多少？ (2）若維持氣體的質(zhì)量流量不變，而壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的0。8倍，H將變?yōu)槎嗌伲? 答:（1)1。73m 3/h；（2）50mm。 17．容器間相對(duì)位置的計(jì)算 水以1m/s的流速?gòu)谋挚诘母呶徊弁ㄟ^(guò)管路流向某壓力為0。6（表壓）的設(shè)備中，如附圖所示。已知輸送管總長(zhǎng)為10m，管內(nèi)徑為50mm,管路上有一孔板流量計(jì)（其當(dāng)量長(zhǎng)度為5m），一個(gè)半開的截止閥(其阻力系數(shù)來(lái)4。5），兩個(gè)90o彎頭（每個(gè)阻力系數(shù)為0。75）,摩擦系數(shù)，并設(shè)高位槽液面

12、保持不變.求： （1） 管路總能量損失（包括管進(jìn)、出口）； （2） 高位槽液面與設(shè)備進(jìn)口管間的垂直距離x （3）若孔板流量計(jì)的孔徑為30mm,流量系數(shù),求流量計(jì)上U形壓差計(jì)的讀數(shù)（指示液為水銀）。 答：（1）7.5J/kg；（2）6。76m；（3）81。3mm. 18．局部阻力系數(shù)的測(cè)定 在附圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置上采用四點(diǎn)法測(cè)量突然擴(kuò)大的局部阻力系數(shù).細(xì)管與粗管的尺寸分別為 mm、 mm 。當(dāng)水的流量為 12 m3/h時(shí)，兩U形壓差計(jì)中讀數(shù)分別為 R1＝260mmHg、 R2=554mmHg。設(shè)，，試求突然擴(kuò)大的局部阻力系數(shù)。 答：0.567。 19. 容器內(nèi)壓力的

13、確定 用壓縮空氣將密度為1100 kg/m3的某腐蝕性液體自低位槽送至高位槽，兩槽的液面維持恒定。管子規(guī)格為φ60×3。5mm，其它尺寸如附圖所示。各管段的能量損失分別為，(J/kg）（u為液體在管內(nèi)流速).兩U形壓差計(jì)中的指示液均為水銀，R1=45mm, h=200mm。試求（1）壓縮空氣的壓力p1；（2）U形壓差計(jì)讀數(shù)R2。 答：（1）1。23×105Pa；（2） 0。609m。 20．煙囪高度的計(jì)算 某廠一有蒸汽鍋爐,每小時(shí)產(chǎn)生煙道氣360000m3，煙氣需要通過(guò)煙囪排入大氣中。煙囪底部氣體壓強(qiáng)較地面上的大氣壓強(qiáng)低25mmH2O。設(shè)煙囪是由鋼板鉚接而成的

14、圓筒，內(nèi)徑為3.5m，煙囪中氣體的平均溫度為260℃，在此溫度下氣體的平均密度為0.6 kg/m3，平均粘度為0。028cP。大氣的溫度為20℃，在此溫度下，在煙囪高度范圍內(nèi)，大氣的平均密度為1。15 kg/m3。問(wèn)此煙囪需多少米高？（設(shè)相對(duì)粗糙度） 答：46.76m. 21．管路直徑的計(jì)算 油在水平管中作定態(tài)層流流動(dòng).已知粘度為60 cP，密度為800 kg/m3，管長(zhǎng)l為80m,局部阻力之當(dāng)量長(zhǎng)度為40m，管段兩端的壓強(qiáng)分別為，（均為表壓）。若測(cè)得離管中心距離r處的點(diǎn)速度為0。8m/s，且r=0。5R(R為管子的內(nèi)半徑），求管子內(nèi)徑d. 答:50mm.

15、 22．非定態(tài)流動(dòng)過(guò)程的計(jì)算 水從一直徑5m的直立圓罐底部的鋼管排出，管出口與罐底在同一水平面上，管長(zhǎng)90m，直徑230mm，試求罐內(nèi)水面從離底3m高降到1m高所需時(shí)間。 水的粘度為，，設(shè)流動(dòng)在完全湍流區(qū). 答：497s. 23．循環(huán)管路的計(jì)算 如附圖所示的循環(huán)系統(tǒng)，液體由密閉容器A進(jìn)入離心泵，又由泵送回容器A。循環(huán)量為1。8m3/h,輸送管路為內(nèi)徑等于25mm的碳鋼管，容器內(nèi)液面至泵入口的壓頭損失為0.55m，離心泵出口至容器A液面的壓頭損失為1。6m,泵入口處?kù)o壓頭比容器液面靜壓頭高出2

16、m。試求： （1）管路系統(tǒng)需要離心泵提供的壓頭； （2）容器液面至泵入口的垂直距離z。 答：（1）2.15m；(2）2。60m。 24．管內(nèi)流量的確定 如附圖所示，將密度為920 kg/m3,粘度為 0。015Pa?s的液體利用位差從儲(chǔ)槽A送入儲(chǔ)槽B。管路為mm的鋼管，其長(zhǎng)度(包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）為25m.求： （1） 管內(nèi)液體流量; （2）若液體的密度及粘度均增大20%,定性分析管內(nèi)流量將如何變化？ 答：（1)0。827m3/h;（2）略。 25．管內(nèi)流量的確定

17、 kg/m3、cP的冷卻水由常壓高位槽送往常壓冷卻塔噴淋（見(jiàn)附圖),輸送管尺寸為mm，直管及全部局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度之和為120m，試求冷卻水流量。（層流時(shí)，; 湍流時(shí)，) 答： 52.81m3/h。 26．分支管路的分析 如附圖所示，槽內(nèi)水面維持不變,水從D、C兩支管排出.各管段的直徑、粗糙度相同，槽內(nèi)水面與兩支管出口垂直距離相等。水在管內(nèi)達(dá)完全湍流狀態(tài).試分析: （1）兩閥門全開時(shí)，兩支管的流量是否相等？ (2）若關(guān)D閥,C支管內(nèi)水的流量有何變化？ (3）當(dāng)D閥關(guān)閉時(shí)，主管B處的壓強(qiáng)比兩閥全開時(shí)的壓強(qiáng)增加還是減少？

18、 答：略。 27．提高流量的措施 如附圖所示,水從水塔引至車間，水塔的水位視為不變,送水管的內(nèi)徑為50mm，管路總長(zhǎng)為l，且，流量為，水塔水面與送水管出口間的距離為h，今用水量增加50％，需對(duì)送水管進(jìn)行改裝。 （1） 有人建議將管路換成內(nèi)徑為75mm的管子； （2） 有人建議將管路并聯(lián)一根長(zhǎng)為l/2、內(nèi)徑為50mm的管子，兩管子在l/2高度匯合。 （3） 有人建議將管路并聯(lián)一根長(zhǎng)度為l、內(nèi)徑為25mm的管子. 試分析這些建議的效果，假設(shè)在各種情況下摩擦系數(shù)變化不大，水在管內(nèi)的動(dòng)能可忽略。 答：略。 28．并聯(lián)管路的流量分配 如圖所示

19、，在兩個(gè)相同的塔中，各填充高度為1m和0。7m的填料，并用相同鋼管并聯(lián)組合,兩支路管長(zhǎng)均為5m，管徑均為0。2m,摩擦系數(shù)均為0。02，每支管均安裝一個(gè)閘閥。塔1、塔2的局部阻力系數(shù)分別為10和8。已知管路總流量始終保持為0.3m3/s。試求： （1） 當(dāng)閥門全開（)時(shí)，兩支管的流量比和并聯(lián)管路能量損失； （2） 閥門D關(guān)小至兩支路流量相等時(shí)，并聯(lián)管路能量損失； （3） 當(dāng)將兩閥門均關(guān)小至?xí)r，兩支路的流量比及并聯(lián)管路能量損失。 答：（1）0.9，109.2J/kg;(2)121.74 J/kg;（3）0.965；335.4 J/kg；。 29．流量的測(cè)量 在mm的管道上裝一標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，孔徑為25mm.管內(nèi)液體的密度為1080kg/m3，粘度為0.7cP。已知U形壓差計(jì)的讀數(shù)為240mmHg，試計(jì)算液體的流量。 答:8。16m3/h. 30．流量的測(cè)量 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7700 kg/m3，酒精的密度為790 kg/m3，當(dāng)轉(zhuǎn)子的高度相同時(shí)，酒精的流量比水的流量大還是小?試計(jì)算刻度校正系數(shù)。 答:1.143。