化工原理考研流体流动、流体输送机械计算题及解题思路

化工原理考研 流体流淌、流体输送机械 计算题及解题思路第一章 流体、泵1. 输水管内径均为 100mm，管内为常温水，流量为30m3/h， U 形管中指示液密度为 1260kg/m3，R1=872mm，R2=243mm。求 90弯头的阻力系数 和当量长度。2. 槽内水位恒定。槽的底部与内径为 100mm 的水平管连接，当 A 阀关闭时，测得 R=600mm， h=1500mm，U 形压差计为等直径玻璃管，试求：(1) 当 A 阀局部开启时，测得 R=400mm，此时水管中的流量为多少(m3/h)？ =0.02，管子入口处 =0.5。(2) 当A阀全开时，A 阀的当量长度le=15d，=0.02，则水管中流量为多少(m3/h)？B 点压强应为多少 Pa(表)？读数 R 为多少？3. 用离心泵将密闭贮槽 A 中的常温水送往密闭高位槽 B 中，两槽液面维持恒定。输送管路为 108mm4mm 的钢管，全部能量损失为40u2/2(J/kg) 。 A 槽上方 的压力 表读数为0.013MPa，B 槽处U 形压差计读数为 30mm。垂直管段上 C、D 两点间连接一空气倒 U 形压差计，其示数为 170mm。取摩擦系数为 0.025，空气的密度为 1.2 kg/m3，试求：(1) 泵的输送量；(2) 单位重量的水经泵后获得的能量；(3) 假设不用泵而是利用A，B 槽的压力差输送水，为完成一样的输水量，A 槽中压力表读数应为多少？4. 输水管路系统，AO 管长 lAO=100m、管内径为 75mm，两支管管长分别为 lOB=lOC=75m，管内径均为 50mm，支管 OC 上阀门全开时的局部阻力系数=15。全部管路均取摩擦系数 =0.03。支管 OB 中流量为18m3/h，方向如下图。除阀门外其他局部阻力的当量长度均已包括在上述管长中。试求：(1) 支管 OC 的流量(m3/h)；(2) A 槽上方压强表的读数pA(kPa)。5. 用 89mm4.5mm，长 80m 的水平钢管输送柴油，测得该管段的压降为5000Pa，柴油密度为800kg/m3，黏度为25mPas，试求：(1) 柴油在管内的流速(m/s)；(2) 该管段所消耗的功率(W)。6. 用泵从江中取水送入一贮水池内。池中水面高出江面 30m；管路长度(包括全部局部阻力的当量长度在内)为 94 m。要求水的流量为 2040 m3/h。假设水温为 20，管的相对粗糙度取为 0.001。试求：(1) 选择适当的管径；(2) 有一离心泵铭牌上标着流量为 45m3/h，扬程为 42m，效率为 60%，电动机功率为 7kW， 问该泵是否合用？7. 离心泵从敞口水槽向表压为 0.5atm 的密闭高位槽输水，两槽液面高度差为 5 米，在转速 n=2900r/min 下，泵的特性方程 He=40-0.1Q2(Q 单位为m3/h)，=900kg/m3，流量为 8m3/h。设流淌均在高度湍流区，试求：(1) 泵的有效功率；(2) 今将泵的转速调整至n/=2700r/min，则泵的有效功率又为多少？8. 将 20的水(黏度 =0.001Pas)以 30m3/h 的流量从水池送至塔顶。塔顶压强为 0.05 MPa(表)，与水池水面高差为10m，输水管89mm4mm，长18m，管线局部阻力系数=13(阀全开时)，摩擦系数 =0.01227+0.7543/Re0.38。试求：(1) 所需的理论功率(kW)；(2) 泵的特性可近似用下式表达：扬程 H=22.4+5Q-20Q2；效率 =2.5Q-2.1Q2式中 Q 的单位为 m3/min。求最高效率点的效率，并评价此泵的适用性。如适用，因调整阀门使功率消耗增加多少？9.浙大离心泵输水管路吸入管长 3m，泵出口至点 管长及点/至管出口各为 15m(均包括全部局部阻力的当量长度)，管径均为50mm，泵出口处至水池水面的垂直距离为 1m。设备 A 和设备 B 的阻力损失可表示为：Hf,A=0.025Q2，Hf,B=0.016Q2，设备与点 及点O/间的阻力可无视AB不计。孔板流量计的孔径为 30mm，流量系数 C0=0.65，U 形压差计中指示液为水银。离心泵的特性曲线方程为 H=20-0.08Q2，流量单位以 m3/h 表示，扬程和设备 A、B 的阻力损失单位以 m 表示，摩擦系数 =0.03，水银的密度为 13600kg/m3。试求：(1) 管路中总流量；(2) 泵出口处压力表读数p；(3) 孔板流量计读数R。10. 输水管路系统中泵的出口分别与B，C 两容器相连。泵吸入管路内径为 50mm，有 90 标准弯头和吸水底阀各一个；AB 管段长为 20m，管内径为 40mm，有截止阀一个；AC 管段长为 20m，管内径为30mm，有 90标准弯头和截止阀各一个。水池液面距A 点和容器C 的液面垂直距离分别为 2m 和 12m。容器C 内气压为 0.2MPa(表)。试求：(1) 测得泵输送流量为 15m3/h，泵的轴功率为 2.2kW 时，两分支管路 AB 及 AC 的流量。(2)泵送流量不变，要使 AC 管路流量大小与上问计算值一样，但水流方向相反所需的泵的轴功率。(取泵的效率为 60%，=1000kg/m3，=1.010-3Pas)11. 高位槽中水经总管流入两支管 1、2，然后排入大气，测得当阀门 k、k1 处在全开状态而k2 处在 1/4 开度状态时，支管 1 内流量为 0.5m3/h，求支管 2 中流量，假设将阀门k2 全开，则支管 1 中是否有水流出？管内径均为 30mm，支管 1 比支管 2 高10m，MN 段直管长为 70m，N1 段直管长为 16m，N2 段直管长为5m，当管路上全部阀门均处在全开状态时，总管、支管 1、2 的局部阻力当量长度分别为 le=11m，le1=12m，le2=10m。管内摩擦系数 可取为 0.025。12. 一空煤气罐容积为 800m3，罐中残留煤气的浓度为 1.5%(体积分数，下同)。现因检修须进展强制通风以排解残留的煤气，并掌握操作使进风量与排风量相等，均为 10m3/s。进风中煤气含量为 0.05%，拟使排风中煤气含量降至 0.1%以下，求所需时间。(在排解残留煤气的过程中，虽然罐中气体总量并未变化，但煤气的含量却在不断变化，因此对后者来讲是一个非定态流淌过程。按通常的处理方法对煤气进展物料衡算，即可求出答案。)13. 始终径为 4 m 的圆柱形直立水槽槽底装有内径为 50mm 的钢管，管长为 40m，水平铺设。开启阀门，槽内的水可从管内流出。水温为 20，水的密度为 1000kg/m3，流体的摩擦系数 =0.03，与直管阻力相比局部阻力均可无视不计。试求：(1) 槽内水深为 6m 时的排水量，以m3/h 表示；(2) 槽内水深从 6m 降为 4 m 所需的时间。14. 圆桶形高位槽直径位为 0.5m，底部接一长为 30m(包括局部阻力当量长度)、内径为 20mm的管路，摩擦系数 =0.02。水平支管很短除阀门外的其他阻力可无视，支管直径与总管一样。高位槽水面与支管出口的初 始距离为 5m，槽内水深为 1m，阀门 1、2 的类型一样。试求：(1) 当阀门 1 全开(=2)，阀门 2 全关时，支管 1 中的瞬时流速；(2) 在上述状况下，将槽中的水放出一半，所需的时间；(3) 假设在阀门 1 全开、阀门 2 全关的条件下放水 100s 后，将阀门 2 也全开，放完槽中的水总共需要的时间。15. 在两个一样的填料塔中填充高度不等的填料，用一样钢管并联组合， 两支路管长均为 5m，管径均为 0.2m，摩擦系数均为0.02，每支管均安装一个闸阀。塔 1、塔 2 的局部阻力系数1=10、8=8。管路总流量始终保持为 0.3m3/s。试求：(1) 当阀门全开(C=D=0.17)时，两支管的流量比和并联管路能量损失；(2) 阀门D 关小至两支路流量相等时，并联管路能量损失；(3) 当将两阀门均关小至(C=D=20 时，两支路的流量比及并联管路能量损失。16. 由水库将水打入一敞口水池，水池水面比水库水面高 50m，要求的流量为 90m3/h，输送管内径为 156mm，在闸门全开时，管长和各种局部阻力的当量长度的总和为 1000m，对所使用的泵在 Q=65135m3/h 内属于高效区，在高效区中，泵的性能曲线可以近似地用直线 H=124.5- 0.392Q 表示，此处 H 为泵的扬程单位为m，Q 为泵的流量m3/h，泵的转速为 2900r/min，管路摩擦系数可取 =0.025，水的密度=1000kg/m3。(l) 核算泵能否满足要求；(2) 如泵的效率在 Q=90m3/h 时可取为 68%，求泵的轴功率；如用阀门进展调整，由于阀门关小而损失的功率为多少？此时泵出口压力表的读数如何变化？(3) 如将转速调为 2600r/min，并辅以阀门调整使流量到达要求的 90m3/h，比(2)的状况节约能量百分之几？与(2)相比，泵出口压力表的读数又如何变化？(4) 画图示意出以上各变化过程的工作点，并简要说明之。17. 用两台型号一样的离心泵将水由敞口槽处送至密封贮罐，罐内的压强为 0.058MPa(表压)。两槽间的垂直高度为 15m，通过适当启、闭阀门，可实现双泵的串、并联工作。单泵的特性曲线方程为：H=45-32Q2(式中，H 单位为 m；Q 单位为 m3/min)，管路尺寸均为 95mm4mm， 管路总长为 50m(包括全部局部阻力的当量长度)。假设管内流淌已经进入完全湍流区，其摩擦系数为0.03，假设无视串、并联管路切换过程泵与阀门的局部阻力损失，试求：(1) 当阀门V3，V4 全开而V1，V2 关闭时的工作点；(2) 当阀门V2，V4 全开而V1，V3 关闭时的工作流量与扬程；(3) 当阀门V1，V3，V4 全开而V2 关闭时的工作流量与扬程；(4) 比照本系统的最大流量，假设将阀门V4 关小至流量为 55m3/h， 则由于节流调整，损失在阀上的轴功率为多少(取效率为 68.5%)？解题思路会做的同学不用看我写的思路。建议大家肯定要先把例题搞懂。1 题 U 型压差计测量的是两点间动能和流淌阻力损失之和，与摆放方式倾斜、竖直、水平，位置无关。2 题 是本书 P25 例 3 的类似题，留意参数变了，还有其次问要求流量别忘了。假设U 型管压差计读数削减R，意味着左边液位上升R/2。3 题 右上角U 型压差计右侧比左侧低，是负压。倒U 型压差计内指示剂密度比流体低，留意哪侧液位高，压强就大。4 题 分支管路可以从节点分别与下游不同截面列伯努利方程，主管路等于分支管路流量之和，可以求出流速关系式。5 题 流淌状态未知，高黏度的流体可以假设为层流，利用条件计算出流速后再校核一下。求消耗功率其实可以从单位推出所需要的公式。6 题 不要被这些缺条件的题弄得手足无措，只要知道化工中一些参数的根本取值范围，这些题反而更能发挥自己的主观能动性。关于适宜的流速选取可以参考天大教材P23 页表 1-1 和例题 1-7。一般液体在管道中流速 2m/s 左右，气体是液体 10 倍左右。管子规格选取可以参考教材 P351 页附录十七。留意内径=外径-壁厚2。7 题 这道题第一问送分，其次问不会公式就送命。关于离心泵转变转速的特性方程，我之前给你们整理的考研常用公式里面推导有，大家肯定要把公式背熟，抄写几遍默写出来，磨刀不误砍柴工。常常拿出来看看。最好会推导，后面16 题，泵特性方程的流量不是平方，是线性方程，就不能直接套用，自己推导。8 题 离心泵工作点就是利用管路特性方程与离心泵特性方程的交点即可求得所需的流量和压头，泵的特性方程已告知，但留意流量单位不全都，简洁出错，其实就是让大家求取管路特性方程。调整阀门消耗的功率就是关小阀门提高局部阻力，转变管路特性方程，消耗多余的压头产生的。最高效率点不肯定是给定流量所在。求效率曲线的最高点，可以用二元一次方程求顶点，或者求导数也行。还要留意之前大家做惯的题，长度一般都包含了局部阻力的当量长度，这道题的管长18m 可没有说明包含，所以最好加上入口局部阻力系数=0.5 和出口局部阻力系数入=1。建议大家画一下管路(及转变后)曲线与泵特性曲线交点，不然格外简洁出错。出01原管路规定流量下有个对应的理论压头H ，管路与泵结合的工作点可得真实压头H ，关小阀门使管路曲线变陡与离心泵相交的工作点，再符合流量要求所得的节流后的压头 H 。关小阀门后理论消耗压头(一般参考书给的都是) H=H -H ，就是给定流量下220的两个压头差值，假设求转变阀门消耗的理论功率，𝑁𝑒 = QgH。假设求消耗的功率N = 𝑁𝑒/𝜂。不要忘了除效率。9 题 这是一个循环管路，也就是离心泵供给的有效压头全部用于抑制管路阻力。管路中有个并联设备，留意并联管路阻力相等，总管路流量等于分支管路之和。其次问求压力表读数，假设选择恰当的截面列伯努利方程会省去一些麻烦，比方绕开离心泵。第三问留意孔板流量计中间小孔的流速与管径的平方成反比即可。10 题 这道题初看似乎缺条件。假设通过假设流速u 算雷诺数来查摩擦系数，还需要相对粗糙度，也就是还要确定粗糙度，假设假设常用的 P49 页表 1-2 中钢管一般确定粗糙度选 e=0.3mm，管径 d 假设是 30mm。e/d=0.01，雷诺数假设在阻力平方区，也简洁到达，查 P54 页图 1-25， 约为 0.039；管径管径粗会小一点，简化计算可统一取0.039。固然也可以利用P53 页(1-93)卡门公式计算。其它管件阀门假设用管径查当量长度， 太麻烦，直接查局部阻力系数。教材 P57 表 1-3。90标准弯头 =0.75，截止阀(标准阀)全开 =6。底阀 =10。固然与实际管径对应值还是有偏差。题目应当告知，不然大家都自己查，答案千差万别。第一问要留意推断一下高位槽具有的机械能，由于它还带压，假设机械能比泵供给的高，就有可能流向是 C-A-B。关于流向可以参考教材 P34 页例 1-13。机械能 E 中压强统一用表压会更简洁，不影响最终结果。这道题没有告知入口管路长度是最大的坑，其实不能无视，也不能假设，聪明的你可以考虑绕开它，另辟蹊径。11 题 分支管路留意总管路等于分支管路之和，支管 1 已告知流量就可以求出流速 u1 就好办了。其次问还是通过机械能大小来推断比较便利，可以先假设上支管没有水流出。12 题 只要找准变量，列出物料衡算式我个人宠爱用“进的量-出的量=累积的量”，非稳态流淌也好求解。可以参考马江权 P39 例 22，进出流量相等，没有主体流量累积， 只有分物质煤气变化，比例题简洁多了。13 题 与教材 P36 页 1-16 类似。列出物料衡算式求解即可。题中说了，与直管阻力相比局部阻力均可无视，所以不要考虑出口局部阻力。所以选择出口外侧会省事，建议没有特地说明都选出口外侧，由于出口外侧动能项为0。14 题 这道题要留意，题中说：前面管长 30m(包括局部阻力当量长度)，这时还没有出口， 水平支管很短，除阀门外，其他阻力可以无视。这道题为了避开对出口阻力的考虑与 否纠结，大家统一选择出口内侧，绕开出口阻力项，多个动能项而已，就是选外侧， 对计算结果影响也不大。前 2 问与 13 题完全类似。第三问，先利用上面求出的关系式，求得100s 后水位。由于阀 2 与阀 1 一样，都全开阻力一样，所以支管1、2 流速一样，由于主管与 2 支管管径一样，所以通过主管流量等于 2 分支流量，可以推出支管流速为主管流速的1/2。再重选 1 根支管与圆筒面，列伯努利方程求出流速与高度的关系式，再仿照第 2 问即可求得从液面放空圆筒即水位到4m 的时间，加上之前 100s 即为总时间。非定态流淌就是找准变量，依据物料守恒，列出微分式，再利用伯努利方程列出流速、流量与液位高度的表达式，确定起始边界条件，积分出来就搞定了。15 题 并联管路阻力相等即可求出流速比，管径一样流量(体积)比等于流速比。其次问其实可以更简洁处理。关小 D 阀门，流量一样，各支管等于总流量一半，即可求出流速， 带入没有转变的管路阻力损失的那个方程更简洁。第三问就是仿照第一问再求一次而已，我猜出题的是想告知大家，阀门阻力同等变大，最终流量比越来越接近1，设备本身阻力影响会越来越小。16 题 管路特性曲线求出来与泵联马上可获得工作点的流量和压头，由于管路特性曲线是单调上升的，只要工作点的流量大于要求值，工作点的压头自然大于实际流量对应的压头。即满足需求。这道题难点是泵的特性曲线是直线即 Q 的一次方，所以转变转速后，不能直接套用我们之前推导的公式，需要自己重推一下，还是很简洁的。17 题 先利用单泵特性曲线，求出并联和串联的特性曲线，再求出管路的特性曲线，依据阀门的开关状况，推断是单泵还是并联或串联操作，联立泵和管路特性曲线即可求出工作点，留意一下流量的单位，题目中给的泵的特性曲线中Q 的单位是m3/min。