化工基础课后习题答案-第二章.doc

第二章 流体流动与输送1、一个工程大气压是 9.81104Pa，一个工程大气压相当于多少毫米汞柱？相当于多少米水柱？相当于密度为 850kg m3的液体多少米液柱？解：已知：Hg= 13600 kg m33H2O = 1000 kg m料 = 850 kg m3求：hHg、 hH2O 、h料 = 9.81104Pa 因；P = Hg g hHg = g hH2O= 料 g h料PH2O4所以：hHg = g=9.81 10=0.735mHg = 735mmHgHg13600 9.814h =P= 9.81 10=10.0mH OH2O 2H2Og1000 9.81 4h料 = P= 9.81 10=11.8m液柱 g料850 9.812、一个物理大气压是 760 毫米汞柱，问其相当于多少 Pa？相当于多少米水柱？解：因P = Hg g hHg = H2O g hhH2O所以： hH2O =-13Hg Hg=-1313600 0.760= 10.33mH2OH O-1310002P = hHg Hg g = 13600 0.760 9.81 = 1.013 105Pa 3、在附图所示的气柜内盛有密度为0.80kg m3的气体，气柜与开口U形管压差计相连，指示液水银面的读数R为 0.4m，开口支管水银面上灌有一段高度R为 0.01m的清水。左侧水银面与侧压口中心 线垂 直距离，试求测压口中心截面处的绝对压强。（当地大气压m强为3，水银密度解：设大气因1.01 Pm33PPmn武汉大学取水的密度 H2O = 1000kg PA = Pa + R H2O g + RHgg h气g（3）= 1.0133 105 + 0.01 1000 9.81 + 0.4 13600 9.81 0.76 0.8 9.81= 154788.5Pa 1.55 105Pa 由于气 Hg及气 H2O ，且R值很小，故在工程计算中往往略去式（3）中R H2O g及h气g两项，即将式（3）简化为：PA = Pa + RHgg = 1.0133 105 + 0.4 13600 9.81= 154696.4 1.55 105Pa 4、用 U 形管压力计测容器内的压力（如附图）。在图（1）的情况下，器内的绝压、表压各是多少毫米汞柱？图（2）的情况下，器内的绝压和真空度各是多少毫米汞柱？（1大气压=760 毫米汞柱）解：（1）表压 = 200mmHg 绝压 = 760 + 200 = 960mmHg （2）真空度 = 200mmHg绝压 = 760 200 = 560mmHg 5、用高位槽向反应器加料、料液密度为 900kg m3，加料管尺寸为108mm4mm，高位槽液面恒定，反应器内压强为 4104Pa（表压）。要求加料量为 40m3 h1，若料液在管内流动的能量损失为 20.0J kg1，试求高位槽液面应比加料管出口高多少？解：取高位槽液面为 11截面，加料管出口为 22截面，并以 22截面为基准面，列柏努利方程Pu2Pu2Z1 +1 1H e Z2+ + -812 2Hfg+ 2g + = + g由题意：Z1 = h，Z2 = 0 2g压强统一用表压计算，将各项数值代入柏努利方程中u92. 武汉大学2 900解得：h=6.67m 即：高位槽液面应比加料管出口高 6.67m6、水平通风管道某处的直径自 0.50m渐缩至 0.25m，为了粗略估计管道内空气的流量，在锥形摇管两端各引出一个测压口与U形管压差计相连，用水作指示液测得读数R为0.05m，若空气流过锥形管的阻力可忽略不计，求空气的体积流量。（空气的平均密度为 1.21kg m3）解；通风管内空气温度不变，压强变化很小，只有 0.05 米水柱，可按不可压缩流体处理。以管道中心线作基准水平面，在截面 11与 22之间列柏努利方程，此时Z1=Z2，因两截面间无外功加入，故He=0，能量损失忽略不计，则hf=0。u2P u2P所以方程简化为：1 + 1 = 22 + 22整理得：22 12 = P1P2-136u u2P1P2可由U形管压差计读数求取：P1P2 = 0gR = 1000 9.81 0.05 = 490.5 = 2 = 2(P1P2) 2 490.5 =所以：uu2810.74（1）2=10.52 =1.21u u () 4u-13（2）2 10.251将式（2）代入式（1）得：(4u1)2u12 = 810.74 u1= 7.35m s1空气的体积流量为：qv = 2= 2 = -1093 1d u0.5 7.35 1.44m s41147、水喷射泵的进水管内径为 20mm，水的流量为 0.6m3 h1，进水压强为 0.3MPa（绝对压强），喷嘴的内径d2为 3mm，当时大气压为 1.013105Pa，问喷嘴处理论上可产生多大的真空度？解：取喷射泵进水口为武汉大学2A 3600P1 = 3 105Pa-273.1440.0032-2159Z1=Z2，又hf=0 .53m s1因水的密度=1000kg m3，得：222uu1000 0.53P2 = P1 + 1 2 =2 2300000+2 1000 23.592= 21896.4Pa2喷嘴处真空度为：10130021896.4=7.9104Pa 这是理论上的计算值，实际真空度比理论值低，因为有流体阻力存在。8、某流体在内径为 0.05m的管内流动，流速为 0.4m s1，已知流体的密度为1800kg m3，粘度为 2.54102Pa s，试计算流体流过 200 米长直管的能量损失hf及压强降P。 du 0.05 0.4 1800解：Re =2= 14172.54 10因 Re4000，所以为稳定湍流。10、某物料在直径为45mm2.5mm的钢管内流动，若物料的质量流量为 6000kg h1，试判断物料在管中的流动形态。3，粘度为 3.60103Pa s）解：Rue武汉大学2gR(0 )水流经孔板的流速为：u0=C0 = 0.612 9.81 0.8(13600 1000)1000求水的平均流速：= 8.58m s1 0.022u1= u0A0 = 8.58 4= 10.54m sA1 40.082因此水的体积流量：qv = u0A0 = 8.58 0.0224= 0.0027m3 s1 = 9.7m3 h112、某车间用压缩空气送密度为 1840kg m3的浓硫酸，每批压送量为 0.8m3，要求 20分钟内压送完毕，用内径32mm的钢管压送，管子出口与酸槽液面间的垂直距离为 20m，输送过程中能量损失为 10J kg1，试求开始压送时压缩空气的表压强（Pa），（管路中没有外加功，管中出口与大气相通）。解：以酸槽液面 11作为基准面，在 11和 22两截面间列出能量衡算方程Pu2Pu21 1+ + Z1 +Z-952 2Hg+ 2g = 2 + g2gf已知：得：Pqu1v2 = 武汉大学v = = 0.833m s124d2 0.785 0.0320.8332P1 = (200)18409.81+= 3.8105Pa 2-131840 1840 1013、某车间的开口贮槽内盛有密度为 1200kg m3的溶液，今用泵 3 将溶液从贮槽 11输送至常压吸收塔的顶部，经喷头 2 喷到塔 1 内以吸收某种气体，如图所示。已知输送管路与喷头 2 连接处的表压强为 2104Pa，连接处高于贮槽液面 16m，用57mm2.5mm的钢管输送，送液量为18m3 h1，已测得溶液流经管路的能量损失为 160J kg1（不包括流经喷头的能量损失），泵的效率为 0.65，求泵的轴功率。（贮槽液面维持恒定）解：贮槽液面维持恒定，故本题属于定态流动取 11面（贮槽的液面）为基准面，在 11与 22面（管道与喷头连接处）间列柏努利方程，即：gZ1 +1 + 1 + =-13He gZ2 + 2 + h22 + 2f其中：Z1=0 u10 P1=0（表压） Z2=16mu2 =360018 (0.052)24= -10912.36m sP2 = 2104Pa（表压）h f = 160J kg142所以：He = 9.8116+2 10 +12002.362+160= 336.4J kg1qm = 18 1200 = 6kg s13600Pe Heqm336.4 6P = = = 3.11kW= = 3105.23W0.65取贮槽液面为截面 11，高位槽液面为截面 22，取经泵体中心且与地面平行的截面为水平基准面，在 11和 22截面之间列柏努利方程。P1u 2Pu2+ + Z1 + g+ 21g + He = Z2 + 2 2 Hfg2g因：u1= 0 u2 = 0 P1 = P2 = 1 大气压所以：He = (Z2Z1) + Hf又 已知：qv = 12.0m3 h1 =所以流体在管中的流速为：11300m3 s1u =qvd42=3000.785 (0.053)2=1.51m s1 du 0.053 1.51 1250Re = 8.3 10 4=1.2105因 Re4000 所以流体在管道中呈湍流流动所以：f=0.023Re0.2 = 0.023(1.2105)0.2 =0.00222 查表 2-3 并计算得：Le1=10350.053=18.55mLe2=290.053=0.954mLe3=11000.053=5.3mL Le 2Hf = 8f + ud 2g+2= 80.00222 20 18.55 0.954 5.30.053= 1.745m-131.51 2 9.81所以：He液 = (Z2 Z1) + Hf = 14.0 2.0 + 1.745 He水 = H武汉大学-118815、在一个式标准阀，一个水表。设水的体积流量为位重量流体因阻力所造成的压降。解：已知=1000kg m3 =1103Pa s （1）先求出 u、Re及 f -1188个标准 90弯头，2个全开，试比较管路上没有管件和有管件时单，粘度是 1103Pa s）u =qv =302 =1.06m s1 4d20.785 0.1 3600Re = = -122du 0.1 1.06 1000 1 10 3=1.06105f = 0.023Re0.2 = 0.0023 （2）比较单位重量流体因阻力而损失的压头L 2管路上没有管件时：Hf 1 = 8f d u2g2= 80.0023 600.1= 0.63m1.06 -132 9.81管路上有管件时，从表 2-3 查得各管件的当量长度分别为：4 个标准 90弯头：Le1=4350.1=14.0m2 个全开式标准阀：Le2=23000.1=60.0m一个水表：Le3=13500.1=35.0mL Le 2Hf 2 = 8f + ud 2g+2= 80.0023= 1.78m-1360 14.0 60.0 35.00.1-131.06 -132 9.81（3）比较因阻力而造成的压降P P= =管路上没有管件时：-811 2H 0.63mgf1P P管路上有管件时：1 2=H 1.78mgf2解：取湖面为 11截面，蓄水池水面为 22截面，以湖面为基准面，列柏努利方程：Pu2Pu2+ + + + Z1 +-951 1H e Z2-952 2Hfg2g= + g2g已知：Z1 = Z2 = 0 u1 = u2 = 0 P1 = P2 = 0(表压) 所以：He =Hf设流量变化前后的参数分别为：u，Re，Hf ，u，Re，Hf qv2q则：u= 4d2u = vd24所以 u = 2u duRe = 2duRe = L Le 2Re = 2Re Hf = 0.022+ ud 2g22HL Le+ d0.02 44u2g=0.02L Le+ d4u2gfHf= = 3.640.0222q gH-13v-40f= =P1/P2=-13q gv H-54f2 3.64 7.28即泵的功率增加 7.28 倍17、某车间现有一台离心泵，泵的铭牌上标明其流量qv=30m3 h1，扬程He=23.0 米水柱，允许吸上真空度HS=6.8m，泵的流量和扬程均符合要求，若已知整个吸入管路的阻力损失为 1.2 米水柱，当时当地大气压为 736 毫米汞柱，试计算：输送 80C水时泵的安装高度为多少？若整个吸入管路的阻力损失为 2.0 米水柱时，泵又该怎样安装？解：已知武汉大学Hg = (6.8 47.4 103971.8 9.81) 1.2 = 0.17m 计算出的 Hg为负值，这说明管路阻力损失变大时，泵应安装在贮槽液面以下 0.17 米处。