化工原理1.docx
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化工原理1
第一章
一.填空
1.流量计安装时,孔板流量计可以在(水平)方向安
装,转子流量计(垂直)方向安装,流体流动方向应
取(从下向上)。
2.图2示,流体在园管中自上而下流动,通过l段的摩
擦阻力损失为h∫ab,压强差为△pab,指示液高度为R1,
若流量及其他条件都不变,使流体自下而上流动通过
该l段,则改变流动方向后的阻力损失h∫ba与改变
前h∫ab的关系为(相等)
3.当流体的温度升高时,液体的粘度(减小);
气体的粘度(增加)。
4.某水平直管,输水时体积流量为Vs,今改为输送3Vs的有机物,
且μ=3μ水,ρ=0.5ρ水。
设两种输液下,流体均在层流下流动,则
管路两端压差为水的9倍,阻力损失为水的18倍。
5、.在套管环间流动的流体,外管的内径是d2,内管的外径是d1,则当量直径de=d2-d1。
6、流体在管内作湍流流动时(不是阻力平方区),其摩擦系数λ随__Re___和__相对粗糙度而变。
7、流体在流动过程中,其物理参数(如ρ,u等)只与位置有关,而与时间无关,此种流动流动过程称为定态流动。
8、写出绝压、(外界)大气压与真空度之间的关系:
真空度=_大气压-_绝压________。
9、流体在管内流内流动时,通过任一截面上径向各点的流速并不相等,在壁面处为0,在管中心达到最大值,工程计算中采用平均流速。
10、因次分析法的主要依据是因次一致性原则_____。
11、流体在光滑管内作湍流流动时,摩擦系数
与Re和相对粗糙度有关;若其作完全湍流(阻力平方区),则
仅与相对粗糙度有关。
12、当20℃的甘油(密度为1261kg/m3,粘度为,流经内径为100mm的圆形直管时,其平均流速为1m/s,其雷诺数为__84173____,流动形态为__滞流_____,管中心处的最大流速为___2m/s____。
13、某容器内的绝对压强为200kPa,当地大气压为101.3kPa,则表压为___98.7_kPa
14、测流体流量时,随着流体流量的增大,转子流量计两端压差值___不变________,孔板流量计两端压差值_____增大______(填增大、减小或不变)。
15、内径100mm的圆直管内,流过密度为1000Kg/m3、、粘度1mPa.s的液体,使液体保持层流,则液体的最大体积流量为0.565m3/h;
16、国际单位制规定的七个基本物理量及其基本单位为:
长度m、时间s、温度K、质量kg、物质量mol、电流A和光强cd;
17、化工原理中的“三传”指的是传质、传热、传动量;
18、流体层流流过直径为40mm的圆形直管,用比托管测得管中心处的流速为2m/s,则该管内流体平均流速为1m/s体积流量为4.52m3/h
19、如图19所示,液体在等径倾斜管中稳定流动,则阀的局部阻力系数ξ与压差计读数的关系式为__正比______。
填空题19图
20、牛顿粘性定律的表达式为
,不服从牛顿粘性定律的流体称为非牛顿型流体。
21、米糠油在管中作层流流动,若流量不变,管径、管长不变,油温升高,粘度为原来的1/2,则摩擦阻力损失为原来的__0.5___倍。
22、流体在圆形直管中作层流流动,如果流量不变,只是将管径增大一倍,则阻力损失为原来的___1/16______。
23、当20℃的甘油(ρ=1261kg.m-3,,μ=1499厘泊)在内径为100mm的管内流动时,若流速为,其雷诺准数Re为___210______,其摩擦阻力系数λ为_____0.3043____。
24、水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器,当管道上的阀门开度减小后,水流量将____减小______,摩擦系数___减小_________,管道总阻力损失__不变______(增大、减小、不变)。
25、设备的表压强为50KPa,则它的绝对压强为150kPa,另一设备的真空度为50KPa,则它的绝对压强为50KPa。
(当地大气压为100KPa)
26、在完全湍流区,管内流体流量增大一倍后,则阻力损失增大到原来的4倍
27、流体在管路两截面间的压强差ΔP与压强降ΔPf相等的条件是水平管、等径管。
28、对边长为a的正方形风管,当量直径de=a。
二、选择题
1、一定流量的水在圆形直管内呈层流流动,若将管内径增加一倍,流速将为原来的B;产生的流动阻力将为原来的D;
A.1/2B.1/4C.1/8D.1/16
2、
内径为20mm的自来水管其设计输水能力宜为B。
(A)0.1—0.3m3/h(B)1--3m3/h
(C)10--20m3/h(D)100-200m3/h
选择题3图
3、如图3所示,管中水的流向为A→B,则pA与pB的关系是C;
(A)pA>pB(B)pA>pB+ρgh
(C)pA>pB-ρgh(D)pA<pB
4、圆形直管内,体积流量一定,设计时若将管内径增大一倍,则层流时摩擦阻力损失是原来的C倍;高度湍流时,是原值的B倍;
A)1/4;1/16 B)1/18;1/32 C)1/16;1/32 D)1/8;1/16
5、因次分析法的目的在于B;
A)得到各变量间的确切定量关系;B)用无因次数群代替变量,使实验与关联工作简化;
C)得到各无因次数群的确切定量关系;D)用无因次数群代替变量,使实验结果更可靠。
6、在层流流动中,若流体的总流率不变,则规格相同的两根管子串联时的压降为并联时
的C倍。
A.2;B.6;C.4;D.1。
7.流体在长为3m、高为2m的矩形管道内流动,则该矩形管道的当量直径为C。
A.1.2m;B.0.6m;C.2.4m;D.4.8m。
8、长度为a,宽度为b的矩形管道,其当量值de为A。
A.2ab/(a+b)B.ab/(a+b)C.ab/2(a+b)D.(ab)0.5
9、水在园形直管中作完全湍流时,当输送量,管长和管子的相对粗糙度不变,仅将其管径缩小一半,则阻力变为原来的B倍;
A.16B.32C.不变
10、用离心泵在两个敞口容器间输送液体。
若维持两容器的液面高度不变,则当输送管道上的阀门关小后,管路总阻力将B;
A.增加;B.不变;C.减小;D.不确定。
11、参照下图,已知d1=2d2,u2=4m/s,u1等于A;
A.u1=1m/sB.u2=0.5m/sC.u3=2m/s
12、流体在管内呈湍流流动时B。
A.Re≥2000B.Re>=4000C.2000 13、转子流量计的主要特点是____B__________。 A.恒截面、恒压差B.变截面、恒压差 C.恒流速、变压差D.变流速、变压差 14、流体在圆管内流动时,管中心处流速最大,若为层流流动,平均流速与管中心的最大流的关系为_______A_______。 A.u=0.5umaxB.u=0.8umaxC.u=0.3umax。 15、当流体从管道流入容器时,其局部阻力系数为____B________。 A.0.5B.1C.0.4D.0.6 16、U型管压差计接在以速度u流动的水管上,水可视为理想流体,指示液为水银,则以下指示液高度画法正确的是: B 选择题16图 17、用一孔板流量计测量水的体积流量,已知当压差计度数R=50mm时,体积流量Vs=100m3/h,则当读数R=100mm时,水的体积流量Vs=am3/h; (a)141(b)200(c)400(d)70.5 18、两根管长均为L,内径d1=2d2,水以流量VS在两管内层流流过,水的密度ℓ、黏度μ不变,则水流过两管的能量损失关系为Σhf2=dΣhf1: (a)1/2(b)2(c)8(d)16 19、用一孔板流量计测量水的体积流量,已知当压差计度数R=50mm时,体积流量Vs=1m3/h,则当读数R=100mm时,水的体积流量Vs=bm3/h: (a)2(b)1.414(c)4(d)0.707 20、据π定理,用因次分析法分析颗粒沉降阻力知影响颗粒直径、速度、流体粘度、密度对其有影响,则该过程的无因次数群的个数为c个: (a)1(b)3(c)2(d)5 21、计算下列四种“数”时,其数值大小与单位制度选择有关的是___D____。 A、普兰德准数; B、传热单元数NTU; C、雷诺准数; D、过滤常数K 22、有一并联管路如图22所示,两段管路的流量、流速、管经、管长及流动阻力损失分别为V1、u1、d1、L1、Σhf1及V2、u2、d2、L2、Σhf2。 若d1=2d2,L1=2L2,则 (1)Σh1/Σh2=E; A、2; B、4; C、1/2; D、1/4; E、1 (2)当管路中流体均作层流流动时,V1/V2=C ; A、2; B、4; C、8; D、1/2; E、1 (3)当两段管路中流体均作湍流流动时,并取λ1=λ2,则V1/V2=B。 A、2; B、4; C、8; D、1/2; E、1/4 选择题22图 23、当流体在园管内流动时,管中心流速最大,滞流时的平均速度与管中心的最大流速的关系为; A.u=3/2.umaxB.u=0.8umax C.u=1/2.umaxDu=0.75umax 24、判断流体流动类型的准数为() A.Re数B.Nu数C.Pr数D.Gr数 25、牛顿粘性定律适用于牛顿型流体,且流体应呈; A.层流流动B湍流流动C过渡型流动D静止状态 26、计算管路系统突然扩大和突然缩小的局部阻力时,速度值应取为。 A.上游截面处流速B.下游截面处流速 C.小管中流速D.大管中流速 三、计算题 1、有一输水系统如图1所示,管子规格为φ48×4,已知管路阻力(直管和局部阻力)损失为: 试求: (1)该体系的流量; (2)若欲使流量增大20%,水箱的高度应增加多少米? (设摩擦阻力系数不变) 计算题2图 计算题1图 解: (1) Vs=(5×9.81/1331190)0.5=0.006m3/s=21.85m3/h (2) Z2=Z1(1.2)2=1.44Z1=7.2m高度增加: 7.2-5=2.2m 2、如附图2所示,常温水在管道中流过。 为测定a、b两点的压力差,安装一U型压差计,试计算a、b两点的压力差为若干? 已知水与汞的密度分别为1000kg/m3及13600kg/m3。 解: 取管道截面a、b处压力分别为pa与pb。 根据连续、静止的同一液体内同一水平面上各点压力相等的原理,则p1'=p1………(a),因p1'=pa-xρH2Og p1=RρHgg+2=RρHgg+p2'=RρHgg+pb-(R+x)ρH2Og 根据式(a),则pa-pb=xρH2Og+RρHgg-(R+x)ρH2Og =RρHgg-(R+x)ρH2Og=0.1(13600-1000)9.81=1.24*104Pa 3、如图3所示的管路系统,高位槽水面与水平主管中心的垂直距离z1=15m,总管长L=150m(包括所有局部阻力当量长度),管径为φ55×2.5mm,摩擦系数λ=0.025。 现要求水量比原供水量增加25%,为满足此要求,在原管路上并联一根同样直径的水管。 高位槽液面保持不变,水在管路中流动已进入阻力平方区即摩擦系数λ与Re无关保持不变,求新并联管路的长度 。 计算题3图 解: (z1-z2)g=Σhf=(λL/d)u2/2=λLVs2/2d5, 并联后原管不变,所以流量不变,新管流量为0.25Vs, 即: LVs2=l(0.25Vs)2,l=16L=150*16=2400m 4、有一除尘洗涤塔,塔底压力表读数为4.9×104Pa,塔顶水银压差计读数R=300mm。 压力表与水银压差计间垂直距离为8m,塔内操作温度为303K,气体在标准状态下的密度为0.76kg/m3,试求气体在塔内流动过程的流动损失。 解: P2=0.3×9.81×13600=40025Pa,P=(p1+p2)/2+101330=145842Pa =273×145842×0.76/(303×101330)=0.985kg/m3 (49000-40025)/0.985+8×9.81=9189J/kg 5、用泵自储池向高位槽输送矿物油,流量为35m3/h。 池及槽皆敞口。 高位槽中液面比池中液面高20m。 管径为Φ108×4mm,油的粘度为2840mPa.s,密度为952kg/m3,泵的效率为50%,泵的轴功率为85kW。 求包括局部阻力当量管长的总管长。 6、用轴功率为0.55kW的离心泵,将敞口储槽中的液体输送至表压为90kPa的密闭高位槽中。 已知液体的流量为4m3/h,密度为1200kg/m3、粘度为 Pa·s;输送管路的内径为32mm,管路总长度为50m(包括管件、阀门等当量长度);两槽液位维持恒定的高度差15m,试计算该离心泵的效率。 (摩擦系数 ) 解: u1=u2=0,p1=0,p2=90000Pa(表),在,z1=0,z2=12m u=4/(0.785*0.032*0.032)=1.38m/s,Re=0.032*1.38*1200/0.00096=55000 =0.03164/550000.25=0.02 Σhf=(0.02*50/0.032+1.5)*1.382/2=31J/kg we=z2g+p2/ρ+Σhf=15*9.81+90000/1200+31=253J/kg Ne=253*4*1200/3600=337J/kgη=337/550=61% 7、用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油,流量为38.4m3/h,高位槽中液面比油池中液面高20m,管路总长(包括阀门及管件的当量长度)430m,进出口阻力不计。 管径为φ108×4mm,若油在输送温度下的密度为960kg/m3,粘度为340mPa.s,求泵所需的实际功率,设泵的效率η=50%。 (摩擦系数 ) 解: u1=u2=0,p1=0=p2,z1=0,z2=20m u=38.4/(3600*0.785*0.12)=1.36m/s,Re=0.1*1.38*1200/0.00096=55000 =0.03164/550000.25=0.02 Σhf=(0.02*50/0.032+1.5)*1.382/2=31J/kg we=z2g+p2/ρ+Σhf=15*9.81+90000/1200+31=253J/kg Ne=253*4*1200/3600=337J/kgη=337/550=61% 8、粘度为0.03Pa.s,密度为900kg/m3的液体自容器A流经内径为40mm的管路进入容器B。 两容器均为敞口,液面视为不变。 管路中有一阀门,阀前管长50m,阀后管长20m(均包括局部阻力的当量长度)。 当阀全关时,阀前、阀后的压力表读数分别为90kPa和45kPa。 现将阀门打开至1/4开度,阀门阻力的当量长度为30m。 试求管中的流量为多少m3/s。 解: 静力学方程得: z1=p1/ρg=90000/(9.81*900)=10.2m,z2=5.1m (z1-z2)g=Σhf=(λl/d)u2/2,估计为层流,Σhf=32ulu/d2ρ=32ulVs/d40.785ρ Vs=(5.1*9.81*0.785*0.044*900)/32*0.03*(50+20+30)=0.001m3/s=3.6m3/h U=0.796m/s,验证流动类型: Re=0.04*900*0.796/0.03=955<2000,为层流。 9、如附图9所示的水平渐缩管,d1=207mm,d2=150mm,在操作压力与温度下,密度为1.43kg/m3(设为常数)的甲烷,以1600m3/h的流量流过,U形管压差计内指示液为水,如摩擦损失可以略去,问U形压差计读数为若干? 解: Vs=(л/4)d2u,uB=(1600/3600)/[(3.14/4)×0.152]=25.2m/s uA=25.2×(150/207)2=13.2m/s R=[(25.22-13.22)×1.43/2]/(1000×9.81)=0.034m 10、如图10所示,用离心泵将水从贮槽输送至水洗塔顶部,槽内水位维持恒定,管路的直径为ф57×3mm,泵入口处的真空表读数为24.66KPa,水流经吸入与排出管的能量损失分别为∑hf1=2u2,∑hf2=10u2(不包括喷头出口阻力),,排水管与喷头连接处的压强表读数为98.07KPa,泵的效率为65% 求: 泵的轴功率。 解: (1)大槽面1与泵入口2处应用柏努利方程 P0/ρ=gZ2+p2/ρ+/2+Σhf P真2/ρ-gZ2=(0.5+2.0)u22=2.5u22U2=2m/s (2)在大槽面1与喷头前3处应用方程,u2=u3=2m/s We=gZ3+p3/ρ(表)+u32/2+Σhf1→2→3=14×9.81+98.07×103/1000+12.5u22=285.1J/kg=29m (3)Vs=¼Лd2u=0.785×0.0512×2=0.00408m3/s=14.7m3/h ms=14.7×1000/3600=4kg/s Ne=We·ms=285.1×4=1140w=1.14kw 11、采用微差U形压差计测压差。 如图。 已知U形管内直径d为6mm,两扩大室半径均为80mm,压差计中用水和矿物油作指示液,密度分别为1000及860kg/m3。 当管路内气体压强p与外界大气压p0相等时,两扩大室油面齐平,U形管两只管内油、水交界面亦齐平。 现读得读数R=350mm,试计算: (1)气体压强p(表)。 解: 低水面为等压面,p左=p右 p左=p+Rgρ油+p同,p右=Rgρ水+△hgρ油+p同, △h=R(D/d)2=(6/80)2R=0.0056R p表=Rg(ρ水-ρ油)+0.0056Rgρ油=0.35×9.81×(1000-860)+0.0056×0.35×860×9.81=497Pa 12、冻盐水循环系统,盐水密度为1100kg/m3,循环量为36m3/h,管路的直径相同为Ф108×4mm,盐水由A流经换热器而至B的能量损失为40u2J/kg,由B到的A能量损失为28u2J/kg,泵的效率的为70%,A处压力表读数为200KPa。 计算: (1)泵的轴功率; (2)B处的压力表读数为多少Kpa。 解: Vs=(л/4)d2u,u=(36/3600)/[(3.14/4)×0.12)=1.27m/s (1)循环过程: 取A点,A→B→A则We=Σhf=28u2+40u2=68u2=110w/kg 泵轴功率: Ws=WeWs/η=110×1100×0.01/0.7=1.73kw (2)从A→B间应用柏努利方程: uA2/2+gZA+PA/ρ=uB2/2+gZB+PB/ρ+ΣhfA→BuA=uBZA=0ZB=7PB=PA-ρΣhfA→B-ρgZB=200-1.1(40×1.272+7×9.81)=53.5KPa 13、如图13,用U型管压差计测量锅炉水面上方的蒸汽压,指示液为水银,两U管间的连接管内充满水,已知水银的密度为13600kg/m3,水的密度为1000kg/m3,水银面与基准面的垂直距离分别为: h1=2.3m,h2=1.2m,h3=2.5m,h4=1.4m,锅炉水面与基准面的垂直距离h5=3m,大气压强100kPa,求锅炉上方水蒸气的压强P0 解: 复式压差计,找出等压面,推出最终压强关系为: p0=pa+ρ汞g(h1-h2+h3-h4)-ρ水g(h5-h4+h3-h2) =100+13.6×9.81×(2.3-1.2+2.5-1.4)-1.0×9.81(3-1.4+2.5-1.2) =365.07KPa或p0=265.07KPa(表压) 14、用离心泵将水由水槽送至水洗塔内。 水槽敞口。 塔内表压为0.85atm。 水槽水面至塔内水出口处垂直高度差22m。 已知水流量为42.5m3/h,泵对水作的有效功为321.5J/kg,管路总长110m(包括局部阻力当量管长),管子内径100mm。 试计算摩擦系数λ值。 解: Vs=(л/4)d2u,u=42.5/[3600×(3.14/4)×0.12]=1.5m/s =321.5-0.85×101330/1000-22×9.81=19.25J/kg λ=19.28×0.1×2/(110×1.52)=0.016 15、用一台离心泵将密度为1000kg/m3的水溶液从敞口贮槽中送往表压强为200kPa的塔中,溶液管出口至贮槽液面间的垂直距离为26m,送液量为20m3/h,管路为Ф68×4mm钢管,直管长度80m,弯头阀门等管件的当量长度总计为20m,管路的摩擦系数λ为0.022,离心泵的效率为60%,求泵的轴功率。 解: Vs=(л/4)d2u,u=20/[3600×(3.14/4)×0.062]=1.97m/s =(0.022×100/0.06+1.5)×1.972/2=74.1J/kg =200000/1000+26×9.81+74.1=529J/kg =20×1000×529/(3600×0.6)=4900w=4.9Kw 计算题16图 16、为了确定容器中石油产品的液面,采用如附图所示的装置。 压缩空气用调节阀1调节流量,使其流量控制得很小,只要在鼓泡观察器2内有气泡缓慢逸出即可。 因此,气体通过吹气管4的流动阻力可忽略不计。 吹气管内压力用U管压差计3来测量。 压差计读数R的大小,反映贮罐5内液面高度。 指示液为汞。 当(Z1-Z2)=1.5m,R1=0.15m,R2=0.06m时,试求石油产品的 密度ρP及Z1。 解: 在本例附图所示的流程中,由于空气通往石油产品时,鼓泡速度很慢,可以当作静止流体处理。 因此可以从压差计读数R1,求出液面高度Z1,即: , =13600×(0.15-0.05)/1.5=816kg/m3 z1=0.15×13600/816=2.5m 17、有一幢102层的高楼,每层高度为4m。 若在高楼范围内气温维持20℃不变。 设大气静止,气体压强为变量。 地平面处大气压强为760mmHg。 试计算楼顶的大气压强,以mmHg为单位。 解: , lnp=ln101330-9.81×0.029×102×4/(8.314×293)=11.479 p=96620Pa=724mmHg 19、水以70m3/h的流量流过倾斜的异径管通。 如图19。 已知小管内径dA=100mm,大管内径dB=150mm,B、A截
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