化工原理练习与答案.docx

1、化工原理练习与答案第一篇练习与讲评练习一流体流动一、填充与选择：1.圆形直管内，V一定，设计时若将d增加一倍，则层流时hf是原有值_倍；高度湍流时不变)，hf是原有值的_倍.2.图标管路系统中，已知流动总阻力损失hf=56J/kg，若关小阀门，则总阻力损昆失hf=_J/kg，两槽液面垂直距离H=_m.3.图标管路系统中，已知dab=dcd，lab=lcd，u0，比较ua_uc，(pa-pb)_(pc-pd).4.如图标管路，管长l，流量V，今因修管，用若干根直径为0.5d，管长等同于l的管子并联代替原管，保证输水量V不变，设为常数，/d相同，局部阻力忽略，则并联管数至少_根。5.如图通水管路，

2、当流量为V时，测得(p1-p2)=5mH2O，若流量为2V时，则(p1-p2)=_mH2O(设为阻力平方区)。6.圆形直管Di=100mm，一般情况下输水能力为()A.3m3/hB.30m3/hC.200m3/hD.300m3/h7.某孔板流量计，当水量为V时，U压差计R=600mm(i=3000kg/m3)，若改用i=6000kg/m3的指示液，水流量不变，则此时读数R为()A.150mmB.120mmC.300mmD.240mm8.倒U形压差计，指示剂为空气，现改为油后(流向不变)，则R()A.增大B.变小C.不变D.不变，但倒U形管中左侧高于右侧二、计算：1.如图标三只容器A、B、C均装

3、有水(液面恒定)，已知：z1=1m，z2=2m，U形水银压差计读数R=0.2m，H=0.1m。试求(1)容器A上方压力表读数p1为多少MPa(2)若p1(表压)加倍，则(R+H)为多少 2A槽截面积Aa=80m2，水深10m，B槽截面积Ab=20m2，水深1m，二槽用截面积A0=0.01m2的圆直管联机，中有一阀，其阻力系数1=6.5(常数)；直管阻力可忽略。求开阀后A槽液面下降1m要多少时间？ 3.某敞口高位槽输送管路(见图)，在管路OC段的水平位置装有一孔板流量计，已知孔径d0=25mm，流量系数C0=0.62，管长LOC=45m，LCB=15m，LCA=15m(包括所有阻力的当量长度)，

4、管径dOC=50mm，dCB=40mm，dCA=40mm，当阀A全关，B阀打开时，压力表PB=0.24at，试计算：1).孔板两侧的压差为多少mmHg2).若维持阀B的开度不变，逐渐打开阀A，直到CB、CA两管中流速相等，此时压力表的读数分别为多少at(已知流体密度=1000kg/m3，均取0.03)。练习一流体流动解答与讲评一、填充与选择：1.(1)层流：Hf=l/du2/2gRe-1d-1u-2u-1d-1d-1u-2d-2u-1d-4hf/hf=(d/d)4=2-4=1/16(2)湍流：Hf=l/du2/2gd-1u-2d-1d-4d-5hf/hf=(d/d)5=2-5=1/322.Hf

5、=H.因H不变，故Hf不变=56J/kg3.ab和cd段管尺寸相同，流速相同pfab=pcd在a.b间应用B.e.q.得：pa-pb=pfcd-gZ在c.d间应用B.e.q.得：pc-pd=pfcd故pc-pdpa-pb4.解题思路同第一题充分湍流情况HHf=l/du2/2gH=Hf=(l1/d1)u12/2g=(l2/d2)u22/2gu22=u12d1/d2，u2=2-0.5u1-（1）由连续性方程nd22u2/4=d12u1/4，u2n=4u1-(2)（1）(2)联解得：n=5.66，取整为6根。5.P=P2-P1，We=0，u2=0.P-P=pf+g(Z1-Z2)若流动方向相反，则P1

6、-P2=2-3=-1m.P/g+u2/2g+Z=He-Hf，P=P2-P1，Z=Z2-Z1，He=0，u2=0.故（P1-P2）/g=Hf+（Z2-Z1）=Hf+6/2=5m，Hf=2m.Hfu2，Hf=24=8m.故（P1-P2）/g=8+3=11m.6.V=d2u/4=0.7850.0113600=28.26.故（B）答案较合理.7.u=c0A02(0-)gR/0.5=c0A0(2P/)0.5，流量一定，则P一定。P=(0-)gR=(0-)gR，R=(0-)R/(0-)=240mm.故D正确8P不变。P=(0-air)gR=(0-oil)gR，R=(0-air)R/(0-oil)1，RR，

7、故A正确。二、计算题1解析：基本思路是从容器C表面逆推得P1，因容器C接触大气，PC压力已知。1)沿C液面作水平面与A容器相交于A1处，则求解相当于复式压差计。PA=(0-)g(H+R)=126009.810.3=37080Pa，P1=PA-g(Z2-Z1)=0.027272(MPa)2)又P1=(0-)g(H+R)-g(Z2-Z1)，故H+R=2P1+g(Z2-Z1)/(0-)g=0.521(m) 2、这是非稳态流动体系问题，首先选择某一时刻处（瞬间）建立关系，其后用物衡建立微分式，确定边界条件求解。若某一时刻，A槽内液面为Z1则（10-Z1）80=（Z2-1）20，Z2=41-4Z1此时在

8、A槽面与B槽面间用Beq.u=0，Z1-Z2=hf，5Z1-41=6.5u0/（29.81）=0.3313u0=1.7347(5z-41)1/2-（1）在从变化到时间内可看成不变，则A0d=(-dZ1)A1，0.01d=-80dZ1，即d=-8000dZ/u0-(2)(1)代入(2)结合边界条件，=0，Z1=10；=，Z=9.3、解本题属分支管路计算题型(1)当阀A全关时，是简单管路在1-1与B处截面间应用B.e.qu1=0；Z1=15m；p1=0；uB=；Z2=3m；p2=0.24at=2.354104Pahf0-B=hf0-C+hf0-CBuC=(dB/dC)2uB=0.64uBhf0-B

9、=11.1546uB2应用B.e.q9.81(15-3)-2.354104/-uB2/2=hf0-B=11.1546uB2uB2=8.08uB=2.8427(m/s)V=dB2�；uB/4=3.57103(m3/s)(2)从B表至出口D处的总阻力系数由1）情况下B、D间的B.e.q求得当阀A开时，在1-1与D-D应用B.e.qg(ZC-ZB)=hf0-D=hf0-C+hfC-B+hfB-DhfC-B=5.625uB2hfB-D=5.827uB2/2=2.919uB2而dC2uC=2dB2uBuC2=1.28uB2hf0-C=0.03(45/0.05)0.5(1.28uB)2=22.1184

10、uB2117.2=(22.1184+5.625+2.919)uB2uB2=3.8392(m2/s2)uB=1.96(m/s)uC=2.217(m/s)在1-1与A-A间应用B.e.qgZc=hfo-c+hfc-A+uA2/2+pA/phf0-c=22.1184uB2=84.917m2/s2hfc-A=0.0315/0.043.8392/2=21.5955 m2/s29.8115=84.917+21.5955+3.8392/2+pA/ppA=3.8718104pa=0.3947at(表)练习二流体流动一、填空题1连续介质假定是指_稳定流动条件下，连续性方程的物理意义是_。2圆管内湍流和层流的差别

11、是：流型层流湍流本质区别Re范围u/umax(满足17次方律)与Re关系高度湍流一般湍流与d关系圆形直管内，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Wf是原值的_倍；高度湍流时，Wf是原值的_倍。流体在直管内流动造成阻力损失的根本原因是_.某孔板流量计用水测得孔流系数C0=0.64，现用于测900 kg/m3、=0.8P的液体，问此时C0_0.64。（）.如图所示管路，将支管的阀门开大，则管内以下参数有何变化？VA_，VB_，VC_，P_，WfA_，WfB_，WfC_。7在如图所示的管路系统中，已知流体的总阻力损失f56J/kg。若关小阀门，则总阻力损失f=_J/kg，两槽

12、液面垂直距离_m。一敞口容器，底部有一出口（如图所示），容器水面恒定，管内水流动速度头为0.m水柱，直管阻力可忽略。（）水由容器流入管内，则点的表压p_m水柱。（）水由管内流入容器，则点的表压p_m水柱。如图所示的供水管线，管长L，流量。今因检修管子，用若干根直径为0.5d，管长亦为L的管子并联代替原管，保证输水量不小于。设所有管子的都相同且为常数，局部阻力均可忽略，则并联管子数量至少_根。10如图所示的通水管路，当流量为时，测得（p1-p2）=5mH2O，若流量为时，则（p1-p2）=_mH2O。（设流体流动处于阻力平方区）二、选择题1如图所示，倒型压差计，指示剂为空气，现将指示剂改为油后（

13、流向不变），则_。.增大；B.变小；C.不变；D.不变，但倒型差计中左侧液体高于右侧。某孔板流量计，当水流量为时，型压差计读数600mm(指示液密度03000kg/m3)，若改用密度为06000kg/m3的指示液，水流量不变，则此时读数为_。.150mmB.120mmC.300mmD.240mm3因次（量纲）分析法的目的在于_。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。三、计算题1如图所示，三只容器、均装有水，水面恒定，已知z1=mz2= m，型水银压差计读数R=0.2m、H=0

14、.1m。试求：（1）容器的上方压力表读数p1，kPa；（2）若p1加倍，则（+）值为多少？2某输送管路如图所示，已知液体的密度900kg/m3、粘度=30P，除段以外，管路总长L50m（包括全部局部阻力损失的当量长度在内），管内径d53m。复式型压差计指示剂为水银，两指示剂中间流体与管内流体相同，压差计读数17cm，14cm试求：若两槽液面垂直距离为4m，则管内流速为多少？当阀关闭时，试定性判断读数1、有何变化？3某输送管路（见下图），在总管段OC上装一孔板流量计，该流量计孔径d0=25mm，流量系数C0.62。已知OC段、CB段、CA段管长和管径分别为Loc45m、doc=50mm，LCB=

15、LCA=15m、dCB=dca=40mm；当阀a全关、阀b打开时，压力表pB的读数为23.5kpa。流体密度1000kg/m3，均取为0.03。试计算：（1）孔板两侧的压差p为多少mmHg？（2）若维持阀b的开度不变，逐渐打开阀a，直到CA、CB两管中流速相等，此时孔板两侧压差p为560mmHg，问压力表读数pA、pB分别为多少kPa？4如图所示，一高位水槽下面接有三根水管子、，开始时压力表读数为，三个支管的流量分别为、，且。现关闭水管中阀门，使2，这时压力表读数为P、水管、的流量变为V1、V3。假设所有水管中流动均处于完全湍流区，并且水在同一高度流入大气。试分析比较：（1）与P的大小；（2）

16、（1V1）与（3V3）的大小。练习二流体流动解答与讲评一、填空题1液体由无数流体微团组成，流体微团彼此紧紧挨着，之间没有空隙。流动系统内无质量积累。2.流型 层流 湍流本质区别 无脉动 有脉动Re范围 Re4000u/umax 12 0.817与Re关系 64Re 高度湍流 与Re无关一般湍流 随Re增大而减小与d关系 无关 随d增大而增大31/16，1/32对原直管：u1V（d24）=4V（d2）wf1=1(l/d)(u12/2)=1(8V2/42d5)改变后：u24V（2d）2=V(d2)wf2=2(l/2d)(u22/2)=2(lV2/42d5)层流时，64Re=64/du=变前(64)

17、(d/4V)；变后(64)(d/2V)高度湍流时，与Re无关，12层流时wf1wf22(lV2/42d5)1(8lV2/2d5)116；高度湍流时wf1wf21324流体有粘性56VA，VB，VC，V总，p，wfa，wfb，wfcA阀开大AV，VAPD，PVB，VCWfB，WfCWfA7.56，5.7在两槽液面间进行物料衡算，由Beq得gH=WfWf大小与阀门开度无关，始终为56J/kg即H=Wf/g=5.7m.（1）0.75(2)1.5(1)水由容器流入管内，在容器液面与2点间列Beq得H=Hf+u22/2g+p2/g，其中Hfu22/2g12（u22/2g）p2/g0.75mH2O(2)水

18、由管流入容器，在容器液面与2点间衡算，由Beq得，u22/2g+p2/g=H+Hf其中Hf（u22/2g）=u22/2gp2/g=(1.5+0)mH2O=1.5H2O注：题目只忽略了直管阻力，局部阻力应予以考虑。6替代前，在两容器液面间衡算，Et1=Et2+Wf1-2即gH(/d)(u2/2)，u=V/(d2/4)=4V/(d2)即H(/d)(8V2/g2d4)替代后，设有n根管，则u（Vn）/4(d/2)2=16V/(nd2)gH=/(d/2)(2/2)=/d(162V2/(n22d4)联、解出n=4*20.5=5.6566即管数n取6根1011流速uVA4Vd2Et1=Et2+Wf12（E

19、t表示机械能）P1/gp2/gh+(/d)u2/2g即（P1P2）g=h+（/d）（8V2/2d4g）=5流量变为2V，u=2V/A=8V/d2=2uEt1=Et2+Wf12P1/gp2/gh+(/d)（u2/2g）即（P1P2）g=h+(/d)（32V2/d2g）由于，h=1/26m=3m（P1P2）g=3+4(5-3)mH2O二、选择题1A改变前，在压差计两埠间衡算Et2=Et1+Wf12即P2/gp1/gHf12又（P1P2）gR（0）Hf21改变后（P1P2）gR（0）Hf21R（0）R（0）00RR即R将变大2D3B三、计算题：1.(1)27.26kPa(2)0.52m(1)PAP1

20、gh1+gR=PA=P2+gZ1+gh1+0gRPBP2gh2=PB=Pa+g(h2-Z2-H)+0gh由上面两式化简，得P1Pa(0-)g(R+H)+g(Z1-Z2)（P1Pa）g（Z1Z2）（RH）（0）2.78mH2OP1Pa=2.727104Pa=27.27kPa(2)P1加倍，即54.54kPa，假定水面仍维持恒定，即Z1、Z2不变则，P1Pa+(0-)g(R+H)+g(Z1-Z2)又P1-Pa=2（P1Pa）=2（RH）g（0）/+2g(Z1-Z2)解出，(R+H)0.52m2(1)0.54m/s(2)R1，R2（1）（PAPB）gR1R2HfAB在两槽液面间进行物料衡算HHf0-

21、1=HfAB+HfrR1R2/d（u2/2g）4R1R2（R1R2）013.6(0.07+0.14)=2.856m/d（u2/2g）1.144-（*）用试差法计算，设0.027，代入资料得出u0.94m/s校核，Re=du/=1429.562000得0.043设u=0.5m/s，得0.095，Re=0u/=7952000=64/Re=0.805由试差结果ReP(2)(V1-V1)(V3-V3)关闭K2V2，VPV1，V3PP全开时，V1V2V3hf1hf2hf3EtA=Et1+Wf1=Et2+Wf2=Et3+Wf3=B1V12=B2V22=B3V32EtA=B1V12=B3V32V1/V1=(

22、EtA/EtA)0.5(V1V1)/V1=(EtA/EtA)0.5-1V3/V3=(EtA/EtA)0.5(V3V3)/V3=(EtA/EtA)0.5-1（V1V1）（V3V3）V1V31（V1V1）（V3V3）小结：结果显示，阻力系数小的管速度比更大.练习三流体输送设备1.用泵将20水由贮槽打到某一处，泵前后各装有真空表和压力表.已知泵的吸入管路总阻力和速度头之和为2mH2O柱，允许吸上真空度为5m，大气压强为1atm，水在50的饱和蒸压为0.1528kfg/cm2，液面与吸入口距离为2m，试问：(1).真空表的读数为多少mmHg(已知汞的密度为13600kg/m3).(2).若水温由20变

23、为50时，发现真空表与压力表为的读数突然改变，流量骤然下降，此时出了什么故障原因何在怎样排除 2.用离心泵将水送到一敞口高位槽，两液面距离为15m，当转速为2900转/分时，离心泵的特性方程为：He=45-1.310-6V2(式中V以m3/s计算)，管内流量为V=0.003m3/s，试求(1).将泵的转调为2800转/分，而管路情况不变则管内流量为多少(设满足速度形三角相似)。(2).若利用关小阀门的方法，使管内量调至与(1)量相同，而泵的转速仍维持2900转/分，则比(1)多消耗多少能量J/h若流体密度为1000kg/m3，理论上每小时省多少度电(1度电=1千瓦时)。3.实验室内有一循环管路

24、(如图)，管路内安装一台离心泵，在操作范围内，该离心泵的曲线方程为：He=23.1-1.43310-5V2(H：m，V：m3/s)，泵压出管路长120m，吸入管路长20m，(以上管长均包括全部局阻力的当量长度)，管径均为50mm，管路摩擦系数=0.03，水的饱和蒸气压为0.24m水柱，试求：(1)管内水的流量。(2)泵入口处压强表读数mmHg。(3)若该泵的允许汽蚀余量?h=3m，则此泵在上述条件下能否正常工作。4.实验室需要用离心泵将地面水池(敞口)中的水送至一敞口高位槽.高位槽中原液面距水池液面距离为5m，地面水池较大，液面可视为恒定，工作条件下，泵的特性方程为：20-222V2(式中V以m3/min表示).整个管路长度为50m(包括全部阻力的当量长度).管径均为50mm，管路摩擦系数为0.03.试计算使高位槽中液面升高1m要多长时间(设高位槽为直径1m的圆桶)。 练习三流体输送设备解答与讲评1.解：(1)t=20，Hf0-1=2mH2O，Hs=5m，P