化工原理习题.docx
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化工原理习题
一流体流动
流体密度计算
在讨论流体物性时，工程制中常使用重度这个物理量，而在SI制中却常用密度这个物理量,如水的重度为1000[kgf/m3],则其密度为多少[kg/m3]
燃烧重油所得的燃烧气，经分析测知，其中含％CO2,％O2,76％N2,8％水蒸气（体积％），试求温度为500℃,压强为1atm时该混合气的密度。
已知汽油、轻油、柴油的密度分别为700[kg/m3]、760[kg/m3]和900[kg/m3]。
试根据以下条件分别计算此三种油类混合物的密度（假设在混合过程中，总体积等于各组分体积之和）。
（1）汽油、轻油、柴油的质量百分数分别是20％、30％和50％；
（2）汽油、轻油、柴油的体积百分数分别是20％、30％和50％。
绝压、表压、真空度的计算
在大气压力为760[mmHg]的地区,某设备真空度为738[mmHg],若在大气压为655[mmHg]的地区使塔内绝对压力维持相同的数值,则真空表读数应为多少
静力学方程的应用
如图为垂直相距1.5m的两个容器，两容器中所盛液体为水，连接两容器的U型压差计读数R为500[mmHg],试求两容器的压差为多少ρ水银＝×103[kg/m3]
容器分别盛有水和密度为900[kg/m3]的酒精,水银压差计读数R为15mm,若将指示液换成四氯化碳（体积与水银相同），压差计读数为若干
ρ水银＝×103[kg/m3]四氯化碳密度ρccl4＝×103[kg/m3]
习题5附图
习题6附图
用复式U管压差计测定容器中的压强,U管指示液为水银，两U管间的连接管内充满水。
已知图中h1=2.3m，h2=1.2m，h3=2.5m，h4=1.4m，h5=3m。
大气压强Ｐ0=745[mmHg]，试求容器中液面上方压强PC=
如图所示,水从倾斜管中流过，在断面A和B间接一空气压差计，其读数R=10mm，两测压点垂直距离a=0.3m，试求A,B两点的压差等于多少
流量、流速计算
密度ρ=892Kg/m3的原油流过图示的管线,进入管段1的流量为V=×10-3[m3/s]。
计算：
（1）管段1和3中的质量流量；
（2）管段1和3中的平均流速；
（3）管段1中的质量流速。
某厂用Φ125×4mm的钢管输送压强P=20at（绝压）、温度t=20℃的空气，已知流量为6300[Nm3/h]（标准状况下体积流量）。
试求此空气在管道中的流速、质量流量和质量流速。
（注：
at为工程大气压，atm为物理大气压）。
压强为1atm的某气体在Φ76×3mm的管内流动，当气体压强变为5atm时，若要求气体以同样的温度、流速、质量流量在管内流动，问此时管内径应为若干
若钢管的价格与其直径的次方成正比，问将一定体积流量的流体输送一定距离，采用两根小管子与采用一根大管子相比，前者费用为后者的几倍设两种情况下管内流速相同。
理想流体柏努利方程应用
在图示的管路中，水槽液面高度维持不变，管路中的流水视为理想流体，试求：
（1）管路中水的流速；
（2）管路中A、B、C各点的压强。
在图示管线中的A点接一U管压强计，指示液为水，管内流体密度ρ=800[kg/m3],管子内径为100mm。
当阀全关时,R1为300mm,阀门开启后,读数R2为100mm。
若管内流体视为理想流体，且贮槽中流体面维持恒定，管内流速为多少
水以60[m3/h]的流量在一倾斜管中流过,此管的内径由100mm突然扩大到200mm。
如图所示,A、B两点的垂直距离为0.2m,在此两点间连接一U管压差计，指示液密度为1630[kg/m3],若忽略阻力损失,试求:
（1）.管两侧指示液液面哪侧高,R为多少
（2）.若将上述管路水平放置,压差计读数有何变化
非定态流动计算
本题附图所示的贮槽内径D=2m,槽底与内径为32mm的钢管相连,液面高度h1为2m,（以管中心线为基准）,该系统全部能量损失∑hf=20u2,（u为管内流速[m/s]）试求当槽内液面下降1m时所需的时间。
实际流体柏努方程的应用
如图所示,将密度为1200[kg/m3]的碱液从碱液池中用离心泵打入塔内,塔顶表压为[kgf/cm2]。
流量为15[m3/h],泵的吸入管阻力为[2m碱液柱],排出管阻力（包括出入口等所有局部阻力）为5[m碱液柱],试求:
（1）泵的压头;
（2）若吸入管内的流速为1[m/s],则泵真空表的读数为多少毫米汞柱
图示一冷冻盐水循环系统,盐水循环量为45（m3/h）,流体经管路的压头损失从A到B段为9[m液柱],自B至A的一段为12[m液柱],盐水的密度为1100[kg/m3],求:
（1）泵的实际功率（轴功率）为多少[kw]设泵的效率为。
（2）A处压强表读数为[kgf/cm2],则B处压强表读数为多少[kgf/cm2]
图示为某泵的一段吸水管,内径为200mm,管下端浸入水池液面以下2m,管口处装有带滤网的底阀,其阻力损失相当于10（u2/2）,在吸水管距水面3m处装有真空表,其读数为350[mmHg],若从A至B点的阻力损失为（u2/2）,试求:
（1）吸水管内的流量为若干
（2）A点的压强为多少
雷诺准数.流型判断
密度为850[kg/m3]、粘度为8cP的液体,在内径为14mm的钢管内流动,液体的流速为1[m/s],试计算:
（1）雷诺准数,并指出流动属于何种类型;
（2）局部速度等于平均速度处与管轴的距离;及该处的剪应力;
（3）该管路为水平管,若上游压强为[kgf/cm2],求流经15m后压强降至多少[kgf/cm2]
90℃的水流过内径为20mm的管道,问水的流速不超过那一数值则流动为层流若管内流动为90℃的空气,则此一数值应为多少
由一根内管及外管组合的套管换热器中，已知内管为Φ25×1.5mm，外管为Φ45×2mm,套管环隙间通以冷却盐水,其质量流速为838[kg/]粘度为,试判断盐水流型。
因次分析
实验初步得知,流体绕过单个球形物体流动,球体受到曳力（或球体对流体产生的阻力）FD为以下诸量的函数:
小球直径d;流体密度ρ;流体粘度μ;流体速度ｕ。
试用因次分析法导出曳力FD的准数函数式。
（注:
包含FD的准数为FD/ρｄ2ｕ2）
哈根泊谡叶方程、通用阻力方程的应用
在水平直管内输送一定量流体所需的动力费与上、下游的压强降成正比。
试问，将一定体积流量的流体输送一定距离，采用两根小直径管子与用一根大直径的管子相比较，前者所需的动力费为后者几倍取两种情况下管内的流速相同，分别按层流与湍流两种流型比较。
（层流用哈根泊谡叶方程,湍流用柏拉修斯公式计算）
温度为20℃的液苯从贮槽中用泵送到反应器,要经过长4m、Φ57×2.5mm的钢管,管路上有两个90o弯头,一个标准阀（按1/2开启计算）。
管路出口在贮槽的液面以上12m,贮槽与大气相通，而反应器是在500[KN/m2]（表）的压力下操作,若要维持[l/s]的体积流量，求泵所需的功率。
（泵的效率取，λ=，已知20℃的液苯密度ρ＝879kg/m3,粘度μ＝
如图所示,某气体（其性质与50℃的空气基本相同）,用鼓风机以3600[m3/h]的流量送至洗涤塔,洗去有害物质后排到大气中。
气体入风机前的管路上安装一U管压差计，其读数为30mm水柱。
输气管与放空管的内径均为250mm,管长与管件、阀门的当量长度之和为50m（不包括进、出口塔及管出口阻力）。
放空口与鼓风机进口的垂直距离为20m,已估计气体通过塔内填料的压强降为200mm水柱,管壁的绝对粗糙度可取为0.15mm,大气压强为1atm,求风机的有效功率。
地面上放置冷冻盐水（25％CaCl2）贮槽。
盐水温度为－20℃,粘度为,密度为1230[kg/m3],现用离心泵送至高位槽中,两槽液面差为16m，输送管为Φ32×2.5mm，管长为80m，管路中包括6个90°弯头和4个标准球阀（全开）。
若盐水的流量为6[m3/h],试求离心泵对单位重量的盐水必须提供多少能量（压头）已知ε/d=。
由图所示的输水系统,AB和CD段分别长200m和10m（均包括各种局部阻力的当量长度）,BC段管长为10m,各段管内径均为50mm,摩擦因素λ=。
实验得知：
经两分钟内由管口流出的水量为0.329m3，B、C两截面上玻璃管内液面差Δh为0.629m。
求：
（1）槽内水面维持恒定时,水面到出口管垂直距离为多少米
（2）BC间90°弯头的局部阻力系数为多少
试差法求λ
一酸贮槽通过管子向其下方的反应器送酸,槽内液面在管出口以上2.5m,管路由Φ38×2.5mm无缝钢管组成,全长（包括管件的当量长度）为25m,由于使用已久,粗糙度取0.15mm,贮槽内及反应器内均为大气压。
求每分钟可送酸多少m3酸的密度ρ=1650[kg/m3],粘度μ=12cp。
有一输水管路如图所示,液面1至截面3全长30m（包括局部阻力的当量长度）,截面3至液面2之间有一闸阀,其间的直管阻力可以忽略,输水管内径为50mm,ε/d=,试求阀全开时的输水量。
可压缩流体
欲将5000[kg/h]的煤气输送至100公里距离,管内径为300mm,管路末端压强为（绝）,试决定管路起点压强需要多大设煤气温度为20℃,λ=,煤气在标准状况下密度为[kg/m3]。
（注:
at为工程大气压）
复杂管路计算
有两个液面高差为6m的贮槽,其底部用管道相连（如图所示）,BC段管内径为600mm，长为3000m（包括各种当量长度）,支路CD和CE段的长度皆为2500m,管内径均为250mm,若已知摩擦因数入均为,试求A槽下流的流量为多少[m3/h]
水槽中的水经管道C、D两支管可以同时放出,水槽中液面维持恒定,AB段管长为6m（忽略AB间的局部阻力）,管内径为41mm；BD段管长为9m,当阀全开时该段局部阻力当量长度为15m，BC段长6m,当阀全开时,该段局部阻力当量长度为9m;BC和BD管内径均为25mm,试求:
（1）当管路中D阀关闭而C阀全开时的流量;
（2）当管路中C、D两阀全开时两管流量之和。
设各段管路中的摩擦因数λ均可取为。
温度为30℃的空气从风机送出后经一段直径为200mm,长为20m的管道,然后分成两股,两分支管路内径皆为150mm,一段长40m,另一段长80m,（均含当量长度）。
然后两支管又合拢,流经一段直径为200mm长为30m的管子,最后排到大气。
若空气在直径为200mm管内的流速为10[m/s],求两支管内的流速为多少又风机出口处压强为多少（设两并联管路的λ相同,粗糙度e=
用内径为300mm的钢管输送20℃水,为了测量管内流量,采用如附图所示的安排,在2m长的一段主管上并联了一根直径为Φ60×3.5mm的支管,支管长为10m（包括当量长度）。
支管上装有转子流量计,其读数为[m3/h],求水在主管中的流量及总流量。
主管与支管中的摩擦因数分别为及。
流量计计算
一皮托管伸入直径为1m的空气管道中心,其压差读数用双液体压差计显示，指示液为氯苯（ρ=1106[kg/m3]）与水（ρ=1000[kg/m3]）。
求压差计读数为48mm时的质量流量。
空气温度为40℃,压力为101[kN/m2]。
在Φ38×2.5mm的管路上装有标准孔板流量计,孔板的孔径为16.4mm。
管内流体是20℃的甲苯。
孔板流量计采用U管压差计测量孔板两侧的压差,其读数R=600mm汞柱,试求管中甲苯流量为多少[kg/h]
一文氏流量计喉部直径为300mm,装在内直径为600mm的管路上，测量20℃的氯气Cl2流量,当地大气压为101[kN/m2]。
文氏计前Cl2压强为[kN/m2]（表压）,测出文氏计上游与喉部的压差为180mmH2O,求每小时的质量流量。
排出系数CD可近似取为。
有一测定空气流量的转子流量计,其流量刻度范围为400-4000[l/h],转子材料用铝制成,ρ铝=2670[kg/m3],今用它测定常压20℃的CO2流量,试问能测得最大流量为若干[l/h]又因某种需要,CO2的计量范围扩大70％，有人提议将转子材料改为不锈钢,ρ钢=7920kg/m3,你认为这建议可行否用计算结果说明。
一转子流量计的锥形玻璃管在最大和最小刻度处的直径为d1=28mm和d2=26.5mm,转子的形状如附图,其最大截面直径d=26mm,试求:
（1）该转子流量计的最大与最小可测流量之比;
（2）转子处于最大刻度和最小刻度位置,流体在环隙处的流速有何变化
综合计算题
粘度为30cP,密度为900Kg/m3的液体,自A经内径为40mm的管路进入B,两容器均为敞口,液面视为不变。
管路中有一阀门,当阀全关时,阀前后压力表读数分别为和,现将阀门打至1/4开度,阀门阻力的当量长度为30m,阀前管长50m,阀后管长20m（均包括局部阻力的当量长度）,试求:
（1）阀门1/4开度时，管路的流量为多少m3/h
（2）定性说明阀门开启，阀前后压力表读数有何变化
用离心泵将密闭储槽中20℃的水通过内径为100mm的管道送往敞口高位槽，两储槽液面高度差为10m,密闭槽液面上有一真空表P1读数为600mmHg（真）,泵进口处真空表P2读数为294mmHg（真）,出口管路上装有一孔板流量计,其孔口直径d0=70mm，流量系数α=,U形水银压差计读数R=170mm。
已知管路总能量损失为44J/Kg,试求:
（1）出口管路中水的流速;
（2）泵出口处压力表P3（与图对应）的指示值为多少（已知P2与P3垂直相距0.1m）
.如图所示装置,水以4m/s流速从A段流向B段,用四点法测量突然扩大局部阻力系数,假设hf1-2=hf2-0,hf0-3=hf3-4,A段管内径为25mm，B段管内径为50mm，测得R1=200mm，R2=430mm，U形管压差计指示液为汞，求突然扩大局部阻力系数为多少
有两个水库,水位差为8m,先由一内径为600mm,管长为3000m的管道A将水自高位水库引出,然后由两根长各为3000m,内径为400mm的B管及C管接到下游水库。
若管内流动时摩擦系数λ=,试求总流量为多少m3/h
习题44附图
习题45附图
如图所示,水从槽底部沿内径为100mm的管子流出,槽中水位稳定。
阀门关闭时得R=50cm,h=1.8m.求:
（1）阀门全开时的流量
（2）阀门全开时B处的表压（阀全开时le/d=15,入、出口的阻力系数分别为及,设摩擦系数λ=
密度ρ=900kg/m3的某液体由高位槽A经内径为50mm的管道流入敞口贮槽B中。
图示K点的真空度为6KN/m2，K点至管路出口处之管长为20m，有3个90°弯头和一个阀门.已知各阻力系数为:
ζ入口=,ζ出口=,ζ90°弯头=,摩擦系数λ=.试求阀门M之阻力系数ζ为若干大气压力Pa=101KN/m2
如图所示,用离心泵将水从贮水池输送到敞口高位槽中，已知高位槽的水面离贮水池的水面高度保持为10m，输送水量用孔板流量计测得，孔板安装在离高位槽水面0.8m处，孔径为20mm，孔流系数为，管路为Φ57×3.5mm的钢管，直管长度和局部阻力当量长度之和（包括孔板局部阻力及进出口当量长度）为250m，其中贮水池至孔板前测压点A的直管长度和局部阻力当量长度之和为50m。
水的密度为1000Kg/m3，水的粘度为1cP。
摩擦系数近似为λ=，U形管中指示液均为水银，其密度为13600Kg/m3。
当水的流量为6.86m3/h时,试确定:
（1）水通过泵所得到的外加能量为多少
（2）在孔板前测压点A处安装的U形管压力计中指示液读数R1为多少（已知左侧压差计右支管水银面到管路中心距离x=500mm）
（3）孔板流量计的U形管中指示液读数R2为多少
如图示常温水由高位槽以1.5m/s流速流向低位槽,管路中装有孔板流量计和一个截止阀，已知管道为Φ57×3.5mm的钢管，直管与局部阻力的当量长度（不包括截止阀）总和为60m，截止阀在某一开度时的局部阻力系数ζ为。
设系统为稳定湍流,管路摩擦系数λ为。
求:
（1）管路中的质量流量和两槽液面的位差△Z;
（2）阀门前后的压强差和汞柱压差计的读数R2。
若将阀门关小,使流速降为原来的倍,设系统仍为稳定湍流,λ近似不变。
问:
（3）孔板流量计的读数R1变为原来多少倍截止阀的阻力系数ζ变为多少
（4）阀门前的压强Pa如何变化为什么
如图示,水以1m/s的流速稳定流过内径为0.025m,长为2m（AB段）的管,A、B两端接一U形液柱压差计,B端接一压强计,指示液密度均为1590Kg/m3。
已知水的粘度为1cp,管路摩擦系数可以下式计算:
λ=（当×103（1）管路AB段的阻力
（2）压差计读数R1及B点的压强（R2=0.2m）
当A、B两截面的压强均升高到原来的倍时,问:
（3）流量变为多少
（4）R2变为多少
如下图所示的输水系统，用泵将水池中的水输送到敞口高位槽，管道直径均为Φ83×3.5mm，泵进口管的总长为4m（包括管路进口等所有局部阻力当量长度），出口管路上有一个调节阀，出口管路总长为9m（包括管路出口和调节阀之外的所有局部阻力当量长度），调节阀的局部阻力系数为1，泵的进、出管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置距贮水池的水面高度为4.8m,压力表安装位置距贮水池的水面高度为5m。
当输水量为36m3/h时,压力表的读数为cm2,泵的效率为70％。
试求:
（1）两液面的高度差H为多少m
（2）泵所需的实际功率（轴功率）为多少KW
（3）真空表的读数多少Kgf/cm2
已知水的粘度=1cp,水的密度=1000kg/m3；摩擦系数可近似按=+估算。
思考题
填空
（1）.在流体阻力实验中，以水作工质所测得的直管摩擦系数与雷诺数的关系适用于_____流体。
（2）.当流体在管内流动时,如要测取管截面上流体的速度分布,应选用______测量。
（3）.并联管路的特点是:
A）并联各管段压强降;B）主管流量等于并联的各管段;
C）并联各管段中是管子长、直径小的管段通过的流量。
（4）.当Re为已知时,流体在圆管内呈层流时的摩擦系数λ=,在非光滑管内呈湍流时,摩擦系数λ与、有关。
（5）.因次分析法的依据是
（6）.在SI制中压力的因次为;功率的因次为。
（7）.流体流动的直管阻力为hf,当层流流动时,
则a=,b=,c=;
当完全湍流时,
a′=,b′=,c′=。
（8）.减少流体在管路中流动阻力∑hf的措施有:
，，。
（9）.在下图中定性地画出流体流动时,各支管的液面高（忽略阻力损失）:
（10）下图中高位槽液面保持恒定,液体以一定流量流径管路,ab与cd两段长度相等,管径与管壁粗糙度相同,则:
ΔPfab/（ρg）=；（ΔPf为压降）
ΔPfcd/（ρg）=；
hfab=;
hfcd=。
（11）a.稳定流动中,流速只与有关,而不稳定流动中,流速除与有关外,还与有关;
b.流体在管内作层流流动时,速度分布呈,平均流速为管中心最大流速的；
c.流体在直管内层流流动的阻力与管壁粗糙度;
型管压差计用水作指示液,测量气体管道中的压降,
若指示液读数R=20mm,则表示压降为Pa,为使R读数增大,而△P值不变,应更换一种比水的指示液;
e.沿壁面流动的流体中有两个区域,一是，一是。
（12）对如图所示的测压装置,分别写出压差△P=P1-P2的计算式:
a.图ΔP=,b.图△P=,
c.图△P=,d.图△P=。
（13）米糠油在管中作层流流动,d为直径，u为流速，V为体积流量:
（a）d、u不变,管长增加一倍,则摩擦阻力损失;
（b）V、L不变,管径增加一倍,则摩擦阻力损失；
（c）d、L不变,油温升高,粘度为原来的1/2,则摩擦阻力损失。
.选择题
（1）.右图中高位槽液面保持恒定,液体以一定流量流经管路,ab与cd两段长度相等,管径与管壁粗糙度相同,则:
AU形压差计读数（a）.R1>R2;（b）.R1=R2;（c）.R1B.液体通过ab与cd段能量损失
（a）.hfab>hfcd;（b）.hfab=hfcd（c）.hfabC.ab与cd两段压差
（a）.△Pab（pa-pb）>ΔPcd（pc-pd）;
（b）.ΔPab（pa-pb）=ΔPcd（pc-pd）；
（c）.ΔPab（pa-pb）<ΔPcd（pc-pd）;
（d）.不定
D.R1值反映的是：
（a）.ab段的压差值;（b）.ab段位能变化;（c）.ab段流动能量损失;（d）.ab段压差值及流动能量损失
（2）.一敞口容器，底部有一出（进）水管,容器内水面保持恒定,管内水流动的速度头为0.5m水柱（流速u=3.132m/s）.
A.对图
（1）,水由容器流入管内,则2点的表压P2=（）水柱.
（a）.1.5m;（b）.1.0m;（c）.0.75m;（d）.0.5m
B.对图
（2）,水由水管进入容器,则2点的表压P2=（）水柱.
（a）.2.0m;（b）.1.5m;（c）.1.0m;（d）.0.75m
（3）、
A．图示为一异径管段,从A段流向B段,测得U形压差计的读数为R=R1,从B段流向A段测得U形压差计读数为R=R2,若两种情况下的水流量相同,则：
（a）.R1>R2;（b）.R1=R2;
（c）.R1B.图示所表示的R值大小反映：
（a）.两截面间压差值;
（b）.A-B截面间流动降损失;
（c）.两截面间动压头变化;
（d）.突然扩大或突然缩小流动损失.
（4）、A.层流底层越薄，。
（a）近壁面速度梯度越小;（b）流动阻力越小;（c）流动阻力越大;（d）流体湍动程度越小;
B.双液体U形差压计要求指示液的密度差。
（a）大;（b）中等;（c）小;（d）越大越好
（5）、A.在完全湍流（阻力平方区）时,粗糟管的摩擦系数λ数值。
（a）与光滑管一样;（b）只取决于Re;（c）只取决于相对粗糟度;（d）与粗糟度无关
B.如图表明,管中的水处于。
（a）静止状态;（b）向上流动;（c）向下流动;（d）不一定
（6）、有一并联管路,如图所示,两段管路的流量、流速、管径、管长及流动阻力损失分别为V1、u1、d1、l1、hf1、及v2、u2、d2、l2、hf2,已知d1=2d2、L1=2L2，则:
A.hf1/hf2=（）;
（a）2;（b）4;（c）1/2;（d）1/4;（e）1
B.当两段管路流体均作滞流流动时,v1/v2=（）;
（a）2;（b）4;（c）8;（d）1/4;（e）1
C.当两段管路流体均作滞流流动时,u1/u2=（）;
（a）2;（b）4;（c）1/2;（d）1/4;（e）1
D.当两段管路流体均作湍流流动,取λ1=λ2;v1/v2=（）;
（a）2;（b）4;（c）8;（d）1/2;（e）1/4
E.当两段管路流体均作湍流流动,取λ1=λ2;u1/u2=（）;
（a）2;（b）4;（c）1/2;（d）1/4;（e）1
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