化工基础题目答案

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1、一1.（12分）水塔供水系统，管路总长Lm(包括局部阻力在内当量长度),1-1'到2-2'的高度H(m),规定供水量Vm3/h。当忽略管出口局部阻力损失时，试导出管道最小直径dmin的计算式。若L=150m，H=10m,V=10m3/h,λ=0.023，求dmin***答案***在1-1′与2-2′间列柏努利方程，以通过水平管的中心线为水平基准面gZA+uA2/2+pA/ρ=gZB+uB2/2+pB/ρ+∑Wf(Z1-Z2)+(p1-p2)/ρg=Wf=λ(L/d)u22/2g；由(p1-p2)=0(Z1-Z2)=H∴

2、H=λ(L/d)u22/2g而u2=Vh/[3600(πd2/4)]代入上式H=λ(8VhL/3600πgd2)=>d2=λ(8LVh/3600πgH)∴d=[λ(8LVh/3600πgH)]0.5代入数据：d=[0.023×(8×150×10/3600×π×9.81×10)]=0.0466m=46.6mm2.（12分）某厂如图所示的输液系统将某种料液由敞口高位槽A输送至一敞口搅拌反应槽B中,输液管为φ38×2.5mm的铜管,已知料液在管中的流速为um/s,系统的ΣWf=20.6u2/2[J/kg],因扩大生产，须再建一

3、套同样的系统,所用输液管直径不变，而要求的输液量须增加30%,问新系统所设的高位槽的液面需要比原系统增高多少?***答案***低液面2-2为基准，在1-1与2-2间列柏努力方程：gZA+uA2/2+pA/ρ=gZB+uB2/2+pB/ρ+∑Wf∵u1≈0≈u2;p1=p2于是gZ1=gZ2+ΣWfg(Z1-Z2)=ΣWf=20.6u2/2u=[2g(Z1-Z2)/20.6]0.5=(2×9.81×6/20.6)0.5=2.39m/sZ1′=Z2+20.6u′2/2g=5+20.6(1.3×2.39)2/(2×9.81

4、)=15.14m增高为：Z1′-Z1=15.14-11=4.14m3.（15分）如图所示的管路系统中，有一直径为φ38×2.5mm、长为30m的水平直管段AB,并装有孔径为16.4mm的标准孔板流量计来测量流量,流量系数Co=0.63。流体流经孔板永久压强降为3.5×104N/m2，AB段的摩擦系数可取为0.024。试计算:⑴液体流经AB管段的压强差；⑵若泵的轴功率为500W，效率为60%，则AB管段所消耗的功率为泵的有效功率的百分率。***答案***⑴在A-B之间列柏方程(管中心线为基准面)：gZA+uA2/2+pA/

5、ρ=gZB+uB2/2+pB/ρ+∑WfpA-p2=ρ∑Wf=ρλLu2/2d+△p孔u0=C0[2gR(ρ2-ρ)/ρ]=0.63[2×9.81×0.6(13600-867)/867]=8.284m/su=(16.4/33)2×8.284=2.046m/s∴pA-pB=0.024×(30/0.033)×(2.0462/2)×867+3.5×104=74590N/m2⑵Ne=We.Ws=(74590/867)[(π/4)d2uρ]=86(0.785×0.0332×2.046×867)=130w有效功率百分数=13

6、0/(500×0.6)×100%=43.3%4.（18分）如本题附图所示，槽内水位维持不变。槽底部与内径为100mm钢管相连，管路上装有一个闸阀，阀前离管路入口端15m处安有一个指示液为汞的U管压差计，测压点与管路出口端之间距离为20m。1．当闸阀关闭时测得R＝600mm，h＝1500mm；当闸阀部分开启时，测得R＝400mm，h＝1400mm，管路摩擦系数取0.02，入口处局部阻力系数取0.5，问每小时从管中流出水量为多少m3。2．当阀全开时（取闸阀全开le/d＝15，λ＝0.018），测压点B处的静压强为若干N/m2

7、（表压）。***答案***（1）当闸阀全关时，根据静力学关系：（Z＋h）ρｇ＝R.ρ汞ｇ得水槽液位高度：Z＝Rρ汞/ρ－h=0.6×13.6-1.5=6.66m列A－A与B－B截面柏努利方程式：PB/ρｇ＝（Rρ汞－hρ）/ρ=(0.4×13600-1.4×1000)/1000=4.04mZ－PB/ρｇ＝ｕ2/2ｇ＋（λ（ｌ/d）＋ζ）ｕ2/2ｇ＝（1＋λ（ｌ/d）＋ζ）ｕ2/2ｇ6.66－4.04＝（1＋0.02×15/0.1＋0.5）ｕ2/2ｇ＝4.5ｕ2/2ｇ∴u＝（2.62×2×9.81/4.5）0.5＝3.

8、38m/sV＝0.785×0.12×3.38×3600＝95.5m3/h（2）当闸阀全开时，列A－A与C－C截面柏努利方程：Z＝ｕ’2/2ｇ＋∑hf’＝（1＋λ（l＋le）/d＋ζ）ｕ’2/2ｇ6.66＝(1+0.018(35/0.1+15)+0.5)ｕ’2/2ｇ;解得u’＝4.02m/s,由A－A与B－B截面间