《化工原理I》计算题

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1、1.（20分）如图所示，油在光滑管中以u=2m/s的速度流动，油的密度ρ=920kg/m3，管长L=3m，直径d=50mm，水银压差计测得R=15.0mm。试求：（1）油在管中的流动形态；（2）油的粘度；（3）若保持相同的平均流速反向流动，压差计读数有何变化？层流：λ=64/Re；湍流：λ=0.3164/Re0.25。解：12ABRCD（1）列1截面和2截面间柏努利方程，取2截面为基准面pD=pDpC=p2+（Z2–ZA）ρg+Rρ0gpD=p1+（Z1–Z2）ρg+（Z2–ZB）ρg+Rρgp1–p2=R（ρ0-ρ）g-（Z1–Z2）ρgR（ρ0-ρ）g=p1–p2+（Z1

2、–Z2）ρg（J/kg）设管中为湍流：Re=1.224×105>2000（湍流）∴油在管中为湍流流动（8分）（2）53（cP）（4分）（3）列1截面和2截面间柏努利方程，取2截面为基准面∴∑hf′=∑hf∵

3、Z2–Z1

4、=

5、Z1–Z2

6、∴

7、p2–p1

8、=

9、p1–p2

10、即压差计读数R不变，但左边低右边高。（8分）2.（20分）如图所示，已知：D=100mm，d=50mm，H=150mm，ρ气=1.2kg/m3。当U形管读数R=25mm时，将水从水池中吸入水平管中，问此时气体流量V为多少m3/s（阻力可忽略）。PaR1Hgd气体20DPa2′H1′水解：以0截面为基准，列截面1和

11、截面2之间的柏努利方程p1=ρHgRg=13600×0.025×9.81=3335(Pa)p2=-Hρ水g=-0.15×1000×9.81=-1472(Pa)53(m/s)3.（16分）如图示循环管路，离心泵的安装高度Hg=3m，泵特性曲线可近似表示为：H=23-1.43×105Q2，式中Q以m3/s表示。吸入管长（包括全部局部阻力的当量长度）为10m，排出管长（包括全部局部阻力的当量长度）为120m，管内径均为50mm，假设摩擦系数λ=0.02，水温20℃。试求：（1）管路内的循环水量为多少？（2）泵进、出口压强各为多少？Hg（1）列管路进出口间柏努利方程∵z1=z2u1=

12、u2p1=p2∴He=6.88×105V2∵H=23–1.43×105Q2H=HeV=Q∴23–1.43×105V2=6.88×105V2V=5.26×10-3m3/s=18.9m3/h（8分）（2）列进水液面与泵入口处之间柏努利方程（m/s）53（Pa）（真空度）列进水液面与泵出口处之间柏努利方程u2=u1=2.68m/sHe=6.88×105V2=6.88×105×(5.26×10-3)2=19（m）（Pa）（表压）（4分）4.（40分）如图所示，用清水泵将池A中水打到高位槽B中，泵的特性曲线可用H=25－0.004Q2表达，式中Q的单位为m3/h，吸入管路的阻力损失为4

13、m水柱，泵出口处装有压力表，泵的阻力损失可忽略。管路为Ф57×3.5mm钢管。管路C处装有一个调节阀，调节阀在某一开度时的阻力系数ζ=6.0，两U形管压差计读数R1=800mm，R2=700mm，指示液为CCl4（密度ρ0=1600kg/m3），连通管指示液面上充满水，水的密度ρ=1000kg/m3，求：（1）管路中水的流量为多少？（单台泵）（2）泵出口处压力表读数为多少？（单台泵）（3）并联一台相同型号离心泵，写出并联后泵的特性曲线方程；（4）若并联后管路特性曲线方程L=13.5＋0.006Q2，求并联后输水量为多少m3/hBChP2mR1R2ARCCl4解：（1）53由静

14、力学基本方程：pa=pbpc=pdpe=pfpa=pb=p1+ρ（h+R1）gpc=pd=pb–ρ0R1g=p1+ρ（h+R1）g-ρ0R1gpe=pf=pd+ρ（R1+R）g=p1+ρ（h+R1）g-ρ0R1g+ρ（R1+R）gpf=p2+ρ（h+R1+R–R2）g+ρ0R2g∴p1+ρ（h+R1）g-ρ0R1g+ρ（R1+R）g=p2+ρ（h+R1+R–R2）g+ρ0R2gΔp=p1–p2=R2ρ0g-R2ρg+R1ρ0g–R1ρg=（R1+R2）（ρ0-ρ）g=（0.8+0.7）×（1600-1000）×9.807=8.82×103（Pa）u=1.71（m/s）（m3/

15、h）（2）列池面与泵出口压力表截面的柏努利方程p1=0（表）u1≈0He=H=25–0.004Q2=25–0.004×12.112=24.4（m）（m）p2=18.25ρg=18.25×1000×9.81=178.9×103（Pa）（表）（3）∵H并=HQ并=2Q∴代入H=25–0.004Q2（4）L=13.5+0.006Q253并联后泵的工作点：L=H并Q=Q并∴Q并=40.5（m3/h）5．（15分）某液体由一敞口贮槽经泵送至精馏塔，管道入塔处与贮槽液面间的垂直距离为12m，流体经换热器的压力损失为