化工原理例题与习题(南京工业大学).docx
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1、第一章流体流动【例1-1】已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3,试求含硫酸为60%(质量)的硫酸水溶液的密度为若干。解:根据式1-410.60.41830998=(3.28+4.01)10=7.29 X 10*Pm=1372kg/m3【例1-2】已知干空气的组成为:O221%, Nz78%和Ari%(均为体积%),试求干空气在压力为9.81Xl()4pa及温度为100时的密度。解:首先将摄氏度换算成开尔文100=273+100=373/5:再求干空气的平均摩尔质量M”=32 X 0.21+28 X 0.78+39.9 X 0.01=28.96kg/m3根据式l-3a气体
2、的平均密度为:Pm9.81x10x28,968.314x373= 0.916kg/m3例1-3 附图【例131本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度产0.7m、密变PSOOkg/m3,水层高度/2=0.6m、密度 P2=1000kg/m3,1(1)判断下列两关系是否成立,即 Pa=PaPb=Pb(2)计算水在玻璃管内的高度限解(1)判断题给两关系式是否成立 ppa的关系成立。因A与4两点在静止的连通着的同一流体内,并在同一水平面上。所以截面A-A,称为等压面。产P%的关系不能成立。因8及9两点虽在静止流体的同一水平面上,但不是连通着的同一种流体,即截面不是等压面。(2)计算玻璃管内水的高
3、度h 由上面讨论知, p产p,而p产p*都可以用流体静力学基本方程式计算,即PA=Pa+ P lgh+ P 2gh2PA,=Pa+ P 2gh丁.是Pa+ P 喏储+ P 2gh2=P“+ P 次h简化上式并将已知值代入,得800 X 0.7+1000 X 0.6=1000/?解得/i=1.16m【例14如本题附图所示,在异径水平管段两截面(1-1、2-2)连一倒置U管压差计,压差计读数R=200mm。试求两截面间的压强差。解:因为倒置U管,所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为4与0,根据流体静力学基本原理,截面*优为等压面,则Pa=Pa又由流体静力学基本方程式可得Pa=P PgMP=P
4、2 P8(M-R) PggR 联立上三式,并整理得PP2=( P - P Q gR由于0g。,上式可简化为PP2& PgR所以Pi-p2ssi000 X 9.81 X0.2=1962Pa【例1-5】如本题附图所示,蒸汽锅炉上装置复式U形水银测压计,截面2、4间充满水。已知对某基准面而言各点的标高为Zo=2.1m, Z2=0.9m, z4=2.0m,涿=0.7m, Z7=2.5m。试求锅炉内水面上的蒸汽压强。解:按静力学原理,同一种静止流体的连通器内、同一水平面上的压强相等,故有P1=P2, P3=P4, P5=P6对水平面1-2而言,P2=P1,即P2=Pa+0ig(Z0-Z1)对水平面3-4
5、而言,P3=P4=P2 Pg(Z4-Z2)对水平面5-6有p6=P4+Pig(Z4Z5)锅炉蒸汽压强P=P6- Pg(Z7 Z6)P=P“+ P ig(Z0-Z|)+ Pig(Z4-Z5)- Pg(Z4 Z2)- Pg(Z7-Z6)则蒸汽的表压为p -pa= Pig(Zo-Z1+ Z4-Z5)- Pg(Z4- Z2+Z7-Z6)=13600X9.81 X(2.1-0.9+2.0-0.7)-1000X9.81 X(2.0-0.9+2.5-0.7)=3.05 X 105Pa=305kPa【例1-6】某厂要求安装一根输水量为30m3/h的管路,试选择合适的管径。解:根据式1-20计算管径式中 Vs=
6、30 m3/s3600参考表1-1选取水的流速u=1.8m/sJ 30-d =120_=0.077m =77mm V 0.785x1.8查附录二十二中管子规格,确定选用089X4(外径89mm,壁厚4mm)的管子,其内径为:d=89(4X2)=81mm=O.O81m因此,水在输送管内的实际流速为:3036000.785 x(0.081)2=1.62m/s【例1-71在稳定流动系统中,水连续从粗管流入细管。粗管内径力=10cm,细管内径d2=5cm,当流量为4X10-3m3/s时,求粗管内和细管内水的流速?解:根据式1-20XI。-51mA根据不可压缩流体的连续性方程由此M2=4U|=4X0.5
7、1=2.04m/s例1-8 附图【例1-8将高位槽内料液向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为大气压。要求料液在管内以0.5m/s的速度流动。设料液在管内压头损失为1.2m (不包括出口压头损失),试求高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米?解:取管出口高度的00为基准面,高位槽的液面为1一1截面,因要求计算高位槽的液面比塔入口处高出多少米,所以把11截面选在此就可以直接算出所求的高度x,同时在此液面处的“I及0均为已知值。22截面选在管出口处。在11及22截面间列柏努利方程:gZx+-+-= gZ2+-+ Xh p 2p 2式中0=0(表压)高位槽截面与管截面相差很大,故高位槽截面的流速与管内流速
8、相比,其值很小,即“1-0, Z=x, p2=0(表压),W2=O.5m/s, Z2=0,27?/g=1.2m将上述各项数值代入,则9.81x=(0-5)+1.2X9.812x=1.2m计算结果表明,动能项数值很小,流体位能的降低主要用于克服管路阻力。【例1-9】20的空气在直径为80mm的水平管流过。现于管路中接文丘里管,如本题附图所示。文丘里管的上游接一水银U管压差计,在宜径为20mm的喉颈处接一细管,其下部插入水槽中。空气流过文丘里管的能量损失可忽略不计。当U管压差计读数R=25mm、 AH).5m时,试求此时空气的流量为若干n?/h。当地大气压强为101.33X lOTa。解:文丘里管
9、上游测压口处的压强为p=P 日期=13600 X 9.81X 0.025=3335Pa(表压)喉颈处的压强为02=-1000 X 9.81 X0.5=-4905Pa (表压)空气流经截面1-1与2-2的压强变化为a*=(101330+3335)-(101330-4905)=0()79=t,该混合气体的密度。2 .在大气压为101.33Xl()3pa的地区,某真空蒸储塔塔顶真空表读数为9.84X104pa。若在大气压为8.73X 104Pa的地区使塔内绝对压强维持相同的数值,则真空表读数应为多少?3 .敞口容器底部有一层深0.52m的水,其上部为深3.46m的油。求器底的压强,以Pa 表示。此压
10、强是绝对压强还是表压强?水的密度为lOOOkg/n?,油的密度为916kg/m)4 .为测量腐蚀性液体贮槽内的存液量,采用图1-7所示的装置。控制调节阀使压缩空气缓慢地鼓泡通过观察瓶进入贮槽。今测得U型压差计读数R=130mmHg,通气管距贮槽底部=20cm,贮槽直径为2m,液体密度为980 kg/nA试求贮槽内液体的储存量为多少吨?5 .一敞口贮槽内盛20C的苯,苯的密度为880kg/m3。液面距槽底9m,槽底侧面有一直径为500mm的人孔,其中心距槽底600mm,人孔覆以孔盖,试求:(1)人孔盖共受多少静止力,以N表示;(2)槽底面所受的压强是多少?6 .为了放大所测气体压差的读数,采用如
11、图所示的斜管式压差计,一臂垂直,一臂与水平成20角。若U形管内装密度为804 kg/n?的95%乙醉溶液,求读数R为29mm时的压强差。习S86附图pi 1000kg/m37 .用双液体U型压差计测定两点间空气的压差,测得R=320mm。由于两侧的小室不够大,致使小室内两液面产生4mm的位差。试求实际的压差为多少Pa。若计算时忽略两小室内的液面的位差,会产生多少的误差?两液体密度值见图。8 .为了排除煤气管中的少量积水,用如图所示的水封设备,水由煤气管路上的垂直支管排出,已知煤气压强为lXl()5pa(绝对压强)。问水封管插入液面下的深度人应为若干?当地大气压强p=9.8X 104Pa,水的密
12、度。TOOOkg/m)习题8附图习题9附图】一精慵塔;2一冷凝器9 .如图示某精微塔的回流装置中,由塔顶蒸出的蒸气经冷凝器冷凝,部分冷凝液将流回塔内。已知冷凝器内压强0=1.04X10sPa (绝压),塔顶蒸气压强p2=LO8Xl()5pa (绝压),为使冷凝器中液体能顺利地流回塔内,问冷凝器液面至少要比回流液入塔处高出多少?冷凝液密度为810kg/m习题10附图习题11附图1壳体;2一顶餐;3一管束;4花板;5-空气进出口。10 .为测量气罐中的压强PB,采用如图所示的双液杯式微差压计。两杯中放有密度为 n的液体,u形管下部指示液密度为02。管与杯的直径之比d/D。试证:Pb= P- hs(
13、p2-8)-励*11 .列管换热器的管束由121根025X2.5mm的钢管组成,空气以9m/s的速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50,压强为196Xl()3pa (表压),当地大气压为98.7 Xl()3pa。试求:(1)空气的质量流量;(2)操作条件下空气的体积流量;(3)将(2)的计算结果换算为标准状态下空气的体积流量。注:025X2.5mm钢管外径为25mm,壁厚为2.5mm,内径为20mm。12 .高位槽内的水面高于地面8m,水从01O8X4mm的管路中流出,管路出口高于地面2m。在本题中,水流经系统的能量损失可按%=6.5u2计算,其中“为水在管内的流速,试计算:(1)A A
14、截面处水的流速:(2)出口水的流量,以n?/h计。习题12附图13 .在图示装置中,水管直径为057X3.5mm。当阀门全闭时,压力表读数为3.04X 104Pao当阀门开启后,压力表读数降至2.03X 104Pa,设总压头损失为0.5m。求水的流量为若干 m/h?水密度0= lOOOkg/m)14 .某鼓风机吸入管直径为200mm,在喇叭形进口处测得U型压差计读数R=25mm,指示液为水。若不计阻力损失,空气的密度为1.2kg/m3,试求管路内空气的流量。习题14附图习题15附图15 .用离心泵把20的水从贮槽送至水洗塔顶部,槽内水位维持恒定。各部分相对位置如图所示。管路的直径均为076X2
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