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课后解析
化
工
原
理
学院:环境与化学工程学院
班级:化学工程与工艺1201班
学号:
姓名:
日期: 2014年6月20日
流体流动
2.在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/? 的油品,油面高于罐底 6.9 m,油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔,其中心距罐底 800 mm,孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ,
问至少需要几个螺钉?
分析:罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力 即
P油 ≤ σ螺
解:P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762
150.307×103 N
σ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×n
P油 ≤ σ螺 得 n ≥ 6.23
取 n min= 7
至少需要7个螺钉
3.某流化床反应器上装有两个U 型管压差计,如本题附图所示。测得R1 = 400 mm , R2 = 50 mm,指示液为水银。为防止水银蒸汽向空气中扩散,于右侧的U 型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水,其高度R3 = 50 mm。试求A﹑B两处的表压强。
分析:根据静力学基本原则,对于右边的U管压差计,a–a′为等压面,对于左边的压差计,b–b′为另一等压面,分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。
解:设空气的密度为ρg,其他数据如图所示
a–a′处 PA + ρggh1 = ρ水gR3 + ρ水银ɡR2
由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记
即:PA = 1.0 ×103×9.81×0.05 + 13.6×103×9.81×0.05
= 7.16×103 Pa
b-b′处 PB + ρggh3 = PA + ρggh2 + ρ水银gR1
PB = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103
=6.05×103Pa
4. 本题附图为远距离测量控制装置,用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H = 1m,U管压差计的指示液为水银,煤油的密度为820Kg/?。试求当压差计读数R=68mm时,相界面与油层的吹气管出口距离h。
分析:解此题应选取的合适的截面如图所示:忽略空气产生的压强,本题中1-1′和4-4′为等压面,2-2′和3-3′为等压面,且1-1′和2-2′的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解
解:设插入油层气管的管口距油面高Δh
在1-1′与2-2′截面之间
P1 = P2 + ρ水银gR
∵P1 = P4 ,P2 = P3
且P3 = ρ煤油gΔh , P4 = ρ水g(H-h)+ ρ煤油g(Δh + h)
联立这几个方程得到
ρ水银gR = ρ水g(H-h)+ ρ煤油g(Δh + h)-ρ煤油gΔh 即
ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据
1.03×103×1 - 13.6×103×0.068 = h(1.0×103-0.82×103)
h= 0.418m
7.列管换热气 的管束由121根φ×2.5mm的钢管组成。空气以9m/s速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50℃﹑压强为196×103Pa(表压),当地大气压为98.7×103Pa
试求:⑴ 空气的质量流量;⑵ 操作条件下,空气的体积流量;⑶ 将⑵的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量。
解:空气的体积流量 VS = uA = 9×π/4 ×0.02 2 ×121 = 0.342 m3/s
质量流量 ws =VSρ=VS ×(MP)/(RT)
= 0.342×[29×(98.7+196)]/[8.315×323]=1.09㎏/s
换算成标准状况 V1P1/V2P2 =T1/T2
VS2 = P1T2/P2T1 ×VS1 = (294.7×273)/(101×323
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