化工流体流动自测计算题答案剖析.doc

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二.计算题1.内截面为1000mm×1200mm的矩形烟囱的高度为30m。平均摩尔质量为30kg/kmol、平均温度为400℃的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持49Pa的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值,大气温度为20℃,地面处的大气压强为101.33×103Pa。流体流经烟囱时的摩擦系数可取为0.05,试求烟道气的流量为若干kg/h?解:这是B.E对压缩流体的应用 (20空气) 可400时,密度 在烟囱的进出口之间列柏努利方程,以烟囱底端为上游截面,以烟囱顶端为下游截面,作位能基准面,有 (表压),(表压),,,, 代入上式 2.如本题附图所示,贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100mm的钢质放水管相连,管路上装有一个闸阀,距管口入口端15m处安有以水银为指示液的U形管压差计,其一臂与管路相连,另一臂通大气。压差计连接管内充满了水,测压点与管路出口端之间的直管长度为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。摩擦系数可取0.025,管路入口处局部阻力系数为0.5。问每小时从管中流出水多少立方米?(2)当闸阀全开时,U管压差计的静压强为若干(Pa,表压)?闸阀全开时,le/d=15,摩擦系数仍可取0.025。 解:在该题所示的附图内,标出几个需列方程的平面。为贮水槽所在的平面,和为U管压计和管路的,并取水平管中心线所在的水平面为基准面 (1) 闸阀关闭时 (H为贮槽水面的高度) 当阀门开启之后 (表压) 在贮槽液面与间列 (1) 其中(表压) (表压) (2) 将(2)代入式,整理可得到: 解得 流量 在(1)中由于贮槽中水位不变,故水平管中水的流速不变,只需求。为此但在哪两个面之间?没有相关量且阀门开度不知道,阻力系数难以计算。在(2)中:欲求,仍应使用,此时闸阀全开,对水平管,故.可求出,然后代入到的式中可知,为求应在与间列当闸阀全开时,在与间列 (3) 其中(表压) (4) 把()代入(),整理得,解得 再在和间列 其中, ,(表压),于是 (表压) 3.某油品的密度为800kg/m3,粘度为41cP,由附图中所示的A槽送至B槽,A槽比B槽的液面高1.5m。输送管径为φ89×3.5mm、长50m(包括阀门的当量长度),进、出口损失可忽略。试求:(1)油的流量,m3/h;(2)若调节阀门的开度,使油的流量减少20%,此时阀门的当量长度为若干,m? 解:,黏度 (1) 在AB两槽间列并以B槽为基准面 其中,(表压),, 将以上数据代入 即 应假设,求出之后,计算,由于并未给出粗糙度的值,且流体很大,可先验层流关系式 解得 假设合理 (2) 流量减少之后 此时 阀门开度减小流速下降,直管阻力损失减小,但由于阀门关小之后,局部阻力损失过大。所以总阻力损失没变。 4.本题附图所示为一输水系统,高位槽的水面维持恒定,水分别从BC与BD两支管排出,高位槽液面与两支管出口间的距离为11m。AB管段内径为38mm、长为58m;BC支管的内径为32mm、长为12.5m;BD支管的内径为26mm、长为14m,各段长均包括管件及阀门全开时的当量长度。AB与BC管段的摩擦系数均可取为0.03。试计算:(1)当BD支管的阀门关闭时,BC支管的最大排水量为若干,m3/h?(2)当所有的阀门全开时,两支管的排水量各为若干,m3/h?BD支管的管壁粗糙度可取为0.15mm,水的密度为1000kg/m3,粘度为0.001Pa·s。 解:(1) 在面和间列为位能基准面,得 (1) 其中(表压) (2) 根据连续性方程 代入式得 (2) 根据分支管路的流动规律,有 (3) 由于出口管BC、BD在同一水平面上,取两支管出口外侧为下游截面,则两截面上和均相等,记为方程(4)。 但由于BC和BD是不连续的,和的关系也不能确定,需要试差计算。由于为已知,应假设,这样可确定和的比例。,查摩擦系数图,得,将和 (5) 在和截面间列作位能基准面,得

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