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《化工原理I》计算试题_答案
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:
1
2
A B
R
C D
(1)列1截面和2截面间柏努利方程,取2截面为基准面
pD = pD
pC = p2 +(Z2 – ZA)ρg + Rρ0g
pD = p1 + (Z1 – Z2)ρg +(Z2 – ZB)ρg + Rρg
p1 – p2 = R(ρ0 -ρ)g -(Z1 – Z2)ρg
R(ρ0 -ρ)g = p1 – p2 +(Z1 – 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)
(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
∵ |Z2 – Z1| = |Z1 – Z2| ∴ |p2 – p1| = |p1 – p2|
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)。
Pa
R
1 Hg d
气体 2
0 D
Pa 2′ H
1′
水
解:以0截面为基准,列截面1和截面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)
(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?
(1)列管路进出口间柏努利方程
∵ z1 = z2 u1 = u2 p1 = p2
∴
He = 6.88×105 V2
∵ H = 23 – 1.43×105 Q2 H = He V = Q
∴ 23 – 1.43×105 V2 = 6.88×105 V2 V = 5.26×10-3 m3/s = 18.9 m3/h (8分)
(2)列进水液面与泵入口处之间柏努利方程
(m/s)
(Pa)(真空度)
列进水液面与泵出口处之间柏努利方程
u2 = u1 = 2.68 m/s
He = 6.88×105 V2 = 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m
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