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化学工程习题答案

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第二章流体流动与输送

1,2、(略)

3、在附图所示的气柜内盛有密度为0.80kg·m-3的气体，气柜与开口U形管压差计相连，指示液水银面的读数R为0.4m，开口支管水银面上灌有一段高度R’为0.01m清水。左侧水银面与测压口中心线垂直距离h=0.76m试求测压口中心截面处的绝对压强。（当地大气压强为1.0133×105Pa）

解：设大气压强为pa，测压口中心截面上绝对压强为pA，取水的密度ρH2O=1000kg·m-3，水银密度ρHg=13600kg·m-3，以图中的m及n面为参考面计算：

pm=pA+h·ρ气·g （1）

pn=pa+R’·ρH2O·g+R·ρHg·g （2）

因pm=pn联立（1）、（2）式并整理得：

pA=pa+R’·ρH2O·g+R·ρHg·g－h·ρ气·g （3）

=1.0133×105+0.01×1000×9.81+0.4×13600×9.81－0.76×0.8×9.81

=154788.5Pa≈1.55×105Pa

由于ρ气ρHg及ρ气ρH2O，且R’值很小，故在工程计算中往往略去式（3）中R’ρH2Og及hρ气g两项，即将式（3）简化为：

pA=pa+RρHgg=1.0133×105Pa+0.4×13600×9.81Pa

=154788.5Pa≈1.55×105Pa

4、用U形管压力计测容器内的压力（如附图）。在图（1）的情况下，器内的绝压、表压各是多少毫米汞柱？图（2）的情况下，器内的绝压和真空度各是多少毫米汞柱？

（1大气压=760毫米汞柱）

解：（1）p表压=200mmHg

p绝压=760mmHg+200mmHg=960mmHg

（2）p真空度=200mmHg

p绝压=760mmHg－200mmHg=560mmHg

5、用高位槽向反应器加料，料液密度为900kg·m-3，加料管尺寸为φ108mm×4mm，高位槽液面恒定，反应器内压强为4×104Pa（表压）。要求加料量为40m3·h-1，若料液在管内流动的能量损失为20.0J·kg-1

解：取高位槽液面为1-1’截面，加料管出口为2-2截面，并以2-2

由题意：z1=h,z2=0

加料管内径：d=0.108m－2×0.004m=0.1m

高位槽液面恒定，故u1=0

压强统一用表压计算，p1=0，p2=4.0×104Pa

ρ=900kg·m-3，He=0，Σhf=20.0J·kg-1

将各项数值代入柏努利方程中

解得：h=6.67m

即：高位槽液面应比加料管出口高6.67m

6、水平通风管道某处的直径自0.50m渐缩至0.25m，为了粗略估计管道内空气的流量，在锥形管两端各引出一个测压口与U形管压左计相连，用水作指示液测得读数R为0.05m，若空气流过锥形管的阻力可忽略不计，求空气的体积流量。（空气的平均密度为1.21kg·m-3

解：通风管内空气温度不变，压强变化很小，只有0.05米水柱，可按不可压缩流体处理。

以管道中心线作基准水平面，在截面1-1’与2-2’之间列柏努利方程，此时z1=z2，因两截面间无外功加入，故He=0，能量损失忽略不计，则Σhf=0。

所以方程简化为：

p1－p2可由U形管压差计读数求取：

p1－p2=ρ0gR=1000×9.81×0.05Pa=490.5Pa

所以： （1）

（2）

将式（2）代入式（1）得：

u1=7.35m·s-1

空气的体积流量为：

7、水喷射泵的进水管内径为20mm，水的流量为0.6m3·h-1，进水压强为0.3Mpa（绝对压强），喷嘴的内径d2为3mm，当时大气压为1.013×105Pa

说明：入水口和喷嘴间的位差及水流经喷嘴的阻力损失可以忽略不计。

解：取喷射泵进水口为1-1’截面，喷嘴处为2-2’截面，因位差忽略，z1=z2，又Σh

则柏努利方程为：

p1=3×105Pa

因水的密度ρ=1000kg·m-3

喷嘴处真空度为：p真空度=101300Pa－21896.4Pa=7.9×104Pa

这是理论上的计算值，实际真空度比理论值低，因为有流体阻力存在。

8、某流体在内径为0.05m的管内流动，流速为0.4m·s-1，已知流体的密度为1800kg·m-3，粘度为2.54×10-2Pa·s，试计算流体流过200米长直管的能量损失hf及压强降Δp。

解：

因Re2×103，故为滞流

所以：

其压强降为：Δp1=ρhf=1800×14.4Pa=25920Pa

9、判断流速为1.00m·s-1的水在内径为2英寸管（0.05m）中的流动形态。已知：ρ=1000kg·m-3，μ=1.00×10-3

解：

因Re4000，所以为稳定湍