中山大学化工原理课件 第1章和第2章习题课.ppt

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1、习题课之一习题课之一丁楠【例题例题1 1】附图所示为汽液直接接触混合式冷凝器，蒸汽被水冷凝附图所示为汽液直接接触混合式冷凝器，蒸汽被水冷凝后，冷凝液和水一道沿管流至水池，现已知冷凝器内真空度为后，冷凝液和水一道沿管流至水池，现已知冷凝器内真空度为0.83kPa0.83kPa，管内水温，管内水温40 40，试估计管内的水柱高度，试估计管内的水柱高度H H。取水池液面取水池液面a-aa-a为基准面，则为基准面，则a-aa-a处处表压表压，由静力学方程知，由静力学方程知 查附录查附录3 3，知水在，知水在4040时的密度为时的密度为992.2kg/m992.2kg/m3 3，则有则有解：解：冷凝器内

2、表压冷凝器内表压【例题例题例题例题2 2 2 2】用一复式用一复式用一复式用一复式U U U U管压差计测定水流管道管压差计测定水流管道管压差计测定水流管道管压差计测定水流管道A A A A、B B B B两点压差，压差两点压差，压差两点压差，压差两点压差，压差计指示液为汞，两段汞柱之间放的是水，今若测得计指示液为汞，两段汞柱之间放的是水，今若测得计指示液为汞，两段汞柱之间放的是水，今若测得计指示液为汞，两段汞柱之间放的是水，今若测得h h h h1 1 1 1=1.2m=1.2m=1.2m=1.2m，h h h h2 2 2 2=1.3m=1.3m=1.3m=1.3m，R R R R1 1

3、1 1=0.9m=0.9m=0.9m=0.9m，R R R R2 2 2 2=0.95m=0.95m=0.95m=0.95m。问管道中。问管道中。问管道中。问管道中A A A A、B B B B两点间的压差两点间的压差两点间的压差两点间的压差p p p pABABABAB为多少？（先推导关系式，再进行数值运算）为多少？（先推导关系式，再进行数值运算）为多少？（先推导关系式，再进行数值运算）为多少？（先推导关系式，再进行数值运算）解：解：因压差计内充填的为非连续性均质因压差计内充填的为非连续性均质液体，则需寻找等压面分段计算液体，则需寻找等压面分段计算（1 1）首先推导关系式）首先推导关系式（2

4、 2）根据上述关系式计算）根据上述关系式计算p的值的值讨论讨论若采用简单的若采用简单的U U管水银压差计，不难算出管水银压差计，不难算出既不便于观察，也不便于操作和维护。既不便于观察，也不便于操作和维护。1.1.本题压降只与汞柱高度本题压降只与汞柱高度R R有有关，而与水柱高度关，而与水柱高度h h无关。无关。2.2.采用复式压差计可大大降采用复式压差计可大大降低可观察液面的高度。低可观察液面的高度。【例例3 3】一水平管由内径分别为一水平管由内径分别为3333及及4747毫米的两段直管接成，毫米的两段直管接成，水在小管内以水在小管内以 2.5 2.5 m/sm/s的速度流向大管，在接头两侧相

5、距的速度流向大管，在接头两侧相距1m1m的的A A、B B两截面处各接一测压管，已知两截面处各接一测压管，已知A-BA-B两截面间的压头损失两截面间的压头损失为为70mmH70mmH2 2OO，问两测压管中的水位那个高，相差多少？并作，问两测压管中的水位那个高，相差多少？并作分析。分析。【解解】以管中心线为基准水平面，在以管中心线为基准水平面，在A A、B B两两点所处的截面之间列机械能衡算式点所处的截面之间列机械能衡算式 注意到注意到应注意式中的应注意式中的 ，故，故B B点所在的测压管点所在的测压管高出高出A A点点171mmH171mmH2 2OO。再由连续性方程再由连续性方程 得：得：

6、解：解：(1)1,2,3(1)1,2,3三点所在截面的流速三点所在截面的流速。依题意，阻力损失被忽略，现考察依题意，阻力损失被忽略，现考察1,2,31,2,3三点所在截面，有下列方程：三点所在截面，有下列方程：【例例4 4】如图所示如图所示:水由高位水箱经水由高位水箱经管道从喷嘴流出管道从喷嘴流出 ,已知已知d d1 1=125mm=125mmd d2 2=100 mm=100 mm，喷嘴，喷嘴d d3 3=75mm=75mm，压，压差计读数差计读数R=80mmHgR=80mmHg，若阻力损，若阻力损失可忽略，求失可忽略，求H H和和p pA A。静力学方程静力学方程动力学方程动力学方程连续性

7、方程连续性方程联立上述三式求解得联立上述三式求解得(2)(2)在在0-00-0和和3-33-3截面间列柏努力方程有截面间列柏努力方程有：(3)(3)在压力表接口在压力表接口A-AA-A和和3-33-3截面间列柏努力方程：截面间列柏努力方程：若在若在若在若在0-00-00-00-0至至至至A-AA-AA-AA-A两截面间列机械能衡算式，则有两截面间列机械能衡算式，则有两截面间列机械能衡算式，则有两截面间列机械能衡算式，则有(表压)【例例5】精馏塔精馏塔C,C,塔顶列管式冷凝器塔顶列管式冷凝器D D壳方的冷凝液体经壳方的冷凝液体经ABAB管线流至塔顶管线流至塔顶,管路系统的部分参数如附图所示管路系

8、统的部分参数如附图所示.已知管径为已知管径为22222mm,AB2mm,AB管路总长与所有局部阻力管路总长与所有局部阻力 (包括进、出口包括进、出口)的的当量长度之和为当量长度之和为25m25m。操作条件下液体的密度为。操作条件下液体的密度为10001000粘度为粘度为25cp25cp。冷凝器壳方各处压强近似相等。求液体每小。冷凝器壳方各处压强近似相等。求液体每小时的体积流量。摩擦系数可按下式计算时的体积流量。摩擦系数可按下式计算:层流时层流时,湍流时湍流时,。在A、B两截面间列柏方程(以通过B的水平面为基准面)：设流动为层流，则将有关数代入柏方程求解：将有关数代入柏方程求解：(层流）验算：验

9、算：如下图所示的输水系统,用泵将水池中的水输送到敞口高位槽,管道直径均为 833.5mm,泵的进、出管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮水池的水面高度为 4.8m,压力表安装位置离贮水池的水面高度为5m。当输水量为 36m3 3.h-1-1时，进水管道的全部阻力损失为 1.96J.kg-1-1，出水管道的全部阻力损失为 4.9J.kg-1-1,压力表的读数为 2.5kgf.cm-2-2,泵的效率为70%，试求：两液面的高度差H为多少m?泵所需的实际功率为多少kw?真空表的读数多少 kgf.cm-2-2?习题1解：（1）取贮水池液面为截面0-0,真空表处为截面1-1,压力表处为截面

10、2-2,高位槽液面为截面3-3。在截面2-2和3-3间列柏努利方程，以2-2为基准面(目的求H3 3H H)30011223（2）在0-0和3-3间列柏努利方程以0-0为基准面(求WeN)（3）在0-0和1-1间列柏氏方程，以0-0为基准面(求真空度）粘度为粘度为 30cp,30cp,密度为密度为 900kg.m900kg.m-3-3的液体，自的液体，自A A经内径为经内径为40mm40mm的管路进入的管路进入B B，两容器均为敞口，液面视为不变。管路中，两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门。当阀全关时，阀前后压力表读数分别为有一阀门。当阀全关时，阀前后压力表读数分别为0.9at0.9

11、at和和0.45at0.45at。现将阀门打至。现将阀门打至1/41/4开度，阀门阻力的当量长度为开度，阀门阻力的当量长度为30m30m，阀前管长，阀前管长50m50m，阀后管长，阀后管长20m20m（均包括局部阻力的当（均包括局部阻力的当量长度量长度)。试求试求:(1:(1）管路的流量）管路的流量 m m3 3.h.h-1-1？(2(2）阀前后压力）阀前后压力表读数有何变化？表读数有何变化？习题 2（1）阀关时 解：阀开时，两槽面间列柏式(1)代入（1）：(2)设则 分析：分析：，仍为层流仍为层流（2 2）阀开后，）阀开后，如图示循环管路，离心泵的安装高度如图示循环管路，离心泵的安装高度Hg

12、Hg3m3m，泵特性曲线可，泵特性曲线可近似表示为近似表示为HeHe23231.431.4310105 5 V V2 2，式中，式中V V以以 m m3 3.s.s-1-1表示。吸表示。吸入管长入管长 （包括全部局部阻力的当量长度）为（包括全部局部阻力的当量长度）为10m10m，排出管长，排出管长（包括全部局部阻力的当量长度）为（包括全部局部阻力的当量长度）为120m120m，管径均为，管径均为50mm50mm，假设摩擦系数假设摩擦系数 0.020.02，水温，水温2020。试求：试求：（1 1）管路内的循环水量为多少？）管路内的循环水量为多少？（2 2）泵进、出口压强各为多少）泵进、出口压强

13、各为多少？习题习题 3 3解：（1）管路特性曲线 与泵特性曲线联解（求工作点的流量）（2）在进水液面与泵入口处列柏氏方程（求真空度）在泵入口处和泵出口处列柏氏方程（求压力表读数）因为，所以，当当2020的甘油的甘油 (=1261kg.m(=1261kg.m-3-3,=1499,=1499厘泊厘泊)在在内径为内径为100mm100mm的管内流动时的管内流动时,若流速为若流速为1.5m.s1.5m.s-1-1时时,其雷诺准数其雷诺准数ReRe为为_126.2126.2_,_,其摩擦阻力系数其摩擦阻力系数为为_0.5070.507_。填空题填空题当当2020的甘油的甘油 (=1261kg.m(=12

14、61kg.m-3-3,=1499,=1499厘泊厘泊)在在内径为内径为100mm100mm的管内流动时的管内流动时,若流速为若流速为1.5m.s1.5m.s-1-1时时,其雷诺准数其雷诺准数ReRe为为 ，其摩擦阻力系数，其摩擦阻力系数为为 。选择题选择题 双液体双液体U U形差压计要求指示液的密度差形差压计要求指示液的密度差()()。A.A.大大 B.B.中等中等 C.C.小小 D.D.越大越好越大越好双液体双液体U U形差压计要求指示液的密度差形差压计要求指示液的密度差(C C )。A.A.大大 B.B.中等中等 C.C.小小 D.D.越大越好越大越好问答题：问答题：什么是稳定流动和不稳定流动？什么是稳定流动和不稳定流动？答：流体在管道中流动时，任意截面处的流体流速、压强、答：流体在管道中流动时，任意截面处的流体流速、压强、密密度等物理量均不随时间而变化，称为稳定流动。反之，度等物理量均不随时间而变化，称为稳定流动。反之，上述物理量随时间而变化，则称为不稳定流动。上述物理量随时间而变化，则称为不稳定流动。判断题判断题 在稳定流动过程中，流体流经各截面处的体积流量相等。在稳定流动过程中，流体流经各截面处的体积流量相等。（）在稳定流动过程中，流体流经各截面处的体积流量相等。在稳定流动过程中，流体流经各截面处的体积流量相等。（）