西安石油大学：《化工原理》课程教学资源_各章参考作业

22鼓风机将车间空气抽入截面为200mm×300mm、长155m的风道内(粗糙度 =0.lmm),然后排至大气中,体积流量为0.5m/s。大气压力为750mmHg,温度为15℃。 求鼓风机的功率,设其效率为0.6 解:非圆截面通道,计算阻力损失应取其当量直径 l=0.5/0.2×0.3)=8.33m/S 空气p=pM(R7)=750×1013×29/(8 又查得15℃空气粘度=1.79×103Pas Re=dhyp=0.24×8.3×1.21/(1.79×105)=135000 e/de=0.1/240=0.00042 由Re、edl查图得 wF(M/d+∑)2/2=(0.0195×1550.2410.5+1.0)×83312489J/kg m=pl=0.5×1.21=0.605kg/s 鼓风机功率N=rms/=489×0.605/06=0.493kW 23在20℃下将苯液从贮槽中用泵送到反应器,经过长40m的7×2.5mm钢管,管 路上有两个90°弯头,一个标准阀(按1开启计算)。管路出口在贮槽的液面以上12m。 贮槽与大气相通,而反应器是在500kPa下操作。若要维持05Ls的体积流量,求泵所需 的功率。泵的效率取0.5。 解:选贮槽内液面为1面,管出口内侧为2面,对1-2截面列柏努利方程式得: v=(=2-)g+22a+B2=P+v 2=0.5×103(0.785×0.0522)=0.235ms p1=0,p2=500kPa 20℃苯的物性:p=879kg/m3,4F=0.737×103Pas,e取为0.05 则Re=dup4=0052×0.235×879/0737×103)=145745 e/d=0.05/52=0.00096 由Re、eld查图得A=0.03 F=A(d+∑ld)u2/2=0.03×(400.052+35×2+475)×0.23532 1.089J/kg 则=(=2-=1)g+ P2=P1 =12×981+0.2352/2+500×103879+1.089 =688J/kg N= plsweIF879×0.5×103×6880.5=605W

11 22.鼓风机将车间空气抽入截面为 200mm300mm、长 155m 的风道内(粗糙度 e=0.1mm)，然后排至大气中，体积流量为 0.5m3 /s。大气压力为 750 mmHg，温度为 15℃。 求鼓风机的功率，设其效率为 0.6。 解：非圆截面通道，计算阻力损失应取其当量直径 de=2ab/(a+b)=2(0.20.3)/(0.2+0.3)=0.24m u=0.5/(0.20.3)=8.33m/s 空气=pM/(RT)=750101.329/(8.314760288)=1.21kg/m3 又查得 15℃空气粘度=1.7910-5Pas Re=du/=0.248.331.21/(1.7910-5 )=135000 e/ de=0.1/240=0.00042 由 Re、e/de查图得 =0.0195 wf= (l/ de+∑)u 2 /2=(0.0195155/0.24+0.5+1.0)8.332 /2=489J/kg ms=V=0.51.21=0.605kg/s 鼓风机功率 N=wf ms/=4890.605/0.6=0.493kW 23.在 20℃下将苯液从贮槽中用泵送到反应器，经过长 40m 的572.5mm 钢管，管 路上有两个 90°弯头，一个标准阀(按 1/2 开启计算)。管路出口在贮槽的液面以上 12m。 贮槽与大气相通，而反应器是在 500kPa 下操作。若要维持 0.5L/s 的体积流量，求泵所需 的功率。泵的效率取 0.5。 解：选贮槽内液面为 1 面，管出口内侧为 2 面，对 1-2 截面列柏努利方程式得： f 2 1 2 1 2 2 e 2 1 2 ( ) w u u p p w z z g + − + − = − +  式中 z2=12m，z1=0，u1=0 u2=0.510-3 /(0.7850.0522 )=0.235m/s p1=0，p2=500kPa 20℃苯的物性：=879kg/m3，=0.73710-3Pas，e 取为 0.05 则 Re=du/=0.0520.235879/(0.73710-3 )=14574.5 e/ d=0.05/52=0.00096 由 Re、e/d 查图得 =0.03 wf= (l/d+∑le/d) u 2 /2=0.03（40/0.052+352+475）0.2352 /2 =1.089J/kg 则 f 2 1 2 1 2 2 e 2 1 2 ( ) w u u p p w z z g + − + − = − +  =129.81+0.2352 /2+500103 /879+1.089 =688J/kg N=Vswe/=8790.510-3688/0.5=605W

24一酸贮槽通过管道向其下方的反应器送酸,槽内液面在管出口以上25m。管路由 38×2.5mm无缝钢管组成,全长(包括管件的当量长度)为25m。粗糙度取为015mm。贮 槽内及反应器内均为大气压。求每分钟可送酸多少m3。酸的密度P=1650kg/m3,粘度 F=12cP。 解:选贮槽内液面为1面,管出口内侧为2面,对1-2截面列柏努利方程式得 ⊥B 2+P+A (l+l) 2;+ g pg 式中21=2.5m,2=0m,p=p2=0,u=0,d=0.033m 代入数据,上式可简化为: 25=(1.0+254033)(2/2g) e/=0.15/33=0.00455,A=fRe,eld 假设=0.04代入(2)式可得l=1.25ms,则可求得Re=5677,A=0043,重设A=0.043代 入(2)式,可得=1.208m/s,则可求得Re=5482,A=0.043 最后估算送酸量为: =uA=1.208×0.785×0033×60=0062m3/min 5.30℃的空气从风机送出后流经一段直径200mm长20m的管,然后在并联的管内 分成两股,两段并联管的直径均为150mm,其一长40m,另一长80m;合拢后又流经一 段直径200mm长30m的管,最后排到大气。若空气在200mm管内的流速为10m/s,求 在两段并联管内的流速各为多少,又求风机出口的空气压力为多少 解:已知并联管路的气体流量按阻力损失相等的原则分配,而且支管流量的总和应 等于总管流量。 所以 入2 d、2 40 u 假设A1=A2,代入上式 u2=1.414u1 0.1520.152 1+V2=V即(x14)×0.152×(u+2)=x14)×0.,2×10 (1)、(2)式联立解得a1=7.37m/s,u2=10.4m/s 校验值:30℃空气p=1.165kgm3,=186×10Pa Re1=dhup=(0.15×7.37×1.165y(186×10°)=69200 Re2=dhu2py=(0.15×10.41×1.165(18.6×106)=97700 e/a=0.05/150=0.000333 查图得A1=0.022,A2=0.02,A初设值基本正确 0.022×(80/0.15)12/2)=0.02×(400.152/2)即2=1.483 0.152(1+u2)=022×10 两式联立可解:1=7.16m/s,=10.60m/s 求风机出口压力,p=P总管+p支管

12 24.一酸贮槽通过管道向其下方的反应器送酸，槽内液面在管出口以上 2.5m。管路由 382.5mm 无缝钢管组成，全长(包括管件的当量长度)为 25m。粗糙度取为 0.15mm。贮 槽内及反应器内均为大气压。求每分钟可送酸多少 m3。酸的密度=1650kg/ m3，粘度 =12cP。 解：选贮槽内液面为 1 面，管出口内侧为 2 面，对 1-2 截面列柏努利方程式得 g u d l l g p g u z g p g u z e 2 ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 1  + + + = + + +    式中 z1=2.5m，z2=0m，p1=p2=0，u1=0，d=0.033m 代入数据，上式可简化为： 2.5= (1.0+25/0.033)(u2 2 /2g) (2) e/d=0.15/33=0.00455，=f(Re，e/d) 假设=0.04 代入(2)式可得 u=1.25m/s，则可求得 Re=5677，=0.043，重设=0.043 代 入(2)式，可得 u=1.208m/s，则可求得 Re=5482，=0.043。 最后估算送酸量为： Vs=uA=1.2080.7850.033260=0.062m3 /min 25. 30℃的空气从风机送出后流经一段直径 200mm 长 20m 的管，然后在并联的管内 分成两股，两段并联管的直径均为 150mm，其一长 40m，另一长 80m；合拢后又流经一 段直径 200mm 长 30m 的管，最后排到大气。若空气在 200mm 管内的流速为 10m/s，求 在两段并联管内的流速各为多少，又求风机出口的空气压力为多少。 解：已知并联管路的气体流量按阻力损失相等的原则分配，而且支管流量的总和应 等于总管流量。 所以 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 u d u l d l  =  假设1=2，代入上式 0.15 2 40 0.15 2 80 2 2 2 u1 u  =  即 u2=1.414u1 (1) V1+V2=V 即 (/4)0.152(u1+u2)=(/4) 0.2210 (2) (1)、(2)式联立解得 u1=7.37m/s，u2=10.41m/s 校验值：30℃空气=1.165kg/m3，=18.610-6Pas Re1=d1u1/=(0.157.371.165)/(18.610-6 )=69200 Re2=d2u2/=(0.1510.411.165)/(18.610-6 )=97700 e/d=0.05/150=0.000333 查图得1=0.022，2=0.02，初设值基本正确 0.022(80/0.15)(u1 2 /2)=0.02(40/0.15)(u2 2 /2) 即 u2=1.483u1 0.152 (u1+u2)=0.2210 两式联立可解：u1=7.16m/s，u2=10.60m/s 求风机出口压力，p=pf 总管+pf 支管

d2=022(80015)×7162)×165=350Pa 1, p=0.02×(400.15)×(10602/2)×1.165=349Pa 总管:Re=dup=(0.2×10×1.165)(186×10°)125300 e/a=0.05/200=0.00025 查图得=00182 P总管=0.0182×(20+30)0.2]×(102)×1.165=265Pa 出口风压p=265+350=61Pa≈627mmH2O 26如图,20℃软水由高位槽分别流入反应器B和吸收塔C中,器B内压力为05atm(表 压),塔C中真空度为0.1atm,总管为7×3.5mm,管长(20+ZA)m,通向器B的管路为 25×2.5mm,长15m。通向塔C的管路为25×2.5mm,长20m(以上管长包括各种局部阻 力的当量长度在内)。管道皆为无缝钢管,粗糙度可取为0.15mm。如果要求向反应器供 应0.314kg/s的水,向吸收塔供应0.471kg/s的水,问高位槽液面至少高于地面多少? 解:由题意知要保证B、C的流量,则O点处的总压头必须大于boB及hoc,方能顺 利进行。故先计算hB及hoc,取二者中较大的计算A处的总压头。 20℃的软水:p=998.2kgm3,p=1.005×103Pas 则对B支路 lB=m2B/(P4)=0.314/(998.2×0.785×0.022)=10m/s ReB=dBubp/u =0.02×1.0×998.2/(1.005×103)=198904 查得AB=0.038 hoB==+pB(ng)+u32(2g)+Aa(lda)[lm2(2g) 第26题图 =4+(1.5×101325(9982×981)+[1+0.038×(15/002)1.03(2×9.81)] 对C支路: =mC/(pA)=0.471/(9982×0.785×0.02)=1.502m/s ReC=ducp/=0.02×1.502×998.2/1005×103)=29836.7 e/c=0.15/20=0.0075查得Ac=0.036 hoc=Ec+pc/(pg)+uc/(2g)+(c/dc)[uc/(2g) =8+(0.9×1013259982×981)+[1+0.036200.02)×1.502/(2×9.81)] =21.57m 取ho=hoc=21.57m 对总管:h=A+P0/pg)=ho+wo=ho+(W)[u2/(2g)] lF=ms/(p4)=(0.314+0.471(9982×0.785×0.052)=0.401m/s Re=dp=0.05×0.401×998.2/1.005×103)=1991434 e/=0.15/50=0.003查得A=0.032

13 支管：pf1=   2 2 1 1 1 1 u d l =0.022(80/0.15)(7.162 /2)1.165=350Pa pf2=   2 2 2 2 2 2 u d l =0.02(40/0.15)(10.602 /2)1.165=349Pa 总管： Re=du/=(0.2101.165)/(18.610-6 )=125300 e/d=0.05/200=0.00025 查图得=0.0182 pf 总管=0.0182[(20+30)/0.2](102 /2)1.165=265Pa 出口风压 p=265+350=615Pa≈62.7mmH2O 26.如图，20℃软水由高位槽分别流入反应器B和吸收塔C中，器B内压力为0.5atm(表 压)，塔 C 中真空度为 0.1atm，总管为573.5mm，管长(20+ZA)m，通向器 B 的管路为 252.5mm，长 15m。通向塔 C 的管路为252.5mm，长 20m(以上管长包括各种局部阻 力的当量长度在内)。管道皆为无缝钢管，粗糙度可取为 0.15mm。如果要求向反应器供 应 0.314kg/s 的水，向吸收塔供应 0.471kg/s 的水，问高位槽液面至少高于地面多少？ 解：由题意知要保证 B、C 的流量，则 O 点处的总压头必须大于 hOB及 hOC，方能顺 利进行。故先计算 hOB及 hOC，取二者中较大的计算 A 处的总压头。 20℃的软水：=998.2kg/m3，=1.00510-3Pas 则对 B 支路： uB=msB/(A)=0.314/(998.20.7850.022 )=1.0m/s ReB=dBuB/ =0.021.0998.2/(1.00510-3 )=19890.4 e/dB=0.15/20=0.0075 查得 B=0.038 hOB=zB+pB/(g)+uB 2 /(2g)+B(lB/dB)[uB 2 /(2g)] =4+(1.5101325)/(998.29.81)+[1+0.038(15/0.02)][1.02 /(29.81)] =21.03m 对 C 支路： uC=msC/(A)=0.471/(998.20.7850.022 )=1.502m/s ReC=dCuC /=0.021.502998.2/(1.00510-3 )=29836.7 e/dC=0.15/20=0.0075 查得 C=0.036 hOC=zC+pC/(g)+uC 2 /(2g)+(lC/dC)[uC 2 /(2g)] =8+(0.9101325)/(998.29.81)+[1+0.036(20/0.02)][1.5022 /(29.81)] =21.57m 取 hO= hOC=21.57m 对总管：hA=zA+p0/(g)= hO+wfA-O= hO+(l/d)[u 2 /(2g)] u=ms/(A)=(0.314+0.471)/(998.20.7850.052 )=0.401m/s Re=du/=0.050.401998.2/(1.00510-3 )=19914.34 e/d=0.15/50=0.003 查得 =0.032 第 26 题图

则A+101325/9982×9.81)=21.57+0.032×[(20+2A)0050.4012/(2×981) 解之:A=114m 27为测定空气流量,将毕托管插入直径为1m的空气管道中心,其压差大小用双液 体微压计测定,指示液为氯苯(p=1106kg/m3)和水(p=100lgm),空气温度为40℃,压力 为101kPa,试求 (1)微压计读数为48mm时的空气质量流量kgs; (2)管道截面上相当于平均流速的测量点离管壁多深? 解:(1)40℃,101kPa下,空气的密度1.128kg/m3,粘度=19.1×10Pas,则据微压 差计原理,管中心流速 aN=√y2gR(0-p1)/p =√2×9.81×0048×(106-1000/1.125=94m/s Rem= dumas/=1×94×1.125/(19.1×10)=56×105 查图1-38,tlma=0.85,则 l=0.85lma=0.85×94=7.99m/s 则m=p4=1.128×7.99×0.785×12=70%kg/s (2)由l=(1-mrw) EH dvs=2Trudr= tRuc(1-r/rw)n di 积分可得 s=2ur2[n(n+1)n(2n+1) 代入数据: Turn=2IucrwIn/(n+1)-n/(2n+D) 即ua=2[n/(n+1)-n/(2n+1)0.85 解之:n=8.82 则y=r(ls)2=r(0.85)382=0.5×(0.85)2=0.119m=119mm 28在160×5mm的空气管道上安装有一孔径为75mm的标准孔板,孔板前空气压力 为0.12MPa,温度为25℃。问当U型液柱压差计上指示的读数为145mmHO时,流经管 道空气的质量为多少kgh? 解:p=0.12MPa=120000a,7=273.15+25=298.15K P=pM∥(R7)=(12000×29×103)8314×298.15)=1405kg/m3 18.4×10°Pa AoA1=(dod)2=(75/15020.25 假设Re1大于Re1临,查图1-40,得C=0.625 10=C√2gRp'p=0625×√2×9.81×0.145×10001405=28.08m/s Reo= dowel=(0.075×28.08×1405(184×10°)=1.608×105 Rel=Reo(do/d1)=1.608×105(75/150)=804×104 查图1-40知,Re1大于Re临值,即假设正确,原计算基本正确 故m=10p40=2808×1405×0.785×00752=0.1742kg/s=627.lkg/h

14 则 zA+101325/(998.29.81)=21.57+0.032[(20+zA)/0.05][ 0. 4012 /(29.81)] 解之：zA=11.4m 27.为测定空气流量，将毕托管插入直径为 1m 的空气管道中心，其压差大小用双液 体微压计测定，指示液为氯苯(=1106kg/m3 )和水(=1000kg/m3 )，空气温度为 40℃，压力 为 101kPa，试求： ⑴微压计读数为 48mm 时的空气质量流量 kg/s； ⑵管道截面上相当于平均流速的测量点离管壁多深？ 解：(1)40℃，101kPa 下，空气的密度=1.128kg/m3，粘度=19.110-6Pas，则据微压 差计原理，管中心流速 umax= 2gR(0 − )/  = 29.810.048(1106−1000)/1.125 =9.4m/s Remax=dumax/=19.41.125/(19.110-6 )=5.6105 查图 1-38，u/umax=0.85，则 u=0.85 umax=0.859.4=7.99m/s 则 ms=uA=1.1287.990.7851 2=7.09kg/s (2) 由 u=uC(1-r/rw) 1/n 由 dVs=2rudr= 2ruc(1-r/rw) 1/n dr 积分可得： Vs=2ucrw 2 [n/(n+1)-n/(2n+1)] 代入数据： urw 2=2ucrw 2 [n/(n+1)-n/(2n+1)] 即 u/uc=2[n/(n+1)-n/(2n+1)]=0.85 解之：n=8.82 则 y=rw(u/uc) n= rw (0.85) 8.82= 0.5(0.85) 8.82=0.119m=119mm 28.在1605mm 的空气管道上安装有一孔径为 75mm 的标准孔板，孔板前空气压力 为 0.12MPa，温度为 25℃。问当 U 型液柱压差计上指示的读数为 145mmH2O 时，流经管 道空气的质量为多少 kg/h？ 解：p=0.12MPa=120000Pa，T=273.15+25=298.15K =pM/(RT)=(1200002910-3 )/(8.314298.15)=1.405kg/m3 =18.410-6Pas A0/A1=(d0/d1) 2=(75/150)2=0.25 假设 Re1 大于 Re1 临界值，查图 1-40，得 C0=0.625 u0=C0 2gR/  =0.625 29.810.1451000/1.405 =28.08m/s Re0=d0u0/=(0.07528.081.405)/(18.410-6 )=1.608105 Re1= Re0(d0/d1)=1.608105 (75/150)=8.04104 查图 1-40 知，Re1 大于 Re1 临界值，即假设正确，原计算基本正确。 故 ms=u0A0=28.081.4050.7850.0752=0.1742kg/s=627.1kg/h

第二章流体输送机械 于图2-12所示的4B-20离心泵特性曲线图上,任选一个流量,读出其相应的压头 与功率,核算其效率是否与图中所示的值一致 解:取Q=100m3/h,由图2-12读得 H=185m,N=6.7kW,r76% 核算效率rQH/g/N=(100/3600)×(18.5)×1000×9.81(6.7×1000=75.2% 结果与读出的r76%接近 2用离心泵输送60℃的水,分别提出了附图所示的三种安装方式(图中安装高度与压 出高度所标注的数字都是mm)。三种安装方式的管路总长(包括管件的当量长度)可视为相 同。试讨论: (a)此三种安装方式是否都能将水送到高位槽?若能送到,其流量是否相等? (b)此三种安装方式,泵所需功率是否相等? 777 第2题图 解:(a)能否送上水? 查附录-7得60℃水的饱和蒸汽压为1494mmHg=199184Pa,60℃水的密度 p=983.2kg/ (=,允许)m=( Pa-pemin)/(pg)u22g-∑hse (z,允许)m=(pap)(pg)-u2g-∑hse =(101325-199184)/(9832×9.81}l2/2g-∑hs 8442/2g-∑hse (=,允许)=(二,允许加-0.3=814-212g-∑hse 由上式可见,附图(c)的安装方式一定无法将水送上高位槽,而(a)、(b)两种方式可以。 比较(a)、(b)两种情况,因管路状况相同,管路特性与泵特性均相同,泵的工作点相 同,故流量相同 用内径150mm、长l80m的管路输送液体,升举20m。管路上全部管件的当量长 度为65m,摩檫因数可取为0.03。液体的升举高度为20m。作用于上、下游液面的压力

15 第二章 流体输送机械 1.于图 2-12 所示的 4B-20 离心泵特性曲线图上，任选一个流量，读出其相应的压头 与功率，核算其效率是否与图中所示的值一致。 解：取 Q=100m3 /h，由图 2-12 读得 H=18.5m，N=6.7kW，=76% 核算效率=QHg/N=(100/3600)(18.5)10009.81/(6.71000)=75.2% 结果与读出的=76%接近。 2.用离心泵输送 60℃的水，分别提出了附图所示的三种安装方式(图中安装高度与压 出高度所标注的数字都是 mm)。三种安装方式的管路总长(包括管件的当量长度)可视为相 同。试讨论： (a)此三种安装方式是否都能将水送到高位槽？若能送到，其流量是否相等？ (b)此三种安装方式，泵所需功率是否相等？ 解：(a)能否送上水？ 查附录-7 得 60℃水的饱和蒸汽压为 149.4mmHg=19918.4Pa，60℃水的密度 =983.2kg/m3 (zs，允许)max=(pa-pemin)/(g)-ue 2 /2g-∑hfs-e (zs，允许)max=(pa-pv)/(g)- ue 2 /2g-∑hfs-e =(101325-19918.4)/(983.29.81)- ue 2 /2g-∑hfs-e = 8.44- ue 2 /2g-∑hfs-e (zs，允许)=(zs，允许)max-0.3=8.14- ue 2 /2g-∑hfs-e 由上式可见，附图(c)的安装方式一定无法将水送上高位槽，而(a)、(b)两种方式可以。 比较(a)、(b)两种情况，因管路状况相同，管路特性与泵特性均相同，泵的工作点相 同，故流量相同。 3.用内径 150mm、长 180m 的管路输送液体，升举 20m。管路上全部管件的当量长 度为 65m，摩檫因数可取为 0.03。液体的升举高度为 20m。作用于上、下游液面的压力 第 2 题图