化工原理之流體流動(dòng)練習(xí)題

1、化工原理流體流動(dòng)習(xí)題及答案2015流體流動(dòng)章節(jié)1若將90kg相對(duì)密度為0.83的油品與60kg相對(duì)密度為0.71的油品混合，試求混合油的密度。解：2試計(jì)算空氣在-40和41kPa(真空度)下的密度和重度，大氣壓力為1.013×105Pa。解： 3燃燒重油所得的燃料氣，經(jīng)分析測(cè)知其中含生8.5%CO2，7.502，76N2，8%H20(均系體積百分率)。試求溫度為500，壓力為1.013×105Pa時(shí)，該混合氣體的密度。解：4煙道氣的組成約為含13CO2，11H20，76N2(均系體積),計(jì)算400時(shí)常壓煙道氣的粘度。解：5液體混合物的組成為乙烷40和丙烯60(均為摩爾百分率

2、)，計(jì)算此液體混合物在-100時(shí)的粘度。乙烷和丙烯在-100時(shí)的粘度分別為0.19mPa·s和0.26mPa·s。解： 6某流化床反應(yīng)器上裝有兩個(gè)U形管壓差計(jì)，如本題附圖所示。測(cè)得R1400mm，R250mm指示液為汞。為防止汞蒸氣向空間擴(kuò)散，在右側(cè)的U形管與大氣連通的玻璃管內(nèi)裝入一段水，其高度R350mm。試求A、B兩處的表壓力。解： 7如本題附圖所示的汽液直接接觸混合式冷凝器，水蒸氣被水冷凝后的凝液和水一起沿氣壓管流入敞口水池并連續(xù)排至地溝。冷凝器上真空表的讀數(shù)為80kPa，大氣壓力為98kPa。為了防止水池中的水倒流到冷凝器，試問(wèn)氣壓管內(nèi)的液柱高度H應(yīng)不小于多少m。(

3、氣壓管及其出口的阻力損失可忽略不計(jì))。解：容器中的壓力為：由靜力學(xué)方程：8用一多U形管壓差計(jì)測(cè)定水流管路中A、B兩點(diǎn)的壓差，壓差計(jì)的指示液為汞，兩段汞柱之間充滿水，如本題附圖所示。今測(cè)得hl1200mm，h21300mm，Rl900 mm， R2950mm，試向A、B兩點(diǎn)問(wèn)的壓差為多少Pa?解：由靜力學(xué)方程： 9用一如圖1-13所示的雙液體微差壓差計(jì)來(lái)測(cè)量輸送甲烷管路中某一段的壓差，壓差計(jì)讀數(shù)為200mm，壓差計(jì)中的雙指示液為四氯化碳和水，相對(duì)密度分別為1.6和1.0，U型管內(nèi)徑為6mm，擴(kuò)大室直徑為60mm，試求該段壓差為多少mmH20。(1)忽略擴(kuò)大室中液面變化； (2)考慮擴(kuò)大室中液面變

4、化；(3)兩種情況下的測(cè)量誤差為多少? 解：如忽略擴(kuò)大室中液面的變化，則可按如下公式計(jì)算： 如考慮擴(kuò)大室中液面的變化，則： 二者誤差為：l0在如本題附圖所示的貯油罐中裝有密度為960kg/m3的油品，油面距罐底的高度為9.6m，油面上方為常壓。在罐側(cè)壁的下部有一直徑為760mm的人孔，其中心距罐底800mm，人孔蓋用14mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作應(yīng)力取為39.23Mpa，問(wèn)至少需要幾個(gè)螺釘?解：人孔中心處壓力為：則人孔平均受力為：每個(gè)螺釘可以承受的力為：需要的螺釘數(shù)目為：11密度為910kg/m3的原油經(jīng)過(guò)管徑為l08×4mm的管道流動(dòng)，流速為0.85m/s。試求原油的體積

5、流量(m3/h)、質(zhì)量流量(kg/h)和質(zhì)量流速(kg/m2·s)。解：體積流量為：質(zhì)量流量為：質(zhì)量流速為：12某廠用114×4.5mm的鋼管輸送壓力P2.0MPa(絕壓)、溫度為20的空氣，流量為6300m3/h (標(biāo)準(zhǔn)狀況)。試求空氣在管道中的流速、質(zhì)量流速和質(zhì)量流量。解：在操作狀況下的體積流量為：操作狀況下氣體密度為：操作狀況下氣體流速為：氣體質(zhì)量流速為：氣體質(zhì)量流量為：13從容器A用泵B將密度為890kg/m3的油品輸送到塔C頂部。容器內(nèi)與塔頂?shù)谋韷毫θ绫绢}附圖所示，管子的規(guī)格為114×4mm。油品的輸送量為5.4xl04kg/h，輸送管路的全部阻力損失為

6、122J/kg，試求泵的有效功率。解：管內(nèi)流體的流速：以容器A的液面為截面1，以塔C為截面2，在1-2截面間列柏努利方程： 得： 14如圖l-58所示，從敞口高位槽向精餾塔供料，高位槽內(nèi)液面維持不變，塔進(jìn)料口處的壓力為40kPa(表壓)原料液的密度為890kg/m3，管子直徑為60×3mm，從高位槽至塔的進(jìn)料管入口處的阻力損失為22J/kg。試問(wèn)要維持14m3/h的進(jìn)料量，高位槽中的液面須高出塔的進(jìn)料口多少m。解：以進(jìn)料口為基準(zhǔn)水平面，在11和22間列柏努利方程：其中：p1=0，u1=0，z1=？z2=0 p2=40kPa， 代入上式得： 15.如本題附圖所示，油水分離器中的油水分界

7、面借助于形管來(lái)維持和調(diào)節(jié)。汽油的密度為780kg/m3，水的密度為996kg/m3。試分析和計(jì)算:(1)分離器中的油水分界面高度H與分離器的直徑、油水混合液的處理量、油水混合液中水的含量、汽油密度、形管的直徑和高度有何關(guān)系。(2)如閥1和閥2均關(guān)閉時(shí)，油水分界面的高度H為多少米(忽略損失)?(3)如打開(kāi)閥2時(shí)，H為多少米(忽略形管內(nèi)的阻力損失)? (4)如水在形管內(nèi)的流動(dòng)阻力損失為0.2J/kg時(shí)，重新計(jì)算(2)和(3)的內(nèi)容。解：在11和22間列柏努利方程：其中：z1=H，p1=gasg(4.5-H)，u1=0 z2=h，p2=0，u2=u2，代入可得：由上式可以看出，油水界面高度H與分離器

8、直徑無(wú)關(guān)；油水處理量增加，則H降低；油水混合物中水含量增加則H降低；汽油密度增加則H降低；形管直徑增加則H降低；形管高度增加則H增加。當(dāng)閥1和閥2均全關(guān)閉時(shí)，以油水界面為截面1，以形管管頂為截面2。在1-2截面間列柏努利方程：式中：，（表壓）， ，（表壓），代入式中：整理得：得：打開(kāi)閥2而不考慮阻力損失，以油水界面為截面1，以閥2為截面位。在1-3截面間列柏努利方程： 式中：，（表壓）， ，（表壓），代入式中：整理得：得：若考慮阻力損失：在中閥1、2關(guān)閉時(shí)： ，得： 在中閥2打開(kāi)時(shí)： ， 得：16如本題附圖所示，為丙烯精餾塔的回流系統(tǒng)，即回流罐內(nèi)的丙烯通過(guò)回流管返回至精餾塔頂。精餾塔頂?shù)牟僮鲏?/p>

9、力為1.3MPa(表壓)，回流罐內(nèi)液面上方壓力為2.0MPa(表壓)。塔內(nèi)回流管口距回流罐內(nèi)液面的垂直距離為30m，回流管內(nèi)徑為140mm，丙烯精餾塔的回流量為4×104kg/h，丙烯的密度為600kg/m3回流管路的全部阻力損失為150J/kg，試問(wèn)將丙烯從回流罐送到精餾塔頂是否需要泵。解：以回流罐液面為基準(zhǔn)水平面。塔頂部：回流罐： 不需要加泵。17如本題附圖所示，打開(kāi)閥C和閥D，將貯槽A中的NaOH和Nacl的混合水溶液放入反應(yīng)槽B中，問(wèn)貯槽A中的液面從3m降至0.3m需要多少時(shí)間。已知貯槽A和反應(yīng)槽B的直徑均為2m，管路尺寸為32×2.5mm，溶液在管路中的瞬時(shí)流速m

10、/s，式中為該瞬時(shí)兩槽的液面高度差。解：解法一：設(shè)A槽中水位高度為z，則：瞬時(shí)流速為：設(shè)A槽在dt時(shí)間內(nèi)下降的液位為dz，則由物料衡算：整理得：積分： 解法二：設(shè)A槽中下降的水位高度為z，則：瞬時(shí)流速為：設(shè)A槽在dt時(shí)間內(nèi)下降的液位為dz，則由物料衡算：整理得：積分： 18求出下列流體在57×3.5mm的管內(nèi)流動(dòng)時(shí)如果保持層流狀態(tài)允許的最大平均流速。 (1)20的水； (2)粘度為35mPa·s及相對(duì)密度為0.963的重油；(3)20和0.1MPa下的空氣。解：查得：20時(shí)水的粘度1.005×10-3Pa·s，998.2kg/m3 取Re=2000 則：

11、查得：20時(shí)空氣的粘度18.1×10-6Pa·s 19求如本題附圖所示20水穩(wěn)定流動(dòng)管路的阻力損失 (J/kg)。大、小管的管徑分別為57×2.5mm和32×2.5mm ，絕對(duì)粗糙度為0.5mm管路中裝有一個(gè)截止閥，水在大管中的流速為0.5m/s，其它有關(guān)數(shù)據(jù)如附圖所示。解：水在小管中流速為：20時(shí)水的粘度=1.005×10-3Pa·s，密度998.2kg/m3水在管中均為湍流。 查得： 查得：查得截止閥全開(kāi)時(shí)：；90°大彎頭：90°小彎頭：；變徑：另外：進(jìn)口阻力系數(shù) ；出口阻力系數(shù) 20用泵將冷卻水從水池輸送到冷

12、卻塔，已知從水池到泵的吸入口管路的管徑為114×4mm、長(zhǎng)度為10m，在吸入段管路上有1個(gè)90標(biāo)準(zhǔn)彎頭、1個(gè)吸濾底閥；從泵的出口到冷卻塔頂噴嘴的管路的管徑為88.5×4mm、長(zhǎng)度為36m，在排出段管路上有2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)90彎頭 1個(gè)1/2開(kāi)度的閘閥。已知水溫為20，塔內(nèi)壓力為69kPa(表壓)，噴嘴進(jìn)口處的壓力比塔內(nèi)壓力高lOkPa，輸送管道的絕對(duì)粗糙度均為0.2mm；其它數(shù)據(jù)如本題附圖上所示。要求水的流量為56m3/h，求泵所需的有效功率Pe。解：查得：20時(shí)水的粘度=1.005×10-3Pa·s，密度998.2kg/m3吸入管路流速：排出管路流速：取地面為

13、參考水平面，如圖在11和22之間列柏努利方程：其中：z1=-2m，p1=0，u1=0 z2=21m，p2=69+10=79kPa，u2=3.06m/s 查得： 查得：90°彎頭： ；底閥： ；半開(kāi)閘閥： 代入柏努利方程得： 21一定流量的液體在圓形直管內(nèi)作層流流動(dòng)。若管長(zhǎng)和液體物性不變，而管徑減至原來(lái)的l/2，問(wèn)阻力損失為原來(lái)的多少倍。解：層流時(shí)，由哈根泊謖葉公式知： 如則：22液體在光滑圓形直管內(nèi)作湍流流動(dòng)。若液體的物性、管長(zhǎng)和管徑均不變，而流量增至成的2倍，問(wèn)阻力損失為原來(lái)的多少倍(設(shè)兩種情況下，雷諾數(shù)均在3×1031×105范圍內(nèi))解：對(duì)光滑管：，若，則：

14、即：由范寧公式：23有一管殼式換熱器，外殼內(nèi)徑為300mm，內(nèi)裝有60根管徑為25×2mm的光滑管組成的管束?？諝庖?000m3/h的流量在管外平行流過(guò)，空氣的平均溫度為30，換熱器長(zhǎng)度為4m。試估算空氣通過(guò)換熱器時(shí)的壓力降。解：30空氣的物性：， 以光滑管形式來(lái)確定：則： 24用泵將密度為820kg/m3、粘度為80mPa·s的燃料油通過(guò)管徑為89×4.5mm的鋼管輸送到油罐。管路的直管長(zhǎng)度為520m，管路上有2個(gè)全開(kāi)閘閥，6個(gè)90標(biāo)準(zhǔn)彎頭，油從油罐的側(cè)面進(jìn)入。當(dāng)燃料油的流量為6.5m3/h時(shí)，整個(gè)管路的能量損失和壓力降為多少?解： 管件的阻力系數(shù)：入口，出口，

15、全開(kāi)閘閥，90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭 25如本題附圖所示，粘度為30mPa·s、密度為900kg/m3的液體自容器A流過(guò)內(nèi)徑為40mm的管路進(jìn)入容器B。兩容器均為敞口，其中液面恒定。管路中有一閥門(mén)，閥前管長(zhǎng)50m，閥后管長(zhǎng)20m(均包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)。當(dāng)閥門(mén)全關(guān)閉時(shí)，閥前、閥后的壓力表上讀數(shù)分別為88kPa和44kPa?，F(xiàn)將閥門(mén)開(kāi)至1/4開(kāi)度，此時(shí)閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度為30m，試求；(1)管路的流量；(2)閥前、閥后壓力表上的讀數(shù)如何變化，為什么?解：閥門(mén)全關(guān)時(shí)，可由靜力學(xué)方程計(jì)算兩槽液位高度：A槽：B槽：取00為基準(zhǔn)水平面，在兩槽液面間列柏努利方程：代入數(shù)據(jù)： 整理，得：假設(shè)：，解得

16、：u=1.14m/s校核： 層流設(shè)流動(dòng)為層流，則有：代入數(shù)據(jù)：解得：u=0.735m/s驗(yàn)證流型： 層流假設(shè)正確 u=0.735m/s流量：打開(kāi)閥門(mén)后：由A向1液面列柏努利方程得：其中：zA=h1，pA0，uA=0 z1=0則：閥前壓力表讀數(shù)變小。代入數(shù)據(jù)可得：由2向B液面列柏努利方程得：其中：z2=0 zB=h2，pB=0，uB=0 通常很小，可忽略。則：p2變大。代入數(shù)據(jù)得：26如本題附圖所示，為一內(nèi)徑為4m、高度為3.5m的敞口高位槽經(jīng)管徑為60×3.5mm的管路供水系統(tǒng)，總管長(zhǎng)(包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)為80m，管壁絕對(duì)粗糙度=0.1mm，即相對(duì)粗糙度/d0.1/530.00

17、19。水的溫度為20。試求(計(jì)算中忽略動(dòng)能項(xiàng))： (1)當(dāng)維持高位槽內(nèi)水面恒定時(shí)，水的流量為多少； (2)如欲使水的流量提高1倍，問(wèn)應(yīng)該增大管徑還是增加高位槽高度呢？經(jīng)過(guò)利弊分析，并選定方案進(jìn)行具體計(jì)算(設(shè)管壁相對(duì)粗糙度仍取0.0019)；(3)如果停止給高位槽補(bǔ)充水，高位槽內(nèi)的水能維持多長(zhǎng)的供水時(shí)間(h)。解：查得：20時(shí)水的粘度=1.005×10-3Pa·s，密度998.2kg/m3自高位槽液面至出口列柏努利方程，以地面為基準(zhǔn)水平面。其中：z1=10m，p1=0，u1=0 z2=2m，p2=0，u2=0代入柏努利方程可得： 即： 設(shè)流動(dòng)狀態(tài)為湍流，并設(shè) 可得 要使流量增

18、大一倍，對(duì)兩種方法進(jìn)行比較：如要提高高位槽高度，有可能高度非常高而使設(shè)備的建設(shè)非常不易；而如果增加管徑則建設(shè)改造相對(duì)容易一些，因此選擇增加管徑比較合適。流量增加后：在水面與出口列柏努利方程：其中：z1=10m，p1=0，u1=0 z2=2m，p2=0，u2=0注：如提高高位槽高度，則由于d不變， 查得：在水面與出口列柏努利方程：其中：z1=h，p1=0，u1=0 z2=2m，p2=0，u2=0代入柏努利方程得：自高位槽液面至流體出口列柏努利方程：其中：z1=h，p1=0，u1=0；z2=2m，p2=0，u2=0；，設(shè)不變，則：代入柏努利方程可得：設(shè)在dt時(shí)間內(nèi)液面下降dh，則由物料衡算：即：整

19、理得：積分得：27用泵將20的液體苯從貯罐輸送到反應(yīng)器，經(jīng)過(guò)排管，直管長(zhǎng)度為42m，管路上有2個(gè)90標(biāo)準(zhǔn)彎頭，1個(gè)半開(kāi)的閘閥，管路出口在貯罐內(nèi)液面以上12m。貯罐與大氣相通，反應(yīng)器在0.50MPa(表壓)下操作。苯的流量為30L/min，試設(shè)計(jì)管徑，并計(jì)算泵的有效功率Ne。解：20時(shí)苯的密度為870kg/m3，粘度=0.66×103 Pa·s設(shè)流速為2.5m/s，則：選用25×2.5mm的無(wú)縫鋼管。實(shí)際流速為：查得：90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭0.75，半開(kāi)閘閥4.5，自儲(chǔ)槽液面至管路出口列柏努利方程：其中：z1=0，p1=0，u1=0 z2=12m，p2=0.5Mp

20、a，u2=0取0.15mm，則： ，查得：0.037 代入上式得：28本題附圖所示的供水系統(tǒng)，管路總長(zhǎng)為200m(包括局部當(dāng)量長(zhǎng)度)，水塔內(nèi)的液面高于出水口15m，水溫25，如果要求供水流量為120m3/h，試計(jì)算輸水管道的直徑。解：以出口為基準(zhǔn)水平面，自高位槽液面至出口列柏努利方程：其中：z1=15m，p1=0，u1=0；z2=0，p2=0，u2=0，代入上式： 即： 又： 查得：25時(shí)水的密度為997.0kg/m3，粘度=0.903×103 Pa·s設(shè)：0.15mm設(shè)：0.02，代入得：d=0.120，代入得：Re=3.90×105， 選擇管子為：133

21、15;6mm的無(wú)縫鋼管29有一水平輸送原油的管路，管徑為299×12mm，總長(zhǎng)度為42m，原油的流量為62.5m3/h，密度和粘度分別為910kg/m3和300mPa·s，管路兩端壓差保持不變。試問(wèn)：(1)在管路下游l/3處并聯(lián)一條同樣直徑的管子時(shí)，原油輸送流量會(huì)增加到多少？(2)欲使原油流量增加50，需要并聯(lián)多長(zhǎng)的管子?解：在管路下游1/3并聯(lián)一條同樣直徑的管子時(shí)：并聯(lián)前：由于流體的粘度較大，可假設(shè)并聯(lián)管路后仍為層流，并聯(lián)后的阻力：由于，則有 即解得：檢驗(yàn)： 假設(shè)成立 若使原油流量增大50%，則 設(shè)需并聯(lián)的管子長(zhǎng)度為,則在并聯(lián)后的總阻力為： 由于，則有 即代入數(shù)據(jù)可得 即

22、需并聯(lián)28km的同樣直徑的管路。30如本題附圖所示的為一條供水系統(tǒng)，高位槽內(nèi)的水面維持恒定。AB管段、BC管段和BD管段的內(nèi)徑分別為4lmm；25mm和32mm；它們的管長(zhǎng)分別為6m、15m和24m。上述管長(zhǎng)均包括各種局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度，分流點(diǎn)B處的能量損失可以忽略不計(jì)。全部管路的摩擦系數(shù)均可取0.03，且不變化。水的密度和粘度分別為1000kg/m3和1mPa·s。試計(jì)算：(1)BC、BD兩支管路的流量為多少；(2)當(dāng)BD支路上的閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，BC支路的水流量為多少。解：以管出口為基準(zhǔn)水平面，在高位槽液面至管出口D間列柏努利方程，得：代入數(shù)據(jù)，得： (1)另外：自交點(diǎn)B至兩出口列柏努

23、利方程可得：即： 代入數(shù)據(jù)得： (2)又由連續(xù)性方程： (3)解(1)、(2)、(3)組成的方程組得：uBD=2.69m/s，則： 當(dāng)BD閥關(guān)閉時(shí)，則自儲(chǔ)槽液面至出口C列柏努利方程得：代入數(shù)據(jù)： (1)由連續(xù)性方程：，即： (2)解(1)、(2)、(3)組成的方程組得：31如本題附圖所示，20的軟化水由高位槽A分別流人反應(yīng)器B和吸收塔C中，反應(yīng)器B內(nèi)壓力為50kPa(表壓)，吸收塔C中的真空度為10kPa。總管路57×3.5mm，管長(zhǎng)為(20+ZA)m，通向反應(yīng)器B的支管路為25×2.5mm，管長(zhǎng)為15m。通向吸收塔C的支管路為25×2.5mm管長(zhǎng)為20m(以上各

24、管長(zhǎng)中均包括各種局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)。所有管道皆為無(wú)縫鋼管，其絕對(duì)粗糙度可取0.15mm。如果要求向反應(yīng)器B供水的流量為0.314kg/s,向吸收塔C供水的流量為0.417kg/s ,問(wèn)高位槽內(nèi)液面至少要高于地面多少米?解：20水的物性：，以分支點(diǎn)為O點(diǎn)，則在OB段中的流速為： 由查圖，得則根據(jù)柏努利方程可得O點(diǎn)的總比能為： 則在OC段中： 由查圖，得則根據(jù)柏努利方程可得O點(diǎn)的總比能為： 取兩個(gè)中較大者，即在總管中的流速： 由查圖，得則在A與O間列柏努利方程： 即高位槽距地面至少11.4m，此時(shí)OB段應(yīng)適當(dāng)關(guān)小閥門(mén)。解法二：20水的物性：，在OB段：由查圖,得在OC段中：由查圖，得在總管中：由

25、查圖，得則在A與B間列柏努利方程：解得在A與C間列柏努利方程： 解得取兩個(gè)中較大者，即高位槽距地面至少11.4m，操作時(shí)OB段應(yīng)適當(dāng)關(guān)小閥門(mén)。32用壓縮機(jī)將溫度為20、流量為1200m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，組成為8H2、33.9CCl4、22.6C2H6、21.6C3H8和13.9C4H10的燃料氣排送到煉油車間供加熱爐燃燒。輸氣管徑為127×6mm，管路總長(zhǎng)(包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)為1500m，管壁粗糙度取0.2mm。進(jìn)爐前氣體的壓力為0.2MPa(絕壓)，試計(jì)算壓縮機(jī)出口處的壓力。解：按等溫流動(dòng)計(jì)算： 查得：0.023代入等溫流動(dòng)式：代入數(shù)據(jù)： 即：試差得：p1=2.91×105Pa3330的空氣從風(fēng)機(jī)送出后流經(jīng)一段內(nèi)徑為200mm、長(zhǎng)度為20m的管路，然后分流流經(jīng)內(nèi)徑均為150mm的兩支管路組成的并聯(lián)管路，兩支并聯(lián)管路的長(zhǎng)度分別為40m和80m；匯合后又流經(jīng)一段內(nèi)徑為200mm、長(zhǎng)度為30m的管路，最后排到大氣。若空氣在內(nèi)徑為200mm的管內(nèi)流速為l0m/s，求在兩支并聯(lián)管路內(nèi)的流速各為多少，風(fēng)機(jī)出口的空氣壓力為多少。解：出口處空氣密度為：空氣粘度：18.6×10-6Pa·s由于為并聯(lián)管路，兩支路中阻力損失相等。即： 設(shè)，則有： ，