中山大學(xué)化工原理第1章和第2章習(xí)題課ppt課件

1、習(xí)題課之一丁楠【例題【例題1 1】附圖所示為汽液直接接觸混合式冷凝器，蒸汽被水冷凝】附圖所示為汽液直接接觸混合式冷凝器，蒸汽被水冷凝后，冷凝液和水一道沿管流至水池，現(xiàn)已知冷凝器內(nèi)真空度為后，冷凝液和水一道沿管流至水池，現(xiàn)已知冷凝器內(nèi)真空度為0.83kPa0.83kPa，管內(nèi)水溫，管內(nèi)水溫40 40 ，試估計(jì)管內(nèi)的水柱高度，試估計(jì)管內(nèi)的水柱高度H H。kPa83 p取水池液面取水池液面a-aa-a為基準(zhǔn)面，則為基準(zhǔn)面，則a-aa-a處處表壓表壓0a p，由靜力學(xué)方程知，由靜力學(xué)方程知gHpp a 查附錄查附錄3 3，知水在，知水在4040時(shí)的密度為時(shí)的密度為992.2kg/m3992.2kg/m

2、3， 則有則有m53. 881. 92 .992)1083(03a gppH 解：冷凝器內(nèi)表壓解：冷凝器內(nèi)表壓解：因壓差計(jì)內(nèi)充填的為非連續(xù)性均質(zhì)解：因壓差計(jì)內(nèi)充填的為非連續(xù)性均質(zhì)液體，則需尋找等壓面分段計(jì)算液體，則需尋找等壓面分段計(jì)算（1 1首先推導(dǎo)關(guān)系式首先推導(dǎo)關(guān)系式)()()(2Hg22OHB3121OH321Hg211OH1A222 gRRhgpphhRgppgRppghpp )()()(21OHHgBAABAB2RRgppppp （2 2根據(jù)上述關(guān)系式計(jì)算根據(jù)上述關(guān)系式計(jì)算pp的值的值kPa7 .22881. 9)95. 090. 0(81. 9)100013600()()()(21O

3、HHgBAAB2 RRgppp 討論討論若采用簡(jiǎn)單的若采用簡(jiǎn)單的U U管水銀壓差計(jì)，不難算出管水銀壓差計(jì)，不難算出mHg714. 181. 913600107 .2283HgAB gpR 既不便于觀察，也不便于操作和維護(hù)。既不便于觀察，也不便于操作和維護(hù)。 本題壓降只與汞柱高度本題壓降只與汞柱高度R R有關(guān)，而與水柱高度有關(guān)，而與水柱高度h h無無關(guān)。關(guān)。 采用復(fù)式壓差計(jì)可大大降采用復(fù)式壓差計(jì)可大大降低可觀察液面的高度。低可觀察液面的高度。【例【例3 3】一水平管由內(nèi)徑分別為】一水平管由內(nèi)徑分別為3333及及4747毫米的兩段直管接成，毫米的兩段直管接成，水在小管內(nèi)以水在小管內(nèi)以 2.5 m/

4、s2.5 m/s的速度流向大管，在接頭兩側(cè)相距的速度流向大管，在接頭兩側(cè)相距1m1m的的A A、B B兩截面處各接一測(cè)壓管，已知兩截面處各接一測(cè)壓管，已知A-BA-B兩截面間的壓頭損失兩截面間的壓頭損失為為70mmH2O70mmH2O，問兩測(cè)壓管中的水位那個(gè)高，相差多少？并，問兩測(cè)壓管中的水位那個(gè)高，相差多少？并作分析。作分析。fAB2B2AABfAB2BB2AA222hguugpphgugpgugp 【解】以管中心線為基準(zhǔn)水平面，在【解】以管中心線為基準(zhǔn)水平面，在A A、B B兩點(diǎn)所處的截面之間列機(jī)械能衡算式兩點(diǎn)所處的截面之間列機(jī)械能衡算式 注意到注意到gppgpzgpzhh ABAABBA

5、B 應(yīng)注意式中的應(yīng)注意式中的 ，故，故B B點(diǎn)所在的測(cè)壓管點(diǎn)所在的測(cè)壓管高出高出A A點(diǎn)點(diǎn)171mmH2O171mmH2O。0BA zzOmmH171OmH171. 007. 081. 92)47/33(15 . 22)/(2242fAB4BA2A2AABAB hgdduugpphh 再由連續(xù)性方程再由連續(xù)性方程 得：得：2BB2AAdudu 解：解：(1)1,2,3(1)1,2,3三點(diǎn)所在截面的流速。三點(diǎn)所在截面的流速。依題意，阻力損失被忽略，現(xiàn)考察依題意，阻力損失被忽略，現(xiàn)考察1,2,31,2,3三點(diǎn)所在截面，有下列方程：三點(diǎn)所在截面，有下列方程：【例【例4 4】如下圖】如下圖: :水由高

6、位水箱經(jīng)管水由高位水箱經(jīng)管道從噴嘴流出道從噴嘴流出 , ,已知已知d1=125mmd1=125mmd2=100 mmd2=100 mm，噴嘴，噴嘴d3=75mmd3=75mm，壓差計(jì)讀數(shù)壓差計(jì)讀數(shù)R=80mmHgR=80mmHg，若阻力，若阻力損失可忽略，求損失可忽略，求H H和和pApA。2332222112122OH21OHOHHgOH21sin2sin2222dududugLuuppgLgRpp 靜力學(xué)方程靜力學(xué)方程動(dòng)力學(xué)方動(dòng)力學(xué)方程程連續(xù)性方程連續(xù)性方程m/s28.10m/s78. 5m/s70. 3321 uuu聯(lián)立上述三式求解得聯(lián)立上述三式求解得(2)(2)在在0-00-0和和3-

7、33-3截面間列柏努力方程有：截面間列柏努力方程有：(3)(3)在壓力表接口在壓力表接口A-AA-A和和3-33-3截面間列柏努力方程：截面間列柏努力方程：kPa2 .362222223A2322A uupuupm39. 581. 9228.1022222323332000 guHgugpzgugpz gugpH222A kPa2 .36Pa102 .36278. 539. 581. 9100023222A ugHp (表壓)3mkg/Re460.250.3164/Re【例【例5】精餾塔】精餾塔C,塔頂列管式冷凝器塔頂列管式冷凝器D殼方的冷凝液體經(jīng)殼方的冷凝液體經(jīng)AB管線流至塔頂管線流至塔頂,

8、管路系統(tǒng)的部分參數(shù)如附圖所示管路系統(tǒng)的部分參數(shù)如附圖所示.已知管徑為已知管徑為222mm,AB管路總長(zhǎng)與所有局部阻力管路總長(zhǎng)與所有局部阻力 (包括進(jìn)、出口包括進(jìn)、出口) 的的當(dāng)量長(zhǎng)度之和為當(dāng)量長(zhǎng)度之和為25m。操作條件下液體的密度為。操作條件下液體的密度為1000粘度為粘度為25cp25cp。冷凝器殼方各處壓強(qiáng)近似相等。求液體每小。冷凝器殼方各處壓強(qiáng)近似相等。求液體每小時(shí)的體積流量。摩擦系數(shù)可按下式計(jì)算時(shí)的體積流量。摩擦系數(shù)可按下式計(jì)算: :層流時(shí)層流時(shí), , ,湍流時(shí)湍流時(shí), , 。在A、B兩截面間列柏方程(以通過B的水平面為基準(zhǔn)面)： fABBBBAAAhpugzpugz222224A10

9、5.73781. 91360043. 0Nmp24B10681. 91360045. 0Nmp 設(shè)流動(dòng)為層流，那么du64Re6461.73u264222udllduudllheefAB將有關(guān)數(shù)代入柏方程求解：將有關(guān)數(shù)代入柏方程求解：u73.611000106100010737. 5681. 94413h.0.8343600018. 04991. 0hmV1.911. 0smu210065610251000911. 0081. 0Re3(層流）驗(yàn)算：驗(yàn)算： 如下圖所示的輸水系統(tǒng), 用泵將水池中的水輸送到敞口高位槽, 管道直徑均為 833.5mm,泵的進(jìn)、出管道上分別安裝有真空表和壓力表，真空表

10、安裝位置離貯水池的水面高度為 4.8m,壓力表安裝位置離貯水池的水面高度為5m。當(dāng)輸水量為 36m3.h-1時(shí)，進(jìn)水管道的全部阻力損失為 1.96J.kg-1，出水管道的全部阻力損失為 4.9J.kg-1,壓力表的讀數(shù)為 2.5kgf-2,泵的效率為70%，試求： 兩液面的高度差H為多少m? 泵所需的實(shí)際功率為多少kw? 真空表的讀數(shù)多少 kgf-2?習(xí)題1解：（1取貯水池液面為截面0-0, 真空表處為截面1-1, 壓力表處為截面2-2, 高位槽液面為截面3-3。 在截面2-2和3-3間列柏努利方程，以2-2為基準(zhǔn)面(目的求H3H)322333222222fhupgHupgH242N.m108

11、07. 9kgf.cm19 . 481. 9)221. 2()1010807. 95 . 2(3234Hm74.2481. 974.2423Hm74.29574.2753HH30011223（2在0-0和3-3間列柏努利方程以0-0為基準(zhǔn)面(求WeN)3023332000)2()(2)(fehupgHWupgH1303J.kg6 .298)9 . 496. 1 (81. 974.29fehgHWW298662.2981000360036eeWQNW426770. 02986eNN（3在0-0和1-1間列柏氏方程，以0-0為基準(zhǔn)面(求真空度）1021112000)2()()2()(fhupgHu

12、pgH121J.kg5 .5196. 1)221. 2(81. 98 . 4)(ppa241kgf.cm525. 01081. 910005 .51)( ppa粘度為粘度為 30cp,30cp,密度為密度為 900kg.m-3900kg.m-3的液體，自的液體，自A A經(jīng)內(nèi)徑為經(jīng)內(nèi)徑為40mm40mm的管路進(jìn)入的管路進(jìn)入B B，兩容器均為敞口，液面視為不變。管路中，兩容器均為敞口，液面視為不變。管路中有一閥門。當(dāng)閥全關(guān)時(shí)，閥前后壓力表讀數(shù)分別為有一閥門。當(dāng)閥全關(guān)時(shí)，閥前后壓力表讀數(shù)分別為0.9at0.9at和和0.45at0.45at?，F(xiàn)將閥門打至。現(xiàn)將閥門打至1/41/4開度，閥門阻力的當(dāng)量

13、長(zhǎng)度為開度，閥門阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度為30m30m，閥前管長(zhǎng)，閥前管長(zhǎng)50m50m，閥后管長(zhǎng)，閥后管長(zhǎng)20m20m均包括局部阻力的當(dāng)均包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度量長(zhǎng)度) )。 試求試求: (1: (1管路的流量管路的流量 m3.h-1 m3.h-1 ？ (2 (2閥前后壓力閥前后壓力表讀數(shù)有何變化？表讀數(shù)有何變化？習(xí)題 2（1閥關(guān)時(shí) 解：gZP11m1081. 99001081. 99 . 0411gPZm581. 99001081. 945. 0422gPZ 閥開時(shí)，兩槽面間列柏式 fBBBAAAhugZpugZp2222fBhgZZ)(1)2221250204. 0)302050(2uuudlhf代

14、入1）： 2125005.4981. 9)510(u(2)02. 0設(shè)那么 15 . 0m.s4 . 1)02. 0125005.49(u層流168010309004 . 104. 0Re3038. 0168064:設(shè)分析：分析：，仍為層流仍為層流 23103090004. 064125005.49uu1m.s736. 0u132.hm33. 33600736. 004. 0785. 0hV（2 2閥開后，閥開后，21P,P 如圖示循環(huán)管路，離心泵的安裝高度如圖示循環(huán)管路，離心泵的安裝高度HgHg3m3m，泵特性曲線可，泵特性曲線可近似表示為近似表示為HeHe23231.431.43105 V

15、2105 V2，式中，式中V V以以 m3.s-1m3.s-1表示。吸表示。吸入管長(zhǎng)入管長(zhǎng) （包括全部局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度為（包括全部局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度為10m10m，排出管長(zhǎng)，排出管長(zhǎng)（包括全部局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度為（包括全部局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度為120m120m，管徑均為，管徑均為50mm50mm，假設(shè)摩擦系數(shù)假設(shè)摩擦系數(shù) 0.020.02，水溫，水溫2020。 試求：試求：（1管路內(nèi)的循環(huán)水量為多少？管路內(nèi)的循環(huán)水量為多少？ （2泵進(jìn)、出口壓強(qiáng)各為多少？泵進(jìn)、出口壓強(qiáng)各為多少？習(xí)題習(xí)題 3 3解：（1管路特性曲線 gudlHe2)1 (225221088. 62)05. 0785. 0(05.

16、 0)10120(02. 0VgVH與泵特性曲線聯(lián)解 （求工作點(diǎn)的流量）25251088. 61043. 123VV1313.hm9 .18.sm00526. 0V（2在進(jìn)水液面與泵入口處列柏氏方程求真空度）gudlguHgpgpega22221123m.s68. 205. 041025. 5u81. 9268. 205. 01002. 081. 9268. 23221gpgpa)(N.m4738283. 4)(21真空度水柱mgpgpa在泵入口處和泵出口處列柏氏方程求壓力表讀數(shù)） gppHe)(12 因?yàn)椋?m1900526. 01043. 12325eH所以， gpgp1219)(m2 .

17、 4183. 4191912表壓水柱gpgpgpgpaa)(Pa1039. 181. 910002 .1452表壓p當(dāng)當(dāng)2020的甘油的甘油 (=1261kg.m-3 ,=1499(=1261kg.m-3 ,=1499厘泊厘泊) )在在內(nèi)徑為內(nèi)徑為100mm100mm的管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的管內(nèi)流動(dòng)時(shí), ,若流速為若流速為1.5m.s-11.5m.s-1時(shí)時(shí), ,其雷諾準(zhǔn)數(shù)其雷諾準(zhǔn)數(shù)ReRe為為_126.2_,_126.2_,其摩擦阻力系數(shù)其摩擦阻力系數(shù)為為_0.507_0.507_。 填空題填空題當(dāng)當(dāng)2020的甘油的甘油 (=1261kg.m-3 ,=1499(=1261kg.m-3 ,=1499厘泊厘泊) )在在內(nèi)徑為內(nèi)徑為100mm100mm的管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的管內(nèi)流動(dòng)時(shí), ,若流速為若流速為1.5m.s-11.5m.s-1時(shí)時(shí), ,其雷諾準(zhǔn)數(shù)其雷諾準(zhǔn)數(shù)ReRe為為 ，其摩擦阻力系數(shù)，其摩擦阻力系數(shù)為為 。 選擇題選擇題 雙液體U形差壓計(jì)要求指示液的密度差( )。 A. 大 B. 中等 C. 小 D. 越大越好雙液體雙液體U U形差壓計(jì)要求指示液的密度差形差壓計(jì)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.