化工原理题目答案

1 .高位槽内的水面高于地面8m，水从φ108×4mm的管道中流出，管路出口

。在本题特定条件下，水流经系统的能高于地面2m2

为水在管道的计算，其中u量损失可按Σｈ= u f

'

水截面处水的流速；⑵流速。试计算：⑴ A—A3，解：设水在水

管中的流速为u 的流量，以m/h计。

,, +

处列柏努力方程 Zｇ—1，2—21在如图所示的1 22 /2 + 代入数据- Z）g = uZｇ+ ｕ／2 + Ｐ/ρ + Σｈ（ρ0 + Ｐ/= Z221 21 2

3600 = 82 ××(8-2)× = 7u, u = s 换算成体积流量 V= uA= ×π/4 S

3/h

m℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位置用离心泵把2010.×，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为×如本题附图所示。管路的直径均为Ф76，入或排出=2u2103a,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按Σｈf,1解：试求泵的有效功率。管的流速ｍ/s。排水管与喷头连接处的压强为×103a （表压）。2在截面与真空表处取截面作方总能量损失Σhf=Σhf+Σ

hfu=u=u=2u+10u212u2 2，2 1，1222u=2m/s ∴Σhfρ= zg+u/2 + P/ρ+Σhf（-P）//程： zg+u/2+Pρ=zg+u/2+P1 0，010011，11

22ρ=zg+u/2+P/ρ在真空表与排水管-喷头连接处取截面

zg+u/2+P/+W∴ w=uAρ=s 221e1s2222=kg 10310×）/×/ρ） =×+（+hfhf Σ∴W= zg+u/2+P/ρ+Σ—（ zg+u/2+P+1，2 22e12，=

=×N= Ww see管路的直径相同，盐水3，循环量为36m。本题附图所示为冷冻盐水循环系统，

盐水的密度为12.1100kg／m3）若泵的效率为1／kg，试求：（，由B流至A的能量损失为49J

由A流经两个换热器而至B的能量损失为／kg）1解：（B处的压强表读数为若干Pa？ 2泵的抽功率为若干kw？（）若A处的压强表读数为×103a时，70%时，截面处作柏努利方程到B由

A22g+u／22+P/ρ=Z0+u g+

ρ=ZP-P）/+P／ρ+ 管径相同得u=u∴（B1BAA BABAB

g+49=+49=kg - ZP-P）/ρ∴=0+u／2+P/ρ+W2P/ρ+49 W=（2段，在截面处作柏努力方程由B B∴

到AZg+u BBABeBBeAA/）P-P/76%== N= N（2）由第一个方程得（泵的抽功率=W1100=11kg/s ρW=V=36/3600×N= ×W×11= BeAee SSS4Pa

10××××）g+ρ（-=P得g+ρ=Z PZ =1031100(7+ =BBAB管压差计，以测量两截面的压强差。U

在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置15.

当水的流量为10800kg/h时，U管压差计读数R为100mm，粗细管的直径分别为Ф60×与Ф45×。计算：（1）1kg水流经两截面间的能量损失。（2）与该能量损失相当的压强降为若干Pa？解：（1）先计算A，B两处22+/ρρ=zg+u/2+PA，B截面处作柏努力方程： zg+u/2+P/在的流速： u=w/ρs=295m/s，u= w/ρs BABAB BABssAA2222压./2+ρgR/ρ=kg （2）hf= （u-u/2+（P- P）/ρ=（u-u Σhf ∴1kg水流经A，B的能量损失：Σ）BBAAB）A103

×P/ρ∴ΔP=ρΣhf=强降与能量损失之间满足：Σhf=Δ-3。试计Pa·s的液体在内径为14mm 的钢管内流动，溶液的流速为1m/s16. 密度为850kg/m3，粘度为8×10）该管路为）局部速度等于平均速度处与管轴的距离；（3算：（1）泪诺准数，并指出属于何种流型？（2 =/μ）Re =du ρ水平管，若上游压强为147×103a，液体流经多长的管子其压强才下降到×103a？解：（1-3-3）由于滞流行流体流速沿管径（2×1850）/（8×10）=×103> 2000 ∴此流体属于滞流型（14×10×222

2

2

=/2 = d/8 当ｕ∴=0时 ,y= r= 2pu p = r按抛物线分布，令管径和流速满足 y= -2p（u-u）当ｕm m33-32

10= dｕ=ｕ= s时, y= - 2p（）/8 = d∴即与管轴的距离 r=×10m (3)在147 22两压强面处和×

×10max平均22+ /ρ/= Z∴ Pρ= Pg + g = u ρ + Z/2 + P/ρ+ ZΣｈ∵ u = u , Z列伯努利方程 u /2 + P/B1f 22 B1 1 21AA2

）/850 = ∵流体属于滞流型）（P- P/ρ=（147××10损失能量3∴摩擦系数与雷若准数之间满

ｈΣｈ=Bff A=64/ Re

足λ2

即：管长为 u ∵ｈ=λ×（ι/d）×∴ι= ∵输送管为水平管，∴管长即为管子的当量长度又f，问因流动阻一定量的液体在圆形直管内做滞流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至原

有的18. 1/2由u=4u =4A=r∴A∴而u力而产生的能量损失为原来的若干倍？解：∵管径减少后流量不变∴A=uAr22 1212 11222）Σｈ?）得=能量损失计算公式Σｈλ?（ι/d）×（1/2u Σｈ=λ（ι/d）×（1/2u） =λ?（ι/d2f，1ff1，2

∴） 8（u=16Σｈh?）×（1/2u=λ（ι/d）×f1

2= 16 h

，f211 f2

的真空读，高位槽液103a的溶液用泵从反应器输送到高位槽。反应器液面上方保持×2×103g20. 每小时将，管线上有两个全开的闸阀，一个孔板流量计（局部阻力系50m面上方为大气压强。管道为的钢管，总长为流解：），数为45个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15m 。若泵效率为，求泵的轴功率。

)=s Re=duρ/= 165199 > 4000 /(A/3600 = kg/s = 2体的质量流速ω×10流4查μ雷偌准数

速 u =ωρss

= ∴局部阻力当量长度: 2: 51-29本书附图得 5个标准弯头的当量长度×= 2个全开阀的当量长度×1/21/2∴符合) = > ×λε×检验ε 1/λ=2 lg(d /) + = 2 lg(68/ + ∴λ= d/(Re 假定Σι= + = e322) + 4]Σι10×u/2 + ×)/d uζ×/2 = [(50+/(68×+ (= = 假定即λ∴全流程阻力损失Σｈλ×ιe)//+ We = Zg + P/ P2 = J/Kg ×在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得ρρ We = Zg + (PΣｈ- P+ 221133

3/

Ne = We有效功率10× + = 15Σｈ+ρ×/1073 + = J/Kg 10×=η N = Ne/×ω轴功率10× = ×= s

3W =

×10=

的钢质放水管相连，管路上装有一个闸如本题附图所示，，贮水槽水位维持不变。槽底与内径为100mm 22管差压计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连处安有以水银为指示液的U 阀，距管路入口端15m

；，h=1500mm）.当闸阀关闭时，测得R=600mm接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的长度为20m。（1。摩擦系数可取，管路入口处的局部阻力系数为。问每小时从，h=1400mm当闸阀部分开启时，测的R=400mm，表压）。闸阀全管压差计测压处的静压强为若干（Pa）.当闸阀全开时，U管中水流出若干立方米。（2ρρg(h+x)= ⑴根据流体静力学基本方程, 设槽面到管道的高度为x 开时l/d≈15，摩擦系数仍取解: 水银水e333截面在槽面处和1-1ρgR -ρgh = ×10Pa gR 10×+x) = ×10× x = 部分开启时截面处的压强 P=水水银1

2

u/2 = uΣι)/d +ζ］·ρ处列伯努利方程 Zg + 0 + 0 = 0 + u/2 + P/ + Σｈ而Σｈ= ［λ22∴

(ι+e122

2-2,3-3 = uAρ= ×π/4××3600 = h ⑵闸阀全开时取× = u/2 + + uu = s 体2截面列伯

积流量ωs2'22(15+/2 + ×3-3截面列伯努利方程 P/ρ = u﹑努利方程 Zg = u/2 + 2 + ×(15 +ι/d)u/2 u = s 取1-114'

2'Pa

= P×10ι/d)u/2 ∴15，Paф26. 用离心泵将20℃水经总管分别送至A，B容器内，总管流量为89m/h3，127×5mm。原出口压强为×10，总管的流动阻力可忽略，各设备间的相对位置如本题附图所示。试求：1kgf/cm2容器B内水面上方表压为总管流）离心泵的有效压头（1H （2）两支管的压头损失H，H 1）离心泵的有效压头。解：（，f，；o-A ，o-Bfe-6

×10u = s 在原水槽处与压强计管口处去截面列伯努利方程 Z×速u = V/A 而A = 3600×2g +

π/4(117)0s522 /2 + P/ρ-Zg =2 +×10/ -2×∵总管流动阻力不计ΣｈWe = u/2 + P/ρ+Σｈ=0 We = u0ff 00g + We = Z 在贮水槽和Α﹑Β表面分别列伯努利方程He = We/g = ⑵两支管的压头损失=Kg ∴有效压头0g (Zg + We – g + PρZg + P/+ ΣｈZg + We = Z/ρ+ Σｈ得到两支管的能量损失分别为Σｈ= Z101f2 122f1f1 03/ = J/Kg + + P/ρ) = 2×–(16× + 0) =Kg Σｈ=Z + ×10××/ρ) =2 + –(8g + We - (Zg + P2f2021/g =

Σｈ= ∴压头损失 H= Σｈ/g = m H f2f2 f1f1

两支管排出，高位槽液面与两与28．本题附图所示为一输水系统，高位槽的水面维持恒定，水分别从BCBD，支管的内径为26mmBDBC38mm支管出口间的距离为11m，AB段内径为，长为58m；支管内径为32mm，长为；支管的阀当与长为14m，各段管长均包括管件及阀门全开时的当量长度。ABBC 管的摩擦系数为。试(1)BD

BD门关闭时，？当所有的阀门全开时，两支管的排水量各为若干m3hBC支管的最大排水量为若干m3h？ (2)uA= u= BD :支管的管壁绝对粗糙度为，水的密度为1000kg/m3，解（1）支管的阀门关闭 VV即Au001S,AB 0 S,BC 1

0 + Zg = u/2 + 0 + 0 + 0 + C-C,B-B= ∴3238π/4 = uπ/4 u分别在槽面与截面处列出222Σ

伯努利方程11 00

222(58000/38)

+ + /2 = g + + 0 ｈ0 Zu0 0 ?λ/2 + u)·/dι?λ= 而Σｈ·+ Σｈ)×/dιu= /2 11BC00 ABf,AC f,AB 01f,AC 222 2 222

∴/2 = u)·u/2 = ×(58000/38)×u= ×u/2 + ·(12500/32)×u/2 = u+ uΣｈλ?ι/d0100001ABf,AB

π= uA+ uA u= s BC支管的排水量 V= uA= s ⑵所有的阀门全开 V= V+ VuA1101 1 S,AB 0 S,BC 02/4 = u38u

S,BC 12 1 S,BD 201/22

2

= /4 u2638= u32+ u26假设在BD段满足1/λ=2 lg(d /ε) + ∴λπ32/4 + u 22同理在槽面与

πD 02122222 /2 ②/d/2 + λ?ι)·u/2 +C-C,D-D截面处列出伯努利方程 Zg = u/2 + Σｈ= uλ?ι/d)·u11BC011AB0f,AC 0

③?= uZg = u/2 + Σｈ/2 +λ?ι/d)·u/2 +λι/d)·2BDD2AB0 f,AD 20023

2222 u/2

u= m/s, uε10(d/)/Re× = 2610××10/ = ×= m/s 核算Re = du 3-3λ联立①②③求解得到

ρ/μ2 1

1/2

= > ∴假设成立即 D,C两点的流速 u= m/s , u= m/s ∴ BC段和BD的流量分别为 V= 32×10S,BC 2 1

(π/4)×3600× = m/s V= 26×10×(π/4)×3600× = m/s

33×

S,BD

2. 用离心泵以40m3h 的流量将贮水池中65℃的热水输送到凉水塔顶，并经喷头喷出而落入凉水池中，以达到冷却的目的，已知水进入喷头之前需要维持49kPa的表压强，喷头入口较贮水池水面高6m，吸入管路和排出管路中压头损失分别为1m和3m，管路中的动压头可以忽略不计。试选用合适的离心泵并确定泵的安装高 3

在水池面和喷= Kg/m ρ查65℃时水的密度度。当地大气压按计。解：∵输送的是清水∴选用B型泵22g = (P- P)/ρ+ Z 取u= u= 0 则ΗΗ头处列伯努利方程 u/2g + P/ρg + = u/2g + P/ρg + Η122 1f 211 133℃时3B19A 2900 4 65 + 6 + (1+4) = m ∵ Q = 40 m /h 由图2-27得可以选用10+ Η+ Z = 49×/×f

3

的泵的流量 = m ×查附表二十三 3B19A10Pa 当地大气压Η= P/ρg = ×10/×清水的饱4:

和蒸汽压P= a V

3/h

— m

'

'

'

Η选用最大输出量所对应的Η即Η= 输送+(Η= [Η65℃水的真空度为保证离心泵能正常运转,SSS S3 2安装高度应低于= – 1 = 即H]1000/ρ= ∴允许吸上高度= Η- u/2g -Η/-10)-( P ×10–f,0-1 aVg S 13．常压贮槽内盛有石油产品，其密度为760kg/m3，粘度小于20cSt，在贮槽条件下饱和蒸汽压为80kPa，现拟用65Y-60B型油泵将此油品以15m3流送往表压强为177kPa的设备内。贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5m，吸入管路和排出管路的全部压头损失为1m 和4m 。试核算该泵是否合用。若油泵位于贮槽液面以下处，问此泵能否正常操作？当地大气压按计. 解: 查附录二十三 65Y-60B型泵的特性参数如下流量

Q = s, 气蚀余量△h= m 扬程H = 38 m 允许吸上高度 H= (P- P)/ρg - △h-Η= m > 扬升高度 Z f,0-1 0g V22Ηg + /2g + P/ρg + 1-1,2-2如图在截面之间列方程 u/2g + P/ρΗ = u= 38 = H -Η–4 = 34m 21f,0-2 2122游= < Z = 34 m Z + )/–管路所需要的压头/2g = uZ 其中u/2g = 0 : =(P Pρg + △Η△+ f,1-2 121f,1-2 e2

3/s < Q = s

Q= 15 m品流量m

能正常工作,因此且安装高度有也低于最大允许吸上高度,扬升高度均大雨管路要求,离心泵的流量

4 . 用例2-2附图所示的管路系统测定离心泵的气蚀性能参数，则需在泵的吸入管路中安装调节阀门。适当调节泵的吸入和排出管路上两阀门的开度，可使吸入管阻力增大而流量保持不变。若离心泵的吸入管直径为100mm，排出管直径为50mm，孔板流量计孔口直径为35mm，测的流量计压差计读数为吸入口真空表读数为550mmHg时，离心泵恰发生气蚀现象。试求该流量下泵的允许气蚀余量和吸上真空度。已知水温为20℃，当地大气压为760mmHg。

2

3

-5

假10,P= Kpa ρ= m,μ = ×/d解: 确定流速 A/A= (d)= (35/50)= 查20℃时水的有关物性常数V 2 020

C= 则设C在常数区查图1-33得0 0

5 1/2

5

/

u= u(d10=×> 2×10∴假设成立= s u= = m/s 核算: Re = duρ/μu= C[2R(ρ-ρ)g/ρ]2 A1220 2 0 2

22

d)= m/s 允许气蚀余量△h = (P- P)/ρg + u/2g P= Pa - P= Kpa △h = = m 允许吸 11

H=(P- P)/ρg - △h-ΣΗ∵离心泵离槽面道路很短可以看作ΣΗ= 0 ∴ H=(P- 1真空度21上高度

P)/ρg Vg g aaVf f

3 = m

–×–×10/- △h =

，Q单位为m3s）某型号的离心泵，其压头与流量的关系可表示为H=18 - ×10Q（H 26若用该泵从

单位为m6.

。输水之初池内水面低于渠道水平面7m常压贮水池将水抽到渠道中，已知贮水池截面积为100m2，池中水深2单位为单位为m，Q2m，假设输水渠道水面保持不变，且与大气相通。管路系统的压头损失为H=×10 Q（H ff∵贮g P/ρK= 解: 列出管路特性方程Η= K + H△Z + △m3s）。试求将贮水池内水全部抽出所需时间。f e2

2m 在输水之初△Z = ∴Η= 2 + ∴ρg = 0 K= △Z ∴Η= △Z + ×10Q水池和渠道均保持常6×

压∴△P/ee2

6 Q103-32

6Z = 9m

Q = 4联立H=×10Q，解出此时的流量×10m/s 将贮水槽的水全部抽出△3-3'2

6'2

流量Q 10H=∴Η= 9 + ×10Q再次联立×10Q，解出此时的流量Q = 3×6随着水的不断抽出而

m/s ∵e3-3'= h = V/ Qτm×10/s 把水抽完所需时间 = 取不断变小∴ Q 的平均值 Q（Q + Q）/2 = 平均平均，往复次数1250kg/m3的直径为70mm，冲程为225mm8 . 现采用一台三效单动往复泵，将敞口贮罐中密度为，泵的总效率和容积效率为和。试求泵的实际流量，压头和轴功率。为2001/min2200 =min

××= 3ASn解：三动泵理论平均流量 Q= 3×π/4 ×r T

实际流量Q = ηQ× = m泵的压头 H = △ρg + △/2g + ΣH取△uP/ρ223g + + Z uP//min =

/2g = 0 =△f T

6 = Kw

+ 2 + 10 = 轴功率 N = HQ/102ηρ×10+ Z = ΣH×/1250f

密度为理的气颗固球中气回尘的积底3在面.40m2除室收体的形体粒体处量3600m3h 的体，固-5。试求理论上完全除去的最小颗粒直径。=3600kg/m3，操作条件下气体的密度ρ，粘度为×10=m3ρPa?s s2= d解：根据生产能力计算出沉降速度/bι= V假设气体流处在滞流区则可以按 u= 3600/40 m/h = s u t st

2 -4

，μ〈 1 10m 核算Re = duρ/= ∴ d18μ/（ρ- ρ）g ·u可以得到 d = ×（ρ- ρ）g/18μ进行计算tsst

-4

m

×10m = μ符合假设的滞流区∴能完全除去的颗粒的最小直径 d =

，采用.674kg/m3Pa?密度为2300kg/m3，气体流量为000m3h，粘度为.6×105. 含尘气体中尘-5，

粒的密度为分割粒径及压强降。若分离器圆筒直径为，试估算其临界直径，如图3-8所示的标准型旋风分离器进行除尘。D/2 D/4 ·由V= bhu得 Bh = = (1) 临界直径选用标准旋风分离器Ne 5 ，ξ= B = D/4 ，h = D/2 解：i s

1/2

2

计算颗粒的临界直径∴ d= [9××10根据/Dd= [9μB/(πNeρu)]×××5×= V/u∴ u= 8 V c ss c i s i i

计算颗粒的分割粒径

1/2

-6

∴ρ）] d= [μD/u（ρ- 10m = μm （2）分割粒径根据 d2300×]= ×50

t50 s2-51/2

×10m = μm （3）压强降根据△2300)]= [×10××P = ξ·ρu/2 计算压强降∴△P = -3=

××i2 = 520 Pa

7.验室用一片过滤面积为的的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行实验，滤叶内部真空读为

500mmHg，过滤5min的滤液1L，又过滤5min的滤液，若再过滤5min得滤液多少？

分析：此题关键是要得到虚拟滤液体积，这就需要充分利用已知条件，列方方程求解

2

2-32

-3

①）+ 2×10V= KA×过滤解：⑴虚拟滤液体积由过滤方程式 V+ 2VV= KAθ 5min得滤液1L

2 5

（1×10ee22-3

-32

-3

⑵= 10KA1010）+ 2××V= KA×10 ②由①②式可以得到虚拟滤液体积 V= ×过滤10min得滤液（×ee-3

' '2

'''

' '2

10∴再过滤5min= V分钟得滤液过滤15分钟假设过滤15VV+ 2VV= KAθ+ 2××10V= 5

-32得×

× V e3

-3

-3 -3

滤液 V = 10m10= ××10- ×9.在实验室中用一个边长的小型滤框对CaCO颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验。料浆温度为19℃，其中33时所的数据列于275800Pa滤饼烘干后的质量为1602kg。在过滤压强差为CaCO固体的质量分率为。测得每1m3，滤饼的空隙率ε及滤饼颗粒的比表面积α。已rV，滤饼的比阻本题附表：试求过滤介质的当量滤液体积e3 2930kg/m，其形状可视为圆球。知CaCO颗粒的密度为3过滤时间θ滤液体积V

2

22

2

V + V）= KA（θ+θ）两边微分得 2（V + V）dv = KAdθ dθ/ dv = 2V/KA+ 2V/ 2解：由（

KA计eeee算出不同过滤时间时的dθ/ dv 和 V ，将其数据列表如下

V

△θ/△v 12 21 31 38 39 57

d作出θ/ dv –的曲线如图 V310.用一台BMS50/810-25型板框压滤机过滤某悬浮液，悬浮液中固体质量分率为，固相密度为2200kg/m，液23-5。/m10m×q=，m/s10×K=水，其余全为固相。

已知操作条件下的过滤常数500kg滤饼中含1m3相为水。每

滤框尺寸为810mm×810mm×25mm,共38个框。试求：（1）过滤至滤框内全部充满滤渣所需的时

间及所得的滤液体积：（2）过滤完毕用清水洗涤滤饼，求洗涤时间。洗水温度及表压与滤浆的相同解：（1）滤框内2223

3

含 1m的滤饼中= m滤框容积 V= （）××38 = m已知全部充满滤渣滤饼表面积 A = （）

×2×38 总3

3