第一章流体流动与输送设备(习题及答案)

-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

第一章流体流动与输送设备

1. 燃烧重油所得的燃烧气，经分析知其中含％，％，N 276％，H 2O8％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力时的密度。

解：混合气体平均摩尔质量

mol kg M y M i i m /1086.281808.02876.032075.044085.03-?=?+?+?+?=∑=∴ 混合密度 3

3/455.0)500273(31.81086.28103.101m kg RT pM m m =+????==-ρ

2．已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2 kg/m 3和789kg/m 3,试计算50％（质量％）乙醇水溶液的密度。又知其实测值为935 kg/m 3，计算相对误差。

解：乙醇水溶液的混合密度 7895.02.9985.012211+

=+=ρρρa a m 3/36.881m kg m =∴ρ 相对误差：

%74.5%10093536.8811%100=???? ??-=?-实实m m m ρρρ

3．在大气压力为的地区，某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kPa 。若在大气压力为90 kPa 的地区，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时真空表的读数应为多少

解：''真真绝p p p p p a a -=-=

∴kPa p p p p a a 7.73)853.101(90)(''=--=--=真真

4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900

kg/m 3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa ，

又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上

0.55m ，其读数为58 kPa 。试计算液面到下方测

压口的距离。

解：液面下测压口处压力

gh p z g p p ρρ+=?+=10 m h g p p g p gh p z 36.255.081.990010)4258(3

0101=+??-=+-=-+=?∴ρρρ

5. 如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为700mm 和600mm 。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知油与水的密度分别

为800 kg/m 3和1000 kg/m 3。

题4 附图

h 1

h 2 A

题5 附图

（1）计算玻璃管内水柱的高度；

（2）判断A 与B 、C 与D 点的压力是否相等。

解：（1）容器底部压力

gh p gh gh p p a a 水水油ρρρ+=++=21 m h h h h h 16.16.07.010*********=+?=+=+=∴水油水水油ρρρρρ

（2）B A p p ≠ D C p p =

6．水平管道中两点间连接一U 形压差计，指示液为汞。已知压差计的读数为30mm ，试分别计算管内流体为（1）水；（2）压力为、温度为20℃的空气时压力差。

解：（1）Pa Rg p 2.370881.903.0)100013600()(0=??-=-=?ρρ

（2）空气密度

3'/206.1)20273(31.81029103.101m kg RT pM =+????==-ρ Pa Rg p 1.400281.903.0)206.113600()('0'=??-=-=?ρρ

∵ 空气密度较小，∴

Rg p 0'ρ≈?

7．用一复式U 形压差计测量水流过管路中A 、B 两点的压力差。指示液为汞，两U 形管之间充满水，已知h 1=1.2m ，h 2=0.4m ，h 4=1.4m ，h 3=0.25m ，试计算A 、B 两点的压力差。

解：图中1、2为等压面，即

21p p =

11gh p p A ρ+= 1032gR p p ρ+= 1031gR p gh p A ρρ+=+∴ (1)

又 20365gR gh p p p B ρρ++== )(24543h h g p p p --==ρ )(24203h h g gR gh p B --++=ρρρ (2) 将(2)代入(1)中:

10242031)(gR h h g gR gh p gh p B A ρρρρρ+--++=+

B A AB p p p -=?∴

11024203)(gh gR h h g gR gh ρρρρρ-+--+=

)()(2104312R R g h h h h g ++-+-=ρρ

g R R ))((021ρρ-+=

81.9)100013600()25.04.14.12.1(?-?-+-=?∴AB p

kPa Pa 0.2417.241031≈=

题7 附图

6 2 4 3 1

8．根据附图所示的双液体U 管压差计的读数，计算设备中气体的压力，并注明是表压还是绝压。已知压差计中的两种指示液为油和水，其密度分别为920 kg/m 3和998 kg/m 3，压差计的读数R ＝300mm 。两扩大室的内径D 为60mm ，U 管的内径d 为6mm 。

解: 1. 2 为等压面, 21p p =

111gh p p ρ+=

[]g R g Z R h p p a 2112)(ρρ+?+-+=

g R g Z R h p gh p a 21111)(ρρρ+?+-+=+∴

g Z Rg p p a 112)(ρρρ?+-=- 又 2

244D Z d R ππ?= m R D d Z 003.03.0)606(222=?=?=?∴

81.9920003.0)920998(81.93.0??+-??=-∴a p p Pa 6.256= (表压)

9．为了排出煤气管中的少量积水，用附图

所示的水封装置，水由煤气管道中的垂直支管排

出。已知煤气压力为10kPa （表压），试求水封

管插入液面下的深度h 。

解: 煤气表压 gh p ρ= m g p h 02.181.910101033

=??==ρ

10．为测定贮罐中油品的贮存量，采用图1-8所示的远距离液位测量装置。已知贮罐为圆筒形，其直径为1.6m ，吹气管底部与贮罐底的距离为

0.3m ，油品的密度为850 kg/m 3。若测得U 形压差计读数R 为150mmHg ，试确定贮罐中油品的贮存量，分别以体积及质量表示。

解: 0ρρR h =

m R h 4.215.0850136000=?==∴ρρ

罐中总高度:

m Z h H 7.23.04.2=+=?+= 3

22426.57.26.1785.04m H D V =??=?=∴π

kg V m 4612850426.5=?=?=ρ

11．绝对压力为540kPa 、温度为30℃的空气，在φ108×4mm 的钢管内流动，流量为1500m 3/h （标准状况）。试求空气在管内的流速、质量流量和质量流速。

解: 标准状况下空气的密度:

题8 附图

1 2

h 1 题9 附图

3000/29.127331.8029.0103.101m kg RT M p =???==ρ

s kg h kg V /5375.0/193529.11500m :00s ==?==∴ρ质量流量

2222/47.68/2464971.0785.01935785.0G :m s kg m h kg d m s ?=?=?==质量流速

操作条件下密度:

3/22.6)30273(31.8029.010540m kg RT PM =+???==ρ ∴ 体积流速:

s m G u /1122.647.68===ρ

12．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。

解: (1) 大管: mm 476?φ

h kg V m s s /1647918319=?=?=ρ

s m d V u s /69.0068.0785.03600/9785.0221=?== s m kg u G ?=?==211/4.1263183169.0ρ

(2) 小管: mm 5.357?φ

质量流量不变 h kg m s /164792=

s m d V u s /27.105.0785.03600/9785.02222=?==

或: s m d d u u /27.1)5068(69.0)(222112===

s m kg u G ?=?=?=222/4.2325183127.1ρ

13．如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与

大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出

口高出的距离。

解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-

1’～ 2-2’间列柏努力方程:

f W u p

g Z u p g Z ∑+++=++222221112121ρρ 简化: g W u H f /)21(22∑+= 题13 附图 1

m 09.281.9)20121(=÷+?= 14．用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞口高位槽，如附图所示。输送量为0.1m 3/min ，输送管路为φ38×3mm 的无缝钢管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m ，且在压送过程中不变。设管路的总压头损失为3.5m （不包括出口），硫酸的密度为1830 kg/m 3，问酸蛋中应保持多大的压力

解: 以酸蛋中液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,且以1-1’面为基准,在1-1’～2-2’间列柏努力方程: ∑+++=++f h Z u g p Z u g g p 222212112121ρρ

简化:

∑++=f h Z u g g p 222121ρ

其中: s m d V u s /07.2032.0785.060/1.04222=?==π

代入: )21(2221∑++=f h Z u g g p ρ

)5.31007.281.921(81.918302++????= )(3.246表压a kP =

15．如附图所示，某鼓风机吸入管内径为200mm ，在喇叭形进口处测得U 形压差计读数R ＝15mm （指示液

为水），空气的密度为1.2 kg/m 3，忽略能量损失。试求管道内空气的流量。

解: 如图,在1-1’～ 2-2’间列柏努力方程:

f W u p

g Z u p g Z ∑+++=++222221112121ρρ 其中: 0,0)(,0,1121=∑=≈=f W p u Z Z 表

简化:

222210u p +=ρ 而: a o H P Rg p 15.147015.081.9100022-=??-=-=ρ

s m u u /66.152

.115.14721222==∴ 题14 附图题15 附图 2

第一章 流体流动与输送设备(习题及答案)

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