化工原理_第二版__上册课后习题答案[1]

化工原理_第二版__上册课后习题答案[1]

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1、14.本题附图所示的贮槽内径D=2m,槽底与内径d0为32mm的钢管相连,槽内无液体补充,其初始液面高度h1为2m(以管子中心线为基准)。液体在管内流动时的全部能量损失可按∑hf=20u2计算,式中的u为液体在管内的平均流速(m/s)。试求当槽内液面下降1m时所需的时间。解:由质量衡算方程,得(1)(2)(3)将式(2),(3)代入式(1)得即(4)在贮槽液面与管出口截面之间列机械能衡算方程即或写成(5)式(4)与式(5)联立,得即i.c.θ=0,h=h1=2m;θ=θ,h=1m积分得18.某液体以一定的质量流量在水平直圆管内作湍流流动。

2、若管长及液体物性不变,将管径减至原来的1/2,问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍?解:流体在水平光滑直圆管中作湍流流动时=或=/==(式中=2,=()2=4因此==32又由于=(=(=(2×=(0.5)0.25=0.84111故=32×0.84=26.9习题19附图19.用泵将2×104kg/h的溶液自反应器送至高位槽(见本题附图)。反应器液面上方保持25.9×103Pa的真空度,高位槽液面上方为大气压。管道为76mm×4mm的钢管,总长为35m,管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计(局部阻力系数为4)、五个标准弯头。反应器内液

3、面与管路出口的距离为17m。若泵的效率为0.7,求泵的轴功率。(已知溶液的密度为1073kg/m3,黏度为6.310-4Pas。管壁绝对粗糙度可取为0.3mm。)解:在反应器液面1-1,与管路出口内侧截面2-2,间列机械能衡算方程,以截面1-1,为基准水平面,得(1)式中z1=0,z2=17m,ub1≈0p1=-25.9×103Pa(表),p2=0(表)将以上数据代入式(1),并整理得=9.81×17+++=192.0+其中=(++)==1.656×105根据Re与e/d值,查得λ=0.03,并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为闸阀

4、(全开):0.43×2m=0.86m标准弯头:2.2×5m=11m故=(0.03×+0.5+4)=25.74J/kg于是泵的轴功率为===1.73kW11习题20附图20.如本题附图所示,贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100mm的钢质放水管相连,管路上装有一个闸阀,距管路入口端15m处安有以水银为指示液的U管压差计,其一臂与管道相连,另一臂通大气。压差计连接管内充满了水,测压点与管路出口端之间的直管长度为20m。(1)当闸阀关闭时,测得R=600mm、h=1500mm;当闸阀部分开启时,测得R=400mm、h=1400mm。摩擦系数

5、可取为0.025,管路入口处的局部阻力系数取为0.5。问每小时从管中流出多少水(m3)?(2)当闸阀全开时,U管压差计测压处的压力为多少Pa(表压)。(闸阀全开时Le/d≈15,摩擦系数仍可取0.025。)解:(1)闸阀部分开启时水的流量在贮槽水面1-1,与测压点处截面2-2,间列机械能衡算方程,并通过截面2-2,的中心作基准水平面,得(a)式中p1=0(表)ub2=0,z2=0z1可通过闸阀全关时的数据求取。当闸阀全关时,水静止不动,根据流体静力学基本方程知(b)式中h=1.5m,R=0.6m将已知数据代入式(b)得将以上各值代入式(a

6、),即9.81×6.66=++2.13ub2解得水的流量为(2)闸阀全开时测压点处的压力在截面1-1,与管路出口内侧截面3-3,间列机械能衡算方程,并通过管中心线作基准平面,得(c)式中z1=6.66m,z3=0,ub1=0,p1=p3=将以上数据代入式(c),即9.81×6.66=+4.81ub2解得再在截面1-1,与2-2,间列机械能衡算方程,基平面同前,得(d)式中z1=6.66m,z2=0,ub10,ub2=3.51m/s,p1=0(表压力)11将以上数值代入上式,则解得p2=3.30×104Pa(表压)21.10℃的水以500l

7、/min的流量流经一长为300m的水平管,管壁的绝对粗糙度为0.05mm。有6m的压头可供克服流动的摩擦阻力,试求管径的最小尺寸。解:由于是直径均一的水平圆管,故机械能衡算方程简化为上式两端同除以加速度g,得=/g=6m(题给)即==6×9.81J/kg=58.56J/kg(a)将ub代入式(a),并简化得(b)λ与Re及e/d有关,采用试差法,设λ=0.021代入式(b),求出d=0.0904m。下面验算所设的λ值是否正确:10℃水物性由附录查得ρ=1000kg/m3,μ=130.77×10-5Pa由e/d及Re,查得λ=0.021故习

8、题22附图22.如本题附图所示,自水塔将水送至车间,输送管路用mm的钢管,管路总长为190m(包括管件与阀门的当量长度,但不包括进、出口损失)。水塔内水面维持恒定,并高于出水口15m。设水温为

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