第一章 流体流动 一 基本概念 1、连续性方程
2、液体和气体混合物密度求取
3、离心泵特性曲线的测定 二、核心公式
第一章、流体流动与流体输送机械
(1)流体静力学基本方程 (例1-9)
U 型管压差计
(2)柏努利方程的应用(例1-14) (3)范宁公式
(4)离心泵的安装高度(例2-5) 三.问答题
1.
(7分)离心泵的特性曲线是如何测定的?其特性曲线主要由哪几条曲线构成?
答:离心泵的特性曲线是在一定转速和常压的清水为工质做实验测得的.主要曲线有:H-Q,N-Q,η-Q 三条曲线,在曲线中要注明泵型号、转速. 2. (8分)试说明层流和湍流的主要区别。
答:1.质点的运动运动方式不同,层流只有轴向的运动,没有径向的脉动,而湍流质点是杂乱无章的运动,两个方向的运动都存在. 2. 流体流动速度分布不同:层流为抛物线形式,而湍流则是严格的抛物线,它的速度分布线前端基本是平直的. 3.运动的受力情况不同:层流主要是内摩擦力,服从牛顿粘性定律,而湍流由湍流应力和内摩擦力共同作用,可以仿造牛顿粘性定律写为:dy
du )
e (+ν=τ 3. 离心泵启动前,为什么要先灌满水?与离心泵安装高度有关的性能指标有那些? 4.选择输送管路的管径时,从技术经济角度应考虑那些因素?如何选择?
5.离心泵的实验中,泵启动前与关闭时注意什么问题,为什么?流量调节采用什么方法,其优缺点各是什么? 6. 搞清楚离心泵的扬程与升扬高度、允许吸上高度和安装高度各组概念的区别和联系。(6分)
(1)扬程又称压头,是泵对1N 液体所提供的有效能J/N ;而升扬高度指泵上、下游两液面的垂直高度,它只是扬程中位能差一项。 (2)允许吸上高度Hg 是指上游贮槽液面与泵吸入口之间允许达到的最大垂直距离。 为保证泵的正常可靠运行,泵的实际安装高度要比Hg 再降低(0.5~1.0)m 。 7.什么是汽蚀余量?
答:为了防止离心泵汽蚀现象的发生,在离心泵的入口处液体的静压头与动压头之和(
g
u g p 22
1
1+ρ)必须大于操作温度下液体的饱和蒸汽压头
(
g
p v ρ)某一最小值,此最小值即为离心泵的允许汽蚀余量,即g
p g u g p NSPH v ρρ-+=
22
1
1 (NSPH 为离心泵的允许汽蚀余量)
8.何谓气缚现象?如何防止?
答:离心泵只能空转而不能输送液体的现象。离心泵启动前应灌满液体。 12. 什么是“气缚”现象?什么是“气蚀”现象?
13. 什么是离心泵的工作点?如何调节离心泵的工作点? 四.计算题
1、本题附图中所示的高位槽液面维持恒定,管路中ab 和cd 两段的长度、直径及粗糙度均相同。某液体以一定流量流过管路,液体在流动过程中温度可视为不变。问:(1)液体通过ab 和cd 两管段的能量损失是否相等?
(2)此两管段的压强差是否相等?并写出它们的表达式;
(3)两U 管压差计的指示液相同,压差计的读数是否相等?(10分)
解:(1)由2
u d L h 2
f ∑=λ
,管路相同,则d,u 相同,L 相同,
)d /,Re (f ελ= ,λ相同,
∑∑=fcd ab
f h h
流体过ab 和cd 两段的能量损失相同. (3分)
(2)ab 段:
∑+++=+
+
fab 2
b b b 2a a
a h u 2
1p gz u 21p gz ρρ
b a u u =
∑?-=-?z g h )
p p (fab b a ρ
(1)
Cd 段;
∑+++=+
+
fcd 2
d d d 2c c
c h u 21p gz u 21p gz ρρ
∑=-?fcd d c h )
p p (ρ
(2)由(1)(2),压强差不相等.
(3)ab 间压差:
gh gR gR p p 110b a ρρρ--=-
(1)与(3)
gh gR gR gh h 110fab ρρρρρ--=-∑
h z =? )(gR h 01fab ρρρ-=∑ (5)
Cd 间压差:
220d c gR gR p p ρρ-=- (4)
(2)与(4)
∑=-f c d 220h gR gR ρρρ
所以,
)(gR h 02fcd ρρρ-=∑ (6)
由(5)(6),
21R R = 压差计读数相同.
2、(20分) 在管路系统中装有离心泵,如图。管路的管径均为80mm ,吸入管直管长度为6m ,压出管直管长度为13m ,两段管路的摩擦系数均为0.03,
压出管装有阀门,其阻力系数为ζ=6.4,管路两端水面高度差为10m,泵进口高于水面2m ,管内流量为0.012m 3
/s 。试求:
(1) 泵的扬程? (2) 泵进口处断面上的压强为多少?
(标准弯头的局部阻力系数ζ=0.75,入口的局部阻力系数ζ=0.5,大气压强为760mm,高位槽液面维持不变) (1)选截面1-1’、2-2’如图,以1-1’面为基准
z 1=0 u 1=0 p 1=0(表压) z 2=10m u 2=0 p 2=0(表压)
列柏努利方程
f H g
p g u z He g p g u z +++=+++ρρ2212121122
即 H e =10+H f
而
??? ??++?
????
?
??=??? ??+=∑∑ζλπζλd l l g d V d l g u H s f 出
入21422
22
=
m
184.6375.015.006.013603.081.92106.0414.3012.02
2=??? ?
?+?++++?????????
?? ∴ H e =10+18=28m
(2)取3-3’截面 z 3=2m, u 3=u=
s m d V s
/25.44
2
=π
在1-1’,3-3’间列柏努利方程
0=
2
223
2333
u d u gz p ??? ??++++入入ζλλρ
∴]2
2[2
3
233
3u d u gz p ??? ??+++=入入ζλλ =?????
????? ??++?++?-225.45.075.006.0603.0225.4281.9100022 =-62970Pa(表压)
绝对压强 P 3’=P 3+P 0=-62970+1.0133x105=38360Pa
3 在图示管路中装有离心泵,吸入管直径d 1=80mm ,长L 1=6m,阻力系数λ1=0.02,压出管直径d 2=60mm ,长L 2=13m ,阻力系数 λ2 =0.03 。在管路
A 、
B 、E 、F 、G 处的局部阻力系数分别为ζA =0.5, ζB =0.75, ζE =6.4, ζF =0.75, ζG =1,管路两端水面高度差H=10m ,泵进口高于水面2m ,管内流量为12?10-3m 3/s ,试求:
i. 每千克流体需从离心泵获得多少机械能? ii. 泵进、出口断面的压强P C 和P D 各为多少?
解:(1)s m u /39.208
.010124d Q 42
3
21=???==-ππ吸 s m u u /24.406.039
.208.0d d 222
21=?==吸
压 在1-1'和2-2'之间
21,1221221
2)(2-∑+-+-+-=
f e h z z
g u u p p w ρ
因
01
2=-ρ
p p ,
02
2
122≈-u u
kg J gH z z g /1.981081.9)(12=?==-
kg
J u d l
u d l h G F E B A f /5.1392
24.4)175.04.606.01303.0(239.2)75.05.008.0602.0(2
)(2)(2
22
22221112
1,=?
+++?+?++?=++++++=∑-压
吸ζζζλζζλ
所以
kg J w e /6.2375.1391.98=+= (10分)
(2)在1-1'和C -C '之间
kg J h u gz p p c
f c a
c
/71239.2)75.05.008.0602.0(239.2281.9100010013.12
2251,2=?
++?--?-?=∑--
-=
-吸
ρ
ρ
Pa p c 4101.7?=
在断面D -D '和2-2'之间
J/kg
5.3022
24.4)1175.04.606.01303.0(100010013.188.92
)(2
522
,2=?
-+++?+?+?=-++
-=-压u h p z z g p D f a
D D
ρ
ρ
Pa p D 51002.3?= (10分)
4 如本题附图所示。每小时有12×104
Kg 水在倾斜放置的变径管内从下向上作定态流动。已知细管内径d 1
mm ,粗管内径d 2=240mm , 图中2—2’面比1—1’面高H 2=300 mm ,1—1’面与2—2差计相连,其上指示剂读数R=20 mm ,求2—2’面与1—1’面间的摩擦阻力。
注:水密度:1000 Kg/ m 3
,指示剂密度:13600 Kg/ m 3
,g=9.81m/s 2
在1-2截面间列柏努利方程:
22
1
122
12,1222
f p u p u gz gz h ρρ-++=+++∑ ① 12
114 4.25/s s W W u m s A d ρρπ=
== ,2
1212
()0.737/d u u m s d ==, 120.3Z Z m -=-
对u 型管压差计,mn 面为等压面,
m n p p =,即
11221()p gH p g H H R gR ρρρ+=++-+汞
122()10009.810.3(136001000)9.810.025415p p gH gR pa ρρρ-=+-=??+-??=汞
由①式得
22
121
2
,12
12()2f u u p p h
g z z ρ
---=-++∑
代入数值得
22,12
4.250.7375415
0.39.8111.2/21000
f h
J kg --=-?++=∑
5.用泵将贮液池中常温下的水送到吸收塔顶,贮液池水面维持恒定,各部分相对位置如图所示。输水管直径为76×3mm ,排水管出口喷头连接处的压强为6.15×104Pa (表压),送水量为34.5m 3/h ,水流经全部管道(不包括喷头)的能量损失为160J/Kg ,泵效率为75%,求①泵的有效功率②轴功率. 注:水密度:1000 Kg/ m 3
, g=9.81m/s 2
1.取水槽液面为1-1’截面,喷头连接处为2-2’截面,水槽液面为基准面 在1-2截面间列柏努利方程:
21,2
2
22211
12
2-∑+++=+++f e h u p gz w u p gz ρρ ①
10,
u =
,
01=z
224226z m
=+= ,
10a
p P =(表压),
42 6.1510a
p P =?(表压),
,12160/f h J kg -∑=
22
2434.5
2.49/36000.07
4
s V u m s d π
π=
==?? 由 ① 式,得
2221
2121,12()2
e f p p u u w g z z h ρ
---=-+
++∑
42
6.1510 2.499.8126160479.7/10002
e w J kg ?=?+++=
34.5
479.71000 4.63600
Ne We Ws We Vs KW ρ=?=??=??
=
2.
4.6 6.130.75
e e N N N kw N ηη=
?=== 6.(10分)用3B33型水泵从一敞口水槽中将水送到它处,槽内液面维持恒定。输水量为50.4m 3/h ,吸入管路阻力为1.2m ,吸入管内径为80mm ,
求该泵在输送65℃水时的安装位置。已知3B33型水泵的允许吸上真空度为3m ,泵工作地点的Ha 约为10m ,65℃水的饱和蒸汽压Pv=2.554×104
Pa ,密度为980.5 Kg/ m 3
,允许吸上真空度校正公式为:Hs=[Hs ’+(Ha-10)-(Pv/(9.81×103
)-0.24)] ×1000/ρ
解:
'
343
1000
[(10)(
0.24)]9.81102.554101000
[31010(0.24)]0.659.8110980.5
v s S a p H H H m ρ
=+---?
??=+---?=? (3分)
2
2
50.4 2.79/36000.084
4
s
V u m s d π
π=
==?
? (2分)
22
,01 2.790.65 1.20.95229.81
g s f u H H H m g -=--=--=-? (3分)
所以泵的安装位置应比水槽液面至少低0.95m 。 (2分)
7.如本题附图所示。每小时有12×104
Kg 水在倾斜放置的变径管内从下向上作定态流动。已知细管内径d 1=100 mm ,粗管内径d 2=240mm , 图中2—
2’面比1—1’面高H 2=300 mm ,1—1’面与2—2’面间有软管与水银压差计相连,其上指示剂读数为R ,2—2’面与1—1’面间的摩擦阻力为11.2J/Kg ,求R 。
注:水密度:1000 Kg/ m 3
,指示剂密度:13600 Kg/ m 3
,g=9.81m/s 2
1.在1-2截面间列柏努利方程:
221
122
12,1222
f p u p u gz gz h ρρ-++=+++∑ ①
12
114 4.25/s s W W u m s A d ρρπ=
== ,21212
()0.737/d
u u m s d ==
代入①式得
2
222
12
2121,120.737 4.246()9.810.311.2 5.4/22
f p p u u
g z z
h J kg ρ
----=-++=?++=∑
对u 型管压差计,mn 面为等压面,
m n p p =,即
11221()p gH p g H H R gR ρρρ+=++-+汞
12
21000
(
)(5.49.810.3)0.02()(136001000)9.81
p p R gH m g
ρ
ρ
ρρ-=-?
=-??
=--?汞
即R=20mm
8.用离心泵将密度为1200kg/m 3
的液体由敞口贮槽A 送至高位槽B 。已知离心泵吸入管路上各种阻力之和∑h f,a =10 J/kg 、输出管路上各种阻力之和∑h f,b =30 J/kg 。两槽液面维持恒定,其间垂直距离为20m,每小时液体的输送量为30m 3
。若离心泵效率为0.65,试求:
(3) 泵的扬程为多少? (4) 求泵的轴功率为多少?
1.(1)选截面1-1’、2-2’如图,以1-1’面为基准面
z 1=0 u 1=0 p 1=0(表压) z 2=20m u 2=0 p 2=0(表压)
列柏努利方程
f H g
p
g u z He g p g u z +++=+++ρρ2212121122
2
103020
24.1[]9.81
e f f a f b H Z H Z H H mH O +=?+=?++==+=∑∑∑
24.19.81120030
3634 3.6340.653600
e
e s
e s N W W H g W N W kW η
η
η???=
=
=
===?
五、计算题(20分)
如本题附图所示的输水系统,管路直径为Φ80×
入管路的能量损失为6 J/Kg ,排出管的压头损失为吸入管轴线到U 型管汞面的垂直距离为h=0.5m 取1000kg/m 3。试计算: 1、泵的升扬高度Z 与扬程; 2、泵的轴功率(η=70%) 3、泵吸入口压差计读数R 。
五.解: (20分)1 以0-0,1-1 列柏努利方程式:
-+++=++
+
1f0111200
0h u 2
p gz We u 21p gz ρρ
式中: Z 0=0 , Z 1=Z, P 0=P 1, U 0=U 1
∴
We=gz+6+0.8= 6.8+ gz (1) (4分)
以0-0,2-2 列柏努利方程式:
∑-+++=++
+
2f02
222200
0h u 2
1p gz We u 21p gz ρρ
式中: Z 0=0 , U 0=0
6u 2
110245p 5g We p 2
23
00
++
?++
=+ρ
ρ
∴
6
u 2
12455g We 2
2+?++=
(2) (4分)
φ80×2mm ,
3600
36u d 41h /36m V 23=
?==π m 3
/s ∴
s /2m .2u = 代入(2)式:
Kg /47J .30262.22
1
2455g We 2=+?++=
代入(1)式:
Zg 8.647.302+= Z=30.14 m
∴
m g 83.3081
.947
.302We He ===
(4分) 2.
KW g Q g
We
g
HQ Ne
N 3.4%
701000360036
47.302=??=
=
=
=
η
ρη
ρη
3. 以0-0,3-3 列柏努利方程式:
∑-+++=++
+
3f02
333200
0h u 2
1p gz We u 21p gz ρρ
式中: Z 0=0 ,
003P gR gh P =++ρρ
62.22
1
5.42000
++
--+
=ρ
ρρρ
gR
gh p g p
∴ 62.22
15.402
0+++-=ρρρgR gh g (4分)
由 h=0.5 m ∴ R=0.35 m
(4分)
9.某水泵在2900转/分转速下,测得流量为10m 3/h 。轴功率为1.05 KW ,泵的入口真空表读数为21.3 KPa ,出口压强表读数为170 KPa ,真空表与压强表垂直距离为0.3m 。试求该泵的有效功率及效率。吸入和排出管路的管径相同,水的密度取1000kg/m 3。
8m .1981
.910103.21101703.0g p p Z He 33
3211=??+?+=++=ρ (5分)
0.54KW 102
1000360010
19.8102
Q He Ne =??
=??=
ρ
(3分) 513.005
.154
.0N Ne ===
η (2分) 10.一套管换热器,内管与外管均为光滑管,直径分别为φ30×2.5mm 与φ56×3mm 。平均温度为40℃的水以10m 3/h 的流量流过套管环隙,水在40℃
时ρ=992kg/m 3
,μ=65.6×10-5
Pa ·s, λ=0.3164/Re 0.25计算: 1.环隙当量直径d e 、水流过套管环隙的Re 及λ。 2.水通过套管环隙每米管长的压降。 解:1.套管外管内径为d 1,内管外径为d 2
221231212()
0.050.034510()44
H d d d d m d d π
γπ----====?+ (2分)
40.02e H d m γ== (1分)
水流过环隙流通面积:
22
223212()(0.050.03) 1.26104
4
A d d m π
π
-=
-=
-=? (2分)
3
10
2.2/3600 1.2610u m s -=
=?? (1分)
45992 2.20.02
Re 6.651065.610
e ud ρμ-??=
==?? (2分) 0.2540.25
0.31640.3164
0.02Re (6.6510)λ=
==? (2分)
2.2
2
f l u p d ρλ
?=?
2
20.02992 2.2240020.022
f
a e p u p m l d λρ??=?=?=
(5分)
11.常压贮槽内盛有石油产品,密度为760Kg/m 3
,在贮存条件下的饱和蒸气压强为80*103
Pa ,现拟用65Y-60B 型油泵将油品以15m 3
/h 的流量送往表压为177*103
Pa 的设备内。贮槽液面维持恒定,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分别为1m 和4m 。试问泵是否合用。 65Y-60B 型油泵性能如下:流量: 19.8 m 3
/h 扬程38 m
效率55% 轴功率3.75 KW 允许气蚀余量2.6 m
解:
在贮槽液面1-1和输送管出口外侧截面2-2间列柏努利方程式,并以截面1-1为基准平面。 ∑+++=+++f
H g
u g p Z He g u g p Z 222
2
222
111ρρ (2分)
式中:Z 1=0 Z 2=5m u 1=u 2=0 p 1=0(表压) p 2=177*103Pa (表压)
H f =1+4=5m
3/760m kg =ρ (1分)
将已知数据代入上式中:m He
7.33581
.9*76010*17753
=++= (3分)
m H He 38=< (1分)
而
h m Qe /153=〈 Q=19.8m 3
/h (2分)
故: 65Y-60B 型油泵合用。 (1分)
一液面维持恒定的敞口高位水槽A ,其中的水流经喉径为14mm 的文丘里管,B 槽中盛有碱液(密度为1400Kg/m 3
),高度如图所示。输水管规格为φ57×3mm ,自A 至文丘里管M 处管路总长(包括所有局部阻力)为20m ,摩擦系数为0.025,试确定: 1. 当水流量为8m 3
/h 时,由A 至M 处阻力损失。 2. 文丘里管喉管M 处真空度为多少mmHg? 3. 碱槽中碱液被吸上的高度h? 三、(20分)
1.管内流速:s m d V u
S /09.1051
.0785.036008
785.022=?== (1分) 则
Kg J u d l l h
e AM
f /82.52
09.1051.020025.0222,=??=+=∑∑λ (4分)
2.以A 槽液面为1-1’截面,M 截面为2-2’截面,M 所在水平面为基准面,列BE.(2分)
∑-+++=++21,2
2
2222111
12
2f h u p gz u p gz ρρ (3分)
s m d V u m S /4.14014
.0785.036008785.02
22=?== (1分)
代入上式,得
mmHg
Pa h u gz p p f 7.23231020)82.52
4.14881.9(1000)2(2
21,22121==++?-?=++-=-∑-ρ (4分)
3.由静力学基本方程得:
a m p gh p =+ρ m g p p h m a 26.281
.9140031020
=?=
-=ρ (5分)
12.用IS65-50-160型离心泵由敞口容器输送液体,流量为21m 3/h ,允许汽蚀余量为2.5m 。离心泵吸入管的总阻力损失为0.847m ,当地大气压为1.013?105Pa ,若此泵安装在距离液面以上3m 的位置,此泵在输送20?C 的水(p v =2.33?103Pa ,ρ=1000kg/m 3)时,此安装高度是否合适?
解:吸入管阻力损失为
m H f 847.010,=∑-
允许安装高度为
53
0,01 1.01310 2.33100.847 2.5 6.7410009.8110009.81
v g f p p H H NPSH m g g ρρ-??=---=---=??∑
(5分)
m m 374.6>
所以,3m 的安装高度合适。 (5分)
13.在离心泵的性能参数的测定实验中,泵的吸入管内径为100mm ,20℃条件下,以清水为介质测得数据:流量15L/s ,测得在此流量下泵入口真空度为60kPa 时发生气蚀现象,试求气蚀余量(NPSH)C 和允许吸上真空度H S ’。 当地大气压为98.1kPa ,20℃水的饱和蒸汽压为2.238kPa 。
解:(1)气蚀余量(NPSH)C :流速
s /m 91.11
.0*14.310*15*4d Q 4u 2
3
211==π=- (2分)
由公式:g
2u g p p )
NPSH (2
1
v 1C
+
ρ-= (2分) kPa
1.38601.98p p p a 1=-=-=真空度 (2分)
m 84.381
.9*291.181.9*100010*)238.21.38()NPSH (2
3C =+-=
(2分)
iii.
允许吸上真空度H S ’
m 12.681
.9*100010*60g p p H 31a /
s ==ρ-=
(2分)
一、(20分,08考研)用离心泵将20℃水从水池送至敞口高位槽中,流程如附图所示。两槽液面高度差
为12 m ,输送管为Ф57×3.5 mm 的钢管,吸入管路总长为20 m ,压出管路总长为155 m (均包括所有局部阻力的当量长度)。管路摩擦系数取为0.02,水密度为1000 kg/m 3。操作条件下此离心泵的特性方程为H=60-7.91×106Q 2(单位:H -m ,Q -m 3/s ),泵的轴功率为0.49kW 。
试求:(1)管路中水的流量,m 3/h ;(2)泵效率;(3)泵入口处真空表的读数,kPa 。
一、
(20分05考研)如图所示,用泵将水从贮槽送至敞口高位槽,两槽液面均恒定不变,输送管路尺寸为φ83×3.5mm ,泵的进出口管道分别安装有真空表和压力表,真空表安装位置离贮槽的水面高度H 1为4.8m ,压力表安装位置离贮槽的水面高度为H 2为5m 。当输水量为36m 3
/h 时,进水管道全部阻力损失为1.96J/kg ,出水管道全部阻力损失为4.9J/kg (均包括局部阻力),压力表读数为2.452×105
Pa ,泵的效率为70%,水的密度ρ为1000kg/m 3
,试求: (1) 两槽液面的高度H 为多少?
(2) 泵所需要的实际功率为多少kW ? (3)
真空表的读数为多少kgf/cm 2
?
一、(20分,06考研)水槽中水经管道可以从C 、D 两支管同时放出,水槽液面维持恒定,AB 段管长为6m (忽略
AB 间所有的局部阻力),管内径为41mm 。BC 段长6m ,当阀门全开时该段局部阻力总和的当量长度为9m (包括出口阻力损失);BD 段长9m ,当阀门全开时该段局部阻力总和的当量长度为15m (包括出口阻力损失),BC 和BD 段管道内径均为25mm 。如图所示。试求:(1)当D 管阀门关闭而C 管阀门全开时的流量;(2)当C 、D 两管阀门都全开时各自的流量和总流量。设管内摩擦系数均可取0.03不变。其余数据见图。
二、(10分,06考研)在一管路系统中,用一台离心泵将密度为1000kg/m 3的清水从敞口地面水池输送到高位密封
储槽(其表压为9.81×104Pa ),两端液面的位差Δz=10m ,管路总长L=50m (包括所有局部阻力的当量长度),管内径均为40mm ,摩擦因数λ=0.02。试求:(1)该管路的特性曲线方程。(2)若离心泵的特性曲线方程为
222240Q H -=(式中,H 为压头,单位为m ;Q 为流量,单位为m 3
/min ),求该管路的输送量(单位为m 3
/min )。
一、(10分,07考研)如附图所示,利用虹吸管将池中的某一液体引出。两敞口容器水面的垂直距离H
为3m ,管段AB 长4m ,管段BC 长12m (两段长度皆包括局部阻力的当量长度),管路直径为30mm ,测得此时的直管阻力系数为0.024,操作状况下该液体的饱和蒸汽压为47.38 kPa ,密度为971.8 kg/m 3,黏度为35.65×10
-4
Pa ?s 。
试求:(1)管路中液体的流量;(2)若要保证管路中不发生汽化现象,则管路顶点的最大安装高度为多少?(3)由于某种原因高度差H 发生了变化,导致液体以1m/s 的流速在管内层流流动。如果流体物性保持不变,确定H 值的大小。
二、(20分,07考研)如附图所示,用泵将20℃河水打入洗涤塔中经喷嘴喷出,喷淋下来后流入废水池。
已知管道尺寸为Φ114×4mm ,流量为85m 3/h ,泵的吸入和压出管路总长分别为5m 和35m(包括管路中所有局部阻力的当量长度),管内摩擦因子λ=0.023,水从塔中流入废水池的摩擦损失为8 J/kg ,水的密度为1000 kg/m 3。
试求:(1)洗涤塔内的压强;(2)泵的有效功率;(3)若需将进入塔的河水流量增加20%,泵对单位质量流体所作的有效功及其它条件均不变,则洗涤塔顶喷嘴的高度应如何调整?
一、(20分,09考研)如附图所示,用离心泵将蓄水池中20℃的水(密度为1000kg/m 3,黏度为1.0×10-3Pa.s )送到敞口高位槽中。管路为Φ57?3.5mm 的光滑钢管,直管长度与所有局部阻
力当量长度之和为250m 。在管路的A 点处装有一U 形管压差计,管中指示液为汞(密度为13600kg/m 3),并且从蓄水池面到A 点的管长(包括所有局部阻力当量长度)为100m 。过渡流和湍流时的摩擦系数可近似用λ=0.3164/Re 0.25计算。管路中水的流量为7.42m 3/h 。 试求:(1)每公斤水通过泵所获得的净功;(2)A 点的压强;(3)U 形管压差计的读数R 。 一、(20分)
解:(1)(8分)以低位槽水面为1-1’截面,高位槽水面为2-2’截面,列柏努利方程:
()∑-+-+
-+
-=212
12
21
2122
f e h u u p p z z
g W ρ
(4分) 截面1-1’处:u
1=0,p 1=0(表压),z 1=0 截面2-2’处:u 2=0,p 2=0(表压),z 2=5m 为计算λ,需首先计算Re : Re=du ρ/μ
其中,d=57-3.5×2=50mm=0.05m
s m d V u s
/05.105.04
14.33600
/42.74
2
2
==
=
π
所以Re=0.05×1.05×1000/10-3=52500>4000, λ=0.3164/Re 0.25=0.3164/525000.25=0.021(2分)
88.572
05.105.0250021.02222
1==+=∑∑-u d l l h
e f λJ/kg
所以
93.10688.57581.9=+?=e W J/kg (2分)
(2)(6分)(2)在A 点和高位槽液面间列柏努利方程:
∑-+++=++22
2
2222
2fA A A
A h u p gz u p gz ρρ (2分)
因为z 2-z A =1.0m ,u A =1.05m/s ,u 2=0,p 2=0(表压),
73.342
05.105.010*******.02222
=-=+=∑∑-u d l l h
e fA λJ/kg (2分)
所以
75.4398873.34205.10.181.910002222
=???
? ??+-??=???? ??+-?=∑-fA A A h u z g p ρPa (表压)(2分) (3)(6分)根据静力学基本方程:
()gR p R h g p Hg o A ρρ+=++ (4分)
因为p A =4.40×104Pa ,ρ=1000kg/m 3,h=1.5m ,ρHg =13600kg/m 3,p o =0(表压),所以
()()44.401010009.81 1.5
0.4751360010009.81A Hg p gh R m g
ρρρ+?+??===-?- (2分)
二、(20分)
解:(1)(8分)从已知条件看,不能从冷热流体的热量衡算中求出t 2,可考虑联合热量衡算方程和传热速率方程来求取t 2。 联立冷流体的热量衡算方程和传热速率方程:
()m pc c t KS t t c W Q ?=-=12 (2分)
因
()()2
1122
1
21ln
ln t T t T t t t T t T t T t T t m ---=
-----=
?
所以
()2
11212ln
t T t T t t KS
t t c W pc c ---=-
整理上式得:
pc
c c W KS
t T t T =
--21ln
则
pc
c c
W KS
e t T t T =--2
1 (2分)
其中:
76.74520
2510001101.111
1114=+
?=+=
i o i o d d K αα W/(m 2
.℃)
S=πd o Ln=3.14×0.025×3×32=7.536m 2 W C C pc =12500/3600×4.18×103=14513.9W/℃ KS/(W c C pc )=745.8×7.536/14513.9=0.387 (2分)
第一章《流体力学》练习题 一、单选题 1.单位体积流体所具有的()称为流体的密度。 A 质量; B 粘度; C 位能; D 动能。 A 2.单位体积流体所具有的质量称为流体的()。 A 密度; B 粘度; C 位能; D 动能。 A 3.层流与湍流的本质区别是()。
A 湍流流速>层流流速; B 流道截面大的为湍流,截面小的为层流; C 层流的雷诺数<湍流的雷诺数; D 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。 D 4.气体是()的流体。 A 可移动; B 可压缩; C 可流动; D 可测量。 B 5.在静止的流体内,单位面积上所受的压力称为流体的()。 A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。
C 6.以绝对零压作起点计算的压力,称为()。 A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。 A 7.当被测流体的()大于外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。 A 真空度; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 D 8.当被测流体的绝对压力()外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。 A 大于; B 小于; C 等于; D 近似于。
A 9.()上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值,称为表压力。 A 压力表; B 真空表; C 高度表; D 速度表。 A 10.被测流体的()小于外界大气压力时,所用测压仪表称为真空表。 A 大气压; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 D 11. 流体在园管内流动时,管中心流速最大,若
为湍流时,平均流速与管中心的最大流速的关系为()。 A. Um=1/2Umax; B. Um=0.8Umax; C. Um=3/2Umax。 B 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A. 与指示液密度、液面高度有关,与U形管粗细无关; B. 与指示液密度、液面高度无关,与U形管粗细有关; C. 与指示液密度、液面高度无关,与U形管粗细无关。 A
天津大学专业课考研历年真题解析 ——826化工原理 主编:弘毅考研 编者:轶鸿大师 弘毅教育出品 https://www.wendangku.net/doc/cf6783366.html,
【资料说明】 《天津大学化工原理(826)专业历年真题》系天津大学优秀考研辅导团队集体编撰的“历年考研真题解析系列资料”之一。 历年真题是除了参考教材之外的最重要的一份资料,其实,这也是我们聚团队之力,编撰此资料的原因所在。历年真题除了能直接告诉我们历年考研试题中考了哪些内容、哪一年考试难、哪一年考试容易之外,还能告诉我们很多东西。 1.命题风格与试题难易 从历年天津大学化工原理(826)考研真题来看,化工原理考研试题有以下几个特点: ①天津大学化工原理的考研试题均来自于课本,但是这些试题并不拘泥于课本,有些题目还高于课本。其中的一些小题,也就是选择填空题以及实验题需要对基础知识有很好的掌握。当然部分基础题也有一定的难度,需要考生培养发散的思维方式,只靠记背是无法答题的。 ②天津大学化工原理的大型计算题的题型、考点均保持相同的风格不变。但是各年的考题难度有差异。例如,10年的传热题、11年的精馏题、12年的吸收题在当年来说都是相对较难的题目。那么14年的答题会是哪一个题目较难了? ③天津大学化工原理的考研试题,总体难度是不会太难,基本题型与大家考试非常熟悉。但是,据笔者在2013年的考研过程中,最后考分不高的最直接原因是时间不够。因此,这就需要考生加强计算能力,提高对知识点的认识熟悉度。 2.考试题型与分值 天津大学化工原理考研试题有明确的考试大纲,提出考试的重、难点。考试大纲给出了各章节的分值分配,并可以从历年真题中总结题型特点。这些信息有助于大家应付这场考试,希望大家好好把握。 3.重要的已考知识点 天津大学化工原理考试试卷中,很多考点会反复出现,甚至有些题目会重复考。一方面告诉大家这是重点,另一方面也可以帮助大家记忆重要知识点,灵活的掌握各种答题方法。比如08年的干燥题与09年的干燥题基本相同,只是改变了一个条件和一个数据,问题也相同。如此相近的两年出现如此相近的两题,这说明历年考研真题在考研专业课复习过程中的重要性。再如:05年实验题中的第(1)题,在09年实验题的第(3)题有些雷同,再有,笔者记得,在05年的实验题在13年的考研题中再次出现,笔者在做05年这一题时做错了,但是考前复习后,在13年考试中,这一题时得心应手。
第一章 流体流动 流体的重要性质 1.某气柜的容积为6 000 m 3,若气柜内的表压力为5.5 kPa ,温度为40 ℃。已知各组分气体的体积分数为:H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、CH 4 1%,大气压力为 101.3 kPa ,试计算气柜满载时各组分的质量。 解:气柜满载时各气体的总摩尔数 ()mol 4.246245mol 313 314.86000 0.10005.53.101t =???+== RT pV n 各组分的质量: kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =??=?=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =??=?=M n m kg 36.2206kg 284.246245%32%32CO t CO =??=?=M n m kg 44.758kg 444.246245%7%722CO t CO =??=?=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144CH t CH =??=?=M n m 2.若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起,试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。 解: ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m 33 122 1 1 21t m 157.0m 7106083060=??? ? ??+=+= +=ρρm m V V V 3 3t t m m kg 33.764m kg 157 .0120=== V m ρ 流体静力学 3.已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ,乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ,在甲地区的某真空设备上装有一个真空表,其读数为20 kPa 。若
化工原理试题库(上册) 第一章 流体流动 一、 选择题 1. 连续操作时,物料衡算通式中的过程积累量G A 为( A )。 A.零 B.正数 C.负数 D.任意值 2. 热量衡算中,物料的焓为相对值,通常规定( A )的焓为零。 A.0℃液体 B.0℃气体 C.100℃液体 D.100℃气体 3. 流体阻力的表现,下列阐述错误的是( D )。 A.阻力越大,静压强下降就越大 B.流体的粘度越大,阻力越大 C.流体的流动状况是产生流体阻力的根本原因 D.流体的内摩擦力在流体激烈流动时不存在 4. 压强的具有专门名称的国际单位是Pa ,用基本单位表示是( C )。 A.atm B.mmHg C.Kg/m.s 2 D.N/m 2 5. 水在直管中流动,现保持流量不变,增大管径,则流速( B )。 A.增大 B.减小 C.不变 D.无法判断 6. 对可压缩流体,满足( C )条件时,才能应用柏努力方程求解。 A.)%(20p p p 121式中压强采用表压表示<- B. )%(01p p p 1 21式中压强采用表压表示<- C.)%(20p p p 121式中压强采用绝压表示<- D. )%(01p p p 1 21式中压强采用绝压表示<- 7. 判断流体的流动类型用( C )准数。 A.欧拉 B.施伍德 C.雷诺 D.努塞尔特 8. 流体在圆形直管中滞流流动时的速度分布曲线为( B )。 A.直线 B.抛物线 C.双曲线 D.椭圆线 9. 增大流体的流量,则在孔板流量计的孔板前后形成的压强差( A )。 A.增大 B.减小 C.不变 D.无法判断 10. 流体在管内流动时的摩擦系数与( B )有关。 A.雷诺准数和绝对粗糙度 B. 雷诺准数和相对粗糙度 C.欧拉准数和绝对粗糙度 D. 欧拉准数和相对粗糙度 11. 测速管测量得到的速度是流体( C )速度。 A.在管壁处 B.在管中心 C.瞬时 D.平均 12. 在层流流动中,若流体的总流率不变,则规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的( C )倍。
流体流动 【当前章节】流体流动内部结构【当前难度】1 1、如下各物理量中,与压强有关的有几个(B )①压强不太高时气体的黏度; ②压强不太高时气体的运动黏度③压强不太高时气体的流速;④压强不太 高时气体的质量流速 A.1 B.2 C.3 D.4 2、流体在管内流动时,如下有几项会使层流内层增厚?(B )* ①流体黏度变小;②流体流速减小;③如为液体,升高其温度;④如为气体,升高其温度 A.1 B.2 C.3 D.4 3、如下关于定态流动和非定态流动的说法,正确的是(B ) A.定态流动时,流体内各处的流动参数()均相同 B.定态流动时,流体内各处的流动参数()均不随时间而变化 C.非定态流动时,流体内各处的流动参数都不相同 D.非定态流动时,流体流量随时间的推移而减小 4、管内流体流动时,如下哪一项不利于形成湍流(B ) A.增大管径 B.减小流体密度 C.增加流体流量 D.减小流体粘度 5、 针对圆管内的流体流动,关于层流与湍流的区别,如下表述中正确的是 (C )* A.剪应力沿径向分布的数学规律不同 B.湍流时不存在由于分子热运动而造成的动量传递,而层流时存在 C.同种流体在同样的速度梯度下,湍流剪应力大于层流 D.湍流时流体所有的质点都在脉动,而层流时流体所有质点都不脉动 6、某黏度为50mPa.s的流体在内径为60mm的圆管内做定态流动,管截面上的速度分布服从u=20y-200y*y。式中y为管截面上某一点至管壁的距离,m;u为
该点处流速,m/s。则管内最大剪应力为(A)* A.1.0Pa B.0.4Pa C.0.021 D.条件不足,无法计算 7、某流体在内径为60mm的圆管内做定态流动,管截面上的速度分布服从u=20y-200y*y。式中y为管截面上某一点至管壁的距离,m;u为该点处流速,m/s。则管内最大速度为(C) A.0.5m/s B.0.48m/s C.0.42m/s D.1.0m/s 8、当圆管内流动充分发展时,其边界层的厚度(B ) A.等于管子的内直径 B.等于管子的内半径 C.大于管子的内半径 D.大于管子的内直径 9、 在研究流体流动问题时,最小的考察对象通常是( A) A.流体的质点 B.流体的分子 C.液滴或气泡 D.流体层 10、流体的连续介质假定是指(D ) A.流体分子之间没有间隙 B.液流之中没有气泡,气流之中没有液滴 C.流体层之间没有间隙 D.流体质点之间没有间隙 11、理想气体状态方程中的压强是指气体的(B ) A.表压强 B.绝对压强 C.真空度 D.以上压强都可用于气体状态方程 12、以下哪项为基准的压强称为真空度(A ) A.当地大气压 B.标准大气压 C.绝对0压强 D.其他三个都不是
化工原理习题:第一部分 流体流动 一、填空 1.流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的 2 倍;如果只将管径增加一倍而流速不变,则阻力损失为原来的 1/4 倍。 2.离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 η-Q 和 N-Q 曲线,这些曲线表示在一定 转速 下,输送某种特定的液体时泵的性能。 3.处于同一水平面的液体,维持等压面的条件必须是 静止的 、 连通着的 、 同一种连续的液体 。流体在管内流动时,如要测取管截面上的流速分布,应选用 皮托 流量计测量。 4.牛顿粘性定律的表达式τ=μ,其应用条件是 牛顿型流体层(滞)流流体。 5.如果流体为理想流体且无外加功的情况下,写出: 单位质量流体的机械能衡算式为????常数=++=g p g u z E ρ22 ??????????????; 单位重量流体的机械能衡算式为????? 常数=++=p u gz E 22 ρρ????????????; 单位体积流体的机械能衡算式为?????? 常数=++=g p g u z E ρ22???????????; 6.有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为 z 1ρg+(u 12ρ/2)+p 1+W s ρ= z 2ρg+(u 22ρ/2)+p 2 +ρ∑h f ,各项单位为 Pa (N/m 2) 。 7.气体的粘度随温度升高而 增加 ,水的粘度随温度升高而 降低 。 8.流体在变径管中作稳定流动,在管径缩小的地方其静压能 减小 。 9.并联管路中各管段压强降 相等 ;管子长、直径小的管段通过的流量 小 。 10 在离心泵工作时,用于将动能转变为压能的部件是____泵壳__________。 11.测流体流量时,随流量增加孔板流量计两侧压差值将 增加 ,若改用转子流量计,随流量增加转子两侧压差值将 不变 。 12. 离心泵的轴封装置主要有两种: 填料密封 和 机械密封 。 13.若被输送的流体粘度增高,则离心泵的压头 降低,流量减小,效率降低,轴
第二章流体输送机械 流体输送机械:向流体作功以提高流体机械能的装置。?输送液体的机械通称为泵; 例如:离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵。 ?输送气体的机械按不同的工况分别称为: 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。
本章的目的: 结合化工生产的特点,讨论各种流体输送机械的操作原理、基本构造与性能,合理地选择其类型、决定规格、计算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等 ∑+++=+++f 2222e 2 11122h g u g p Z h g u g p Z ρρ
学习指导: ?学习目的: ?(1)熟悉各种流体输送机械的工作原理和基本结构; ?(2)掌握离心泵性能参数、特性曲线、工作点的计算及 学会离心泵的选用、安装、维护等; ?(3)了解各种流体输送机械的结构、特点及使用场合。 ?学习内容: ?(1)离心泵的基本方程、性能参数的影响因素及相似泵 的相似比;(2)离心泵安装高度的计算;(3)离心泵在管路系统中的工作点与流量调节;(4)风机的风量与风压,以及离心泵与风机的特性曲线的测定、绘制与应用。
?学习难点: ?(1)离心泵的结构特征和工作原理; ?(2)离心泵的气缚与气蚀性能,离心泵的安装高度; ?(3)离心泵在管路系统中的工作点与流量调节; ?(4)离心泵的组合操作。 ?学习方法: ?在教学过程中做到课堂授课和观看模型相结合,例题讲解 与练习相结合,质疑与习作讨论相结合。
2.1概述 ?2.1.1流体输送机械的作用 ?一、管路系统对流体输送机械的能量要求?——管路特性方程 在截面1-1′与2-2′间列柏 努利方程式,并以1-1′截面为 基准水平面,则液体流过管路 所需的压头为:
一、单选题 1.单位体积流体所具有的()称为流体的密度。 A A 质量; B 粘度; C 位能; D 动能。 2.单位体积流体所具有的质量称为流体的()。 A A 密度; B 粘度; C 位能; D 动能。 3.层流与湍流的本质区别是()。 D A 湍流流速>层流流速; B 流道截面大的为湍流,截面小的为层流; C 层流的雷诺数<湍流的雷诺数; D 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。4.气体是()的流体。 B A 可移动; B 可压缩; C 可流动; D 可测量。 5.在静止的流体内,单位面积上所受的压力称为流体的()。 C A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。 6.以绝对零压作起点计算的压力,称为()。 A A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。 7.当被测流体的()大于外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。D A 真空度; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 8.当被测流体的绝对压力()外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。 A A 大于; B 小于; C 等于; D 近似于。 9.()上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值,称为表压力。 A A 压力表; B 真空表; C 高度表; D 速度表。
10.被测流体的()小于外界大气压力时,所用测压仪表称为真空表。 D A 大气压; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 11. 流体在园管内流动时,管中心流速最大,若为湍流时,平均流速与管中心的 最大流速的关系为()。B A. Um=1/2Umax; B. Um=0.8Umax; C. Um=3/2Umax。 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A A. 与指示液密度、液面高度有关,与U形管粗细无关; B. 与指示液密度、液面高度无关,与U形管粗细有关; C. 与指示液密度、液面高度无关,与U形管粗细无关。 13.层流底层越薄( )。 C A. 近壁面速度梯度越小; B. 流动阻力越小; C. 流动阻力越大; D. 流体湍动程度越小。 14.双液体U形差压计要求指示液的密度差( ) C A. 大; B. 中等; C. 小; D. 越大越好。 15.转子流量计的主要特点是( )。 C A. 恒截面、恒压差; B. 变截面、变压差; C. 恒流速、恒压差; D. 变流速、恒压差。 16.层流与湍流的本质区别是:( )。 D A. 湍流流速>层流流速; B. 流道截面大的为湍流,截面小的为层流; C. 层流的雷诺数<湍流的雷诺数; D. 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。 17.圆直管内流动流体,湍流时雷诺准数是()。B A. Re ≤ 2000; B. Re ≥ 4000; C. Re = 2000~4000。 18.某离心泵入口处真空表的读数为200mmHg ,当地大气压为101kPa, 则泵
化工原理 一、考试的总体要求对于学术型考生,本考试涉及三大部分内容: (1)化工原理课程, (2)化工原理实验, (3)化工传递。 其中第一部分化工原理课程为必考内容(约占85%),第二部分化工原理实验和第三部分化工传递为选考内容(约占15%),即化工原理实验和化工传递为并列关系,考生可根据自己情况选择其中之一进行考试。 对于专业型考生,本考试涉及二大部分内容:(1)化工原理课程,(2)化工原理实验。均为必考内容,其中第一部分化工原理课程约占85%,第二部分化工原理实验约占15%。 要求考生全面掌握、理解、灵活运用教学大纲规定的基本内容。要求考生具有熟练的运算能力、分析问题和解决问题的能力。答题务必书写清晰,过程必须详细,应注明物理量的符号和单位,注意计算结果的有效数字。不在试卷上答题,解答一律写在专用答题纸上,并注意不要书写在答题范围之外。 二、考试的内容及比例 (一)【化工原理课程考试内容及比例】(125分) 1.流体流动(20分)流体静力学基本方程式;流体的流动现象(流体的黏性及黏度的概念、边界层的概念);流体在管内的流动(连续性方程、柏努利方程及应用);流体在管内的流动阻力(量纲分析、管内流动阻力的计算);管路计算(简单管路、并联管路、分支管路);流量测量(皮托管、孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计)。 2.流体输送设备(10分)离心泵(结构及工作原理、性能描述、选择、安装、操作及流量调节);其它化工用泵;气体输送和压缩设备(以离心通风机为主)。 3.非均相物系的分离(12分)重力沉降(基本概念及重力沉降设备-降尘室)、;离心沉降(基本概念及离心沉降设备-旋风分离器);过滤(基本概念、恒压过滤的计算、过滤设备)。 4.传热(20分)传热概述;热传导;对流传热分析及对流传热系数关联式(包括蒸汽冷凝及沸腾传热);传热过程分析及传热计算(热量衡算、传热速率计算、总传热系数计算);辐射传热的基本概念;换热器(分类,列管式换热器的类型、计算及设计问题)。 5.蒸馏(16分)两组分溶液的汽液平衡;精馏原理和流程;两组分连续精馏的计算。6.吸收(15分)气-液相平衡;传质机理与吸收速率;吸收塔的计算。 7.蒸馏和吸收塔设备(8分)塔板类型;板式塔的流体力学性能;填料的类型;填料塔的流体力学性能。 8.液-液萃取(9分)三元体系的液-液萃取相平衡与萃取操作原理;单级萃取过程的计算。 9.干燥(15分)湿空气的性质及湿度图;干燥过程的基本概念,干燥过程的计算(物料衡算、热量衡算);干燥过程中的平衡关系与速率关系。 (二)【化工原理实验考试内容及比例】(25分) 1.考试内容涉及以下几个实验单相流动阻力实验;离心泵的操作和性能测定实验;流量计性能测定实验;恒压过滤常数的测定实验;对流传热系数及其准数关联式常数的测定实验;精馏塔实验;吸收塔实验;萃取塔实验;洞道干燥速率曲线测定实验。 2.考试内容涉及以下几个方面实验目的和内容、实验原理、实验流程及装置、实验方法、实验数据处理方法、实验结果分析等几个方面。 (三)【化工传递考试内容及比例】(25分) 1.微分衡算方程的推导与简化连续性方程(单组分)的推导与简化;传热微分方程的推
大学课后习题解答 绪 论 1. 从基本单位换算入手,将下列物理量的单位换算为SI 单位。 (1)水的黏度μ= g/(cm ·s) (2)密度ρ= kgf ?s 2/m 4 (3)某物质的比热容C P = BTU/(lb ·℉) (4)传质系数K G = kmol/(m 2 ?h ?atm) (5)表面张力σ=74 dyn/cm (6)导热系数λ=1 kcal/(m ?h ?℃) 解:本题为物理量的单位换算。 (1)水的黏度 基本物理量的换算关系为 1 kg=1000 g ,1 m=100 cm 则 )s Pa 1056.8s m kg 1056.81m 100cm 1000g 1kg s cm g 00856.044??=??=? ? ? ????????????? ???=--μ (2)密度 基本物理量的换算关系为 1 kgf= N ,1 N=1 kg ?m/s 2 则 3 242m kg 13501N s m 1kg 1kgf N 81.9m s kgf 6.138=?? ??????????????????=ρ (3)从附录二查出有关基本物理量的换算关系为 1 BTU= kJ ,l b= kg o o 51F C 9 = 则 ()C kg kJ 005.1C 5F 10.4536kg 1lb 1BTU kJ 055.1F lb BTU 24.0??=?? ? ????????????????????????=p c (4)传质系数 基本物理量的换算关系为 1 h=3600 s ,1 atm= kPa 则 ()kPa s m kmol 10378.9101.33kPa 1atm 3600s h 1atm h m kmol 2.342 52G ???=? ? ??????????????????=-K (5)表面张力 基本物理量的换算关系为 1 dyn=1×10–5 N 1 m=100 cm 则 m N 104.71m 100cm 1dyn N 101cm dyn 742 5 --?=????? ??????????????=σ (6)导热系数 基本物理量的换算关系为 1 kcal=×103 J ,1 h=3600 s 则
第一章流体流动 一、单项选择题(每小题1分) 1.在SI单位制中,通用气体常数R的单位为( ) A. atm·cm / mol·K B. Pa·m /mol·K C. Kf·m / mol·K D. Ibf·ft / Ibmol·K 2.系统处于稳态指的是 ( ) A. 系统操作参数不随时间改变 B. 系统操作参数不随位置改变 C. 系统操作参数随位置改变,但不随时间改变 D. 系统操作参数随时间改变,但不随位置改变 3.下列流体中,认为密度随压力变化的是 ( ) A.甲烷 B.辛烷 C.甲苯 D. 水 4. 下列关于压力的表述中,正确的是 ( ) A. 绝对压强 = 大气压强 + 真空度 B. 绝对压强 = 大气压强 - 真空度 C. 绝对压强 = 大气压 - 表压强 D. 绝对压强 = 表压强 + 真空度 5.某系统的绝对压力为,若当地大气压为,则该系统的真空度为 ( ) A. 0.1MPa B. C. D. 6. 容器中装有某种液体,任取两点A,B,A点高度大于B点高度,则 ( ) A. p A > p B B. p A < p B C. p A = p B D. 当液面上方的压强改变时,液体内部压强不发生改变 7.在一水平变径管路中,在小管截面A和大管截面B连接一U型压差计,当流体流过该管时,压差计读数R值反映( )。 A.A、B两截面间的压强差; B.A、B两截面间的流动阻力; C.A、B两截面间动压头变化; D.突然扩大或缩小的局部阻力。 8. 使用U型管压差计测量较小压差时,为了准确读数,下列方法中正确的做法是() A. 选择较大密度的指示液 B. 选择较小密度的指示液 C. 使用与被测流体密度相近的指示液 D. 加大指示液与被测流体密度的差别 9.用一U型管压差计测定正辛烷在管中两点间的压强差,若两点间的压差较小,为了提高读数精度,你认为较好的指示剂为( ) A. 乙醇 B. 水 C. 汞 D. 甲苯 10.所谓理想流体,指的是() A. 分子间作用力为零的流体 B. 牛顿流体 C. 稳定的胶体 D. 气体 11.牛顿粘性定律适用于牛顿型流体,且流体应呈( )。 A.过渡型流动; B.湍流流动; C.层流流动; D.静止状态。12.有两种关于粘性的说法:( ) (1) 无论是静止的流体还是运动的流体都具有粘性。 (2) 粘性只有在流体运动时才会表现出来。 A.这两种说法都对 B.第一种说法对,第二种说法不对 C.这两种说法都不对 D.第二种说法对,第一种说法不对
化工原理 第一题(填空、选择) 1管径159*4.5,流体的运动黏度为9.0*10^5m^2/s,为了使流体处于层流状态,则最大流量为()。 2流体流动中,两并联管路,管长相等d1:d2=1:2,则两管路的流量V1:V2=( )。 3离心泵的特性曲线为H=A-Bqv^2,那么两个泵并联后,特性曲线变为()。 4在考虑到沉降过程中颗粒之间的干扰后,粒径较大的颗粒的沉降速度()自由沉降速度。 5已知沉降室的长、宽、高,空气的密度、黏度,可以沉降的最小颗粒的沉降速度为0.2m/s,则生产能力为()。 6换热器使用多管程的目的 7第I类物质,当温度降低时,原溶剂、萃取剂之间的互溶性(),界面处的分层面积(),溶质在萃取相中的浓度()。(增大、减小、不变、不确定) 8旋风分离器气体流量不变,温度升高,临界直径()。 9板间距减小,则漏液线()、液泛线()、夹带线()(上移、下移、不变、不确定)。 10恒速干燥阶段又叫()阶段,降速干燥阶段又叫()。 11通过筛板塔的压降包括()、()、()。 12精馏塔某两层塔板气液流相如图,互成相平衡的两流股为()、(),成操作平衡
的两流股分别为()、()和()、()。 13精馏塔保持进液组成XF、塔顶馏出液组成XD不变,当进料中气相分率变大时,q ()、最小回流比()。 14转子流量计通过的流量增大时,压差()。 第二题(流体流动) 从敞口水槽向敞口高位液槽输送流量,管径为 59*4.5,流量为8.5m^3/h,密度,黏度给出,全部管长(包括全部局部阻力)为85m,从水槽到压差计测压点管长为35m,(包括所有局部阻力),泵的效率为75% 提示:4000 第五章蒸馏 1.已知含苯0.5(摩尔分率)的苯-甲苯混合液,若外压为99kPa,试求该溶液的饱和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t(℃)80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解:利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B*,P A*,由于总压 P = 99kPa,则由x = (P-P B*)/(P A*-P B*)可得出液相组成,这样就可以得到一组绘平衡t-x图数据。 以t = 80.1℃为例x =(99-40)/(101.33-40)= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 0.5时,相应的温度为92℃ 2.正戊烷(C5H12)和正己烷(C6H14)的饱和蒸汽压数据列于本题附表,试求P = 1 3.3kPa下该溶液的平衡数据。 温度C5H12223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C6H14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解:根据附表数据得出相同温度下C5H12(A)和C6H14(B)的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例,当t = 248.2℃时P B* = 1.3kPa 查得P A*= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3 P A*(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 P B*(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据 平衡液相组成以260.6℃时为例 当t= 260.6℃时x = (P-P B*)/(P A*-P B*) 化工原理流体流动 一、填空题 1.一个生产工艺是由若干个__________ 和___________构成的。 2.各单元操作的操作原理及设备运算差不多上以__________、___________、___________、和___________四个概念为依据的。 3.常见的单位制有____________、_____________和_______________。 4.由于在计量各个物理量时采纳了不同的__________,因而产生了不同的单位制。 5.一个过程在一定条件下能否进行,以及进行到什么程度,只有通过__________来判定。 6.单位时刻内过程的变化率称为___________。 二咨询答题 7.什么是单元操作?要紧包括哪些差不多操作? 8.提高过程速率的途径是什么? 一填空题 1.单位体积流体的质量称为________,它与________互为倒数。 2.流体垂直作用于单位面积上的力,称为____________。 3.单位时刻内流经管道任一截面的流体量称为________,其表示方法有________和________两种。 4.当管中流体形成稳固流淌时,管中必定充满流体,即流体必定是_________的。 5.产生流体阻力的全然缘故是________;而___________是产生流体阻力的第二位缘故。另外,管壁粗糙度和管子的长度、直径均对流体阻力_______________。 6.流体在管道中的流淌状态可分为______ 和__________两种类型,二者在内部质点运动方式上的区不是_____________________________________。 7.判定液体内处于同一水平面上的各点压强是否相等的依据是_________、___________、________________。 8.流体若由低压头处流向高压头处时,所加入外加功的作用是______________________________。 9.在测量流体的流量时,随流量的增加孔板流量计两侧的压差将_______,若改用转子流量计,随流量增加转子两侧压差值________。 一、选择题 10.液体的密度随温度的升高而_________。 A 增大 B 减小 C 不变 D 不一定 第一章 流体流动 一 基本概念 1、连续性方程 2、液体和气体混合物密度求取 3、离心泵特性曲线的测定 二、核心公式 第一章、流体流动与流体输送机械 (1)流体静力学基本方程 (例1-9) U 型管压差计 (2)柏努利方程的应用(例1-14) (3)范宁公式 (4)离心泵的安装高度(例2-5) 三.问答题 1. (7分)离心泵的特性曲线是如何测定的?其特性曲线主要由哪几条曲线构成? 答:离心泵的特性曲线是在一定转速和常压的清水为工质做实验测得的.主要曲线有:H-Q,N-Q,η-Q 三条曲线,在曲线中要注明泵型号、转速. 2. (8分)试说明层流和湍流的主要区别。 答:1.质点的运动运动方式不同,层流只有轴向的运动,没有径向的脉动,而湍流质点是杂乱无章的运动,两个方向的运动都存在. 2. 流体流动速度分布不同:层流为抛物线形式,而湍流则是严格的抛物线,它的速度分布线前端基本是平直的. 3.运动的受力情况不同:层流主要是内摩擦力,服从牛顿粘性定律,而湍流由湍流应力和内摩擦力共同作用,可以仿造牛顿粘性定律写为:dy du ) e (+ν=τ 3. 离心泵启动前,为什么要先灌满水?与离心泵安装高度有关的性能指标有那些? 4.选择输送管路的管径时,从技术经济角度应考虑那些因素?如何选择? 5.离心泵的实验中,泵启动前与关闭时注意什么问题,为什么?流量调节采用什么方法,其优缺点各是什么? 6. 搞清楚离心泵的扬程与升扬高度、允许吸上高度和安装高度各组概念的区别和联系。(6 分) (1)扬程又称压头,是泵对1N 液体所提供的有效能J/N ;而升扬高度指泵上、下游两液面的垂直高度,它只是扬程中位能差一项。 (2)允许吸上高度Hg 是指上游贮槽液面与泵吸入口之间允许达到的最大垂直距离。 天津大学2003年化工原理考研试题 题号: 考试科目:化工原理(含实验)页数: 一、选择与填空(共30分) 1、如图所示的流动系统,当阀门c的开度增大时,流动系统的总摩擦阻力损失σhf将,ab管段的摩擦阻力损失σhf,ab将。(2分) 2、三只长度相等的并联管路,管径的比为1:2:3,若三只管路的流动摩擦系数均相等,则三只管路的体积流量之比为。(2分): 3 c、1: 24:39 d、1:4:9 a、1:2:3 b、1: 1题附图3题附图 3、如图所示的清水输送系统,两液面均为敞口容器。现用该系统输送密度为1200kg/m3的某溶液(溶液的其他性质与水相同),与输送清水相比,离心泵所提供的压头,轴功率。(2分) a、增大 b、减小 c、不变 d、不确定 4、如图所示为某流动系统的竖直圆管段部分,当清水的平均流速为50mm/s时(此时管内为层流),管轴心处的某刚性球形固体颗粒由a 截面到达b截面的时间为20s;当平均流速为30mm/s时,该固体颗粒在管轴心处由a截面到达b截面的时间为。(2分) 5、板框过滤机采用横穿洗涤法洗涤滤饼,其洗涤操作的特征是:洗液流经滤饼的厚度大约是过滤终点滤饼厚度的倍;洗液流通面积是过滤面积的倍。(2分) a、1 b、0.5 c、2 d、4 6、一维稳态温度场傅立叶定律的表达式为。(2分) 7、在传热计算中,平均温度差法往往用于计算,传热单元数法往往用于计算。(2分) a、设计型 b、核算型 c、设计型和核算型 8、操作中的精馏塔,若保持f、xf、q、r不变,减小w,则l/v ,l’ 。(2分) a、减小 b、不变 c、增大 d、不确定 9、在吸收操作中,以液相组成差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为。(2分) a、x*-x b、x-x* c、xi-x d、x-xi 第一页共三页 10、板式塔是接触式气液传质设备,操作时为连续相;填料塔是接触式气液传质设备,操作时为连续相。(4分) 11、若萃取相和萃余相在脱除溶剂后的组成均与原料液的组成相同,则所用萃取剂的选择性系数。(2分) a、小于1 b、大于1 c、不确定 d、等于1 12、多级错流萃取的特点是:、和。(3分) 13、常压湿空气由t1加热到t2,则空气的性质参数h2 h1、i2 i1、tw2 tw1。(3分) a、大于 b、不确定 c、小于 d、等于 二、采用如图所示的输送系统,将水池中的清水(密度为1000kg/m3)输送到密闭高位槽中。离心泵的特性方程为h=40-7.0×104q2(式 化工原理课后习题解答 (夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.) 第一章流体流动 1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地 区大气压强为 98.7×103 Pa。 解:由绝对压强 = 大气压强–真空度得到: 设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa =8.54×103 Pa 设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa 2.在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/?的油品,油面高于罐底 6.9 m,油面 上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔,其中心距罐底 800 mm,孔盖用 14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa , 问至少需要几个螺钉? 分析:罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应 力即 P油≤?螺 解:P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762 150.307×103 N ?螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×n P油≤?螺得 n ≥ 6.23 取 n min= 7 至少需要7个螺钉 3.某流化床反应器上装有两个U 型管压差计,如本题附 图所示。测得R1 = 400 mm , R2 = 50 mm,指示液为水 银。为防止水银蒸汽向空气中扩散,于右侧的U 型管与大气 连通的玻璃管内灌入一段水,其高度R3= 50 mm。试求A﹑B 两处的表压强。 分析:根据静力学基本原则,对于右边的U管压差计,a– a′为等压面,对于左边的压差计,b–b′为另一等压面,分 别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。 解:设空气的密度为ρg,其他数据如图所示 a–a′处 P A + ρg gh1 = ρ水gR3 + ρ水银ɡR2 由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 即:P A = 1.0 ×103×9.81×0.05 + 13.6×103×9.81×0.05 = 7.16×103 Pa b-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1 P B = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103 =6.05×103Pa 4. 本题附图为远距离测量控制装置,用以测 定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两 吹气管出口的距离H = 1m,U管压差计的指示 1、当不可压缩理想流体在水平放置的变径管路中作稳定的连续流动时,在管子直径缩小的地方,其静压力 C 。 (A)不变 (B)增大 (C)减小 (D)不确定 2、水在内径一定的圆管中稳定流动,若水的质量流量保持恒定,当水温升高时,Re 值将 B 。 (A)不变 (B)增大 (C)减小 (D)不确定 3、层流与湍流的本质区别是 D 。 (A)湍流流速大于层流流速; (C)层流的雷诺数小于湍流的雷诺数; (B)流动阻力大的为湍流; (D)层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。 4、某流体在圆形直管中作滞流流动时,其速度分布是 曲线,其管中心流速为平均流速的 倍。(抛物线,2倍) 5、清水在φ14×2mm 的圆形直管中以0.15m/s 的速度流动,圆管中的流体流动形态为 ;每流过25m 管道,流体的静压强降低 Pa 。(层流;1200) 6、某液体在圆形直管内作滞流流动。若管长及液体物性不变,而管径减至原有的一半,且仍然作滞流流动。问因流动阻力产生的能量损失为原来的多少倍? (16倍) 7、当地大气压为750mmHg 时,测得某体系的表压为100mmHg,则该体系的绝对压强为____mmHg,真空度为_______mmHg. (850;-100) 8、雷诺准数的表达式为________________。当密度ρ=1000kg.m-3,粘度μ=1[厘泊]的水,在内径为d=100[mm],以流速为1[m.s-1]在管中流动时,其雷诺准数等于__________,其流动类型为_____. (Re=d uρ/μ ; 105; 湍流) 判断 1、粘性是流体的物性之一,无论是有粘性。( ) 2、尽管粘性是流体的物性之一,但只有流动的流体才考虑粘性的影响,对静止的流体可不粘性的影响。( ) 3、U 型压差计测量的是两间静压强之间的差值。( ) 4、转子流量计工作时转子受到两个力的作用,一个是重力,另一个是浮力。( ) 5、孔板流量计工作时,流体在流过孔板前静压强差不变。( ) 6、转子流量计稳定工作时,流体作用在转子上下两截( ) 7、降低温度液体的粘度增加。( ) 解: 流动阻力2 2u d l p W f f λρ=?=设管径改变后 d 2=d 1/2, 则根据 u 1A 1 = u 2A 2 可得u 2 = 4u 1,滞流时 ρμλdu 64Re 64==ρ μ232d lu W f =()()16 24323232322112112222112,1 ,===ρμρμρμρμd u l d lu d lu d lu W W f f 天津大学研究生院2003年招收硕士生入学试题 题号: 考试科目:化工原理(含实验)页数: 一、选择与填空(共30分) 1、如图所示的流动系统,当阀门C的开度增大时,流动系统的总摩擦阻力损失Σhf将,AB管段的摩擦阻力损失Σhf,AB将。(2分) 2、三只长度相等的并联管路,管径的比为1:2:3,若三只管路的流动摩擦系数均相等,则三只管路的体积流量之比为。(2分) : 3 C、1: 24:39 D、1:4:9 A、1:2:3 B、1: 1题附图 3题附图 3、如图所示的清水输送系统,两液面均为敞口容器。现用该系统输送密度为1200kg/m3的某溶液(溶液的其他性质与水相同),与输送清水相比,离心泵所提供的压头,轴功率。(2分) A、增大 B、减小 C、不变 D、不确定 4、如图所示为某流动系统的竖直圆管段部分,当清水的平均流速为50mm/s时(此时管内为层流),管轴心处的某刚性球形固体颗粒由A 截面到达B截面的时间为20s;当平均流速为30mm/s时,该固体颗粒在管轴心处由A截面到达B截面的时间为。(2分) 5、板框过滤机采用横穿洗涤法洗涤滤饼,其洗涤操作的特征是:洗液流经滤饼的厚度大约是过滤终点滤饼厚度的倍;洗液流通面积是过滤面积的倍。(2分) A、1 B、0.5 C、2 D、4 6、一维稳态温度场傅立叶定律的表达式为。(2分) 7、在传热计算中,平均温度差法往往用于计算,传热单元数法往往用于计算。(2分) A、设计型 B、核算型 C、设计型和核算型 8、操作中的精馏塔,若保持F、xF、q、R不变,减小W,则L/V ,L’ 。(2分) A、减小 B、不变 C、增大 D、不确定 9、在吸收操作中,以液相组成差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为。(2分) A、X*-X B、X-X* C、Xi-X D、X-Xi 第一页共三页 10、板式塔是接触式气液传质设备,操作时为连续相;填料塔是接触式气液传质设备,操作时为连续相。(4分) 11、若萃取相和萃余相在脱除溶剂后的组成均与原料液的组成相同,则所用萃取剂的选择性系数。(2分) A、小于1 B、大于1 C、不确定 D、等于1 12、多级错流萃取的特点是:、和。(3分) 13、常压湿空气由t1加热到t2,则空气的性质参数H2 H1、I2 I1、tW2 tW1。(3分) A、大于 B、不确定 C、小于 D、等于 二、采用如图所示的输送系统,将水池中的清水(密度为 1000kg/m3)输送到密闭高位槽中。离心泵的特性方程为H=40-7.0×104Q2(式中H的单位为m,Q的单位为m3/s),当压力表的读数为100kPa时,输水量为10L/s,此时管内流动已进入阻力平方区。若管路及阀门开度不变,当压力表读数为80kPa时,试求: (1)管路的特性方程;(10分) (2)输水体积流量;(5分) (3)离心泵的有效功率。(5分) 三、过滤基本方程式为:)('dd12esVVvrpAV Δ=?μθ 式中 V——过滤体积,m3; θ——过滤时间,s; A——过滤面积,m2; Δp——过滤的压差,Pa;化工原理下(天津大学版)_习题答案
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