石油化学工程原理(上)t习题答案(第1章t流体流动)

石油化学工程原理(上)t习题答案(第1章t流体流动)内容摘要：

题答案 第 页 18 ? ? 2112 ????????????? 即： 12 ?? ? 由范宁公式： 22udlhf ?? 21121121122212 ????? u uuuhhff ???? 23．有一管壳式换热器，外壳内径为 300mm，内装有 60根管径为 ? 25 2mm 的光滑管组成的管束。 空气以 3000m3/h 的流量在管外平行流过，空气的平均温度为 30℃，换热器长度为 4m。 试估算空气通过换热器时的压力降。 解： 30℃空气的物性： mkg?? ， SPa ?? ?? smAVu 600 2 3 6 0 03 0 0 022??????? ?? mde 0 2 9 1 2 600 2 22 ????? ?????? ?? ?? 湍流 46 ???? ???? ?? ?ud e 以光滑管形式来确定λ： 02 ??? 则： kgJudh ef 402 22 ????? ?? 2 mNhP ff ???? ? OgPH ff 22 75 .91m m H=OmH 07 00 ???? ? 第一章 流体流动习题答案 第 页 19 24．用泵将密度为 820kg/m粘度为 80mPa s 的燃料油通过管径为 ? 89 的钢管输送到油罐。 管路的直管长度为 520m，管路上有 2 个全开闸阀， 6 个90○ 标准弯头，油从油罐的侧面进入。 当燃料油的流量为 ，整个管路的能量损失和压力降为多少 ? 解： smdVu 22 ??? ??? ?? 层流 1080 3 ??? ???? ?? ?du ???? 管件的阻力系数：入口 ?? ，出口 ?? ，全开闸阀 ?? ，90176。 标准弯头 ?? ???????? ? kgJ 91 .524= 22 ?????? ????????? ?? ? udh f ?? ? 24 mNhP ff ????? ? 25．如本题附图所示，粘度为 30mPas 、密度为 900kg/m3的液体自容器 A 流过内径为 40mm 的管路进入容器 B。 两容器均为敞口，其中液面恒定。 管路中有一阀门，阀前管长 50m，阀后管长 20m(均包括局部阻力的当量长度 )。 当阀门全关闭时，阀前、阀后的压力表上读数分别为 88kPa 和 44kPa。 现将阀门开至 1/4 开度，此时阀门的当量长度为 30m，试求； (1)管路的流量； (2)阀前、阀后压力表上的读数如何变化，为什么 ? 第一章 流体流动习题答案 第 页 20 解： 阀门全关时，可由静力学方程计算两槽液位高度： A槽： mgphghp 108831111 ??????? ?? B槽： mgphghp 104432222 ??????? ?? ⑴ 取 0－ 0为基准水平面，在两槽液面间列柏努利方程： ??????? fBBBAAA hupgzupgz 22 22 ?? 代入数据： 2u?????????? ? 整理，得： ?u? 假设 ： ?? ， 解得： u=校核： 202020681030 3 ??? ???? ?? ?du 层流 ??? 设流动为层流，则有： 2 ?udu?? 第一章 流体流动习题答案 第 页 21 代入数据： 1030 64 23?????uu 解得： u=验证流型： 20208821030 3 ??? ???? ?? ?du 层流 ?假设正确 u=流量： hmsmuAVh 3332 )/( ??????? ?? ⑵ 打开阀门后：由 A向 1液面列柏努利方程得： ??????? 121112 22 fAAA hupgzupgz ?? 其中： zA=h1， pA＝ 0， uA=0 z1=0 则： ? ????112111 2 ghhughp f ???? ? 阀前压力表读数变小。 代入数据可得： kPap 39。 1 ? 由 2向 B液面列柏努利方程得： ???????222222 22 fBBB hupgzupgz ?? 其中： z2=0 zB=h2， pB=0， uB=0 2 22222 uhghp f ??? ???? ? 通常 222u? 很小，可忽略。 则： p2变大。 代入数据得： kPap 39。 2 ? 26．如本题附图所示 ，为一内径为 4m、高度为 的敞口高位槽经管径为? 60 的管路供水系统，总管长 (包括局部阻力的当量长度 )为 80m，管壁绝对粗糙度 ? =，即相对粗糙度 ? /d＝ ＝。 水的温度为20℃。 试求 (计算中忽略动能项 )： (1)当维持高位槽内水面恒定时，水的流量为多少； 第一章 流体流动习题答案 第 页 22 (2)如欲使水的流量提高 1倍，问应该增大管径还是增加高位槽高度呢。 经 过利弊分析，并选定方案进行具体计算 (设管壁相对粗糙度仍取 )； (3)如果停止给高位槽补充水，高位槽内的水能维持多长的供水时间 (h)。 解： ⑴ 查得： 20℃ 时水的粘度 μ=10 3Pas ，密度 ρ ＝ 自高位槽液面至出口列柏努利方程，以地面为基准水平面。 ??????? fhupgzupgz 22 22222111 ?? 其中： z1=10m， p1=0， u1=0 z2=2m， p2=0， u2=0 ? ?? ???? 222 802 uuud llh ef ??? 代入柏努利方程可 得： ? ?? ?? gzzh f 21 即： ? ? 5 4 2 ????u? ?? u? 设流动状态为湍流，并设 ?? 可得 smu ? 55?????????????? smu hmuAVsmu h 32 ????????? ⑵ 要使流量增大一倍，对两种方法进行比较：如要提高高位槽高度，有可第一章 流体流动习题答案 第 页 23 能高度非常高而使设备的建设非常不易；而如果增加管 径则建设改造相对容易一些，因此选择增加管径比较合适。 流量增加后： ???? 39。 在水面与出口列柏努利方程： ???????fhupgzupgz 2222222111 ?? 其中： z1=10m， p1=0， u1=0 z2=2m， p2=0， u2=0 ? ? ? ? ? ?? ??????? 2239。 539。 239。 239。 39。 239。 39。 822 ???? Vd llAVd llud llh eeef ??? ?? ?? ? 39。 39。 39。 39。 39。 4Re dVud 注：如提高高位槽高度，则由于 d不变， smuu 39。 ???? 539。 39。 ???? ? ?du 查得： ?? 在水面与出口列柏努利方程： ???????fhupgzupgz 2222222111 ?? 其中： z1=h， p1=0， u1=0 z2=2m， p2=0， u2=0 ? ? ? ?? ????????? hhud hllh ef 2239。 ? 代入柏努利方程得： ? ?hh ???? mh ?? ⑶ 自高位槽液面至流体出口列柏努利方程： ??????? fhupgzupgz 22 22222111 ?? 其中： z1=h， p1=0， u1=0； z2=2m， p2=0， u2=0； ? ?? ?? 22udllh ef ?， 设 λ不变，则： 第一章 流体流动习题答案 第 页 24 ? ???? 22 uuh f 代入柏努利方程可得： ? ? ugh ?? ? ? ????? hhu 设在 dt 时间内液面下降 dh，则由物料衡算： udtddhD 22 4141 ?? ?? 即： dthdh 22 ???????? 整理得： dthdh ????? 积分得： ?? ???? t dthdh hst 4 ???? 27．用泵将 20℃ 的液体苯从贮罐输送到反应器，经过排管，直管长度为 42m，管路上有 2个 90○ 标准弯头， 1个半开的闸阀，管路出口在贮罐内液面以上 12m。 贮罐与大气相通，反应器在 (表压 )下操作。 苯的流量为 30L/min，试设计管径，并计算泵的有效功率 Ne。 解： 20℃ 时苯的密度为 ρ ＝ 870kg/m3，粘度 μ=10 － 3 Pas 设流速为 ，则： muVd 0 1 60 ?????? 选用 25 的无缝钢管。 实际流速为：smAVu 41 602????? 查得： 90176。 标准弯头 ξ ＝ ，半开闸阀 ξ ＝ ， 自储槽液面至管路出第一章 流体流动习题答案 第 页 25 口列柏努利方程： ????????fe hupgzwupgz 2222222111 ?? 其中： z1=0， p1=0， u1=0 z2=12m， p2=， u2=0 43 ??? ???? ?? ?du ε 取 ，则： 0 07 ??d? ， 查得： λ ＝ kgJudlh f 22 ???????? ??????????? ??? ? ? ?? 代入上式得： ? ????????? kgJhpgzwfe 622 ? WVwN ee 34 787 8 ????? ?。