化工原理 考研习题
第一章 习题
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管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820kg/m3。试求当压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离h。
解：如图，设水层吹气管出口处为a，煤油层吹气管出口处为b，且煤油层吹气管到液气界面的高度为H1。则
H压缩空
pa?p1 pb?p2
pa??油g(H1?h)??水g(H?h)(表压)
pb??油gH1(表压)
U管压差计中，
p1?p2??HggR (忽略吹气管内的气柱压力)
pa?pb?p1?p2??gR
分别代入
pa与pb的表达式，整理可得：
?油gh??水g(H?h)??HggH
?水H??HgR1000?1.0?13600?0.068h???0.418m
?水??油1000?820根据计算结果可知：从压差计的读数可以确定相界面的位置。并可通过控制分相槽底部排水阀的开关情况，使油水两相界面仍维持在两管之间。
5. 用本题附图中串联U管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸汽压，U管压差计的指示液为水银，两U管间的连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距离分别为：h1=2.3 m、h2=1.2 m、h3=2.5 m及h4=1.4 m。锅中水面与基准面间的垂直距离h5=3 m。大气压强
pa=99.3×103 Pa。试求锅炉上方水蒸气的压强p。(分
pa
别以Pa和kgf/cm2来计量)。
解：如图所示标记等压面2，3，4，大气压记为
3 4 2
p2?pa?pHgg(h1?h2) (1) p3?p2??H2Og(h3?h2) (2) p4?p3??Hgg(h3?h4) (3) p0?p4??H2Og(h5?h4) (4)
将以上四式相加并代入已知量
pa?99.3?103Pa h1?2.3m h2?1.2m h3?2.5m
h4?1.4m h5?1.3m
p0?pa?(h1?h2?h3?h4)?Hgg?(h5?h4?h3?h2)?H2Og?99.3?103?(2.3?1.2?2.5?1.4)?13600?9.8?(3.0?1.4?2.5?1.2)?1000?9.8?3.645?104Pa?3.72kgf/cm2
6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强p。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为920 kg/m3及998 kg/m3，U管中油、水交界面高度差R=300 mm。两扩大室的内径D均为60 mm，U管内径d为6 mm。
当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。
解：可以知道当微差压差计的读数p?pa时，两扩大室液面相齐。那么当压力不同时，扩大室液面差?h与计算：
?D2?h??d2R
443 4 R的关系可用下式
2 当 R?300mm时，
?h?(d26)R?0.3?()2?0.003m D60根据静力学基本方程：
p?(?水??油)gR??油g?h
?(998?920)?9.81?0.3?920?9.81?0.0003
?257Pa(表压)
8. 高位槽内的水面高于地面8 m，水从?108mm?4mm的管道中流出，管路出口高于地面2 m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按?hf?6.5u2计算(不包括出口阻力损失)，其中u为水在管内的流速m/s。试计算： (l)
A?A'截面处水的流速；
(2) 水的流量，以m3/h计。
所示，那么z1A'B'解：(1) 取高位槽水面为上游截面1?1'，管路出口内侧为下游截面2?2'，如图
?8m,z2?2m (基准水平面为地面)
u1?0,p1?p2?0(表压)，
A?A'处的流速与管路出口处的流速相同，
uA?u2 (管径不变，密度相同)
在截面1?1'和2?2'间列柏努利方程方程，得
2u2??hf，其中 g?z?22h?6.5u ?fu2?6.5u2?9.81?(8?2) 解得 代入数据2(2) Vh?uA?2.9?u?uA?2.9m/s
2?4?33???(108?4?2)?10???3600?82m/h
10. 用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为?76mm?2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.06×103 Pa；水流经吸入管与排出管(不包括喷头)的能量损失可分别按
22h?10uh?2u与计算，由于管径不变，故式中u为吸?f,2?f,1入或排出管的流速m/s。排水管与喷头连接处的压强为98.07×103 Pa(表压)。试求泵的有效功率。
解：取水槽中水面所在的平面为截面1?1'，并定为基准水平面。泵入口真空表连接处垂直于管子的截面为2?2'。水洗塔出口处为截面3?3'，如图所示，那么有
z1?0
z2?1.5m z3?14m u1?0 u2?u3?u
p1?0(表压)
p2??24.66?103Pa(表压)
p3?98.07?103Pa(表压)
在截面1?1'和
p1??1000kg/m3
2?2'间列柏努利方程，得
2u12p2u2?gz1???gz2???hf,1 ?2?2?hf?2u2
代入以上数值解得u ws?uA??1.99??2m/s
3???(76?2.5?2)?10???1000?7.91kg/s再在截面1?1'2?4和3?3'间列柏努利方程，得
2p3u3u12?gz1??We??gz3???hf,1?2 ?2?2p1将以上数值代入，其中
?hf,1?2??hf,1??hf,2?12u2，解得
We?261.3J/kg
Ne?Wews?261.3?7.91?2.26kW
13. 用压缩空气将密度为1100 kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液面维持恒定。管路直径均为?60mm?3.5mm，其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为?hf,AB??hf,CD?u2，
2h?1.18u。两压差计中的指示液?f,BC均为水银。试求当R1=45 mm，h=200 mm时：(1) 压缩空气的压强p1为若干? (2) U管压差计读R2数为多少?
解：求解本题的关键为流体在管中的流速 (1)在B、C间列柏努利方程，得
22pCuCpBuB?gzB???gzC???hf,B?C ?2?2
pB?pC??g(zC?zB)??hf,B?C (1)
pB?pC?(?Hg??)gR1??g(zC?zB)
?3 ?(13600?1100)?9.81?45?10?1100?9.81?5
?59473Pa
??1100kg/m3
代入(1)式，同时已知
zC?zB?5m
化工原理_考研大题 第一章
