3.已知甲地区的平均大气压力为 kPa,乙地区的平均大气压力为 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。若改在乙地区操作,真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同 解:(1)设备内绝对压力
绝压=大气压-真空度= 85.3?103?20?103Pa?65.3kPa (2)真空表读数
真空度=大气压-绝压=101.33?103?65.3?103Pa?36.03kPa
????
5.如本题附图所示,流化床反应器上装有两个U管压差计。读数分别为R1=500 mm,R2=80 mm,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散,于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水,其高度R3=100 mm。试求A、B两点的表压力。 解:(1)A点的压力
pA??水gR3??汞gR2??1000?9.81?0.1?13600?9.81?0.08?Pa?1.165?104Pa(表)
(2)B点的压力
pB?pA??汞gR1
?1.165?10?13600?9.81?0.5Pa?7.836?10Pa(表)?4?413.如本题附图所示,用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定,其上方压力为?Pa。流体密度为800 kg/m。精馏塔进口处的塔内压力为?
3
Pa,进料口高于储罐内的液面8 m,输送管道直径为φ68 mm ?4
mm,进料量为20 m/h。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg,求泵的有效功率。
解:在截面A-A?和截面B-B?之间列柏努利方程式,得
p12u12p2u2??gZ1?We???gZ2??hf ?2?23
p1?1.0133?105Pa;p2?1.21?105Pa;Z2?Z1?8.0m;u1?0;u2??hf?70Jkg
203600VV??ms?1.966msAπ23.142d??0.068?2?0.004?4422 We?p2?p1?u2?u1?g?Z2?Z1???hf
?2??1.21?1.0133??1051.9662?We????9.8?8.0?70?Jkg8002?? ??2.46?1.93?78.4?70?Jkg?175JkgNe?wsWe?203600?800?173W?768.9W
19.用泵将2×10kg/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×10Pa的真空度,高位槽液面上方为大气压。管道为?76 mm×4 mm的钢管,总长为35 m,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。反应器内液面与管路出口的距离为17 m。若泵的效率为,求泵的轴功率。(已知溶液的密度为1073 kg/m,黏度为?Pa?s。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm。)
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
22uuppb1b21 gz1???We?gz2??2??hf (1) 2?2?4
3
3
,,,
式中 z1=0,z2=17 m,ub1≈0 ub2?w?4d2?2?104?ms?1.43ms 3600?0.785?0.0682?1073 p1=×10Pa (表),p2=0 (表) 将以上数据代入式(1),并整理得
2 We?g(z2?z1)?ub2?p2?p1??hf
2?3
1.43225.9?103 =×17+++
21073?h=+?h
ff其中
?h=(?+
fL??Ledub22+??)
20.068?1.43?10735
Re?dub?==×10 ?30.63?10? ed?0.0044
根据Re与e/d值,查得λ=,并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为 闸阀(全开): ×2 m =0.86 m 标准弯头: ×5 m =11 m
1.43235?0.86?11故 ?hf=×++4)Jkg=kg
20.068于是 We??192.0?25.74?Jkg?217.7Jkg 泵的轴功率为
217.7?2?104 Ns=Wew/?=W=
3600?0.7
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100 mm的钢质放水管相连,管路上装有一个闸阀,距管路入口端15 m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20 m。
(1)当闸阀关闭时,测得R=600 mm、h=1500 mm;当闸阀部分开启时,测得R=400 mm、
h=1400 mm。摩擦系数?可取为,管路入口处的局部阻力系数取为。问每小时从管中流出多
少水(m)
(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。)
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
22 gz1?ub1?p1?gz2?ub2?p2??hf, (a) 1-22?2?3
,,,
式中 p1=0(表)
p2??HggR??H2OgR??13600?9.81?0.4?1000?9.81?1.4?Pa?39630Pa(表) ub2=0,z2=0
z1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
?HOg(z1?h)??HggR (b)
2式中 h=1.5 m, R=0.6 m 将已知数据代入式(b)得
?13600?0.6??1.5?m?6.66m z1???1000? ?hf,1-2?(?L??c)ub?2.13ub2?(0.025?15?0.5)ub?2.13ub2
d20.1222将以上各值代入式(a),即 ×=ub+
22396302+ ub 1000解得 ub?3.13ms 水的流量为 Vs?3600π2dub??3600?0.785?0.12?3.13?m3s?1.43m3s 4 (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
,
,
22 gz1?ub1?p1?gz3?ub3?p3??hf, (c) 1-32?2?式中 z1=6.66 m,z3=0,ub1=0,p1=p3
22 ?hf,1?3?(?L??Le??c)ub=?0.025(35?15)?0.5?ub?4.81ub2
?d2?0.1??2将以上数据代入式(c),即 ×=ub+ ub
222解得 ub?3.13ms
再在截面1-1与2-2间列机械能衡算方程,基平面同前,得
22uuppb1b21 gz1???gz2? (d) ?2??hf,1-22?2?,,
式中 z1=6.66 m,z2=0,ub1?0,ub2=3.51 m/s,p1=0(表压力)
?hf,1?221.5??3.51??0.025?0.5?Jkg?26.2Jkg
0.12??将以上数值代入上式,则
p3.512 9.81?6.66??2?26.2
21000解得 p2=×10Pa(表压)
4
第二章 流体输送机械
1.用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情况如本题附图所示。启动泵之前A、C两压力表的读数相等。启动离心泵并将出口阀调至某开度时,输油量为39 m/h,此时泵的压头为38 m。已知输油管内径为100 mm,摩擦系数为;油品密度为810 kg/m。试求(1)管路特性方程;(2)输油管线的总长度(包括所有局部阻力当量长度)。
习题1 附图 33
化工原理作业答案
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