化工原理课堂习题

化⼯原理课堂习题

第⼀章1. 密闭容器内盛有密度ρo为800kg/m3的油与密度ρH2O为1000kg/m3的⽔。

已知油层⾼度h=0.3m，容器下⾯装有开⼝⽔银压差计，⽤以测量油⾯上⽅压强，压差计上的度数R=0.4m，与⼤⽓相通的指⽰剂液⾯上灌有R’=0.02m的⽔层。⽔银指⽰剂⾼侧液⾯与容器内液⾯间的垂直距离H=0.4m。试求容器内油⾯上压强p A。（4.63?104Pa（表压））

h

2. 如图所⽰，在两个压强不同的密闭容器内，充满了密度为ρ的液体，两

容器的顶部及底部分别与两⽀规格不同的⽔银压差计相连，试推导两压差计上的度数R与H的关系。

3. 合成氨⼯业的碳化⼯段，在如附图所⽰的喷射泵中⽤稀氨⽔连续吸收氨⽓

以制备浓氨⽔。稀氨⽔进⼝管直径为φ57?3mm，其上压强表度数为1.5?105Pa。喷嘴内径为13mm，每⼩时处理的稀氨⽔为10000kg，其密度

与清⽔接近，可取为1000kg/m3。稀氨⽔进⼝⾄喷嘴内侧的流动阻⼒可以忽略不计，试求稀氨⽔在喷嘴内侧的压强p2。（6.81?104Pa 真空度）

稀氨⽔浓氨⽔

氨⽓4. ⽔在定态条件下以4m/s的速度进⼊直径由100mm逐渐扩⼤⾄200mm的

渐扩管，于管道的1-1’与2-2’截⾯上各连⼀段开⼝玻璃管，⽔在玻璃管内分别升⾼h1及h2，若h1=100mm，试求h2为多少，设两测压⼝间的流动阻⼒可以忽略不计。（0.864m）

5. ⽤离⼼泵将密度为1170kg/m3的⽔溶液从开⼝储槽送⾄密闭⾼位槽中⾼位

槽顶部的压强表度数为1.1?105Pa。两槽液⾯恒定，其间垂直距离为20m。

已知流动系统中总摩擦阻⼒为180J/kg。试求泵应对每kg液体提供的轴功，泵的效率为0.65。（723.4J/kg）6. 某离⼼泵安装在⾼于井内⽔⾯5.5m的地⾯上，吸⽔量为40 m3/h。吸⽔管

的尺⼨为φ114?4mm，包括管路⼊⼝阻⼒的吸⽔管路上总能量损失为4.5J/kg。试求泵吸⼊⼝处的真空度。当地⼤⽓压为 1.0133?105Pa。

（5.92?104Pa）

7. 直径D为2.8m的开⼝储⽔设备底部与直径d o为φ57?3mm的垂直管相连，

设备内⽔⾯⾼于管⼦出⼝10m，若将管路上阀门打开，试求1⼩时内能放若⼲m3的⽔。⽔在流动过程中不包括管⼦出⼝阻⼒的全部摩擦阻⼒可⽤经验公式∑h f= 2?10-5G2计算，G为质量流量，（kg/m2.s）取⽔的密度为1000kg/m3。（15.03m3）8. 每⼩时有2400m3的空⽓流⼊φ273?6.5mm⽆缝钢管内，⽓体进⼊管⼦的

状态为：温度50 oC、绝对压强1.2?105Pa 。空⽓的平均分⼦量为29kg/kmol, 试求空⽓在关内流动时的Re数值及流型。（Re=2.16?105，湍流）9. 套管换热器是⽤管件将两根不同直径的管⼦连成同⼼圆套管，冷、热两流

体分别在内管内和环隙通道内流过⽽进⾏热量交换，已知外管为

φ57?3mm，内管为φ32?2.5mm的⽆缝钢管组成，每⼩时有1500kg的油品在环隙内流过与内管内的流体进⾏换热。已知油品的平均密度为850kg/m3、平均粘度为5?10-3Pa.s。试求油品在环隙通道中的流速及雷诺准数值。（0.396m/s，Re =1279）10. ⽤泵将开⼝储槽内密度为1060 kg/m3、粘度为1.1?10-3Pa.s的溶液在定态

条件下送到蒸发器内，蒸发器内的真空表度数40kPa。溶液输送量为18m3/h。进蒸发器⽔平管中⼼线⾼于储槽液⾯20m，管路直径为φ57?3mm，不包括管路进、出⼝损失的直观与管件当量长度之和为50m。

取管路粗糙度为0.02mm。试求泵的轴功率，泵的效率为65%。（2.024kW）11. ⽤泵⾃开⼝储槽将槽内溶液输送⾄塔顶经喷头喷洒⾄填料层上⽅。已知

溶液输送量为97m3/h，操作条件下溶液的平均物性常数为：密度ρ=996 kg/m3、粘度µ=0.8?10-3Pa.s。输送管路与喷头连接处的表压⾄少为2?104Pa才能将溶液压出喷头均匀喷洒在填料层上。管路与喷头连接处的⾼于储槽液⾯20m。输送管路直径为φ140?4.5mm，直管总长度为150m，其上装有标准弯头6个、全开闸阀1个、当量长度与全开阀相当的流量计1个、l e/d=70的摇板式单向阀1个。取管壁粗糙度为0.3mm。

泵的效率为0.65，试求泵的轴功率。（12.08kW）12. 每⼩时将10m3常温的⽔⽤泵从开⼝储槽送⾄⾼位槽。管路的直径为

φ57?3mm，全系统直管长度100m，其上装⼀个全开闸阀、⼀个全开截

⽌阀、三个标准弯头、两个阻⼒可以忽略不计的活接头。两槽液⾯恒定，其间垂直距离为20m。取管壁粗糙度为0.25mm、⽔的密度为1000kg/m3、粘度为1?10-3Pa.s。试求：

（1）泵的效率为70%时的轴功率；（1052W）

（2）泵出⼝处装有压强表，测压⼝中⼼⽐⾼位槽液⾯低18m。测压⼝⾄⾼位槽的管路总长度为90m（包括⼀切阻⼒在内），求压强表度

数；2.26?105Pa

（3）泵⼊⼝处装有真空表，两侧压⼝中⼼的垂直距离为0.5m，其间阻⼒可以忽略不计，求真空表上度数。（0.343?105Pa）13. 如图所⽰，⾼位槽的⽔通过内径为100mm的塑料管向下作定态流动，

塑料管可视为光滑管，已知液⾯⽐地⾯⾼8m，管⼦出⼝中⼼线⽐地⾯⾼2m。流动条件下⽔的密度为1000kg/m3、粘度为1?10-3Pa.s.不包括出⼝阻⼒在内的全系统的直管与管件当量长度之和为90m。试求：（1）⽔的流量；(V=81.7 m3/h)

（2）若管⼦布局不变，只在出⼝处新设置⼀个调节阀使流量减半，试求此时该阀的阻⼒系数和当量长度。（ξ=40.22，le=240m）

14. 有⼀突然扩⼤垂直放置的短管，细管直径d1为100mm，突然扩⼤到d2

为200mm的粗管。⽔以8m/s的速度从细管进⼊向下作定态流动。于突然扩⼤处前、后不远处安装⼀⽀⽔银压差计，两测压⼝中⼼线间的垂直距离h为1.5m，其间直管的摩擦阻⼒可以略去不计。突然扩⼤损失h f，e可⽤下式计算：h f，e=(1-A1/A2)2?u12/2 ，A1、A2分别为细管与粗管的截⾯积。试求：

（1）⽔由上向下流动时，压差计中指⽰剂液⾯那⼀侧⾼；

（2）压差计上指⽰剂读数。（R=97mm）15. 如图所⽰，⽔以定态连续由输送管路送⾄开⼝⾼位槽，⾼位槽液⾯⾼于

⽔平管路中⼼线3m。当阀门开度为1/2时，流量为36m3/h，压强表A 和B上读数分别为5.9?104Pa及4.9?104Pa。现将阀门开⼤，压强表上读数6.87?104Pa。在阀门两种开度的情况下，流型都在阻⼒平⽅区。试求阀门开⼤以后下的数值：

（1）⽔的流量；（V’= 51m3/h）(2) 压强表A的读数。（p A’= 8.88?104Pa，表压）

第⼆章1. ⽤离⼼泵将20?C 的⽔由敞⼝槽输送到某⾼位设备。泵前后分别装有

真空表和压强表。在某流量下测得泵吸⼊管的动压头及压头损失之和为2m，允许吸上真空度为5m，泵⼊⼝⽐储槽液⾯⾼2.5m，当地⼤⽓压为101.33kPa，试求：

（1）真空表读数为若⼲Pa；(44150Pa)

（2）若⽔温有20?C变为50?C，该泵能否正常⼯作？50?C⽔的饱和蒸汽压为1.5?104Pa，密度为980.5kg/m32. 有⼀管路系统如附图所⽰。已知输⽔量为40m3/h，输送管路均为

φ80?2.5mm的钢管，泵的升扬⾼度（⽔位⾼度差）为30m，允许吸上真空度H s=7.1m，吸⼊管路和压出管路的压头损失分别为1m和3m，⽔的密度为1000kg/m3，当地⼤⽓压为9.81?104Pa，试求：

（1）泵出⼝压强表读数；（2.74?105Pa）

（2）⽔泵的轴功率，该泵的效率为70%；5.29kW

（3）泵能否正常⼯作？

3.⽤3B33型单级离⼼泵从绝压为8.829kPa的密闭容器中以30m3/h的流量抽送40 的清⽔。已知泵在该流量下的压头为35.6m，允许吸上真空度为7m，吸⼊管内径为75mm，压头损失为0.5m。试求该泵的允许安装⾼度。（泵⾄少安装在液⾯下3.29m）4. ⼀离⼼泵从某液位恒定的冷凝⽔箱内抽⽔。已知流量为65m3/h，允

许吸上真空度为7.1m，吸⼊管内径为100mm，压头损失1m；冷凝⽔箱内的压强为7000Pa，箱内⽔为该压强下的饱和温度。求泵的最⼤允许安装⾼度。（泵⾄少应安装在冷凝⽔箱液⾯下3.93m）

冷

凝

⽔

箱

锅炉5. 某离⼼泵的吸⼊管内径为200mm，流量为200m3/h，允许吸上真空度

6.2m，估计吸⼊管路压头损失为1m。试求：

（1）⼤⽓压强为101.33kPa的条件下，从敞⼝⽔池抽送20?C清⽔时的安装⾼度，20?C⽔的密度为1000 kg/m3; (H g= 5.37m)（2）若同样管路系统安装在海拔2000 m的⾼原地区（相应的⼤⽓压强为80kPa），从敞⼝⽔池抽送40?C的⽔时的安装⾼度。40?C

⽔的密度992.2 kg/m3,蒸汽压为7375Pa。（H g= 2.74m）6.如图所⽰离⼼泵吸⼊管内径为100mm，吸⼊管路总压头损失为12?

u2/2g (u为吸⼊管内⽔的流速，m/s)，泵⼊⼝处真空表读数为45.33kPa。

试求：（1）吸⼊管内⽔的流量（Q = 36.74 m3/h）；（2）若在操作条件下泵的允许吸上真空度H s’= 5.1m，按图所⽰的安装位置该泵是否会发⽣⽓蚀现象。⽔的密度为1000kg/m3

7.某离⼼泵在转速为1450 r/min时的特性列于附表中。这台⽔泵所在管

路的特性曲线⽅程为H e = 23 + 0.008Q e2（Q e单位为L/s）。试求：（1）泵的供⽔量（Q = 45L/s）；(2) 若要将泵的供⽔量改为30 L/s,泵的转速应是多少？（n = 1208 r/min）

附表Q（L/s）0 10 20 30 40 50

H（m）46.3 47.8 47.5 45.6 41.4 36.3

8.⽤⼀离⼼泵以45m3/h的流量将⽔从开⼝槽送到表压为2.453?105Pa

的塔内。管⼦出⼝离⽔池液⾯15m，管路系统如图所⽰，泵⾼效区的性能参数列于附表中。已知管的内径为100mm，管线全长400m （包括所有的局部阻⼒的当量长度），⽔的粘度为1?10-3Pa.s，密度为1000kg/m3，⽔在管内的摩擦系数为0.025。试求：（1）管路的特性曲线（流量单位为m3/h）(H e = 40 + 6.38?10-3Q e2)；（2）泵在此管路系统的实际输送量（Q e =49 m3/h）；（3）若⽤阀门将流量控制在

45 m3/h, 计算多消耗的轴功率（ΔN=0.791kW）。

附表Q (m3/h) 30 45 60 70

H (m) 62 57 50 44

η (%) 54.4 63.5 66.3 64

9.某离⼼泵在⼀定转速下的性能参数如附表所⽰，泵所在管路的特性曲

线⽅程为H e = 20 + 0.02Q e2(Q的单位为L/s)，试求：（1）单台泵运转时的流量（Qe = 28L/s）；（2）两台泵并联流量增加的百分数（41.1%）

附表Q（L/s）0 10 20 25 30

H（m）55 60 50.5 40 30

10.⽤离⼼泵从⼀敞⼝⽔槽向⾼位密闭容器送⽔。泵⾼效区的性能参数