化工原理习题详解 1.流体流动

对B、C处水槽液面列柏努利方程为:

EB??hfB?EC??hfC

化简为: zBg??h??hf CfBlu2752.552?hfB??d2?0.03?0.05?2?146.31J/kg lu2u2?hfC??d2??2

2275uu?0.03???15??30u20.0522?146.?31u2 30代入上式为: 10?10u=2.87m/s

VOC?0.785d2u?0.785?0.052?2.87?20.28m3/h

(2)对于分支管路而言:

VAO?VOB?VOC?38.28m3/h

uAO?VAO38.281??2.41m/s

0.785d236000.785?0.0752lu21002.412?hfA??d2?0.03?0.075?2?116.16J/kg

对A、B处两槽液面处列柏努利方程为:

pA???hfA?B

pA?116.16?146.31 1000 pA=262.47KPa(表压)

【例1-9】【华东理工大学 2005年】如图所示常温水由高位槽流向低位槽,管内流速1.5m/s,管路中装有一个孔板流量计和一个截止阀,已知管道为的钢管,内径50mm,直管与局部阻力的当量长度(不包括截止阀)总和为60m,截止阀在某一开度时的局部阻力系数为7.5。设系统为稳定湍流,管路摩擦系数为0.026。求:

(1)管路中的质量流量及两槽液面的位差; (2)阀门前后的压强差及汞柱压差计的读数。

(3)若将阀门关小,使流速减为原来的0.8倍,设系统仍为稳定湍流,近似不变。问:孔板流量计的读数变为原来的多少倍(流量系数不变)?截止阀的阻力系数变为多少?

(4)定性分析阀门前a点处的压强如何变化?为什么?

图1-12例1-9附图

【解】(1)由题意知,输送液体为常温水,则水的密度为1000kg/m3,对于管内的体积流量

V?0.785d2u?0.785?0.052?1.5?0.0029m3/s

则管中的质量流量为:

W?V??0.0029?1000?2.9kg/s

对两液面间列柏努利方程:

?zg??hf

此时阻力损失包括阀门局部阻力和其它地方的阻力损失。

lu2601.52hf???0.026??35.1J/kg

d20.052u21.52h???7.5??8.44J/kg

22'f代入上式为

10?z?35.1?8.44

可以求出:

?z?4.35m

(2)对阀门处的压差计示数可表示如下:

?p示?代入数值为:

??hf

?p示??p示?8.44K Pa?8.441000又?p示?R(?0??)g 即8.44?1000?R(13600?1000)10

可求出:

R2?0.067m

由柏努利方程可以看出:此时的压强差即压力表所示,即:

?p?8.44KPa

(3)流速变为原来的0.8倍即:

u?0.8u原?1.2m/s

因流量正比于流速则

V?0.8V原?0.0023m3/s

其中流量计算公式

V?C0A0两种情况进行比较可得:

R(?Hg??)g? R2V?(2)2 R1V1即:R2?0.64R1

此时对两槽间柏努利方程进行计算得:

?zg??hf

601.221.224.35?10?0.026???

0.0522??29.22

(4)a处压强增加,高液位槽液面和a处截面列柏努利方程为:

(位能+静压能)1=(动能+静压能+阻力损失)2

流速变小则a截面处的动能和阻力损失减小,对于式子左端数值不变则a处静压能增大,即a处压力增大。

【例1-10】【华南理工大学 2000年】水由具有固定水位的水槽中沿直径(内径)为100mm的输水管流入大气中,管路是由L=50m的水平管和倾斜管段组成,水平管段在水面下h=2m,斜管段的高度H=25m,为了使得在水平段末端曲折处1-1’面的真空度为7mH2O,安装在斜管段的插板节门的阻力系数应为多少?此时管中水的流量为多少?直管段的摩擦阻力系数=0.035,大气压强为10mH2O,忽略进口和曲折处的局部阻力损失。

图1-13例1-10附图

【解】对水槽液面和曲折处列柏努利方程为:

u2gz1????hf

?2代入数值为:

p真?10?7u250u210?2???0.035?

?20.12求出:u?3.12m/s

V?0.785d2u?0.0245m3/h?88.15m3/h

对曲折处和出口处列柏努利方程为:

gz1?p真???hf

代入数值为:

?10?73.1225010?25??(??0.035?)

?20.1可求出

ζ=19.48

【例1-11】【华南理工大学 2001年】用离心泵将某溶液由反应槽送往一密闭高位槽,如图所示。两槽液面的高度可认为不变,液位差10m,管路总当量长度为200m(包括所有直管和局部阻力的当量长度),管路均为Φ89×4.5mm钢管。已知孔板流量计流量系数为0.61,孔截面积与管道截面积比为0.2。U形压差计读数为R=600mm,指示剂为水银。管路摩擦系数为0.025,反应槽上真空表的读数为200mmHg,高位槽上压强计读数为0.5Kgf/cm2(表压)泵的效率65%,试求泵的轴功率?(溶液密度近似取1000kg/m3,水银密度为13600 kg/m3)

图1-14例1-11附图

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