(最新)化工流体流动自测计算题答案.pdf

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1、二计算题1内截面为1000mm 1200mm 的矩形烟囱的高度为30m。平均摩尔质量为30kg/kmol、平均温度为400的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持49Pa的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值,大气温度为20,地面处的大气压强为101.33 103Pa。流体流经烟囱时的摩擦系数可取为0.05,试求烟道气的流量为若干kg/h?解:这是 B.E 对压缩流体的应用1101330490101281pPa31.205/kg m空气(20Co空气)201013301.2059.8 30100975ppghPa121101281100975100%100%0.3%20%101281ppp可

2、应用柏努利方程400Co时,烟道气的密度3312()(101281100975)300100.542/228.314673mppMkg mRT在烟囱的进出口之间列柏努利方程,以烟囱底端为上游截面 1 1,以烟囱顶端为下游截面 22,并以截面 1 1 作位能基准面,有22112212,1 222fpupugzgzh其中,149pPa(表压),20.5439.81 30159pghPa烟道气(表压),10z,230zm,12uu,22fel uhd441.092()eHabdrmab代入上式解得19.8/um s419.8 1 1.20.54312.83/4.6210/swuAkgskg h2.如

3、本题附图所示,贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100mm 的钢质放水管相连,管路上装有一个闸阀,距管口入口端15m 处安有以水银为指示液的U 形管压差计,其一臂与管路相连,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 20m。(1)当闸阀关闭时,测得R=600mm,h=1500mm,当闸阀部分开启时,测得R=400mm,h=1400mm。摩擦系数可取0.025,管路入口处局部阻力系数为0.5。问每小时从管中流出水多少立方米?(2)当闸阀全开时,U 管压差计的静压强为若干(Pa,表压)?闸阀全开时,le/d=15,摩擦系数仍可取0.025。解:在该题所示的附图内,

4、标出几个需列方程的平面。00 为贮水槽所在的平面,AA 和BB 为 U 管压计和管路出口的截面,并取水平管中心线所在的水平面为基准面(1)闸阀关闭时0ApgHgRgh(H 为贮槽水面的高度)代入数据,解得0136000.61.56.661000RHhm当阀门开启之后0ApgRgh4136009.810.410009.81 1.43.9610 Pa(表压)在贮槽液面与AA 间列柏努利方程,得22000,022AAAfApupugzgzh(1)其中00p(表压)00u06.66zm0Az43.9610ApPa(表压)2222,015(0.0250.5)2.215220.12AAAfAcAuuulh

5、ud(2)将(2)代入(1)式,整理可得到:229.81 6.662.2152AAuu解得3.13/Aum s水的流量2233.140.13.13 360088.4/44SVd umh在(1)中,由于贮槽中水位不变,时稳态流动,故水平管中水的流速不变,只需求Au。为此需用柏努利方程,但在哪两个面之间应用?BB 没有相关量且阀门开度不知道,阻力系数难以计算。在贮槽与压差计之间用柏努利方程。在(2)中:欲求Ap,仍应使用柏努利方程,此时闸阀全开,ABuu,对水平管,ABzz,故,ffA Bph.可求出u,然后代入到fp的式中可知Ap,为求u应在 00与BB 间列柏努利方程(2)当闸阀全开时,在 0

6、0与BB 间列柏努利方程,得22000,022BBBfBpupugzgzh(3)其中00Bpp(表压)06.66Bzzm00uBuu222,01520150.1()0.025()0.54.81320.12eAfBclluuhud(4)把(4)代入(3),整理得229.81 6.664.8132uu,解得3.51/um s再在AA 和BB 间列柏努利方程,得22,22AABBABf ABpupugzgzh其中,ABzzABuu,0Bp(表压),于是,AfA Bph22eAll upd20150.13.51210000.0250.1243.3 10 Pa(表压)3.某油品的密度为800kg/m3,

7、粘度为 41cP,由附图中所示的A 槽送至 B 槽,A 槽比 B 槽的液面高 1.5m。输送管径为893.5mm、长 50m(包括阀门的当量长度),进、出口损失可忽略。试求:(1)油的流量,m3/h;(2)若调节阀门的开度,使油的流量减少20,此时阀门的当量长度为若干,m?解:题给条件下,油品的密度3800/kg m,黏度34141 10cpPa s(1)在 A、B 两槽间列柏努利方程,并以B 槽液面为基准面,得22,22AABBABf ABpupugzgzh其中,0ABpp(表压),0ABuu,1.5ABzzm将以上数据代入柏努利方程,,()ABfA Bg zzh即214.72u此情况下,应

8、假设,求出u之后,计算 Re,由于并未给出粗糙度的值,且流体黏度很大,可先试验层流的磨擦系数关系式。假设流体处在层流区,有264304.914.72/udu解得1.21/um s3382 101.2800Re192041 10du假设合理3 2331.21(82 10)360022.99/23/4SVuAmhmh(2)流量减少之后30.80.82318.4/SSVVmh20.80.8 1.210.97/4SVuum sd此时流体仍处在层流区,6464Re/du2264()22ABl ul ug zzddud232139.81 1.5(8210)80062.21323241 100.87gz d

9、lmu62.215012.21ellllm阀门开度减小流速下降,直管阻力损失减小,但由于阀门关小之后,局部阻力损失过大。所以总阻力损失没变。4.本题附图所示为一输水系统,高位槽的水面维持恒定,水分别从BC 与 BD 两支管排出,高位槽液面与两支管出口间的距离为11m。AB 管段内径为38mm、长为 58m;BC 支管的内径为 32mm、长为 12.5m;BD 支管的内径为26mm、长为 14m,各段长均包括管件及阀门全开时的当量长度。AB 与 BC 管段的摩擦系数均可取为0.03。试计算:(1)当 BD 支管的阀门关闭时,BC 支管的最大排水量为若干,m3/h?(2)当所有的阀门全开时,两支管

10、的排水量各为若干,m3/h?BD 支管的管壁粗糙度可取为0.15mm,水的密度为1000kg/m3,粘度为 0.001Pa s。解:(1)在高位槽液面 1 1和BC支管出口内侧截面CC 间列柏努利方程,并以截面CC 为位能基准面,得22111,122CCCfCpupugzgzh(1)其中10Cpp(表压)111zm0Cz10u将以上数值代入方程(1),整理得21,12CfCugzh22211 9.18222BCBCBCABABABBCluuludd222335812.50.030.0338 10232 1022BCBCABuuu(2)根据连续性方程22()()ABBCudud,解得0.71AB

11、BCuu代入(2)式,解得1.77/ABum s,2.49/BCum s23233.14(32 10)2.49 36007.2/44BCBCBCVdumh(2)根据分支管路的流动规律,有22,22CCDDCf B CDf BDpupugzhgzh(3)由于出口管 BC、BD 在同一水平面上,取两支管出口外侧为下游截面,则两截面上,z p和u均相等。(3)式可简化为,f B Cf BDhh,记为方程(4)。但由于 BC 和 BD 是不连续的,22DDCCu du d不一定成立,C和D的关系也不能确定,需要试差计算。由于C为已知,应假设D,这样可确定Cu和Du的比例。/0.15/260.0058B

12、DBDd,查摩擦系数图,得0.0318BD,将BC和BD代入方程(4),得223312.5140.030.03181.2132 10226 102BCBDBCBDuuuu(5)在高位槽液面 1 1和截面CC 间列柏努利方程,并以截面CC 作位能基准面,得22111,122CCCfCpupugzgzh(6)其中,10Cpp(表压)10u0Cz111zm将以上数据代入方程(6),整理得,107.9f ABf B Chh(7)222,358()(0.030.5)23.15238 102ABABABf ABABcABABluuhud(8)222,312.50.035.86232 102BCBCBCf

13、B CBCBCBCluuhud(9)由连续性方程,可得222ABABBCBCBDBDududud(10)其中38ABdmm,32BCdmm,26BDdmm,代入方程(10)中,整理可得0.780.469ABBCBDuuu(11)把1.21BCBDuu代入方程(11),得到1.15ABBDuu把1.21BCBDuu、1.15ABBDuu代入方程(11)得到1.6/BDum s校验BD:3343()26 101.6 10Re4.16 101 10BDBDdu,/0.0058BDBDd查得0.033BD,与前面的假设0.0318BD不相符,需重新计算。以0.033BD代入计算,得1.23BCBDuu,1.16ABBDuu代入方程(11)得到1.45/BDum s校验BD:3343()26 101.4510Re3.77101 10BDBDdu,查得0.0326BD,与0.033BD相符。1.231.231.451.78/CDuum s23233.14(32 10)3.16 36005.16/44BCBCBCVdums23233.14(26 10)1.45 36002.77/44BDBDBDVdums

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