化工原理例题精解

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1、例题精解流体流动与流体输送机械11如本题附图所示，用水银U管压差计测量液层高度。敞口槽内盛有密度为3800kg/m的油品及乙醇摩尔浓度为0.2的乙醇水溶液，油与水溶液不互溶，油层在上。已知油层高度为h1=0.4m，器底与左侧指示剂液面间的垂直距离h3=0.6m，指示剂两液面差R=0.2m，为了防止有毒的水银蒸汽扩散至大气中，于开口侧水银面上灌有一段R′=0.02m。333取水银的密度ρ水银=13600kg/m、纯乙醇溶液密度ρ1=789kg/m，水的密度ρ2=1000kg/m。求水溶液高度h2。解：乙醇-水溶液的平均密度1wwp12a溶液121乙醇的分子量为46kg/kmol，

2、水的分子量为h油18kg/kmol，故2水溶液乙醇的质量浓度h0.246'w0.3898R10.2460.81830.818hmnRw0.61022水的质量浓度0.2460.818所以10.38980.61027891000溶液解得乙醇-水溶液的平均密度ρ=905.6kg/m3。在附图中取m及n面为参考面，故pm=pn。据静力学方程有：phg(hh)gm1油12溶液（1-1）pR'gRgn水汞（1-2）由式(1-1)及式(1-2)，得：hg(hh)gR'gRg1油12溶液水汞即0.4800(h20.6)905.60

3、.0210000.213600解得h2=2.072m补充水2如本题附图所示，水从贮水箱A经异径11水平管B及C流至大气中。已知水箱内液面与溢流管子中心线间的垂直距离为5.5m，保持恒定，5.5m32管段B的直径为管段C的两倍。水流经B、CA段的摩擦阻力分别为BC23hf,B15J/kg,hf,C15J/kg。由水箱至管段B及由管段B至管段C的突然缩小损失可以忽略，而管段C至外界的出口损失不能忽略。试求：（1）水在管路C中的流速；（2）水在管路B中的流速；（3）管段B末端内侧的压强。解：（1）水在管路C中的流速在水箱1-1面及管C出口内侧面2-2’间列柏努利方程，以水平管中心

4、线为基准面：22pupu1122gz1gz2hf,1222其中z1=5.5mp1=0(表压)u1≈0(因水箱截面很大，故u1很小，可以认为u1≈0)z2=0p2=0（2-2面在管口内侧，接近外界大气压，故可认为p2与外界大气压相等，其表压为0）u2=uChhhh0153045J/kgf,12fAfBfC3取水的密度为1000kg/m，故有2uC9.815.5452解得uC=4.232m/s(2)水在管路B中的流速据连续性方程22ududBBcc2dc12uu4.232()1.058m/sBc2d2所以B(3)管段B末端内侧的压强在水箱

5、1-1面及管B出口内侧面3-3间列柏努利方程，以水平管中心线为基准面：22pupu1133gz1gz3hf,1322其中u3=uB=1.058m/shh15J/kgf,13fB2p31.0589.815.515所以100024p3.8410Pa解得管B出口表压强33实验室测定离心泵性能时，采用本题附图所示的定态流动流程，以45m/h、25℃的清水为工作介质。泵的进口管直径为φ85×4mm、出口管直径为φ75×4mm。在泵的进口和4出口附近分别装有真空表和压强表，已测得真空表上读数为2.6×10Pa，压强表读数为2.65×10Pa，两测压口中心间的垂

6、直距离为0.5m，因其间管路较短，故流体在两表面间的摩擦阻力可以忽略。泵由电动机直接带动，传动效率可视为1，已测得电动机的输出功率为5.5kW，试求泵的效率。解：列1-1面与2-2面间的柏努利方程，以1-1面为基准面。2pugz11h21eB222pu22gz2hf,1220m2其中z1=0z2=20m11Ap1=0(表压)p2=0(表压)u1≈0u2≈0hhh103040J/kgf,12fafbh209.8140236.2所以eJ/kg301200Phq236.22362eem有效功率：3600WPe2362P3634a轴功率

7、：0.65W≈3.7kWSOh10mAR泵CBRCB4如本题附图所示的输送系统，用正位移泵输送敞口贮槽内的高粘度流体，部分液体经直径d1=200mm的主管而排出，余下，由管径d2=60mm的支管回流至贮槽，液体密度ρ=12603kg/m，粘度μ=100mPa.s。用测速管B测量三通下游中心处液体流速，测速管用的压力计3内指示液ρb=1570kg/m，读数RB=0.5m，用压力计C测量水平主管S截面处压力，压力3计内指示液ρc=15