·6· 化工原理学习辅导与习题解答 面面积和阁湿周边长度，再根据当量直径概念求d,=4×会，最后可求得R:= ,坐。需要注意的是，d,只能用于非圆形管道流动阻力的计算，而不能用于流通 面积及流速的计算。 【答案】20000 【例1-7】流体体积流量一定时，有效截面扩大，则流速，动压头 ,静压头 【解题思路】根据流体连续性方程可知，流道截面扩大，则流速减小，动压头 也会减小且转化为静压头，故静压头增大。 【答案】减小；减小；增大 【例1-8】如图1-1所示，若水槽液位不变， 阀门打开时，各处的流体总机械能的关系为 A.E>E>E, B.E1=E2>E, C.E1=E2=E, D.E1>E:=E; 【解题思路】点1和点2处的流体仅存在静 压能和位能转换，其总机械能相同，而点3处的流 体的总机械能较之减少，这是因为流体在流动过 程中的流动阻力会引起部分机械能的损失。 【答案】B 图1-1 【例1-9】为使U形压差计的灵敏度较高， 选择指示液时，应使指示液和被测流体的密度差P。一ρ的值( )。 A.偏大 B.偏小 【解题思路】根据U形压差计原理pA一pB=(P。一p)gR可知：P。一p越小， 读数R越大，灵敏度越高。 【答案】B 【例1-10】如图1-2所示，某厂利用喷射泵输送氨。管中稀氨水的质量流量 为1×10kg/h,密度为1000kg/m3,入口处的表压为147kPa。管道的内径为 53mm,喷嘴出口处内径为13mm,喷嘴能量损失可忽略不计，试求喷嘴出口处的 压力。 【解题思路】喷射泵是利用流体流动时静压能与动能的转换原理进行吸、送 流体的设备。当一种流体经过喷嘴时，由于喷嘴的截面面积比管道的截面面积小 得多，流体流过喷嘴时速度迅速增大，使该处的静压力急速减小，造成真空，从而可 将支管中的另一种流体吸人，二者混合后在扩大管中速度逐渐减小，压力随之升
第一章流体流动 。7。 么=13mm d1■53mn 图1-2 高，最后将混合流体送出。 【解】取稀氨水入口为1-1'截面，喷嘴出口为2-2'截面，管中心线为基准水 平面。在1-1'和2-2截面间列伯努利方程，有 1g++包+h,=x2g+g+色+∑， 其中 z1=0,之2=0，p1=147×103Pa(表压) 10000 1= 3600 ,=0.785x0.053x1000m/s=1.26m/8 喷嘴出口速度“2可直接计算或由连续性方程计算，直接计算式为 =u2}”=1.2s×(层83}s=2a.94n6 h。=0,∑hr=0 将以上各值代人式①有 合×1.262+147080-号×20.94+8品0 解得 p2=-71.45kPa(表压) 即喷嘴出口处的真空度为71.45kPa。 【例1-11】如图1-3所示，用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸 发器内，贮槽内液面维持恒定，其上方压力为101.33×103Pa,蒸发器上部的蒸发 室内操作压力为26670Pa(真空度)，蒸发器进料口高于贮槽内液面15m,进料量 为20m3/h,溶液流经全部管路时的能量损失为120J/kg,管路直径为60mm,试 求泵的有效功率。 【解题思路】在贮槽和蒸发器之间列伯努利方程，将已知条件代入即可求得输 送单位质量流量所需的功，然后根据流体的密度和体积流量，可求得泵的有效功率。 【解】取贮槽液面为1-1'截面，管路出口内侧为2-2截面，并以1-1'截面为 基准水平面，在两裁面间列伯努利方程，得
·8 化工原理学习辅导与习题解答 十177T71分7 图1-3 1g+++h,=x:g+号+e+∑： ① 其中z1=0,z2=15m,p1=0(表压)，p2=-26670Pa(表压)，u1=0 42=9y d好 0.785X0.06m/s=1.97m/s ∑h=120J/kg 将上述各项数值代入式①，则 k,=(5×9.81+27+120-5)Jg=246.9/e 2 泵的有效功率P,为 P.=heqm 其中 9.=9p=20X030ke/s=6.67ka/s P.=246.9×6.67W=1647W 【例1-12】某车间丙烯精馏塔的回流系统如图1-4所示，塔内操作压力为 1.304kPa(表压)，丙烯贮槽内液面上方的压力为2.011kPa(表压)，塔内丙烯出 口管距贮槽的高度差为30m,管内径为145mm,送液量为40t/h。丙烯的密度为 600kg/m3,设管路全部能量损失为150J/kg。试问：将丙烯从贮槽送到塔内是否
第一章流体流动 9 图1-4 需要用泵？计算后请简要说明。 【解题思路】将丙烯从贮槽送到塔内是否用泵，必须用伯努利方程式求出h。 值后才能判断。 【解】取贮槽液面为1-1'截面，且定为基准水平面，取塔内丙烯出口管的管 口为2-2′截面，在两截面间列出伯努利方程，得 21g十+色+h.=zg+度+色+∑， 其中 x1=0,x2=30m,u1≈0，p1=2.011kPa p=600kg/m3,p2=1.304kPa,h:=150J/kg 40×103 = 3600 m/s=1.12m/s 文×0.1452×600 h.-(:-1geh 2 -[30×9.81+.22+L.304-2,011)×10+150]J/kg 2 600 -733.4J/kg 说明：h的含义是外加功，计算结果h.为负值，说明系统不需要用泵，而依靠 贮槽与塔两个设备的压降即可满足输送丙烯的要求。 【例1-13】湿式钢制钟罩圆筒气柜如图1-5所示。圆筒直径为6m,质量为 3000kg,圆简没人水中的深度为1m,忽略圆筒所受的浮力。试问： (1)气柜内气体的表压为多少？ (2)圆筒内、外的液面差为多少？ 【解题思路】(1)当气柜内存有一定压力的气体时，气体的压力作用于钟罩 的内表面上，将钟罩顶起时，钟罩所受的重力与作用在钟罩内表面上的总压力在竖 直方向上的分量相等
·10· 化工原理学习辅导与习题解答 (2)由于圆筒内液面与圆筒外相同高 度处液体处于同一等压面，故利用静力学 方程可求得圆筒内、外的液面差。 D 【解】(1力=mg=3,00X9-8pa -0.785×6 =1041Pa 1041 (2Ah=g是-1009.Tm =0.106m < 【例1-14】黏度为0.075Pa·s,密 图1-5 度为900kg/m3的某种油品，以36000 kg/h的流量在114mm×4.5mm的钢 管中作等稳态流动。试求： (1)该油品流过长15m的管时，因摩擦阻力而引起的压降△p:为多少？ (2)若流量加大为原来的3倍，其他条件不变，求直管阻力，并与(1)的结果 进行比较。取钢管壁面绝对粗糙度为0.15mm。 【解题思路】欲求△p1,必须先求R以确定流形，然后选用相应的摩擦系数 计算公式计算。 36000 【解】(1) u=紧-0X8/g=1.284m/5 年×0.1052 Re=e=0.105X1,284X90=1617.8<2000属层流 0.075 -是-100.8=0.03956 a=A号管=0.03956×点5×上2941g=46591g 15 △p:=ph:=900×4.659Pa=4193.1P8 (2)若流量加大为原来的3倍而其他条件不变，则 u=3×1.284m/s=3.852m/s Re=3×1617.8=4853.4>4000属湍流 应据Re值及号值查Moody摩擦系数图求A。 由号=0-5X9=1.43×10-及Re=4853.4查得A=0.0215. 0.105