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流体流动作业及答案

流体流动作业1某油水分离池液面上方为常压,混合液中油(o )与水(w )的体积比为5:1,油的密度为ρ0 = 830kg·m -3,水的密度为ρ = 1000kg·m -3。

池的液位计读数h c =1.1m 。

试求混合液分层的油水界面高h w 和液面总高度(h w + h o )。

解:如图所示 ρ0gh 0 + ρgh w = ρgh c h 0 : h w = 5:1 ∴ 5ρ0gh w + ρgh w = ρgh c m g g gh h w c w 214.0100083051.1100050=+⨯⨯=+=ρρρ h 0 +h w = 6 h w = 6 × 0.214 = 1.284m2、质量浓度为16200kg/h 的25%氯化钠(NaCl )水溶液在φ50×3mm 的钢管中流过。

已知水溶液的密度为1186kg/m 3,粘度为2.3×10-3Pa·s。

求(1)判断该水溶液的流动类型。

(2)计算在滞流时的最大流速滞m ax u 。

解:(1)算出R e 准数后即可判断流动类型①5.2497.21186)044.0(43600162002≈=⨯==πρωA su m/s ②56722103.211865.2044.03=⨯⨯⨯==-μρdu R e , 流型为湍流 (2)求滞m ax u :滞流时,R e 准数最大值为2000,相应的流速即为滞m ax u μρ滞max du R e =代入已知值后2000103.21186044.03max =⨯⨯⨯-滞u ,解得088.0max =滞u m/s3、列管换热器的管束有13根∅25×2.5mm 的钢管组成。

平均温度为50℃的空气以9m·s -1的速度在列管内流动,管内压强为1.96×105Pa(表压),当地大气压为9.87×104Pa ,标准状况下空气的密度ρ0 = 1.293kg·m -3。

试求换热器内:(1) 空气的质量流量;(2) 操作条件下空气的体积流量;(3) 换算为标准状况下的体积流量。

解:操作压强 P = 1.96×105+ 9.87×104= 2.947×105Pa操作条件下空气的密度为355000179.310013.1)50273(27310947.2293.1-⋅=⨯⨯+⨯⨯⨯==m kg TP PT ρρ (1) q m = uA ρ = 9×13×π4 ×0.022 ×3.179 = 0.117kg ·s-1(2) q V = uA = 9×13×π4 ×0.022 = 0.0368 m 3·s-1(3) q V,0 = q m /ρ0 = 0.117/1.293 =0.0905 m 3·s-14、如图所示,将高位槽内料液向塔内加料。

高位槽和塔内的压力均为大气压。

要求料液在管内以0.5m/s 的速度流动。

设料液在管内压头损失为1.2m (不包括出口压头损失),试求高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米?解:取管出口高度的0-0为基准面,高位槽的液面为1-1截面,因要求计算高位槽的液面比塔入口处高出多少米,所以把1-1截面选在此就可以直接算出所求的高度x ,同时在此液面处的u 1及p 1均为已知值。

2-2截面选在管出口处。

在1-1及2-2截面间列柏努利方程:f h u p gZ u p gZ ∑ρρ+++=++2222222111式中p 1=0(表压)高位槽截面与管截面相差很大,故高位槽截面的流速与管内流速相比,其值很小,即u 1≈0,将上述各项数值代入,则 9.81x =()25.02+1.2×9.81 x =1.2m计算结果表明,动能项数值很小,流体位能的降低主要用于克服管路阻力。

5、若管路的长度和流体流量不变,用加粗管径来减小阻力损失。

讨论下面二种情况下,当管径增大30%时。

阻力损失减少的百分比。

(1) 流体在管内层流; (2) 流体在光滑管内湍流,Re =105;解:范宁公式)(22u d l h f λ=(1) 层流时 ρμλdu 64Re 64== 4222243232264dB d q d l u d l u d l du h V f =⋅==⋅⋅=πρμρμρμ 35.03.11)3.1(444'===d B d Bh h f f(2) Re = 105时,光滑管λ为常数5/222)4(212d B d q d l u d l h V f =⋅⋅==πλλ 269.03.11)3.1(55/5//===d B d B h h f f6、用离心泵将贮水池中的水送到高位槽中水池液面与高位槽液面间的垂直距离为35m ,定态流动。

输水管直径为φ165×4.5mm,管路中直管总长为1300m ,所有局部阻力的当量长度为50m 。

若泵的流量为100m 3/h ,泵的效率为65%,摩擦系数λ可取为0.02,水的密度取1000kg/m 3。

求:泵的轴功率N (kw )。

解:(1)取水池液面为1-1’截面,且定为基准水平面。

取高位槽液面为2-2’截面,如图所示。

(2)在两截面间列出柏努利方程:212222121122-∑+++=+++f e h Pu g z w P u g z ρρ各量确定:z 1=0,z 2=35m ,u 1≈0,u 2≈0,P 1=P 2=0(表压),w e 待求,必须先求出Σh f1-2及u 。

(3)求u 及Σh f1-2s m A v u s/453.1)156.0(436001002===π 7.1822)453.1(156.050130002.022221=⨯+⨯=⋅∑+⋅=∑-u d l l h e f λJ/kg(4)求w e 、q m 及P 。

把各有关量代入柏式可求出w ew e =z 2g+Σh f1-2=35×9.81+182.7=526.05J/kgq m =q v ·ρ=100/3600×1000=27.78kg/s5.222248365.078.2705.526≈=⨯=⋅==ηηme eq w P P kw7、某测水的转子流量计,转子为不锈钢(ρ钢 = 7920kg·m -3),测量范围为 0.250~2.50 m 3·h -1。

如将转子改为硬铅(ρ铅= 10670kg·m -3),保持形状、大小不变,用来测水和乙醇(ρ乙醇 = 789kg·m -3),问转子流量计的测量范围各为多少? 解:不锈钢转子测水的流量为q V ,水,铅转子测水的流量为q /V ,铅18.110007920100010670,/,=--=--水钢水铅水水ρρρρV V q qq /V ,水,1 = 1.18 ×0.25 =0.295 m 3·h -1 q /V ,水,2 = 1.18 × 2.5 = 2.95 m 3·h -1测量水的流量范围为 0.295~2.95 m 3·h -1345.1)10007920(789)78910670(1000)()(,=--=--水钢乙醇乙醇铅水水乙醇ρρρρρρV q qq /V ,乙醇,1 = 1.345 × 0.25 =0.336 m 3·h -1 q /V ,乙醇,2 = 1.345 × 2.5 =3.36 m 3·h -18、在用水测定离心泵性能实验中,流量为26m 3/h 时,泵出口压强表读数为152kPa ,泵入口真空表读数为24.7kPa ,轴功率为2.45KW ,转速为2900r/min ,真空表与压强表两测压口垂直距离为0.4m ,泵进出口管径相等,两测压口间管路的流动阻力可以忽略不计,实验用水密度近似为1000kg/m 3,试计算该泵效率并列出该效率下泵的性能。

解:在真空表和压强表测压口截面间列伯努利方程可得:f H gu u gP P h H +-++=2-21220ρ真表 式中h0=0.4m ,u1=u2,Hf=0,P 表=152000Pa,P 真=-24700Pa所以:,m H 4.1881.9100010)7.24152(4.03=⨯⨯++=532.0100045.2360081.910004.1826=⨯⨯⨯⨯⨯===P g H q P P V e ρη 性能参数:%2.53,45.2,4.18,/263====ηKW P m H h m q V精馏作业1、苯酚(C 6H 5OH )(A )和对甲酚(C 6H 4(CH 3)OH )(B )的饱和蒸汽压数据(假设此物系为理想物系)为:试按总压P=75mmHg (绝压)计算该物系的“t—x —y”数据,并计算在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度α,和平均相对挥发度;写出相平衡方程式。

00BAi p p =α解:总压kPa P 103.10176075=⨯= 利用上述式子计算相关数据列表如下:温度t ℃ 苯酚蒸汽压0A p kPa对甲酚蒸汽压0B p kPaA xA yα 113.7 10.0 7.70 1.01.0 1.299 114.6 10.4 7.94 0.837 0.871 0.310 115.4 10.8 8.2 0.692 0.748 1.317 116.3 11.19 8.5 0.558 0.624 1.316 117.0 11.58 8.76 0.440 0.509 1.322 117.8 11.99 9.06 0.321 0.385 1.323 118.6 12.43 9.39 0.201 0.249 1.324 119.4 12.85 9.70 0.0952 0.122 1.325 120.013.26 10.00.0000.0001.326计算318.1=αPx p P p y AA A A 0==xxx x y 318.01318.1)1(1+=-+=αα000B A A P P p p xB --=2、若苯-甲苯混和液在45℃时沸腾,外界压力为20.3kpa 。

已知在45℃时,纯苯的饱和蒸气压kpa p 7.220=苯,纯甲苯的饱和蒸气压kpa p6.70=甲苯。

求其气液相的平衡组成。

解:84.01.157.126.77.226.73.20000==--=--=甲苯苯甲苯苯p p p p x ; 94.084.03.207.220=⨯=⋅=苯苯苯x p p y ;16.084.011=-=-=苯甲苯x x ;06.094.011=-=-=苯甲苯y y )3、某二元物系,原料液浓度F x =0.42,连续精馏分离得塔顶产品浓度D x =0.95。

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