[化工基础]张近习题解答

化工基础习题解答（第二版张近主编）

第3章 流体流动过程及流体输送设备

1、 某合成氨工艺以煤为原料的气化法生产中，制得的半水煤气组成为：H 242%，N 221.5%，CO27.8%，

CH 41.5%，CO 27.1%，O 20.1%（均为体积分数），求表压为88.2kPa ，温度为25℃时，混合气体的密

度。

解：解法一：先求混合的摩尔质量；

算出在操作温度和压力下各纯组分的密度，然后再按组分的摩尔分数叠加。解法略。

6、 套管换热器的内管为φ25mm×2.5mm，外管为φ57mm×3.5mm 的无缝钢管。液体以5400kg/h 的流量流过环隙。液体的密度为1200kg/m3，粘度为2×10-3Pa·s 。试判断液体在环隙流动时的流动形态。

解：设大管内径为d 1，小管外径为d 2 流体在环隙流动当量直径为：d e =d1-d 2

7、 现要求将原油以一定流量，通过一条管道由油库送往车间，并保证原油在管道中呈层流流动，现分别提出如下措施：（1）管道长度缩短20%；（2）管径放大20%；（3）提高原油温度使原油粘度下降20%，而假设密度变化不大，可忽略不计。问上述措施分别可使由于管道沿程摩擦而损失的机械能比原设计降低百分之几？

8、 欲建一水塔向某工厂供水，如图所示，从水塔到

工厂的管长（包括局部阻力当量长度）为500m ，最大

流量为0.02m 3·s -1。管出口处需保持10m 水柱的压头

（表压）。若摩擦系数λ=0.023，求：(a)当管内流速为

1.05 m·s -1，所需管径及塔高；(b)当管内流速为4 m·s -1，

所需管径及塔高；(c)由(a)、(b)计算结果，分析满足一

定流量时，塔高与管径的关系。

解：如图选取1，2 截面，计算基准面为管出口水平面。

压力以表压表示。

在1→2 列柏努利方程，得：

9、 用离心泵经φ57mm×3.5mm 的钢管，将敞口

贮罐内的有机溶剂（粘度为20×10-3）Pa·s ，密度为

800 kg·m -3），输送到反应器中，设贮罐内液面离

反应器内液面高度保持16m ，见附图。已知钢管总

长度（包括局部阻力当量长度）为25m ，反应器内

压力恒定为4kgf·m -2（表压），有机溶液输送量为

6.6m 3·h -1，试确定泵提供的压头。

解：如图选取截面1，2 计算基准面为敞口贮罐液

面，压力以表压表示。

在1→2 列柏努利方程，得：

10、 用泵将密度为850kg·m -1 的某液体从低

位槽打到高位槽。低位槽据地面高2m ，管子

出口距地面高20m ，管路阻力损失为

30J·kg -1，泵入口流速为0.915m·s -1 ，入口管

径为φ89mm×6mm，出口管径为

φ60mm×4mm，求泵的有效功率。

解：如图选取低位槽液面为1-1 面，高位槽

为2-2 面，地面为计算基准面，在1→2 列

柏努利方程，得：

11、 如图所示，槽内水位维持不变，槽底部

与内径为100mm 的钢管联结，管路上装有一

个闸阀，阀前离管路入口端15m ，B 处装有一

个指示剂为汞的U 型管压差计，测压点与管

路出口端之间距离为20m 。

(1)当阀门关闭时读数R=600mm ，h=1500mm 。

阀门部分开启时，测得R=400mm ，h=1400mm ，

管路的摩擦系数取λ=0.02，入口处局部阻力系

数取ξ=0.5，问管内流量为多少m 3/h？

(2)阀门全开时（取闸阀全开l e /d=15，λ=0.018），

问压差计测压点B 处的静压强为多少kPa （表

压）？

解：(1) a、首先根据当阀门关闭时R ，h 求水槽液面到出口处的垂直距离H 。 根据流体静力学方程

解得：H =6.66m。

b 、当阀门部分开启时B 点的压力为

在1→B 列柏努利方程，0-0 面为计算基准面