“化工原理学习解析：苯的液柱静压力与人孔盖受力计算
摘要：本文以陈敏恒《化工原理》第五版上册为例，解析了苯在特定条件下的液柱静压力计算问题，包括人孔盖所受压力以及槽底压强的计算。同时，对蒸汽冷凝给热过程中的热阻、膜状与滴状冷凝的区别进行了探讨。此外，本文还对离心泵在不同情况下的流量、压头及轴功率变化进行了分析。
关键词：化工原理，液柱静压力，人孔盖，蒸汽冷凝，离心泵
一、液柱静压力计算
1.1 计算背景
题目描述：20℃的苯盛于敞口贮槽中，密度为880kg/m³，液面距槽底9m。槽底侧面有一直径为500mm的人孔，其中心距槽底600mm。人孔覆以孔盖。要求计算人孔盖所受的液柱静压力和槽底所受的压强。
1.2 计算步骤
已知：
- 温度 T = 20℃
- 密度 ρ = 880kg/m³
- 液面距槽底 H = 9m
- 人孔直径 d = 500mm
- 人孔中心距槽底 h = 600mm
(1) 人孔盖受力 F(N)：
- 液柱高度 h = 9m – 0.6m = 8.4m
- 液柱体积 V = π(d/2)²h = π(0.25m)²×8.4m ≈ 2.06m³
- 液柱质量 m = ρV ≈ 880kg/m³ × 2.06m³ ≈ 1808.8kg
- 液柱重力 G = mg ≈ 1808.8kg × 9.8m/s² ≈ 17682.24N
- 人孔盖受力 F = G × 液柱接触面积 S
- 液柱接触面积 S = π(d/2)² = π(0.25m)² ≈ 0.196m²
- F ≈ 17682.24N / 0.196m² ≈ 89800N
(2) 槽底压强 p(Pa)：
- 槽底面积 S = π(d/2)² = π(0.25m)² ≈ 0.196m²
- p = G / S
- G = mg = 1808.8kg × 9.8m/s² ≈ 17682.24N
- p ≈ 17682.24N / 0.196m² ≈ 901000Pa
二、蒸汽冷凝给热
2.1 冷凝给热过程的热阻
冷凝给热过程的热阻主要集中在冷凝液膜内。
2.2 膜状冷凝与滴状冷凝
当冷凝液不能润湿壁面时，冷凝液呈滴状。当能够润湿表面时，冷凝液成膜状。其中，滴状热阻比膜状小得多。但滴状冷凝持续时间太短，因此一般计算时，根据膜状冷凝计算。
三、离心泵在不同情况下的性能变化
3.1 贮槽水位上升
- 泵的流量不变
- 泵的压头增加
- 泵的轴功率增加
3.2 高位槽改为高压容器
- 泵的流量不变
- 泵的压头增加
- 泵的轴功率增加
3.3 改送密度大于水的其他液体，高位槽改为敞口
- 泵的流量不变
- 泵的压头增加
- 泵的轴功率增加
3.4 改送密度大于水的其他液体，高位槽为高压容器
- 泵的流量不变
- 泵的压头增加
- 泵的轴功率增加
结语：
本文对化工原理中液柱静压力、蒸汽冷凝给热以及离心泵性能变化等问题进行了解析。通过学习这些知识点，有助于我们更好地理解和应用化工原理。”
【结语】
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