化工原理答案夏清主編包括緒論

1、化工原理課后習(xí)題解答化工原理課后習(xí)題解答（夏清、陳常貴主編（夏清、陳常貴主編. .化工原理化工原理. .天津大學(xué)出版社天津大學(xué)出版社,2005.,2005.）第一章第一章流體流動流體流動1.某設(shè)備上真空表的讀數(shù)為 13.3103 pa,試計算設(shè)備內(nèi)的絕對壓強與表壓強。已知該地區(qū)大氣壓強為 98.7103 pa。 解：由 絕對壓強 = 大氣壓強 真空度 得到：設(shè)備內(nèi)的絕對壓強 p絕絕 = 98.7103 pa -13.3103 pa =8.54103 pa設(shè)備內(nèi)的表壓強 p表 = -真空度 = - 13.3103 pa 2在本題附圖所示的儲油罐中盛有密度為 960 / 的油品，油面高于罐底 6.

2、9 m，油面上方為常壓。在罐側(cè)壁的下部有一直徑為 760 mm 的圓孔，其中心距罐底 800 mm，孔蓋用14mm 的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作應(yīng)力取為 39.23106 pa ，問至少需要幾個螺釘？分析：罐底產(chǎn)生的壓力不能超過螺釘?shù)墓ぷ鲬?yīng)力 即 p油 螺解：p螺 = gha = 9609.81(9.6-0.8) 3.140.762 150.307103 n螺 = 39.031033.140.0142n p油 螺 得 n 6.23取 n min= 7 至少需要 7 個螺釘 3某流化床反應(yīng)器上裝有兩個 u型管壓差計，如本題附圖所示。測得 r1 = 400 mm ， r2 = 50 mm，指示

3、液為水銀。為防止水銀蒸汽向空氣中擴散，于右側(cè)的 u 型管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度 r3 = 50 mm。試求 ab 兩處的表壓強。分析：根據(jù)靜力學(xué)基本原則，對于右邊的管壓差計，aa為等壓面，對于左邊的壓差計，bb為另一等壓面，分別列出兩個等壓面處的靜力學(xué)基本方程求解。解：設(shè)空氣的密度為 g，其他數(shù)據(jù)如圖所示 aa處 pa + ggh1 = 水gr3 + 水銀r2由于空氣的密度相對于水和水銀來說很小可以忽略不記即：pa = 1.0 1039.810.05 + 13.61039.810.05 = 7.16103 pa b-b處 pb + ggh3 = pa + ggh2 + 水銀gr

4、1 pb = 13.61039.810.4 + 7.16103 =6.05103pa 4. 本題附圖為遠距離測量控制裝置，用以測定分相槽內(nèi)煤油和水的兩相界面位置。已知兩吹氣管出口的距離 h = 1m，u 管壓差計的指示液為水銀，煤油的密度為 820kg。試求當(dāng)壓差計讀數(shù) r=68mm 時，相界面與油層的吹氣管出口距離。分析：解此題應(yīng)選取的合適的截面如圖所示：忽略空氣產(chǎn)生的壓強，本題中 11和 44為等壓面，22和 33為等壓面，且 11和 22的壓強相等。根據(jù)靜力學(xué)基本方程列出一個方程組求解解：設(shè)插入油層氣管的管口距油面高 h 在 11與 22截面之間p1 = p2 + 水銀grp1 = p4

5、 ，p2 = p3 且 p3 = 煤油gh ， p4 = 水g（h-h）+ 煤油g（h + h）聯(lián)立這幾個方程得到 水銀gr = 水g（h-h）+ 煤油g（h + h）-煤油gh 即水銀gr =水gh + 煤油gh -水gh 帶入數(shù)據(jù) 1.0101 - 13.6100.068 = h(1.010-0.8210)= 0.418 5用本題附圖中串聯(lián)管壓差計測量蒸汽鍋爐水面上方的蒸氣壓，管壓差計的指示液為水銀，兩管間的連接管內(nèi)充滿水。以知水銀面與基準(zhǔn)面的垂直距離分別為：12.3m，2=1.2m, 3=2.5m,4=1.4m。鍋中水面與基準(zhǔn)面之間的垂直距離5=3m。大氣壓強a= 99.3103。試求鍋

6、爐上方水蒸氣的壓強。分析：首先選取合適的截面用以連接兩個管，本題應(yīng)選取如圖所示的 11 截面，再選取等壓面，最后根據(jù)靜力學(xué)基本原理列出方程，求解解：設(shè) 11 截面處的壓強為1對左邊的管取-等壓面， 由靜力學(xué)基本方程 0 + 水g(h5-h4) = 1 + 水銀g(h3-h4) 代入數(shù)據(jù)0 + 1.01039.81(3-1.4) = 1 + 13.61039.81(2.5-1.4)對右邊的管取-等壓面，由靜力學(xué)基本方程1 + 水g(h3-h2) = 水銀g(h1-h2) + 代入數(shù)據(jù)1 + 1.01039.812.5-1.2= 13.61039.812.3-1.2 + 99.3103解著兩個方程

7、 得0 = 3.64105pa6. 根據(jù)本題附圖所示的微差壓差計的讀數(shù)，計算管路中氣體的表壓強。壓差計中以油和水為指示液，其密度分別為 9203 ,9983,管中油水交接面高度差 r = 300 ，兩擴大室的內(nèi)徑 d 均為 60 ，管內(nèi)徑為 6 。當(dāng)管路內(nèi)氣體壓強等于大氣壓時，兩擴大室液面平齊。分析：此題的關(guān)鍵是找準(zhǔn)等壓面，根據(jù)擴大室一端與大氣相通，另一端與管路相通，可以列出兩個方程，聯(lián)立求解解：由靜力學(xué)基本原則，選取 11為等壓面， 對于管左邊 表 + 油g(h1+r) = 1 對于管右邊 2 = 水gr + 油gh2 表 =水gr + 油gh2 -油g(h1+r) =水gr - 油gr +

8、油g（h2-h1） 當(dāng)表= 0 時，擴大室液面平齊 即 （d/2）2（h2-h1）= （d/2）2r h2-h1 = 3 mm 表= 2.57102pa7.列管換熱氣 的管束由 121 根 2.5mm 的鋼管組成?？諝庖?9m/s 速度在列管內(nèi)流動?？諝庠诠軆?nèi)的平均溫度為 50壓強為 196103pa(表壓)，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?98.7103pa試求： 空氣的質(zhì)量流量； 操作條件下，空氣的體積流量； 將的計算結(jié)果換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣的體積流量。解：空氣的體積流量 s = ua = 9/4 0.02 2 121 = 0.342 m3/s 質(zhì)量流量 ws =s=s (mp)/(rt)= 0.34229

9、(98.7+196)/8.315323=1.09/s 換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況 v1p1/v2p2 =t1/t2s2 = p1t2/p2t1 s1 = (294.7273)/(101323) 0.342 = 0.843 m3/s8 .高位槽內(nèi)的水面高于地面 8m，水從 1084mm 的管道中流出，管路出口高于地面 2m。在本題特定條件下，水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按f = 6.5 u2 計算，其中u 為水在管道的流速。試計算： aa 截面處水的流速； 水的流量，以 m3/h 計。分析：此題涉及的是流體動力學(xué)，有關(guān)流體動力學(xué)主要是能量恒算問題，一般運用的是柏努力方程式。運用柏努力方程式解題的關(guān)鍵是找準(zhǔn)截面和基

10、準(zhǔn)面，對于本題來說，合適的截面是高位槽 11,和出管口 22,如圖所示，選取地面為基準(zhǔn)面。解：設(shè)水在水管中的流速為 u ，在如圖所示的 11, ，22,處列柏努力方程z1 + 0 + 1/= z2+ 22 + 2/ + f （z1 - z2）g = u2/2 + 6.5u2 代入數(shù)據(jù) (8-2)9.81 = 7u2 , u = 2.9m/s換算成體積流量 vs = ua= 2.9 /4 0.12 3600 = 82 m3/h 9. 20 水以 2.5m/s 的流速流經(jīng) 382.5mm 的水平管，此管以錐形管和另一 533m的水平管相連。如本題附圖所示，在錐形管兩側(cè) a 、b 處各插入一垂直玻璃

11、管以觀察兩截面的壓強。若水流經(jīng) a b 兩截面的能量損失為 1.5j/，求兩玻璃管的水面差（以計） ，并在本題附圖中畫出兩玻璃管中水面的相對位置。分析:根據(jù)水流過 a、b 兩截面的體積流量相同和此兩截面處的伯努利方程列等式求解解：設(shè)水流經(jīng)兩截面處的流速分別為 ua、 ub uaaa = ubab ub = （aa/ab ）ua = （33/47）22.5 = 1.23m/s在兩截面處列柏努力方程z1 + 122 + 1/ = z2+ 222 + 2/ + f z1 = z2 （1-2）/ = f +（12-22）2 g（h1-h 2）= 1.5 + (1.232-2.52) /2 h1-h 2

12、 = 0.0882 m = 88.2 mm即 兩玻璃管的水面差為 88.2mm10.用離心泵把 20的水從貯槽送至水洗塔頂部，槽內(nèi)水位維持恒定，各部分相對位置如本題附圖所示。管路的直徑均為 762.5mm，在操作條件下，泵入口處真空表的讀數(shù)為24.6610pa,水流經(jīng)吸入管與排處管（不包括噴頭）的能量損失可分別按f,1=2u，hf,2=10u2計算，由于管徑不變，故式中 u 為吸入或排出管的流速/s。排水管與噴頭連接處的壓強為98.0710pa（表壓） 。試求泵的有效功率。分析：此題考察的是運用柏努力方程求算管路系統(tǒng)所要求的有效功率把整個系統(tǒng)分成兩部分來處理，從槽面到真空表段的吸入管和從真空表

13、到排出口段的排出管，在兩段分別列柏努力方程。解：總能量損失hf=hf+，1hf，2 u1=u2=u=2u2+10u=12u在截面與真空表處取截面作方程： z0g+u02/2+p0/=z1g+u2/2+p1/+hf，1（ p0-p1）/= z1g+u2/2 +hf，1 u=2m/s ws=ua=7.9kg/s 在真空表與排水管-噴頭連接處取截面 z1g+u2/2+p1/+we=z2g+u2/2+p2/+hf，2 we= z2g+u2/2+p2/+hf，2（ z1g+u2/2+p1/） =12.59.81+（98.07+24.66）/998.210+102=285.97j/kg ne= wews=

14、285.977.9=2.26kw11.本題附圖所示的貯槽內(nèi)徑 d 為 2，槽底與內(nèi)徑d0為 33mm 的鋼管相連，槽內(nèi)無液體補充，其液面高度 h0為 2m（以管子中心線為基準(zhǔn)） 。液體在本題管內(nèi)流動時的全部能量損失可按hf=20u公式來計算，式中 u 為液體在管內(nèi)的流速 ms。試求當(dāng)槽內(nèi)液面下降 1m 所需的時間。分析：此題看似一個普通的解柏努力方程的題，分析題中槽內(nèi)無液體補充，則管內(nèi)流速并不是一個定值而是一個關(guān)于液面高度的函數(shù)，抓住槽內(nèi)和管內(nèi)的體積流量相等列出一個微分方程，積分求解。解：在槽面處和出口管處取截面 1-1，2-2 列柏努力方程 h1g=u2/2+hf =u2/2+20u2 u=

15、(0.48h)1/2=0.7h1/2 槽面下降 dh，管內(nèi)流出 ua2dt 的液體 adh=ua2dt=0.7h1/2a2dtdt=a1dh/（a20.7h1/2） 對上式積分：t=1.h12.本題附圖所示為冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)，鹽水的密度為1100kgm，循環(huán)量為 36m。管路的直徑相同，鹽水由a 流經(jīng)兩個換熱器而至 b 的能量損失為 98.1jkg，由 b流至 a 的能量損失為 49jkg，試求：（1）若泵的效率為 70%時，泵的抽功率為若干 kw？（2）若 a 處的壓強表讀數(shù)為 245.210pa 時，b 處的壓強表讀數(shù)為若干 pa？分析：本題是一個循環(huán)系統(tǒng)，鹽水由 a 經(jīng)兩個換熱器被冷卻后

16、又回到 a 繼續(xù)被冷卻，很明顯可以在 a-換熱器-b 和 b-a 兩段列柏努利方程求解。解：（1）由 a 到 b 截面處作柏努利方程 0+ua/2+pa/1=zbg+ub2+pb+9.81 管徑相同得 ua=ub （pa-pb）/=zbg+9.81由 b 到 a 段，在截面處作柏努力方程b zbg+ub2+pb/+we=0+ua+pa/+49 we=（pa-pb）/- zbg+49=98.1+49=147.1j/kg ws=vs=36/36001100=11kg/s ne= wews=147.111=1618.1w 泵的抽功率 n= ne /76%=2311.57w=2.31kw（2）由第一個

17、方程得（pa-pb）/=zbg+9.81 得 pb=pa-（zbg+9.81）=245.210-1100(79.81+98.1)=6.2104pa13. 用壓縮空氣將密度為 1100kg/m3的腐蝕性液體自低位槽送到高位槽，兩槽的液位恒定。管路直徑均為603.5mm，其他尺寸見本題附圖。各管段的能量損失為f，ab=f，cd=u2，f，bc=1.18u2。兩壓差計中的指示液均為水銀。試求當(dāng) r1=45mm，h=200mm 時：（1）壓縮空氣的壓強 p1為若干？（2）u 管差壓計讀數(shù) r2為多少？解：對上下兩槽取截面列柏努力方程0+0+p1/=zg+0+p2/+fp1= zg+0+p2 +f =1

18、09.811100+1100（2u2+1.18u2） =107.9110+3498u在壓強管的 b，c 處去取截面，由流體靜力學(xué)方程得 pb+g（x+r1）=pc +g（hbc+x）+水銀r1g pb+11009.81（0.045+x）=pc +11009.81（5+x）+13.6109.810.045pb-pc=5.95104pa在 b，c 處取截面列柏努力方程 0+ub/2+pb/=zg+uc2/2+pc/+f，bc 管徑不變，ub=u cpb-pc=（zg+f，bc）=1100（1.18u2+59.81）=5.95104pau=4.27m/s壓縮槽內(nèi)表壓 p1=1.23105pa（2）在

19、 b，d 處取截面作柏努力方程0+u2/2+pb/= zg+0+0+f，bc+f，cdpb=（79.81+1.18u2+u2-0.5u2）1100=8.35104papb-gh=水銀r2g8.35104-11009.810.2=13.6109.81r2r2=609.7mm14. 在實驗室中,用玻璃管輸送 20的 70%醋酸.管內(nèi)徑為 1.5cm,流量為 10kg/min,用 si 和物理單位各算一次雷諾準(zhǔn)數(shù),并指出流型。 解：查 20，70的醋酸的密度 = 1049kg/m3,粘度 = 2.6mpas用 si 單位計算：d=1.510-2m,u=ws/(a)=0.9m/sre=du/=(1.5

20、10-20.91049)/(2.6103)=5.45103用物理單位計算：=1.049g/cm, u=ws/(a)=90cm/s,d=1.5cm=2.610-3pas=2.610-3kg/(sm)=2.610-2g/scm-1 re=du/=(1.5901.049)/(2.610-2)=5.45103 5.45103 4000此流體屬于湍流型15.在本題附圖所示的實驗裝置中，于異徑水平管段兩截面間連一倒置 u 管壓差計，以測量兩截面的壓強差。當(dāng)水的流量為10800kg/h 時，u 管壓差計讀數(shù) r 為 100mm，粗細管的直徑分別為 603.5mm 與 453.5mm。計算：（1）1kg 水流

21、經(jīng)兩截面間的能量損失。 （2）與該能量損失相當(dāng)?shù)膲簭娊禐槿舾?pa？解：（1）先計算 a，b 兩處的流速： ua=ws/sa=295m/s，ub= ws/sb在 a，b 截面處作柏努力方程：zag+ua2/2+pa/=zbg+ub2/2+pb/+hf1kg 水流經(jīng) a，b 的能量損失：hf= （ua2-ub2）/2+（pa- pb）/=（ua2-ub2）/2+gr/=4.41j/kg （2）.壓強降與能量損失之間滿足： hf=p/ p=hf=4.4110 16. 密度為 850kg/m，粘度為 810-3pas 的液體在內(nèi)徑為 14mm 的鋼管內(nèi)流動，溶液的流速為 1m/s。試計算：（1）淚諾

22、準(zhǔn)數(shù)，并指出屬于何種流型？（2）局部速度等于平均速度處與管軸的距離；（3）該管路為水平管，若上游壓強為 14710pa，液體流經(jīng)多長的管子其壓強才下降到 127.510pa？ 解：（1）re =du/=（1410-31850）/（810-3）=1.4910 2000 此流體屬于滯流型（2）由于滯流行流體流速沿管徑按拋物線分布，令管徑和流速滿足 y2 = -2p（u-um） 當(dāng)=0 時 ,y2 = r2 = 2pum p = r2/2 = d2/8 當(dāng)=平均=0.5max= 0.5m/s 時, y2= - 2p（0.5-1）= d2/8 =0.125 d2 即 與管軸的距離 r=4.9510-3

23、m (3)在 147103和 127.5103兩壓強面處列伯努利方程 u 12/2 + pa/ + z1g = u 22/2 + pb/+ z2g + f u 1 = u 2 , z1 = z2 pa/= pb/+ f損失能量f=（pa- pb）/=（147103-127.5103）/850 =22.94流體屬于滯流型摩擦系數(shù)與雷若準(zhǔn)數(shù)之間滿足 =64/ re又 f=（/d）0.5 u 2 =14.95m輸送管為水平管，管長即為管子的當(dāng)量長度即：管長為 14.95m17 . 流體通過圓管湍流動時，管截面的速度分布可按下面經(jīng)驗公式來表示：ur=umax（y/r）1/7 ，式中 y 為某點與壁面的

24、距離，及 y=rr。試求起平均速度 u 與最大速度 umax的比值。分析：平均速度 u 為總流量與截面積的商，而總流量又可以看作是速度是 ur的流體流過2rdr 的面積的疊加 即：v=0r ur2rdr解：平均速度 u = v/a =0r ur2rdr/（r2）=0r umax（y/r）1/72rdr/（r2）= 2umax/r15/7 0r（r r）1/7rdr= 0.82umaxu/ umax=0.8218. 一定量的液體在圓形直管內(nèi)做滯流流動。若管長及液體物性不變，而管徑減至原有的1/2，問因流動阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來的若干倍？解：管徑減少后流量不變u1a1=u2a2而 r1=r2a

25、1=4a2 u2=4u由能量損失計算公式f=（/d）（1/2u2）得f，1=（/d）（1/2u12） f，2=（/d）（1/2u22）=（/d） 8（u1）2=16f，1hf2 = 16 hf119. 內(nèi)截面為 1000mm1200mm 的矩形煙囪的高度為 30 a1m。平均分子量為 30kg/kmol，平均溫度為 400的煙道氣自下而上流動。煙囪下端維持 49pa 的真空度。在煙囪高度范圍內(nèi)大氣的密度可視為定值，大氣溫度為 20，地面處的大氣壓強為 101.3310pa。流體經(jīng)煙囪時的摩擦系數(shù)可取為 0.05，試求煙道氣的流量為若干 kg/h？解：煙囪的水力半徑 r= a/= (11.2)/

26、2(1+1.2)=0.273m 當(dāng)量直徑 de= 4r=1.109m 流體流經(jīng)煙囪損失的能量 f=（/ de）u2/2 =0.05(30/1.109)u2/2 =0.687 u2 空氣的密度 空氣= pm/rt = 1.21kg/m3 煙囪的上表面壓強 (表壓) p上=-空氣gh = 1.219.8130 =-355.02 pa煙囪的下表面壓強 (表壓) p下=-49 pa煙囪內(nèi)的平均壓強 p= (p上+ p下)/2 + p0 = 101128 pa由 = pm/rt 可以得到煙囪氣體的密度 = （3010-3101128）/（8.314673） = 0.5422 kg/m3在煙囪上下表面列伯

27、努利方程 p上/= p下/+ zg+f f= (p上- p下)/ zg =(-49+355.02)/0.5422 309.81 = 268.25 = 0.687 u2流體流速 u = 19.76 m/s質(zhì)量流量 s= ua= 19.7611.20.5422 = 4.63104 kg/h20. 每小時將 210kg 的溶液用泵從反應(yīng)器輸送到高位槽。反應(yīng)器液面上方保持 26.710pa 的真空讀，高位槽液面上方為大氣壓強。管道為的鋼管，總長為 50m，管線上有兩個全開的閘閥，一個孔板流量計（局部阻力系數(shù)為 4） ，5 個標(biāo)準(zhǔn)彎頭。反應(yīng)器內(nèi)液面與管路出口的距離為 15m 。若泵效率為0.7，求泵的軸

28、功率。解： 流體的質(zhì)量流速 s = 2104/3600 = 5.56 kg/s 流速 u =s/(a)=1.43m/s 雷偌準(zhǔn)數(shù) re=du/= 165199 4000 查本書附圖 1-29 得 5 個標(biāo)準(zhǔn)彎頭的當(dāng)量長度: 52.1=10.5m 2 個全開閥的當(dāng)量長度: 20.45 = 0.9m 局部阻力當(dāng)量長度 e=10.5 + 0.9 = 11.4m 假定 1/1/2=2 lg(d /) +1.14 = 2 lg(68/0.3) + 1.14 = 0.029 檢驗 d/(re1/2) = 0.008 0.005 符合假定即 =0.029 全流程阻力損失 =(+ e)/d u2/2 + u2

29、/2 = 0.029(50+11.4)/(68103) + 41.432/2 = 30.863 j/kg 在反應(yīng)槽和高位槽液面列伯努利方程得 p1/+ we = zg + p2/+ we = zg + (p1- p2)/+ = 159.81 + 26.7103/1073 + 30.863 = 202.9 j/kg有效功率 ne = wes = 202.95.56 = 1.128103 軸功率 n = ne/=1.128103/0.7 = 1.61103w = 1.61kw 21. 從設(shè)備送出的廢氣中有少量可溶物質(zhì)，在放空之前令其通過一個洗滌器，以回收這些物質(zhì)進行綜合利用，并避免環(huán)境污染。氣體流

30、量為3600m/h，其物理性質(zhì)與 50的空氣基本相同。如本題附圖所示，氣體進入鼓風(fēng)機前的管路上安裝有指示液為水的 u 管壓差計，起讀數(shù)為 30mm。輸氣管與放空管的內(nèi)徑均為 250mm，管長與管件，閥門的當(dāng)量長度之和為 50m，放空機與鼓風(fēng)機進口的垂直距離為 20m，已估計氣體通過塔內(nèi)填料層的壓強降為 1.9610pa。管壁的絕對粗糙度可取 0.15mm，大氣壓強為101.3310。求鼓風(fēng)機的有效功率。解：查表得該氣體的有關(guān)物性常數(shù) =1.093 , =1.9610-5pas氣體流速 u = 3600/(36004/0.252) = 20.38 m/s質(zhì)量流量 s = uas = 20.384

31、/0.2521.093 =1.093 kg/s流體流動的雷偌準(zhǔn)數(shù) re = du/= 2.84105 為湍流型所有當(dāng)量長度之和 總=+e =50m 取 0.15 時 /d = 0.15/250= 0.0006 查表得 =0.0189所有能量損失包括出口,入口和管道能量損失 即: = 0.5u2/2 + 1u2/2 + (0.018950/0.25) u2/2 =1100.66 在 1-12-2 兩截面處列伯努利方程 u2/2 + p1/+ we = zg + u2/2 + p2/ + we = zg + (p2- p1)/+而 1-12-2 兩截面處的壓強差 p2- p1 = p2-水gh =

32、 1.96103 - 1039.8131103 = 1665.7 pa we = 2820.83 w/kg 泵的有效功率 ne = wes= 3083.2w = 3.08 kw 22. 如本題附圖所示， ，貯水槽水位維持不變。槽底與內(nèi)徑為 100mm 的鋼質(zhì)放水管相連，管路上裝有一個閘閥，距管路入口端 15m 處安有以水銀為指示液的 u 管差壓計，其一臂與管道相連，另一臂通大氣。壓差計連接管內(nèi)充滿了水，測壓點與管路出口端之間的長度為20m。 （1）.當(dāng)閘閥關(guān)閉時，測得 r=600mm，h=1500mm；當(dāng)閘閥部分開啟時，測的r=400mm，h=1400mm。摩擦系數(shù)可取 0.025，管路入口處

33、的局部阻力系數(shù)為 0.5。問每小時從管中水流出若干立方米。 （2）.當(dāng)閘閥全開時，u 管壓差計測壓處的靜壓強為若干（pa，表壓） 。閘閥全開時le/d15，摩擦系數(shù)仍取 0.025。解: 根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程, 設(shè)槽面到管道的高度為 x 水g(h+x)= 水銀gr 103(1.5+x) = 13.61030.6 x = 6.6m 部分開啟時截面處的壓強 p1 =水銀gr -水gh = 39.63103pa 在槽面處和 1-1 截面處列伯努利方程 zg + 0 + 0 = 0 + u2/2 + p1/ + 而= (+e)/d + u2/2 = 2.125 u2 6.69.81 = u2/2 +

34、 39.63 + 2.125 u2 u = 3.09/s 體積流量 s= ua= 3.09/4(0.1)23600 = 87.41m3/h 閘閥全開時 取 2-2,3-3 截面列伯努利方程 zg = u2/2 + 0.5u2/2 + 0.025(15 +/d)u2/2 u = 3.47m/s 取 1-13-3 截面列伯努利方程 p1/ = u2/2 + 0.025(15+/d)u2/2 p1 = 3.7104pa23. 10的水以 500l/min 的流量流過一根長為 300m 的水平管，管壁的絕對粗糙度為0.05。有 6m 的壓頭可供克服流動阻力，試求管徑的最小尺寸。解:查表得 10時的水的

35、密度 = 999.7kg/m3 = 130.7710-5 pas u = vs/a = 10.8510-3/d2 f = 69.81 = 58.86j/kg f=(/d) u2/2 =150 u2/d 假設(shè)為滯流 = 64/re = 64/du hfgf d1.510-3 檢驗得 re = 7051.22 2000 不符合假設(shè) 為湍流 假設(shè) re = 9.7104 即 du/= 9.7104 d =8.3410-2m 則 /d = 0.0006 查表得 = 0.021 要使fhfg 成立則 150 u2/d58.86 d1.8210-2m24. 某油品的密度為 800kg/m，粘度為41cp，

36、由附圖所示的 a 槽送至 b 槽，a 槽的液面比 b 槽的液面高出 1.5m。輸送管徑為893.5mm（包括閥門當(dāng)量長度） ，進出口損失可忽略。試求：（1）油的流量（m/h） ；（2）若調(diào)節(jié)閥門的開度，使油的流量減少20%，此時閥門的當(dāng)量長度為若干 m？解： 在兩槽面處取截面列伯努利方程 u2/2 + zg + p1/= u2/2 + p2/+ f p1= p2zg = f= (/d) u2/21.59.81= (50/8210-3)u2/2 假設(shè)流體流動為滯流,則摩擦阻力系數(shù)=64/re=64/du 聯(lián)立兩式得到 u =1.2m/s 核算 re = du/=1920 2000 假設(shè)成立油的體

37、積流量 s=ua=1.2/4(82103)23600 =22.8m3/h 調(diào)節(jié)閥門后的體積流量 s= 22.8(1-20)=18.24 m3/h 調(diào)節(jié)閥門后的速度 u=0.96m/s 同理由上述兩式 1.59.81= (/8210-3)0.962/2 =64/re=64/du 可以得到 = 62.8m 閥門的當(dāng)量長度 e=-50 =12.8m25. 在兩座尺寸相同的吸收塔內(nèi)，各填充不同的填料，并以相同的管路并聯(lián)組合。每條支管上均裝有閘閥，兩支路的管長均為 5m（均包括除了閘閥以外的管件局部阻力的當(dāng)量長度） ，管內(nèi)徑為 200mm。通過田料層的能量損失可分別折算為 5u1與 4u2，式中 u 為

38、 氣體在管內(nèi)的流速 m/s ，氣體在支管內(nèi)流動的摩擦系數(shù)為 0.02。管路的氣體總流量為 0.3m/s。試求：（1）兩閥全開時，兩塔的通氣量；（2）附圖中 ab的能量損失。分析：并聯(lián)兩管路的能量損失相等，且各等于管路 總的能量損失,各個管路的能量損失由兩部分組成，一是氣體在支管內(nèi)流動產(chǎn)生的，而另一部分是氣體通過填料層所產(chǎn)生的，即f=(e/d) u2/2f 填 而且并聯(lián)管路氣體總流量為個支路之和, 即 vs= vs1 + vs2 解：兩閥全開時，兩塔的通氣量由本書附圖查得 d=200mm 時閥線的當(dāng)量長度 e=150m f1=(1e1/d) u12/2 + 5 u12 =0.02(50+150)

39、/0.2 u12/2 + 5 u12 f2=(2e2/d) u22/2 + 4 u12 = 0.02(50+150)/0.2 u22/2 + 4 u12 f1=f2 u12/ u22=11.75/12.75 即 u1 = 0.96u2 又vs= vs1 + vs2 = u1a1+ u2a2 , a1 = a2 =(0.2)2/4=0.01= (0.96u2+ u2) 0.01 = 0.3 u2=4.875m/s u1a=4.68 m/s 即 兩塔的通氣量分別為 vs1 =0.147 m3/s, vs12=0.153 m3/s 總的能量損失 f=f1=f2 =0.02155/0.2 u12/2

40、+ 5 u12 = 12.5 u12 = 279.25 j/kg 26. 用離心泵將 20水經(jīng)總管分別送至a，b 容器內(nèi)，總管流量為 89m/h，總管直徑為1275mm。原出口壓強為1.93105pa，容器 b 內(nèi)水面上方表壓為1kgf/cm，總管的流動阻力可忽略，各設(shè)備間的相對位置如本題附圖所示。試求：（1）離心泵的有效壓頭 h e；（2）兩支管的壓頭損失 hf，o-a ，hf，o-b，。解：（1）離心泵的有效壓頭總管流速 u = vs/a 而 a = 3600/4(117)210-6 u = 2.3m/s在原水槽處與壓強計管口處去截面列伯努利方程 z0g + we = u2/2 + p0/

41、+f 總管流動阻力不計f=0 we = u2/2 + p0/-z0g =2.32/2 +1.93105/998.2 -29.81 =176.38j/kg 有效壓頭 he = we/g = 17.98m 兩支管的壓頭損失在貯水槽和 表面分別列伯努利方程 z0g + we = z1g + p1/+ f1 z0g + we = z2g + p2/+ f2 得到兩支管的能量損失分別為f1= z0g + we (z1g + p1/) = 29.81 + 176.38 (169.81 + 0) =39.04j/kgf2=z0g + we - (z2g + p2/) =29.81 + 176.38 (89.

42、81 + 101.33103/998.2) =16.0 j/kg壓頭損失 hf1 = f1/g = 3.98 m hf2 = f2/g = 1.63m27. 用效率為 80%的齒輪泵將粘稠的液體從敞口槽送至密閉容器中，兩者液面均維持恒定，容器頂部壓強表讀數(shù)為 30103pa。用旁路調(diào)節(jié)流量，起流程如本題附圖所示，主管流量為 14m3/h，管徑為 663mm，管長為 80m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長度） 。旁路的流量為 5m3/h，管徑為 322.5mm，管長為 20m（包括除閥門外的管件局部阻力的當(dāng)量長度）兩管路的流型相同，忽略貯槽液面至分支點 o 之間的能量損失。被輸送液體的粘度為 50mp

43、as，密度為1100kg/m，試計算：（1）泵的軸功率（2）旁路閥門的阻力系數(shù)。解：泵的軸功率分別把主管和旁管的體積流量換算成流速主管流速 u = v/a = 14/3600(/4)(60)210-6 = 1.38 m/s 旁管流速 u1 = v1/a = 5/3600(/4)(27)210-6 = 2.43 m/s先計算主管流體的雷偌準(zhǔn)數(shù) re = du/= 1821.6 0.005假設(shè)成立即 d,c 兩點的流速 u1 = 1.776 m/s , u2 = 1.49 m/s bc 段和 bd 的流量分別為 vs,bc = 3210(/4)36001.776 = 5.14 m3/s vs,bd

44、 = 2610(/4)36001.49 = 2.58 m3/s 29. 在 382.5mm 的管路上裝有標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計，孔板的孔徑為 16.4mm，管中流動的是20的苯，采用角接取壓法用 u 管壓差計測量孔板兩測的壓強差，以水銀為指示液，策壓連接管中充滿甲苯。測得 u 管壓差計的讀數(shù)為 600mm，試計算管中甲苯的流量為若干 kg/h？解：查本書附表 20時甲苯的密度和粘度分別為 = 867 kg/m3,= 0.67510-3假設(shè) re = 8.67104 當(dāng) a0/a1 = (16.4/33) = 0.245 時,查孔板流量計的 c0與 re, a0/a1 的關(guān)系得到 c0 = 0.63體積

45、流量 vs = c0a02gr(a-)/ 1/2 = 0.63/4 16.4210-6 29.810.6(13.6-0.867)/0.8671/2=1.7510-3 m3/s流速 u = vs /a = 2.05 m/s核算雷偌準(zhǔn)數(shù) re = du/ = 8.67104 與假設(shè)基本相符 甲苯的質(zhì)量流量 s = vs=1.7510-38673600 = 5426 kg/h 第二章第二章 流體輸送機械流體輸送機械1 . 在用水測定離心泵性能的實驗中，當(dāng)流量為 26m/h 時，泵出口處壓強表和入口處真空表的讀數(shù)分別為 152kpa 和 24.7kpa，軸功率為 2.45kw，轉(zhuǎn)速為 2900r/mi

46、n，若真空表和壓強表兩測壓口間的垂直距離為 0.4m，泵的進出口管徑相同，兩測壓口間管路流動阻力可忽略 不計，試求該泵的效率，并列出該效率下泵的性能。解：取 20 時水的密度 =998.2 kg/m 3 在泵出口和入口處列伯努利方程 u12/2g + p1/g + = u12/2g + p2/g + f + z 泵進出口管徑相同, u1 = u2 不計兩測壓口見管路流動阻力 f = 0 p1/g + = p2/g + z = (p2- p1)/g + z = 0.4 + (152+24.7)103/998.29.8 =18.46 m 該泵的效率 = qhg/n = 2618.46998.29.

47、8/(2.451033600) = 53.2.2. 用離心泵以 40m/h 的流量將貯水池中 65的熱水輸送到?jīng)鏊?，并?jīng)噴頭噴出而落入涼水池中，以達到冷卻的目的，已知水進入噴頭之前需要維持 49kpa 的表壓強，噴頭入口較貯水池水面高 6m，吸入管路和排出管路中壓頭損失分別為 1m 和 3m，管路中的動壓頭可以忽略不計。試選用合適的離心泵并確定泵的安裝高度。當(dāng)?shù)卮髿鈮喊?101.33kpa 計。解：輸送的是清水 選用 b 型泵 查 65時水的密度 = 980.5 kg/m 3 在水池面和噴頭處列伯努利方程u12/2g + p1/g + = u12/2g + p2/g + f + z取 u1

48、 = u2 = 0 則 = (p2- p1)/g + f + z = 49103/980.59.8 + 6 + (1+4) = 15.1 m q = 40 m 3/h由圖 2-27 得可以選用 3b19a 2900 465時清水的飽和蒸汽壓 pv = 2.544104pa當(dāng)?shù)卮髿鈮?a = p/g = 101.33103 /998.29.81 = 10.35 m查附表二十三 3b19a 的泵的流量: 29.5 48.6 m 3/h為保證離心泵能正常運轉(zhuǎn),選用最大輸出量所對應(yīng)的 s 即 s = 4.5m輸送 65水的真空度 s = s +(a-10)-( pv/9.81103 0.24)1000

49、/ =2.5m允許吸上高度 hg = s - u12/2g -f,0-1 = 2.5 1 = 1.5m即 安裝高度應(yīng)低于 1.5m3常壓貯槽內(nèi)盛有石油產(chǎn)品，其密度為 760kg/m，粘度小于 20cst，在貯槽條件下飽和蒸汽壓為 80kpa，現(xiàn)擬用 65y-60b 型油泵將此油品以 15m流量送往表壓強為 177kpa 的設(shè)備內(nèi)。貯槽液面恒定，設(shè)備的油品入口比貯槽液面高 5m，吸入管路和排出管路的全部壓頭損失為1m 和 4m 。試核算該泵是否合用。若油泵位于貯槽液面以下 1.2m 處，問此泵能否正常操作？當(dāng)?shù)卮髿鈮喊?101.33kpa 計.解: 查附錄二十三 65y-60b 型泵的特性參數(shù)如

50、下 流量 q = 19.8m3/s, 氣蝕余量h=2.6 m 揚程 h = 38 m 允許吸上高度 hg = (p0- pv)/g - h-f,0-1= -0.74 m -1.2揚升高度 z = h -f,0-2 = 38 4 = 34m如圖在 1-1,2-2 截面之間列方程 u12/2g + p1/g + = u22/2g + p2/g + f,1-2 + z 其中 u12/2g = u22/2g = 0 管路所需要的壓頭: e=(p2 p1)/g + z + f,1-2 = 33.74m z = 34 m游品流量 qm = 15 m3/s 2105 假設(shè)成立 u1= u2(d2 / d1)

51、2 = 1.23 m/s 允許氣蝕余量 h = (p1- p2)/g + u12/2g p1 = pa - p真空度 = 28.02 kpah = (28.02-2.3346)103/998.29.81 = 2.7 m 允許吸上高度 hg =(pa- pv)/g - h-f 離心泵離槽面道路很短 可以看作f = 0 hg =(pa- pv)/g - h =(101.4 2.3346)103/(998.29.81) 2.7 =7.42 m5. 水對某離心泵做實驗，得到下列各實驗數(shù)據(jù)： q，l/min 0 100 200 300 400 500h，m 37.2 38 37 34.5 31.8 28

52、.5 送液體的管路系統(tǒng)：管徑為 764mm，長為 355m（包括局部阻力的當(dāng)量長度） ，吸入和排出空間為密閉容器，其內(nèi)壓強為 129.5kpa（表壓） ，再求此時泵的流量。被輸送液體的性質(zhì)與水相近。解: 根據(jù)管路所需要壓頭 e與液體流量 qe的關(guān)系: e= k + bqe2而 k =z + p/g 且 吸入排出空間為常壓設(shè)備, p = 0 k =z = 4.8 b = (+ e)/d 1/2g(60103a)2= (0.03355/0.068)/29.81(0.068260103/4)2=1.68310-4 管道特性方程為: e= 4.8 + 1.68310-4qe2 由下列數(shù)據(jù)繪出管道特性曲

53、線 e-qeqe ,l/min 0 100 200 300 400 500e ,m 4.8 6.48 11.53 19.95 31.73 46.88繪出離心泵的特性曲線 h-q 于同一坐標(biāo)系中,如圖所示: 兩曲線的交點即為該泵在運轉(zhuǎn)時的流量 泵的流量為 400l/min若排出空間為密閉容器,則 k =z + p/g =4.8 + 129.5103/998.29.81 = 1.802而 b 的值保持不變 管路的特性方程為 e= 18.02 + 1.68310-4qe2 重新繪出管路的特性曲線和泵的特性曲線qe ,l/min 0 100 200 300 400 500e ,m 18.02 19.7

54、0 24.75 33.17 44.95 60.10可以得到泵的流量為 310l/min6. 某型號的離心泵，其壓頭與流量的關(guān)系可表示為 h=18 - 0.6106q2（h 單位為 m，q單位為 m/s） 若用該泵從常壓貯水池將水抽到渠道中，已知貯水池截面積為 100m，池中水深 7m。輸水之初池內(nèi)水面低于渠道水平面 2m，假設(shè)輸水渠道水面保持不變，且與大氣相通。管路系統(tǒng)的壓頭損失為 hf=0.410 q2（hf單位為 m，q 單位為 m/s） 。試求將貯水池內(nèi)水全部抽出所需時間。解: 列出管路特性方程 e= k + hfk= z + p/g 貯水池和渠道均保持常壓 p/g = 0k= z e=

55、 z + 0.4106q2 在輸水之初z = 2me= 2 + 0.4106q2聯(lián)立 h=18-0.6106q2 ，解出此時的流量 q = 410-3m3/s將貯水槽的水全部抽出 z = 9me= 9 + 0.4106q2 再次聯(lián)立 h=18-0.6106q2 ，解出此時的流量 q = 310-3m3/s 流量 q 隨著水的不斷抽出而不斷變小 取 q 的平均值 q平均= （q + q）/2 = 3.510-3m3/s把水抽完所需時間 = v/ q平均 = 55.6 h7. 用兩臺離心泵從水池向高位槽送水，單臺泵的特性曲線方程為 h=251106q 管路特性曲線方程可近似表示為 h=10+110

56、6q 兩式中 q 的單位為 m/s，h 的單位為 m。 試問兩泵如何組合才能使輸液量最大？（輸水過程為定態(tài)流動）分析：兩臺泵有串聯(lián)和并聯(lián)兩種組合方法 串聯(lián)時單臺泵的送水量即為管路中的總量，泵的壓頭為單臺泵的兩倍；并聯(lián)時泵的壓頭即為單臺泵的壓頭，單臺送水量為管路總送水量的一半解：串聯(lián) he = 2h 10 + 1105qe2 = 2(25-1106q2) qe= 0.43610-2m2/s并聯(lián) q = qe/2 25-1106 qe2 = 10 + 1105( qe/2)2 qe = 0.38310-2m2/s 總送水量 qe= 2 qe= 0.76510-2m2/s 并聯(lián)組合輸送量大8 . 現(xiàn)

57、采用一臺三效單動往復(fù)泵，將敞口貯罐中密度為 1250kg/m的液體輸送到表壓強為 1.28106pa 的塔內(nèi)，貯罐液面比塔入口低 10m，管路系統(tǒng)的總壓頭損失為 2m，已知泵 活塞直徑為 70mm，沖程為 225mm，往復(fù)次數(shù)為 2001/min，泵的總效率和容積效率為 0.9 和0.95。試求泵的實際流量，壓頭和軸功率。解：三動泵理論平均流量 qt = 3asnr = 3/4 (0.07)20.025200 =0.52m3/min 實際流量 q = qt =0.950.52 = 0.494 m3/min 泵的壓頭 h = p/g + u2/2g + hf + z 取u2/2g = 0 =p/

58、g + hf + z = 1.28106/12509.81 + 2 + 10 = 116.38m 軸功率 n = hq/102 = 13.05 kw9 用一往復(fù)泵將密度為 1200kg/m的液體從 a 池輸送到 b 槽中，a 池和 b 槽液面上方均 為大氣壓。往復(fù)泵的流量為 5m/h。輸送開始時，b 槽和 a 池的液面高度差為 10m。輸送過程中，a 池液面不斷下降，b 槽液面不斷上升。輸送管徑為 30mm，長為 15m（包括局部阻力當(dāng)量長度） 。a 池截面積為 12m，b 槽截面積為 4.15m。液體在管中流動時摩擦系數(shù)為0.04。試求把 25m液體從 a 池輸送到 b 槽所需的能量。解：列

59、出此往復(fù)泵輸送的管路特性方程 e= k + bqe2 而 k = p/g + u2/2g + z a，b 槽上方均大氣壓 p/g = 0 ，u2/2g = 0 在輸送開始時 ，h0= 10 m 輸送完畢后a 池液面下降：25/12 = 2.01m b 池液面上升： 25/4.15 = 6.1 m h = 10 + 2.01 + 6.1 = 18.11mb =(+ e)/d 1/2g(3600a)2 =0.4 15/0.03 1/(3600/40.032)229.81 =0.157 輸送開始時管路的特性方程 e= 10 + 0.157qe2 輸送完畢時管路的特性方程 e= 18.4 + 0.15

60、7qe2 取平均壓頭 平均=(e+e)/2 = （10 + 0.157qe2 + 8.4 + 0.157qe2 ）/2 ，qe=5 m3/s = 18 m 輸送所需要的時間 = v/q = 25/5 = 5h =18000 輸送有效功率 ne = hqg = 185/3600 12009.81 = 294.3 所需要的能量 w = ne= 5.3106 j = 5300kj10. 已知空氣的最大輸送量為 14500kg/h，在最大風(fēng)量下輸送系統(tǒng)所需的風(fēng)壓為1600pa（以風(fēng)機進口狀態(tài)級計） 。由于工藝條件的呀求。風(fēng)機進口與溫度為 40，真空度為 196pa 的設(shè)備相連。試選合適的離心通風(fēng)機。當(dāng)