《化工原理》第三版答案

1、緒論習(xí)題1） 1）                  含水份52%的木材共120kg，經(jīng)日光照曬，木材含水份降至25%，問(wèn)：共失去水份多少千克？以上含水份均指質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。 木材 木材 120(1-0.52)=(120-w)(1-0.25) 照曬 w=43.2kg 2）  以兩個(gè)串聯(lián)的蒸發(fā)器對(duì)NaOH水溶液予以濃縮，流程及各符號(hào)意義如圖所示，F(xiàn)、G、E皆為NaOH水溶液的質(zhì)量流量，x表示溶液中含NaOH的質(zhì)量

2、分?jǐn)?shù)，W表示各蒸發(fā)器產(chǎn)生水蒸汽的質(zhì)量流量。若，問(wèn)：W1、W2、E、x1各為多少？ W1kg/s W2kg/s NaOH水液 G kg/s E kg/s F=6.2Kg/s 蒸發(fā)器1 蒸發(fā)器2 X2 =0.30 X0=0.105 W1:W2=1:1.15 , X-(Wt),x1,w1,w2,D,E=? 對(duì)控制體I，NaOH物料衡算：Fx0=Ex2即 6.2×0.105=E×0.30 E=2.17 kg/s W1+W2=F-E=6.2-2.17=4.03 kg W1=4.03/2.15=1.87 kg/s ，W2=4.03-1.87=2.16 kg/s 對(duì)控制體II，總的物料衡

3、算：G=F-W1=6.2-1.87=4.33 kg/s Fx0=Gx2 即6.2×0.105=4.33x1,x1=0.15 3)某連續(xù)操作的精餾塔分離苯與甲苯。原料液含苯0.45（摩爾分率，下同），塔頂產(chǎn)品含苯0.94。已知塔頂產(chǎn)品含苯量占原料液中含苯量的95%。問(wèn)：塔底產(chǎn)品中苯的濃度是多少？按摩爾分率計(jì)。解：0.95=4)導(dǎo)熱系數(shù)的SI單位是W/(m·)，工程制單位是kcal/(m·h·)。試問(wèn)1kcal/( m·h·)相當(dāng)于多少W/(m·)？并寫出其因次式。1kcal/(m.h.0C)=?J/(m.s.0C)寫出導(dǎo)熱系數(shù)

4、的因次式。1kcal=4.187×103J,1h=3600s  5)已知理想氣體通用常數(shù)物理大氣壓·升/(摩爾·K)，試求采用J/(kmol·K)時(shí)R的數(shù)值。解：寫出以J/（kmolk）的單位為理想氣體通用常數(shù)R之值。 1物理大氣壓=1.0133×105N/m2，1升=10-3m3 R=0.08205 6）  水蒸汽在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)可用如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：式中  D擴(kuò)散系數(shù)，英尺2/h；p壓強(qiáng)，atm；T絕對(duì)壓強(qiáng)，。試將上式改換成采用SI單位的形式。各物理量采用的單位是：Dm2/s，pPa，TK

5、。解:經(jīng)驗(yàn)公式的單位換算:物理量 擴(kuò)散系數(shù)壓強(qiáng)絕對(duì)溫度原來(lái)單位英尺2/hatm0R后來(lái)單位M2/sPaK1英尺2/h=0.30482/3600m2/s=2.58×10-5m2/s,1atm=1.0133×105pa,溫差 1k=1.80R 7）  在冷凝器中蒸汽與冷卻水間換熱，當(dāng)管子是潔凈的，計(jì)算總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式為：式中  K總傳熱系數(shù)，Btu/(ft2·h·)；u水流速，ft/s。試將上式改換成采用SI單位的形式。各物理量采用的單位是：KW/(m·)，um/s。解：經(jīng)驗(yàn)公式的單位換算：物理量傳熱系數(shù)流速原來(lái)單位

6、BUT/ft2.h.0F)ft/s后來(lái)單位W/（m2.K）m/s1BUT/(ft2.h.0F)=5.678W/(m2.K),1ft/s=0.3048m/s第一章 流體流動(dòng)習(xí)題解答 1某敞口容器內(nèi)盛有水與油。如圖。已知水及油的密度分別為1000和860kg/m3，解：h1=600mm，h2=800mm，問(wèn)H為多少mm？2.有一幢102層的高樓，每層高度為4m。若在高樓范圍內(nèi)氣溫維持20不變。設(shè)大氣靜止，氣體壓強(qiáng)為變量。地平面處大氣壓強(qiáng)為760mmHg。試計(jì)算樓頂?shù)拇髿鈮簭?qiáng)，以mmHg為單位。3.某水池，水深4米，水面通大氣，水池側(cè)壁是鉛垂向的。問(wèn)：水池側(cè)壁平面每3米寬度承受水的壓力是多少N？外界

7、大氣壓為1atm。 4 4外界大氣壓為1atm，試按理想氣體定律計(jì)算0.20at（表壓）、20干空氣的密度?？諝夥肿恿堪?9計(jì)。5 5有個(gè)外徑為R2、內(nèi)徑為R1為的空心球，由密度為的材料制成。若將該球完全淹沒(méi)在某密度為的液體中，若球能在任意位置停留，試求該球的外徑與內(nèi)徑之比。設(shè)球內(nèi)空氣重量可略。 6 6為放大以U形壓差計(jì)測(cè)氣體壓強(qiáng)的讀數(shù)，采用傾斜式U形壓差計(jì)。如圖。指示液是=920kg/m3的乙醇水溶液。氣體密度為1.20kg/m3。讀數(shù)R=100mm。問(wèn)p1與p2的差值是多少mmHg？采用微差U形壓差計(jì)測(cè)壓差。如圖。已知U形管內(nèi)直徑d為6mm，兩擴(kuò)大室半徑均為80mm，壓差計(jì)中用水和礦物油作

8、指示液，密度分別為1000及860kg/m3。當(dāng)管路內(nèi)氣體壓強(qiáng)p與外界大氣壓p0相等時(shí)，兩擴(kuò)大室油面齊平，U形管兩只管內(nèi)油、水交界面亦齊平?，F(xiàn)讀得讀數(shù)R=350mm，試計(jì)算：（1）氣體壓強(qiáng)p（表）。（2）若不計(jì)擴(kuò)大室油面高度差，算得的氣體壓強(qiáng)p是多少？（3）若壓差計(jì)內(nèi)只有水而不倒入礦物油，如一般U形壓差計(jì)，在該氣體壓強(qiáng)p值下讀數(shù)R0為多少？ 7 7某傾斜的等徑直管道內(nèi)有某密度的液體流過(guò)。如圖。在管道的A、B截面設(shè)置了兩套U形壓差計(jì)測(cè)壓差，下測(cè)用的是一般U形壓差計(jì)，上測(cè)用的是復(fù)式U形壓差計(jì)，所用的指示液均為密度是1的同一種液體。復(fù)式壓差計(jì)中兩段指示液之間的流體是密度為的流過(guò)管道內(nèi)的液體。試求讀數(shù)

9、R1與R2、R3的關(guān)系。 9)將水銀倒入到圖示的均勻管徑的U形管內(nèi)，水銀高度h1=0.25m。然后將水從左支管倒入，測(cè)得平衡后左支管的水面比右支管的水銀面高出0.40m。試計(jì)算U形管內(nèi)水與水銀的體積比。  解： R1 =0.4m R2h1=0.25m 1 1  L=0.015m L 習(xí)題9附圖如圖所示1-1為等壓面, p1=p1r水g(R1+R2) = r水銀gR2103´(0.4+R2) = 13.6´103R2 R2 = 0.0317mV水銀 = d2(2h1+L)V水 = d2(R1+R2) V水銀/ V水 = (2h1+L)/ (R1+

10、R2) = (2´0.25+0.015)/(0.4+0.0317) = 1.1910) 一直立煤氣管，在底部U形壓差計(jì)h1=120mm，在H=25m高處的U形壓差計(jì)h2=124.8mm。U形管指示液為水。管外空氣密度為1.28kg/m3。設(shè)管內(nèi)煤氣及管外空氣皆靜止，求管內(nèi)煤氣的密度。   h2H    h1  習(xí)題10附圖 p2 p2解：H p1 p1  p1p1= r水×gh1 ¼¼(1)p2p2= r水×gh2 ¼¼(2)

11、(1)減(2)，得(p1p2)(p1p2) = r水×g(h1h2) ¼¼(3)其中 p1p2 = r煤×gH，p1p2 = r空×gH，代入(3)式,得：r煤×gHr空×gH = r水×g(h1h2)即 r煤 = r水×(h1h2)/Hr空 = 103(0.1200.1248)/251.28= 1.088 kg/m311以2”的普通壁厚的水煤氣鋼管輸送15的清水，水在管內(nèi)滿流。已知水流速u=1.5m/s，求水的質(zhì)量流量、質(zhì)量流速和體積流量。12如圖所示，質(zhì)量為3.5kg，面積為40×46cm2

12、的一塊木板沿著涂有油的斜面等速向下滑動(dòng)。已知v=1.2m/s，=1.5mm（油膜厚度）。求滑油的粘度。 13 5  12 v d   13解： t a 5 12V a G d 從受力分析 Gsina = tA mg sina = tAt = =3.5´9.81´/(40´46´10-4) = 71.77 N/m2t = m= mm = = 71.77´1.5´10-3/1.2 = 0.0897 Pa×s13以壓縮空氣將某液體自儲(chǔ)槽壓送到高度H=5.0m、壓強(qiáng)p2為2.5at（表壓）的容器內(nèi)，如圖

13、。已知液體密度=1800kg/m3，流體的流動(dòng)阻力為4.0J/kg。問(wèn)：所需的壓縮空氣壓強(qiáng)p1至少為多少at（表壓）？14水以70m3/h的流量流過(guò)傾斜的異徑管通。如圖。已知小管內(nèi)徑dA=100mm，大管內(nèi)徑dB=150mm，B、A截面中心點(diǎn)高度差h=0.3m，U形壓差計(jì)的指示液為汞。若不計(jì)AB段的流體流動(dòng)阻力，試問(wèn)：U形壓差計(jì)哪一支管內(nèi)的指使液液面較高？R為多少？ 15水以6.4×10-4m3/s的流量流經(jīng)由小至大的管段內(nèi)。如圖。小管內(nèi)徑d1=20mm，大管內(nèi)徑d2=46mm。欲測(cè)1、2兩截面處水的壓差，為取得較大的讀數(shù)R，采用倒U形壓差計(jì)。已知壓差計(jì)內(nèi)水面上空是=2.5kg/m3

14、的空氣，讀數(shù)R=100mm。求水由1至2截面的流動(dòng)阻力hf。 16水從噴嘴口1-1截面垂直向上噴射至大氣。如圖。設(shè)在大氣中流束截面保持圓形，已知噴嘴內(nèi)直徑d1=20mm，出噴嘴口水流速u1=15m/s。問(wèn)：在高于噴嘴出口5m處水流的直徑是多大？忽略摩擦阻力。解：1-1與2-2之間列柏努利方程 2 2gz1u12/2p1/r = gz2u22/2p2/r z1 = 0，z2 = 5m，p1 = p2 u12/2 = gz2u22/2152/2 = 9.81×5u22/2 1 1 u2 = 11.26m/s 又， u1d12 = u2d22 習(xí)題16附圖 d2 = (u1/u2)1/2d

15、1 = ´0.020 = 0.0231 m17高、低水庫(kù)的水面高度差H=42m，水流量為30m3/s，水流的總阻力為4.5mH2O。如圖。已知透平的效率=0.78，試計(jì)算透平的輸出功率。解：u1=u2=0，p1=p2，z2=0， 1 1z1=H=42m1-1與2-2間列柏努利方程 Hgz1+u12/2+p1/r+Ws = gz2+u22/2+p2/r+ShfWs =gz1+Shf =9.81´424.5´9.81´103/103 2 2 =368 J/kgNa = Ws×Vr =368´30´103=1.10´10

16、7 WNe= Na×h = 1.10´107´0.78=8.61´106 W=8.61´103 kW18某水溶液在圓直、等徑管內(nèi)層流動(dòng)。管內(nèi)半徑為R。設(shè)測(cè)點(diǎn)流速的探針頭位置與管軸線的距離為r。問(wèn)：測(cè)點(diǎn)相對(duì)位置 為多少時(shí)該點(diǎn)的點(diǎn)流速等于平均流速？19以水平圓直管輸送某油品。管內(nèi)徑為d1，管兩段壓差為 。因管道腐蝕，擬更換管道。對(duì)新裝管道要求如下：管長(zhǎng)不變，管段壓降為原來(lái)壓降的0.75，而流量加倍。設(shè)前后情況流體皆為層流。問(wèn)：新管道內(nèi)徑d2與原來(lái)管內(nèi)徑d1之比為多少？ 20在機(jī)械工程中常會(huì)遇到流體在兩平行固體壁的間隙中作一維定態(tài)流動(dòng)的情況。如圖。設(shè)

17、流動(dòng)為層流。設(shè)間隙厚為2y0，試證流體沿y軸向點(diǎn)流速呈如下拋物線規(guī)律分布： 解：對(duì)長(zhǎng)度L，高度y，寬度為1的流體元作受力與運(yùn)動(dòng)分析: 21粘度為，密度為的液體沿鉛垂向平壁膜狀流下。如圖。設(shè)液體層流流動(dòng)，液膜厚度為，平壁寬度為B。試推導(dǎo)任一流動(dòng)截面上液體點(diǎn)流速v隨y的變化規(guī)律，并證明平均流速 解：取寬為B,長(zhǎng)為dx ,高為y的流體元作受力與運(yùn)動(dòng)分析: 22)串聯(lián)兩管1、2，d1=d2/2，L1=80m，Re1=1600，Shf1 = 0.54m液柱，Shf2 = 56mm液柱，求L2。局部阻力可略。解： Re = µ ，Re,2 / Re,1 = d1 / d2 =1/2， Re,2

18、= Re,1 /2 = 1600/2 = 800，兩管內(nèi)皆為層流又，Shf = 32mul / (rgd2) µ 32mVl / (d2rgd2) µ l/d4Shf,2 /Shf,1 = (d1/d2)4´l2/l1 即 56/540 = (1/2)4´l2/80l2 = 133 m23)原r1=920kg/m3，m1=1.30P，現(xiàn)r2=860kg/m3，m2=1.15P，層流，W2/W1=1.30求：Dpf1/Dpf2。局部阻力不計(jì)。解：層流，Dpf = 32mul / d2= 32mWl / (d2´r´d2) µ

19、Dpf,2 / Dpf,1 = (m2/m1)´(W2/W1)´(r1/r2) = ´1.30´= 1.23 24) 24)          某牛頓型流體在圓、直、等徑管內(nèi)流動(dòng)，在管截面上的速度分布可表達(dá)為v=24y-200y2，式中：y ¾ 截面上任一點(diǎn)至管壁的徑向距離，m；v ¾ 該點(diǎn)的點(diǎn)流速，m/s。試求：(1)管半徑中點(diǎn)處的流速。 (2)管壁處的剪應(yīng)力。該流體的粘度為0.045Pa×s。解：若為層流，v = vmax

20、1(r/R)2 = vmax(R2r2)/ R2 = vmax(Rr)(R+r)/R2= vmaxy(2Ry) / R2 = 2 vmaxy /Rvmaxy2/R2可見(jiàn)，該流型為層流2vmax / R = 24，vmax / R2 = 200，二式相除，得(vmax / R2) / (2vmax / R) = 1/(2R) = 200/24R = 0.06mi . y = 0.06/2 = 0.03m，v = 24y200y2 = (24´0.03)(200´0.032)=0.54m/sii. dv/dy = 24400y , dv/dy ½y=0 = 24tw

21、= m( dv/dy )y=0 = 0.045´24 = 1.08 N/m225) W= 35T/h，H= 20m，j108´4mm，m = 2840cP，r = 952kg/m3，h = 50%， N= 85kW，求包括局部阻力當(dāng)量管長(zhǎng)的總管長(zhǎng)。解： W = 35T/h = 35´103kg/hd = 1084´2 = 100mm = 0.1m ，m = 2840cP = 2.84Pa×sNe = Nh = 85´103´0.5 = 4.25´104 WWs = Ne/W = 4.25´104´

22、;3600/(35´103) = 4371 J/kg1-1與2-2間列柏努利方程gz1+u12/2+p1/r+ Ws = gz2+ u22/2+p2/r+Shfz1 = 0，z2 = H = 20m，u1= u2= 0，p1= p2 Ws = gH+ShfShf = WsgH = 43719.81´20 = 4175 J/kgu =35´103/ (3600´952´´0.12) = 1.30 m/sRe = 43.6 < 2000 層流l= 1.47Shf = l××u2/2 =×2/u2 = &

23、#180;2/1.302 = 336 m26某有毒氣體需通過(guò)一管路系統(tǒng)。現(xiàn)擬用水在按1/2尺寸縮小的幾何相似的模型管路系統(tǒng)中做實(shí)驗(yàn)予估實(shí)際氣流阻力。實(shí)際氣體流速為20.5m/s，密度為1.30kg/m3，運(yùn)動(dòng)粘度為0.16cm2/s。實(shí)驗(yàn)用水的密度為1000kg/m3，運(yùn)動(dòng)粘度為0.01cm2/s。為使二者動(dòng)力相似，水流速應(yīng)為多少？若模型實(shí)驗(yàn)測(cè)得流動(dòng)阻力為15.2J/kg，實(shí)際氣體的流動(dòng)阻力是多少？欲滿足動(dòng)力相似，必須Re,其=Re,水，設(shè)氣體管徑為d,即 27某實(shí)驗(yàn)室擬建立流體通過(guò)圓直、等徑管內(nèi)的阻力測(cè)試裝置，有兩個(gè)方案，一個(gè)方案是采用20清水為工質(zhì)，水流速不超過(guò)3.0m/s；另一方案以p=

24、1atm、20空氣（按干空氣計(jì)）為工質(zhì)，流速不超過(guò)25.0m/s，要求最大 。問(wèn)：兩方案需要的管內(nèi)徑各為多少？若管子絕對(duì)粗糙度皆為0.1mm，二者管長(zhǎng)與管內(nèi)徑之比都是150，采用以上算得的管徑（需按無(wú)縫鋼管選接近的規(guī)格），問(wèn)：二者最大流速時(shí)管路阻力各為多少？28試證明流體在圓管內(nèi)層流時(shí)，動(dòng)能校正系數(shù) 。29試按 規(guī)律推導(dǎo)湍流的 值。30某牛頓型流體在圓、直、等徑管內(nèi)流動(dòng)，管子內(nèi)半徑為50mm。在管截面上的流速分布可表達(dá)為 ，式中：y截面上任一點(diǎn)至管壁的徑向距離，m；v該點(diǎn)的點(diǎn)流速，m/s。試求：（1）流型；（2）最大點(diǎn)流速vmax。解：設(shè)v = vmax (1r/R)1/6= vmax()1/

25、6 = (vmax/R1/6)×y1/6，故該流型為湍流。 又 vmax/R1/6 = vmax/(0.050)1/6 = 2.54 vmax = 1.54 m/s31某直管路長(zhǎng)20m，管子是1”普通壁厚的水煤氣鋼管，用以輸送38的清水。新管時(shí)管內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度為0.1mm，使用數(shù)年后，舊管的絕對(duì)粗糙度增至0.3mm，若水流速維持1.20m/s不變，試求該管路舊管時(shí)流動(dòng)阻力為新管時(shí)流動(dòng)阻力的倍數(shù)。 32某流體在光滑圓直管內(nèi)湍流流動(dòng)，設(shè)摩擦系數(shù)可按布拉修斯公式計(jì)算?，F(xiàn)欲使流量加倍，管長(zhǎng)不變，管內(nèi)徑比原來(lái)增大20%，問(wèn)：因摩擦阻力產(chǎn)生的壓降為原來(lái)的多少倍。33如圖所示，某液體在光滑管中以u(píng)

26、=1.2m/s流速流動(dòng)，其密度為920kg/m3，粘度為0.82cP。管內(nèi)徑為50mm，測(cè)壓差管段長(zhǎng)L=3m。U形壓差計(jì)以汞為指示液。試計(jì)算R值。  1 1 L 2 2 R 習(xí)題33附圖解：在1-1與2-2間列柏努利方程：gz1+u12/2+p1/r = gz2+ u22/2+p2/r+Shf 或(pm,1pm,2)/r = Shf (u1= u2)(rir)gR/r = (0.3164/Re0.25)´´u2/2其中Re = 0.05´1.2´920/(0.82´10-3) = 6.73´104則(13.6-0.

27、92)´103´9.81R/920=0.3164/(6.73´104)0.25´(3/0.050)´(1.22/2)R = 6.28´10-3 m34有一高位水槽，其水面離地面的高度為H。如圖。水槽下面接有2”普通壁厚水煤氣鋼管130m長(zhǎng)，管路中有1只全開(kāi)的閘閥，4只全開(kāi)的截止閥，14只標(biāo)準(zhǔn) 90°彎頭。要求水流量為10.5m3/h，設(shè)水溫20，=0.2mm，問(wèn)：H至少需多少米？ 35承第34題，若已知H=20m，問(wèn)水流量多少m3/h？36有兩段管路，管子均為內(nèi)徑20mm、長(zhǎng)8m、絕對(duì)粗糙度0.2mm的直鋼管，其中一根管水平

28、安裝，另一根管鉛垂向安裝。若二者均輸送20清水，流速皆為1.15 m/s。豎直管內(nèi)水由下而上流過(guò)。試比較兩種情況管兩端的額修正壓強(qiáng)差與壓強(qiáng)差。要用計(jì)算結(jié)果說(shuō)明。37有A、B兩根管道并聯(lián)。已知：lA=8m，dA=50mm，lB=12m，dB=38mm（上述l中包含了局部阻力，d指內(nèi)徑）。流體工質(zhì)是常壓、20的空氣（按干空氣計(jì)）?？偭髁渴?00kg/h。問(wèn)：B管的質(zhì)量流量是多少？分支點(diǎn)與匯合點(diǎn)的局部阻力可略。皆為0.2mm。38某水塔供水流程如附圖的a)圖所示，管長(zhǎng)為L(zhǎng)。現(xiàn)需增加50%的流量，擬采用b)流程。b)流程中各管管徑均與a)流程的相同，其L/2管長(zhǎng)為兩管并聯(lián)。設(shè)局部阻力不計(jì)，所

29、有管內(nèi)流體流動(dòng)的摩擦系數(shù)值均相等且為常數(shù)。問(wèn)：b)方案能否滿足要求。 39某七層的宿舍樓，第四至第七層樓生活用水均來(lái)自房頂水箱。如圖。若總輸水管為 普通壁厚水煤氣鋼管，各層樓自來(lái)水支管為 普通壁厚水煤氣鋼管。所用的閥皆為截止閥。水箱內(nèi)水深2m。有關(guān)尺寸示于附圖。試計(jì)算：（1）只開(kāi)七樓的閥且閥全開(kāi)時(shí)，V7為多少？（2）當(dāng)四樓及七樓的閥都全開(kāi)，五、六樓的閥全關(guān)，V4及V7及各為多少？計(jì)算支管阻力時(shí)只計(jì)入局部阻力，直管阻力可略。設(shè)皆為0.040。40用離心泵將水由水槽送至水洗塔內(nèi)。水槽敞口。塔內(nèi)表壓為0.85at。水槽水面至塔內(nèi)水出口處垂直高度差22m。已知水流量為42.5m3/h，泵對(duì)水作的有效功

30、為321.5J/kg，管路總長(zhǎng)110m（包括局部阻力當(dāng)量管長(zhǎng)），管子內(nèi)徑100mm。試計(jì)算摩擦系數(shù)值。解：1-1與2-2間列柏努利方程：gz1+u12/2+p1/r+Ws = gz2+ u22/2+p2/r+Shfz1= 0，z2= 22 m，u1= 0，p1(表)= 0u2= =42.5/(´0.12´3600) = 1.50 m/s p2= 0.85at = 0.85´9.81´104 = 8.34´104 PaWs= gz2+u12/2+p2/r+Shf 即321.5= 9.81´22+1.502/2+8.34

31、0;104/103+ShfShf = 21.2 J/kgShf = u2/2 = ´1.502/2 = 21.2 l= 0.0171 2 2     1 1  4135的水由高位槽經(jīng)異徑收縮管向下流動(dòng)。如圖。若不考慮流動(dòng)阻力，為保證水在流經(jīng)收縮管時(shí)不發(fā)生汽化現(xiàn)象，收縮管的管徑應(yīng)限制在多大尺寸以上？當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?atm，35的水的密度為994kg/m3，飽和蒸汽壓為5.62kPa。H=12m，h=8m，d=150mm（內(nèi)直徑）。1 1  2 2 H h d 3 3 習(xí)題41附圖解：1 “1-1”至

32、“3-3”列柏努利方程gz1+ p1/r+u12/2= gz3+ p3/r+ u32/2p1= p3，z3 = 0，u1 = 0u3 = 15.3 m/s2 “2-2”至“3-3”列柏努利方程gz2+ p2/r+u22/2= gz3+ p3/r+ u32/22截面剛液體汽化時(shí)，p2= 5.62kPa，則9.81´8+5.62´103/994+u22/2 = 1.013´105/994+15.32/2u2 = 16.4 m/s3 u3d32 = u2d22 即 15.3´1502 = 16.4d22 d2 = 145 mm42如附圖所示，水泵抽水打進(jìn)B、C

33、水槽。已知各管內(nèi)徑相等，且AB段、AC段和OA段（不包括泵內(nèi)阻力）的管道長(zhǎng)與局部阻力當(dāng)量管長(zhǎng)之和 相等。設(shè)摩擦系數(shù)值皆相同，過(guò)程定態(tài)。求 。C 水 BVCA 水VB8.0m 5.0m  O 習(xí)題42附圖解：由“A®B”與“A®C”可列下式EAEC = a VC2EAEB = a VB2 ECEB = a (VB2VC2)代入數(shù)據(jù)：9.81´(8.05.0) = a (VB2VC2) 即： 29.4 = a (VB2VC2) (1)由“O®B”得 Ws= EB+ a (VC+VB)2+ aVB2代入數(shù)據(jù)：150 = 9.81´5.0+

34、a (VC+VB)2+ aVB2 即： 101 = a (VC+VB)2+ aVB2 (2)(2)/(1)，得 (VC+VB)2+VB2/( VB2VC2)= (VC/VB+1)2+1/1(VC/VB)2解得：VC/VB = 0.38743在108×4mm的圓直管內(nèi)用畢托管測(cè)點(diǎn)流速。已知管內(nèi)流體是平均分子量為35的混合氣體，壓強(qiáng)為200mmH2O（表壓），外界大氣壓為1atm，氣溫為32，氣體粘度為0.02cP。在測(cè)管軸心處vmax時(shí)，U形壓差計(jì)讀數(shù)R為10mm，壓差計(jì)指示液為水。問(wèn)：管內(nèi)氣體流量是多少m3/h? 44在內(nèi)徑為50mm的圓直管內(nèi)裝有孔徑為25mm的孔板，管內(nèi)流體是25

35、清水。按標(biāo)準(zhǔn)測(cè)壓方式以U形壓差計(jì)測(cè)壓差，指示液為汞。測(cè)得壓差計(jì)讀數(shù)R為500mm，求管內(nèi)水的流量。 45.某轉(zhuǎn)子流量計(jì)，刻度是按常壓、20空氣實(shí)測(cè)確定的。現(xiàn)用于測(cè)常壓下15的氯氣，讀得刻度為2000 。已知轉(zhuǎn)子的密度為2600kg/m3，問(wèn)：氯氣流量多少？ 46已知某容器的容積V=0.05m3，內(nèi)儲(chǔ)壓縮空氣，空氣密度為8.02 kg/m3。如圖。在打開(kāi)閥門時(shí)，空氣以285m/s流速?zèng)_出，出口面積A=65mm2。設(shè)容器內(nèi)任一時(shí)刻空氣性質(zhì)是均勻的。外界大氣密度為1.2 kg/m3。求打開(kāi)閥門的瞬時(shí)容器內(nèi)空氣密度的相對(duì)變化率。第二章流體輸送機(jī)械習(xí)題解答1）某盛有液體的圓筒容器，容器軸心線為鉛垂向，液

36、面水平，如附圖中虛線所示。當(dāng)容器以等角速度繞容器軸線旋轉(zhuǎn)，液面呈曲面狀。試證明：液面為旋轉(zhuǎn)拋物面。液相內(nèi)某一點(diǎn)（r，z）的壓強(qiáng)。式中為液體密度。解 題給條件下回旋液相內(nèi)滿足的一般式為 （常量） 取圓柱坐標(biāo)如圖，當(dāng)Z=0,r=0,P=P0,C=P0故回旋液體種，一般式為     液面為P=P0的等壓面，為旋轉(zhuǎn)拋物面又即：h0=H=2h0某一點(diǎn)（r,Z）的壓強(qiáng)P:2）直徑0.2m、高0.4m的空心圓桶內(nèi)盛滿水，圓筒定該中心處開(kāi)有小孔通大氣，液面與頂蓋內(nèi)側(cè)面齊平，如附圖所示，當(dāng)圓筒以800rpm轉(zhuǎn)速繞容器軸心線回旋，問(wèn)：圓筒壁內(nèi)側(cè)最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的液體壓強(qiáng)各為多少？解 取

37、圓柱坐標(biāo)如圖，當(dāng)Z=0,r=0,P=P0 ,C=P0 故回旋液體種，一般式為  B點(diǎn)：Z=0,r=R=0.1m,C點(diǎn):Z=-0.4m,r=0.1m, 3）以堿液吸收混合器中的CO2的流程如附圖所示。已知：塔頂壓強(qiáng)為0.45at（表壓），堿液槽液面與塔內(nèi)堿液出口處垂直高度差為10.5m，堿液流量為10m3/h，輸液管規(guī)格是57×3.5mm，管長(zhǎng)共45m（包括局部阻力的當(dāng)量管長(zhǎng)），堿液密度，粘度，管壁粗糙度。試求：輸送每千克質(zhì)量堿液所需軸功，J/kg。輸送堿液所需有效功率，W。解 ,查得 4）在離心泵性能測(cè)定試驗(yàn)中，以2 泵汲入口處真空度為220mmHg，以孔板流量計(jì)及U形壓差

38、計(jì)測(cè)流量，孔板的孔徑為35mm，采用汞為指示液，壓差計(jì)讀數(shù)，孔流系數(shù)，測(cè)得軸功率為1.92kW，已知泵的進(jìn)、出口截面間的垂直高度差為0.2m。求泵的效率。解 5）IS65-40-200型離心泵在時(shí)的“揚(yáng)程流量”數(shù)據(jù)如下：V  m3/h7.512.515He  m13.212.511.8用該泵將低位槽的水輸至高位槽。輸水管終端高于高位槽水面。已知低位槽水面與輸水管終端的垂直高度差為4.0m，管長(zhǎng)80m（包括局部阻力的當(dāng)量管長(zhǎng)），輸水管內(nèi)徑40mm，摩擦系數(shù)。試用作圖法求工作點(diǎn)流量。 V m3/h7.5 12.515He m9.6019.526.4He m13.212.511.

39、8由作圖法得，工作點(diǎn)流量V=9.17m3/h6）IS65-40-200型離心泵在時(shí)的“揚(yáng)程流量”曲線可近似用如下數(shù)學(xué)式表達(dá)：，式中He為揚(yáng)程，m，V為流量，m3/h。試按第5題的條件用計(jì)算法算出工作點(diǎn)的流量。解 7）某離心泵在時(shí)的“揚(yáng)程流量”關(guān)系可用表示，式中He為揚(yáng)程，m，V為流量，m3/h?，F(xiàn)欲用此型泵輸水。已知低位槽水面和輸水管終端出水口皆通大氣，二者垂直高度差為8.0m，管長(zhǎng)50m（包括局部阻力的當(dāng)量管長(zhǎng)），管內(nèi)徑為40mm，摩擦系數(shù)。要求水流量15 m3/h。試問(wèn)：若采用單泵、二泵并連和二泵串聯(lián)，何種方案能滿足要求？略去出口動(dòng)能。8）有兩臺(tái)相同的離心泵，單泵性能為，m，式中V的單位是

40、m3/s。當(dāng)兩泵并聯(lián)操作，可將6.5 l/s的水從低位槽輸至高位槽。兩槽皆敞口，兩槽水面垂直位差13m。輸水管終端淹沒(méi)于高位水槽水中。問(wèn)：若二泵改為串聯(lián)操作，水的流量為多少？9）承第5題，若泵的轉(zhuǎn)速下降8%，試用作圖法畫出新的特性曲線，并設(shè)管路特性曲線不變，求出轉(zhuǎn)速下降時(shí)的工作點(diǎn)流量。解 設(shè)原來(lái)轉(zhuǎn)速為n，后來(lái)轉(zhuǎn)速n=0.92n,前后各有關(guān)參量的關(guān)系為：可由原來(lái)的（He,V）數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)算出新轉(zhuǎn)速時(shí)的（He V）數(shù)據(jù) ，如下表所示：轉(zhuǎn)速nV m3/h7.512.515He m13.212.511.8轉(zhuǎn)速nV m3/h6.911.513.8He m11.1710.589.99 管路特性曲線：He

41、=4.0+0.0995V2 m ,(Vm3/h),可作圖法得（V,He ）,數(shù)據(jù)如下：（6.9,8.74）,(11.5,17.16) ,(13.3,22.9)由作圖法得，工作點(diǎn)V=8.8m3/h 10）用離心泵輸送水，已知所用泵的特性曲線方程為：。當(dāng)閥全開(kāi)時(shí)的管路特性曲線方程：（兩式中He、Hem，Vm3/h）。問(wèn)：要求流量12m3/h，此泵能否使用？若靠關(guān)小閥的方法滿足上述流量要求，求出因關(guān)小閥而消耗的軸功率。已知該流量時(shí)泵的效率為0.65。解: (1) He=360.02V2 He=120.06V2 He=He，解得V=17.3m3/h 適用 (2) 當(dāng)V=12m3/h He=36-0.0

42、2´122=33.12m，He=120.06V2=120.06´122=20.64m 11）用離心泵輸水。在n = 2900 r/min時(shí)的特性為He = 360.02V2，閥全開(kāi)時(shí)管路特性為 He= 120.06V2 (兩式中He、He-m , V-m3/h)。試求：泵的最大輸水量；要求輸水量為最大輸水量的85 %，且采用調(diào)速方法，泵的轉(zhuǎn)速為多少？解：(1) He=36-0.02V2 He=12+0.06V2 He=He，解得V=17.3m3/h (2) V=0.85V=14.7m3/h，令調(diào)速后轉(zhuǎn)速為n r/min H=()2H V= 泵: (29002/n2)H=36

43、-0.02´(29002/n2)V2 H=36´ n2/(29002)-0.02V2 當(dāng)V=14.7m3/h 則H=( n2/29002)´36-0.02´14.72 He=12+0.06V2 =12+0.06´14.72=24.97m 由He=He，解得n=2616r/min 12) 12)用泵將水從低位槽打進(jìn)高位槽。兩槽皆敞口，液位差55m。管內(nèi)徑158mm。當(dāng)閥全開(kāi)時(shí)，管長(zhǎng)與各局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度之和為1000m。摩擦系數(shù)0.031。泵的性能可用He = 131.80.384V表示(He-m , V-m3/h)。試問(wèn)：要求流量為11

44、0m3/h，選用此泵是否合適？若采用上述泵，轉(zhuǎn)速不變，但以切割葉輪方法滿足110m3/h流量要求，以D、D 分別表示葉輪切割前后的外徑，問(wèn)D/D為多少？解：(1)管路He=H0+KV2 =Dz+8l(l+Sle)/(p2gd5)Vs2=55+2.601´104Vs2=55+0.00201V2 =55+8´0.031´1000/(p2´9.81´0.1585) Vs2 由He=131.8-0.384V He=55+0.00201V2 得V=122.2 m3/h >110 m3/h 適用 (2) H=(D/D)2H V=(D/D)V 切削葉輪

45、后：(D/D)2H=131.8-0.384(D/D)V 即 H=(D/D)2´131.8-0.384(D/D)V V=110 m3/h 時(shí)，H=(D/D)2´131.8-0.384(D/D)V=(D/D)2´131.8-0.384(D/D) ´110 =131.8(D/D)2-42.24(D/D) He=55+0.00201V2 =55+0.00201´1102=79.32 m ，由He=H，解得D/D=0.952 13） 13）某離心泵輸水流程如附圖示。泵的特性曲線方程為：He=42-7.8´104V2 (He-m , V

46、-m3/s)。圖示的p為1kgf/cm2(表)。流量為12 L/s時(shí)管內(nèi)水流已進(jìn)入阻力平方區(qū)。若用此泵改輸r=1200kg/m3的堿液, 閥開(kāi)啟度、管路、液位差及P值不變，求堿液流量和離心泵的有效功率。 習(xí)題13 附圖解：p=1kgf/cm2=9.807´104Pa V=12L/s=0.012m3/s 管路He=H0+KV2=10+(9.807´104)/(9.807´1000)+KV2=20+K´0.0122 He=42-7.8´104´0.0122=30.77 m He=HeK=7.48´104 改輸堿液閥門開(kāi)度、管路不

47、變 K=7.48´104 不變 管路: He=Dz+p/(rg)+KV2=10+9.81´104/(9.81´1200)+7.48´104V2 =18.33+7.48´104V2 泵 He=42-7.8´104V2 He=He ，解得：V=0.0124m3/s He=42-7.8´104V2=42-7.8´104´0.01242=30.0 m Ne= HegVr=30.0´9.81´0.0124´1200=4.38´103W14) 14)某離心泵輸水，其轉(zhuǎn)速為290

48、0r/min，已知在本題涉及的范圍內(nèi)泵的特性曲線可用方程He = 36-0.02V來(lái)表示。泵出口閥全開(kāi)時(shí)管路特性曲線方程為： He = 12 + 0.05V2(兩式中He、He¾m，V¾m3/h)。求泵的最大輸水量。當(dāng)要求水量為最大輸水量的85 %時(shí)，若采用庫(kù)存的另一臺(tái)基本型號(hào)與上述泵相同，但葉輪經(jīng)切削5 %的泵，需如何調(diào)整轉(zhuǎn)速才能滿足此流量要求？解：(1)由He=36-0.02V He=12+0.05V2 令He=He 解得V=21.71m3/h (2)D/D=0.95 V=0.85V=0.85´21.71=18.45m3/h 另一泵：He=36´0.

49、952-0.02´0.95V=32.49-0.019V 調(diào)整轉(zhuǎn)速后：He=32.49(n/2900)2-0.019(n/2900)V =32.49(n/2900)2-0.019(n/2900) ´18.45 =32.49(n/2900)2-0.351(n/2900) 又 He=12+0.05V2 =12+0.05´18.452=29.02 m，由 He=He 解得n=2756 r/min15) 15)某離心泵輸水流程如圖示。水池敞口，高位槽內(nèi)壓力為0.3at(表)。該泵的特性曲線方程為：He=48-0.01V2 (He¾m , V¾m3/h)。

50、在泵出口閥全開(kāi)時(shí)測(cè)得流量為30m3/h。現(xiàn)擬改輸堿液，其密度為1200kg/m3，管線、高位槽壓力等都不變，現(xiàn)因該泵出現(xiàn)故障，換一臺(tái)與該泵轉(zhuǎn)速及基本型號(hào)相同但葉輪切削5 %的離心泵進(jìn)行操作，問(wèn)閥全開(kāi)時(shí)流量為多少？ 解：p=0.3at=2.94´104 Pa 管路He=Dz+p/(rg)+KV2=20+2.94´104/(9.81´1000)+KV2=23+KV2 V=30m3/h時(shí)He=48-0.01V2=48-0.01´302=39 m 習(xí)題15 附圖He=23+KV2=23+K´302 由于He=He K=0.0178 管路He=23+0.

51、0178V2 泵: He=48´(D/D)2-0.01V2=48´0.952-0.01V2=43.32-0.01V2 改泵后管路: He=Dz+p/(rg)+KV2=20+2.94´104/(9.81´1200)+0.018V2 =22.5+0.018V2 He=43.32-0.01V2 He=22.5+0.018V2 得V=27.3 m3/h 16) 16)IS100-80-160型離心泵， P0=8.6mH2O,水溫150C,將水由低位槽汲入泵，有管路情況基本的性能，知V=60m3/h,查的h,允=3.5m,已知汲入管阻力為2.3m,H2O

52、,求最大安裝高度解 150C清水：=9999kg./m3,PV=1705.16Pa 17) 17)100KY100-250型離心泵，P0=8.6mH2O,水溫150C,將水由低位槽汲入泵，已知工作點(diǎn)流量為100m3/h,查得HS=5.4m,汲水管內(nèi)徑為100mm,汲水管阻力為5.4mH2O。求Hg,max 18）大氣狀態(tài)是10、750mmHg(絕壓)?，F(xiàn)空氣直接從大氣吸入風(fēng)機(jī)，然后經(jīng)內(nèi)徑為800mm的風(fēng)管輸入某容器。已知風(fēng)管長(zhǎng)130m，所有管件的當(dāng)量管長(zhǎng)為80m，管壁粗糙度，空氣輸送量為2×104m3/h (按外界大氣條件計(jì))。該容器內(nèi)靜壓強(qiáng)為1.0×104Pa(表壓)。庫(kù)存一臺(tái)9-26型No.8離心式風(fēng)機(jī)，當(dāng)流量為21982 m3/h，mmH2O，其出風(fēng)口截面為0.392×0.256m2。問(wèn)：該風(fēng)機(jī)能否適用？19） 19）            離心式風(fēng)機(jī)輸送空氣，由常壓處通過(guò)管道水平送至另一常壓處。流量6250kg/h。管長(zhǎng)1100m(包括局部阻力)，管內(nèi)徑0.40m,摩擦系數(shù)0.0268。外界氣壓1kg