化工原理上冊課后習(xí)題及答案

1、第一章：流體流動二、本章思考題1-1何謂理想流體？實際流體與理想流體有何區(qū)別？如何體現(xiàn)在伯努利方程上？1-2何謂絕對壓力、表壓和真空度？表壓與絕對壓力、大氣壓力之間有什么關(guān)系？真空度與絕對壓力、大氣壓力有什么關(guān)系？1-3流體靜力學(xué)方程式有幾種表達形式？它們都能說明什么問題？應(yīng)用靜力學(xué)方程分析問題時如何確定等壓面？1-4如何利用柏努利方程測量等直徑管的機械能損失？測量什么量？如何計算？在機械能損失時，直管水平安裝與垂直安裝所得結(jié)果是否相同？1-5如何判斷管路系統(tǒng)中流體流動的方向？1-6何謂流體的層流流動與湍流流動？如何判斷流體的流動是層流還是湍流？1-7 一定質(zhì)量流量的水在一定內(nèi)徑的圓管中穩(wěn)定流

2、動，當(dāng)水溫升高時，Re將如何變化？1-8何謂牛頓粘性定律？流體粘性的本質(zhì)是什么？1-9何謂層流底層？其厚度與哪些因素有關(guān)？1-10摩擦系數(shù)入與雷諾數(shù)Re及相對粗糙度/d的關(guān)聯(lián)圖分為4個區(qū)域。每個區(qū)域中，入與 哪些因素有關(guān)？哪個區(qū)域的流體摩擦損失 hf與流速u的一次方成正比？哪個區(qū)域的 hf與 u2成正比？光滑管流動時的摩擦損失 ”與口的幾次方成正比？1-11管壁粗糙度對湍流流動時的摩擦阻力損失有何影響？何謂流體的光滑管流動?1-12在用皮托測速管測量管內(nèi)流體的平均流速時，需要測量管中哪一點的流體流速，然后如何計算平均流速?三、本章例題例1-1如本題附圖所示，用開口液柱壓差計測量敞口貯槽中油品排

3、放量。已知貯槽直徑D為3m,油品密度為900kg/m3o壓差計右側(cè)水銀面上灌有槽內(nèi)的油品，具高度為h1。已測1-1附圖油面當(dāng)右放出動可求得當(dāng)壓差計上指示劑讀數(shù)為 R1時，貯槽內(nèi)與左側(cè)水銀面間的垂直距離為 H1 o試計算 側(cè)支管內(nèi)油面向下移動30mm后，貯槽中排 油品的質(zhì)量。解：本題只要求出壓差計油面向下移 30mm時，貯槽內(nèi)油面相應(yīng)下移的高度，即 出排放量。首先應(yīng)了解槽內(nèi)液面下降后壓差計中指示劑讀數(shù)的變化情況，然后再尋求壓差計中油 面下移高度與槽內(nèi)油面下移高度間的關(guān)系。設(shè)壓差計中油面下移h高度，槽內(nèi)油面相應(yīng)下移H高度。不管槽內(nèi)油面如何變化，壓 差計右側(cè)支管中油品及整個管內(nèi)水銀體積沒有變化。故當(dāng)

4、壓差計中油面下移h后，油柱高度沒有變化，仍為h1,但因右側(cè)水銀面也隨之下移 h,而左側(cè)水銀面必上升h,故壓差計 中指示劑讀數(shù)變?yōu)椋≧-2h）,槽內(nèi)液面與左側(cè)水銀面間的垂直距離變?yōu)椋℉1-H-h）0當(dāng)壓差計中油面下移h后，選左側(cè)支管油與水銀交界面為參考面 m,再在右側(cè)支管上 找出等壓面n （圖中未畫出m及n面），該兩面上的表壓強分別為：(H1H h) 0g（0為油品密度）因pmPn,由上二式得:（Hi H h） 0g = hi 0g （Ri 2h） Hgg（1）上式中第一項 H1 0gh1 0g R1 Hgg（2）將式（2）代入（1）,并整理得：3取Hg 13600kg/m ,將已知值代入上式：

5、即壓差計右側(cè)支管油面下移30mm,槽內(nèi)液面下降，油品排放量為：例1-2 直徑D為3m的貯水槽下部與直徑d0為40mm的水平輸送管相連。管路上裝有一 個閘閥，閘閥上游設(shè)有水銀液柱壓差計，開口管水銀面上方有一段R'為20mm的清水。當(dāng)閥門全關(guān)時，壓差計上讀數(shù) R為740mm,左側(cè)指示劑液面與水管中心線間的垂直距離 h為211m。當(dāng)閥門全開時，不包括管子出口損失的系統(tǒng)阻力用經(jīng)驗公式 hf 40u計算。式中hf 為流動系數(shù)的總摩擦阻力，J/kg, u為水在管路中的流速，m/s。試求將水放出24m3需經(jīng) 歷若干時間。解：根據(jù)題意畫出如附圖所示的流程圖本 高 隨 的 關(guān) 輸由題意知流動過程中槽內(nèi)水

6、面不斷下降, 題屬于不可壓縮流體作非定態(tài)流動系統(tǒng)。液 度隨流動時間增加而逐漸降低，管中水的流 液面下降而逐漸減小。在微分時間內(nèi)列全系 物料衡算，可求得液體高度隨時間變化的微 系，再列瞬間的柏努利方程式可以獲得液體 送管內(nèi)流速隨液面高度的變化關(guān)系。聯(lián)立微 和瞬間的柏努利式即可求出排水時間。以水平管的中心線為基準(zhǔn)面，另初始液面與基準(zhǔn)面間的垂直距離為 H1,放出24m3水后 的最終液面與基準(zhǔn)面間的垂直距離為 H2 （圖中未畫出）。用靜力學(xué)基本方程式先求出 H1, 再用貯槽體積、直徑、液體深度間的關(guān)系求出H20當(dāng)閥門全關(guān)時，壓差計讀數(shù) R=,按常規(guī)的方法在壓差計上確定等壓參考面，可得：取 h20g =

7、1000kg/m3、 Hg =13600 kg/m3,故：（Hi+1） X 1000= X 1000+ X 13600解得H尸放出24m3水后液面高度為：實際上本題是計算貯槽液面由降到所需時間。設(shè) d秒內(nèi)液面下降高度為dH ,管中瞬 間流速為u,在d時間內(nèi)列全系統(tǒng)水的體積衡算：式中 V1水的瞬間加入量，m3/s ;V0 水的瞬間排出量，m3/s ;dVAd時間內(nèi)，水在槽中的積累量，m3。式中各項為：V 1 =0V ,.2V 0 = d0 u4整理得 d（口）2咀（1）d0u上式中瞬間液面高度H與瞬間速度u的關(guān)系可通過列瞬間柏努利式求得。在瞬間液面 1 1'（圖中未畫出）及管出口內(nèi)側(cè)截面

8、 2 2'間列瞬間柏努利方程式，以水平管中心線為基 準(zhǔn)面：式中z1Hz2 0P1 0 （表壓）P2 0 （表壓）Ui 0u2 u （瞬間速度）或 u 0.4922 J H（2）將式（2）代入式（1）:3 、2 dHdH或 d () 114300.04 0.4922 H. H積分上式的邊界條件為:例1-3流體在管內(nèi)的汽化用虹吸管將水從水池中吸出，水池液面與虹吸管出口的垂直距離 z 5m管路最高點與水面的垂直距離為 2m,虹吸管出口流速及虹吸管最高點壓強各為多少？若將虹吸管延長，使池中水面與出口的垂直距離增為z' 8m ,1-3附圖出口流速有何變化？（水溫為 30 C,大氣壓為，水

9、按理想流體處理）解：（1）由斷面1-1、1-2之間的機械能守恒式得U22gz 2 9.81 5 9.9m/s由斷面1-1和C-C之間的機械能守恒式，并考慮到uC u2可得=X 1C5-1000 XX 7=x 10a由斷面 1-1和2' 2'之間的機械能（2）虹吸管延長后，假定管內(nèi)流體仍保持連續(xù)狀態(tài),守恒式得U2'2gz'=x 105-1000 XX 10= X 幗因p'c小于水在30c的飽和蒸汽壓pv=4242Pa,故在最高點C附近將出現(xiàn)汽化現(xiàn)象。此時，C點壓強不再按機械能守恒式的規(guī)律變化，而保持為流體的飽和蒸汽壓不變。因此，在斷面1-1和2'

10、2'問，機械能守恒式不適用，算出的u'2無效。但是，在斷面1-1和C-C之間，流體依然是連續(xù)的，C點的流速可在斷面1-1和C-C之間列出機械能守恒式求出:u'c2(paPVg) 2(一51.013 105 424210009.81 2) 12.4m/s出口流速u'2 u'c 。例1-4 阻力損失與勢能的消耗高位槽水面距管路出口的垂直距離保持為 5m不變，水面上方的壓強為X4Pq 0表壓），管路直徑為20mm,長度為24m （包括管件的當(dāng)量長度），阻力系數(shù)為，管路中裝球心 閥一個，試求：（1）當(dāng)閥門全開（6.4）時，管路的阻力損失為多少？阻力損失為出口動能

11、的多少倍？（2）假定 數(shù)值不變，當(dāng)閥門關(guān)小（20）時，管路的出口動能和阻力損失有何變化？解：（1）在斷面1-1和2-2之間列機械能衡算式gz1Pi2Uigz2P22U2hf(gz1包）（gz22U22U1hf若取大氣壓強和管出口高度為基準(zhǔn)，并忽略容器內(nèi)的流速（即U1 0）,則24或 hf掾(FT 5 981) 31 95J/kg24.、0.02 一 6.4 30.4 (倍)0.02此結(jié)果表明，實際流體在管內(nèi)流動時，阻力損失和動能的增加是造成流體勢能減少的 兩個原因。但對于通常管路，動能增加是一個可以忽略的小量，而阻力損失是使勢能減小 的主要原因。換言之，阻力損失所消耗的能量是由勢能提供的。(2

12、)當(dāng)'20時與（1）比較，當(dāng)閥門關(guān)小時，出口動能減少而阻力損失略有增加，但是，絕不可因此而誤 解為阻力所消耗的能量是由動能提供的。實際上，動能的增加和阻力損失皆由勢能提供， 當(dāng)閥門關(guān)小時，由于損失的能量增加使得動能減少了。例1-5 虹吸管頂部的最大安裝高度利用虹吸管將池中溫度為90c熱水引出，兩容器水面的垂直距離為 2m,管段AB長 5m,管段BC長10m （皆包括局部阻力的當(dāng)量長度），管路直徑為20mm,直管阻力系數(shù)為。 若要保證管路不發(fā)生汽化現(xiàn)象，管路頂點的最大安裝高度為多少？（已知90 c熱水飽和蒸解：在斷面1-1和2-2之間列機械能橫算式,2gH d2C1-5附圖汽壓為x 的句

13、2 9.81 2 1.62m/s150.02設(shè)頂點壓強PbPv ,在斷面1-1和斷面B-B之間列機械能橫算式，可求出 B點最大安裝高0.02度為虹吸管是實際工作中經(jīng)常碰到的管道，為使吸液管正常工作，安裝時必須注意兩點：（1）虹吸管頂部的安裝高度不宜過大；（2）在入口側(cè)管路（圖中AB段）的阻力應(yīng)盡可能 小。影響樓供AB1-6附圖例1-6使用同一水源各用戶間的相互總從自來水總管引一支路 AB向居民水，在端點B分成兩路各通向一樓和二樓。已知管段 AB、BC和BD的長度（包括管件的 當(dāng)量長度）各為100m 10m和20m,管徑皆為30mm,直管阻力系數(shù)皆為，兩支路出口各 安裝球心閥。假設(shè)總管壓力為x

14、5Pa 1。羨壓）試求：（1）當(dāng)一樓閥門全開（6.4）,高度為5m的二樓能否有水供應(yīng)？此時管路 AB內(nèi)的流量為多少？（2）若將一樓閥門關(guān)小，使其流量減半，二樓最大流量為多少？解：（1）首先判斷二樓是否有水供應(yīng)，為此，可假定支路 BD流量為零，并在斷面A 和1-1之間列機械能衡算式,2Pb Pa ( |ab 也g g d 2g在斷面A與B之間列機械能衡算式，得4.8 m <5m3.43 1051002.422(0.031)1000 9.810.032 9.81此結(jié)果表明二樓無水供應(yīng)。此時管路 AB內(nèi)的流量為qV -d2u1 0.785 0.032 2.42 1.71 10 3m3/s 4（

15、2）設(shè)一樓流量減半時，二樓流量為qV2此時管段AB內(nèi)的流速為管段BD內(nèi)的流速為在斷面A與2-2之間列機械能衡算式+ (0.03200.036.4 1)_ 3 22(1.414 103)2qV2對于通常的分支管路，總管阻力既不可忽略也不占主導(dǎo)地位，此時，改變支路的數(shù)目 或阻力，對總流量及各支路間流量的分配皆有影響。例1-7 提高流量分配均勻性的代價在相同的容器1、2內(nèi)，各填充高度為1m和8m的固體顆粒，并以相同的管路并聯(lián)組 合，兩支路白管長皆為5m,管徑皆為200mm,直管阻力系數(shù)為，每支管安裝一閘門閥，容 器1和2的局部阻力系數(shù)各為10和8。已知管路的總流量為s,試求:(1)當(dāng)兩閥門全開時，兩

16、支路的流量比 和并聯(lián)管路的阻力損失；(2)當(dāng)兩閥門同時關(guān)小至 C D 20 時，兩支路的流量比及并聯(lián)管路的阻力損失有 何變化？解:由物料守恒關(guān)系求得d 2u14.2-d U2qv4u1 u24qvd20.33.1416 0.229.55(1)211-7附圖因并聯(lián)管路阻力損失相等，由機械能衡算 式得(1)當(dāng)兩閥門全開uu20.02 5/0.2 8 0.170.02 5/0.2 10 0.170.9(2)由式(1)、式(2)得U29.55 5.03m / s1 0.9并聯(lián)管路的阻力損失為(2)當(dāng)兩閥門同時關(guān)小上U20.02 5/0.2 8 200.970.02 5/0.2 10 20由式(1)、式

17、(3)得U29.554.85m/ s1 0.97并聯(lián)管路的阻力損失為從此例可以看出，在不均勻并聯(lián)管路中串聯(lián)大阻力元件，可提高流量分配的均勻性, 其代價仍然是能量的消耗。例1-8倒U形管壓差計水從傾斜直管中流過，在斷面A和B之間接一空氣壓差計，其讀數(shù) R=10mm,兩測1-8附圖壓點垂直距離 z 0.3m,試求：(1) A、B兩點的壓差等于多少？(2)若采用密度為830kg/m3的煤油作指示液，壓差計讀數(shù)為多少？(3)管路水平放置而流量不變，壓差計讀數(shù)及兩點的壓差有何變化?解：首先推導(dǎo)計算公式。因空氣是靜止的，故Pi P2即在等式兩邊皆加以 gH(1)若忽略空氣柱的重量，則(2)若采用煤油作指示

18、液，壓差計讀數(shù)為(3)若管路流量不變，Pa' Pb'不變，則壓差計讀數(shù) R亦不變。又因管路水平放置, Za Zb 0 ,故普通U形管壓差計所用的指示液的密度大于被測流體的密度，若指示液的密度小于被測流 體的密度，則必須采用倒 U形管壓差計。最常用的倒U形管壓差計是以空氣作為指示劑, 稱為空氣壓差計。例1-9管內(nèi)流量與所需勢能差的關(guān)系（1）用壓縮空氣將密閉容器中的苯沿直徑為 50mm的鋼管送至某容器內(nèi)，在某勢能差下, 10分鐘可將容器內(nèi)的苯排空。問欲將輸送時間縮短一半，管路兩端的勢能差須增加多少倍？（已知苯的溫度為20 C,管壁粗糙度為）。（2）用壓縮空氣將容器中的甘油沿直徑為

19、10mm的管道送至高位槽，甘油溫度為 60 C, 管內(nèi)流量為x 103m3/s。若將流量提高一倍，管道兩端的勢能差須增加多少倍？解：（1）溫度為20c時苯的密度884kg/m3,粘度 0.67 10 3Pa s,管內(nèi)流速為Redu 884 0.05 1.530.67 10 351.01 10由直管阻力系數(shù)線圖可以確認管內(nèi)流動已進入充分湍流區(qū)。輸送時間減半，流速u'增加一倍，直管阻力系數(shù)不變，故（L ）上二J44 （倍）p （L ）, ud2 0 .（2）溫度為60c時的甘油的密度 1260kg/m3,粘度 0.1Pa s,管內(nèi)流速為du 1260 0.01 0.64貝 URe80.2

20、20000.1流量增加一倍，流速u'增加一倍，但流動形態(tài)仍為層流，故衛(wèi)E2 （倍） p u顯然，在層流條件下，所需勢能差與管內(nèi)流速（或流量）成正比；而在湍流條件下， 所需勢能與流速（或流量）的平方成正比。例1-10無外加功簡單輸送管路計算問題的自由度在附圖所示的管路中，管長l 20m,管徑d 53mm,管壁粗糙度 0.5mm,高位槽液面距管路出口的垂直距離 H=4m,管路中有一個標(biāo)準(zhǔn)直角彎頭，一個 1/2開的閘門閥。已知水溫為20 C,管內(nèi)流速為s,高位槽液面上方壓強為大氣壓，求流體在該管路中的阻 力損失為多少？解：方法一：20c水的粘度1 10 3Pa s|，1¥查得0.0

21、38 rAH方法二：若取管路出口高度及大氣壓為基準(zhǔn)，槽LbcJ內(nèi)每千克水的總機械能為1-10附圖此能量除極小部分轉(zhuǎn)化為動能外，其余皆損失掉，即顯然，兩種方法所求出的結(jié)果是矛盾的。對于無外加功簡單輸送管路的計算問題，只有以下三式可用：物料衡算式qv -d2u4機械能衡算式直管阻力系數(shù)計算式f（一,）d三個方程只能聯(lián)立求解三個未知數(shù)， 其余變量必須給定。若給定獨立變量數(shù)目少于方 程式組的自由度（即方程式組所含變量數(shù)與方程式之差），問題無確定解；若給定獨立變量 數(shù)多于方程式自由度，必導(dǎo)致相互矛盾的計算結(jié)果。本例即屬于后一種情況。按題目給定 管路情況，管內(nèi)流速必不為s,而由管路自身決定，應(yīng)為 m/s

22、（參見例1-11）例1-11 在一定勢能差下管路輸送能力的計算在例1-10所示管路中/&送溫度為20 c的水，閘門閥1/2開（c 4.5）,管內(nèi)流量為多少？若將閥門全開（c 0.17）,管內(nèi)流量為多少？0 5解：當(dāng)閥門1/2開時，假設(shè)管內(nèi)流動已進入充分湍流區(qū)，由 一 02 0.00943d 53查得 0.037在斷面1-1和2-2之間列機械能衡算式（參見例1-10附圖），可得管內(nèi)雷諾數(shù)為Redu1000 0.053 1.951 10 31.03 105根據(jù)阻力系數(shù)線圖，由Re和/d可知管內(nèi)流動已進入充分湍流區(qū)，以上計算結(jié)果有效此時管內(nèi)流量為當(dāng)閥門全開時，流速增加，管內(nèi)流動必處于充分湍流

23、區(qū)，0.037,管內(nèi)流速為管內(nèi)流量為本例管路情況已知，屬操作型問題，須聯(lián)立求解關(guān)于簡單輸送管路方程式組。由于阻 力系數(shù)計算式是一個非常復(fù)雜的非線性函數(shù)關(guān)系式，當(dāng)管內(nèi)流量與流速為待求變量時，必 須用試差法或迭代法來計算。手算時，可按以下步驟進行試差：（1）假定管內(nèi)流動已進入充分湍流區(qū)，由 /d查出；（2）根據(jù)值，由機械能衡算式計算流速u；（3）據(jù)此u值算出Re,由Re和/d查出新的 值，以檢驗是否需要再次計算。由于大多數(shù)化工管路的流動是處于或接近于充分湍流區(qū)，故經(jīng)一、二次試差便可得到足夠準(zhǔn)確的結(jié)果。選擇題、填空題1-1當(dāng)不可壓縮理想流體在水平放置的變徑管路中作穩(wěn)定的連續(xù)流動時，在管子直徑縮小的地

24、方，其靜壓力（）。（A）不變 （B）增大（C）減小 （D）不確定1-2水在內(nèi)徑一定的圓管中穩(wěn)定流動，若水的質(zhì)量流量保持恒定，當(dāng)水溫升高時， Re值將 （）。（A）不變 （B）增大（C）減?。―）不確定1-3層流與湍流的本質(zhì)區(qū)別是：（）。（A）湍流流速大于層流流速；（B）流動阻力大的為湍流；（C）層流的雷諾數(shù)小于湍流的雷諾數(shù);(D)層流無徑向脈動，而湍流有徑向脈動。1-4如圖所示，水流過一段等徑水平管子，在 A、B放置相同壓差計（測壓點等高），其讀數(shù)分別為Ri,兩處R2,題4附圖(A) Ri>R2 (B) Ri=R2(C) Ri<R2 (D) R2= Ri+2 ri 1-5如圖所示的

25、并聯(lián)管路，各支管及其總管阻力間的關(guān)系為（(A) ( hf)AiB(B) (hf)AB(hf)A 2 B ；hf)AiB(hf)A2B；hf)AiB(hf)A2B；題5附圖(D) ( hf)AB (hf)AiB ( hf)A2B；(C) (hf)A B(i-6在皮托管工作時，測壓孔正對流體流動方向所測壓力代表該處的（）。此時側(cè)壁小孔所測壓力代表該處的（）。（A）動壓，靜壓；（B）動壓，動壓與靜壓之和；（C）動壓與靜壓之和，靜壓；（D）靜壓，動壓與靜壓之和。i-7某流體在圓形直管中作滯流流動時，其速度分布是（）曲線，其管中心最大流速為平均流速的（）倍，摩擦系數(shù)人與雷諾數(shù)Re的關(guān)系為（）。i-8在湍

26、流摩擦系數(shù)的實驗研究中，采用因次分析法的目的是（）。在阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)人只與（）有關(guān)。i-9流速增加一倍后流體在圓管內(nèi)仍作層流流動，則流動阻力損失為原來的（）倍。i-i0如圖所示容器內(nèi)盛有油、水兩種液體，點 A位于油水分界的油側(cè)，點 B位于水側(cè)， 試判斷A、B兩流體質(zhì)點的總勢能差（ba）0 （, =, ） o經(jīng)AB如圖所示，水從內(nèi) di的管段流向內(nèi)徑 管段，已知 d2 J2di,di 管段 流動的速度頭為水 h1 0.7m,忽略流 段的能量損失，則h2,h3°1-12圖示管路裝有A、B兩個閥門，試判斷:（1） A閥門關(guān)小，B閥門不變Pi變大,P2變小,P3變小,P4變小,（P2-

27、P3） （變大，變小，不變）；（2） A閥門不變，B閥門開大Pi變小,P2變小,P3變小,P4變大,（P2-P3） 大，變小，不變）；A B題附圖變大（變（3） A閥門開大，B閥門不變Pi變小,P2變大,P3變大,P4變大,（P1-P2）變小,（P2-P3）變大（變大，變小，不變）；（4） A閥門不變，B閥門關(guān)小P1變大,P2變大,P3變大,P4變小,（P2-P3）變?。ㄗ兇螅冃?，不變）。1-13圖示管路兩端連接兩個水槽，管路中裝有調(diào)節(jié)試討論將閥門開大或關(guān)小時，管內(nèi)流量qv,管內(nèi)總h一直管阻力損失八門和局部阻力損失hf2有何變阻力損失閥門一個?；?，并以箭 恒定）。題附圖頭或適當(dāng)文字在下表中予

28、以表達（設(shè)水槽液位差H 總阻力損失直管阻力損局部阻力損流量qvhf 失 hfl失 hf2閥開大不變閥關(guān)小不變判斷題1-14粘性是流體的物性之一，無論是靜止的還是流動的流體都具有粘性。（）1-15盡管粘性是流體的物性之一，但只有流動的流體才考慮粘性的影響，對靜止的流體可 不考慮粘性的影響。（）1-16 U型壓差計測量的是兩截面問靜壓強之間的差值。（）1-17轉(zhuǎn)子流量計工作時轉(zhuǎn)子受到兩個力的作用，一個是重力，另一個的浮力。（）1-18孔板流量計工作時，流體在流過孔板前后的靜壓強差不變。（）1-19轉(zhuǎn)子流量計工作時，流體作用在轉(zhuǎn)子上下兩截面的靜壓強差不變。（）1-20降低溫度液體的粘度增加。（）1-

29、21升高溫度氣體的粘度增加。（）計算題1-22合成氨廠造氣車間，為防止氣柜中的煤氣倒流至間歇操作的煤氣發(fā)生爐內(nèi)，在管路中裝有水封箱，若管路進口垂直距離為2m,氣柜和發(fā)生爐的壓差為多少才可能不發(fā)生倒流 現(xiàn)象。答：1-23在化工廠采用附圖所示裝置控制液位，已知圓閥孔d1=20mm,浮子與圓閥孔之間由鋼絲相連，固定距離 L=150mm,浮子d2=100mm,圓閥與浮子總質(zhì)量 G=。試求液位高H 為多少時圓閥剛好開啟？答：中 里細池煤氣題附圖1-24 在直徑D=40mm的管路 一文丘里管，文丘 管喉部直徑為 10mm,喉部接一 管，細管一端浸入 水中。已知管內(nèi)水的流量為xi3m3/s,池水沿細管上升，

30、若不計阻力損失，文丘里管入口斷面的壓強為多少?答：x 10Pa1-25高位槽內(nèi)水深為1m并保持恒定，高位槽底部接一高8m的垂直管，若不計阻力損失, 試求以下幾種情況下管內(nèi)流速及管路入口斷面A的壓強：(1)容器內(nèi)的壓強為大氣壓；(2)容器內(nèi)的壓強為X %®(3)容器內(nèi)彳持x 4pa的真空度;(4)容器內(nèi)的壓強為大氣壓，但垂直管延長至 20m (水溫為20 C)答：(1),； s,; (3) s,; (4) s, kPa題附圖在容器側(cè)壁開 徑為d=20mm 孔，容器內(nèi)的水 持恒定并高于 中心，試求：(1)通過小孔流出的水量（小孔的流量系數(shù)為）2 2）在小孔處接一長度L=的水平短管,直管阻

31、力系數(shù)0.025,水的流量有何變化？（3）將短管延長至3m, 仍為，水的流量為多少？（4）試說明以上三種情況流量變化的原因，并計算水平管為多長時，其流量剛好與 小孔流量相等？答：（1） x 10m3/s； （2） x 10m3/s； （3） 乂 10m3/s; （4）孔流系數(shù) Co是綜合考慮了縮脈， 能量損失等多種因素的校正系數(shù)，是由實驗測定的。上述計算結(jié)果表明直接小孔流出的水 流由于縮脈，摩擦等因素其能量是很大的，可近似計算相當(dāng)于短管的阻力損失1-27如圖所示管路從A水池向B水池輸水，已知各段管長均為l 100m,管徑均為100mm, 上游水池面積 &為100m2,下游水池面積Sb為

32、80m2, HA=10m, HB=4m。忽略各種局部 阻力，為使上游水池水位下降1m,需多少時間？（設(shè)阻力系數(shù) 均為）答：1-28有一真空管路，管長l 28m,管徑d 120mm,管壁粗糙度 0.2mm,管內(nèi)是溫度 為300K的空氣，已知管內(nèi)質(zhì)量流量為s,出口端壓強為，求管路入口端壓強為多少？答： kPa1-29空氣抽鼓風(fēng)機將車間入截面為題附圖題附圖200mmx 300mm長155m的風(fēng)道內(nèi)（粗糙度e=）,然后排至大氣中，體積流量為 s。大氣壓力為750mmHg,溫度為15 C。求鼓風(fēng)機的功率，設(shè)其效率為。答：1-30在20 c下將苯液從貯槽中用泵送到反應(yīng)器，經(jīng)過長 40m的小57 X的鋼管，

33、管路上有 兩個90°彎頭，一個標(biāo)準(zhǔn)閥（按1/2開啟計算）。管路出口在貯槽的液面以上12m。貯槽與大氣相通，而反應(yīng)器是在500kpa下操作。若要維持s的體積流量，求泵所需的功率。泵的效率取。答：605W1-31 30 c的空氣從風(fēng)機送出后流經(jīng)一段直徑 200mm長20m的管，然后在并聯(lián)的管內(nèi)分成 兩段，兩段并聯(lián)管的直徑均為150mm,其一長40m,另一長80m；合攏后又流經(jīng)一段直徑 200mm長30m的管，最后排到大氣。若空氣在200mm管內(nèi)的流速為10m/s,求在兩段并聯(lián) 管內(nèi)的流速各為多少，又求風(fēng)機出口的空氣壓力為多少。答：U1=S, U2=S；風(fēng)機出口p=65mmHzO1-32

34、一酸貯槽通過管道向下方的反應(yīng)器送酸，槽內(nèi)液面在管出口以上。管路由 小38X無縫 鋼管組成，全長（包括管件的當(dāng)量長度）為 25m。粗糙度取為。貯槽內(nèi)及反應(yīng)器內(nèi)均為大 氣壓。求每分鐘可送酸多少 m3。酸的密度p =1650kg/r3i粘度=12cP 答：min第二章：流體輸送機械2-1離心泵在啟動前，為什么泵殼內(nèi)要灌滿液體？啟動后，液體在泵內(nèi)是怎樣提高壓力的？ 泵入口的壓力處于什么狀態(tài)？2-2離心泵的特性曲線有幾條？其曲線形狀是什么樣子？離心泵啟動時，為什么要關(guān)閉出 口閥門？2-3在測定離心泵的揚程與流量的關(guān)系時，當(dāng)離心泵出口管路上的閥門開度增大后，泵出 口壓力及進口處的液體壓力將如何變化？2-4

35、離心泵操作系統(tǒng)的管路特性方程是怎樣推導(dǎo)的？它表示什么與什么之間的關(guān)系？2-5離心泵的工作點是怎樣確定的？流量的調(diào)節(jié)有哪幾種常用的方法？2-6何謂離心泵的氣蝕現(xiàn)象？如何防止發(fā)生氣蝕？2-7影響離心泵最大允許安裝高度的因素有哪些？2-8什么是液體輸送機械的揚程（或壓頭）？離心泵的揚程與流量的關(guān)系是怎樣測定的？ 液體的流量、泵的轉(zhuǎn)速、液體的黏度對揚程有何影響？2-9管路特性方程H Ho kqv2中的Ho與k的大小，受哪些因素的影響?三、本章例題例2-1 某油田通過4 300 x 15m的水平鋼管將原油輸送至煉油廠。管路總長為x5m, 10輸油量要求為250 x l0<g/h ,現(xiàn)已知油在輸送溫

36、度下的粘度為s,密90kg/m3。該油管的局部阻力可忽略，現(xiàn)決定采用一種雙吸五級油泵，此泵在適宜工作范圍內(nèi)的性能列于本例附表1中。附表1Q/ (m3/h )200240280320H/m500490470425注：表中數(shù)據(jù)已作粘度校正。試求在整個輸油管路上共需幾個泵站？實際輸送量為若干kg/h3解：油的體積流量Q= 250 0 =h280.9890管內(nèi)流速u= o =s3600 0.785 0.272du Re=-0.27 1.363 890187 10 3=1751 <2000 為滯流因原油在直管內(nèi)作滯流流動，故:管路壓頭損失Hf=-pf g32 ul 32 187 10 3 160

37、103 1.363 d2 g0.272 890 9.81=2050m由附表1單臺泵的特性數(shù)據(jù)查出：當(dāng) Q=h時，H=初估泵系數(shù)2050n=467.5故應(yīng)采用5個泵站。根據(jù)串聯(lián)原理，用同規(guī)格 5臺泵串聯(lián)的壓頭為單臺泵的5倍，計 算出數(shù)據(jù)列于本題附表2中。附表2Q/ (m3/h )20024028032014200240280320 Q/ (m3/h)2-1附圖H/m2500245023502125將以上數(shù)據(jù)標(biāo)繪在本題附圖中，得泵的串聯(lián)合成特性曲線。He=H f=32 ld2 g因輸送管路為水平直管，故管路特性曲線方程為:32 1Qe32 187 10 3 160 103Qe2=4d g d2 3

38、600 0.274 890 9.81 0.785 36004將此管路特性曲線方程標(biāo)繪在本題附圖中，得泵的串聯(lián)合成特性曲線。管路特性曲線與泵合成特性曲線的交點，即為工作點，其對應(yīng)的流量、壓頭分別為:QM=305m3/hHM=2230m 故實際輸油量為 Wh=305 X 890=271 X 3kg/h 例2-2某水泵性能參數(shù)列于本題附表1中?，F(xiàn)有兩個管路系統(tǒng)，他們的管路特性方程分別 為：He=15+及He=15+ Qe2為提高管路系統(tǒng)的供水量，每條管路系統(tǒng)均用兩臺相同的泵進行組合操作，試比較各個管 路系統(tǒng)泵的最佳組合方式及最大流量為若干。附表1Q/ 01357911(L/s)H/m15解：先按題給

39、已知數(shù)據(jù)畫出單臺泵的特性曲線 M1M2,按壓頭不變流量加倍的原則，畫 出二臺泵并聯(lián)時的合成特性曲線 AC,又按流量不變壓頭加倍的原則，畫出二臺泵串聯(lián)時的 合成特Tt曲線DB。對于第一種管路系統(tǒng)，按 He=15+計算出不同Qe下對應(yīng)He,計算結(jié)果列于本題附表2 中，然后在本題附圖中畫出管路特性曲線 ABM10附表2Q/ (L/s)1357911He/m由圖可讀出泵并聯(lián)時的工作點 AQa=s泵串聯(lián)時的工作點BQb= L/s單臺泵工作點M1Qm= L/s由此可見，對于第一種管路系統(tǒng)，即管路特性曲線較平坦的低阻管路，用兩臺泵并聯(lián) 組合，可獲得高的流量，最大流量為 L/s。對于第二種管路系統(tǒng)，按He=1

40、5+ Qe2計算出不同Qe下對應(yīng)的He,計算結(jié)果列于本題附表3,然后在本題附圖中畫出管路特性曲線 DCM20附表30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 132-2附圖Q/ (L/s)He/m由圖讀出泵并聯(lián)時的工作點C的流量Qc= L/s泵串聯(lián)時的工作點D的流量Qd= L/s單臺泵操作時其工作點 M2的流量Qm2= L/s。由此可見，對于管路特性曲線較陡的高阻管路，用二臺泵串聯(lián)可獲得較大的流量，最大流量為68 L/s。例2-3在圖示管路中裝有一臺離心泵，離心泵的特性曲線方程為 He 40 7.2 104qV2（式中qV的單位用 m3/s表示，He的單位用 m表示），管路兩端的

41、位差 z 10m ,壓差p 9.51 104 Pa。用此管路輸送清水時，供水量為10X103m3/s,且管內(nèi)流動已進入阻力解：聯(lián)立管路兩端之間的機械能衡算式與泵特性方程可得送堿液K 衡算式求* Pa210m平方區(qū)。若用此管路輸送密度為1200kg/m3的堿液，閥門開度及管路兩端條件皆維持不變， 試求堿液的流量和離心泵的有效功率為多少？據(jù)題意，當(dāng)供水量為10 x 1dm3/s時，泵的壓頭為He 40 7.2 104 0.012 32.8mT4因流動進入阻力平方區(qū)，且閥門開度不變，用此管路輸H+Pa行:He值不變，此時的管路特性方程可由兩端面之間的機械能_ _ _ 5218.3 1.28 105q

42、V29.81 10 452z Kq V 10 1.28 105qV'g1200 9.81而泵特性方程與流體密度無關(guān)，由泵和管路特性方程聯(lián)立18.3 1.28 105qv2 4 0 7.2 1 04qv2得qv 10.4 10 3m3/s離心泵的有效功率為 Pe''gHe'qv 1200 9.81 32.2 10.4 10 3 3942W當(dāng)此管路輸送水時，qV 10 10 3m3/s, He 40 7.2 104 (10 10 3)2 32.8m從本例計算結(jié)果可以看出，用同樣的管路和離心泵輸送密度較大的液體，流量不會降低（如 管路兩端壓強相同 p 0,壓頭、流量與

43、流體密度無關(guān)）。但離心泵的功率與密度成正比， 需注意防止電機過載。例2-4某工藝過程需要使用溫度為294K、壓強為、流量為1700m3/h的空氣。現(xiàn)用一臺離 心通風(fēng)機，從溫度為、壓強為的靜止空間吸入空氣，由風(fēng)機排出的空氣溫度不變，壓強為， 氣體速度為46m/s,風(fēng)機的效率為60%,試計算風(fēng)機的軸功率。解：風(fēng)機前后壓強變化與吸入壓強之比為： = 102.6 98.9 3.74% 20%p198.9空氣雖為可壓縮氣體，但由上式計算結(jié)果知，可將空氣當(dāng)作不可壓縮流體處理。用平 均壓強計算空氣的平均密度：3 (102.6 g9)10100.8kPa22m 至.里 0.96kg/m322.4 101.33

44、 366.3要求輸送空氣的摩爾流量為:170070.45kmol/h29422.4 -273以上流量換算成吸入狀態(tài)下的體積流量為:101.3370.45 22.4 一98.9366.33風(fēng)機操作條件下的風(fēng)壓=4715Pa風(fēng)機的軸功率NHtQ10004715 2169 4.73 kW3600 10000.60用離心泵通風(fēng)機將空氣送至表壓為的的氣體流量為s,且流動已進入阻力1.2kg/m3。通風(fēng)機在夏季的體積流量例2-5氣體密度對風(fēng)機流量的影響燃燒室，通風(fēng)機的特性曲線如圖所示。在夏季(氣溫為20 C,大氣壓為)管平方區(qū)。試求在冬季氣溫降為-20 C, 壓不變，此管路中的氣體流量為多少？解：由給定條

45、件可知,在夏季氣體 與特性曲線試驗條件相同，空氣密度由通風(fēng)機特性曲線查得，此時風(fēng)機 產(chǎn)生的 風(fēng)壓力為Pt2.5kPa o通風(fēng)機的 工作點(qV 2m3/s, Pt' 2.5kPa)必落在下列管路特性曲線上，故由此式可求得系數(shù)在冬季，空氣密度為會2169 m3/h 1.4kg/m322.4 273 20因管內(nèi)流動已進入阻力平方區(qū)，K值不變，故在冬季管路所需要的風(fēng)壓與流量的關(guān)系為將上式左端換算成試驗條件下的風(fēng)壓，則上式即相應(yīng)于冬季工作條件的管路特性曲線。此管路特性曲線與泵特性曲線交點A即泵在冬季的工作點。由點A可知，在冬季管路的體積流量為s,質(zhì)量流量為X =so與夏季相比, 質(zhì)量流量增加了

46、從此例可以看出，當(dāng)氣體的壓縮性可以忽略時，氣體輸送管路計算與液體輸送管路相 同，也是聯(lián)立求物料衡算式、機械能衡算式、阻力系數(shù)計算式和泵特性曲線方程式。所不 同的是通風(fēng)機的特性曲線是以單位體積氣體為基準(zhǔn)表示的，與氣體密度有關(guān)。因此，當(dāng)被 輸送氣體不是在常溫常壓下的空氣時，管路特性曲線應(yīng)事先加以換算。從此例還可以看出，同樣的管路輸送氣體，氣體的溫度降低，密度增大，質(zhì)量流量可 能顯著增加。例2-6根據(jù)輸送任務(wù)確定管徑與相應(yīng)的離心泵欲將池水以10 10 3m3/s的流量送至高位槽水面比水池液面高13米，管長為50 內(nèi)有90 0彎頭2個，全開閘門閥一個，入8）,試在常用流速范圍內(nèi)選擇兩分別計算管徑并選用

47、適當(dāng)?shù)谋谩＝猓罕纠龑僭O(shè)計型問題。在設(shè)計型問位槽，高米，管路口底閥一個流速,題中泵尚確定，泵的特性曲線方程未知，故只有以下三式可用:物料衡算式2qv d u4能量衡算式直管阻力系數(shù)計算式在以上三式中，含有qv、u、 He、乙、變量，其中已知qV、l、Zi、Z2、Pi、P2、z2、p1、 p2、l、d、（隨管材的選擇而定）共12個，但問題仍沒有確定的解。設(shè)計者選擇不同的流速u ,計算管徑d和所需壓頭He,然后根據(jù)流量和壓頭選 用相應(yīng)的泵，并從中選出最優(yōu)的方案。根據(jù)水在管內(nèi)的常用流速（13m/s）范圍，選擇以下兩種流速進行計算：(1)選擇 u' 2m/s,根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格，采用89 3.5熱軋鋼

48、管，d=82mm,管壁粗糙度取 =,管內(nèi)流速為Redu 10009 1.56 105、查得0.026。管路所需壓頭為根據(jù)qv1010 3m3/s, He 17.9m,可選用 IS80-65-125©水泵。(2)選擇u' 3m/s ,則采用70 3熱軋鋼管，d 64mm,0.2mm,則02 0.0031 , d 640.0260.03,在壓出管E處裝有閥門，其局2 _2-GH根據(jù) qV 10 10 3m3/s, He 28.1m ,可選用 IS80-65-16CS水泵。兩種管徑所需壓頭之比為=，顯然，采用較大管徑可減小能耗。但究竟選擇哪一個方案, 還應(yīng)按使用年限計算管路和離心泵

49、的折舊費，綜合考慮操作費和折舊費后，以總費用較小 者為佳。例2-7輸送管路對外加功的需求在圖示管路中裝有離心泵，吸入管直徑d1 80mm,長l1 6m,阻力系數(shù)1 0.02,壓出管直徑d2 60mm,長心13m ,阻力系數(shù)2 部阻力系數(shù)e 6.4,管路兩端水面高度差H=10m,泵進口高于水面2m,管內(nèi)流量為12 10 3m3/s0試求:(1)每千克流體需從離心泵獲得多少機械能？B C 一 D E(2)泵進、出口斷面的壓強Pc和Pd各為多少？| (Z)-X，212m_(3)如果是高位槽中的水沿同樣管路向下流出，1 1A 管內(nèi)流量不變，問是否需要安裝離心泵？2-7附圖解：(1)泵吸入管內(nèi)的流速為2

50、.39 4.24m/s泵壓出管內(nèi)的流速為u壓4u2學(xué)'d；0.062在斷面1-1和2-2之間列機械能衡算式，并移項整理得:克服阻力損失所需能量 hf22P2 P1 U2 U1he 一2-hf,1 2仍然是由勢能直接提供的。從以上計算結(jié)果可以看出，流體所獲得的外加功主要用于克服管路阻力和增加流體的 勢能。對于通常管路，動能增加項很小，可以忽略不計。(2)以斷面1-1為基準(zhǔn)，在斷面1-1和C-C之間列機械能衡算式可得在斷面D-D和2-2之間列機械能衡算式可得在斷面C-C和D-D之間機械能衡算式得此結(jié)果表明，輸送機械能對流體做功的最終結(jié)果主要是增加了流體的壓強能。(3)在斷面2-2和1-1之

51、間列機械能衡算式，可求出沿同一管路(無泵)輸送同樣流 量所需要的勢能差為管路兩端流體的實際勢能差為因p1/ p'需/ ，所以單靠勢能差不足以克服管路在規(guī)定流量下的阻力，所差部分需要輸送機械提供。四、本章習(xí)題選擇題、填空題2-1用離心泵從水池抽水到水塔中，設(shè)水池和塔液面維持恒定，若離心泵在正常操作范圍 內(nèi)工作，開大出口閥將導(dǎo)致（）。（A）送水量增加，泵的壓頭下降；（B）送水量增加，泵的壓頭增大；（C）送水量增加，泵的軸功率不變；（D）送水量增加，泵的軸功率下降。2-2某離心泵在運行半年后，發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，應(yīng)（）。（A）降低泵的安裝高度；（B）停泵，向泵內(nèi)灌液；（C）檢查出口管路阻力是否過

52、大；（D）檢查進口管路是否泄漏。2-3從低位槽向高位槽輸水，單臺泵可在高效區(qū)工作。若輸送管路較長，且輸送管路布置 不變，再并聯(lián)一臺相同泵，則（）。（A）兩泵均在高效區(qū)工作；（B）僅新裝泵在高效區(qū)工作；（C）僅原裝泵在高效區(qū)工作；（D）兩泵均不在原高效區(qū)工作。2-4開大離心泵的出口閥，離心泵的出口壓力表讀數(shù)將（）。（A）增大；（B）減??；（C）先增大后減小；（D）先減小后增大。2-5若離心泵啟動后卻抽不上水來，可能的原因是：（）。（A）開泵時出口閥未關(guān)閉；（B）離心泵發(fā)生了氣縛現(xiàn)象；（C）未灌好泵；（D）進口閥未開2-6輸送系統(tǒng)的管路特性方程可表示為 H=A+BQ 2,則（）。（A） A只包括單

53、位質(zhì)量流體需增加的位能；（B） A包括單位質(zhì)量流體需增加的位能和靜 壓能；（C） BQ2代表管路系統(tǒng)的局部阻力損失；（D） BQ2代表單位質(zhì)量流體需增加的動能。2-7在測量離心泵特性曲線實驗中，管路特性曲線可寫為 H=A+BQ 2,當(dāng)管路循環(huán)且出口端插入循環(huán)水槽液面下，則 A® （A）大于零；（B）小于零；（C）等于零；（D）不確定。2-8由離心泵和某一管路組成的輸送系統(tǒng)，具工作點（）。（A）由泵銘牌上的流量和揚程所決定；（B）由泵的特性曲線所決定；（C）即泵的最大效率所對應(yīng)的點；（D）是泵的特性曲線與管路特性曲線的交點。2-9在測定離心泵特性曲線的實驗中，啟動泵后，出水管不出水，泵

54、進口處真空表指示真 空度很高，某同學(xué)正確地找到原因并排除了故障。你認為可能的原因是（）。（A）水溫太高；（B）真空表損壞；（C）吸入管堵塞；（D）排出管堵塞。2-10測定離心泵特性曲線實驗管路中，壓強最低的是（）（A）吸入口處；（B）泵殼靠近吸入口一側(cè)；（C）葉輪入口處；（D）泵殼出口端。2-11離心泵與往復(fù)泵的啟動與流量調(diào)節(jié)不同之處是離心泵（），往復(fù)泵（ ）。2-12用離心泵將水池中水送至常壓水塔，若在離心泵正常操作范圍內(nèi)，將出口閥開大，則 流量qv變大,揚程He變小,管路總阻力損失 Hf變小，軸功率Pa變火（變大、變小、不 變、不確定）。2-13如圖示操作中的離心泵輸液管路，已知容器上方真空表讀數(shù)為p,現(xiàn)在p增大，其他管路條件不變，則管路總阻力損失Hf變大（變大、變小、不變、不確定）。2-14圖示管路用泵將 江中水送上敞口容器 。若在送水過程中江 面水位上升，流量 （變大、變?。，F(xiàn)欲維持原流量不變