化工原理第二夏清賈紹義上冊課后習(xí)題答案天津大學(xué)

1、第一章 流體流動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 6.9 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39.23×106 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 = gh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762 150.307×103 N螺 = 39.03×103×3.14

2、5;0.0142×n 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

3、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 ，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) 1.0³×10³×1 - 13.6×10³×0.068 = h(1.0×10³-0.82×10³)= 0.418 5用本題附圖

4、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= 99.3×103。試求鍋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 + 1.0×103×9.8

5、1×(3-1.4) = 1 + 13.6×103×9.81×(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 + 1.0×103×9.81×= 13.6×103×9.81× + 99.3×103解著兩個方程 得0 = 3.64×105Pa6. 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

6、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 +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= 2.57×102Pa7.列管換熱氣 的管束由121根×2

7、.5mm的鋼管組成?？諝庖?m/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196×103Pa(表壓)，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8.7×103Pa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)= 0.342×29×(98.7+196)/8.315×323=1.09/s 換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況 V1P1/V2P2 =T1

8、/T2S2 = P1T2/P2T1 ×S1 = (294.7×273)/(101×323) × 0.342 = 0.843 m3/s8 .高位槽內(nèi)的水面高于地面8m，水從108×4mm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)截面和基準(zhǔn)面，對于本題來說，合適的截面是高位槽

9、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)38×2.5mm的水平管，此管以錐形管和另一53×3m的水平管相連。如本題附圖所示，在錐形管兩側(cè)A 、B

10、處各插入一垂直玻璃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）2×2.5 = 1.23m/s在兩截面處列柏努力方程Z1 + 122 + 1/ = Z2+ 222 + 2/ + f 2 （1-2）/ = f +（12-22）2 g（h1-h 2）= 1.5 + (1.232-2.52) /2 h1-h

11、 2 = 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76×2.5mm，在操作條件下，泵入口處真空表的讀數(shù)為24.66×10³Pa,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=2u²，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98.07×10³Pa（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

12、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+10u²=12u²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/） =12.5×9

13、.81+（98.07+24.66）/998.2×10³+10×2²=285.97J/kg Ne= Wews=285.97×7.9=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=20u²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

14、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=(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.h13. 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60×3.5mm，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=2

15、00mm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 =10×9.81×1100+1100（2u2+1.18u2） =107.91×10³+3498u²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+1100×9.81×（0.045+x）=Pc +1100×9.81×（5+x）+13.6×10³

16、5;9.81×0.045PB-PC=5.95×104Pa在B，C處取截面列柏努力方程 0+uB²/2+PB/=Zg+uc2/2+PC/+f，BC 管徑不變，ub=u cPB-PC=（Zg+f，BC）=1100×（1.18u2+5×9.81）=5.95×104Pau=4.27m/s壓縮槽內(nèi)表壓P1=1.23×105Pa（2）在B，D處取截面作柏努力方程0+u2/2+PB/= Zg+0+0+f，BC+f，CDPB=（7×9.81+1.18u2+u2-0.5u2）×1100=8.35×104PaPB-

17、gh=水銀R2g8.35×104-1100×9.81×0.2=13.6×10³×9.81×R2R2=609.7mm15.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60×3.5mm與45×3.5mm。計算：（1）1kg水流經(jīng)兩截面間的能量損失。（2）與該能量損失相當(dāng)?shù)膲簭娊禐槿舾蒔a？解：（1）先計算A，B兩處的流速： uA=ws/sA=295m/s，uB= ws/sB在A，B

18、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=4.41×10³ 16. 密度為850kg/m³，粘度為8×10-3Pa·s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147×10&

19、#179;Pa，液體流經(jīng)多長的管子其壓強才下降到127.5×10³Pa？ 解：（1）Re =du/=（14×10-3×1×850）/（8×10-3）=1.49×10³ > 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=4.95×

20、10-3m (3)在147×103和127.5×103兩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）/=（147×103-127.5×103）/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14.95m19. 內(nèi)截面為1000mm×1200mm的矩形

21、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101.33×10³Pa。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/= (1×1.2)/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

22、 空氣= PM/RT = 1.21Kg/m3 煙囪的上表面壓強 (表壓) P上=-空氣gh = 1.21×9.81×30 =-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 = （30×10-3×101128）/（8.314×673） = 0.5422 Kg/m3在煙囪上下表面列伯努利方程 P上/= P下/+ Zg+f f= (P上- P下)/ Zg =(-49+355.02)/0.5422 30×9

23、.81 = 268.25 = 0.687 u2流體流速 u = 19.76 m/s質(zhì)量流量 s= uA= 19.76×1×1.2×0.5422 = 4.63×104 Kg/h20. 每小時將2×10³kg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26.7×10³Pa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，求泵的軸功率。解： 流體的質(zhì)量流速 s = 2&#

24、215;104/3600 = 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: 5×2.1=10.5m 2個全開閥的當(dāng)量長度: 2×0.45 = 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/(×Re×1/2) = 0.008 > 0.005 符合假定即 =0.029 全流程阻力損失 =

25、15;(+ e)/d × u2/2 + ×u2/2 = 0.029×(50+11.4)/(68×103) + 4×1.432/2 = 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)/+ = 15×9.81 + 26.7×103/1073 + 30.863 = 202.9 J/Kg有效功率 Ne = We×s = 202.9×5.56 = 1.128×103 軸功率 N = Ne/=1.128×10

26、3/0.7 = 1.61×103W = 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。氣體流量為3600m³/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1.96×10³Pa。管壁的絕對粗糙度可取0.15mm，大氣壓強為101.33×10

27、³。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 , =1.96×10-5Pa·s氣體流速 u = 3600/(3600×4/×0.252) = 20.38 m/s質(zhì)量流量 s = uAs = 20.38×4/×0.252×1.093 =1.093 Kg/s流體流動的雷偌準(zhǔn)數(shù) Re = du/= 2.84×105 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: =

28、0.5×u2/2 + 1×u2/2 + (0.0189×50/0.25)· 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 = 1.96×103 - 103×9.81×31×103 = 1665.7 Pa We = 2820.83 W/Kg 泵的有效功率 Ne = We×s= 3083.2W = 3.08 KW 22.

29、 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

30、程, 設(shè)槽面到管道的高度為x 水g(h+x)= 水銀gR 103×(1.5+x) = 13.6×103×0.6 x = 6.6m 部分開啟時截面處的壓強 P1 =水銀gR -水gh = 39.63×103Pa 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 6.6×9.81 = u2/2 + 39.63 + 2.125 u2 u = 3.09/s 體積流量s= uA= 3.09×/4×(0.1)2×3

31、600 = 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' = 3.7×104Pa25. 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5u1²

32、;與4u2²，式中u 為 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0.3m³/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=·(

33、1e1/d)· u12/2 + 5 u12 =0.02×(50+150)/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

34、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 =0.02×155/0.2· u12/2 + 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/h³，總管直徑為127×5mm。原出口壓強為1.93×105Pa，容器B內(nèi)水面上方表壓為1kgf/cm²，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，

35、。解：（1）離心泵的有效壓頭總管流速u = Vs/A 而A = 3600×/4×(117)2×10-6 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/+f 總管流動阻力不計f=0 We = u2/2 + P0/-Z0g =2.32/2 +1.93×105/998.2 -2×9.81 =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

36、/+ f2 得到兩支管的能量損失分別為f1= Z0g + We (Z1g + P1/) = 2×9.81 + 176.38 (16×9.81 + 0) =39.04J/Kgf2=Z0g + We - (Z2g + P2/) =2×9.81 + 176.38 (8×9.81 + 101.33×103/998.2) =16.0 J/Kg壓頭損失 Hf1 = f1/g = 3.98 m Hf2 = f2/g = 1.63m28本題附圖所示為一輸水系統(tǒng)，高位槽的水面維持恒定，水分別從BC與BD兩支管排出，高位槽液面與兩支管出口間的距離為11m，AB段內(nèi)

37、徑為38mm，長為58m；BC支管內(nèi)徑為32mm，長為12.5m；BD支管的內(nèi)徑為26mm，長為14m，各段管長均包括管件及閥門全開時的當(dāng)量長度。AB與BC 管的摩擦系數(shù)為0.03。試計算：(1)當(dāng)BD 支管的閥門關(guān)閉時，BC支管的最大排水量為若干m³/h？(2)當(dāng)所有的閥門全開時，兩支管的排水量各為若干m³/h？BD支管的管壁絕對粗糙度為0.15mm，水的密度為1000kg/m³，粘度為0.001Pa·s。分析：當(dāng)BD 支管的閥門關(guān)閉時，BC管的流量就是AB總管的流量；當(dāng)所有的閥門全開時，AB總管的流量應(yīng)為BC，BD兩管流量之和。而在高位槽內(nèi)，水流速度

38、可以認為忽略不計。解:（1）BD 支管的閥門關(guān)閉 VS,AB = VS,BC 即 u0A0 = u1A1 u0382/4 = u1322/4 u0 = 0.71u1 分別在槽面與C-C,B-B截面處列出伯努利方程 0 + 0 + Z0g = u12/2 + 0 + 0 + f,AC0 + 0 + Z1g = u02/2 + 0 + 0 + f,AB而f,AC = (AB/d0 )·u02/2 + (BC/d1)·u12/2 = O.03×(58000/38) ×u02/2 + 0.03·(12500/32)×u12/2 = 22.89

39、 u02 + 5.86 u12 f,AB = (AB/d0)·u02/2 = O.03×(58000/38)×u02/2= 22.89 u02u1 = 2.46m/s BC支管的排水量 VS,BC = u1A1 = 7.1m3/s 所有的閥門全開 VS,AB = VS,BC + VS,BD u0A0 = u1A1 + u2A2 u0382/4 = u1322/4 + u2262/4 u0382 = u1322 + u2262 假設(shè)在BD段滿足1/1/2=2 lg(d /) +1.14 D = 0.0317 同理在槽面與C-C,D-D截面處列出伯努利方程 Z0g =

40、 u12/2 + f,AC = u12/2 +(AB/d0 )·u02/2 + (BC/d1)·u12/2 Z0g = u22/2 + f,AD = u22/2 +(AB/d0 )·u02/2 +D(BD/d2)·u22/2 聯(lián)立求解得到 u1 = 1.776 m/s, u2 = 1.49 m/s核算Re = du/ = 26×10-3×1.49×103/0.001 = 38.74×103 (d/)/Re1/2 = 0.025 > 0.005假設(shè)成立即 D,C兩點的流速 u1 = 1.776 m/s , u2

41、 = 1.49 m/s BC段和BD的流量分別為 VS,BC = 32×10×(/4)×3600×1.776 = 5.14 m3/s VS,BD = 26×10×(/4)×3600×1.49 = 2.58 m3/s 29. 在38×2.5mm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

42、粘度分別為 = 867 Kg/m3,= 0.675×10-3假設(shè)Re = 8.67×104 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體積流量 VS = C0A02gR(A-)/ 1/2 = 0.63×/4 ×16.42×10-6 ×2×9.81×0.6×(13.6-0.867)/0.8671/2=1.75×10-3 m3/s流速 u = VS /A = 2.05 m/s核算雷偌準(zhǔn)數(shù) Re = du/ = 8.6

43、7×104 與假設(shè)基本相符 甲苯的質(zhì)量流量 S = VS=1.75×10-3×867×3600 = 5426 Kg/h 第二章 流體輸送機械2. 用離心泵以40m³/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?01.33kPa計。解：輸送的是清水 選用B型泵 查65時水的密度 = 980.5 Kg/m

44、 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 = u2 = 0 則 = (P2- P1)/g + f + Z = 49×103/980.5×9.8 + 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 = 2.544×104Pa當(dāng)?shù)卮髿鈮?a = P/g = 101.33×103 /998.2×9.81 = 10.35 m查附表二十三 3B19A的泵的流量: 29.5 48.6 m 3/

45、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/9.81×103 0.24)1000/ =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1.5m4 . 用例2-2附圖所示的管路系統(tǒng)測定離心泵的氣蝕性能參數(shù)，則需在泵的吸入管路中安裝調(diào)節(jié)閥門。適當(dāng)調(diào)節(jié)泵的吸入和排出管路上兩閥門的開度，可使吸入管阻力增大而流量保持不變。若離心泵的吸入管直徑為100mm，排出管直徑為50mm，孔板流量計孔口直徑為35mm，測的流量計壓

46、差計讀數(shù)為0.85mHg吸入口真空表讀數(shù)為550mmHg時，離心泵恰發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。試求該流量下泵的允許氣蝕余量和吸上真空度。已知水溫為20，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?60mmHg。解: 確定流速 A0 /A2 = (d0/d2)2 = (35/50)2 = 0.49 查20時水的有關(guān)物性常數(shù) = 998.2Kg/m3 ,µ = 100.5×10-5 ,PV = 2.3346 Kpa 假設(shè)C0 在常數(shù)區(qū)查圖1-33得C0 = 0.694則 u0 = C0 2R(A-)g/1/2 = 10.07m/s u2 = 0.49u0 = 4.93 m/s 核算: Re = d2u2/=2.46&#

47、215;105 > 2×105 假設(shè)成立 u1= u2(d2 / d1)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)×103/998.2×9.81 = 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/(998.2×9.81) 2.7 =7.42 m7. 用兩臺離心泵從水池

48、向高位槽送水，單臺泵的特性曲線方程為 H=251×106Q² 管路特性曲線方程可近似表示為 H=10+1×106Q² 兩式中Q的單位為m³/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 + 1×105Qe2 = 2×(25-1×106Q2) Qe= 0.436×10-2m2/s并聯(lián) Q

49、 = Qe/2 25-1×106× Qe2 = 10 + 1×105( Qe/2)2 Qe = 0.383×10-2m2/s 總送水量 Qe'= 2 Qe= 0.765×10-2m2/s 并聯(lián)組合輸送量大 機械分離和固體流態(tài)化2. 密度為2650kg/m³的球型石英顆粒在20空氣中自由沉降，計算服從斯托克斯公式的最大顆粒直徑及服從牛頓公式的最小顆粒直徑。解：（1）服從斯托克斯公式查有關(guān)數(shù)據(jù)手冊得到 20時空氣的密度= 1.205 Kg/m3 ， 粘度=1.81×10-5 Pa·s要使顆粒服從斯托克斯公式 ，

50、必須滿足Re 1 即 Re = dut/ 1 ， 而 ut = d2（s- ）g/18由此可以得到 d3 18 u2/（s- ）g最大顆粒直徑dmin = 18 u2/（s- ）g1/3 = 18×（1.81×10-5）2/（2650-1.205）×9.81×1.2051/3 = 0.573×10-4m = 57.3m 要使顆粒服從牛頓公式 ，必須滿足 10 3 Re 2×10 3即 10 3 Re = dut/ 2×10 3 ，而ut = 1.74d（s- ）g/ 由此可以得到 d3 1062/1.742（s-）g 最小直

51、徑 dmin = 0.001512 m = 1512 m3. 在底面積為40m²的除塵室內(nèi)回收氣體中的球形固體顆粒。氣體的處理量為3600m³/h，固體的密度s=3600kg/m³，操作條件下氣體的密度=1.06kg/m³，粘度為3.4×10-5Pas。試求理論上完全除去的最小顆粒直徑。解：根據(jù)生產(chǎn)能力計算出沉降速度 ut = Vs/b= 3600/40 m/h = 0.025m/s 假設(shè)氣體流處在滯流區(qū)則可以按 ut = d2（s- ）g/18進行計算 d2 = 18/（s- ）g ·ut 可以得到 d = 0.175×1

52、0-4 m核算Re = dut/ 1 ， 符合假設(shè)的滯流區(qū)能完全除去的顆粒的最小直徑 d = 0.175×10-4 m = 17.5 m4. 一多層降塵室除去爐氣中的礦塵。礦塵最小粒徑為8µm，密度為4000kg/m³。除塵室長4.1m，寬1.8m，高4.2m，氣體溫度為427，粘度為3.4Pas，密度為0.5kg/m³。若每小時的爐氣量為2160標(biāo)準(zhǔn)m³，試確定降塵室內(nèi)隔板的間距及層數(shù)。解：假設(shè)沉降在滯流區(qū) ，按ut = d2（s- ）g/18計算其沉降速度 ut = (8×10-6)2×(4000-0.5)×9

53、.8/(18×3.4×10-5) = 41×10-4m/s 核算Re = dut/ 1 ， 符合假設(shè)的滯流區(qū) 把標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)能力換算成47時的生產(chǎn)能力 Vs = V (273 + 427)/273 = 5538.46m3/h 由Vs = blut（n-1）得 n = Vs / blut-1 = 5538.46/（4.1×1.8×41×10-4×3600） - 1 =50.814 1 = 49.8 取n = 50 層 ， 板間距 h = H/（n + 1）= 4.2/51 = 0.0824m = 82.4 mm5. 含塵氣體中塵粒

54、的密度為2300kg/m³，氣體流量為1000m³/h，粘度為3.6×10-5Pas密度為0.674kg/m³，采用如圖3-8所示的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器進行除塵。若分離器圓筒直徑為0.4m，試估算其臨界直徑，分割粒徑及壓強降。解：(1) 臨界直徑選用標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器 Ne = 5 ，= 8.0 B = D/4 ，h = D/2 由Vs = bhui 得 Bh = D/4 ·D/2 = Vs /ui ui = 8 Vs /D2 根據(jù)dc = 9B/(Nesui )1/2 計算顆粒的臨界直徑 dc = 9×3.6×10×0.25×0.4/(3.14×5×2300×13.889)1/2 = 8