化工原理1_7章習(xí)題答案解析

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學(xué)習(xí)與交流化工原理1_7章習(xí)題答案解析.精品文檔.目 錄第一章 流體流動(dòng)與輸送機(jī)械（2）第二章 非均相物系分離（32）第三章 傳熱（42）第四章 蒸發(fā)（69）第五章 氣體吸收（73）第六章 蒸餾（95）第七章 固體干燥（119）第一章 流體流動(dòng)與輸送機(jī)械1. 某煙道氣的組成為CO2 13，N2 76，H2O 11（體積），試求此混合氣體在溫度500、壓力101.3kPa時(shí)的密度。解：混合氣體平均摩爾質(zhì)量 混合密度2已知20時(shí)苯和甲苯的密度分別為879 kg/m3和867 kg/m3,試計(jì)算含苯40及甲苯60（質(zhì)量）的混合液密度。解： 混合液密度 3某地

2、區(qū)大氣壓力為101.3kPa，一操作中的吸收塔塔內(nèi)表壓為130kPa。若在大氣壓力為75 kPa的高原地區(qū)操作該吸收塔，且保持塔內(nèi)絕壓相同，則此時(shí)表壓應(yīng)為多少？解：題4 附圖4如附圖所示，密閉容器中存有密度為900 kg/m3的液體。容器上方的壓力表讀數(shù)為42kPa，又在液面下裝一壓力表，表中心線在測(cè)壓口以上0.55m，其讀數(shù)為58 kPa。試計(jì)算液面到下方測(cè)壓口的距離。解：液面下測(cè)壓口處壓力BDh1h2AC題5 附圖5. 如附圖所示，敞口容器內(nèi)盛有不互溶的油和水，油層和水層的厚度分別為700mm和600mm。在容器底部開(kāi)孔與玻璃管相連。已知油與水的密度分別為800 kg/m3和1000 kg

3、/m3。（1）計(jì)算玻璃管內(nèi)水柱的高度；（2）判斷A與B、C與D點(diǎn)的壓力是否相等。解：（1）容器底部壓力題6 附圖12（2） 6為測(cè)得某容器內(nèi)的壓力，采用如圖所示的U形壓力計(jì)，指示液為水銀。已知該液體密度為900kg/m3，h=0.8m，R=0.45m。試計(jì)算容器中液面上方的表壓。解：如圖，1-2為等壓面。則容器內(nèi)表壓：7如附圖所示，水在管道中流動(dòng)。為測(cè)得A-A、B-B截面的壓力差，在管路上方安裝一U形壓差計(jì)，指示液為水銀。已知壓差計(jì)的讀數(shù)R180mm，試計(jì)算A-A、B-B截面的壓力差。已知水與水銀的密度分別為1000kg/m3和13600 kg/m3。解：圖中，1-1面與2-2面間為靜止、連續(xù)

4、的同種流體，且處于同一水平面，因此為等壓面，即題7 附圖又 所以 整理得 由此可見(jiàn)， U形壓差計(jì)所測(cè)壓差的大小只與被測(cè)流體及指示液的密度、讀數(shù)R有關(guān)，而與U形壓差計(jì)放置的位置無(wú)關(guān)。代入數(shù)據(jù) 8用U形壓差計(jì)測(cè)量某氣體流經(jīng)水平管道兩截面的壓力差，指示液為水，密度為1000kg/m3，讀數(shù)R為12mm。為了提高測(cè)量精度，改為雙液體U管壓差計(jì)，指示液A為含40乙醇的水溶液，密度為920 kg/m3，指示液C為煤油，密度為850 kg/m3。問(wèn)讀數(shù)可以放大多少倍？此時(shí)讀數(shù)為多少？解：用U形壓差計(jì)測(cè)量時(shí)，因被測(cè)流體為氣體，則有用雙液體U管壓差計(jì)測(cè)量時(shí)，有題9 附圖因?yàn)樗鶞y(cè)壓力差相同，聯(lián)立以上二式，可得放大

5、倍數(shù)此時(shí)雙液體U管的讀數(shù)為9圖示為汽液直接混合式冷凝器，水蒸氣與冷水相遇被冷凝為水，并沿氣壓管流至地溝排出?，F(xiàn)已知真空表的讀數(shù)為78kPa，求氣壓管中水上升的高度h。解: 水柱高度 10硫酸流經(jīng)由大小管組成的串聯(lián)管路，其尺寸分別為764mm和573.5mm。已知硫酸的密度為1830 kg/m3，體積流量為9m3/h,試分別計(jì)算硫酸在大管和小管中的（1）質(zhì)量流量；（2）平均流速；（3）質(zhì)量流速。 解: (1) 大管: (2) 小管: 質(zhì)量流量不變 或: 11如附圖所示，用虹吸管從高位槽向反應(yīng)器加料，高位槽與反應(yīng)器均與大氣相通，且高位槽中液面恒定。現(xiàn)要求料液以1m/s的流速在管內(nèi)流動(dòng)，設(shè)料液在管內(nèi)

6、流動(dòng)時(shí)的能量損失為20J/kg（不包括出口），試確定高位槽中的液面應(yīng)比虹吸管的出口高出的距離。解: 以高位槽液面為1-1面,管出口內(nèi)側(cè)為2-2面,在1-1 2-2間列柏努力方程: 簡(jiǎn)化: 12一水平管由內(nèi)徑分別為33mm及47mm的兩段直管組成，水在小管內(nèi)以2.5m/s的速度流向大管，在接頭兩側(cè)相距1m的1、2兩截面處各接一測(cè)壓管，已知兩截面間的壓頭損失為70mmH2O，問(wèn)兩測(cè)壓管中的水位哪一個(gè)高，相差多少？并作分析。解：1、2兩截面間列柏努利方程：21其中： 說(shuō)明2截面處測(cè)壓管中水位高。這是因?yàn)樵撎巹?dòng)能小，因而靜壓能高。13題13 附圖10m如附圖所示，用高位槽向一密閉容器送水，容器中的表壓

7、為80kPa。已知輸送管路為mm的鋼管，管路系統(tǒng)的能量損失與流速的關(guān)系為（不包括出口能量損失），試求：（1） 水的流量；（2） 若需將流量增加20，高位槽應(yīng)提高多少m？解：（1）如圖在高位槽液面1-1與管出口內(nèi)側(cè)2-2間列柏努利方程簡(jiǎn)化： （1）即 解得 流量 （2）流量增加20，則此時(shí)有 即高位槽需提升0.78m。題14 附圖14附圖所示的是丙烯精餾塔的回流系統(tǒng)，丙烯由貯槽回流至塔頂。丙烯貯槽液面恒定，其液面上方的壓力為2.0MPa（表壓），精餾塔內(nèi)操作壓力為1.3MPa（表壓）。塔內(nèi)丙烯管出口處高出貯槽內(nèi)液面30m，管內(nèi)徑為140mm，丙烯密度為600kg/m3?，F(xiàn)要求輸送量為40103k

8、g/h，管路的全部能量損失為150J/kg（不包括出口能量損失），試核算該過(guò)程是否需要泵。 解:在貯槽液面1-1與回流管出口外側(cè)2-2間列柏努利方程:簡(jiǎn)化: 題15 附圖不需要泵,液體在壓力差的作用下可自動(dòng)回流至塔中15用壓縮空氣將密閉容器中的硫酸壓送至敞口高位槽，如附圖所示。輸送量為2m3/h，輸送管路為373.5mm的無(wú)縫鋼管。兩槽中液位恒定。設(shè)管路的總壓頭損失為1m（不包括出口），硫酸的密度為1830 kg/m3。試計(jì)算壓縮空氣的壓力。解: 以容器中液面為1-1面,管出口內(nèi)側(cè)為2-2面,且以1-1面為基準(zhǔn),在1-12-2間列柏努力方程: 簡(jiǎn)化: 其中: 代入: 1h題16 附圖16某一高

9、位槽供水系統(tǒng)如附圖所示，管子規(guī)格為452.5mm。當(dāng)閥門全關(guān)時(shí)，壓力表的讀數(shù)為78kPa。當(dāng)閥門全開(kāi)時(shí)，壓力表的讀數(shù)為75 kPa，且此時(shí)水槽液面至壓力表處的能量損失可以表示為J/kg（u為水在管內(nèi)的流速）。試求：（1）高位槽的液面高度；（2）閥門全開(kāi)時(shí)水在管內(nèi)的流量（m3/h）。解: (1) 閥門全關(guān),水靜止 (2) 閥門全開(kāi): 在水槽1-1面與壓力表2-2面間列柏努力方程: 簡(jiǎn)化: 解之: 流量: 題17 附圖17用泵將常壓貯槽中的稀堿液送至蒸發(fā)器中濃縮，如附圖所示。泵進(jìn)口管為893.5mm，堿液在其中的流速為1.5m/s；泵出口管為763mm。貯槽中堿液的液面距蒸發(fā)器入口處的垂直距離為7

10、m。堿液在管路中的能量損失為40J/kg（不包括出口）蒸發(fā)器內(nèi)堿液蒸發(fā)壓力保持在20kPa（表壓），堿液的密度為1100kg/m3。設(shè)泵的效率為58，試求該泵的軸功率。解：取貯槽液面為1-1截面，蒸發(fā)器進(jìn)料口管內(nèi)側(cè)為2-2截面，且以1-1截面為基準(zhǔn)面。在1-1與2-2間列柏努利方程： （a） 或 （b） 其中： z1=0； p1=0（表壓）； u10 z2=7m； p2=20103 Pa（表壓） 已知泵入口管的尺寸及堿液流速，可根據(jù)連續(xù)性方程計(jì)算泵出口管中堿液的流速： m/s =1100 kg/m3， Wf=40 J/kg將以上各值代入（b）式，可求得輸送堿液所需的外加能量 J/kg堿液的質(zhì)量

11、流量 kg/s泵的有效功率泵的效率為58%，則泵的軸功率 kW18如附圖所示，水以15m3/h的流量在傾斜管中流過(guò)，管內(nèi)徑由100mm縮小到50mm。A、B兩點(diǎn)的垂直距離為0.1m。在兩點(diǎn)間連接一U形壓差計(jì)，指示劑為四氯化碳，其密度為1590 kg/m3。若忽略流動(dòng)阻力，試求：（1） U形管中兩側(cè)的指示劑液面哪側(cè)高，相差多少mm？（2） 若保持流量及其他條件不變，而將管路改為水平放置，則壓差計(jì)的讀數(shù)有何變化?解：在1-1與2-2截面間列柏努利方程題18 附圖 其中： （1）由靜力學(xué)基本方程： （2）故U形壓差計(jì)兩側(cè)為左低右高。 （2）當(dāng)管路水平放置時(shí)：由柏努利方程 由靜力學(xué)方程 兩式聯(lián)立： 可

12、見(jiàn)，流量不變時(shí)，不變，即U形壓差計(jì)讀數(shù)不變。題19 附圖19附圖所示的是冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的密度為1100 kg/m3，循環(huán)量為45 m3/h。管路的內(nèi)徑相同，鹽水從A流經(jīng)兩個(gè)換熱器至B的壓頭損失為9m，由B流至A的壓頭損失為12m，問(wèn)：（1）若泵的效率為70，則泵的軸功率為多少？（2）若A處壓力表的讀數(shù)為153kPa，則B處壓力表的讀數(shù)為多少？ 解: (1) 對(duì)于循環(huán)系統(tǒng): (2) 列柏努力方程: 簡(jiǎn)化: B處真空度為19656 Pa。20用離心泵將20水從貯槽送至水洗塔頂部，槽內(nèi)水位維持恒定。泵吸入與壓出管路直徑相同，均為762.5mm。水流經(jīng)吸入與壓出管路（不包括噴頭）的能量損失分別

13、為及（J/kg），式中，u為水在管內(nèi)的流速。在操作條件下，泵入口真空表的讀數(shù)為26.6kPa，噴頭處的壓力為98.1kPa（表壓）。試求泵的有效功率。題20 附圖解：以水槽液面為1-1截面，泵入口處為2-2截面，且以1-1面為基準(zhǔn)面。在兩截面間列柏努利方程簡(jiǎn)化為 即 解得 在水槽1-1截面與噴頭處3-3截面間列柏努利方程簡(jiǎn)化為 即 其中 則 水的流量： 泵有效功率 2125水以35m3/h的流量在763mm的管道中流動(dòng)，試判斷水在管內(nèi)的流動(dòng)類型。解: 查附錄25水物性:為湍流22運(yùn)動(dòng)黏度為3.2105m2/s的有機(jī)液體在763.5mm的管內(nèi)流動(dòng)，試確定保持管內(nèi)層流流動(dòng)的最大流量。解: 23計(jì)算

14、10水以2.7103m3/s的流量流過(guò)573.5mm、長(zhǎng)20m水平鋼管的能量損失、壓頭損失及壓力損失。（設(shè)管壁的粗糙度為0.5mm）解: 10水物性: 查得 24. 如附圖所示，水從高位槽流向低位貯槽，管路系統(tǒng)中有兩個(gè)90標(biāo)準(zhǔn)彎頭及一個(gè)截止閥，管內(nèi)徑為100mm，管長(zhǎng)為20m。設(shè)摩擦系數(shù)，試求：（1） 截止閥全開(kāi)時(shí)水的流量；（2） 將閥門關(guān)小至半開(kāi)，水流量減少的百分?jǐn)?shù)。解：如圖取高位槽中液面為1-1面，低位貯槽液面為2-2截面，且以2-2面為基準(zhǔn)面。在1-1與2-2截面間列柏努利方程：11224m題24 附圖 其中： z1=4； u10； p1=0（表壓）； z2=0； u20； p2=0（表

15、壓） 簡(jiǎn)化得 各管件的局部阻力系數(shù)：進(jìn)口突然縮小 90標(biāo)準(zhǔn)彎頭2個(gè) 截止閥（全開(kāi)） 出口突然擴(kuò)大 水流量 （2）截止閥關(guān)小至半開(kāi)時(shí)：截止閥半開(kāi)的局部阻力系數(shù) 此時(shí)總阻力閥門關(guān)小后，局部阻力發(fā)生變化，但由于高位槽高度不變，所以管路總阻力不變，即即流量減少10。25如附圖所示，用泵將貯槽中20的水以40m3/h的流量輸送至高位槽。兩槽的液位恒定，且相差20m，輸送管內(nèi)徑為100mm，管子總長(zhǎng)為80m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。試計(jì)算泵所需的有效功率。(設(shè)管壁的粗糙度為0.2mm)題25 附圖解: 20水物性：根據(jù) ，查得在貯槽1截面到高位槽2截面間列柏努力方程:簡(jiǎn)化: 而: 題26 附圖26有

16、一等徑管路如圖所示，從A至B的總能量損失為。若壓差計(jì)的讀數(shù)為R，指示液的密度為，管路中流體的密度為，試推導(dǎo)的計(jì)算式。解：在A-B截面間列柏努利方程，有等徑直管，故上式簡(jiǎn)化為 （1）對(duì)于U形壓差計(jì)，由靜力學(xué)方程得 (2)(1)、（2）聯(lián)立，得27求常壓下35的空氣以12m/s的速度流經(jīng)120m長(zhǎng)的水平通風(fēng)管的能量損失和壓力損失。管道截面為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)為300mm，寬為200mm。（設(shè)0.0005） 解: 當(dāng)量直徑: 35空氣物性: 由 ,查得題28 附圖28如附圖所示，密度為800 kg/m3、黏度為1.5 mPas 的液體，由敞口高位槽經(jīng)1144mm的鋼管流入一密閉容器中，其壓力為0.16MPa

17、（表壓），兩槽的液位恒定。液體在管內(nèi)的流速為1.5m/s，管路中閘閥為半開(kāi)，管壁的相對(duì)粗糙度0.002，試計(jì)算兩槽液面的垂直距離。 解: 在高位槽1截面到容器2截面間列柏努力方程: 簡(jiǎn)化: 由 ,查得 管路中: 進(jìn)口 90彎頭 2個(gè) 半開(kāi)閘閥 出口 29從設(shè)備排出的廢氣在放空前通過(guò)一個(gè)洗滌塔，以除去其中的有害物質(zhì)，流程如附圖所示。氣體流量為3600m3/h，廢氣的物理性質(zhì)與50的空氣相近，在鼓風(fēng)機(jī)吸入管路上裝有U形壓差計(jì)，指示液為水，其讀數(shù)為60mm。輸氣管與放空管的內(nèi)徑均為250mm，管長(zhǎng)與管件、閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度之和為55m（不包括進(jìn)、出塔及管出口阻力），放空口與鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口管水平面的垂直距離為

18、15m，已估計(jì)氣體通過(guò)洗滌塔填料層的壓力降為2.45kPa。管壁的絕對(duì)粗糙度取為0.15mm，大氣壓力為101.3 kPa。試求鼓風(fēng)機(jī)的有效功率。題29 附圖解: 以吸入管測(cè)壓處為1-1面,洗滌塔管出口內(nèi)側(cè)為2-2面,列柏努力方程: 簡(jiǎn)化: 其中: 50空氣物性: 又 查得 30. 密度為850kg/m3的溶液，在內(nèi)徑為0.1m的管路中流動(dòng)。當(dāng)流量為4.210-3m3/s時(shí)，溶液在6m長(zhǎng)的水平管段上產(chǎn)生450Pa的壓力損失，試求該溶液的黏度。解：流速設(shè)液體在管內(nèi)為層流流動(dòng)，則黏度 校核Re：2000流動(dòng)為層流，以上計(jì)算正確。該液體的黏度為0.0438Pas。題31 附圖31黏度為30cP、密度

19、為900kg/m3的某油品自容器A流過(guò)內(nèi)徑40mm的管路進(jìn)入容器B 。兩容器均為敞口，液面視為不變。管路中有一閥門，閥前管長(zhǎng)50m，閥后管長(zhǎng)20m（均包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。當(dāng)閥門全關(guān)時(shí)，閥前后的壓力表讀數(shù)分別為88.3kPa和44.2kPa。現(xiàn)將閥門打開(kāi)至1/4開(kāi)度，閥門阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度為30m。試求：（1） 管路中油品的流量；（2） 定性分析閥前、閥后壓力表讀數(shù)的變化。 解：（1）閥關(guān)閉時(shí)流體靜止，由靜力學(xué)基本方程可得：mm當(dāng)閥打開(kāi)開(kāi)度時(shí)，在A與B截面間列柏努利方程：其中： (表壓)，則有 （a）由于該油品的黏度較大，可設(shè)其流動(dòng)為層流，則代入式（a），有 m/s校核： 假設(shè)成立。油品的

20、流量： （2）閥打開(kāi)后：在A與1截面間列柏努利方程：簡(jiǎn)化得 或 顯然，閥打開(kāi)后u1 ，p1，即閥前壓力表讀數(shù)減小。在2與B截面間列柏努利方程：簡(jiǎn)化得 因?yàn)殚y后的當(dāng)量長(zhǎng)度l2中已包括突然擴(kuò)大損失，也即，故閥打開(kāi)后u2 ，p2，即閥后壓力表讀數(shù)增加。3220苯由高位槽流入貯槽中，兩槽均為敞口，兩槽液面恒定且相差5m。輸送管為383mm的鋼管（0.05mm）總長(zhǎng)為100m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度），求苯的流量。 解: 在兩槽間列柏努力方程,并簡(jiǎn)化: 即: 代入數(shù)據(jù): 化簡(jiǎn)得: 查完全湍流區(qū) 設(shè) , 由(1)式得 由附錄查得20苯物性: 查圖，再設(shè) ，由（1）得 查得 假設(shè)正確 流量： 33某輸水

21、并聯(lián)管路，由兩個(gè)支路組成，其管長(zhǎng)與內(nèi)徑分別為：，；，。已知總管中水的流量為2.2m3/s，水溫為20，試求各支路中水的流量。（設(shè)管子的粗糙度為0.3mm）解：設(shè)兩支路中的流動(dòng)均進(jìn)入阻力平方區(qū)，由及，查得，又 校核Re： 支管1： 流動(dòng)接近阻力平方區(qū)，。支管2： 流動(dòng)接近阻力平方區(qū)，。故以上計(jì)算有效。兩支管的流量分別為、題34 附圖1034如附圖所示，高位槽中水分別從BC與BD兩支路排出，其中水面維持恒定。高位槽液面與兩支管出口間的距離為10m。AB管段的內(nèi)徑為38mm、長(zhǎng)為28m；BC與BD支管的內(nèi)徑相同，均為32mm，長(zhǎng)度分別為12m、 15m（以上各長(zhǎng)度均包括管件及閥門全開(kāi)時(shí)的當(dāng)量長(zhǎng)度）。

22、各段摩擦系數(shù)均可取為0.03。試求：（1）BC支路閥門全關(guān)而B(niǎo)D支路閥門全開(kāi)時(shí)的流量；（2）BC支路與BD支路閥門均全開(kāi)時(shí)各支路的流量及總流量。 解：（1）在高位槽液面與BD管出口外側(cè)列柏努利方程： 簡(jiǎn)化 ： 而 有： 化簡(jiǎn) 又由連續(xù)性方程： 代入上式： 解得： 流量： （2）當(dāng) BD，BC支路閥均全開(kāi)時(shí)： C ，D出口狀態(tài)完全相同，分支管路形如并聯(lián)管路， (1)又 (2)在高位槽液面與BD出口列柏努利方程： (3)將（2）代入（3）式中：解得：流量： 35在內(nèi)徑為80mm的管道上安裝一標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，孔徑為40mm，U形壓差計(jì)的讀數(shù)為350mmHg。管內(nèi)液體的密度為1050kg/m3，黏度為

23、0.5cP，試計(jì)算液體的體積流量。解： 設(shè)，查得 而 假設(shè)正確，以上計(jì)算有效。題36 附圖121.5m36用離心泵將20水從水池送至敞口高位槽中，流程如附圖所示，兩槽液面差為12m。輸送管為573.5mm的鋼管，吸入管路總長(zhǎng)為20m，壓出管路總長(zhǎng)為155m（均包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。用孔板流量計(jì)測(cè)量水流量，孔徑為20mm，流量系數(shù)為0.61，U形壓差計(jì)的讀數(shù)為600mmHg。摩擦系數(shù)可取為0.02。試求：（1）水流量，m3/h；（2）每kg水經(jīng)過(guò)泵所獲得的機(jī)械能；（3）泵入口處真空表的讀數(shù)。 解：（1） （2）以水池液面為面，高位槽液面為面，在面間列柏努利方程： 簡(jiǎn)化: 而 其中：（3）

24、在水池液面面與泵入口真空表處面間列柏努利方程：簡(jiǎn)化為 其中 即泵入口處真空表的讀數(shù)為21.1kPa。37水在某管路中流動(dòng)。管線上裝有一只孔板流量計(jì)，其流量系數(shù)為0.61，U形壓差計(jì)讀數(shù)為200mm。若用一只喉徑相同的文丘里流量計(jì)替代孔板流量計(jì)，其流量系數(shù)為0.98，且U形壓差計(jì)中的指示液相同。問(wèn)此時(shí)文丘里流量計(jì)的U形壓差計(jì)讀數(shù)為若干？解：由流量公式：流量相同時(shí)，故文丘里流量計(jì)的讀數(shù)38某氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的量程范圍為460m3/h?，F(xiàn)用來(lái)測(cè)量壓力為60kPa（表壓）、溫度為50的氨氣，轉(zhuǎn)子流量計(jì)的讀數(shù)應(yīng)如何校正？此時(shí)流量量程的范圍又為多少？（設(shè)流量系數(shù)CR為常數(shù)，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3 kPa）解

25、：操作條件下氨氣的密度：即同一刻度下，氨氣的流量應(yīng)是空氣流量的1.084倍。此時(shí)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量范圍為41.084601.084m3/h，即4.3465.0 m3/h。39在一定轉(zhuǎn)速下測(cè)定某離心泵的性能，吸入管與壓出管的內(nèi)徑分別為70mm和50mm。當(dāng)流量為30 m3/h時(shí)，泵入口處真空表與出口處壓力表的讀數(shù)分別為40kPa和215kPa，兩測(cè)壓口間的垂直距離為0.4m，軸功率為3.45kW。試計(jì)算泵的壓頭與效率。 解： 在泵進(jìn)出口處列柏努力方程，忽略能量損失；=27.07m 40在一化工生產(chǎn)車間，要求用離心泵將冷卻水從貯水池經(jīng)換熱器送到一敞口高位槽中。已知高位槽中液面比貯水池中液面高出10m

26、，管路總長(zhǎng)為400m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。管內(nèi)徑為75mm，換熱器的壓頭損失為，摩擦系數(shù)可取為0.03。此離心泵在轉(zhuǎn)速為2900rpm時(shí)的性能如下表所示：Q/(m3/s)00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H/m2625.524.5232118.515.5128.5 試求：（1）管路特性方程； （2）泵工作點(diǎn)的流量與壓頭。 解：（1）管路特性曲線方程： （2）在坐標(biāo)紙中繪出泵的特性曲線及管路特性曲線的工作點(diǎn)：41用離心泵將水從貯槽輸送至高位槽中，兩槽均為敞口，且液面恒定?，F(xiàn)改為輸送密度為1200 kg/m3的某水溶液，其他物性與水相近。若

27、管路狀況不變，試說(shuō)明：（1）輸送量有無(wú)變化？（2）壓頭有無(wú)變化？（3）泵的軸功率有無(wú)變化？（4）泵出口處壓力有無(wú)變化？解：變化時(shí)，泵特性曲線不變。 管路特性曲線 不變（1） 輸送量不變； （2）壓頭不變；（3） 軸功率： 增加 （4）在貯槽液面1-1和泵出口2-2間列柏努力方程： 簡(jiǎn)化：工作點(diǎn)Q，不變，不變即隨的增加而增加。42用離心泵將水從敞口貯槽送至密閉高位槽。高位槽中的氣相表壓為98.1kPa，兩槽液位相差10m，且維持恒定。已知該泵的特性方程為（單位：Hm，Qm3/s），當(dāng)管路中閥門全開(kāi)時(shí)，輸水量為0.01 m3/s，且流動(dòng)已進(jìn)入阻力平方區(qū)。試求：（1）管路特性方程；（2）若閥門開(kāi)度及

28、管路其他條件等均不變，而改為輸送密度為1200 kg/m3的堿液，求堿液的輸送量。解：（1）設(shè)輸送水時(shí)管路特性方程為其中，當(dāng)輸水量為0.01 m3/s時(shí)，由泵特性方程與管路特性方程聯(lián)立：得 即此時(shí)管路特性方程為 （2）當(dāng)改送密度為1200 kg/m3的堿液時(shí)，泵特性方程不變，此時(shí)管路特性方程流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)，且閥門開(kāi)度不變，則B不變。因此管路特性方程變?yōu)閷⒃摲匠膛c泵特性方程聯(lián)立， 可得堿液輸送量 43用離心泵向設(shè)備送水。已知泵特性方程為，管路特性方程為，兩式中Q的單位均為m3/h，H的單位為m。試求：（1）泵的輸送量；（2）若有兩臺(tái)相同的泵串聯(lián)操作，則泵的輸送量為多少？若并聯(lián)操作，輸送量又為

29、多少？ 解：（1） 聯(lián)立： 解得：（2） 兩泵串聯(lián)后： 泵的特性： 與管路特性聯(lián)立：解得：（3） 兩泵并聯(lián)后： 泵的特性： 與管路特性聯(lián)立：解得： 44用型號(hào)為IS65-50-125的離心泵將敞口貯槽中80的水送出，吸入管路的壓頭損失為4m，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8kPa。試確定此泵的安裝高度。 解：查附錄：水， 在附錄中查得IS65-50-125泵的必需氣蝕余量 （NPSH）r=2.0m 泵允許安裝高度： 為安全起見(jiàn)，再降低，即 即泵需要安裝在水槽液面以下或更低位置。45用離心泵從真空度為360mmHg的容器中輸送液體，所用泵的必需汽蝕余量為3m。該液體在輸送溫度下的飽和蒸汽壓為200mmHg，密度

30、為900kg/m3，吸入管路的壓頭損失為0.5m，試確定泵的安裝位置。若將容器改為敞口，該泵又應(yīng)如何安裝？（當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?00kPa）解：（1）當(dāng)容器內(nèi)真空度為360mmHg時(shí)，故泵宜安裝在液面以下（0.630.5）1.13m更低的位置。（2）當(dāng)容器敞口時(shí)，故泵宜安裝在液面以上低于（4.80.5）4.3m的位置。題46 附圖46如附圖所示，用離心泵將某減壓精餾塔塔底的釜液送至貯槽，泵位于貯槽液面以下2m處。已知塔內(nèi)液面上方的真空度為500mmHg，且液體處于沸騰狀態(tài)。吸入管路全部壓頭損失為0.8m，釜液的密度為890kg/m3，所用泵的必需汽蝕余量為2.0m，問(wèn)此泵能否正常操作？ 解：因塔內(nèi)液

31、體處于沸騰狀態(tài)，則液面上方的壓力即為溶液的飽和蒸汽壓，即該泵的允許安裝高度：而實(shí)際安裝高度，說(shuō)明此泵安裝不當(dāng)，泵不能正常操作，會(huì)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。 47用內(nèi)徑為120mm的鋼管將河水送至一蓄水池中，要求輸送量為60100m3/h。水由池底部進(jìn)入，池中水面高出河面25m。管路的總長(zhǎng)度為80m，其中吸入管路為24m（均包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度），設(shè)摩擦系數(shù)為0.028。，試選用一臺(tái)合適的泵，并計(jì)算安裝高度。設(shè)水溫為20，大氣壓力為101.3kPa。解：以大流量Q100m3/h計(jì)。在河水與蓄水池面間列柏努力方程，并簡(jiǎn)化：由 選泵IS100-80-160，其性能為： 確定安裝高度：水， 減去安全余量，實(shí)

32、為以下。即泵可安裝在河水面上不超過(guò)的地方。48 常壓貯槽內(nèi)裝有某石油產(chǎn)品，在貯存條件下其密度為760 kg/m3?，F(xiàn)將該油品送入反應(yīng)釜中，輸送管路為572mm，由液面到設(shè)備入口的升揚(yáng)高度為5m，流量為15m3/h。釜內(nèi)壓力為148kPa（表壓），管路的壓頭損失為5m（不包括出口阻力）。試選擇一臺(tái)合適的油泵。解： 在水槽液面與輸送管內(nèi)側(cè)面間列柏努力方程，簡(jiǎn)化有： 由Q= ，查油泵樣本，選泵60Y-60B其性能為： 流量49現(xiàn)從一氣柜向某設(shè)備輸送密度為1.36kg/m3的氣體，氣柜內(nèi)的壓力為650Pa（表壓），設(shè)備內(nèi)的壓力為102.1kPa（絕壓）。通風(fēng)機(jī)輸出管路的流速為12.5m/s，管路中的壓

33、力損失為500Pa。試計(jì)算管路中所需的全風(fēng)壓。（設(shè)大氣壓力為101.3kPa） 解：第二章 非均相物系分離1、試計(jì)算直徑為30m的球形石英顆粒（其密度為2650kg/ m3），在20水中和20常壓空氣中的自由沉降速度。解：已知d=30m、s=2650kg/m3（1）20水 =1.0110-3Pas =998kg/m3 設(shè)沉降在滯流區(qū)，根據(jù)式（2-15）校核流型假設(shè)成立， ut=8.0210-4m/s為所求（2）20常壓空氣 =1.8110-5Pas =1.21kg/m3設(shè)沉降在滯流區(qū)校核流型：假設(shè)成立，ut=7.1810-2m/s為所求。2、密度為2150kg/ m3的煙灰球形顆粒在20空氣中

34、在滯流沉降的最大顆粒直徑是多少？ 解：已知s=2150kg/m3 查20空氣 =1.8110-5Pa.s =1.21kg/m3當(dāng)時(shí)是顆粒在空氣中滯流沉降的最大粒徑，根據(jù)式（2-15）并整理 所以3、直徑為10m的石英顆粒隨20的水作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在旋轉(zhuǎn)半徑R0.05m處的切向速度為12m/s，求該處的離心沉降速度和離心分離因數(shù)。 解：已知d=10m、 R=0.05m 、 ui=12m/s設(shè)沉降在滯流區(qū)，根據(jù)式（2-15）g改為ui/ R 即校核流型ur=0.0262m/s為所求。所以 4、用一降塵室處理含塵氣體，假設(shè)塵粒作滯流沉降。下列情況下，降塵室的最大生產(chǎn)能力如何變化？（1） 要完全分離的最小

35、粒徑由60m降至30m；（2） 空氣溫度由10升至200；（3） 增加水平隔板數(shù)目，使沉降面積由10m2增至30 m2。 解： 根據(jù) 及VS=blutc（1）（2）查10空氣 =1.7610-5Pas 200空氣 =2.6010-5Pas （3）5、已知含塵氣體中塵粒的密度為2300kg/ m3。氣體流量為1000 m3/h、黏度為3.6105Pa.s、密度為0.674kg/ m3，若用如圖2-6所示的標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器進(jìn)行除塵，分離器圓筒直徑為400mm，試估算其臨界粒徑及氣體壓強(qiáng)降。 解：已知s=2300kg/m3 、Vh=1000m3/h 、=3.610-5Pa.s 、 =0.674 kg/

36、m3、 D=400mm=0.4m，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器 h=D/2 、B=D/4 故該分離器進(jìn)口截面積 A=hB=D2/8 所以 根據(jù)式（2-26） 取標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器N=5 則根據(jù)式（2-30） 取=8.06、有一過(guò)濾面積為0.093m2的小型板框壓濾機(jī)，恒壓過(guò)濾含有碳酸鈣顆粒的水懸浮液。過(guò)濾時(shí)間為50秒時(shí)，共得到2.2710-3 m3的濾液；過(guò)濾時(shí)間為100秒時(shí)。共得到3.3510-3 m3的濾液。試求當(dāng)過(guò)濾時(shí)間為200秒時(shí)，可得到多少濾液？ 解：已知A=0.093m2 、t1=50s 、V1=2.2710-3m3 、t2=100s 、V2=3.3510-3m3 、t3=200s 由于 根據(jù)式

37、（2-38a）聯(lián)立解之：qe=4.1410-3 K=1.59610-5因此 q3=0.0525所以 V3=q3A=0.05250.093=4.8810-3m37、某生產(chǎn)過(guò)程每年須生產(chǎn)濾液3800 m3，年工作時(shí)間5000h，采用間歇式過(guò)濾機(jī)，在恒壓下每一操作周期為2.5h，其中過(guò)濾時(shí)間為1.5h，將懸浮液在同樣操作條件下測(cè)得過(guò)濾常數(shù)為K=410-6m2/s； qe=2.510-2m3/m2。濾餅不洗滌，試求：（1） 所需過(guò)濾面積，（2） 今有過(guò)濾面積8m2的過(guò)濾機(jī)，需要幾臺(tái)？ 解：已知生產(chǎn)能力為3800m3濾液/年，年工作日5000h， T=2.5h ，t=1.5h ，K=410-6m2/s

38、，qe=2.510-2m3/m2 ，（1） 因?yàn)?Q=3800/5000=0.76m3濾液/h 由式（2-42） 所以 V=2.50.76=1.9 m3 由式（2-38a）解之 A=14.7 m215 m2(2) 因?yàn)檫^(guò)濾機(jī)為8 m2/臺(tái)， 所以需2臺(tái)過(guò)濾機(jī)。8、BMS50/810-25型板框壓濾機(jī)，濾框尺寸為81081025mm，共36個(gè)框，現(xiàn)用來(lái)恒壓過(guò)濾某懸浮液。操作條件下的過(guò)濾常數(shù)為K=2.7210-5 m2/s；qe=3.4510-3m3/m2。每濾出1 m3濾液的同時(shí)，生成0.148 m3的濾渣。求濾框充滿濾渣所需時(shí)間。若洗滌時(shí)間為過(guò)濾時(shí)間的2倍，輔助時(shí)間15min，其生產(chǎn)能力為多少

39、？ 解：濾框總?cè)莘eV0=0.8120.02536=0.590 m3 過(guò)濾面積 A=0.812236=47.2 m2生產(chǎn)總周期為T=283+2283+1560=1749s由 得一個(gè)周期濾液量為 所以生產(chǎn)能力為9、有一直徑為1.75m，長(zhǎng)0.9m的轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)。操作條件下浸沒(méi)度為126o，轉(zhuǎn)速為1r/min，濾布阻力可以忽略，過(guò)濾常數(shù)K為5.1510-6m2/s，求其生產(chǎn)能力。 解：因?yàn)檫^(guò)濾面積 A=DL=3.141.750.9=4.95m2浸沒(méi)度=126/360=0.35由式（2-45a）10、某轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn)，每小時(shí)可得濾液4 m3。若過(guò)濾介質(zhì)阻力可以忽略，每小時(shí)獲得6 m3濾液

40、時(shí)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？此時(shí)轉(zhuǎn)鼓表面濾餅的厚度為原來(lái)的多少倍？操作中所用的真空度維持不變。解：已知 Q1=4m3/h ，n1=2r/min ，Q2=6m3/h ，Ve=0 由式（2-45a）兩邊平方，得 所以 由式（2-35）得 而v1=v2 又A不變，以1小時(shí)為計(jì)算基準(zhǔn)， 則Q1=V1 Q2=V2故 第三章 傳熱1、某加熱器外面包了一層厚為300mm的絕緣材料，該材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.16W/（m），已測(cè)得該絕緣層外緣溫度為30，距加熱器外壁250mm處為75，試求加熱器外壁面溫度為多少？解：2、某燃燒爐的平壁由下列三種磚依次砌成；耐火磚 b1=230mm， l1=1.05 W/(m)絕熱磚 b2

41、=230mm， l2=0.151W/(m)建筑磚 b3=240mm， l3=0.93W/(m) 已知耐火磚內(nèi)側(cè)溫度為1000，耐火磚與絕熱磚界面處的溫度為940，要求絕熱磚與建筑磚界面處的溫度不得超過(guò)138，試求：（1） 絕熱層需幾塊絕熱磚； （2） 普通磚外側(cè)溫度為多少？解：（1）b2=?230mmb2=442mm2302mm則：絕熱層需兩塊絕熱磚。校核t2=?（2）t4=?習(xí)題3-3 附圖3、505的不銹鋼管，導(dǎo)熱系數(shù)116（），外面包裹厚度為30mm導(dǎo)熱系數(shù)0.2W/（）的石棉保溫層。若鋼管的內(nèi)表面溫度為623，保溫層外表面溫度為373，試求每米管長(zhǎng)的熱損失及鋼管外表面的溫度。解：已知鋼

42、管的內(nèi)半徑鋼管的外半徑保溫層的外半徑根據(jù)式（3-12a），每米管長(zhǎng)的熱損失由于是定態(tài)熱傳導(dǎo)，故各層傳導(dǎo)的熱量應(yīng)該相等，可得到鋼管外表面的溫度t2。4、603的鋁合金管（導(dǎo)熱系數(shù)近似按鋼管選取），外面依次包有一層30mm的石棉和30mm的軟木。石棉和軟木的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.16（）和0.04（）（管外涂防水膠，以免水汽滲入后發(fā)生冷凝及凍結(jié)）。（1）已知管內(nèi)壁溫度為-110，軟木外側(cè)溫度為10，求每米管長(zhǎng)上損失的冷量； （2）計(jì)算出鋼、石棉及軟木層各層熱阻在總熱阻中所占的百分?jǐn)?shù)； （3）若將兩層保溫材料互換（各層厚度仍為30mm），鋼管內(nèi)壁面溫度仍為 -110，作為近似計(jì)算，假設(shè)最外層的石棉層表面

43、溫度仍為10。求此時(shí)每米管長(zhǎng)損失的冷量。 提示：保溫層互換后，保溫層外壁面與空氣間的對(duì)流傳熱膜系數(shù)與互換前相同。解：(1) 每米管長(zhǎng)損失的冷量： (2)各層熱阻在總熱阻中所占的分?jǐn)?shù)：由以上計(jì)算可知鋼管熱阻很小，且。(3) 若將互換，厚度不變，且認(rèn)為不變。以上計(jì)算可以看出，將保溫性能好的材料放在里層，保溫或保冷效果好。但此計(jì)算不嚴(yán)格，因?yàn)楸＠浜?，則t4應(yīng)增大，即。習(xí)題5附圖5、欲測(cè)某絕緣材料的導(dǎo)熱系數(shù)，將此材料裝入附圖所示的同心套管間隙內(nèi)。已知管長(zhǎng)l=1.0m. r1=10mm, r2=13mm, r3=23mm, r4=27mm。在管內(nèi)用熱電偶加熱，當(dāng)電熱功率為1.0kW時(shí)，測(cè)得內(nèi)管的內(nèi)壁溫度

44、為900，外管的外壁溫度為100，金屬管壁的導(dǎo)熱系數(shù)為50W/（），試求絕緣材料的導(dǎo)熱系數(shù)。若忽略壁阻，會(huì)引起多大的誤差？解：按題意求得：內(nèi)管壁的熱阻為：外管壁的熱阻為：通過(guò)多層管壁的熱流量為：則：l2=0.114 W/（）。若忽略兩側(cè)金屬壁的熱阻，則則：l2=0.114 W/（）。由于金屬壁的熱阻遠(yuǎn)小于絕緣材料的熱阻，在實(shí)驗(yàn)精度范圍內(nèi)，金屬壁的熱阻可以忽略。6、冷卻水在252.5，長(zhǎng)為2m的鋼管中以1m/s的流速通過(guò)。冷卻水的進(jìn)、出口溫度為20和50，求管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)？ 解：定性溫度 查得水在35時(shí)的物性參數(shù)：管內(nèi)徑為：d=25-22.5=20mm=0.02m 湍流水被加熱，k=0.

45、4，得：7、一列管式換熱器，由38根252.5的無(wú)縫鋼管組成，苯在管內(nèi)以8.32kg/s的流速通過(guò)，從80冷卻至20。求苯對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)；若流速增加一倍，其他條件不變，對(duì)流傳熱系數(shù)又有何變化？解：定性溫度 查得苯在50時(shí)的物性參數(shù)：管內(nèi)徑為：d=25-22.5=20mm=0.2m 湍流苯被冷卻，k=0.3，則：（2）流速增加一倍，u=2u，其他條件不變由于 所以 8、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%，密度r=1800kg/m3的硫酸，以1m/s的流速在套管換熱器的內(nèi)管中被冷卻，進(jìn)、出口溫度分別為90和50，內(nèi)管直徑為252.5。管內(nèi)壁平均溫度為60。試求硫酸對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)。已知70硫酸的物性參數(shù)如

46、下：壁溫60時(shí)的硫酸黏度 （1267 W/（m2）解：定性溫度 查得硫酸在70時(shí)的物性參數(shù)：壁溫60時(shí)的硫酸黏度因?yàn)轲ざ容^大，故用式（3-16）計(jì)算 過(guò)渡流過(guò)渡流校正9、原油在896的管式爐對(duì)流段的管內(nèi)以0.5m/s的流速流過(guò)而被加熱，管長(zhǎng)6m。已知管內(nèi)壁溫度為150，原油的平均溫度為40。試求原油在管內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)。已知原油的物性參數(shù)為：原油150時(shí)的黏度 解：原油在管內(nèi)流動(dòng)的Re （層流） （0.6Pr6700）所以原油在管內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)用式（3-19）計(jì)算由于所以對(duì)流傳熱系數(shù)需校正10、銅氨溶液在由四根453.5 鋼管并聯(lián)的蛇管中由38冷卻至8，蛇管的平均曲率半徑為0.285 m。已

47、知銅氨溶液的流量為2.7m3/h，黏度為2.210-3Pas，密度為1200km/m3，其余物性常數(shù)可按水的0.9倍選用，試求銅氨溶液的對(duì)流傳熱系數(shù)。解定性溫度 查得水在23時(shí)的物性參數(shù)，并折算為銅氨液的物性： 四組蛇管并聯(lián)的橫截面積： 過(guò)渡區(qū)銅氨液被冷卻，k=0.3，則：過(guò)渡流需校正彎管校正11、有一列管式換熱器，外殼內(nèi)徑為190mm，內(nèi)含37根192 的鋼管。溫度為12，壓力為101.3kPa的空氣，以10m/s的流速在列管式換熱器管間沿管長(zhǎng)方向流動(dòng)，空氣出口溫度為30。試求空氣對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)。解：定性溫度 查得空氣在21時(shí)的物性參數(shù)： 湍流空氣被加熱，k=0.4，則：12、在接觸氧

48、化法生產(chǎn)硫酸的過(guò)程中，用反應(yīng)后高溫的SO3混合氣預(yù)熱反應(yīng)前氣體。常壓SO3混合氣在一由383 鋼管組成、殼程裝有圓缺型擋板的列管換熱器殼程流過(guò)。已知管子成三角形排列，中心距為51mm，擋板間距為1.45m，換熱器殼徑為2800；又SO3混合氣的流量為4104m3/h，其平均溫度為145.若混合氣的物性可近似按同溫度下的空氣查取，試求混合氣的對(duì)流傳熱系數(shù)（考慮部分流體在擋板與殼體之間短路，取系數(shù)為0.8）解：本題為列管式換熱器管外強(qiáng)制對(duì)流傳熱，對(duì)流傳熱系數(shù)按式3-25計(jì)算管子正三角形排列時(shí)， 管外流體流過(guò)的最大截面積Smax計(jì)算： 管外流體的流速定性溫度 下查得空氣的物性參數(shù)：因氣體黏度變化較小，故，由因部分流體在單板與殼體之間隙短路，取實(shí)際對(duì)流傳熱系數(shù)為計(jì)算值的0.8倍13、在油罐中裝有水平放置的水蒸氣管，以加熱罐中的重油。