化工原理第二版上冊(cè)答案

1、1.(1)(2)(3)(4)(5)(6)從基本單位換算入手，將下列物理量的單位換算為水的黏度= g/(cm s)密度 p = kgf ?s 2/m4某物質(zhì)的比熱容 C= BTU/(lb - T )傳質(zhì)系數(shù) Kg= kmol/(m 2?h?atm)表面張力 o- =74 dyn/cm導(dǎo)熱系數(shù) 入=1 kcal/(m?h? C )SI單位。解:(1)本題為物理量的單位換算。水的黏度基本物理量的換算關(guān)系為1 kg=1000 g , 1 m=100 cm0.00856 g1kg 100cm 8.56cm s 1000g 1m_ 4_ 4 10 kg. m s 8.56 10 Pa s密度基本物理量的換

2、算關(guān)系為._21 kgf= N , 1 N=1 kg?m/s138.6kgf s29.81N 1kg ms2m4 1kgf1N1350 kg. m3(3)從附錄二查出有關(guān)基本物理量的換算關(guān)系為1 BTU= kJ , l b= kg1oF 5oC9則BTU 1.055kJ 1lb 1 F cp 0.24 lb F 1BTU 0.4536kg 5 9 C1.005kJ kg C(4)傳質(zhì)系數(shù)基本物理量的換算關(guān)系為1 h=3600 s , 1 atm= kPaKgkmol 1h 1atm34.2 -m2 h atm 3600s 101.33kPa9.378 10 5 kmol. m2 s kPa(5

3、)表面張力基本物理量的換算關(guān)系為1 dyn=1 X 10 5 N 1 m=100 cm則_ 5dyn 1 10 N 100cm2 .74 - 7.4 10 N mcm 1dyn 1m(6)導(dǎo)熱系數(shù)基本物理量的換算關(guān)系為1 kcal= X103J, 1 h=3600 skcall 4.1868 103J 1h2:m h C Ikcal 3600s1.163J m s C 1.163W m C同理HeHeftHeft3.2803ft 3.2803H EG G . 1.356 10 3737.5G2.亂堆25cm拉西環(huán)的填料塔用于精儲(chǔ)操作時(shí)，等板高度可用下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即HE 3.9A2.78 1

4、0 4GB 12.01D C 0.3048Z。13LL式中 H一等板高度，ft ;G-氣相質(zhì)量速度，lb/(ft 2?h);D-塔彳玉,ft ;乙一每段(即兩層液體分布板之間)填料層高度，ft ;a 一相對(duì)揮發(fā)度，量綱為一；;1 l液相黏度，cP；p L一液相密度，lb/ft 3A B、C為常數(shù)，對(duì)25 mm的拉西環(huán)，其數(shù)值分別為、及。試將上面經(jīng)驗(yàn)公式中各物理量的單位均換算為SI單位。解：上面經(jīng)驗(yàn)公式是混合單位制度，液體黏度為物理單位制，而其余諸物理量均為英制。經(jīng)驗(yàn)公式單位換算的基本要點(diǎn)是：找出式中每個(gè)物理量新舊單位之間的換算關(guān)系，導(dǎo)出物理量“數(shù)字”的表達(dá)式，然后代入經(jīng)驗(yàn)公式并整理，以便使式中

5、各符號(hào)都變?yōu)樗Ｍ膯挝?。具體換算過(guò)程如下：(1)從附錄查出或計(jì)算出經(jīng)驗(yàn)公式有關(guān)物理量新舊單位之間的關(guān)系為1ft 0.3049m 1 lb/ ft 2 h 1.356 10 3 kg/ m2 s （見(jiàn) 1）a量綱為一，不必?fù)Q算31cp 1 10 3Pa sD 3.2803DZ0 3.2803Z0L.1 10L 16.01 0.06246 L(3) 將以上關(guān)系式代原經(jīng)驗(yàn)公式，得4-0.11.243.2803H e 3.9 0.57 2.78 10 4 737.5G12.01 3.2803D1 30.30483.2803Z。1000 l0.0624 l0第一章流體流動(dòng)流體的重要性質(zhì)1 .某氣柜的容

6、積為 6 000 m3,若氣柜內(nèi)的表壓力為 kPa,溫度為40 C。已知各組分 氣體的體積分?jǐn)?shù)為：H2 40%、N2 20%、CO 32% CO 7% CH 1%,大氣壓力為 kPa ,試計(jì)算氣柜滿(mǎn)載時(shí)各組分的質(zhì)量。解：氣柜滿(mǎn)載時(shí)各氣體的總摩爾數(shù)ntpvRT101.35.5 1000.0 60008.314 313mol246245.4mol各組分的質(zhì)量:mH240%ntMH240%246245.42 kg197kgmN220%ntMN220%246245.428kg1378.97kgme。32%ntMeo32%246245.428kg2206.36 kgmeo27%ntMeo27%24624

7、5.444 kg758.44kgmcH41%ntM CHCH 41%246245.416kg39.4kg2 .若將密度為830 kg/ m 3的油與密度為710 kg/ m 3的油各60 kg混在一起，試求混合 油的密度。設(shè)混合油為理想溶液。解： mt m1 m260 60 kg 120kgV1V2m1 m2處照 m30.157m38301 710及 kg.m3 0.157764.33 kg m3流體靜力學(xué)kPa ,乙地區(qū)的平均大氣壓力為kPa ,在甲地區(qū)的某20 kPa 0若改在乙地區(qū)操作，真空表的讀數(shù)為多少3 .已知甲地區(qū)的平均大氣壓力為 真空設(shè)備上裝有一個(gè)真空表，其讀數(shù)為才能維持該設(shè)備的

8、的絕對(duì)壓力與甲地區(qū)操作時(shí)相同? 解：(1)設(shè)備內(nèi)絕對(duì)壓力絕壓=大氣壓-真空度=85.3 1 03 20 1 03 Pa 65.3kPa(2)真空表讀數(shù)真空度=大氣壓-絕壓=101.33 10 B點(diǎn)的壓力 dd aR習(xí)題6附圖 pB pA汞9口1.165 104 13600 9.81 0.5 Pa 7.836 1 04 Pa （表） 6.如本題附圖所示，水在管道內(nèi)流動(dòng)。為測(cè)量流體壓力，在管道某截面處連接 U管壓差計(jì)，指示液為水銀，讀數(shù)R=100 mm 65.3 103 Pa 36.03kPa4 .某儲(chǔ)油罐中盛有密度為960 kg/m3的重油（如附圖所示），油面最高時(shí)離罐底 m,油面上方與大氣相通

9、。在罐側(cè)壁的下部有一直徑為760 mm的孔，其中心距罐底 1000 mm,孔蓋用14 mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作壓力為x10h=800 mm為防止水銀擴(kuò)散至空氣中，在水銀面上方充入少量水， Pa,問(wèn)至少需要幾個(gè)螺釘（大氣壓力為x 103Pa） ?解：由流體靜力學(xué)方程，距罐底 1000 mm處的流體壓力為p pgh 101.3 103 960 9.81 （9.5 1.0） Pa 1.813 103Pa （絕壓）作用在孔蓋上的總力為F （p Pa）A= （1.813 103101.3 103） - 0.762N=3.627 104N4 每個(gè)螺釘所受力為_(kāi) _ 兀_2 _3Fi 39.5

10、10 0.014 N 6.093 10 N4因此n F. F1 3.627 104 6.093 103 N 5.95 6（個(gè)）習(xí)題5附圖習(xí)題4附圖5 .如本題附圖所示，流化床反應(yīng)器上裝有兩個(gè)U管壓差計(jì)。讀數(shù)分別為 R=500 mm, R=80 mm指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴(kuò)散，于右側(cè)的U管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度R=100 ms 試求 A、B兩點(diǎn)的表壓力。解：（1） A點(diǎn)的壓力pA水gR3汞gR2 1000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 Pa 1.165 104Pa （表）kPa，試求管路中心處流體的壓力。其高度可以忽略不計(jì)。已知當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?解：

11、設(shè)管路中心處流體的壓力為p根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式，pA pA則p+水gh+汞gR PaP Pa水 gh 汞 gR101.3 103 1000 9.8 0.813600 9.8 0.1 Pa 80.132kPa7.某工廠為了控制乙快發(fā)生爐內(nèi)的壓力不超過(guò) kPa （表壓），在爐外裝一安全液封管（又稱(chēng)水封）裝 置，如本題附圖所示。液封的作用是，當(dāng)爐內(nèi)壓力超 過(guò)規(guī)定值時(shí)，氣體便從液封管排出。試求此爐的安全 液封管應(yīng)插入槽內(nèi)水面下的深度ho解：水 gh 13.3習(xí)題7附圖h 13.3/ 水 g 13.31000 1000 9.8 m 1.36m流體流動(dòng)概述8.密度為1800 kg/m3的某液體經(jīng)一內(nèi)徑

12、為 60 mm的管道輸送到某處，若其平均流速為m/s,求該液體的體積流量（吊/h）、質(zhì)量流量（kg/s ）和質(zhì)量通量kg/（m 2 s）。解:VhuA u-d2 0.8 314 0.062 3600m3 s 8.14m3 h44Tt 93 149Ws uA u-d20.8 314 0.062 1000kg s 2.26kg s44G u 0.8 1000kg m2 s 800kg. m2 s9.在實(shí)驗(yàn)室中，用內(nèi)徑為 cm的玻璃管路輸送20 C的70%1酸。已知質(zhì)量流量為 kg/min。試分別用用SI和厘米克秒單位計(jì)算該流動(dòng)的雷諾數(shù)，并指出流動(dòng)型態(tài)。解：（1）用SI單位計(jì)算10查附錄 70%1酸

13、在 20 C 時(shí)， 1069 kg/m3,2.50 10 3 Pa sd 1.5cm 0.015mub 10/60 兀 4 0.0152 1069 m/s 0.882 m/sdub3Re 0.015 0.882 1069 2.5 10 35657(2)用物理單位計(jì)算1069 g/cm3,0.025 g/cm s故為湍流。d 1.5cm , ub88.2cm s1.5 88.2 1.069 0.025 5657Redub10.有一裝滿(mǎn)水的儲(chǔ)槽，直徑4 cm,測(cè)得水流過(guò)小孔的平均流速m,高3 現(xiàn)由槽底部的小孔向外排水。小孔的直徑為U0與槽內(nèi)水面高度z的關(guān)系為：U0 0.62. 2zg試求算（1）放

14、出1 m3水所需的時(shí)間（設(shè)水的密度為1000 kg/m3）; （2）又若槽中裝滿(mǎn)煤油，其它條件不變，放出1肅煤油所需時(shí)間有何變化（設(shè)煤油密度為800 kg/m3） ?3 ,解：放出1m水后放面圖度降至 zi,則1 Zi Zo 23 0.8846 m 2.115m0.785 1.2由質(zhì)量守恒，得（無(wú)水補(bǔ)充）dM 八 皿 0w2 w1 0，w1 0 dW2u0A 0.62入企無(wú)（A）為小孔截面積）M AZ （A 為儲(chǔ)槽截面積）故有0.62A0 2gz 號(hào) 0即dz.2gz上式積分得0.62% d A2, A、，*（?。▃00.62. 2g AoZ112）hfVsub2A 3.03.1440.01

15、8 2 0.004 2 0.02355m3 s 84.78m3 h習(xí)題11附圖習(xí)題12附圖12. 20 C的水以m/s的平均流速流經(jīng) 6 38 mnX mm的水平管，此管以錐形管與另一653 mmx 3 mm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管以觀察兩截面的壓力。若水流經(jīng)A、B兩截面間的能量損失為J/kg，求兩玻璃管的水面差（以mm十）,并在本題附圖中畫(huà)出兩玻璃管中水面的相對(duì)位置。解：在A、B兩截面之間列機(jī)械能衡算方程1 2 P1 gZ1- Ub1 一2式中Z1=Z2=0, Ub1AiUb2 Ub1 一A2/ hf = J/kg2gZ2- Ub223.0m sU

16、b1P2hf2.50.038 0.0025 20.053 0.003 22m s 1.232m s22P1 P2Ub2Ub1Ub2hf1.2322 2.5221.5 J kg0.866J kg習(xí)題13附圖故P1 pi 0.866 9.81m 0.0883m 88.3mmg13.如本題附圖所示，用泵 2將儲(chǔ)罐1中的有機(jī)混合液送至精福塔3的中部進(jìn)行分離。已知儲(chǔ)罐內(nèi)液面維持恒定，其上方壓力為Pa。流體密度為800 kg/m 3。精儲(chǔ)塔進(jìn)口處的塔內(nèi)壓力為Pa,進(jìn)料口高于儲(chǔ)罐內(nèi)的液面8 m,輸送管道直徑為 6 68 mm 4 mm,3進(jìn)料量為20 m/h。料放流經(jīng)全部管道的能量損失為70 J/kg ,求

17、泵的有效功率。解：在截面A-A和截面B-B之間列柏努利方程式，得22色岬 gZ1 We E 與 J%?hf22Pii.0i33 i05Pa; P2 i.2i i05Pa; Z2 乙8.0m;Ui0；U2hf 70J kgV20 3600WeP223.i4d 4422PiU2 Ui2-0.068 2m s20.0041.966 m sZ2乙hfWei.2i i.0i33 i05800i.966229.8 8.0 70 J kg習(xí)題14附圖2.46 i.93 78.4 70 J kg i75J kg wsWe 20 3600 800 i73W 768.9Wi4.本題附圖所示的貯槽內(nèi)徑D=2 m,槽

18、底與內(nèi)徑d。為32 mm1勺鋼管相連，槽內(nèi)無(wú)液體補(bǔ)充，其初始液面高度hi為2 m (以管子中心線(xiàn)為基準(zhǔn))O液體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的全部能量損失可按匯hf=20 U2計(jì)算，式中的U為液體在管內(nèi)的平均流速(m/s)。試求當(dāng)槽內(nèi)液面下降 i m時(shí)所需的時(shí)間。解：由質(zhì)量衡算方程，得Wi(1)dMd將式Wi0, W2dM d (2), (3)兀-2D 4dh d(2)(3)2d0ub4代入式(i)得2 dh門(mén)D 04 d(4)/D、2 dh 八Ub ()0d° d在貯槽液面與管出口截面之間列機(jī)械能衡算方程或?qū)懗蒰Zigh2Ubi22UbP1hfgZ22Ub2Ub20.59.8i2Ub0.692 h2

19、Ub2p2一一hf22220Ub 20.5Ub(5)(5)聯(lián)立，得口692 h (急產(chǎn) 0dh .5645 d0 =0, h=hi=2 m; 8 = 8, h=1m積分得 5645 21 212 s 4676s 1.3h動(dòng)量傳遞現(xiàn)象與管內(nèi)流動(dòng)阻力15.某不可壓縮流體在矩形截面的管道中作一維定態(tài)層流流動(dòng)。設(shè)管道寬度為b,高度2y0,且b>>y0,流道長(zhǎng)度為L(zhǎng),兩端壓力降為p,試根據(jù)力的衡算導(dǎo)出（1）剪應(yīng)力。隨高度y （自中心至任意一點(diǎn)的距離）變化的關(guān)系式; 均流速與最大流速的關(guān)系。（2）通道截面上的速度分布方程；（3）平解：（1）由于b>>yo ,可近似認(rèn)為兩板無(wú)限寬，故

20、有1-(P 2yb) 2bL(2)將牛頓黏性定律代入(dudydu p,yL1)得(1)上式積分得邊界條件為因此(3)dy LP 22L yy=0,u=0,代入式P 22(yy°)2 Ly=y。)u=umax(2)2)中，得C=- Cp2"T(3)故有UmaxP 2Ty0再將式（3）寫(xiě)成Uumaxy 2 (-) %(4)根據(jù)ub的定義，得11u budAumaxb A A A A max1A 2dA u max316 .不可壓縮流體在水平圓管中作一維定態(tài)軸向?qū)恿髁鲃?dòng)，試證明（1）與主體流速u(mài)相應(yīng)的速度點(diǎn)出現(xiàn)在離管壁處，其中m為管內(nèi)半徑；（2）剪應(yīng)力沿徑向?yàn)橹本€(xiàn)分布，且在管中

21、心為零。解：(D u um 1 J)22ub 1 (-)2rl當(dāng)u=ub時(shí)，由式(1)得(-)21 1-i2(1)解得 r 0.707-i(2)由管壁面算起的距離為y ri r ri 0.707n 0.293du對(duì)式（1）求導(dǎo)得drdu2Umax-rdrri2 Umax2-r n在管中心處，r=0,4 Ub2 r r故 T =0。(3)17.流體在圓管內(nèi)作定態(tài)湍流時(shí)的速度分布可用如下的經(jīng)驗(yàn)式表達(dá)17Uz/ r1-uRu max試計(jì)算管內(nèi)平均流速與最大流速之比U / Umax。解：UR0 Uz2 4dr成21 7r -.Umax 2 <drr1y,則 r R(1 y)R1R11 172,，

22、UrUz2 <dr -2y Umax2 樂(lè)(1TR 0tR 0y)dy1. _ _2Umax (y y )dy 0.817Umax018.某液體以一定的質(zhì)量流量在水平直圓管內(nèi)作湍流流動(dòng)。若管長(zhǎng)及液體物性不變，將管徑減至原來(lái)的1/2 ,問(wèn)因流動(dòng)阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來(lái)的多少倍? 解：流體在水平光滑直圓管中作湍流流動(dòng)時(shí)Pf =hfPf/2L Ub d 2式中因此hf2hf1d1=2 , d2一哈管）2u2 = ( d1 ) 2 =4Ub1 d2hf22/=()(2)(4) =32 上hf11又由于0.316025Re2=( ReL)0.25=( .d1Ub1)05= (2X 工產(chǎn)空()1R

23、e2d2Ub24hf2=32 X =hfi19 .用泵將2X104kg/h的溶液自反應(yīng)器送至高位槽（見(jiàn)本題附圖）。反應(yīng)器液面上方保持x 103Pa的真空度,高位槽液面上方為大氣壓。管道為76 mnX 4 mmB勺鋼管,習(xí)題19附圖總長(zhǎng)為35 m,管線(xiàn)上有兩個(gè)全開(kāi)的閘閥、一個(gè)孔板流量計(jì)（局部阻力系數(shù)為 4）、五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。反應(yīng)器內(nèi)液面 與管路出口的距離為 17 m。若泵的效率為，求泵的軸功 率。（已知溶液的密度為 1073 kg/m3,黏度為Pa s。管壁絕對(duì)粗糙度可取為 mm ）解：在反應(yīng)器液面1-1與管路出口內(nèi)側(cè)截面 2-2 '間列機(jī)械能衡算方程，以截面1-1為基準(zhǔn)水平面，得22Ub

24、1 P1Ub2 P2.gz1 W4 gz2 萬(wàn)一hf式中 z 1=0, Z2=17 m, Ub產(chǎn) 0_4w2 104Ub22ms,23600 0.785 0.0682 1073一 d4P1 = X103 Pa （表），p2=0 （表）將以上數(shù)據(jù)代入式（1）,并整理得2We g（Z2 乙）u2 R上hf21.43 m. s其中（1）X 17+1.432 + 25.9 103 +21073hf =+hfhf =（2Ub20.068 1.43 10735X 100.63 103e d 0.0044根據(jù)Re與e/d值，查得 入=,并由教材可查得各管件、閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度分別為 閘閥（全開(kāi)）： X2 m =

25、 m標(biāo)準(zhǔn)彎頭：x 5 m =11 m2故hf =x 35_0.86 +4） 143- J kg =kg0.0682是We192.025.74 J kg217.7J kg泵的軸功率為Ns=We w/217.7 23600 0.710-W =流體輸送管路的計(jì)算習(xí)題21附圖20 .如本題附圖所示，貯槽內(nèi)水位維持不變。槽的底部與內(nèi)徑為100 mm的鋼質(zhì)放水管相連，管路上裝有一個(gè)閘閥，距管路入口端 15 m處安有以水銀為指示液的 U管壓差計(jì)，其一臂與管道相連，另一臂通大氣。壓差計(jì)連接管內(nèi)充滿(mǎn)了水，測(cè)壓點(diǎn)與管路出口端之間的直管長(zhǎng)度為20 m。（1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)，測(cè)得 R=600 mm h=1500 mm當(dāng)

26、閘閥部分開(kāi)啟時(shí)，測(cè)得 R=400 mm h=1400 mm摩擦系數(shù)可取為，管路入口處的局部阻力系數(shù)取為。問(wèn)每小時(shí)從管中流出多少水（吊）？（2）當(dāng)閘閥全開(kāi)時(shí)，U管壓差計(jì)測(cè)壓處的壓力為多少Pa （表壓）。（閘閥全開(kāi)時(shí)Le/d =15,摩擦系數(shù)仍可取。）解：（1）閘閥部分開(kāi)啟時(shí)水的流量2-2 '間列機(jī)械能衡算方程，并通過(guò)截面2-2 的中心作在貯槽水面1-1與測(cè)壓點(diǎn)處截面 基準(zhǔn)水平面，得2Ub1Pi萬(wàn)一gZ22Ub2 p2T一hf,i 2(a)式中P1=0（表）P2 HggRH2ogR 13600 9.81 0.4 1000 9.81 1.4 Pa 39630Pa (表)Ub2=0, Z2=0

27、Z1可通過(guò)閘閥全關(guān)時(shí)的數(shù)據(jù)求取。當(dāng)閘閥全關(guān)時(shí), 程知水靜止不動(dòng)，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方H20 g(Z1h) HggR(b)式中h= m,R= m將已知數(shù)據(jù)代入式（b）得13600 0.6 1.5 m 6.66m1000LUk215h-2(c)u 2.13U2(0.025 一d 20.1將以上各值代入式(a),即+ 39螫 + ub2"2-1000解得 ub 3.13m s2Ub20.5) ub2.13U22水的流量為Vs 3600-d2Ub3600 0.785 0.12 3.13 m3 s 1.43m3 s4(2)閘閥全開(kāi)時(shí)測(cè)壓點(diǎn)處的壓力在截面 得1-1與管路出口內(nèi)側(cè)截面 3-3 間列

28、機(jī)械能衡算方程，并通過(guò)管中心線(xiàn)作基準(zhǔn)平面,2Ub1Pig乙2gZ32Ub3P32hf,1 3(c)式中Z1= m, Z3=0, Ub1=0, p1=p322LLeu b35u2hf,i 3 ( c)= 0.025( 15) 0.5, 4.81u2 d20.12將以上數(shù)據(jù)代入式(c),即 22X = ub + UbT解得 ub 3.13m s 再在截面1-1 '與2-2'間列機(jī)械能衡算方程，基平面同前，得 22(d)Ub1P1Ub2P2gZ1 gZ2 hf,1 22 2式中 Z1= m, Z2=0, Ub1 0, Ub2= m/s , p0 (表壓力)1.5hf1 20.0250

29、.10.53.512J kg26.2J kg將以上數(shù)值代入上式，則3 512 P09.81 6.66 351- 26.221000解得p2=x 104 Pa （表壓）21. 10 C的水以500 l/min的流量流經(jīng)一長(zhǎng)為 300 m的水平管，管壁的絕對(duì)粗糙度為 mm有6m的壓頭可供克服流動(dòng)的摩擦阻力，試求管徑的最小尺寸。解：由于是直徑均一的水平圓管，故機(jī)械能衡算方程簡(jiǎn)化為P1P2hf上式兩端同除以加速度g,得p_p2= hf /g=6 m (題給)g2(a)hf = L 生=6 x J/kg = J/kg d 2UbVs4d2500 10 320.01062d60 -d24將Ub代入式（d5

30、a),并簡(jiǎn)化得42.874 10 4（b）入與Re及e/d有關(guān)，采用試差法，設(shè) 入二代入式（b）,求出d二。下面驗(yàn)算所設(shè)的入值是否正確：e d 0.05 10 3. 0.0904 0.000553 ub 0.01062 0.09042 m s 1.3m s10 C水物性由附錄查得p =1000 kg/m 3,=x 10-5 Pa sRe dub . 0.0904 1.3 10000 130.77 10 58.99 104由e/ d及Re,查得入=故 d 0.0904m 90.4mm22.如本題附圖所示，自水塔將水送至車(chē)間，輸送管路用114mm 4mm勺鋼管，管路總長(zhǎng)為 190 m （包括習(xí)題2

31、2附圖管件與閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度， 但不包括進(jìn)、出口損失）。水塔 內(nèi)水面維持恒定，并高于出水口 15 ml設(shè)水溫為12 C, 試求管路的輸水量（m/h）。解：在截面1 1和截面2 2之間列柏努利方程式， 得 22P1 U17 訪 U2gZ1 gZ2hf2255P1 1.0133 10 Pa; p2 1.0133 10 Pa; Z2 Z1 15.0m; U1 022U2lleU2g Z1 Z2hf 9.8 15 0.5 2d22 lleu2 1.5294d！294u21792.451.5(1)采用試差法，假設(shè)叱2.57 m/s貝 URe=0.106 2.57 999.8124.23 10 552.19

32、 10取管壁的絕對(duì)粗糙度為0.2 mm,e 02則管壁的相對(duì)粗糙度為 e 02d 106查圖1-22 ,得0.024代入式（1）得，u2 2.57m s0.0019故假設(shè)正確，u2 2.57 m s管路的輸水量u2A 2.573.1420.114 2 0.00423600m3, h 81.61m3 h4習(xí)題24附圖23 .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 BCW BD兩支管排出，高位槽液面與兩支管出口間的距離均為 11 。 AB管段內(nèi)徑為38m 長(zhǎng)為58 m； BC支管的內(nèi)徑為 32 mmv長(zhǎng)為m； BD支管的內(nèi)徑為26 mmi長(zhǎng)為14 m,各段管長(zhǎng)均包括管件及閥門(mén)全

33、開(kāi)時(shí)的當(dāng)量長(zhǎng)度。AB與BC管段的摩擦系數(shù) 均可取為。試計(jì)算（1）當(dāng)BD支管的閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，3BC支管的最大排水量為多少（m/h ）; （2）當(dāng)所有閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，兩支管的排水量各為多少（m3/h） ? （ BD支管的管壁絕對(duì)粗糙度，可取為mm,水的密度為1000 kg/m3,黏度為0.001Pas。）解：（1）當(dāng)BD支管的閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，BC支管的最大排水量在高位才t水面1-1與BC支管出口內(nèi)側(cè)截面 C-C間列機(jī)械能衡算方程，并以截面C-C,為基準(zhǔn)平面得2Ub1g乙 22PiUbCgzc -2式中Z1 = 112 UbC2m,zc=0, Ub產(chǎn) 0,hf = x 11=kghfhf ,ABhf ,BCh

34、f,ABLe58 (0.03 - 0.038hf,BCP1=Pcc)2U b,AB0.5)2U b,AB223.15Ub,AB12.5、u(0.03-)0.0322 b,BC25.86Ub,BCdBC 2Ub,AB(-) Ub,BCdAB2Ub,AB4.22Ub,BC 0.5Ub,BC將式（e）代入式（b）得.一_ _ _ 2一 2hf,AB23.15 0.5ub,BC11.58Ub,BC(a)(b)(c)(d)(e)(f)將式（f ）、（d）代入式（b）,得222hf 11.58jb, bc 5.86Ub,BC17.44jb,BCUbc=Ub,Bc,并以匯hf值代入式（a）,解得Ub,Bc=

35、 m/sVBc=3600 x x x m3/h= m 3/h4（2）當(dāng)所有閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，兩支管的排水量根據(jù)分支管路流動(dòng)規(guī)律，有(a)2,2UbC pCUb,D PdgzC2hf,BC gZD2hf, BD兩支管出口均在同一水平面上，下游截面列于兩支管出口外側(cè)，于是上式可簡(jiǎn)化為:,BDhf, BCL hf,BC(一(0.03Le d12.5cD )2Ub,BC,，14hf, BD (0.0260.032u-1)-u1)-22b,BC26.36Ub,BC2b,BD2 (269.20.5)Ub,BD將hf,BC、hf,BD值代入式(a)中，得6.36u2,BC(269.220.5)Ub,BD(b)分支

36、管路的主管與支管的流量關(guān)系為Vb=VBc+Vbd.2.2. 2dABUb,ABdBCUb,BCdBDUb,BD2220.038 Ub,AB 0.032 Ub,BC 0.026 Ub,BD上式經(jīng)整理后得Ub,AB 0.708Ub,Bc 0.469 Ub,BD. a -' 、 .- .在截面1-1與C-C間列機(jī)械能衡算方程，并以' . . , .一C-C為基準(zhǔn)水平面，得gZ12Ub12PigZc2Ub,C2(c)(d)上式中Z1 = 11 m, zc=0, Ub1=0, Ub, C= 0上式可簡(jiǎn)化為hfK,abhf,Bc 107.9J kg前已算出hf,AB 23.15U2ABWb

37、c 6.36U2,BC因此23.15u；,ab 6.36U2,Bc 107.9在式(b)、(c)、(d)中，Ub,AB、Ub, BC、Ub, BD即入均為未知數(shù)，且 入又為Ub, BD的函數(shù), 可采用試差法求解。設(shè)Ub,BD= m/s ,則0.26 1.45 10000.15Re dUb337700 e d0.00581 1026查摩擦系數(shù)圖得入=。將入與Ub,BD代入式(b)得6.36U2,BC 269.2 0.034 0.5 1.452解得Ub,BC1.79 m/s將Ub, BO Ub, BD值代入式(C),解得Ub,AB 0.708 1.79 0.469 1.45 m/s 1.95m/s

38、將Ub, AB、Ub, BC值代入式(d)左側(cè)，即108.42_223.15 1.952 6.36 1.792計(jì)算結(jié)果與式（d）右側(cè)數(shù)值基本相符（），故Ub,BD可以接受，于是兩支管的排水量分 別為VBC3600-0.03221.79 m3 h5.18 m3h4Vbc3600；0.02621.45m3 h2.77m3h24.在內(nèi)徑為300 mm的管道中，用測(cè)速管測(cè)量管內(nèi)空氣的流量。測(cè)量點(diǎn)處的溫度為20 C,真空度為500 Pa,大氣壓力為x 103 Pa。測(cè)速管插入管道的中心線(xiàn)處。測(cè)壓裝置為 微差壓差計(jì)，指示液是油和水，其密度分別為835 kg/m3和998 kg/m3 ,測(cè)得的讀數(shù)為100

39、mm 試求空氣的質(zhì)量流量（kg/h ）。解： P A C gR 998 835 9.8 0.1Pa 159.74Pa查附錄得，20 C, kPa時(shí)空氣的密度為 kg/m3,黏度為x 10-5 Pas,則管中空氣的密 度為98.66 0.5, 3. 31.203.I 3 kg m31.166kg m32 Pum1ax2 159.741.166 m/s 16.55m/sRemaxdumax0.3 16.55 1.166 -51.81 1053.198 105查圖1-28,得0.85Umaxu 0.85umax 0.85 16.55m s 14.07m sWh uA . 2 P 14.07 0.78

40、5 0.32 1.166kg h 11.159kg h25 .在38mm 2.5mmW管路上裝有標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，孔板的孔徑為 mm,管中流動(dòng)的 是20 C的甲苯，采用角接取壓法用U管壓差計(jì)測(cè)量孔板兩側(cè)的壓力差，以水銀為指示液，測(cè)壓連接管中充滿(mǎn)甲苯?，F(xiàn)測(cè)得U管壓差計(jì)的讀數(shù)為600 mm,試計(jì)算管中甲苯的流量為多少（kg/h ） ?解：已知孔板直徑 do= mm,管徑d1=33 mm則Ao Ado d1 20.0164 0.033 20.247設(shè)Re>Ra,由教材查圖1-30得Co=,查附錄得20 C甲苯的密度為866 kg/m 3,黏度為X10-3 Pa-s。甲苯在孔板處的流速為c 2gR

41、 A2 9.81 0.6 13600 866uo Co 0.626 m s 8.24m s,.866甲苯的流量為 Vs 3600uoAo3600 8.24 - 0.01642kg h 5427 kg h4檢3歙Re值，管內(nèi)流速為Ubi216.4338.24m s 2.04m sRe diUbi0.033 2.04 8660.610 349.72 10Rec原假定正確。非牛頓型流體的流動(dòng)26.用泵將容器中的蜂蜜以X 槽中，管路長(zhǎng)（包括局部阻力的當(dāng)量-310長(zhǎng)度）3,m/s為流量送往高位20 m,管徑習(xí)題26附圖0.5為m,蜂蜜的流動(dòng)特性服從哥律005 dHi，密度dyp =1250 kg /m

42、3,求泵應(yīng)提供的能量（J /kg ）。解：在截面1 1和截面22之間列柏努利方程式,22P1u1P2u2gZ1WegZ222hfP11.0133 105 Pa; p2 1.0133 105Pa; Z2 乙6.0m; u1 0 ; U20W.g Z2 Z1hf9.8 6lle U2d 258.836.28 103.14 c/0.12040.1258.8 64n n 23n 1 u 164Kn 864 0.054n d3 0.5 14 0.50.50.5 20.8o0.5 10-5 81250 0.13.2 12.50.50.8 1.505812501.3983.2 3.54 0.354 0.00

43、451250We 58.8 6458.8 64 0.0045 J kg 58.51J kg第二章流體輸送機(jī)械啟動(dòng)泵之339 m/h ,此3810 kg/m。試求1.用離心油泵將甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情況如本題附圖所示。 前A、C兩壓力表的讀數(shù)相等。啟動(dòng)離心泵并將出口閥調(diào)至某開(kāi)度時(shí)，輸油量為 時(shí)泵的壓頭為38 m已知輸油管內(nèi)徑為 100 mm摩擦系數(shù)為；油品密度為 （1）管路特性方程；（2）輸油管線(xiàn)的總長(zhǎng)度（包括所有局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度）習(xí)題1附圖解：（1）管路特性方程1-1與2-2截面，以水平管軸線(xiàn)為基準(zhǔn)面，在兩截面之甲、乙兩地油罐液面分別取作 間列柏努利方程，得到_ 2He K Bqe

44、由于啟動(dòng)離心泵之前PA=PC,于Z _p=0 gHeBq2HeH 38 m025-22538/（39）2h/m =x 10 h /mHe2.5 10 2q2 （qe 的單位為 n3/h ）（2）輸油管線(xiàn)總長(zhǎng)度l le u22.le3936002gdH2u用離心泵（轉(zhuǎn)速為和出口壓力表的讀數(shù)分別為0 01 m/s= m/s 42 9.81 0.1 38-m=1960 m0.02 1.3822900 r/min ）進(jìn)行性能參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)。在某流量下泵入口真空表60 kPa和220 kPa ,兩測(cè)壓口之間垂直距離為m,泵的軸功率hf,0 13.0u；（ u1為kW。泵吸入管和排出管內(nèi)徑均為80 mm,吸

45、入管中流動(dòng)阻力可表達(dá)為為吸入管內(nèi)水的流速，m/s）。離心泵的安裝高度為 m,實(shí)驗(yàn)是在20 C, kPa的條件下進(jìn)行。 試計(jì)算泵的流量、壓頭和效率。解：(1)泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之間列柏努利方程式(池中水面為基準(zhǔn)面)2Pi Ui ,0 gZihf,o i2,將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式并整理，得260 1033.5ui22.5 9.81 35.481000U1 3.184 m/s則 q (: 0.082 3.184 3600) m/h= m 3/h(2)泵的揚(yáng)程3(60 220) 10H H1 H 2 h0 0.5 m 29.04m1000 9.81(3)泵的效率Hqs g 29.04

46、 57.61 1000 9.81 100%=68%1000P3600 1000 6.70在指定轉(zhuǎn)速下，泵的性能參數(shù)為：q= m3/h H= m P= kW刀=68%3.對(duì)于習(xí)題2的實(shí)驗(yàn)裝置，若分別改變?nèi)缦聟?shù)，試求新操作條件下泵的流量、壓頭 和軸功率(假如泵的效率保持不變)。(1)改送密度為1220 kg/m 2610 P 6.7kW 4.884kW29004.用離心泵(轉(zhuǎn)速為 2900 r/min )將20 C的清水以60 m3/h的流量送至敞口容器。此流量下吸入管路的壓頭損失和動(dòng)壓頭分別為m和m。規(guī)定泵入口的真空度不能大于64kPa。泵的必需氣蝕余量為m。試求(1)泵的安裝高度(當(dāng)?shù)卮髿鈮?/p>

47、為 100 kPa); (2)若改送55 C的清水，泵的安裝高度是否合適。解：(1)泵的安裝高度的果汁(其他性質(zhì)與水相近)；(2)泵的轉(zhuǎn)速降至 2610 r/min 。 3 解：由習(xí)題2求得：q= m/hH= m P= kW(1)改送果汁改送果汁后，q, H不變，P隨p加大而增加，即1220P P 6.7 1.22kW=8.174kW1000(2)降低泵的轉(zhuǎn)速根據(jù)比例定律，降低轉(zhuǎn)速后有關(guān)參數(shù)為261033；q 57.61m . h 51.85 m h290022610H 29.04m 23.52 m2900在水池液面和泵入口截面之間列柏努利方程式（水池液面為基準(zhǔn)面）Pa Pg(Hg2 Ui2g

48、Hi。i)64 1031000 9.81Hq 0.61 2.4 gHg 3.51m（2）輸送55 C清水的允許安裝高度55 C清水的密度為kg/m3,飽和蒸汽壓為 kPa則 Hg pa-p （NPSH） Hf0 1= （100 15.733） 10（3.5 0.5） 2.4 m=g,985.7 9.81原安裝高度（m）需下降m才能不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。5.對(duì)于習(xí)題4的輸送任務(wù)，若選用 3B57型水泵，其操作條件下（55 C清水）的允許 吸上真空度為m,試確定離心泵的安裝高度。解：為確保泵的安全運(yùn)行，應(yīng)以 55 C熱水為基準(zhǔn)確定安裝高度。2 U1 HqHS -Hf015.3 0.61 2.42.29m

49、g S2g f，°1泵的安裝高度為m。6 .用離心泵將真空精儲(chǔ)塔的釜?dú)堃核椭脸嘿A罐。塔底液面上的絕對(duì)壓力為 kPa（即輸送溫度下溶液的飽和蒸汽壓 ）。已知：吸入管路壓頭損失為 m,泵的必需氣蝕余量為 m,該 泵安裝在塔內(nèi)液面下 m處。試核算該泵能否正常操作。解：泵的允許安裝高度為Hg pa pv NPSH Hf0 1 g,式中pa pv 0g則H g （2.3 0.5） 1.46m -4.26m泵的允許安裝位置應(yīng)在塔內(nèi)液面下處，實(shí)際安裝高度為-,故泵在操作時(shí)可能發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。為安全運(yùn)行，離心泵應(yīng)再下移m。7 .在指定轉(zhuǎn)速下，用 20 c的清水對(duì)離心泵進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)得qH數(shù)據(jù)如本題附表所示。習(xí)題7附表1q(m 3/min)0H /m37在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)變化不大，管路特性方程為23,、He 12 80.0qe （qe的單位為