化工基本知識(上)課后知識題解答-天大柴誠敬主編

1、大學課后習題解答之化工原理(上)-天津大學化工學院-柴誠敬主編(普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材)部分重點章節(jié)1.從基本單位換算入手，將下列物理量的單位換算為SI單位。(1)水的黏度(1=0.00856 g/(cms)密度 p=138.6 kgf?52/m 4某物質(zhì)的比熱容Cp=0.24 BTU/(lb -y傳質(zhì)系數(shù)Kg=34.2 kmol/(m2浙方tm)(5)表面張力 0=74 dyn/cm導熱系數(shù)/=1 kcal/(m 岔？ Q解：本題為物理量的單位換算。(1 )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 丄 理 嗎8.56cm s 1

2、000g 1m10 4 kg/ m s 8.56 10 4Pa s(2 )密度基本物理量的換算關(guān)系為1 kgf=9.81 N , 1 N=1 kg ?m/s 29.21386 kgf s29.81N 1kg msm41kgf1N1350kg/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=1.055 kJ , l b=0.4536 kg1OF |OCCp 0.241.005 kJ 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=101.33 kPaKg34.21hkmol1h 1atm2m h atm 3600s 101.33kPa9.378 10

3、 5 kmol/ m2 s kPa(5 )表面張力基本物理量的換算關(guān)系為1 dyn=1 X10-N 1 m=100 cm74也cm51 10 N 100cm 一 7.41dyn 1m10 2 N/m(6 )導熱系數(shù)基本物理量的換算關(guān)系為1 kcal=4.1868X103 J，1 h=3600 s4.1868 103J 1h2m h C 1kcal 3600skcall1.163J m s C 1.163W m C亂堆25cm拉西環(huán)的填料塔用于精餾操作時,等板高度可用下面經(jīng)驗公式計算,BTU 1.055kJ11blb F 1BTU 0.4536kgHe13 L式中He等板高度，ft ;G 氣相質(zhì)

4、量速度，lb/(ft 2浙);D 塔徑，ft ;Zo 每段(即兩層液體分布板之間)填料層高度,ft ；a相對揮發(fā)度，量綱為一;d液相黏度，cP;pL液相密度，lb/ft 3A、B、C為常數(shù)，對25 mm的拉西環(huán)，其數(shù)值分別為0.57、-0.1 及 1.24。試將上面經(jīng)驗公式中各物理量的單位均換算為SI單位。解：上面經(jīng)驗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)驗公式單位換算的基本要點是：找出式中每個物理量新舊單位之間的換算關(guān)系,導出物理量“數(shù)字”的表達式，然后代入經(jīng)驗公式并整理，以便使式中各符號都變?yōu)樗Ｍ膯挝弧＞唧w換算過程如下:(1 )從附錄查出或計算出經(jīng)驗公式

5、有關(guān)物理量新舊單位之間的關(guān)系為1ft 0.3049m11b/ft2 h 1.356 10 3 kg/ m2 s（見1 ）a量綱為一，不必換算1cp 1 10 3Pa s1ft3=1 f 云1046b3.2803ft1m3=16.01 kg/m 2 將原符號加上“”以代表新單位的符號，導出原符號的“數(shù)字”表達式。下面以He為例:H Eft HeE328型 3.2803Hem同理 G G/ 1.356103737.5G3.2803Dz。3.2803Z。Ll/110 3l/16.010.06246 l(3)將以上關(guān)系式代原經(jīng)驗公式，得3.2803H E 3.9 0.57 2.78 10 4-0.11

6、.24737.5G12.01 3.2803D0.30483.2803Z0 131000 L0.0624 L整理上式并略去符號的上標，便得到換算后的經(jīng)驗公式，即.4亠444*-0.11.24 _ 13 LHe 1.084 10 A0.205G39.4D Z0' 第一章流體流動流體的重要性質(zhì)1.某氣柜的容積為 6 000 m 3，若氣柜內(nèi)的表壓力為5.5 kPa，溫度為40 C。已知各組分氣體的體積分數(shù)為：H2 40%、 N2 20%、CO 32%、CO2 7%、CH4 1%，大氣壓力為101.3 kPa，試計算氣柜滿載時各組分的質(zhì)量。解：氣柜滿載時各氣體的總摩爾數(shù)nt RTPV101.3

7、 5.5 1000.0 6000mol 246245.4mol8.314 313mH240% ritMh240%246245.42 kg197kgmN220%ntM N220%246245.428kg1378.97kgme。32% mM CO32%246245.428kg2206.36 kgme。27%ntM CO 27%246245.444 kg758.44kgmCH 41%ntM CH 41%246245.416kg39.4kg各組分的質(zhì)量:3的油與密度為710 kg/ m 3的油各60 kg混在一起，試求2 .若將密度為 830 kg/ m混合油的密度。設(shè)混合油為理想溶液。解:mi m2

8、60 60 kg 120kgVtV1 V2皿匹轟天 m3 0.157m3mtVt764.33kg/m3流體靜力學3.已知甲地區(qū)的平均大氣壓力為85.3 kPa，乙地區(qū)的平均大氣壓力為101.33 kPa ,在甲地區(qū)的某真空設(shè)備上裝有一個真空表，其讀數(shù)為20 kPa。若改在乙地區(qū)操作，真空表的讀數(shù)為多少才能維持該設(shè)備的的絕對壓力與甲地區(qū)操作時相同?解：（1 ）設(shè)備內(nèi)絕對壓力絕壓=大氣壓-真空度=85.3331020 10 Pa 65.3kPa（2）真空表讀數(shù)真空度=大氣壓-絕壓=101.3310365.3 1 03 Pa 36.03kPa4.某儲油罐中盛有密度為 960 kg/m3的重油（如附圖

9、所示），油面最高時離罐底9.5 m ,油面上方與大氣相通。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39.5 X106 Pa，問至少需要幾個 螺釘（大氣壓力為 101.3 X103 P a）?解：由流體靜力學方程，距罐底 1000 mm 處的流體壓力為P P gh 1013 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=(1.813 103-101.3 103) n 0.762N=3.627 104N4每個螺釘所受力為n23F1

10、39.5 10 0.014 N 6.093 10 N因此n F/F 3.627 1076.093 103 N 5.95 6（個）習題4附圖5如本題附圖所示，流化床反應器上裝有兩個 U管壓差計。讀數(shù)分別為R1=500 mm ,U管與大氣連通的玻R2=80 mm ，指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴散，于右側(cè)的璃管內(nèi)灌入一段水，其高度R3=100 mm 。試求A、B兩點的表壓力。解：(1)A點的壓力Pa水 gR3汞 gR21000 9.81 0.1 13600 9.810.08 Pa 1.165 104Pa（表）(2)B點的壓力Pb pA汞 gR44,1.165 1013600 9.81 0.5

11、 Pa 7.836 10 Pa （表）6.如本題附圖所示，水在管道內(nèi)流動。為測量流體壓力,在管道某截面處連接 U管壓差計，指示液為水銀，讀數(shù)R=100mm , h=800 mm 。為防止水銀擴散至空氣中，在水銀面上方充入少量水，其高度可以忽略不計。已知當?shù)卮髿鈮毫?01.3 kPa，試求管路中心處流體的壓力。解：設(shè)管路中心處流體的壓力為P根據(jù)流體靜力學基本方程式，PA Pa則P+水gh+汞gR PaP Pa水 gh 汞 gR0.1 Pa 80.132kPa101.3 103 1000 9.8 0.8 13600 9.87 .某工廠為了控制乙炔發(fā)生爐內(nèi)的壓力不超過13.3 kPa （表壓），在

12、爐外裝一安全液封管（又稱水封）裝置，如本題附圖所示。液封的作用是，當爐內(nèi)壓力超過規(guī)定值時，氣體便從液封管排出。試求此爐的安全液封管應插入槽內(nèi)水面下的深度解：水 gh 13.3h 13.3/ 水 g 13.3 1000 1000 9.8 m0流體流動概述8.密度為1800 kg/m 3的某液體經(jīng)一內(nèi)徑為60 mm的管道輸送到某處，若其平均流速為 0.8 m/s ,求該液體的體積流量（m 3/h ）、質(zhì)量流量（kg/s、和質(zhì)量通量kg/（m 2S）。解：VhuAWsuAund20.8 314 0.06244und20.8 314 0.062 1000kg/s 2.26kg/s443600m3/s

13、8.14m7h0.8 1000kg/ m2 s 800kg/ m2 s9 .在實驗室中,用內(nèi)徑為 1.5 cm的玻璃管路輸送 20 C的70%醋酸。已知質(zhì)量流量 為10 kg/min 。試分別用用 SI和厘米克秒單位計算該流動的雷諾數(shù)，并指出流動型態(tài)。解：（1 ）用SI單位計算查附錄70%醋酸在20 C時,1069kg/m3,2.50 10 3 Pasd 1.5cm0.015mUb 10/60 n4 0.01521069 m/s 0.882m/sdUbRe 0.015 0.8821069 2.5 10 35657故為湍流。（2 ）用物理單位計算1069g/cm3，0.025g cm sd 1.

14、5cm， Ub88.2c m/sRe dU 1.588.2 1.069/0.025 565710 .有一裝滿水的儲槽，直徑1.2 m，高3 m。現(xiàn)由槽底部的小孔向外排水。小孔的直徑為4 cm，測得水流過小孔的平均流速 U0與槽內(nèi)水面高度Z的關(guān)系為:Uo0.62j2zg試求算（1）放出1 m 3水所需的時間（設(shè)水的密度為1000 kg/m 3）; （2）又若槽中裝滿煤油，其它條件不變，放出1m 3煤油所需時間有何變化（設(shè)煤油密度為800 kg/m 3）?解：放出1m 3水后液面高度降至 Z1，則Z1Z00.8846 m 2.115m由質(zhì)量守恒，得故有W2dMW1d0,W10（無水補充）wUcA0

15、.62 A, 72（A為小孔截面積）MAZ（A為儲槽截面積)0.62A J2gzA空0盞0嶺上式積分得-（W）（z12zF）0.62、廂 A0.622 1 23122.11512 s 126.4s 2.1min9.81 0.0411 .如本題附圖所示,高位槽內(nèi)的水位高于地面7 m，水從0108 mm X4 mm的管道中流出，管路出口高于地面1.5 m。已知水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按刀hf=5.5 U2計算，其中u為水在管內(nèi)的平均流速（m/s ）。設(shè)流動為穩(wěn)態(tài)，試計算（1 ） A-A'截面處水的平均流速;（2）水的流量（m3/h ）。解：（1）A- A截面處水的平均流速在高位槽水面與管路出

16、口截面之間列機械能衡算方程1 2gZ1- Ub12hf（1）式中Z1=7 m ，Ub1 0 , p 1=0 （表壓）Z2=1.5 m,P2=0 （表壓），Ub2 =5.5 U2代入式（1 ）得9.81 79.811 2 21.5 2Ub2 5.5Ub2Ub3.0m/s（2 ）水的流量（以m3/h 計）VsUb2 A 3.0晉 O©8 20.0040.02355m3/s 84.78m3/h習題12附圖12 . 20 C的水以2.5 m/s的平均流速流經(jīng) 038 mm X2.5 mm 的水平管，此管以錐形管與另一 053 mm X3 mm的水平管相連。如本題附圖所示，在錐形管兩側(cè)A、B處

17、各插入，求兩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1.5 J/kg 玻璃管的水面差（以 mm計），并在本題附圖中畫出兩玻璃管中水面的相對位置。解：在A、B兩截面之間列機械能衡算方程gz UM P gz2 1ub22 2式中Z1 = Z2=0 , Ub13.0m/sAUb2 Ub1 Ad；Ub1 d；2.52000噲 ms 1.232msBif=1.5 J/kgg2ub22Ub22Ub12hf1 23222 5 2- 1.5 J/kg0.866Jkg故Pl_Pl 0.866/9.81mg0.0883m88.3mm13 如本題附圖所示，用泵2將儲罐1中的有機混合液送至精餾

18、塔3的中部進行分離。已知儲罐內(nèi)液面維持恒定， 其上方壓力為1.013310 5 Pa。流體密度為800 kg/m 3。精餾塔進口處的塔內(nèi)壓力為1.21105 Pa，進料口高于儲罐內(nèi)的液面8 m，輸送管道直徑為068 mm 4 mm ,進料量為20 m 3/h 。料液流經(jīng)全部管道的能量損失為70 J/kg，求泵的有效功率。解：在截面A-A和截面B-B之間列柏努利方程式，得2 2BU-Z1We 壓寺 gZ2hfP1U11.0133 105 Pa； Pb 1.21 105 Pa； Z Z1 8.0m；0；U2hf 70Jkg20/3600WeP2WeNend3.1440.068 2m/s 1.966

19、 m/ s20.004Pi22U2U12Zb乙hf1.21 1.0133 1051.96629.8 8.02.46WsWe8001.93 78.4 70 Jkg 175J/kg20/3600 800 173W768.9W70 J kg14 .本題附圖所示的貯槽內(nèi)徑D=2 m，槽底與內(nèi)徑d0為32 mm的鋼管相連，槽內(nèi)無液體補充，其初始液面高度h1為2 m （以管子中心線為基準）。液體在管內(nèi)流動時的全部能量損失可按刀hf=20 U2計算，式中的U為液體在管內(nèi)的平均流速（m/s ）。試求當槽內(nèi)液面下降 1 m時所需的時間。解：由質(zhì)量衡算方程，得W1W2dMd"(1)Wi0,nd：Ub4d

20、Mddhd"將式(2), (3)代入式(1 )得(3)故有 umax-D24Ubdod(4)在貯槽液面與管出口截面之間列機械能衡算方程gzi2Ubi2Pigz22Ub2P22hfgh2Ub2hf2Ub22220Ub 20.5Ub或?qū)懗?0.5 U 9.81Ub0.692/h式（4）與式（5）聯(lián)立，得o.692（蟲）字 05645 學 dTihi.c.0=0 , h=hi=2 m ; 0= 0, h=1m積分得5645 2121'2 s 4676s 1.3h動量傳遞現(xiàn)象與管內(nèi)流動阻力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。設(shè)管道寬度為b，咼度2y0，且b&g

21、t;> yo，流道長度為L,兩端壓力降為p,試根據(jù)力的衡算導出（1）剪應力t隨高度y （自中心至任意一點的距離） 變化的關(guān)系式；（2）通道截面上的速度分布方程；（3）平均流速與最大流速的關(guān)系。解：（1 ）由于b>>y 0，可近似認為兩板無限寬，故有丄(P 2yb)2bL八(1)（2）將牛頓黏性定律代入（1 )得上式積分得邊界條件為du dy dudy LpyP 2 rTy(2)y=0 ,P 2u=0，代入式（2 中，得C=-C 2Ty0因此 uP / 22(yyo)(3 )當y= yo , u= Umax(4)再將式（3）寫成UUmax1 (丄)R1 R 解: U n0Uz2

22、 ndr 盲。y。根據(jù)Ub的定義,1UbAAUdA iA U maxy 221(丄)dA -Uy。32I max31）與主體流速UUmax 1e)22Ub 1e)2(1)16 .不可壓縮流體在水平圓管中作一維定態(tài)軸向?qū)恿髁鲃樱囎C明（ 相應的速度點出現(xiàn)在離管壁 0.293 ri處，其中ri為管內(nèi)半徑；（2 ）剪應力沿徑向為直線分布, 且在管中心為零。當U=Ub時，由式（1）解得 r 0.707ri由管壁面算起的距離為 ydU對式（1 ）求導得 drdU d?2Umaxr2 Umax r2 r4 Ub r2i在管中心處，r=0，故T=0。rirr 0.707ri 0.293ri(3)17 .流體

23、在圓管內(nèi)作定態(tài)湍流時的速度分布可用如下的經(jīng)驗式表達UzU max17 r 1 R試計算管內(nèi)平均流速與最大流速之比U / U max。17R Umax2 ndry,貝打R(1 y)R1uz2 ndr 2 nR2I70 y17Umax2nR2(1 y)dy 2Umax 0(y17 y8'7)dy 0.817Umax器內(nèi)液面與管路出口的距離為17 m。若泵的效率為0.7,求泵的軸功率。（已知溶液的密度18 .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。若管長及液體物性不變，將管徑減至原來的1/2，問因流動阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來的多少倍?解:流體在水平光滑直圓管中作湍流流動時Pf =h

24、式中因此又由于hf = Pf/2L Ub(二)(蟲)(毀)21 d2 Ub1hfidL=2d2hf2=( d-1 ) 2 =4Ub1 d2=(-)(2)(4)hf11=32 10.316_0.25Re2/ Rel ,0.257=(Rer)d1Ub1 )0.25d2Ub21(2 X-)0.25= ( 0.5 ) 0.25 =0.8414hf2一=32 X0.84=26.9 hf119 .用泵將2 X104 kg/h的溶液自反應器送至高位槽（見本題附圖）。反應器液面上方保持 25.9 X103 Pa的真空度，高位槽液面上方為大氣壓。 管道為 76 mm X4 mm的鋼管，總長為35 m，管線上有兩

25、個全開的閘閥、一個孔板流量計（局部阻力系數(shù)為4 ）、五個標準彎頭。反應習題19附圖(1)為1073 kg/m 3,黏度為6.310-4 Pa s。管壁絕對粗糙度可取為0.3 mm 。)解：在反應器液面1-1，與管路出口內(nèi)側(cè)截面 2-2，間列機械能衡算方程，以截面1-1，為基準水平面，得2 2gz1 u2 R We gz2 號叢 hf式中z1 =0 , Z2=17 m , ub1 0W210.Ub2 2m/s 1.43 m/s,23600 0.785 0.06821073d42 104pi=-25.9X103 Pa (表),P2=0(表)將以上數(shù)據(jù)代入式（1 ）,并整理得We g (Z2乙）2U

26、b2P2P1,T hf其中=9.812X17+ 血+ 25.9 103 +hf =192.0+hf21073hf =Le+d2)Ub2_20.63 10 3O.。68 I.43 I。73 =1.656 X10 5e/d 0.0044根據(jù)Re與e/d值，查得/=0.03，并由教材可查得各管件、閥門的當量長度分別為閘閥（全開）：0.43 X2 m =0.86 m標準彎頭:2.2 X5 m =11 mhf =(0.032X罟 J®25.74%于是We192.025.74 J kg 217.7 Jkg泵的軸功率為Ns= We w/217.7 2 10 W =1.73kW 3600 0.7流體

27、輸送管路的計算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，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直管長度為20 m 。（1）當閘閥關(guān)閉時，測得R=600 mm 、h=1500 mm；當閘閥部分開啟時，測得R=400mm、h=1400 mm。摩擦系數(shù)可取為0.025，管路入口處的局部阻力系數(shù)取為0.5。問每小時從管中流出多少水（m3）?（2）當閘閥全開時，U管壓差計測壓處的壓力為多少Pa （表壓）（閘閥全開時Le/d15，摩擦系數(shù)仍可取

28、 0.025。）解：（1 ）閘閥部分開啟時水的流量在貯槽水面1-1，與測壓點處截面2-2，間列機械能衡算方程，并通過截面2-2，的中心作基準水平面，得2gz2學P2hf,12（a）式中 P 1=0（表）P2Hg gRH2O gR13600 9.81 0.4 1000 9.81 1.4 Pa 39630Pa （表）Ub2=0 , Z2=0Z1可通過閘閥全關(guān)時的數(shù)據(jù)求?。┊旈l閥全關(guān)時，水靜止不動，根據(jù)流體靜力學基本方（b）程知H2Og（乙h） Hg gR式中 h=1.5 m, R=0.6 m將已知數(shù)據(jù)代入式（b ）得Zi13600 0.6 1.5 m10006.66m,1-2(普 2.13Ub2

29、* 115112(0.025 0.5)匕 2.13ub0.12將以上各值代入式（a），即9.81 X6.66= 叮 + 9630 +2.132 1000Ub2解得Ub3.13msn 2水的流量為 Vs 3600 d2Ub36004QQQ0.785 0.13.13 m /s 1.43m /s（2 ）閘閥全開時測壓點處的壓力在截面1-1，與管路出口內(nèi)側(cè)截面3-3，間列機械能衡算方程，并通過管中心線作基準平面,hf ,13（C）式中Z1 =6.66 mZ3=0， Ub1 =0，P1= P3hf,13(Le d2、Ub =)3=0.02畤15) 0.5 魚 4.81u22將以上數(shù)據(jù)代入式（C），即9.

30、81Ub2解得 Ub3.13ms再在截面1-1，與 2-2，間列機械能衡算方程，基平面同前，得gZ12Ub1P1gZ22Ub2P2hf, 12(d)式中Z1 =6.66 m，Z2=0Ub10, ub2=3.51 m/s , p 1=0 (表壓力)hf,1 2將以上數(shù)值代入上式，則23.512P29.81 6.66丄J26.221000解得P2=3.30 X104 Pa （表壓）21. 10 C的水以500 l/min 的流量流經(jīng)一長為 300 m的水平管，管壁的絕對粗糙度 為0.05 mm。有6 m的壓頭可供克服流動的摩擦阻力，試求管徑的最小尺寸。解：由于是直徑均一的水平圓管，故機械能衡算方程

31、簡化為P-P2hf上式兩端同除以加速度g，得PlP2 -hf /g=6 m（題給）（a）Ub將Ub代入式d5hf =Lu=6 X9.81 J/kg =58.56 J/kg d 2500 10 320.01062dn , 2cc n , 2-d60 -d44Vs(a)，并簡化得2.874 10 4X與 Re及e/d有關(guān)，采用試差法，設(shè)入 =0.021代入式(b)，求出d=0.0904m 。F面驗算所設(shè)的M直是否正確:e/d 0.05 10 70.0904 0.000553Ub 0.01062/0.09042 m/s 1.3m/s10 C水物性由附錄查得p=1000 kg/m 3,尸130.77

32、X10-5 Pa SRe dUb / 0.0904 1.3 1000 130.77 10 58.99 104由 e/d 及 Re,查得 /=0.021d 0.0904m 90.4mm22 .如本題附圖所示，自水塔將水送至車間，輸送 管路用114mm 4mm的鋼管，管路總長為190 m （包括管件與閥門的當量長度，但不包括進、出口損失）。水塔內(nèi)水面維持恒定，并高于出水口15 m。設(shè)水溫為12 C,試求管路的輸水量（m 3/h )。習題22附圖解：在截面11和截面22之間列柏努利方程式,P12"2hfP11.0133 105 Pa;P21.0133105 Pa; Z215.0m; U10

33、2U22g乙 Z2hf9.815I led0.52U222U2294U2f 294彳 1792.451.5(1)采用試差法，假設(shè)U22.57 m/S血 du 0.106 2.57 999.8貝y Re= 5124.23 10取管壁的絕對粗糙度為2.19則管壁的相對粗糙度為0.2 mm, e 02 d 1060.0019查圖1-22，得0.024代入式（1）得,105u22.57m/s故假設(shè)正確,U22.57 m/s管路的輸水量VU2A 2.57314 0.114 2 0.0042 3600m3/h 81.61m3/h23 .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

34、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38 m、長為58 m ； BC支管的內(nèi)徑為 32 mm、長為12.5 m ； BD支管的內(nèi)徑為26 mm、長為14 m，各習題23附圖段管長均包括管件及閥門全開時的當量長度。AB與BC管段的摩擦系數(shù)均可取為0.03。試計算（1 ）當m3/h）；（2）當所有閥門全開時,BD支管的閥門關(guān)閉時，BC支管的最大排水量為多少（兩支管的排水量各為多少（m3/h）？（ BD支管的管壁絕對粗糙度，可取為 0.15 mm，水 的密度為1000 kg/m 3，黏度為0.001Pas。）解：（1 ）當BD支管的閥門關(guān)閉時，BC支管的最大排水量在高位槽

35、水面1-1，與BC支管出口內(nèi)側(cè)截面 C-C，間列機械能衡算方程，并以截面C-C，為基準平面得2Ub1gz1urR gzc2UbCPc.2hf式中Z1 =11 m，zc=0 :,Ub1 0, p1=pc故2UbC2hf =9.81X11=107.9J/kg（a）hfn ,ABhf,BC(b )將式將式hf,AB( L d Led(O.O3 旦0.0382Ub,ABr2Ub,AB0.5),212.5、Ub,BcBbc(o.。3 麗2)zdBc 2Ub,AB (-) Ub,BCdAB(e)代入式(b )得2hf,AB23.15 0.5Jb,Bc(f)、(d)代入式(b)得223.15U訴5.86Ub

36、,Bc2Ub,AB(38)Ub,BC 0.5Ub,BC211.58jb,Bc(C)(d)(e)(f)17.44u2，Bc2 2hf11.58Jb,BC 5.86ub,BCUbc=Ub,Bc,并以刀hf值代入式(a),解得Ub,Bc=2.45 m/sn_.aVbc=3600 X-X0.032 2 X2.45 m 3/h=7.10 m 3/h4(2)當所有閥門全開時，兩支管的排水量根據(jù)分支管路流動規(guī)律，有2gzcUC EChf,Bc gzDUb,DPdhhf, bd(a)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)，于是上式可簡化為hf, BChf,BD(LLed2Ub,BCcD)2八

37、Ub,BC c cc 21)6.36Ub,BC2hf, BD(O.O30.0322(1)警(269.20.5)u：bd0.026 2 ,將hf,Bc、hf,BD值代入式(a )中，得6.3QjbBc(269.20.5)UbBD(b)分支管路的主管與支管的流量關(guān)系為Vab= Vbc+ Vbd2 2 2 dABUb,ABdBcUb,BC dBDUb,BD0.038 Ub,AB 0.032 Ub,BC 0.026 Ub,BD上式經(jīng)整理后得Ub,AB 0.708Ub,BC0.469 Ub,BD在截面1-1，與C-C間列機械能衡算方程，并以C-C'為基準水平面，得gzc2Ub,C Pc.T-hf

38、上式中 Z1 =11 m ,zc=0 ,Ub1 p , Ub, c0上式可簡化為hfhf,ABhf,BC107.9J/kg前已算出2hf,AB23.15Jb,AB2hf,BC636Jb,BC因此23.15u2,ab 6.3aJ2，Bc 107.9在式（b ）、（ c）、（d ）中，Ub,AB、Ub,BC、Ub,BD即入均為未知數(shù)，且収為Ub,BD的函數(shù),可采用試差法求解。設(shè)Ub,BD=1.45 m/s ，則Re dUb / O.26 匚45。1000377001 10 3ed0.005826查摩擦系數(shù)圖得 入 =0.034。將入與Ub,BD代入式（b ）得6.36u2,bc 269.2 0.0

39、34 0.51.452解得Ub,BC1.79 m/s將 Ub, BC' Ub,BD 值代入式（C），解得Ub,AB 0.7081.79 0.469 1.45 m/s1.95 m'S將Ub,AB、Ub, BC值代入式（d ）左側(cè)，即223.15 1.9526.36 1.79108.4計算結(jié)果與式（d）右側(cè)數(shù)值基本相符（108.4 107.9 ）,故Ub,BD可以接受，于是兩支 管的排水量分別為n233Vbc 3600 - 0.0321.79m /h 5.18m /hVBC 3600n 0.0262 1.45mh 2.77m3/h24 .在內(nèi)徑為300 mm 的管道中，用測速管測量

40、管內(nèi)空氣的流量。測量點處的溫度為20 C,真空度為500 Pa，大氣壓力為98.66 X103 Pa。測速管插入管道的中心線處。測壓裝置為微差壓差計,指示液是油和水，其密度分別為835 kg/m 3 和 998 kg/m 3，測得的讀數(shù)為100 mm。試求空氣的質(zhì)量流量（kg/h ）。解： PA C gR 998 8359.8 0.1Pa 159.74Pa查附錄得，20C, 101.3 kPa 時空氣的密度為 1.203 kg/m 3,黏度為 1.81 X10-5 Pa S ,則管中空氣的密度為1.203 98.66 0.5 kg/m31.166kg/m3101.3''U ma

41、xJ2 159.74/1.166 m/s 16.55m/s_ _du maxRemax O.3 16.55 y663.198 1051.81 10查圖1-28，得0.85Umaxu 0.85u max 0.85 16.55 m/s 14.07 m/sWh uA14.07 0.785 0.321.166kg/h 11.159 kg/h25 .在38mm 2.5 mm的管路上裝有標準孔板流量計，孔板的孔徑為 16.4 mm，管中流動的是20 C的甲苯，采用角接取壓法用U管壓差計測量孔板兩側(cè)的壓力差，以水銀為指示液，測壓連接管中充滿甲苯。現(xiàn)測得U管壓差計的讀數(shù)為 600 mm，試計算管中甲解：已知孔

42、板直徑 do=16.4 mm ，管徑di=33 mm ，則苯的流量為多少（kg/h ）?2 2Ao/Ado/d10.0164/0.0330.247設(shè)Re>Re。，由教材查圖1-30得Co=0.626，查附錄得20 C甲苯的密度為866 kg/m 3黏度為0.6 X10-3 Pa s。甲苯在孔板處的流速為2Uo Co20.626# 9.81 0-6 13600 866 866m/s 8.24 m/S甲苯的流量為 Vs 3600U。代 3600 8.24n2-0.0164 kg/h 5427kg/h4檢驗Re值，管內(nèi)流速為16.4Ub1刁38.24m/s 2.04m/sRe diUbiO.。

43、33 2.043 866 9.72 104 Rec0.6 10 3原假定正確。非牛頓型流體的流動26 .用泵將容器中的蜂蜜以6.28 X10-3 m3/s流量送往高位槽中，管路長（包括局部阻力的當量長度）為20 m ,管徑為0.1 m，蜂蜜的流動特性服從幕律0.50.05 如 dy習題26附圖密度p=1250 kg /m3，求泵應提供的能量（J /kg ）。解：在截面11和截面22之間列柏努利方程式，得Pi2U gZ1 WeP2u；f gZ2hfPi1.0133 105 Pa;P21.0133 105 Pa; Z6.0m ；Ui0 ; u20weg Z2 Z1hf9.8 6-le U；58.8

44、36.28 103.14920 0.120 40.1 258.86464K專n 2U Qn 164 o.。5嶋F0.5c c0.5 20.8o0.5 105 81250 0.13.2 I2.50.51.58 0512500.83.2 3.54 鬻 o.3540.0045We 58.8 6458.8 640.0045 J kg 58.51J/kg甲地乙地習題1附圖解：（1 ）管路特性方程甲、乙兩地油罐液面分別取作1-1與2-2截面，以水平管軸線為基準面，在兩截面之間列柏努利方程，得到2He K Bqe由于啟動離心泵之前PA=PC,于是Z -P=0gHeBq；HeH 38 m第二章流體輸送機械1.

45、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。啟動泵之39 m 3/h，前A、C兩壓力表的讀數(shù)相等。啟動離心泵并將出口閥調(diào)至某開度時，輸油量為 此時泵的壓頭為 38 m。已知輸油管內(nèi)徑為 100 mm，摩擦系數(shù)為0.02 ;油品密度為810kg/m 3。試求（1 ）管路特性方程;（2）輸油管線的總長度（包括所有局部阻力當量長度）。B 38/(39)2 h2/m 5=2.5 X10 - h2/m 52 2He 2.5 10 qe（qe的單位為m3/h ）（2 ）輸油管線總長度2I le U丁 2g于是 Ile393600上 0 01m/s=1.38 m/s42gdHu2 9.8

46、10.1 238 m=1960 m0.02 1.3820 gZ1 匕hf,0 12 .用離心泵（轉(zhuǎn)速為2900 r/mi n ）進行性能參數(shù)測定實驗。在某流量下泵入口真空表和出口壓力表的讀數(shù)分別為60 kPa和220 kPa，兩測壓口之間垂直距離為0.5 m，泵的 軸功率為6.7 kW。泵吸入管和排出管內(nèi)徑均為 80 mm，吸入管中流動阻力可表達為hf,0 1 3.0U； （ U1為吸入管內(nèi)水的流速，m/s ）。離心泵的安裝高度為2.5 m，實驗是在20 C, 98.1 kPa的條件下進行。試計算泵的流量、壓頭和效率。解：（1 ）泵的流量，得到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

47、（池中水面為基準面）將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式并整理,3.5U123 2.510009.8135.48u13.184 m/sn2q (n o.。8 3.1843600) m3/h=57.61 m 3/h（2）泵的揚程H H1 H2ho(60 220) 1030.5 m 29.04m1000 9.81泵的效率寫豐咒。1。0.81 100%=68%在指定轉(zhuǎn)速下，泵的性能參數(shù)為：q =57.61 m3/hH=29.04 mP=6.7 kWn=68%(2)泵的轉(zhuǎn)速降至 2610 r/mi n 。3.對于習題2的實驗裝置，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

48、)改送密度為1220 kg/m 3的果汁（其他性質(zhì)與水相近）解:(1 )改送果汁由習題 2 求得：q=57.61 m 3/hH=29.04 m P=6.7 kW改送果汁后，q, H不變，P隨P加大而增加，即P P 12206.7 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57.6126102900m3/h 51.85 mVh29.0422610m290023.52m3 26106.7 kW29004.884kW4.用離心泵（轉(zhuǎn)速為2900 r/min ）將20 C的清水以60 m 3/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壓頭分別為2.4 m和0.61 m。規(guī)定泵入口的真空度不能大于64