化工原理第二上冊(cè)課后習(xí)題答案

1、14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(bǔ)充，其初始液面高度h1為2 m（以管子中心線為基準(zhǔn)）。液體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的全部能量損失可按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1 m時(shí)所需的時(shí)間。 解：由質(zhì)量衡算方程，得 （1） （2） （3）將式（2），（3）代入式（1）得即 （4）在貯槽液面與管出口截面之間列機(jī)械能衡算方程即 或?qū)懗?（5）式（4）與式（5）聯(lián)立，得即 i.c. =0，h=h1=2 m；=，h=1m 積分得 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(dòng)。若管長及液體物性不變，將管徑減至原

2、來的1/2，問因流動(dòng)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(dòng)時(shí) = 或 =/= =（式中 =2 ，=（）2 =4因此 =32又由于 =（=（=（2×=（0.5）0.25=0.841故 =32×0.84=26.9 習(xí)題19附圖 19用泵將2×104 kg/h的溶液自反應(yīng)器送至高位槽（見本題附圖）。反應(yīng)器液面上方保持25.9×103 Pa的真空度，高位槽液面上方為大氣壓。管道為76 mm×4 mm的鋼管，總長為35 m，管線上有兩個(gè)全開的閘閥、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

3、的距離為17 m。若泵的效率為0.7，求泵的軸功率。（已知溶液的密度為1073 kg/m3，黏度為6.310-4 Pas。管壁絕對(duì)粗糙度可取為0.3 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 （1）式中 z1=0，z2=17 m，ub10 p1=-25.9×103 Pa (表)，p2=0 (表) 將以上數(shù)據(jù)代入式（1），并整理得 =9.81×17+=192.0+其中 =（+） =1.656×105 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(dāng)量長度分別為 閘閥（全開）： 0

4、.43×2 m =0.86 m 標(biāo)準(zhǔn)彎頭： 2.2×5 m =11 m故 =(0.03×+0.5+4)=25.74J/kg于是 泵的軸功率為 =1.73kW 習(xí)題20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)充滿了水，測(cè)壓點(diǎn)與管路出口端之間的直管長度為20 m。 （1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)，測(cè)得R=600 mm、h=1500 mm；當(dāng)閘閥部分開啟時(shí)，測(cè)得R=400 mm、h=1400 mm。摩擦系數(shù)可取為

5、0.025，管路入口處的局部阻力系數(shù)取為0.5。問每小時(shí)從管中流出多少水（m3）？ （2）當(dāng)閘閥全開時(shí)，U管壓差計(jì)測(cè)壓處的壓力為多少Pa（表壓）。（閘閥全開時(shí)Le/d15，摩擦系數(shù)仍可取0.025。） 解：（1）閘閥部分開啟時(shí)水的流量 在貯槽水面1-1，與測(cè)壓點(diǎn)處截面2-2，間列機(jī)械能衡算方程，并通過截面2-2，的中心作基準(zhǔn)水平面，得 （a）式中 p1=0(表) ub2=0，z2=0 z1可通過閘閥全關(guān)時(shí)的數(shù)據(jù)求取。當(dāng)閘閥全關(guān)時(shí)，水靜止不動(dòng)，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程知 （b）式中 h=1.5 m, R=0.6 m將已知數(shù)據(jù)代入式（b）得 將以上各值代入式（a），即 9.81×6.66=

6、+2.13 ub2 解得 水的流量為 （2）閘閥全開時(shí)測(cè)壓點(diǎn)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(jī)械能衡算方程，并通過管中心線作基準(zhǔn)平面，得 （c）式中 z1=6.66 m，z3=0，ub1=0，p1=p3 =將以上數(shù)據(jù)代入式（c），即 9.81×6.66=+4.81 ub2解得 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 （d）式中 z1=6.66 m，z2=0，ub10，ub2=3.51 m/s，p1=0（表壓力）將以上數(shù)值代入上式，則解得 p2=3.30×104 Pa（表壓）2110 的水以500 l/min的流量流經(jīng)一長為300 m

7、的水平管，管壁的絕對(duì)粗糙度為0.05 mm。有6 m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)化為上式兩端同除以加速度g，得 =/g=6 m（題給）即 =6×9.81 J/kg =58.56 J/kg （a）將ub代入式（a），并簡(jiǎn)化得 （b） 與Re及e/d有關(guān)，采用試差法，設(shè)=0.021代入式（b），求出d=0.0904m。 下面驗(yàn)算所設(shè)的值是否正確：10 水物性由附錄查得 =1000 kg/m3，=130.77×10-5 Pa由e/d及Re，查得=0.021故 習(xí)題22附圖 22如本題附圖所示，自水塔將水送至車

8、間，輸送管路用mm的鋼管，管路總長為190 m（包括管件與閥門的當(dāng)量長度，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 m。設(shè)水溫為12 ，試求管路的輸水量（m3/h）。 解：在截面和截面之間列柏努利方程式，得 （1）采用試差法，代入式（1）得，故假設(shè)正確，管路的輸水量 習(xí)題23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BC與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，各段管長均包括管件及閥門全開時(shí)的當(dāng)量長度。AB與

9、BC管段的摩擦系數(shù)均可取為0.03。試計(jì)算（1）當(dāng)BD支管的閥門關(guān)閉時(shí)，BC支管的最大排水量為多少（m3/h）；（2）當(dāng)所有閥門全開時(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0.15 mm，水的密度為1000 kg/m3，黏度為。） 解：（1）當(dāng)BD支管的閥門關(guān)閉時(shí)，BC支管的最大排水量 在高位槽水面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)平面得式中 z1=11 m，zc=0，ub10，p1=pc故 =9.81×11=107.9J/kg （a） （b） （c） （d） （e）將式（e）代入式（b）得 （f）將式（

10、f）、（d）代入式（b）,得 ubC=ub,BC，并以hf值代入式（a），解得 ub,BC=2.45 m/s故 VBC=3600××0.0322×2.45 m3/h=7.10 m3/h （2）當(dāng)所有閥門全開時(shí)，兩支管的排水量根據(jù)分支管路流動(dòng)規(guī)律，有 （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(jiǎn)化為將值代入式（a）中，得 （b） 分支管路的主管與支管的流量關(guān)系為 VAB=VBC+VBD上式經(jīng)整理后得 （c）在截面1-1，與C-C間列機(jī)械能衡算方程，并以C-C為基準(zhǔn)水平面，得 （d）上式中 z1=11 m，zC=0，ub10，ub, C0

11、上式可簡(jiǎn)化為前已算出 因此 在式（b）、（c）、（d）中，ub,AB、ub,BC、ub,BD即均為未知數(shù)，且又為ub,BD的函數(shù)，可采用試差法求解。設(shè)ub,BD=1.45 m/s，則查摩擦系數(shù)圖得=0.034。將與ub,BD代入式（b）得解得 將ub,BC、ub,BD值代入式（c），解得將ub,AB、ub,BC值代入式（d）左側(cè)，即 計(jì)算結(jié)果與式（d）右側(cè)數(shù)值基本相符（108.4107.9），故ub,BD可以接受，于是兩支管的排水量分別為24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 ，真空度為500 Pa，大氣壓力為98.66×103 Pa。測(cè)速

12、管插入管道的中心線處。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 mm。試求空氣的質(zhì)量流量（kg/h）。解： 查附錄得，20 ，101.3 kPa時(shí)空氣的密度為1.203 kg/m3，黏度為1.81×10-5 Pa，則管中空氣的密度為查圖1-28，得 25在mm的管路上裝有標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，孔板的孔徑為16.4 mm，管中流動(dòng)的是20 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

13、直徑do=16.4 mm，管徑d1=33 mm，則設(shè)Re>Reo，由教材查圖1-30得Co=0.626，查附錄得20 甲苯的密度為866 kg/m3，黏度為0.6×10-3 Pa·s。甲苯在孔板處的流速為甲苯的流量為 檢驗(yàn)Re值，管內(nèi)流速為 原假定正確。2用離心泵（轉(zhuǎn)速為2900 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和出口壓力表的讀數(shù)分別為60 kPa和220 kPa，兩測(cè)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(dòng)阻力可表達(dá)為（u1為吸入管內(nèi)水的流速，m/s）。離心泵的安裝高度為2.5

14、m，實(shí)驗(yàn)是在20 ，98.1 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），得到將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式并整理，得m/s則 m3/h=57.61 m3/h(2) 泵的揚(yáng)程(3) 泵的效率=68%在指定轉(zhuǎn)速下，泵的性能參數(shù)為：q=57.61 m3/h H=29.04 m P=6.7 kW =68%4用離心泵（轉(zhuǎn)速為2900 r/min）將20 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2.4 m和0.61 m。規(guī)定泵入口的真空度不能大于64 kPa。泵的必需氣蝕余量為3.5 m。試求（1）泵的安裝高度（當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?00 kPa）；（2）若改送55 的清水，泵的安裝高度是否合適。解：(1) 泵的安裝高度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），得即 m（2）輸送55 清水的允許安裝高度55 清水的密度為985.7 kg/m3，飽和蒸汽壓為15.733 kPa則 =m=2.31m原安裝高度（