化工原理1_7章習(xí)題答案解析

1、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CO13，N76，HO11（體積），試求此混合氣體在溫度222500°C、壓力101.3kPa時(shí)的密度。解：混合氣體平均摩爾質(zhì)量M=ZyM=(0.13x44+0.76x28+0.11x18)x10-3=28.98x10kg/molmii混合密度PM101.3x103x28.98x10-3P=m=mRT=8.31x(273+500)=皿曲2. 已知20C時(shí)苯和甲苯的密度分別為879

2、kg/nf和867kg/nf,試計(jì)算含苯40%及甲苯60%（質(zhì)量）的混合液密度。1 aa0.40.6解.二+亠二+ppp879867m12混合液密度Pm=871-8kg/m33. 某地區(qū)大氣壓力為101.3kPa,操作中的吸收塔塔內(nèi)表壓為130kPa。若在大氣壓力為75kPa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.P=P+P=P'+P'解.絕a表a表題4附圖P土'二（P+p古）P'=<101.3+130）-75=156.3kPa表a真a4如附圖所示，密閉容器中存有密度為900kg/mf的液體。容器上方的壓力表讀數(shù)為42kPa,又

3、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58kPa。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p=p+pgAz=p+pgh01Az=匕+pghP0(5842)x103pgpg900x9.81+0.55=2.36m1)容器底部壓力解：+p水ghp=p+pgh+pgh=pa油1水2h油叫+P水且hi+h1000x°-7+°-6=146m(2)p豐pp=pABCD題6附圖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

4、面。p=p+Pghp二p+pgR12a0p+pgh二p+pgRa0則容器內(nèi)表壓：p-p=p°gR-pgh=136°°x°.45x9.81-9°°x0.8x9.81=53.°kPa7. 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)R=180mm，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13600kg/m3。解：圖中，1-1'面與2-2'面間為靜止、連續(xù)的同種流

5、體，且處于同一水平面，因此為等壓面，即因?yàn)樗鶞y(cè)壓力差相同，聯(lián)立以上二式，可得放大倍數(shù)p=p+PgR=p,+PgR1202'0=PPg(m+R)+PgRB0所以PPgm二ppg(m+R)+pgRAB0整理得pp二(PP)gRAB0由此可見，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)pp=(136001000)x9.81x0.18=22249PaAB8. 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，

6、密度為920kg/m3，指示液C為煤油，密度為850kg/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)，有里二巳二1000二14.3RPP920850AC此時(shí)雙液體U管的讀數(shù)為R'=14.3R=14.3x12=171.6mm9. 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。水柱高度=7.95mPg103x9.81解：p+pgh二p10. 硫酸流經(jīng)由大小管組成的串聯(lián)管路，其尺寸分別為©76X4mm和©57X

7、3.5mm。已知硫酸的密度為1830kg/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：6x4mmm=V-p=9xl830=16470kg/hVs0.785d29/36000.785x0.0682=0.69m/sG1=u1p=0.69x1830=1262.7kg/(m2-s)(2) 小管：©57x3.5mm質(zhì)量流量不變m2=16470kg/h9/3600=1.27m/su2=u1zro2=°69新=127m/s"20.785d20.785x0.0522或：G2=u2-p=1.27x1830

8、=2324.1kg/(m2-s)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?，F(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)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1T'面,管出口內(nèi)側(cè)為2-2'面，在1-1'2-2'間列柏努力方程:zg+竹+u2=zg+u2+工W1p212p22簡(jiǎn)化：H=（2役+EWf）/g=(2x1+20)+9.81=2.09m12. 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

9、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70mmH20,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：12嗆+2gui2pg12g其中:Z1=z2U2=U12(33、2=2.5147丿=1.23m/s山=冒=士(u2-呻"hf=爲(wèi)(i232-252)+0.07=一。皿說(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=z2g簡(jiǎn)化：Z1g七+2u2+EW1)10x9.81=8

10、0x10310006.8u22解得u2=1.57m/s流量兀V=一d2u=0.785x0.0412x1.57=2.07x10-3m3/s=7.45m3/hS42(2)流量增加20%，則u2=1.2“57=1.88誣此時(shí)有z'1g七+2u'2+EW'zi=(冊(cè)+2x1-882+6-8x1-882)/9-81=10-78m即高位槽需提升0.78m。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6

11、00kg/m3?，F(xiàn)要求輸送量為40X103kg/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:Z1g+電+u2+W=zg+邑+u2+工WP21e2p22.簡(jiǎn)化：電+W=zg+-2+u2+EWpe2p22.W=紅+u2+zg+EWep222.40x103x6003600=1.2m/su20.785d20.785x0.142題15附圖600.W=(1.32.0)x106+丄x1.22+30x9.81+1502=721.6J/kg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

12、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G37X3.5mm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1830kg/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1-1'2-2'間列柏努力方程：金+2gui2+zi簡(jiǎn)化:P1Pg1U2+Z2g221830x9.81x12x9.81x0.7862+12+1)=234kP(表壓)a16.某一高位槽供水系統(tǒng)如附圖所示，管子規(guī)格為©45X2.5mm。當(dāng)閥門全關(guān)時(shí)，

13、壓力表的讀數(shù)為78kPa。當(dāng)閥門全開時(shí)，壓力表的讀數(shù)為75kPa，且此時(shí)水槽液面至壓力表處的能量損失可以表示為YW=u2J/kg(u為水在管內(nèi)的流速)。試求:f(1) 高位槽的液面高度；(2) 閥門全開時(shí)水在管內(nèi)的流量(mYh)。解：(1)閥門全關(guān),水靜止P=Pghh題16附圖.h亠=Pg103x9.81=7.95m其中：V2/3600f,u一s一一0.786m/s2匹d20.785x0.0324代入：p=pg(u2+z+Yh)12g22f(2)閥門全開：在水槽1-1'面與壓力表2-2'面間列柏努力方程：z1g七+2u12=z2g+簡(jiǎn)化：z1g=7.95x9.81=75x103

14、+1U2+U21000222解之:u=1.412m/s2流量：兀V=-d2u=0.785x0.042x1.412=1.773x10-3m3/ss42=6.38m3/h17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©89X3.5mm，堿液在其中的流速為1.5m/s；泵出口管為©76X3mm。貯槽中堿液的液面距蒸發(fā)器入口處的垂直距離為7m。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

15、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：zg+p+u2+W=zg+厶+u2+工W(a)1p21e2p22f或W=(z-z)g+(u2-u2)+ZW(b)e21221pf其中：Z=0；pi=0(表壓)；口嚴(yán)0z=7m；p=20X103Pa(表壓)22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d82=u(入)2=1.5()2=2.06m/s入d702P=1100kg/m3,SW=40J/kg將以上各值代入（b）式，可求得輸送堿液所需的外加能量W=7x981+2x2.062+卅3+40=129J/kg堿液的質(zhì)量流量兀/m=d2up=0.785x0.0

16、72x2.06x1100=8.72kg/ss422泵的有效功率N=Wm=129x8.72=1125W=1.125kWees泵的效率為58%，則泵的軸功率N1.125N=e=1.94kW耳0.5818.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1590kg/肚。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Z1g+-2+U2+工Wp

17、22.其中：U15/3600VS0.785d20.785x0.121=0.531m/sVu=S20.785d2215/3600=2.123m/s0.785x0.052題18附圖z-z=0.1m21EW二01)-z1)g+2(u廠叩=0.1x9.81+0.5x(2.1232-0.5312)=3.093由靜力學(xué)基本方程：(p+pgz)-(p+pgz)=(p-p)gR(2)11220R=(P+PgZ)-(p2+pgz2)=(Pp2)+Pg(Zz2)(P0-P)g(P0-P)g3.093x1000-1000x9.81x0.1=0.365m(1590-1000)x9.81故U形壓差計(jì)兩側(cè)為左低右高。2)

18、當(dāng)管路水平放置時(shí)：由柏努利方程今-2(u2-叩由靜力學(xué)方程P1_P2二R(P0P)PP兩式聯(lián)立：R(P0P)二-(u2U2)p221可見流量不變時(shí)，U1,U2不變即U形壓差計(jì)讀數(shù)不變。19.附圖所示的是冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的密度為1100kg/m3，循環(huán)量為45m3/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):H=Sh=9+12=21mefN=H-VPg=21X453600xllOOX9.81=2.83k

19、W軸功率：n=Nn=筈=4-°4kwATB列柏努力方程:住+丄u2+zPg2gAAb+u2+z+工hPg2gBBfAB簡(jiǎn)化:乙+z+工hPgPgBfAB153X103p+1100X9.81X(7+9)Bp19656p(表)Ba.B處真空度為19656Pa。20.用離心泵將20°C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"樸2血。水流經(jīng)吸入與壓出管路（不包括噴頭）的能量損失分別為Wfi-2u2及EWf210u2（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266kPa，噴頭處的壓力為98.1kPa（表壓）。試求

20、泵的有效功率。解：以水槽液面為1T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zg+耳+u2zg+u2+工W1p212p22f1簡(jiǎn)化為zg+厶+u2+EW02p22f1題20附圖1.5x9.81-26.6X103+1u2+2u20解得u22.18m/s1000222其中3u22.18m/sWe14x9.81+100098.1x103+12.5x2.182294.8J/kg水的流量：兀msVp4d2up0.785x0.0712x2.18x10008.63kg/s泵有效功率NemSWe8.63x294.82544W2.544kW21.25C水以35m3/h的流量在

21、69;76X3mm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25C水物性：在水槽1-1截面與噴頭處3-3截面間列柏努利方程zg+電+u2+Wzg+邑1p21e3p簡(jiǎn)化為Wzg+邑+u2+EWe3p23.zg+邑+12.5u2一p3Wzg+邑+u2+2u2+10u2e3p23p=996.95kg/m3,“=0.903cPsu=0.785d2353600=2.53m/s0.785x0.072dupRe=一y0.07x996.95x2.53=1.955從心40000.903x10-3為湍流22.運(yùn)動(dòng)黏度為3.2X10-5m2/s的有機(jī)液體在©76X3.5mm的管內(nèi)流動(dòng)，試確定保持管

22、內(nèi)層流流動(dòng)的最大流量。解:Re=如=du=2000yv/.umax2000v2叫3.2x10-5=0.927m/s0.069Vmax=-d2u4max=0.785x0.0692x0.927=3.46x10-3m3/s=12.46m3/h23.計(jì)算10°C水以2.7X10-3m3/s的流量流過(guò)©57X3.5mm、長(zhǎng)20m水平鋼管的能量損失、壓頭2.7x10-3損失及壓力損失。（設(shè)管壁的粗糙度為0.5mm）=1.376m/s解：u=0.785d20.785x0.05210C水物性:p=9997kg/m3,“=1.305x10-3p&-sRe=dup°.

23、6;5X9".7X1376=5.27x1041.305x10-30.550=°01查得九=0.041lu2201.3762八dT=°.°41x而x-2-=點(diǎn)53%=工W/g=1.583mAP=工W-p=15525P24.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,zg+u2+"i=zg+u2+"2+為VW21P222p1題24附圖90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭2個(gè):=0.75x2=1.5管內(nèi)徑為100mm，管長(zhǎng)為20m。設(shè)摩擦系數(shù)九=0.03，試求:（1）截止閥全開時(shí)水的流量；（2）將閥門關(guān)小至

24、半開，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：其中：Z=4；口嚴(yán)0；P1=0（表壓）;z=0；u0；p=0（表壓）222簡(jiǎn)化得zg二1f各管件的局部阻力系數(shù)：進(jìn)口突然縮小匚=0.5截止閥（全開）匚=6.0出口突然擴(kuò)大匚=L0空=0.5+1.5+6.0+1.0=9.0鞏十匚+九|牛十9.0+。.。33尋與二"524x9.81=7.5u2u=2.29m/s水流量兀V=一d2u=0.785x0.1232.29=0.018m3/s=64.8m3/hS4（2）截止閥關(guān)小至半開時(shí)：截止閥半開的局部阻

25、力系數(shù)匚=9.5此時(shí)總阻力(ly'2(20Ay'2EW'=|丫匚+九=12.5+0.03x=9.25u'2f(d丿2(0.1丿2閥門關(guān)小后，局部阻力發(fā)生變化，但由于高位槽高度z不變，所以管路總阻力不變，即1ZW二YW'ff7.5u2=9.25u'2V-S-VS7.5V9.25=0.9即流量減少10。25如附圖所示，用泵將貯槽中20°C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）解:u=V匹

26、d20.785X0.124s=403600=1.415m/s20C水物性：p=998.2kg/m3,“=1.005cPRe=dUP=01X9982X1415=1.405x1051.005x1Q-3根據(jù)e/d=0.2/100=0.002，查得九=0.025釵題25附圖在貯槽1截面到高位槽2截面間列柏努力方程:zg+P+u2+W=zg+-P2+u2+EW1p21e2p22.簡(jiǎn)化：w=zg+EWe2而：EW=九1+Ele-=0.025x-80x415?=20.0J/kgfd20.12/.We=20X9.81+20.0=216.2J/kgm=V-p=403600x998.2=11.09kg/sssNe

27、=%-ms=216-2X11-09=2398W2-40kW26.有一等徑管路如圖所示，從A至B的總能量損失為YW。題26附圖若壓差計(jì)的讀數(shù)為R,指示液的密度為P0，管路中流體的密度為P，試推導(dǎo)的計(jì)算式。解：在A-B截面間列柏努利方程，有Zg+U2=Zg+U2+EWAP2ABP2B等徑直管，故上式簡(jiǎn)化為Zg+-A=Zg+B+EWAPBPEWf=(ZA-ZB)g+£B1）對(duì)于U形壓差計(jì)，由靜力學(xué)方程得PA+ZAPg=PB+(ZB-R)Pg+RP0g(2)(PA-PB)+(ZA-7Pg=R(P0-P)g（1）、（2）聯(lián)立，得27. 求常壓下35°C的空氣以12m/s的速度流經(jīng)12

28、0m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)Sd=0.0005）解:當(dāng)量直徑:de=地=如=2x0.3x0.2=0.24m2(a+b)a+b0.3+0.235C空氣物性：p=1.1465kg/m3,“=18.85x10化-s18.85x10-6Re=嘰°24xL1465x12=1.752x105由d=0.0005,查得九二0.019l U2120122.EW=k=0.019x竺0x亠=684J/kgfd20.242eAP=SW,-p=684x1.1465=784.2Pa28. 如附圖所示，密度為800kg/m3、黏度為1.5mPas的

29、液體，由敞口高位槽經(jīng)©114X4mm的鋼管流入一密閉容器中,其壓力為0.16MPa（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，管壁的相對(duì)粗糙度Ld=0.002,試計(jì)算兩槽液面的垂直距離Az。解：在高位槽1截面到容器2截面間列柏努力方程：-zg+厶+u2+EW2p22.dupRe=簡(jiǎn)化：Azg七+EWf8.48x1040.106x800x1.51.5x10-3由£.d=0.002,查得九=0.026管路中：進(jìn)口g=0.590C彎頭g=0.752個(gè)半開閘閥g=4.5出口g=1,EW=(九-+Eg)=(0.026x30+160+0.5+2x0.75

30、+4.5+1)xfd20.1062=60.87J/kgp0.16x106.Az=(緇+EW)/g=(-+60.87)/9.81=26.6mpf80029. 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°C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.

31、15mm，大氣壓力為101.3kPa。試求鼓風(fēng)機(jī)的有效功率。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：z1g=zg+仝+u2+工W2p22.e2其中：p1p2gR1000x9.81x0.06588.6pa簡(jiǎn)化:36003600=20.38m/s50°C空氣物性：p1.093kg/m3,“19.6x10-6pa-sVus=0.785xd20.785x0.252八dup0.25x1.093x20.38-o.Re2.84x105£0.15-0.000625019.6x10-6查得九0.018,EWf（九上豈+g+g）u2+Wd進(jìn)出

32、2f塔eAp'-（0.018x旦+1.5）x沁+込型0.2521.0933375J/kgWezg+工W一p/p2f115x9.81+3375-588.6/1.0932983.6J/kgNemWeV-p-We36°03600xL°93x2983.63.26kW30. 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。4.2xlO-3解：流速V=O.535m/su=S0.785d20.785x0.12設(shè)液體在管內(nèi)為層流流動(dòng)，則Ap=32卩l(xiāng)u黏度=450x0.

33、1232lu32x6x0.5358Pa's校核Re：Re=処=0.1x850x0.535=1038<20000.0438流動(dòng)為層流，以上計(jì)算正確。該液體的黏度為0.0438Pas。31黏度為30cP、密度為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?，F(xiàn)將閥門打開至1/4開度，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

34、）閥關(guān)閉時(shí)流體靜止，由靜力學(xué)基本方程可得：題31附圖88.3x103900x9.81=1044.2 x103900x9.81當(dāng)閥打開14開度時(shí)，在A與B截面間列柏努利方程:+ZWzg+丄u2+厶=zg+1u2+a2ApB2B其中：PA=PB=0（表壓），uA=uB=0a)l+XlU2則有（S-7g范叫"亍飛由于該油品的黏度較大，可設(shè)其流動(dòng)為層流，則、_64_64卩Redpu代入式（a）,有AB64pl+Xlu2e-dpud232p(l+Xl)ued2pd2p(zz)g0.042x900x(105)x9.81_/u-ab0.736m/s32p(l+Xl)32x30x10-3x(50+3

35、0+20)e校核：dpuRe0.04x900x0.73630x10-3883.2<2000假設(shè)成立。油品的流量：兀V一d2u0.785x0.042x0.7369.244x10-4m3/s3.328m3/hS4（2）閥打開后：在A與1截面間列柏努利方程：1p1zg+u2+Azg+u2A2Ap121+p+XWpfA-1簡(jiǎn)化得zgu2+鼻+XWA21pfA-1顯然，P1zpAg(九d+D牛d2閥打開后uf,p；，即閥前壓力表讀數(shù)減小。11+-PB+XWpf2-B在2與B截面間列柏努利方程:1p1zg+u2+4zg+u2222pB2B簡(jiǎn)化得芬=zg+（九I1）2-pBd2因?yàn)殚y后的當(dāng)量長(zhǎng)度l中已

36、包括突然擴(kuò)大損失，也即九121>o,2d故閥打開后uf,pt，即閥后壓力表讀數(shù)增加。2232.20°C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©38X3mm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:Azg二工W即:Azg=X/+工/U2ed2代入數(shù)據(jù):5x9.81=Xx衛(wèi)匕匸0.0322化簡(jiǎn)得:九u2=0.03139d=晉=°.00156查完全湍流區(qū)X=0.022設(shè)X=0.021,由(1)式得u=1.22m/s由附錄查得20C苯物性:p=879k

37、gj'm3“=0.737mPas0.737x10-3R=dPU=0.032x879x1.22=4.66x104e卩查圖，X=0.026再設(shè)X=0.026，由(1)得u=1.10m/s0.737x103R=°.°32X879X打。=4.20x104e查得X=0.26假設(shè)正確u=1.10m/s流量：兀V=-d2u=0.785X0.0322x1.1=8.84x10-4s4m3S=3.183mh33.某輸水并聯(lián)管路，由兩個(gè)支路組成，其管長(zhǎng)與內(nèi)徑分別為：=1200m,d=0.6m；=800m,112d1=0.8m。已知總管中水的流量為2.2m"s，水溫為20

38、6;C，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£/q=0.3/600=0.0005及£/d=0.3/800=0.000375，杳得九=0.017，九=0.015612V:VS1d5Id5=+:2S2九(l+El)九(l+Yl)丫1e1*2e20.650.85VS1VS2校核Re：支管1：VS2=:=0.0617:0.1620.017x120010.0156x8000.162V=2.6256V0.0617s1s1V=V+V=3.6256VSS1S2S1V2.2s=0.61m3/s3.62563.6256=2.6256VS1

39、=2.6256X0.61=1.60m3/su1亠0.785d20.785x0.621061=2.16m/s1X10-3込=0.6x1°°0x2J6=1.296x106流動(dòng)接近阻力平方區(qū)，導(dǎo)0.°17。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時(shí)的當(dāng)量長(zhǎng)度）。各段摩擦系數(shù)均可取為0.03。試求：支管2：U2=厶0.785d20.785x0.822160=3.18m/sRe2dpu°8X10°&#

40、176;X38=2.54x1061X10-3九=0.0156。1流動(dòng)接近阻力平方區(qū)，題34附圖（1）BC支路閥門全關(guān)而BD支路閥門全開時(shí)的流量；（2）BC支路與BD支路閥門均全開時(shí)各支路的流量及總流量。u22-0.0322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：Azg=SWfABDSw=Sw+Swlu2l一人AB4+人_bdu22fABDfABfBDd2d122而有:1。x9.40.03矗牛+0.0315化簡(jiǎn)11.05u2+7.03u2二98.112又由連續(xù)性方程：d38=(-)2u=()2u=1.41ud132112代入上式：11.05u2+7.03x1.412u2=98.

41、111解得：】=1.98m/s流量：Vs=寸d2u1=0.785x0.0382x1.98=2.244x10-3m=8.08mh(2)當(dāng)BD，BC支路閥均全開時(shí)：0C，D出口狀態(tài)完全相同，分支管路形如并聯(lián)管路，Sw=SwfBcfBDlu2九3d23lu2九一Td22.12u2=15u232(1)u=1.118u32s3s2d2ud2u+d2u411422433382u322u+322u=322x2.118u1232(2)u1.502u12在高位槽液面與BD出口列柏努利方程：AZ-g-工W-工W+ZwffABfBD10x9.810.03-身+0.030.038215u20.032垃11.05u2+

42、7.03u298.112將(2)代入(3)式中：(3)11.05x1.5022u2+7.03u298.122解得：1.752m；u2.63mu31.96m；流量：Vs14d12u0.785x0.0382x263298x10一310.73兀V=-d2u0.785x0.0322x1.7521.408x10-3s24225.07-V=-d2u0.785x0.0322x1.961.576x10-3s34335.6735.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0.5cP,試計(jì)算液體的體積流量。解：A_40

43、.0()2A8010.25設(shè)R>R，查得C0.625eec0-CA;|'2Rg(p1-p)n0.625x0.785x0.042.'2x0.35x(136001050)x9817.11x103mV10507.11X10-3u0.785d20.785x0.0821=1.415輕0.°8xI.415x1°5。二2.38x1050.5x10-3R7x104ecR>Reec假設(shè)正確，以上計(jì)算有效。題36附圖36.用離心泵將20°C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G57X3.5mm的鋼管，吸入管路總長(zhǎng)為20m,

44、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，mVh；(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)VCA卩Rg(P0-P)p1000-0.61x0.785x0.022:2x°6x981x(13600一1呢2.33x10-3mV8.39(2)以水池液面為1-1'面，高位槽液面為2-2'面，在1-1'2-2'面間列柏努利方程:電+u2+zg+W-厶+u2+zP211ep22簡(jiǎn)化：WA

45、zg+YWef而工w“三巴fd22簡(jiǎn)化為其中其中：u=2.33x10-3=1.19Q.785d2Q.785xQ.Q522W=Q.Q2x衛(wèi)5x1192=49.56f0.052叫=12x981+4956=167-28(3)在水池液面1-1'面與泵入口真空表處3-3'面間列柏努利方程:p1p11+u2+zg=3+u2+zp211p23Q=卩3+u2+Zg+Wp233f1-3g+工W3f1-3y工W=九'丿吸入叱=Q.Q2xf1-3d2Q.Q52p11.192仝=-(-u2+Zg+W)=-(+1.5x9.81+5.66)=-21.1p233f1-32p3=-21.1p=-21.

46、1x1Q3Pa=-21.1kPa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:V=CA,：2氣g(Pq-P)SQQpV=CA：2竹g(PQ-P)SVQp流量相同時(shí)，RCQ.61亠=()2=()2=Q.387RCQ.981V故文丘里流量計(jì)的讀數(shù)R2=°387R1=°387X200=77-4mm38.某氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的量程范圍為460

47、m3/ho現(xiàn)用來(lái)測(cè)量壓力為60kPa(表壓)、溫度為50°C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?01.3kPa）解：操作條件下氨氣的密度：pMRT=1.022kg/m3(101.3+60)x103x0.0178.31x(273+50)VS2沁:匕='丄乙=1.084Vp1.022S1k2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4X1.08460X1.084m3/h，即4.3465.0m3/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

48、。當(dāng)流量為30m3/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。303600=2.1660.785x0.072303600=4.2460.785x0.052在泵進(jìn)出口處列柏努力方程，忽略能量損失；"1+u2+Z+Hpg2g11pg2g2H=epg1(u2-u2)+AZ2g21(215+40)x103103x9.8112x9.81(4.2462-2.1162)+0.4=27.07mN=QHpg=303600xl03x9.81x27.07=2.213kWN2.213.小=x100%=-

49、：一x100%=64.1%N3.4540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,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u2為75mm,換熱器的壓頭損失為32，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2g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：H=竺+AZ+丄Au2+Eh=A

50、Z+EhePg2gf二AZ+九1+le上+Zh二AZ+(九1+'【+32)匕d2gfd2gHe=10+(0.0330.075+32)2x9.81%(0.785x0.0752)2二10+5.019x105Q2(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)：Q=0.0045皿3；H=20.17m41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1200kg/m3的某水溶液，其他物性與水相近。若管路狀況不變,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？-204)泵出口處壓力有無(wú)變化？解：P變化時(shí)，泵特性曲線不變。管路特性曲

51、線H=Az+P+BQ2=Az+BQ2不變ePg1)輸送量不變；(2)壓頭不變3)軸功率：QHpgn增加(4)在貯槽液面1-1和泵出口2-2間列柏努力方程:P4+Pgu2+Z+H11eP-+Pgu2+Z+Yh22簡(jiǎn)化：P-PgH2e-Y®工作點(diǎn)Q,H不變，.u工h不變ef即P2隨P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H-40-7.2xIO4Q2(單位：Hm,Qm3/s),當(dāng)管路中閥門全開時(shí)，輸水量為0.01m3/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)

52、若閥門開度及管路其他條件等均不變，而改為輸送密度為1200kg/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H-A+BQ2e其中，A-Az+P-10+Pg98.1x1031000x9.81當(dāng)輸水量為0.01m3/s時(shí)，由泵特性方程與管路特性方程聯(lián)立:40-7.2x104x0.012-20+Bx0.012B=1.28x105即此時(shí)管路特性方程為H二20+1.28x105Q2e(2)當(dāng)改送密度為1200kg/m3的堿液時(shí)，泵特性方程不變，此時(shí)管路特性方程A'=Az+魚二10+98.1x1031200x9.81二18.3流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)，且閥門開度不變，則B不變。因此管路特性方程變?yōu)镠二18.3+1.28x105Q2e將該方程與泵特性方程聯(lián)立，40-7.2x104Q2二18.3+1.28x105Q2可得堿液輸送量Q'=0.0104m3/s43. 用離心泵向設(shè)備送水。已知泵特性方程為H=40-0.01Q2，管路特性方程為H=2