化工原理(上冊)答案

1、1.某設備上真空表的讀數(shù)為13.3X103Pa,試計算設備內的絕對壓強與表壓強。已知該地區(qū)大氣壓強為98.7X103Pa。解：由絕對壓強二大氣壓強-真空度得到：設備內的絕對壓強P=98.7X103Pa-13.3X103Pa=8.54X103Pa絕設備內的表壓強P=-真空度=-13.3X103Pa表2在本題附圖所示的儲油罐中盛有密度為960kg/三三的油品，油面高于罐底6.9m,油面上方為常壓。在匸L罐側壁的下部有一直徑為760mm的圓孔，其中心距I23一.罐底800mm,孔蓋用14mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘沁詢鬧材料的工作應力取為39.23X106Pak問至少需要幾個螺釘？分析：罐底產(chǎn)生的壓力

2、不能超過螺釘?shù)墓ぷ鲬碢W。油螺解：P螺二PghXA=960X9.81X(9.6-0.8)X3.14X0.762=150.307X103N。螺二39.03X103X3.14X0.0142Xn,卩油。螺得n三6.23取nmin二7至少需要7個螺釘某流化床反應器上裝有兩個U型管壓差計，如本題附圖所示。測得R=400mm,R=50mm指示液為水12銀。為防止水銀蒸汽向空氣中擴散，于右側的U型管與大氣連通的玻璃管內灌入一段水，其高度R=50mm。試求A、B3兩處的表壓強。分析：根據(jù)靜力學基本原則，對于右邊的U管壓差計，a-a，為等壓面，對于左邊的壓差計，b-b為另一等壓面，分別列出兩個等壓面處的靜力

3、學基本方程求解。解：設空氣的密度為P，其他數(shù)據(jù)如圖所示ga-a，處P+Pgh=PgR+PgRAg1水3水銀由于空氣的密度相對于水和水銀來說很小可以忽略不記即：P=1.0X103X9.81X0.05+13.6X103X981XA0.05=7.16X103Pabb處P+pgh=P+Pgh+PgRBg3Ag2水銀1P=13.6X103X9.81X0.4+7.16X103=605XB103Pan0弋LI廠1計r1*仏本題附圖為遠距離測量控制裝置，用以測定分相槽內煤油和水的兩相界面位置。已知兩吹氣管出口的距離H=1m,U管壓差計的指示液為水銀，煤油的密度為820Kg/。試求當壓差計讀數(shù)R=68mm時，相

4、界面與油層的吹氣管出口距離h。分析：解此題應選取的合適的截面如圖所示：忽略空氣產(chǎn)生的壓強，本題中11和44為等壓面，22和33為等壓面，且11和22的壓強相等。根據(jù)靜力學基本方程列出一個方程組求解解：設插入油層氣管的管口距油面高Ah在11與22截面之間P1=P2+P水銀gRVP1=P4，P2=P3且P3二P煤油gAh，P4=P*g(Hh)+P煤油g(Ah+h)聯(lián)立這幾個方程得到P水銀gR=P水g(Hh)+P煤油g(Ah+h)-P煤油gAh即卩P水銀gR二P水gH+P煤油gh-P水gh帶入數(shù)據(jù)1.03X103X113.6X103X0.068=h(1.0X1030.82X103)h=0.418m用

5、本題附圖中串聯(lián)U管壓差計測量蒸汽鍋爐水面上方的蒸氣壓，U管壓差計的指示液為水銀，兩U管間的連接管內充滿水。以知水銀面與基準面的垂直距離分別為:分析:hl=2.3m,h2=1.2m,h3=2.5m,h4=1.4m。鍋中水面與基準面之間的垂直距離h5=3m。大氣壓強pa=99.3X103pa。試求鍋爐上方水蒸氣的壓強P。首先選取合適的截面用以連接兩個U管，本題應選取如圖所示的11截面，再選取等壓面,最后根據(jù)靜力學基本原理列出方程，求解解：設11截面處的壓強為P1對左邊的U管取a-a等壓面，由靜力學基本方程P0+P水g(h5-h4)=P1+P水銀g(h3-h4)代入數(shù)據(jù)P0+1.0X103X9.81

6、X(31.4)=P1+13.6X103X9.81X(2.51.4)對右邊的U管取bb等壓面，由靜力學基本方程P1+P水g(h3h2)=P水銀g(h1h2)+pa代入數(shù)據(jù)P1+1.0X103X9.81X(2.51.2)=13.6X103X9.81X(2.31.2)+99.3X103解著兩個方程得P0=3.64X105Pa根據(jù)本題附圖所示的微差壓差計的讀數(shù)，計算管路中氣體的表壓強P。壓差計中以油和水為指示液，其密度分別為920kg/m3,998kg/m3,U管中油、水交接面高度差R=300mm,兩擴大室的內徑D為60mm，U管內徑d為6mm。當管路內氣體壓強等于大氣壓時，兩擴大室液面平齊。此題的關

7、鍵是找準等壓面，根據(jù)擴大室一端與大氣相通，另一端與管路相通，可以列出兩個方程，聯(lián)立求解靜力學基本原則，選取11為等壓面，對于U管左邊p表+P油g(h1+R)=P1對于U管右邊P2=P水gR+P油gh2P表二P水gR+P油gh2-P油g(h1+R)二P水gR-P油gR+P油g(h2-hl)當卩表=0時，擴大室液面平齊即n(D/2)2(h2-h1)=n(d/2)2Rh2-h1=3mmp表二2.57X102Pa列管換熱氣的管束由121根X2.5mm的鋼管組成?？諝庖?m/s速度在列管內流動?？諝庠诠軆鹊钠骄鶞囟葹?0C、壓強為196X103Pa(表壓),當?shù)卮髿鈮簽?8.7X103Pa試求：空氣的質

8、量流量；操作條件下，空氣的體積流量；將的計算結果換算成標準狀況下空氣的體積流量。解：空氣的體積流量VS=uA=9Xn/4X0.022X121=0.342m3/s質量流量ws=VSp=VSX(MP)/(RT)二0.342X29X(98.7+196)/8.315X323=1.09kg/s換算成標準狀況V1P1/V2P2=T1/T2VS2=P1T2/P2T1XVS1=(294.7X273)/(101X323)X0.342=0.843m3/s(1)A位槽內的水面高于地面8m,水從108X4mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。在本題特定條件下，水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按Ehf=6.5u2計算，其中u為

9、水在管道的流速。試計算：A截面處水的流速；水的流量，以m3/h計。分析：此題涉及的是流體動力學，有關流體動力學主要是能量恒算問題，一般運用的是柏努力方程式。運用柏努力方程式解題的關鍵是找準截面和基準面，對于本題來說，合適的截面是高位槽11,和出管口22,，如圖所示，選取地面為基準面。解：設水在水管中的流速為u，在如圖所示的1一1,，22,處列柏努力方程Z1g+0+P1/p=Z2g+u2/2+P2/p+刀hf(Z1-Z2)g=u2/2+6.5u2代入數(shù)據(jù)(8-2)X9.81=7u2,u=2.9m/s換算成體積流量VS=uA=2.9Xn/4X0.12X3600=82m3/h9.20C水以2.5m/

10、s的流速流經(jīng)38X2.5mm的水平管，此管以錐形管和另一53X3m的水平管相連。如本題附圖所示，在錐形管兩側A、B處各插入一垂直玻璃管以觀察兩截面的壓強。若水流經(jīng)A、B兩截面的能量損失為1.5J/kg,求兩玻璃管的水面差（以mm計），并在本題附圖中畫出兩玻璃管中水面的相對位置。分析:根據(jù)水流過A、B兩截面的體積流量相同和此兩截面處的伯努利方程列等式求解解：設uB在A、Z1g+可腎圏水流經(jīng)A.B兩截面處的流速分別為uA、uBuAAA=uBAB=(AA/AB)uA=(33/47)2X2.5=1.23m/sB兩截面處列柏努力方程U12/2+P1/P=Z2g+u22/2+P2/P+EhfZ1=Z2(P

11、1-P2)/p=Ehf+(ul2-u22)/2g(hl-h2)=1.5+(1.232-2.52)/2hlh2=0.0882m=88.2mm即兩玻璃管的水面差為88.2mm10.用離心泵把20C的水從貯槽送至水洗塔頂部，槽內水位維持恒定，各部分相對位置如本題附圖所示。管路的直徑均為76X2.5mm，在操作條件下，泵入口處真空分析:表的讀數(shù)為24.66X103Pa,水流經(jīng)吸入管與排處管（不包括噴頭）的能量損失可分別按Ehf,1=2u2，Ehf,2=10u2計算，由于管徑不變，故式中u為吸入或排出管的流速m/s。排水管與噴頭連接處的壓強為98.07X103Pa（表壓）。試求泵的有效功率。此題考察的是

12、運用柏努力方程求算管路系統(tǒng)所要求的有效功率把整個系統(tǒng)分成兩部分來處理，從槽面到真空表段的吸入管和從真空表到排出口段的排出管，在兩段分別列柏努力方程。解：總能量損失Ehf=Ehf+，1Ehf，2u1=u2=u=2u2+10u2=12u2在截面與真空表處取截面作方程：z0g+u02/2+P0/P二zlg+u2/2+Pl/P+Ehf,1(P0-P1)/p=zlg+u2/2+Ehf,1u=2m/sws二uAp=7.9kg/s在真空表與排水管-噴頭連接處取截面zlg+u2/2+Pl/p+We二z2g+u2/2+P2/p+刀hf,2We二z2g+u2/2+P2/p+Ehf,2(zlg+u2/2+Pl/p)

13、=12.5X9.81+(98.07+24.66)/998.2X10?+10X2?Ne=Wews=285.97X7.9=2.26kw11.本=285.97J/kg題附圖所示的貯槽內徑D為2m,槽底與內徑d0為33mm的鋼管相連，槽內無液體補充,其液面高度h0為2m(以管子中心線為基準)。習題1J陽囲液體在本題管內流動時的全部能量損失可按Ehf=20u2公式來計算，式中u為液體在管內的流速m/s。試求當槽內液面下降1m所需的時間。分析：此題看似一個普通的解柏努力方程的題，分析題中槽內無液體補充，則管內流速并不是一個定值而是一個關于液面高度的函數(shù)，抓住槽內和管內的體積流量相等列出一個微分方程，積分求

14、解。解：在槽面處和出口管處取截面1-1，2-2列柏努力方程h1g=u2/2+Ehf=u2/2+20u2u=(0.48h)1/2=0.7h1/2Adh二uA2dt=0.7h1/2A2dtdt=A1dh/(A20.7h1/2)對上式槽面下降dh，管內流出uA2dt的液體積分：t=1.8.h題附圖所示為冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)，鹽水的密度為1100kg/m，循環(huán)量為36m3。管路的直徑相同，鹽水由A流經(jīng)兩個換熱器而至B的能量損失為98.1J/kg，由B流至A的能量損失為49J/kg，試求：（1）若泵的效率為70%時，泵的抽功率為若干kw?（2）若A處的壓強表讀數(shù)為245.2X103Pa時，B處的壓強表讀數(shù)為

15、若干Pa?分析：本題是一個循環(huán)系統(tǒng)，鹽水由A經(jīng)兩個換熱器被冷卻后又回到A繼續(xù)被冷卻，很明顯可以在A-換熱器-B和B-A兩段列柏努利方程求解。解：（1）由A到B截面處作柏努利方程0+uA2/2+PA/P1=ZBg+uB2/2+PB/p+9.81管徑相同得uA二uB（PA-PB）/p=ZBg+9.81由B到A段，在截面處作柏努力方程BZBg+uB2/2+PB/P+We=0+uA2+PA/P+49We二（PA-PB）/p-ZBg+49=98.1+49=147.1J/kgWS二VSP=36/3600X1100=11kg/sNe=WeXWS=147.1X11=1618.1w泵的抽功率N二Ne/76%=2

16、311.57W=2.31kw（2）由第一個方程得（PA-PB）/P=ZBg+9.81得PB=PA-p(ZBg+9.81)=245.2X103-1100X(7X9.81+98.1)=6.2X104Pa13.用當R1=45mm，h=200mm時:位槽送到高位槽，兩槽的液位恒定。管路直徑均壓縮空氣將密度為1100kg/m3的腐蝕性液體自低為巾60X3.5mm，其他尺寸見本題附圖。各管段的能量損失為Ehf，AB=Ehf，CD=u2，Ehf，BC=1.18u2。兩壓差計中的指示液均為水銀。試求（1）壓縮空氣的壓強P1為若干？（2）U管差壓計讀數(shù)R2為多少？解：對上下兩槽取截面列柏努力方程0+0+P1/P

17、=Zg+0+P2/P+EhfP1二ZgP+0+P2+pEhf=10X9.81X1100+1100(2u2+1.18u2)=107.91X103+3498U=5.45X1035.45X1034000此流體屬于湍流型在壓強管的B,C處去取截面，由流體靜力學方程得PB+Pg(x+Rl)=Pc+pg(hBC+x)+P水銀RigPB+1100X9.81X(0.045+x)=Pc+1100X9.81X(5+x)+13.6X103X9.81X0.045PB-PC=5.95X104Pa在B,C處取截面列柏努力方程0+uB2/2+PB/P二Zg+uc2/2+PC/P+Ehf,BC管徑不變，：ub二ucPB-PC

18、=P(Zg+Ehf,BC)=1100X(1.18u2+5X9.81)=5.95X104Pau=4.27m/s壓縮槽內表壓P1=1.23X105Pa(2)在B,D處取截面作柏努力方程0+u2/2+PB/P=Zg+0+0+Ehf,BC+Ehf,CDPB=(7X9.81+1.18u2+u2-0.5u2)X1100=8.35X104PaPB-Pgh=P水銀R2g8.35X104-1100X9.81X0.2=13.6X103X9.81XR2R2=609.7mm14.在實驗室中，用玻璃管輸送20C的70%醋酸.管內徑為1.5cm,流量為10kg/min,用SI和物理單位各算一次雷諾準數(shù),并指出流型。解：查

19、20C,70%的醋酸的密度P=1049Kg/m3,粘度卩=2.6mPas用SI單位計算：d=1.5X10-2m,u=WS/(PA)=0.9m/sRe二dup/u=(1.5X10-2X0.9X1049)/(2.6X103)=5.45X103用物理單位計算：P=1.049g/cm3,u=WS/(PA)=90cm/s,d=1.5cm口=2.6X10-3PaS=2.6X10-3kg/(sm)=2.6X10-2g/scmTRe=dup/口=(1.5X90X1.049)/(2.6X10-2)=0.125d215.在本題附圖所示的實驗裝置中，于異徑水平管段兩截面間連一倒置U管壓差計，以測量兩截面的壓強差。當

20、水的損失相當?shù)膲簭娊禐槿舾蒔a?流量為10800kg/h時，U管壓差計讀數(shù)R為100mm，粗細管的直徑分別為60X3.5mm與45X3.5mm。計算:(1)1kg水流經(jīng)兩截面間的能量損失。(2)與該能量解：(1)先計算A,B兩處的流速：uA=ws/PsA=295m/s,uB=ws/PsB在A,B截面處作柏努力方程：zA計uA2/2+PA/P二zBg+uB2/2+PB/P+EhfA1kg水流經(jīng)A,B的能量損失:Ehf=(uA2-uB2)/2+(PA-PB)/p=(uA2-uB2)/2+PgR/p=4.41J/kg(2).壓強降與能量損失之間滿足：Ehf=AP/p.AP=pEhf=4.41X103

21、16.密度為850kg/m3，粘度為8X10-3Pas的液體在內徑為14mm的鋼管內流動，溶液的流速為1m/s。試計算：(1)淚諾準數(shù)，并指出屬于何種流型？(2)局部速度等于平均速度處與管軸的距離；(3)該管路為水平管，若上游壓強為147X103Pa，液體流經(jīng)多長的管子其壓強才下降到127.5X10?Pa?解：(1)Re=dup/u=(14X10-3X1X850)/(8X10-3)=1.49X1032000A此流體屬于滯流型(2)由于滯流行流體流速沿管徑按拋物線分布，令管徑和流速滿足y2=-2p(u-um)當u=0時，y2=r2=2pumAp=r2/2=d2/8當u二u平均=0.5umax二0

22、.5m/s時，y2=-2p(0.5-1)=d2/8A即與管軸的距離r=4.95X10-3m(3)在147X103和127.5X103兩壓強面處列伯努利方程u12/2+PA/p+Z1g=u22/2+PB/p+Z2g+Ehf/u1=u2,Z1=Z2PA/p=PB/p+Ehf損失能量hf二(PA-PB)/p=(147X103-127.5X103)/850=22.94流體屬于滯流型摩擦系數(shù)與雷若準數(shù)之間滿足入=64/Re又Thf二入X(i/d)X0.5u2i=14.95m輸送管為水平管，管長即為管子的當量長度即：管長為14.95m17.流體通過圓管湍流動時，管截面的速度分布可按下面經(jīng)驗公式來表示：ur

23、二umax(y/R)1/7，式中y為某點與壁面的距離，及y=Rr。試求起平均速度u與最大速度umax的比值。分析：平均速度u為總流量與截面積的商，而總流量又可以看作是速度是ur的流體流過2nrdr的面積的疊加即：V=f0RurX2nrdr解：平均速度u二V/A=f0RurX2nrdr/(nR2)=f0Rumax(y/R)1/7X2nrdr/(nR2)=2umax/R15/7f0R(R-r)1/7rdr=0.82umaxu/umax=0.8218.一定量的液體在圓形直管內做滯流流動。若管長及液體物性不變，而管徑減至原有的1/2，問因流動阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來的若干倍？解：T管徑減少后流量不變

24、u1A1二u2A2而r1=r2A1=4A2u2=4u由能量損失計算公式Ehf二入(i/d)X(1/2u2)得Ehf，1二入(i/d)X(1/2u12)Ehf，2二入(i/d)X(1/2u22)=入(i/d)X8(u1)2=16刀hf,1hf2=16hf119.內截面為lOOOmmX1200mm的矩形煙囪的高度為30Aim。平均分子量為30kg/kmol,平均溫度為400C的煙道氣自下而上流動。煙囪下端維持49Pa的真空度。在煙囪高度范圍內大氣的密度可視為定值，大氣溫度為20C，地面處的大氣壓強為101.33X103Pao流體經(jīng)煙囪時的摩擦系數(shù)可取為0.05,試求煙道氣的流量為若干kg/h?解：

25、煙囪的水力半徑rH=A/n=(1X1.2)/2(1+1.2)=0.273m當量直徑de二4rH=1.109m流體流經(jīng)煙囪損失的能量Ehf二入(i/de)u2/2=0.05X(30/1.109)Xu2/2=0.687u2空氣的密度P空氣二PM/RT=1.21Kg/m3煙囪的上表面壓強(表壓)P=-P空氣gh=1.21X9.81X30=-355.02Pa煙囪的下表面壓強(表壓)P下=-49Pa煙囪內的平均壓強P=(P上+P下)/2+P0=101128Pa由卩=PM/RT可以得到煙囪氣體的密度P=(30X10-3X101128)/(8.314X673)=0.5422Kg/m3在煙囪上下表面列伯努利方

26、程P上/p=P下/p+Zg+Ehf.Ehf=(P上-P下)/p-Zg=(-49+355.02)/0.5422-30X9.81=268.25=0.687u2流體流速u二19.76m/s質量流量3s二uAp=19.76X1X1.2X0.5422=4.63X104Kg/h20.每解：流小時將2X103kg的溶液用泵從反應器輸送到高位槽。反應器液面上方保持26.7X103Pa的真空讀，高位槽液面上方為大氣壓強。管道為的鋼管，總長為50m,管線上有兩個全開的閘閥，一個孔板流量計(局部阻力系數(shù)為4),5個標準彎頭。反應器內液面與管路出口的距離為15m。若泵效率為0.7,求泵的軸功率。體的質量流速3S=2X

27、104/3600=5.56kg/s流速u=ss/(Ap)=1.43m/s雷偌準數(shù)Re=dup/u=1651994000查本書附圖1-29得5個標準彎頭的當量長度：5X2.1=10.5m2個全開閥的當量長度：2X0.45=0.9m局部阻力當量長度Eie=10.5+0.9=11.4m假定1/入1/2=2lg(d/e)+1.14=2lg(68/0.3)+1.14入二0.029檢驗d/(eXReX入1/2)=0.0080.005符合假定即入=0.029全流程阻力損失Eh二入X(i+Eie)/dXu2/2+ZXu2/2=0.029X(50+11.4)/(68X103)+4X1.432/2=30.863J

28、/Kg在反應槽和高位槽液面列伯努利方程得P1/p+We=Zg+P2/p+EhWe=Zg+(P1-P2)/p+Eh=15X9.81+26.7X103/1073+30.863=202.9J/Kg之前令其通過一個洗滌器，以回收這些物質進行綜合利用，并避免環(huán)境污染。氣體流量為3600m3/h，其物理性質與50C的空氣基本相同。如本題附圖所示，氣體進入鼓風機前的管路上安裝有指示液為水的U管壓差計，起讀數(shù)為30mm。輸氣管與放空管的內徑均為250mm，管長與管件，閥門的當量長度之和為50m，放空機與鼓風機進口的垂直距離為20m，已估計氣體通過塔內填料層的壓強降為1.96X103Pa。管壁的絕對粗糙度可取0

29、.15mm，大氣壓強為101.33X103。求鼓風機的有效功率。解：查表得該氣體的有關物性常數(shù)P=1.093,口=1.96X10-5Pas氣體流速u=3600/(3600X4/nX0.252)=20.38m/s質量流量3s=uAs=20.38X4/nX0.252X1.093=1.093Kg/s流體流動的雷偌準數(shù)Re=dup/u=2.84X105為湍流型所有當量長度之和|總=i+ie=50m取0.15時e/d=0.15/250=0.0006查表得入=0.0189所有能量損失包括出口，入口和管道能量損失即：Eh=0.5Xu2/2+1Xu2/2+(0.0189X50/0.25)u2/2=1100.6

30、6在1T、2-2兩截面處列伯努利方程u2/2+P1/P+We=Zg+u2/2+P2/p+EhWe=Zg+(P2-P1)/p+Eh而1-1、2-2兩截面處的壓強差P2-P1=P2-P水gh=1.96X103-103X9.81X31X1031665.7PaWe=2820.83W/Kg泵的有效功率Ne=WeX3s=3083.2W=3.08KW管路上裝有一個閘閥，距管路入口端15m處安有以水銀為指示液的U管差壓計,其一臂與管道相連，另一臂通大氣。壓差計連接管內充滿了水，測壓點與管路出口端之間的長度為20m。22.如本題附圖所示,，貯水槽水位維持不變。槽底與內徑為100mm的鋼質放水管相連,（1）.當閘

31、閥關閉時，測得R=600mm，h=1500mm；當閘閥部分開啟時，測的R=400mm，h=1400mm。摩擦系數(shù)可取0.025,管路入口處的局部阻力系數(shù)為0.5。問每小時從管中水流出若干立方米。（2）.當閘閥全開時，U管壓差計測壓處的靜壓強為若干（Pa,表壓）。閘閥全開時le/d15，摩擦系數(shù)仍取0.025。解：根據(jù)流體靜力學基本方程，設槽面到管道的高度為xP水g（h+x）二P水銀gR103X（1.5+x）=13.6X103X0.6x=6.6m部分開啟時截面處的壓強P1=P水銀gR-P水gh=39.63X103Pa在槽面處和1-1截面處列伯努利方程Zg+0+0=0+u2/2+P1/p+Eh而E

32、h=入（i+ie）/d+Zu2/2=2.125u26.6X9.81=u2/2+39.63+2.125u2u=3.09/s體積流量3s=uAp=3.09Xn/4X（0.1）2X3600=87.41m3/h閘閥全開時取2-2,3-3截面列伯努利方程Zg=u2/2+0.5u2/2+0.025X（15+i/d）u2/2u=3.47m/s取1-1、3-3截面列伯努利方程P1/p=u2/2+0.025X（15+i/d）u2/2P1=3.7X104Pa23.10C的水以500L/min的流量流過一根長為300m的水平管，管壁的絕對粗糙度為0.05。有6m的壓頭可供克服流動阻力，試求管徑的最小尺寸。解:查表得

33、10C時的水的密度P=999.7Kg/m3卩=130.77X10-5Pasu=Vs/A=10.85X103/d2Ehf=6X9.81=58.86J/KgEhf=(入i/d)u2/2二入150u2/d假設為滯流入二64/Re=64u/duPVHfgEhfdW1.5X103檢驗得Re=7051.222000不符合假設為湍流假設Re=9.7X104即dup/u二9.7X104d=8.34X10-2m則e/d=0.0006查表得入二0.021要使刀hfWHfg成立則入150u2/dW58.8624.某I/11IA*r_1.d1.82X10-2m油品的密度為800kg/m3,粘度為41cP,由附圖所示的

34、A槽送至B槽，A槽的液面比B槽的液面高出1.5m。輸送管徑為巾89X3.5mm（包括閥門當量長度）,進出口損失可忽略。試求：（1）油的流量（m3/h）；（2）若調節(jié)閥門的開度，使油的流量減少20%，此時閥門的當量長度為若干m?解：在兩槽面處取截面列伯努利方程u2/2+Zg+P1/p=u2/2+P2/p+EhfVP1=P2Zg=Ehf=入(i/d)u2/21.5X9.81=入(50/82X103)u2/2假設流體流動為滯流，則摩擦阻力系數(shù)入=64/Re=64u/dup聯(lián)立兩式得到u=1.2m/s核算Re=dup/u=19202000假設成立油的體積流量ss=uA=1.2Xn/4(82X103)2

35、X3600=22.8m3/h調節(jié)閥門后的體積流量s=22.8X（l-20%）=18.24m3/h調節(jié)閥門后的速度u=0.96m/s同理由上述兩式1.5X9.81=入（1/82X10-3）0.962/2入=64/Re=64口/dup可以得到i二62.8m閥門的當量長度|e=|-50=12.8m25.兩座尺寸相同的吸收塔內，各填充不同的填料，并以相同的管路并聯(lián)組合。每條支管上均裝有閘閥，兩支路的管長均為5m（均包括除了閘閥以外的管件局部阻力的當量長度），管內徑為200mm。通過田料層的能量損失可分別折算為5u12與4u22,式中u為氣體在管內的流速m/s,氣體在支管內流動的摩擦系數(shù)為0.02。管路

36、的氣體總流量為0.3m?/s。試求：（1）兩閥全開時，兩塔的通氣量；（2）附圖中AB的能量損失。分析：并聯(lián)兩管路的能量損失相等，且各等于管路總的能量損失,各個管路的能量損失由兩部分組成，一是氣體在支管內流動產(chǎn)生的，而另一部分是氣體通過填料層所產(chǎn)生的，即Ehf=入（i+刀ie/d）u2/2+hf填而且并聯(lián)管路氣體總流量為個支路之和，即V二Vs1+Vs2解：（1）兩閥全開時，兩塔的通氣量由本書附圖129查得d=200mm時閥線的當量長度ie=150mEhfl=入(il+ie1/d)u12/2+5u12=0.02X(50+150)/0.2u12/2+5u12Ehf2=入(i2+Eie2/d)u22/

37、2+4u12=0.02X(50+150)/0.2u22/2+4u12VEhf1=Ehf2u12/u22=11.75/12.75即u1=0.96u2又TVs二Vs1+Vs2=u1A1+u2A2,A1=A2=(0.2)2n/4=0.01n=(0.96u2+u2)0.01n=0.3u2=4.875m/sulA=4.68m/s即兩塔的通氣量分別為Vs1=0.147m3/s,Vsl2=0.153m3/s總的能量損失Ehf=Ehf1=Ehf2=0.02X155/0.2ul2/2+5u12=12.5u12=279.25J/Kg26.用離心泵將20C水經(jīng)總管分別送至巾127A,B容器內，總管流量為89m/h3

38、,總管直徑為X5mm。原出口壓強為1.93X105Pa,容器B內水面上方表壓為1kgf/cm2,總管的流動阻力可忽略，各設備間的相對位置如本題附圖所示。試求：(1)離心泵的有效壓頭He；(2)兩支管的壓頭損失Hf,o-A,Hf,o-B,解：離心泵的有效壓頭總管流速u=Vs/A而A=3600Xn/4X(117)2X10-6u=2.3m/s在原水槽處與壓強計管口處去截面列伯努利方程Z0g+We=u2/2+P0/p+Ehf：總管流動阻力不計Ehf=0We=u2/2+P0/P-Z0g=2.32/2+1.93X105/998.2-2X9.81=176.38J/Kg有效壓頭He=We/g=17.98m兩支

39、管的壓頭損失在貯水槽和A、B表面分別列伯努利方程Z0g+We=Z1g+P1/P+Ehf1Z0g+We=Z2g+P2/P+Ehf2得到兩支管的能量損失分別為Ehf1=Z0g+We-(Z1g+P1/p)=2X9.81+176.38-(16X9.81+0)=39.04J/KgEhf2=Z0g+We-(Z2g+P2/p)=2X9.81+176.38-(8X9.81+101.33X103/998.2)=16.0J/Kg壓頭損失Hf1=Ehf1/g=3.98Hf2=Ehf2/g=1.63m27.用效率為80%的齒輪泵將粘稠的液體從敞口槽送至密閉容器中，兩者液面均維持恒定,容器頂部壓強表讀數(shù)為30X103P

40、a。用旁路調節(jié)流量，起流程如本題附圖所示，主管流量為14m3/h,管徑為66X3mm，管長為80m（包括所有局部阻力的當量長度）。習題即附圈旁路的流量為5m3/h,管徑為32X2.5mm，管長為20m（包括除閥門外的管件局部阻力的當量長度）兩管路的流型相同，忽略貯槽液面至分支點o之間的能量損失。被輸送液體的粘度為50mPas,密度為1100kg/m?，試計算：（1）泵的軸功率（2）旁路閥門的阻力系數(shù)。解：泵的軸功率分別把主管和旁管的體積流量換算成流速主管流速u=V/A=14/3600X（n/4）X（60）2X10-61.38m/s旁管流速u1=V1/A=5/3600X(n/4)X(27)2X1

41、0-62.43m/s先計算主管流體的雷偌準數(shù)Re=dup/u=1821.60.005假設成立即D,C兩點的流速u1二1.776m/s,u2=1.49m/sBC段和BD的流量分別為VS,BC=32X10X（n/4）X3600X1.776=5.14m3/sVS,BD=26X10X（n/4）X3600X1.49=2.58m3/s在38X2.5mm的管路上裝有標準孔板流量計，孔板的孔徑為16.4mm，管中流動的是20C的苯，采用角接取壓法用U管壓差計測量孔板兩測的壓強差，以水銀為指示液，策壓連接管中充滿甲苯。測得U管壓差計的讀數(shù)為600mm，試計算管中甲苯的流量為若干kg/h?解：查本書附表20C時甲

42、苯的密度和粘度分別為P=867Kg/m3,口二0.675X10-3假設Re=8.67X104當A0/A1=(16.4/33)=0.245時，查孔板流量計的C0與Re,A0/A1的關系得到C0=0.63體積流量VS=C0A02gR(pA-p)/p1/2=0.63Xn/4X16.42X10-6X2X9.81X0.6X(13.6-0.867)/0.8671/2=1.75X10-3m3/s流速u二VS/A=2.05m/s核算雷偌準數(shù)Re=dup/u=8.67X104與假設基本相符甲苯的質量流量sS=VSp=1.75X10-3X867X3600=5426Kg/h第二章流體輸送機械1.在用水測定離心泵性能

43、的實驗中，當流量為26m3/h時，泵出口處壓強表和入口處真空表的讀數(shù)分別為152kPa和24.7kPa,軸功率為2.45kw，轉速為2900r/min，若真空表和壓強表兩測壓口間的垂直距離為0.4m，泵的進出口管徑相同，兩測壓口間管路流動阻力可忽略不計，試求該泵的效率，并列出該效率下泵的性能。解：取20C時水的密度P=998.2Kg/m3在泵出口和入口處列伯努利方程u12/2g+P1/pg+H=u12/2g+P2/pg+Hf+Z泵進出口管徑相同，u1=u2不計兩測壓口見管路流動阻力Hf=0P1/pg+H=P2/pg+ZH=(P2-P1)/pg+Z=0.4+(152+24.7)X103/998.

44、2X9.8=18.46m該泵的效率n=QHpg/N=26X18.46X998.2X9.8/(2.45X103X3600)=53.2.%用離心泵以40m3/h的流量將貯水池中65C的熱水輸送到?jīng)鏊?，并?jīng)噴頭噴出而落入涼水池中，以達到冷卻的目的，已知水進入噴頭之前需要維持49kPa的表壓強，噴頭入口較貯水池水面高6m，吸入管路和排出管路中壓頭損失分別為1m和3m，管路中的動壓頭可以忽略不計。試選用合適的離心泵并確定泵的安裝高度。當?shù)卮髿鈮喊?01.33kPa計。解：輸送的是清水選用B型泵查65C時水的密度P=980.5Kg/m3在水池面和噴頭處列伯努利方程u12/2g+P1/pg+H=u12/

45、2g+P2/pg+Hf+Z取u1二u2=0貝VH=(P2-P1)/pg+Hf+Z=49X103/980.5X9.8+6+(1+4)=15.1mQ=40m3/h由圖2-27得可以選用3B19A2900465C時清水的飽和蒸汽壓PV=2.544X104Pa當?shù)卮髿鈮篐a=P/Pg=101.33X103/998.2X9.81=10.35m查附表二十三3B19A的泵的流量：29.548.6m3/h為保證離心泵能正常運轉，選用最大輸出量所對應的HS即HS=4.5m輸送65C水的真空度HS二HS+(Ha-10)-(PV/9.81X103-0.24)1000/p=2.5m允許吸上高度Hg=HS-u12/2g

46、-Hf,0-1=2.5-1=1.5m即安裝高度應低于1.5m常壓貯槽內盛有石油產(chǎn)品，其密度為760kg/m3，粘度小于20cSt,在貯槽條件下飽和蒸汽壓為80kPa，現(xiàn)擬用65Y-60B型油泵將此油品以15m3流量送往表壓強為177kPa的設備內。貯槽液面恒定，設備的油品入口比貯槽液面高5m，吸入管路和排出管路的全部壓頭損失為1m和4m。試核算該泵是否合用。若油泵位于貯槽液面以下1.2m處，問此泵能否正常操作？當?shù)卮髿鈮喊?01.33kPa計.解：查附錄二十三65Y-60B型泵的特性參數(shù)如下流量Q=19.8m3/s,氣蝕余量厶h=2.6m揚程H=38m允許吸上高度Hg=(PO-PV)/pg-h

47、-Hf,0-l二-0.74m-1.2揚升高度Z=H-Hf,0-2=38-4=34m如圖在1T,2-2截面之間列方程u12/2g+P1/pg+H=u22/2g+P2/pg+Hf,1-2+Z其中u12/2g=u22/2g=0管路所需要的壓頭：He=(P2-P1)/pg+Z+Hf,1-2=33.74mZ=34m游品流量Qm=15m3/s2X105假設成立u1=u2(d2/d1)2=1.23m/s允許氣蝕余量Ah=(P1-P2)/pg+u12/2gP1=Pa-P真空度二28.02Kpah=(28.02-2.3346)X103/998.2X9.81=2.7m允許吸上高度Hg=(Pa-PV)/pg-h-E

48、Hf/離心泵離槽面道路很短可以看作刀Hf=0Hg=(Pa-PV)/pg-h=(101.4-2.3346)X103/(998.2X9.81)-2.7=7.42mQ,L/min01002003()0400H,m37.238373/1.531.85.水對某離心泵做實驗，得到下列各實驗數(shù)據(jù):5028送液體的管路系統(tǒng)：管徑為巾76X4mm，長為355m(包括局部阻力的當量長度)，吸入和排出空間為密閉容器，其內壓強為129.5kPa(表壓)，再求此時泵的流量。被輸送液體的性質與水相近。解：根據(jù)管路所需要壓頭He與液體流量Qe的關系：He二K+BQe2而K二+P/Pg且吸入排出空間為常壓設備，AP=0K二=

49、4.8B=入(i+工ie)/d1/2g(60X103A)2=(0.03X355/0.068)/2X9.81(0.0682XnX60X103/4)2=1.683X10-4管道特性方程為：He=4.8+1.683X10-4Qe2由下列數(shù)據(jù)繪出管道特性曲線HeQeQe,L/min0100200300400500He,m4.86.4811.5319.9531.7346.88繪出離心泵的特性曲線H-Q于同一坐標系中，如圖所示：兩曲線的交點即為該泵在運轉時的流量泵的流量為400L/min若排出空間為密閉容器，則K二+P/Pg=4.8+129.5X103/998.2X9.81=1.802而B的值保持不變管路

50、的特性方程為He二18.02+1.683X10-4Qe2重新繪出管路的特性曲線和泵的特性曲線Qe,L/min0100200300400500He,m18.0219.7024.7533.1744.9560.10可以得到泵的流量為310L/min某型號的離心泵，其壓頭與流量的關系可表示為H=18-0.6X106Q2（H單位為m,Q單位為m3/s）若用該泵從常壓貯水池將水抽到渠道中，已知貯水池截面積為100m2，池中水深7m。輸水之初池內水面低于渠道水平面2m,假設輸水渠道水面保持不變，且與大氣相通。管路系統(tǒng)的壓頭損失為Hf=0.4X10Q2（Hf單位為m,Q單位為m3/s）o試求將貯水池內水全部抽

51、出所需時間。解：列出管路特性方程He二K+HfK=Z+P/Pg貯水池和渠道均保持常壓P/Pg=0K二ZHe二Z+0.4X106Q2在輸水之初AZ=2mHe二2+0.4X106Q2聯(lián)立H=18-0.6X106Q2，解出此時的流量Q=4X10-3m3/s將貯水槽的水全部抽出=9mHe二9+0.4X106Q2再次聯(lián)立H=18-0.6X106Q2，解出此時的流量Q=3X10-3m3/s流量Q隨著水的不斷抽出而不斷變小取Q的平均值Q平均二（Q+Q）/2=3.5X10-3m3/s把水抽完所需時間t=V/Q平均二55.6h用兩臺離心泵從水池向高位槽送水，單臺泵的特性曲線方程為H=251X106Q2管路特性曲

52、線方程可近似表示為H=10+1X106Q2兩式中Q的單位為m3/s，H的單位為m。試問兩泵如何組合才能使輸液量最大？（輸水過程為定態(tài)流動）分析：兩臺泵有串聯(lián)和并聯(lián)兩種組合方法串聯(lián)時單臺泵的送水量即為管路中的總量，泵的壓頭為單臺泵的兩倍；并聯(lián)時泵的壓頭即為單臺泵的壓頭，單臺送水量為管路總送水量的一半解：串聯(lián)He=2H10+lX105Qe2=2X(25TX106Q2)Qe=0.436X10-2m2/s并聯(lián)Q=Qe/225-1X106XQe2=10+1X105(Qe/2)2Qe=0.383X10-2m2/s總送水量Qe=2Qe=0.765X10-2m2/s并聯(lián)組合輸送量大.現(xiàn)采用一臺三效單動往復泵，

53、將敞口貯罐中密度為1250kg/m?的液體輸送到表壓強為1.28X106Pa的塔內，貯罐液面比塔入口低10m,管路系統(tǒng)的總壓頭損失為2m,已知泵活塞直徑為70mm，沖程為225mm，往復次數(shù)為2001/min，泵的總效率和容積效率為0.9和0.95。試求泵的實際流量，壓頭和軸功率。解：三動泵理論平均流量QT=3ASnr=3Xn/4X(0.07)2X0.025X200=0.52m3/min實際流量Q=nQT=0.95X0.52=0.494m3/min泵的壓頭H=P/pg+u2/2g+工Hf+Z取厶u2/2g=0二AP/pg+工Hf+Z=1.28X106/1250X9.81+2+10=116.38

54、m軸功率N二HQp/102n=13.05Kw用一往復泵將密度為1200kg/m3的液體從A池輸送到B槽中，A池和B槽液面上方均為大氣壓。往復泵的流量為5m3/h。輸送開始時,B槽和A池的液面高度差為10m。輸送過程中，A池液面不斷下降，B槽液面不斷上升。輸送管徑為30mm，長為15m(包括局部阻力當量長度)。A池截面積為12m2,B槽截面積為4.15m2。液體在管中流動時摩擦系數(shù)為0.04。試求把25m3液體從A池輸送到B槽所需的能量。解：列出此往復泵輸送的管路特性方程He二K+BQe2而K=AP/pg+u2/2g+ZVA，B槽上方均大氣壓P/pg=0u2/2g=0在輸送開始時，h0=10m輸

55、送完畢后A池液面下降：25/12=2.01mB池液面上升：25/4.15=6.1mh=10+2.01+6.1=18.11mB二入(i+ie)/dl/2g(3600A)2=0.4X15/0.03Xl/(3600Xn/4X0.032)2X2X9.81=0.157輸送開始時管路的特性方程He二10+0.157Qe2輸送完畢時管路的特性方程He=18.4+0.157Qe2取平均壓頭H平均=（He+He）/2=（10+0.157Qe2+8.4+0.157Qe2）/2,Qe=5m3/s=18m輸送所需要的時間t=V/Q=25/5=5h=18000輸送有效功率Ne=HQpg=18X5/3600X1200X9

56、.81=294.3所需要的能量W=NeT=5.3X106J=5300KJ10.已知空氣的最大輸送量為14500kg/h,在最大風量下輸送系統(tǒng)所需的風壓為1600Pa（以風機進口狀態(tài)級計）。由于工藝條件的呀求。風機進口與溫度為40C,真空度為196Pa的設備相連。試選合適的離心通風機。當?shù)卮髿鈮簽?3.3kPa。解：輸送潔凈空氣應選用4-72-11型通風機40C，真空度為196Pa時空氣的密度P=MP/RT=1.04Kg/m3將輸送系統(tǒng)的風壓HT按HT=HTp/pHT=1600X1.2/1.04=1850.72m輸送的體積流量Q=Qm/P=14500/1.04=13942.31m3/h根據(jù)輸送量

57、和風壓選擇4-72-11No6c型可以滿足要求其特性參數(shù)為轉速(r/min)風壓（Pa）風量(m3/h)效率（）功率（Kw）20001941.8141009110.011.15C的空氣直接由大氣進入風機在通過內徑為800mm的水平管道送到爐底，爐底表壓為10kPa。空氣輸送量為20000m/h（進口狀態(tài)計），管長為100m（包括局部阻力當量長度），管壁絕對粗糙度可取為0.3mm?，F(xiàn)庫存一臺離心通風機，其性能如下所示。核算此風機是否合用？當?shù)卮髿鈮簽?01.33kPa。轉速，r/min風壓，Pa風量，m3/h14501265021800解：輸送系統(tǒng)的風壓HT=(Z2-Zl)pg+P2-Pl+(u

58、22-ul2)/2+Phf水平管道輸送，Z2-Z1二0,(u22-u12)/2=0空氣的流動速度u二Q/A=20000/(n/40.82X3600)=11.06m/s查本書附圖可得15C空氣的粘度口二1.79X10-3Pas,密度P=1.226Kg/m3Re=dup/u=0.8X1.226X11.06/1.79X103=6059.1e/d=0.3/800=0.000375根據(jù)Re-e/d圖可以得到其相對粗糙度入=0.0365.hf=入(i+ie)/du2/2=0.0365X100/0.8X11.062/2=279.1輸送系統(tǒng)風壓HT=P2-P1+P2hf=10.8X103+1.226X279.

59、1=11142.12Pa5在出口灰塵中所占的質量分率16252920721在捕集的灰塵中所占的質量分率滋.41126.62018.711.33試求：(1)除塵效率(2)繪出該旋風分離器的粒級效率曲線。解：出口氣體中每小時產(chǎn)生的灰塵量：0.7X10-3X5000=2.35Kg除塵效率：n0=21.5/(21.5+3.5)=0.86=86%計算出每一小段范圍捏顆粒的粒級效率nP1=21.5X4.4/(21.5X4.4+3.5X16)=62.8%nP2=21.5X11/(21.5X11+3.5X25)=73.0%nP3=21.5X26.6/(21.5X26.6+3.5X29)=84.93%nP4=8

60、6%nP5=94.26%nP6=97.2%nP7=94.85%繪出粒級效率曲線如圖所示驗室用一片過濾面積為0.1m3的濾葉對某種顆粒在水中的懸浮液進行實驗，濾葉內部真空讀為500mmHg,過濾5min的濾液1L,又過濾5min的濾液0.6L，若再過濾5min得濾液多少？分析：此題關鍵是要得到虛擬濾液體積，這就需要充分利用已知條件，列方方程求解解：(1)虛擬濾液體積由過濾方程式V2+2VVe=KA20過濾5min得濾液1L(1X10-3)2+2X10-3Ve=KA2X5過濾10min得濾液1.6L(1.6X10-3)2+2X1.6X10-3Ve=KA2X10由式可以得到虛擬濾液體積Ve=0.7X