第二次習(xí)題課

習(xí)題課作業(yè)中存在的問題1.第一章第17題非穩(wěn)定流動，積分時(shí)上、下限不對。2.第一章第34題計(jì)算中，有同學(xué)未查孔流系數(shù)Co來進(jìn)行計(jì)算。3.第一章第35題計(jì)算中，有同學(xué)未換算實(shí)際條件下的空氣密度。4.第一章第35題計(jì)算中，有同學(xué)未用試差法求解，做得不對。5.第一章第38題計(jì)算中，有些同學(xué)直接用umax代替平均速度u求解空氣流量。6.第二章第8、9題，有些同學(xué)未選泵的型號或不會選泵。7.課堂補(bǔ)充作業(yè)未有同學(xué)上交。8.仍有個(gè)別同學(xué)抄他人作業(yè)的現(xiàn)象。習(xí)題17.如本題附圖所示，打開閥C和閥D，將儲槽A中的NaOH和NaCl

的混合水溶液放入反應(yīng)槽B中，問儲槽A中的液面從3m降至0.3m需要多少時(shí)間？已知儲槽A和反應(yīng)槽B的直徑均為2m，管路尺寸為φ32×2.5mm，溶液在管路中的瞬時(shí)流速m/s，式中Δz為該瞬時(shí)兩槽的液面高度差。

解：由于儲槽A中沒有水溶液的補(bǔ)充，則隨著儲槽A

中的水溶液不斷排出時(shí)，其液面不斷下降，故儲槽A屬于不穩(wěn)定流動過程。設(shè)在微分時(shí)間內(nèi)，儲槽A內(nèi)液面下降，排液管中的流速為u,則該流動系統(tǒng)的進(jìn)料速率、出料速率和累積量分別為：則由瞬時(shí)物料衡算式，得習(xí)題29.有一水平輸送原油的管路，管徑為φ299×12mm，總長度為42m。原油的流量為62.5m3/h，密度和粘度分別為910kg/m3和300mPa.s，管路兩端壓差保持不變，試問：(1)在管路下游1/3處并聯(lián)一條同樣直徑的管子時(shí)，原油輸送流量會增加到多少？(2)欲使原油流量增加50％，需要并聯(lián)多長的管子？abc解：(1)管徑d=299-2×12=275mm=0.275m，L=42m,

未并聯(lián)管子時(shí)：

在管路下游1/3處并聯(lián)一條同樣直徑的管子時(shí)：設(shè)并聯(lián)后總管內(nèi)流量為Va,兩并聯(lián)支管內(nèi)的流量分別為Vb、Vc。

La=42×(1/3)=14m,Lb=42-14=28m

Va=Vb+Vc,Vb=Vc

則ua=2ub=2uc假設(shè)主管與并聯(lián)各分支管內(nèi)均為層流流動:,則可解得：ua=0.35m/s，ub=0.219m/s校核管內(nèi)流動是否處于層流：說明假設(shè)成立并聯(lián)后總流量：V＝0.785d2ua=74.8m3/h(2)當(dāng)原油流量增加50％時(shí)：

Va＝1.5×62.5＝93.75m3/h

,則可解得：習(xí)題34.20℃的水在φ88.5×4mm的管內(nèi)流動，水的流量為10m3/h。在管路中裝有一孔徑do為25mm的標(biāo)準(zhǔn)孔板，試計(jì)算U形管壓差計(jì)的讀數(shù)(mmHg)及孔板的永久壓力降。解：(1)管路內(nèi)徑

查圖1-59得到流量系數(shù)Co=0.604由得：(2)孔板的永久壓力降：

習(xí)題35.在φ160×5mm的空氣管路上安裝有一孔徑為75mm的標(biāo)準(zhǔn)孔板，孔板前空氣壓力為1.2×105Pa絕壓，溫度為25℃。問當(dāng)U形管壓差計(jì)的讀數(shù)為145mmH2O時(shí)，流經(jīng)管道的空氣質(zhì)量流量為多少？

解：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的密度為1.293kg/m3，則操作條件下空氣的密度為：管路內(nèi)徑由于Co與Re有關(guān)，所以需要假設(shè)流速u，用試差法求解。假設(shè)管內(nèi)空氣流速u=7.02m/s:查圖1-59得到流量系數(shù)Co=0.624校核得管內(nèi)流速

與假設(shè)值一致，說明假設(shè)值正確。管道的空氣質(zhì)量流量為：習(xí)題38.在φ325×8mm的輸送空氣管道中心安裝了一個(gè)測速管，空氣的溫

度為21℃，壓力為1.013×105Pa（絕對壓力）。用一微差壓差計(jì)

測定壓差，指示液為油和水，其密度分別為835kg/m3和1000

kg/m3。當(dāng)壓差計(jì)讀數(shù)為50mm時(shí)，空氣的質(zhì)量流量為多少？

解：管道內(nèi)徑

21℃,1.013×105Pa（絕對壓力）條件下空氣的密度為：管道中心的最大流速為：查圖1-65得u/umax=0.83，則空氣流量習(xí)題8.擬用離心泵將某生產(chǎn)車間的熱水(平均溫度為65℃)從熱水池以

40m3/h的流量輸送到?jīng)鏊敚瑥膰婎^噴出而落入涼水池中，以

達(dá)到冷卻目的。已知水在進(jìn)入噴頭之前需要維持4.9×104Pa的表

壓力，噴頭入口位置比熱水池水面高6m，吸入管路和排出管路中

的壓頭損失分別為1m和3m。管路中的動壓頭可以忽略不計(jì)。試選

用合適的離心泵，并確定泵的安裝高度。當(dāng)?shù)卮髿鈮喊?01.3kPa計(jì)。

解：65℃，101.3kPa下，查《化工原理》(上冊)附錄得水的密度為980.5kg/m3，水的飽和蒸氣壓為187.5mmHg(即2.499×104Pa)在熱水池液面與噴頭入口截面之間列柏努利方程，求解有效壓頭，忽略動壓頭差，則有：

根據(jù)Qe=40m3/h和He＝15.1m，由《化工原理》(上冊)附錄24(1)IS型單級單吸離心泵性能表中選擇IS80-65-125型泵。其性能參數(shù)為：Q=50m3/h;H=20m；N=3.63kW;η=75%,(NPSH)r=3.0m。泵的允許安裝高度：泵的實(shí)際安裝高度為：3.44-1.0＝2.44m。習(xí)題9.

某常壓儲罐內(nèi)盛有石油產(chǎn)品，其密度為760kg/m3，粘度小于20mm2/s，在儲存條件油品的飽和蒸氣壓力為600mmHg。現(xiàn)將該油品以1.14×104kg/h的流量送到表壓為1.47×105Pa的設(shè)備內(nèi)，輸送管規(guī)格均為φ57×2mm，儲罐內(nèi)液面恒定，從儲罐液面到設(shè)備入口處的高度為5m，吸入管與排出管的壓頭損失分別為1m和4m。試選擇一臺合適的泵，并確定其安裝高度。當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8kPa。

解：輸送管內(nèi)徑d=57-2×2=53mm=0.053m輸送管內(nèi)流體的流速在儲罐液面與設(shè)備入口處截面之間列柏努利方程，求解有效壓頭：根據(jù)Qe=1.14×104/760=15m3/h和He＝29.9m，由《化工原理》(上冊)附錄24(2)AY型離心油泵性能表中選擇65AY60B型泵。其性能為：Q=20m3/h;H=37.5m；N=3.9kW;η=52%,(NPSH)r=2.5m。因?yàn)樾阅鼙碇兴械妮S功率系用水測定的，而今輸送密度為760kg/m3，粘度小于20mm2/s的石油產(chǎn)品，故對軸功率需要進(jìn)行換算，即泵的允許安裝高度：泵的實(shí)際安裝高度為：-1.58-1.0＝-2.58m

用長度l=50m、直徑d1=25mm的總管，從高度z=10m的水塔向用水處供水。在用水處水平安裝d2=10mm的支管10個(gè)。設(shè)總管摩擦系數(shù)λ=0.03，總管局部阻力系數(shù)∑ζ1=20。支管很短，閥門全開時(shí)包括出口損失在內(nèi)的支管阻力相當(dāng)于一個(gè)ζ2=6.4的球心閥的阻力。分流點(diǎn)的阻力可以忽略。求：①當(dāng)所有閥門全開時(shí)，總流量V

=？m3/s②再增設(shè)同樣10個(gè)支路，各支路阻力同前，V有何變化？解：①在水塔液面至任一個(gè)支管出口處列柏努利方程：其中：z1＝10m,z2＝0,p1=p2=0(表壓)，聯(lián)立以上各式，即可解得：

V＝7.55×10-4m3/s=2.718m3/h②再增設(shè)10個(gè)支路，各支路阻力同前時(shí)，按照前述方法，可解得：

V＝1.509×10-3m3/s=5.432m3/h圖示管道中通過流量V=3×10-3m3/s的水，在1-1’截面處和2-2’截面處管道直徑分別為d1=5cm，d2=2.5cm，同時(shí)測得1-1’截面處的壓強(qiáng)p1=0.1atm(表)。從1-1’截面到2-2’截面間的壓頭損失較小，可以略去不計(jì)。試問：①聯(lián)接在該收縮斷面2-2’上的小管，可將水自容器內(nèi)吸上多大高度？

②如果用閥門調(diào)節(jié)流量，當(dāng)流量增加或減少時(shí)，小管中水面將如何變化？為什么？11’2’2hpa水解：①在1-1’截面和2-2’截面之間列柏努利方程：其中：z1＝z2＝0,p1=0.1atm(表壓)=10130Pa(表壓)可解得：P2＝-7365.6Pa(表壓)再根據(jù)流體靜力學(xué)方程：

即小管可將水自容器內(nèi)吸上751mm的高度。

②當(dāng)用閥門調(diào)節(jié)流量，流量增加時(shí)，小管中水面升高，因?yàn)榱髁吭黾訒r(shí)，截面2處的負(fù)壓值(或真空度)會增大，有利于水自容器吸入小管內(nèi)。反之，當(dāng)流量減小時(shí)，小管中水面降低，因?yàn)榱髁繙p小時(shí)，截面2處的負(fù)壓值(或真空度)會減小，不有利于水自容器吸入小管內(nèi)。

用一離心泵將密度為1000kg/m3的溶液從池Ａ抽出，經(jīng)一主管后分成兩個(gè)支管。支管1去罐Ｃ，支管2去容器Ｄ。已知罐Ｃ的真空度為367.8mmHg，容器Ｄ的表壓為0.01962MPa，兩支管的數(shù)據(jù)如下表：

支管1支管2

支管總當(dāng)量管長m

42.9

100

管內(nèi)徑mm

50

100

摩擦系數(shù)0.021

0.018

液面高度

m

7

0