化工原理课后习题答案8

第一章流体流动

1.解：由绝对压强=大气压强-真空度得到：

设备内的绝对压强Pie=98.7X10%-13.3X103Pa=8.54X103Pa

设备内的表压强P«=-真空度=-13.3X10*Pa

2.分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P油W。悔

解：Pm=PghXA=960X9.81X(9.6-0.8)X3.14X0.76=150.307X103N

32

0tls=39.03X10X3.14X0.014Xn

PNW。媒得n26.23取nmi„=7至少需要7个螺钉

3.分析：根据静力学基本原则，对于右边的U管压差计，a-a.为等压面，对于左边的压差计，b-b'为

另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。

解：设空气的密度为Pe,其他数据如图所示a-a处PA+Psgh,=P水gR：,+P栩gRz

由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记

即：Pa=1.0X103X9.81X0.05+13.6X10；!X9.81XO.05=7.16X103Pa

b-b处PB+Pggh3=PA+PBgh2+P*u!gRi

PB=13.6X103X9.81X0.4+7.16X103=6.05X103Pa

4.分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1—1'和4—4'为等压面，2

一2'和3—3'为等压面，且1-1'和2—2'的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解

解：设插入油层气管的管口距油面高Ah在1-1'与2—2'截面之间

Pi=P2+P*wgRVP]=Pi,P2=P3且P3=P煤油gAh,P，i=P*g(H-h)+P域汕g(Ah+h)

联立这几个方程得到P,KMgR=P*g(H-h)+P®iig(Ah+h)-p煤油gAh即

P«gR=P加gH+pt«gh-p木gh带入数据得到：h=0.418m

5.分析：首先选取合适的截面用以连接两个U管，本题应选取如图所示的1一1截面，再选取等

压面，最后根据静力学基本原理列出方程，求解

解：设1—1截面处的压强为P一对左边的U管取a-a等压面，由静力学基本方程

3

P。+P*g(h5-h4)=P>+P*®g(h3-h4)代入数据P。+1.0X10X9.81X(3-1.4)

=Pi+13.6X103X9.81X(2.5-1.4)

对右边的U管取b-b等压面,由静力学基本方程P,+P*g(h3-h2)=P次眼g(h「hz)+Pa代

入数据:Pi+1.0X103X9.81X(2.5-1.2)=13.6X10；,X9.81X(2.3-1.2)+99.3X10：'

解着两个方程得:P产3.64X105Pa

6.分析：此题的关键是找准等压面，根据扩大室一端与大气相通，另一端与管路相通，可以列

出两个方程，联立求解

解：由静力学基本原则，选取为等压面，对于U管左边p次+P汕g(hi+R)=P,

对于U管右边Pz=PvhgR+P油ghz,p«=P*gR+P«ngh2-Pimg(hi+R)

=P*gR-P>fiigR+PMg(ha-hi)

当P我=0时，扩大室液面平齐即Jt(D/2)'(hz-hi)=Ji(d/2)R,hz-hi=3mm

p所2.57X102Pa

7.解：空气的体积流量Vs=uA=9Xn/4X0.022X121=0.342m7s

质量流量Ws=VsP=VsX(MP)/(RT)=0.342X[29X(98.7+196)]/[8.315X323]=1.09kg/s

换算成标准状况VR/V2P2=「/”

Vs2=P1T2/P2T1XVS1=(294.7X273)/(101X323)X0.342=0.843m7s

8.分析：此题涉及的是流体动力学，有关流体动力学主要是能量恒算问题，一般运用的是柏努力

方程式。运用柏努力方程式解题的关键是找准截面和基准面，对于本题来说，合适的截面是高位

槽1—r和出管口2—2,，如图所示，选取地面为基准面。

解：设水在水管中的流速为u,在如图所示的1一「，2—2,处列柏努力方程

2

Zig+0+P1/p=Z2g+U/2+P2/P+Ehf

22

(Z!-Z2)g=U72+6.5u代入数据(8-2)X9.81=7u,u=2.9m/s

换算成体积流量：Vs=uA=2.9Xn/4X0.I2X3600=82m3/h

9.分析:根据水流过A、B两截面的体积流量相同和此两截面处的伯努利方程列等式求解

解：设水流经A、B两截面处的流速分别为LU、UBUAAA=UBAB

2

UB=(AA/AB)UA=(33/47)X2.5=L23m/s,在A、B两截面处列柏努力方程

2

Z,g+u,/2+PMP=Zzg+u//2+P2/p+Eh,Z1=Zz

222

...(P(-P2)/p=£hr+(ut-u2)/2g(h1-h2)=1.5+(1.23-2.5)/2

h-h2=0.0882m=88.2mm即两玻璃管的水面差为88.2mm

10.分析：考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两部分来

处理，从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管，在两段分别列柏努力方程。

222

解：总能量损失Ehf=Ehf+.i£hf,zU1=U2=U=2U+10U=12U

22

在截面与真空表处取截面作方程：zog+uo/2+P1>/p=Zig+u/2+Pi/p+Ehf.i

(Po-Pi)/P-zig+u'/2+Ehf.i.,.u=2m/sw、=uAp=7.9kg/s

在真空表与排水管-喷头连接处取截面z1g+u72+P1/P+Wc=z2g+u72+P2/P+Lhf,2

；.We=Z2g+u72+P2/p+Ehf,2—(Zig+u72+Pi/P)=12.5X9.81+(98.07+24.66)/998.2X103+10X22

=285.97J/kgNe=Wcws=285.97X7.9=2.26kw

11.分析：看似一个普通的解柏努力方程的题，分析槽内无液体补充，则管内流速并不是一个定

值而是一个关于液面高度的函数，抓住槽内和管内的体积流量相等列出一个微分方程，积分求解。

解：在槽面处和出口管处取截面1T,2-2列柏努力方程:hig=u72+£hr=1172+20/

...u=(0.48h)“2=0.7h"2槽面下降dh,管内流出uA2dt的液体

/22

.".Adh=uA2dt=0.7h'A2dt.".dt=Aldh/(A20.7h')对上式积分：t=l.8.h

12.分析：本题是一个循环系统，盐水由A经两个换热器被冷却后又回到A继续被冷却，很明显

可以在A-换热器-B和B-A两段列柏努利方程求解。

22

解：⑴由A到B截面处作柏努利方程：O+UA/2+PA/Pi=ZBg+u#/2+PB/P+9.81

管径相同得UA=UB(PA-PB)/P=ZBg+9.81

2

由B至ijA段，在截面处作柏努力方程„Zlig+ui,/2+Pi,/P+W.=0+U,、2+PA/p+49

.*.WC=(PA-PB)/P-ZBg+49=98.1+49=147.lj/kg/.WS=VSP=36/3600X1100=1lkg/s

Ne=W,.XWs=147.1X11=1618.Iw泵的抽功率N=No/76%=2311.57W=2.31kw

(2)由第一个方程得(PA-PB)/p=Zng+9.81得:PB=PA-p(ZBg+9.81)=6.2X10'Pa

13.解：对上下两槽取截面列柏努力方程：0+0+P/p=Zg+0+P2/p+Eh「

=107.91X10,+3498i?在压强管的B,C处去取截面，由流体静力学方程得

Pd+pg(x+Ri)=PC+Pg(hec+x)+p水根Rig

3

PB+1100X9.81X(0.045+x)=PC+1100X9.81X(5+x)+13.6X10X9.81X0.045

PB-PC=5.95X10'Pa在B,C处取截面歹ij柏努力方程:0+UB2/2+P，P=Zg+u//2+Pc/P+£hr.BC

2

•.•管径不变,；.Ub=u°PB-PC=P(Zg+Lhf.K)=11OOX(1.18U+5X9.81)=5.95XlO'Pa

u=4.27m/s压缩槽内表压Pi=1.23Xl()5pa

(2)在B,D处取截面作柏努力方程:0+U2/2+PB/P=Zg+O+O+Zhf.K+Ehf.CD

222

PB=(7X9.81+1.18u+u-0.5u)XI100=8.35X10'PaPB-pgh=P«R2gR2=609.7mm

14.解：查20℃,70%的醋酸的密度P=1049Kg/m3,粘度口=2.6mPa•s用SI单位计算：

2

d=1.5X10m,u=Ws/(PA)=0.9m/s

Re=duP/u=(L5XIO"X0.9X1049)/(2.6X103)=5.45X103

用物理单位计算：P=1.049g/cm3,u=Ws/(PA)=90cm/s,d=l.5cm

u=2.6X103Pa,S=2.6X10Jkg/(s,m)=2.6X10'g/s*cm1

Re=duP/P=(1.5X90X1.049)/(2.6X10'2)=5.45X103>4000:.此流体属于湍流型

15.解：(1)先计算A,B两处的流速:UA=WS/PSA=295m/s,UB=WS/PSB

在A,B截面处作柏努力方程：z,、g+u，/2+P/P=ZBg+uB72+PB/P+Lhf

2

Alkg水流经A,B的能量损失：Ehf=(115)/2+(P「P”)/P=(uA-ue>/2+PgR/P=4.41J/kg

(2).压强降与能量损失之间满足：£hf=AP/pAAP=p£hf=4.41X103

16.解：(1)Re=duP/u=(14X10;，X1X850)/(8X10;，)=1.49X103>2000滞流

(2)由于滞流行流体流速沿管径按抛物线分布，令管径和流速满足

2

y'=-2p(u-um)当u=011寸，/=d=2pump=r/2=//8当u=u平均=0.5u1Kx=0.5m/s

时，y2=-2p(0.5-1)=d78=0.125d2.•.即与管轴的距离r=4.95X10-3m

(3)在147X1()3和127.5x两压强面处列伯努利方程:u>72+PA/P+Zlg=u]/2+PB/P+Z2g

+£hrVU1=U2,ZFZ2.\PA/P=Pl)/p+Ehr

损失能量h产(PA-PB)/P=(147X10-127.5X103)/850=22.94滞流

2

•••摩擦系数与雷若准数之间满足X=64/Re又hf=XX(i/d)XO.5ui=14.95m

:输送管为水平管，，管长即为管子的当量长度即：管长为14.95m

2R2

17.解：平均速度u=V/A=JJurX2“rdr/(nR)-；0umi,x(y/R)'"X2"rdr/(nR)

//(R-r)”'rdr=0.82uw*u/u皿=0.82

18.解：•.•管径减少后流量不变.•・11小产11人而1*1=1:2/.AI=4A2AU2=4U

由能量损失计算公式Eh尸入•(i/d)义(l/2u2)得

22L

£h3产入•(i/d)X(l/2u)),Lhf,2=^*(i/d)X(l/2u2)=入•(i/d)X8(ui)

二16£hf.i.**hf2=16hn

19.解：烟囱的水力半径r»=A/n=(IX1.2)/2(1+L2)=0.273m当量直径d0=4m产1.109m

流体流经烟囱损失的能量:Lhr=X«(i/i)•U2/2=0.05X(30/1.109)Xu2/2=0.687u2

空气的密度P空气=PM/RT=1.21Kg/m：，

烟囱的上表面压强(表压)Pi.=-P空气gh=1.21X9.81X30=-355.02Pa

烟囱的下表面压强(表压)P下=-49Pa烟囱内的平均压强P=(P।+PF)/2+P产101128Pa

由P=PM/RT可以得到烟囱气体的密度P=(30X103X101128)/(8.314X673)=0.5422Kg/m3

在烟囱上下表面列伯努利方程:PJP=PF/P+Zg+Ehr

流体流速u=19.76m/s质量流量3s=UAP=19.76X1X1.2X0.5422=4.63X10,Kg/h

20.解：流体的质量流速3尸2X1073600=5.56kg/s流速u=3，(Ap)=1.43m/s

雷偌准数Re=dup/u=165199>4000查本书附图厂29得5个标准弯头的当量长度：

5X2.1=10,5m2个全开阀的当量长度：2X0.45=0.9m

J.局部阻力当量长度E30.5+0.9=11.4m假定l/X,/2=21g(d/e)+1.14=21g(68/0.3

+1.14/.X=0.029

检验d/(eXReXX,/2)=0.008>0.005符合假定即X=0.029

2

.•.全流程阻力损失£h=xX(I+EIc)/dXU/2+4XU72=30.863J/Kg

在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得:P/P+We=Zg+Pz/P+Zh

We=Zg+(P「PZ)/P+Eh=15X9.81+26.7X1071073+30.863=202.9J/Kg

3

有效功率Ne=WeXo)s=202.9X5.56=1.128X10

轴功率N=Ne/n=l.128X1070.7=1.61X103kw=1.61KW

21.解:查表得该气体的有关物性常数P=1.093,u=1.96X10-5Pa«s

气体流速u=3600/(3600X4/nX0.252)=20.38m/s

质量流量3-uAs=20.38X4/nX0.25'X1,093=1.093Kg/s

流体流动的雷偌准数Re=dup/u=2.84X105为湍流型

所得当量长度之和I&=i+£ie=50me取0.15时e/d=0.15/250=0.0006查表得

X=0.0189所有能量损失包括出口，入口和管道能量损失

即：Eh=0.5XU2/2+1XU72+(0.0189X50/0.25)•u2/2=U00.66

a

在1-1、2-2两截面处列伯努利方程:U72+PJ/P+We=Zg+u/2+P2/P+Eh

We=Zg+(P2-P)/P+Zh

33

而1-1、2-2两截面处的压强差P2-P尸P2-P/gh=1.96X10-10X9.81X31X10=1665.7Pa

AWe=2820.83W/Kg泵的有效功率Ne=WeXws=3083.2W=3.08KW

22.解：⑴根据流体静力学基本方程，设槽面到管道的高度为x

P水g(h+x)=P«ngR,103X(1.5+X)=13.6X103X0.6x=6.6m

部分开启时截面处的压强Pi=P*®gR-P*gh=39.63X103Pa

在槽面处和IT截面处列伯努利方程:Zg+0+0=0+u72+P/P+Eh

22

而Eh=LX(i+Sic)/d+C]•U/2=2.125u

.•.6,6X9.81=u72+39.63+2.125u2u=3.09/s

体积流量3产uAP=3.09Xn/4X(0.1)2X3600=87.41m3/h

⑵闸阀全开时取2-2,3-3截面列伯努利方程:Zg=U72+0,5U72+0.025X(15+i/d)u2/2

u=3.47m/s取IT、3-3截面列伯努利方程:P；/P=u2/2+0.025X(15+t7d)u72

；.P；=3.7X10'Pa

23.解：查表得10℃时的水的密度P=999.7Kg/m3N=130.77X105Pa•s

u=Vs/A=10.85X10-7d2£hr=6X9.81=58.86J/Kg

2

Ehf=(X•i/d)U/2=X•150u7d假设为滞流X=64/Re=64u/duP

3

VHtg>LhfAd^l.5X10-检验得Re=7051.22>2000

•••不符合假设为湍流假设Re=9.7X10’即dup/u=9.7X10'

Ad=8.34X10m则e/d=0.0006查表得X=0.021

要使EhWHrg成立则X•150u7dW58.86d>l.82X102m

24.解：⑴在两槽面处取截面列伯努利方程://2+Zg+P/P=U2/2+P2/P+Ehr

2

VP,=P2Zg=Lh,=X•(i/d)-u/21.5X9.81=A•(50/82X10：')•U72①

假设流体流动为滞流,则摩擦阻力系数X=64/Re=64u/duP②

联立①②两式得到u=1.2m/s核算Re=dup/y=1920<2000假设成立

油的体积流量3,=UA=1.2Xn/4(82X103)2X3600=22.8m7h

⑵调节阀门后的体积流量3；=22.8X(1-20%)=18.24m7h

调节阀门后的速度u=0.96m/s

同理由上述两式1.5X9.81=、•(i/82X10*)•0.962/2

X=64/Re=64u/dup可以得到i=62.8m.,.阀门的当量长度te=i_50=12.8m

25.分析：并联两管路的能量损失相等，且各等于管路总的能量损失，各个管路的能量损失由两

部分组成，一是气体在支管内流动产生的，而另一部分是气体通过填料层所产生的，即Eh

产入•(i+Eie/d)•u/2+h,而且并联管路气体总流量为个支路之和,即Vs=Vsl+Vs2

解：⑴两阀全开时，两塔的通气量

由本书附图1—29查得d=200mm时阀线的当量长度ie=150m

Ehn=A•(Ii+£Iei/d)•U172+5u>2=0.02X(50+150)/0.2•u>2/2+5u「

Shf2=X•(i2+£ie2/d)•u//2+4u『=0.02X(50+150)/0.2•后/2+4u/

2

VZhn=Ehf2.\ui7u2=l1.75/12.75即Ui=0.96u2XWS=Vsl+Vs2

2

=U1A1+u2A2,Ai=Az=(0.2)n/4=0.01n=(0.96u2+U2)•0.01Jt=0.3

s=4.875m/su,A=4.68m/s即两塔的通气量分别为V«=0.147m7s,Vsl2=0.153m7s

(2)总的能量损失Ehf=Ehn=Eh,2=0.02X155/0.2•u『/2+5u『=12.5u>279.25J/Kg

26.解：(1)离心泵的有效压头总管流速u=Vs/A

而八=3600XJt/4X(117)2X103u=2.3m/s

2

在原水槽处与压强计管口处去截面列伯努利方程:Z°g+We=u/2+Po/P+Ehr

•••总管流动阻力不计£h尸0We=U72+Po/P-Zog=176.38J/Kg

...有效压头He=We/g=17.98m

⑵两支管的压头损失，在贮水槽和A、B表面分别列伯努利方程Z0g+We=Z.g+PMP+Zn

Zog+We=Z2g+P2/P+EhK得到两支管的能量损失分别为:£h“=Zog+We-(Z.g+PI/P)

=2X9.81+176.38-(16X9.81+0)=39.04J/Kg

£hf2=Zog+We-(Z2g+P2/p)=2X9.81+176.38-(8X9.81+101.33X107998.2)=16.0J/Kg

...压头损失Hn=Ehfl/g=3.98mH*Ehr2/g=1.63m

27.算：解：⑴泵的轴功率

分别把主管和旁管的体积流量换算成流速

主管流速u=V/A=14/E3600X(it/4)X(60)2X10^]=1.38m/s

旁管流速u,=V./A=5/[3600X(it/4)X(27)2X10-6]=2.43m/s

先计算主管流体的雷偌准数:Re=dup/u=1821.6<2000属于滞流

摩擦阻力系数可以按下式计算:X=64/Re=0.03513

在槽面和容器液面处列伯努利方程:We=Z2g+P〃P+Ehr=120.93J/Kg

主管质量流量UAP=1.38X(Jt/4)X(60)2X1100=5.81Kg/s

泵的轴功率Ne/n=WeX3Jn=877.58W=0.877KW

⑵旁路阀门的阻力系数

旁管也为滞流其摩擦阻力系数L=64/Re产0.04434

有效功We=0+U,72+0+£h产u『/2+X•u『/2•20/di+e・u「/2

2UI2

二旁路阀门的阻力系数e=(We-u//2-X•Ui/2•20/d,)-2/=7.11

28.分析：当BD支管的阀门关闭时，BC管的流量就是AB总管的流量；当所有的阀门全开时，

AB总管的流量应为BC,BD两管流量之和。而在高位槽内，水流速度可以认为忽略不计。

解：⑴BD支管的阀门关闭VS,AB=VS,K即u°Ao=uA,unn3874=5n3274,u°=0.715

分别在槽面与C-C,B-B截面处列出伯努利方程:0+0+Zog=u『/2+0+0+Eh,,Ac

O

而£hr,Ac=X•(iAB/d(t)•U72+X•(iBC/d.)•ui72=0.03X(58000/38)Xu(,72+

UI2

0.03•(12500/32)X72=22.89u0+5.86u5

U2

£hf.A1)=X•(i,«/do)•(>72=0.03X(58000/38)Xu0/2=22.89u//.Ul=2.46m/s

BC支管的排水量VS,BC=UiAi=7.Im7s

⑵所有的阀门全开Vs.AB=VS,BC+VS.BDUoAo=UiAi+U2A2Uo口38?/4=u1m32?/4+u2n26?/4

222

uo38=Ui32+U226①假设在BD段满足1/入'j21g(d/e)+1.1:.X产0.0317

同理在槽面与C-C,D-D截面处列出伯努利方程:Z°g=u『/2+Shr.AC

22

=UI/2+入•(iAu/do)•U0/2+X•(iBc/di)•u//2②

U2U2UO2I2

Zog=2/2+£hr,g=2/2+X•(i*B/do),/2+XD«(M/d2),u2/2(3)

联立①②③求解得到u,1.776m/s,U2=1.49m/s

核算Re=dup/u=26X10：fX1.49X1070.001=38.74X103

(d/e)/Re入'〃=0.025>0,005

，假设成立

即D,C两点的流速Ui=1.776m/s,u2=1.49m/s

:.BC段和BD的流量分别为VS.BC=32X10X(n/4)X3600X1.776=5.14m7s

Vs®=26X10X(^/4)X3600X1.49=2.58m7s

29.解：查本书附表20℃时甲苯的密度和粘度分别为P=867Kg/m3,U=0.675X10J

假设Re=8.67X101当A%=(16.4/33)=0.245时，查孔板流量计的C。与Re,Ao/Ai的

关系得到C产0.63体积流量Vs=C°Ao[2gR(P「P)/p产

=0.63X"4义16.4/10一叹[2义9.81X0.6X(13.6-0.867)/0.867]'/2=l.75X10-3m7s

流速u=Vs/A=2.05m/s

核算雷偌准数Re=dup/u=8.67X10'与假设基本相符

.•.甲苯的质量流量3s=VsP=l.75X10；，X867X3600=5426Kg/h

第二章流体输送机械

1.解：取20℃时水的密度P=998.2Kg/m3在泵出口和入口处列伯努利方程：

u,72g+Pjpg+H=u『/2g+Pz/Pg+Hr+Z

•.•泵进出口管径相同，u,=u2不计两测压口见管路流动阻力H产0

Pl/pg+H=P〃pg+Z,H=(P2-P,)/pg+Z=18.46m

该泵的效率n=QHPg/N=26X18.46X998.2X9.8/(2.45X103X3600)=53.2.%

2.解：：输送的是清水,选用B型泵，查65℃时水的密度P=980.5Kg/m3

在水池面和喷头处列伯努利方程:u『/2g+P,/pg+H=ui72g+Pz/Pg+H「+Z

取5=th=0贝ijH=(P2-P,)/pg+Hf+Z=49X107980.5X9.8+6+(1+4)=15.1m

Q=40m7h由图2-27得可以选用3B19A29004

65℃时清水的饱和蒸汽压Pv=2.544X10'Pa

当地大气压H1P/pg=101.33X1()3/998.2X9.81=10.35m

查附表二十三3B19A的泵的流量：29.5—48.6m7h

为保证离心泵能正常运转,选用最大输出量所对应的H,即Hs=4.5m

3

输送65℃水的真空度Hs=[Hs+(Ho-10)-(Pv/9.81X10-0,24)]1000/P=2.5m

，允许吸上高度H“=Hs-ui72g-Hr0i=2.5-1=1.5m即安装高度应低于1.5m

3.解：查附录二十三65Y-60B型泵的特性参数如下:流量Q=19.8m7s,气蚀余量6m

扬程H=38m允许吸上高度H8=(Po-Pv)/pg-Ah-H-0.74m>-1.2

扬升高度Z=H-H.o2=38-4=34m

2

如图在1-1,2-2截面之间列方程:比728+P./Pg+H=u2/2g+Pz/Pg+H…2+AZ其中u//2g=

u272g=0管路所需要的压头：He=(Pz-P,)/pg+AZ+Hfil.2=33.74m<Z=34m

游品流量Q。，=15m7s<Q=19,8m7s离心泵的流量,扬升高度均大雨管路要求,且安装高

度有也低于最大允许吸上高度.因此,能正常工作

2

4.解：确定流速A0/A2=(d»/d2)=(35/50)2=049

查200c时水的有关物性常数P=998.2Kg/m3100.5X105,Pv=2.3346Kpa

，/2

假设设在常数区查图1-33得C。=0.694则uo=Co[2R(PA-P)g/P]=10.07m/s

5

112=0.49uo=4.93m/s核算：Re=d2u2p/li=2.46X10>2X10$.•.假设成立

Ui-Us(da/di)—1.23m/s允许气蚀余量ZXh-(P「P2)/Pg+u//2g

Pi=Pa-P4空度=28.02KpaAh=(28.02-2.3346)X107998.2X9.81=2.7m

允许吸上高度”=(Pa-Pv)/Pg-Ah-EII:•离心泵离槽面道路很短可以看作EH「=0

Hg=(Pa-Pv)/Pg-Ah=(101.4-2.3346)X107(998.2X9.81)-2.7=7.42m

5.解:⑴根据管路所需要压头H0与液体流量Q的关系：H,,=K+BQ?

而K=AZ+AP/pg且吸入排出空间为常压设备，4P=0AK=AZ=4.8

B=X•(1+S1e)/d•1/2g(60X10%)2

=(0.03X355/0.068)/2X9.81(0.068-XnX60X1074)2=l.683X10

二管道特性方程为：H0=4.8+1.683X10'Q?

由下列数据绘出管道特性曲线H..-QO

Q<.,L/min0100200300400500

He,m4.86.4811.5319.9531.7346.88

绘出离心泵的特性曲线H-Q于同一坐标系中，如图所示：两曲线的交点即为该泵在运转时

的流量泵的流量为400L/min

⑵若排出空间为密闭容器，则K=AZ+△P/pg=4.8+129.5X107998.2X9.81=1.802

;而B的值保持不变，管路的特性方程为1九=18.02+1.683X10Q2

重新绘出管路的特性曲线和泵的特性曲线

Q,.,L/min0100200300400500

He,ID18.0219.7024.7533.1744.9560.10

可以得到泵的流量为310L/min

6.解:列出管路特性方程H«=K+H,,K=AZ+AP/pg

•.•贮水池和渠道均保持常压AAP/Pg=0AK=AZAH^AZ+0.4X106Q2

在输水之初△%=2mIIe=2+0.4X10V

联立H=18-0.6X10n,解出此时的流量Q=4X10V/S,将贮水槽的水全部抽出AZ=9m

He=9+0.4X106Q12,再次联立H=18-0.6X10n,解出此时的流量。=3X1017s

1/流量Q随着水的不断抽出而不断变小取Q的平均值Q*(Q+Q)/2=3.5X10:,m7s

把水抽完所需时间T=V/QriS,=55.6h

7.解：①串联He=2H,10+1XlOV=2X(25-1X10V)/.Qe=0.436XlO'W/s

2

②并联Q=Q/2,25TxiO'XQ>10+1X10“Qc/2).*.Qc=0.383X10V/s

总送水量Q。=2Q.=0.765X102m2/s,并联组合输送量大

8.解：三动泵理论平均流量:QT=3ASm=3Xm/4X(0.07)2X0.025X20=0.52m3/min

实际流量Q=nQr=0.95X0.52=0.494m7min

泵的压头H=AP/Pg+Au72g+SHr+Z取△//2g=O=AP/Pg+SHr+Z=116.38m

轴功率N=HQP/102H=13.05Kw

9.解：列出此往复泵输送的管路特性方程:11=K+BQ：而K-AP/Pg+Au72g+Z

,:A,B槽上方均大气压AP/pg=0,△//2g=在输送开始时，ho=10m

输送完毕后A池液面下降：25/12=2.01mB池液面上升：25/4.15=6.1m

2

Ah=10+2.01+6.1=18.UmB=X•(i+Eie)/d•l/2g(3600A)=0.157

输送开始时管路的特性方程He=10+0.157Q；

输送完毕时管路的特性方程H；=18.4+0.157Q..2

取平均压头H根=(H0+H；)/2=(10+0.157Qo2+8.4+0.157Q/)/2,Q°=5m7s=18m

输送所需要的时间T=V/Q=25/5=5h=18000

输送有效功率N,=HQPg=18X5/3600X1200X9.81=294.3

6

所需要的能量W=NCT=5.3X10J=5300KJ

10.解：输送洁净空气应选用4-7271型通风机,40℃,真空度为196Pa时空气的密度P=MP/RT

3

=1.04Kg/m将输送系统的风压H；按Hr=H；P/P',Ht=1600X1.2/1.04=1850.72m

输送的体积流量Q=Q/P=14500/1.04=13942.31m7h

根据输送量和风压选择4-72-11No6c型可以满足要求，其特性参数为：

转速(r/min)风压(Pa)风量(m3/h)效率(%)功率(Kw)

20001941.8141009110.0

11.

2

解:送系统的风压:H；=(Z2-Zt)Pg+P2-Pi+(U2-U,)/2+P£hf

22

•.•水平管道输送，,Zz-Z尸0,(U2-U,)/2=0

空气的流动速度u=Q/A=20000/(n/4•0.82X3600)=11.06m/s

查本书附图可得15℃空气的粘度u=1.79X10:,Pa•s，密度P=1.226Kg/m3

Re=dup/u=0.8X1.226X11.06/1.79X103=6059.1e/d=0.3/800=0.000375

根据Re-e/d图可以得到其相对粗糙度X=0.0365AShf=X•(i+EiJ/d・u72=279.1

输送系统风压Hr=P2-Pi+PSht=10.8X103+1.226X279.1=11142.12Pa<12650Pa

且Q=20000〈21800,此风机合用

12.解：双缸双动压缩机吸气量V.K=(4A-a)snr

活杆面积与活塞面积相比可以略去不计

2

,吸收量=4Asnr=4XJI/4X0.3X0.2X480=27.13m7min

，/r

压缩机容积系数入。=1-e[(P2/P!)-l=1-0.08[(34.32/9.80)"j-1]=0.8843

Xd=0.858。=0.7516排气量V.in=Xd«V.in=20.39m7min

实际压缩功率Na=P,V™•K/(K-1)[(P2/P1)"""T]=50.19Kw

该压缩机的轴功率N=Na/na=50.19/0.7=71.7Kw

1/3

13.解：⑴各级的活塞冲程及往复次数相同，压缩机总的压缩比x=(P2/P,)-4

Vi：V2：V3=Ai：A2：A3=16：4：1

(2)2(TC时IKg空气的体积体=mRT/MP=1X8.315X293/(29X98.07)=0.8566m3

根据W=PM•iK/(K-1)•[(Pz/Pj(K,)/iK-l]=98.07X10X0.8566X3X1.4/0.4X(4OVL4-1)

=428.7KJ

第三章机械分离和固体流态化

I.试样500g,作为筛分分析，所用筛号及筛孔尺寸见本题附表中第一，二列，筛析后称取各

号筛面的颗粒截留量于本题附表中第三列，试求颗粒群的平均直径。

筛号筛孔尺寸，mm截留面，g筛号筛孔尺寸,mm截留面，g

101.6510650.20860.0

141.16820.01000.14730.0

200.83340.01500.10415.0

280.58980.02000.07410.0

350.4171302700.0535.0

480.295110共计500

解：先计算筛分直径小=(dio+du)/2=1.4095,d2=(dH+d20)/2=1.084

同理可以计算出d,=0.711,d,=0.503,&=0.356,5=0.252

d7=0.1775,d8=0.1225,=0.089,dio=0.0635

根据颗粒平均比表面积直径公式1/d„=l/GSG,/d得到l/G£G,/d=1/500(20/1.4095+

40/1.084+80/0.711+130/0.503+110/0.356+60/0.252+30/0.1775+15/0.1255+10/0.089

+5/0.0635)=2.899

颗粒平均直径相当于平均比表面积直径，即颗粒平均直径d=&=1/2.899=0.345

2.密度为2650kg/m3的球型石英颗粒在20℃空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗

粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。

解：(1)服从斯托克斯公式

查有关数据手册得到20℃时空气的密度P=1.205Kg/m3,粘度u=1.81X105Pa•s

要使颗粒服从斯托克斯公式，必须满足Re〈1即Re=du,p/u（1,而u,=d?（P「P）

32

g/18u由此可以得到d<18u/(PS-P)Pg

最大颗粒直径cU=[18u7(P-P)Pg]"=[18X(1.81X10-5)7(2650-1.205)

X9.81X1.205],/32=0.573X10'm=57.3ym

要使颗粒服从牛顿公式，必须满足103<Re(2X10-即

33

10(Re=dutP/u(2X10，而u<=1.74[d(P尸p)g/p]

由此可以得到d3>106P7[1.742P(Ps-P)g].,.最小直径d*=0.001512m=1512um

3.解：根据生产能力计算出沉降速度:u,=Vs/bi=3600/40m/h=0.025m/s

假设气体流处在滞流区则可以按u,=d2(p-P)g/18u进行计算

L

d=18n/(ps-p)g,Ui可以得到d=0.175X10'm

核算Re=du、p/u(1,符合假设的滞流区

，能完全除去的颗粒的最小直径d=0.175X104m=17.5um

4.解：假设沉降在滞流区,按u,=才(P「P)g/18u计算其沉降速度

5=(8XIO-*)2X(4000-0.5)X9.8/(18X3.4X10-5)=41X10-4m/s

核算Re=du,P/u<1,符合假设的滞流区

把标准生产能力换算成47X:时的生产能力：Vs=V(273+427)/273=5538.46m'/h

由Vs=blui(n-1)得

n=Vs/blu-1=5538.46/(4.1X1.8X41X10^X3600)-1=50.814-1=49.8

取n=50层，板间距ZXh=H/(n+1)=4.2/51=0.0824m=82.4mm

5.解：(1)临界直径

选用标准旋风分离器Ne=5,&=8.0,B=D/4,h=D/2

2