《化工原理》第四版习题答案

1绪绪绪绪论论论论【 0 - 1 】 1 中 溶解 0 . 0 5 k mo l C O O O O 2 ， 试 求 溶液 中 C O O O O 2 的 摩 尔分数 ， 水的 密 度 为 1 0 0 k g / 解 水 3 3k g / m k m o l / 0 01 0 0 0 1 8=C O O O O 2 的 摩 尔分 数 . . 5 8 9 9 1 01 0 0 00 0 5 1 8= = +x【 0 - 2 】 在 压 力 为 1 0 1 3 2 5 温 度 为 2 5 条 件 下 ， 甲 醇 在 空 气 中达 到 饱和 状 态 。 试 求 ： ( 1 ) 甲 醇 的饱 和 蒸 气 压 ( 2 ) 空 气 中甲 醇 的 组 成 ，以 摩 尔分 数 质 量分 数 A 、 浓 度 质 量浓 度 A 表 示 。解 ( 1 ) 甲 醇 的饱 和 蒸 气 压 o Ap.l g . 7 4 9 97 1 9 7 3 62 5 2 3 8 8 6= +o 1 6 9=o Ap k P a( 2 ) 空 气 中甲 醇 的 组 成摩 尔 分数 . . 9 0 1 6 71 0 1 3 2 5= = 分数 . . ( . )0 1 6 7 3 2 0 1 8 10 1 6 7 3 2 1 0 1 6 7 2 9 = = + 3. . T = = = 316 9 6 82 10 8 314 298质 量 浓度 . . /A A k g = =3 36 8 2 1 0 3 2 0 2 1 8 =【 0 - 3 】 1 0 0 0 k g 的 电 解 液 中 含 H 质 量 分 数 1 0 %、 l 的 质 量 分数 1 0 %、 2H O 的 质 量分 数 8 0 %， 用 真空 蒸 发 器 浓缩 ， 食 盐 结晶 分 离 后的 浓 缩液 中 含 H 5 0 %、 l 2 %、 2H O 4 8 %， 均 为 质量 分 数 。 试 求 ：( 1 ) 水 分 蒸 发 量 ； ( 2 ) 分 离 的 食 盐 量 ； ( 3 ) 食 盐 分 离 后 的 浓 缩 液 量 。 在 全过 程 中， 溶 液 中 的 N a 保 持一 定 。解 电 解 液 1 0 0 0 k g 浓 缩 液中2H 1 0 0 0 0 . l = 1 0 0 k g N a O H = 0 . 5 （ 质 量分 数 ）N a O H 1 0 0 0 0 . l = 1 0 0 k g N a C l = 0 . 0 2 （ 质 量分 数 ）2H O 1 0 0 0 0 . 8 = 8 0 0 k g 2H O = 0 . 4 8 （ 质 量分 数 ）在 全 过程 中 ， 溶 液中 N a O H 量 保 持一 定 ， 为 1 0 0 k 液量 为 / 0 0 5 2 0 0= k 0 k g 浓 缩 液 中 ， 水 的 含 量 为 2 0 0 0 . 4 8 = 9 6 k g ， 故 水 的 蒸 发 量 为8 0 0 - 9 6 = 7 0 4 k 液 中 量 为 2 0 0 0 . 0 2 = 4 k g ， 故 分 离 的 1 0 0 - 4 = 9 6 k 压力【 1 - 1 】 容 器 A 中 的 气 体 表 压 为 6 0 k P a ， 容 器 B 中 的 气 体 真 空 度为 . 41 2 10 P a 。 试 分别 求 出 A 、 B 二 容 器中 气 体 的 绝对 压 力 为 若干 帕 ， 该处 环 境的 大 气 压 力等 于 标 准 大气 压 力 。解 标 准 大气 压 力 为 1 0 1 . 3 2 5 k P A 的 绝 对压 力 . .p k P a= =A 1 0 1 3 2 5 + 6 0 1 6 1 3 2 5 容 器 B 的 绝 对压 力 . k P a= =1 0 1 3 2 5 1 2 8 9 3 2 5 【 1 - 2 】 某 设 备进 、 出 口 的表 压 分 别 为 - 1 2 k P a 和 1 5 7 k P a ， 当 地 大气 压 力为 1 0 1 . 3 k P a 。 试 求 此设 备 的 进 、 出 口 的绝 对 压 力 及进 、 出 的 压力 差 各为 多 少 帕 。解 进 口 绝对 压 力 . 0 1 3 1 2 8 9 3 = =p k P 绝对 压 力 . 0 1 3 1 5 7 2 5 8 3 = + =p k P 出口 的 压 力 差. .p k P a p k P a = = + = = =1 5 7 （ 1 2 ） 1 5 7 1 2 1 6 9 或 2 5 8 3 8 9 3 1 6 9 流体 的密度【 1 - 3 】 正 庚 烷 和正 辛 烷 混 合 液 中， 正 庚 烷 的 摩 尔 分数 为 0 . 4 ， 试求 该 混合 液 在 2 0 下 的 密度 。解 正 庚 烷 的 摩 尔 质 量 为 /k g k m o 0 ， 正 辛 烷 的 摩 尔 质 量 为/k g k m o 4 。将 摩 尔分 数 换 算 为质 量 分 数4正 庚 烷的 质 量 分 数 . . 4 1 0 0 0 3 6 90 4 1 0 0 0 6 1 1 4 = = + 正 辛 烷的 质 量 分 数 . 0 3 6 9 0 6 3 1 = =从 附 录 四 查 得 2 0 下 正 庚 烷 的 密 度 /k g 31 684 ， 正 辛 烷 的 密 度 为/k g 32 7 0 3混 合 液的 密 度 /. . 31 6 9 60 3 6 9 0 6 3 16 8 4 7 0 3 = =+mk g m【 1 - 4 】 温 度 2 0 ， 苯 与 甲苯 按 4 : 6 的 体 积比 进 行 混 合 ， 求 其 混合液 的 密度 。解 2 0 时 ， 苯的 密 度 为 / 3879k g m ， 甲 苯的 密 度 为 / 3867k g m 。混 合 液密 度 . . / 38 7 9 0 4 8 6 7 0 6 8 7 1 8 = + =m k g m【 1 - 5 】 有 一 气 柜 ， 满 装 时 可 装 36000m 混 合 气 体 ， 已 知 混 合 气 体 各组 分 的体 积 分 数 为2 2 2 4 H N O 0 . 2 0 . 3 2 0 . 0 7 0 . 0 1操 作 压 力 的 表 压 为 5 . 5 k P a ， 温 度 为 4 0 。 试 求 ： ( 1 ) 混 合 气 体 在操 作 条件 下 的 密 度； ( 2 ) 混 合 气体 的 量 为 多少 k m o l 。解 . . p k + = = + =273 40 313 ， 101 3 5 5 106 8 （ 绝 对 压 力 ）混 合 气体 的 摩 尔 质量. . . . . . /2 0 4 2 8 0 2 2 8 0 3 2 4 4 0 0 7 1 6 0 0 1 1 8 6 = + + + + =mM k g k m o l( 1 ) 混 合 气体 在 操 作 条件 下 的 密 度为. . . /p M k g = = =31 0 6 8 1 8 6 0 7 6 3 8 3 1 4 3 1 3( 2 ) 混 合 气体 36000=V m ， 摩 尔体 积 为 . /m k m o 31 8 60 7 6 3混 合 气体 的 量 为 .k m o = =6 0 0 0 0 7 6 3 2 4 6 1 8 65流体 静力学【 1 - 6 】 如 习 题 1 - 6 附 图 所示 ， 有 一 端封 闭 的 管 子 ， 装 入 若干 水 后 ，倒 插 入常 温 水 槽 中 ， 管 中 水柱 较 水 槽 液面 高 出 2 m， 当 地大 气 压 力 为 1 0 1 . 2 k P a 。 试 求 ： ( 1 ) 管 子 上 端 空 间 的 绝 对压 力 ； ( 2 ) 管 子 上 端 空间 的 表 压 ； ( 3 ) 管 子 上 端 空间 的 真空 度 ； ( 4 ) 若 将 水 换 成 四 氯 化 碳 ， 管 中 四 氯 化 碳 液 柱 较槽 的 液面 高 出 多 少米 ？解 管 中 水柱 高 出 槽 液面 2 m， h = 2 m 水 柱 。( 1 ) 管 子 上端 空 间 的 绝对 压 力 绝 平面 1 1 处 的 压力 平 衡 ， 压 力1 0 1 2 0 0 1 0 0 0 9 8 1 2 8 1 5 8 0 （ 绝 对 压 力 ）+ = =p g a( 2 ) 管 子 上端 空 间 的 表压 表 - 大 气 压 力 =81580101200 19620 = = p p 3 ) 管 子 上端 空 间 的 真空 度 真p( )真 表= - = - 1 9 6 2 0 1 9 6 2 0 p p P a =( 4 ) 槽 内 为四 氯 化 碳 ，管 中 液 柱 高度 h= 4水常 温 下四 氯 化 碳 的密 度 ， 从 附录 四 查 得 为 /k g 4 31 5 9 4 .h m= =1 0 0 0 2 1 2 5 1 5 9 4【 1 - 7 】 在 2 0 条 件 下 ， 在 试 管内 先 装 入 1 2 c m 高 的 水银 ， 再 在 其上 面 装入 5 c m 高 的 水 。 水 银 的密 度 为 / 31 3 5 5 0 k g m ， 当 地 大气 压 力 为 1 0 1 k P a 。习 题 1 图6试 求 试管 底 部 的 绝对 压 力 为 多少 P a 。解 水 的 密度 / 3水 =998 k g m( ). . . 1 0 1 1 0 0 1 2 1 3 5 5 0 0 0 5 9 9 8 9 8 1 1 1 7 4 1 0= + + = p P a【 1 - 8 】 如 习题 1 - 8 附 图 所示 ， 容 器 内贮 有 密 度 为 / 31 2 5 0 k g m 的 液 体 ，液 面 高度 为 3 . 2 m。 容 器 侧壁 上 有 两 根测 压 管 线 ， 距 容 器底 的 高 度 分别为 2 m 及 1 m， 容 器 上部 空 间 的 压力 （ 表 压 ）为 2 9 . 4 k P a 。 试 求 ： ( 1 ) 压 差 计读 数 （ 指 示 液密 度 为 / 31400k g m ） ； ( 2 ) A 、 B 两 个 弹 簧 压 力 表的 读 数。解 容 器 上 部 空 间 的 压 4 （ 表 压 ）=p k P 密度 / 31 2 5 0 = k g m ， 指 示液 密 度 / 30 1 4 0 0 = k g m( 1 ) 压 差 计读 数 R = ?在 等 压面 1 11 1 上 =p p( )( )( ) ( )( ). . .p p h R gp p h g R gp h R g p h g R gR = + + += + + + + + + = + + + =11 0003 2 13 2 2 12 2 2 20( )0因 g 0， 故 0 =R( 2 ) ( ). . . . p g P + = + = 3 33 2 1 2 9 4 1 0 2 2 1 2 5 0 9 8 1 5 6 4 1 0( ). . . . 3 2 2 29 4 10 1 2 1250 9 81 44 1 10= + = + = Bp p g 1 - 9 】 如 习 题 1 - 9 附 图 所示 的 测 压 差装 置 ，其 U 形 压 差计 的 指 示 液为 水 银 ， 其 他 管中 皆 为水 。 若 指 示液 读 数 为 1 5 0=R m m ， 试 求 A 、 B 两 点习 题 1 图习 题 1 图7的 压 力差 。解 等 压 面 1 11 1 ， =p = Ap p H g( ) 水0 5 = + + +Bp p H R g 上三 式 ， 得( )0 5 = +A Bp p R g R . / 3汞0 15 ， 13600= =R m k g m ，( ). . . . 5 1 3 6 0 0 9 8 1 0 5 0 1 5 1 0 0 0 9 8 1 = + A Bp p. 4 10 13 64 = =Pa k 1 - 1 0 】 常 温 的水 在 如 习 题 1 - 1 0 附 图 所示 的 管 路 中流 动 ， 为 测 量A 、 B 两 截 面 间 的压 力 差 ， 安 装 了两 个 串 联 的 U 形 管 压 差 计， 指 示 液为 汞 。 测 压 用的 连 接 管 中充 满 水 。 两 U 形 管 的连 接 管中 ， 充 满 空气 。 若 测 压前 两 U 形 压 差计的 水 银 液 面 为 同 一高 度 ， 试 推 导 A 、 B 两 点 的压 力 差 p 与 液 柱 压 力 汁 的 读 数 1 2、R R 之 间 的 关系 式 。解 设 测 压前 两 U 形 压 差计 的 水 银 液面 ，距 输 水管 中 心 线 的距 离 为 H H H H 。在 等 压面 2 2 处1 1 22 1 汞水 气2 2 + = + + + Rp p H g R g g 22 2 汞水2 = + + B Rp p H g R 2 2=p p ， 由 上两 式 求 得习 题 1 附 图8( ) 水 气1 2 汞 + = + A Bp p R 水 【 1 - 2 3 】 ( 1 ) 温 度 为 2 0 、 流 量 为 /4 L s 的 水 ， 在 .m m m 5 7 3 5 的 直管 中 流动 ， 试 判 断流 动 类 型 ； ( 2 ) 在 相 同的 条 件 下 ， 水 改 为运 动 黏 度 为15. /24 4 c m s 的 油 ，试 判 断 流 动类 型 。解 ( 1 ) . , / . , . /Vd m q m s P a s k g = = = =3 3 3 30 0 5 4 1 0 ， 1 0 0 5 1 0 9 9 8 2流 速 . /( . )m = = =32 24 1 0 2 0 3 8 0 0 54 4雷 诺 数 . . . 530 0 5 2 0 3 8 9 9 8 2 1 0 1 1 0 4 0 0 0 为 湍 流1 0 0 5 1 0 = = = d u( 2 ) . / . /v c m s m s= = 2 4 24 4 4 4 10 雷 诺 数 . 40 0 5 2 0 3 8 2 3 2 2 0 0 0 为 层 流4 4 1 0 = = = d 1 - 2 4 】 2 0 的 水 在 m m m 2 1 9 6 的 直 管内 流 动 。 试求 ： ( 1 ) 管 中 水的 流 量由 小 变 大 ，当 达 到 多 少 /m ， 能保 证 开 始 转为 稳 定 湍 流； ( 2 )若 管 内改 为 运 动 黏度 为 . /c m 4 的 某 种液 体 ， 为 保 持层 流 流 动 ， 管 中 最大 平 均流 速 应 为 多少 ？解 ( 1 ) 水 ， 2 0 ， . / . , 9 9 8 2 ， 1 0 0 5 1 0 0 2 0 7 = = =k g m P a s d m. /. 30 2 0 7 9 9 8 2 4 0 0 0 0 0 1 9 4 51 0 0 5 1 0d u u u m = = =体 量 流量 ( ). . /22 4 30 2 0 7 0 0 1 9 4 5 6 . 5 4 1 04 4Vq d u m = = = ( 2 ) . / . /2 4 20 14 0 14 10 = = c m s m . 40 2072000 0 14 10= u . /0 1 3 5=u m 体流动 的摩擦阻 力损失【 1 - 2 5 】 如 习 题 1 - 2 5 附 图 所示 ， 用 U 形 管 液柱 压 差 计 测量 等 直 径管 路 从 截面 A 到 截 面 B 的 摩 擦 损失 若 流 体密 度 为 ， 指 示 液密度 为 0 ， 压 差 计 读 数 为 R 。 试 推 导 出 用 读 数 R 计算 摩 擦损 失 计 算式 。解 从 截 面 A 到 截 面 B 列 伯 努 利 方 程 ， 截习 题 1 附 图16面 A 为 基 准面 ， 则 得( ) A B f A B fp pH g h p p p H p g = + + = = + 1液 柱 压差 计 1 - 1 为 等 压面( ) A g p H g R + = + + 0 2( )0 = = +A Bp p p R g H ( )( )1 与 式 2 得 ( )0 =f R 即为 用 U 形 管 压差 计 测 量 流体 在 两 截 面之 间 流 动 的摩 擦 损 失的 计 算式 。【 1 - 2 6 】 如 习 题 1 - 2 6 附 图 所示 ， 有 3 5m m m 的 水 平管 与 垂 直 管 ，其 中 有温 度 为 2 0 的 水 流动 ， 流 速 为 /3 m s 。 在 截 面 A 与 截 面 B 处 各 安装 一 个弹 簧 压 力 表 ， 两 截 面的 距 离 为 6 m， 管 壁 的相 对 粗 糙 度 / 0 0 0 4 。试 问 这 两 个 直 管 上 的 两 个 弹 簧 压 力 表 读 数 的 差 值 是 否 相 同 ？ 如 果 不同 ， 试说 明 其 原 因。如 果 用 液 柱压 差 计 测 量 压 力差 ， 则两 个 直管 的 液 柱 压力 计 的 读 数 R 是 否 相同 ？ 指示 液 为 汞 ，其 密 度 为 / 313600k g m 。解 已 知 管内 径 5=d m ， 水 的 温 度t = 2 0 密 度 . / 39 9 8 2 = k g m ， 黏 度 . 31 0 0 4 1 0 = P a s ， 流 速 /3=u m 数 . . 530 0 5 3 9 9 8 2 1 4 9 1 01 0 0 4 1 0 = = = d u 湍 流管 壁 相对 粗 糙 度 0 4 = 摩擦 系 数 2 9 3 =习 题 1 附 图17这 两 个直 管 的 摩 擦 阻 力 损 失 相同 ， 为. /.f l k = =2 26 30 0 2 9 3 1 5 8 2 0 0 5 2( 1 ) 弹 簧 压力 表 读 数 之差 值 水 平 管在 A 、 B 两 截 面列 伯 努 利 方程A A B fp u p g Z + + = + + +2 22 2因 ，= =A B A u u ， 故 得. . 5 8 15770 15 77 = = = =A B fp p h Pa k 垂 直 管在 A 、 B 两 截 面间 列 伯 努 利方 程 ， 以 截面 A 为 基 准面 ，, ,A B A L m u u= = = =0 6 A BB fp + += . . . . 8 2 9 8 1 6 9 9 8 2 1 5 8 7 4 5 3 0 7 4 5 3 A B B fp p g Z h P a k P = + = + = =上 述 计 算 结 果 表 明 ， 垂 直 管 的 A Bp p 大 于 水 平 管 的 A Bp p 。 这 是 因为 流 体在 垂 直 管 中从 下 向 上 流动 时 ， 位 能增 大 而 静 压能 减 小 。( 2 ) U 形 管 液柱 压 差 计 的读 数 R 水 平 管与 前 面 相 同， 由 伯 努 利方 程 得( ) A B fp p h = 另 从 U 形 管 压差 计 等 压 面处 力 的 平 衡， 求 得汞 + = +A g p R )( )A Bp pR = 汞由 式 ( )a 与 式 ( )b ， 求 得. . . .( ) . ( . )m m = = = = 汞9 9 8 2 1 5 8 0 1 2 7 6 汞 柱 1 2 7 6 汞 柱9 8 1 1 3 6 0 0 9 9 8 2 垂 直 管与 前 面 相 同， 由 伯 努 利方 程 得( )A B fp p gL h = + 另 从 U 形 管 压差 计 等 压 面处 力 的 平 衡， 求 得汞 + = + +A g p L g R g( ) ( )A Bp p L gR = 汞由 式 ( ) ( )与 式c d ， 求 得( )汞 = 述推 导 可 知 ，垂 直 管 与 水平 管 的 液 柱压 差 计 的 读数 R 相 同 。有 了 读 数 R 值 ， 就 可 以 分 别 用 式 ( ) ( ) 及 式b d 求 得 水 平 管 及 垂 直 管 的( )A Bp p 。【 1 - 2 7 】 有 一 输 送 水 的 等 直 径 （ 内 径 为 d ） 垂 直 管 路 ， 在 相 距 H H H 的 两 截面 间 安 装 一 U 形 管 液 柱 压差 计 。 当 管 内 水的 流 速 为 u 时 ，测 得 压差 计 中 水 银指 示 液 读 数为 R 。 当 流 速由 u 增 大 到 u 时 ， 试 求 压差计 中 水银 指 示 液 读数 R 是 R 的 多 少倍 。 设 管 内水 的 流 动 处于 粗 糙 管 完全 湍 流区 。解 从 习 题 2 - 2 5 与 习 题 2 - 2 8 可 知 ， U 形 管 液 柱 压 差 计 的 读 数 截面 间 流 体 流动 的 摩 擦 损失 正 比， 即 fR h 。19又 知 道 ，在 粗 糙 管 完 全 湍 流区 为 阻 力 平 方 区， 即 摩 擦 损 失 流体 流 速 u 的 平 方成 正 比 ， fh u 2 。由 上 述分 析 可 知 R u 2因 此 2 22 2= =R u R u u【 1 - 2 8 】 水 的温 度 为 1 0 ， 流 量为 3 3 0 L h ， 在 直径 .m m m 5 7 3 5 、 长为 1 0 0 m 的 直 管中 流 动 。 此 管 为光 滑 管 。 ( 1 ) 试 计 算此 管 路 的 摩擦 损 失 ；( 2 ) 若 流 量增 加 到 9 9 0 L h ， 试 计算 其 摩 擦 损失 。解 水 在 1 0 时 的 密 度 . 39997 = k g m ， 黏 度. , . ,P a s d m l = = =31 3 0 6 1 0 0 0 5 1 0 0 ， 光 滑管 。( 1 ) 体 积 流量 / h m h= = 33 3 0 0 3 3 流 速 . . /m = = = 2 20 3 3 0 0 4 6 7 3 6 0 0 3 6 0 0 0 0 54 4雷 诺 数 . 30 0 5 0 0 4 6 7 9 9 9 71 7 8 7 层 流1 3 0 6 1 0 = = =d 系数 6 4 0 0 3 5 81 7 8 7 = = =摩 擦 损失 ( . ) /.f l k = 2 21 0 0 0 0 4 6 70 0 3 5 8 = 0 0 7 8 1 2 0 0 5 2( 2 ) 体 积 流量 / . 3990 0 99 = = h m 量是 原 来 的 3 倍 ， 故流 速 . . /u m s= =0 0 4 6 7 3 0 1 4 雷 诺 数 7 8 7 3 5 3 6 0= = 湍 流对 于 光滑 管 ， 摩 擦系 数 用 B l a s i u s 方 程 式计 算. . . )0 25 0 250 3 1 6 4 0 3 1 6 4 0 0 3 75 3 6 0 = = =也 可 以 从 摩 擦 系 数 与 雷 诺 数 R e 的 关 联 图 上 光 滑 管 曲 线 上 查 得 ， 3 7 = 。20摩 擦 损失 ( . ) /1 0 0 0 1 4= 0 0 3 7 = 0 7 2 5 2 0 0 5 2f l k 【 1 - 2 9 】 试 求 下 列 换 热 器 的 管 间 隙 空 间 的 当 量 直 径 ： ( 1 ) 如 习 题1 - 2 9 附 图 ( a ) 所 示 ， 套 管 式换 热 器 外 管为 m m m 2 1 9 9 ， 内 管 为 m m m 1 1 4 4 ；( 2 ) 如 习 题 1 - 2 9 附 图 ( b ) 所 示 ， 列 管 式换 热 器 外 壳内 径 为 5 0 0 列 管为 m m m 2 5 2 的 管 子 1 7 4 根 。习 题 1 - 2 9 附 图解 ( 1 ) 套 管 式换 热 器 ， 内管 外 径 1 1 4=d m ， 外 管内 径 2 0 1=d 直径 . . 0 2 0 1 0 1 1 4 0 0 8 7= = =ed d d m( 2 ) 列 管 式换 热 器 ， 外 壳 内径 5=d m ， 换 热 管外 径 0 2 5=d m ， 根 数1 7 4=n 根当 量 直径 ( ) ( . ) ( . ) .( ) . 2 22 12 10 5 1 7 4 0 0 2 544 0 0 2 9 10 5 1 7 4 0 0 2 5 = = =+ + ed n dd md n d【 1 - 3 0 】 常 压 下 3 5 的 空 气 ， 以 1 2 m/ s 的 流 速 流 经 1 2 0 m 长 的 水平 管 。 管 路 截 面 为 长方 形 ， 高 3 0 0 宽 2 0 0 试 求 空 气 流 动 的摩 擦 损失 ， 设 0 0 0 0 5 = 空 气 ， . / 3 5 , 1 147 , 18 85 10 = = = t k g m Pa s ， 流 速 /1 2=u m s 。 管 路截 面 的高 . .a m b m= =0 3 ， 宽 0 2 。当 量 直径 . . . 0 3 0 2 0 2 40 3 0 2 = = =+ +e a bd ma 数 . . 560 2 4 1 2 1 1 4 7 1 7 5 1 0 湍 流1 8 8 5 1 0 = = = ed u. , ,0 0 0 0 5 查 得 = 0 0 1 9 2 1 2 0el = =21习 题 1 图 习 题 1 图摩 擦 损失 . /1 2 0 1 20 0 1 9 2 6 9 12 0 2 4 2 k = =【 1 - 3 1 】 把 内 径为 2 0 长 度 为 2 m 的 塑 料管 （ 光 滑 管 ） ， 弯 成倒 U 形 ， 作 为 虹吸 管 使 用 。 如 习 题 1 - 3 1 附 图 所示 ， 当 管 内充 满 液 体 ，一 端 插 入 液 槽 中 ， 另 一 端 就 会 使 槽 中 的 液 体 自 动 流 出 。 液 体 密 度 为/ 31 0 0 0 k g m ， 黏 度 为 1 m P a s 。 为 保 持 稳 态 流 动 ， 使 槽 内 液 面 恒 定 。 要 想 使输 液 量为 . /m ， 虹 吸管 出 口 端 距槽 内 液 面 的距 离 h 需 要 多少 米 ？解 已 知 , , /3 30 0 2 2 1 0 , = 1d m l m k g m m P a = = = ， 体 积流 量 . /31 7=Vq m . / . /. 221 7 3 6 0 0 1 5 0 40 0 24 4m = = =从 液 槽的 液 面 至 虹吸 管 出 口 截面 之 间 列 伯努 利 方 程 式 ， 以 虹 吸管出 口 截面 为 基 准 面2 22 2u l d = + + . 430 0 2 1 5 0 4 1 0 0 0 3 0 1 1 0 湍 流1 1 0 = = = d 管 ， 查 得 2 3 5 = ， 管 入口 突 然 缩 小 0 5U 形 管 （回 弯 头 ） =. . . . 5 0 41 0 0 2 3 5 0 5 1 5 0 6 1 70 0 2 2 9 8 1h m = + + + = 22【 1 - 3 2 】 如 习 题 1 - 3 2 附 图 所示 ， 有 黏 度为 m P a s 、 密 度 为 / 3765k g 体 ， 从 高 位槽 经 直 径 为 m m m 1 1 4 4 的 钢 管流 入 表 压 为 0 1 6 M P 闭低 位 槽中 。 液 体 在钢 管 中 的 流速 为 m /1 s ， 钢 管的 相 对 粗 糙度 / 0 002 =d ，管 路 上的 阀 门 当 量长 度 5 0=el d 。 两 液 槽的 液 面 保 持不 变 ， 试 求 两槽 液 面的 垂 直距 离 H H H H 。解 在 高 位 槽液 面 至 低 位槽 液 面 之 间列 伯 努 利 方程 计 算 H H H H ， 以 低位 槽 液面 为 基 准 面。, .p p Pa u u= = = =61 2 1 2（ 0 表 压 ） 0 16 10 ， 两 槽 流 速 0，, , / , 0 管 内 流 速 1 管 径 0 1 0 6= = = =Z H Z u m s d 密度 / 7 6 5 ， 黏 度 1 7 1 0 = = k g m P a 数 . 430 1 0 6 1 7 6 5 4 7 7 1 0 湍 流1 7 1 0 = = = d u/ . 0 2， 查 得 0 0 2 6 7 = = 3 0 1 6 0 1 9 0= + =l m ， 阀 门 5 0= 高 位 槽 的 管 入 口 0 5 = ， 低 位 槽 管出 口 = 1 ， 9 0 弯 头 5 =22 2 + = + + el lp d g. . . . . . 0 1 6 1 0 1 9 0 10 0 2 6 7 5 0 0 5 1 0 7 5 2 3 97 6 5 9 8 1 0 1 0 6 2 9 8 1 = + + + + + = m【 1 - 3 3 】 如 习 题 1 - 3 3 附 图 所示 ， 用 离 心泵 从 河 边 的吸 水 站 将 2 0 的 河 水 送 至水 塔 。 水 塔 进 水口 到 河 水 水 面 的 垂直 高 度 为 3 4 . 5 m。 管 路为 1 1 4 4m m m 的 钢 管 ， 管 长 1 8 0 0 m， 包 括 全 部 管路 长 度及 管 件 的 当量 长 度 。 若 泵 的流 量 为 /m ，试 求 水 从 泵 获 得 的 外 加 机 械 能 为 多 少 ？ 钢 管 的相 对 粗糙 度 0 2 =d 。解 水 在 2 0 时 . / 39 9 8 2 = k g m ， . 31 0 0 4 1 0 P a = 习 题 1 图23. ,0 1 0 6 1 8 0 0ed m l l m= + =流 量 /330=Vq m / . /( . )2 23 0 3 6 0 0 0 9 4 4 80 1 0 64 4m = = =. . 0 6 0 9 4 4 8 9 9 8 2 9 9 6 1 01 0 0 4 1 0 = = = d u 湍 流查 得 2 5 2 =摩 擦 阻力 损 失 . /1 8 0 0 0 9 4 4 80 0 2 5 2 1 9 12 0 1 0 6 2ef l l k = = =以 河 水水 面 为 基 准面 ， 从 河 水水 面 至 水 塔处 的 水 管 出口 之 间 列 伯努 利 方程 。外 加 机械 能 . . /2 22 0 9 4 4 83 4 5 9 8 1 1 9 1 5 3 0 2 2 g h J k g= + + = + + =【 1 - 3 4 】 如 习题 1 - 3 4 附 图 所示 ， 在 水 塔的 输 水 管 设计 过 程 中 ， 若输 水 管长 度 由 最 初方 案 缩 短 2 5 %， 水 塔 高度 不 变 ， 试 求 水的 流 量 将 如何 变 化？ 变 化 了 百分 之 几 ？ 水在 管 中 的 流动 在 阻 力 平方 区 ， 且 输 水管较 长 ，可 以 忽 略 局部 摩 擦 阻 力损 失 及 动 压头 。解 在 水 塔高 度 H H H H 不 变 的条 件 下 ， 输 水 管长 度 缩 短 ， 输 水 管中 的水 流 量应 增 大 。从 水 塔水 面 至 输 水管 出 口 之 间列 伯 努 利 方 程 ，求 得22= = f l d 塔高 度 H H H H 不 变 ， 故 管 路的 压 头 损 失不 变 。管 长 缩 短 后 的 长 度 l 与 原 来 长 度 l 的 关 系 为 0 7 5=l 体阻 力 平 方 区， 摩 擦 系 数恒 定 不 变 ，有习 题 1 图24 ( ). ( )2 22 22 20 7 52 2 = = =f l u l ud g d gl u l ud g d 速的 比 值 为 . 1 5 50 7 5= = 的比 值 为 5 5= 量 增加 了 1 5 . 5 %管 路 计算【 1 - 3 5 】 用 1 6 8 9m m m 的 钢 管 输 送 流 量 为 /6 0 0 0 0 k g h 的 原 油 ， 管 长 为1 0 0 k m ， 油 管最 大 承 受 压力 为 . MP 7 。 已 知 5 0 时 油 的密 度 为 / 38 9 0 k g m ，黏 度 为 1 8 1 m P a s 。 假 设 输油 管 水 平 铺设 ， 其 局 部摩 擦 阻 力 损失 忽 略 不 计 ，试 问 为完 成 输 油 任务 ， 中 途 需设 置 几 个 加压 站 ？解 . , , /md m l k m q k g h= = =0 1 5 1 0 0 6 0 0 0 0/ ,/ . /338 9 0 1 8 16 0 0 0 0 3 6 0 0 = 0 0 1 8 7 3 8 9 0 = = =Vk g m m P a sq m s. . /0 0 1 8 7 3 1 0 60 1 54 4m = = =. 5 1 0 6 8 9 0 7 8 2 层 流1 8 1 1 0 = = =d 4 0 0818782 = = =因 为 是等 直 径 的 水平 管 路 ， 其流 体 的 压 力降 为. . .up h P a MP = = =2 3 2 71 0 0 1 0 1 0 6= 8 9 0 0 0 8 1 8 = 2 7 3 1 0 2 7 3 2 0 1 5 2油 管 最大 承 受 压 力为 . MP 7加 压 站数 . . 3 1 7 41 5 7= = 置 2 级 加 压 ， 每 级 管 长 为 5 0 k m， 每 级 的 . / 3 2 1 3 6 5 = =p MP a ，低 于 油管 最 大 承 受压 力 。【 1 - 3 6 】 如 习 题 1 - 3 6 附 图 所 示 ， 温 度 为 2 0 的 水 ， 从 水 塔 用m m m 1 0 8 4 钢 管 ， 输 送 到 车 间 的 低 位 槽 中 ， 低 位 槽 与 水 塔 的 液 面 差 为1 2 m， 管 路 长度 为 1 5 0 m（ 包 括 管件 的 当 量 长 度 ） 。 试 求 管路 的 输 水 量为 多 少 3m / h ， 钢 管的 相 对 粗 糙度 . 0 0 0 2 =d 。解 水 ， . / 2 0 , 9 9 8 2 , = 1 0 0 4 1 0 = = t k g m P a 努利 方 程 ， 得管 路 的 摩 擦阻 力 损 失 为. /1 2 9 8 1 1 1 8 = = = g J k 水 的 流 速 u 未 知 ， 摩 擦 系 数 不 能 求 出 。 本 题 属 于 已 知.l m d m= =1 5 0 、 0 1 、 / . /fd h J k =0 0 0 2、 1 1 8 ， 求 与 Vu q 的 问 题。/ .l 5 123 7 2h d d d = + . . . .l g. . . 1 1 1 8 0 0 0 2 2 5 1 1 0 0 4 1 0 1 5 021 5 0 3 7 0 1 9 9 8 2 2 0 1 1 1 8 = + . /2 5 5 m s=验 算 流动 类 型 . . . 530 1 2 5 5 9 9 8 2 2 5 4 1 0 湍 流1 0 0 4 1 0d u = = = 体 积 流量 ( ). . 3 6 0 0 0 1 2 5 5 3 6 0 0 7 2 1 4 4Vq d u m = = =习 题 1 - 3 6 附 图 习 题1 - 3 7 附 图26【 1 - 3 7 】 如 习 题 1 - 3 7 附 图 所 示 ， 温 度 为 2 0 的 水 ， 从 高 位 槽 到低 位 槽 B ， 两 水槽 的 液 位 保持 恒 定 。 当阀 门 关 闭 时水 不 流 动 ，阀 前 与阀 后 的 压 力表 读 数 分 别为 8 0 k P a 与 3 0 k P a 。 当 管 路上 的 阀 门 在一 定 的 开 度 下 ， 水 的 流 量 为 . /m ， 试 计 算 所 需 的 管 径 。 输 水 管 的 长度 及 管件 的 当 量 长度 共 为 4 2 m， 管 子为 光 滑 管 。本 题 是计 算 光 滑 管的 管 径 问 题 。 虽 然 可以 用 试 差 法计 算 ， 但 不方 便 。 最 好 是 用 光 滑 管 的 摩 擦 系 数 计 算 式 . 250 3 1 6 4 = （ 适 用