《化工原理习题集》word版.doc

第一章 流体的流动一、计算题 1. 等压面的判断 如附图所示，A与B两设备内充满水，两设备之间的U形压差计内的指示液为水银。试说明： （1）1、2、3、4各点压强是否都相等？ （2）5、6、7、8各点压强是否都相等？ （3）9、10、11、12各点压强是否都相等？ （4）两U形压差计读数R与H是否相同？为什么？ 答：略。2. 液封高度的确定 精馏塔底部用蛇管加热，液体的饱和蒸汽压为1.093105N/m2，液体密度为950 kg/m3。采用形管出料，形管顶部与塔内蒸汽空间有一细管AB连通（见附图）。试求：（1） 为保证塔底液面高度不低于1m，形管高度H应为多少？（2） 为防止塔内蒸汽由连通管逸出，形管出口液封高度H至少应为多少？答：（1）略；（2）0.86m。3. 复式压差计的测量用一复式U形压差计测量某种流体流过管路中A、B两点的压力差。已知流体的密度为，指示液的密度为0，且两U形管之间的流体与管内流体相同。已知两个U形压差计的读数分别为R1、R2，试推导A、B两点压力差的计算式，并分析由此可得出什么结论？ 答：略。4. 分层器中分界面的确定附图所示是一个油水分离器。油水的界面依靠倒U形管调节。已知油=780 kg/m3，u水=0.5m/s，。求： （1）阀1关、阀2、3开时，H=？（界面位置） （2）阀1开、阀2、3开时，H=？ （3）阀1关、阀2开、阀3关时，倒U形管中液面的高度为多少？（设容器中油水界面H为（1）计算值） （4）阀1关、阀2关、阀3开时，分离器内界面能维持吗？答：（1）3.81m；（2）1.09m；（3）0.15m；（4）略5远距离液位测量为测定贮罐中油品的贮存量，采用附图所示的远距离液位测量装置。已知贮罐为圆柱形，其直径为1.6m，吹气管底部与贮罐底的距离为0.3m，油品的密度为850 kg/m3。 若测得U形压差计读数R为150mmHg，试确定贮罐中油品的贮存量，分别以体积及质量表示。答：5.426m3；4612kg。 6流向的判断两贮罐中均装有密度为800kg/m3的油品，用一根管路连通。两贮罐的直径分别为1m和0.4m，贮罐1中的真空度为1.33104Pa且维持恒定，贮罐2与大气相通。当阀门F关闭时，贮罐1、2内的液面高度分别为2.5m，1.5m。试判断阀门开启后油品的流向，并计算平衡后两贮罐新的液位高度。答：贮罐1：2.55m；贮罐2：1.19m。7. 水平管路与倾斜管路中倒U形压差计测量的比较水从倾斜直管中流过，在截面A与B处接一空气压差计，其读数R=10mm，两测压点垂直距离a=0.3m，见附图。试求： （1）A、B两点的压差等于多少？（2）管路水平放置而流量不变，压差计读数及两点的压差有何变化？答：（1）3041.1kPa；（2）R不变，98.1 kPa。 8是否需要外加能量的判断附图所示为丙烯精馏塔回流系统。精馏塔内操作压力为13.3（表压），槽内液面上方压力为20.5（表压），塔内丙烯入口距离槽内液面的高度差为30m，管子规格为，输送量为40103kg/h，丙烯密度为600 kg/m3，管路全部阻力（不包括出口阻力）为150J/kg，试问完成此输送任务是否需要装泵？ 答：不需要。 9位差对外加压头的影响用泵扬送河水经喷头喷出，如附图所示。水的流量为40 ，喷头入口压力需维持0.5（表压），进水管直径为，出水管径为，设全部管路压头损失为，试求泵的外加压头为多少？其它数据见附图。又问： （1）夏季水位上涨2m，外加压头有何变化？ （2）冬季水位下降1m，外加压头有何变化？ （3）旱季水位降至泵入口处以下10m，外加压头有何变化（设当地大气压为1atm）答：17.1m；（1）15.1m；（2）18.1m；（3）不能吸水。 10容器高度的计算如附图所示，20水由高位水槽经管道从喷嘴流入大气，水槽中水位恒定。已知d1=125mm ，d2=100mm ，喷嘴内径d3=75mm，U形压差计的读数R80mmHg。若忽略摩擦损失，求水槽的高度H及喷嘴前压力表读数。答：5.4m；36.1kPa（表压）。11管路中流体流量的计算如附图所示，水从液位恒定的敞口高位槽中流出并排入大气。高位槽中水面距地面8m，出水管为894mm，管出口距地面为2m。阀门全开时，管路的全部压头损失为5.7m（不包括出口压头损失）。（1） 试求管路的输水量，m3/h； （2）分析阀门从关闭到全开，管路中任意截面A-A处压力的变化。答：（1）45.1m3/h；（2）略。12管内流体压力的计算如附图所示，某厂利用喷射泵输送氨。管中稀氨水的质量流量为1104kg/h，密度为1000kg/m3，入口处的表压为147kPa。导管的内径为53mm，喷嘴出口处内径为13mm，喷嘴能量损失可忽略不计，试求喷嘴出口处的压力。 答：71.45kPa（真空度） 13利用压差测量流量 密度为kg/m3的流体在附图所示 的管路中流动，已知粗管的内径为d1，细管的内径为在d2。现测得截面1、截面2处的压力分别为p1、p2，若忽略两截面间的能量损失，试计算流体在管内的流量。 答：略。 14管路中流体流量的计算如附图所示，用高位槽向一密闭容器送水，容器中的表压为80kPa。已知输送管路为mm的钢管，管路系统的能量损失与流速的关系为（J/kg）（不包括出口能量损失），试求：（1） 水的流量；（2） 若需将流量增加20，可采取哪些措施？计算出调整后参数的具体数值。答： （1）7.46m3/h；（2）略。15粘度的测量欲测定液体的粘度，通常可采用测量其通过毛细管的流速与压降的方法。已知待测液体的密度为912 kg/m3，毛细管的内径为2.222mm，长度为0.1585m。测得液体的流量为5.33107m3/s时，压降为131mmH2O（水的密度为996 kg/m3）。忽略端效应，试计算该液体的粘度。答：9.06cP16小流量的测量某气体以一定流量稳定流过附图所示流量测量装置。已知气体密度为0.5 kg/m3，粘度为0.02cP，管内径（ab段管子）为10mm，ab段管有一锐孔，其局部阻力之当量长度为10m，其它阻力忽略不计。假定通过此装置的气体密度不变。试问： （1）当H=40mm时，气体的流量为多少？ （2）若维持气体的质量流量不变，而压强变为原来的0.8倍，H将变为多少？答：（1）1.73m 3/h；（2）50mm。17容器间相对位置的计算水以1m/s的流速从敝口的高位槽通过管路流向某压力为0.6（表压）的设备中，如附图所示。已知输送管总长为10m，管内径为50mm，管路上有一孔板流量计（其当量长度为5m），一个半开的截止阀（其阻力系数来4.5），两个90o弯头（每个阻力系数为0.75），摩擦系数，并设高位槽液面保持不变。求：（1） 管路总能量损失（包括管进、出口）；（2） 高位槽液面与设备进口管间的垂直距离x（3）若孔板流量计的孔径为30mm，流量系数，求流量计上U形压差计的读数（指示液为水银）。答：（1）7.5J/kg；（2）6.76m；（3）81.3mm。18局部阻力系数的测定在附图所示的实验装置上采用四点法测量突然扩大的局部阻力系数。细管与粗管的尺寸分别为 mm、 mm 。当水的流量为 12 m3/h时，两U形压差计中读数分别为 R1260mmHg、 R2=554mmHg。设，试求突然扩大的局部阻力系数。答：0.567。19. 容器内压力的确定 用压缩空气将密度为1100 kg/m3的某腐蚀性液体自低位槽送至高位槽，两槽的液面维持恒定。管子规格为603.5mm，其它尺寸如附图所示。各管段的能量损失分别为，（J/kg）（u为液体在管内流速）。两U形压差计中的指示液均为水银，R1=45mm, h=200mm。试求（1）压缩空气的压力p1；（2）U形压差计读数R2。答：（1）1.23105Pa；(2) 0.609m。20烟囱高度的计算某厂一有蒸汽锅炉，每小时产生烟道气360000m3，烟气需要通过烟囱排入大气中。烟囱底部气体压强较地面上的大气压强低25mmH2O。设烟囱是由钢板铆接而成的圆筒，内径为3.5m，烟囱中气体的平均温度为260，在此温度下气体的平均密度为0.6 kg/m3，平均粘度为0.028cP。大气的温度为20，在此温度下，在烟囱高度范围内，大气的平均密度为1.15 kg/m3。问此烟囱需多少米高？（设相对粗糙度） 答：46.76m。 21管路直径的计算油在水平管中作定态层流流动。已知粘度为60 cP，密度为800 kg/m3，管长l为80m，局部阻力之当量长度为40m，管段两端的压强分别为，（均为表压）。若测得离管中心距离r处的点速度为0.8m/s，且r=0.5R（R为管子的内半径），求管子内径d。答：50mm。22非定态流动过程的计算水从一直径5m的直立圆罐底部的钢管排出，管出口与罐底在同一水平面上，管长90m，直径230mm，试求罐内水面从离底3m高降到1m高所需时间。水的粘度为，设流动在完全湍流区。 答：497s。 23循环管路的计算 如附图所示的循环系统，液体由密闭容器A进入离心泵，又由泵送回容器A。循环量为1.8m3/h，输送管路为内径等于25mm的碳钢管，容器内液面至泵入口的压头损失为0.55m，离心泵出口至容器A液面的压头损失为1.6m，泵入口处静压头比容器液面静压头高出2m。试求： （1）管路系统需要离心泵提供的压头； （2）容器液面至泵入口的垂直距离z。 答：（1）2.15m；（2）2.60m。 24管内流量的确定如附图所示，将密度为920 kg/m3，粘度为 0.015Pas的液体利用位差从储槽A送入储槽B。管路为mm的钢管，其长度（包括所有局部阻力的当量长度）为25m。求：（1） 管内液体流量；（2）若液体的密度及粘度均增大20%，定性分析管内流量将如何变化？答：（1）0.827m3/h；（2）略。 25管内流量的确定 kg/m3、cP的冷却水由常压高位槽送往常压冷却塔喷淋（见附图），输送管尺寸为mm，直管及全部局部阻力当量长度之和为120m，试求冷却水流量。（层流时，；湍流时，） 答： 52.81m3/h。26分支管路的分析如附图所示，槽内水面维持不变，水从D、C两支管排出。各管段的直径、粗糙度相同，槽内水面与两支管出口垂直距离相等。水在管内达完全湍流状态。试分析： （1）两阀门全开时，两支管的流量是否相等？ （2）若关D阀，C支管内水的流量有何变化？ （3）当D阀关闭时，主管B处的压强比两阀全开时的压强增加还是减少？答：略。 27提高流量的措施如附图所示，水从水塔引至车间，水塔的水位视为不变，送水管的内径为50mm，管路总长为l，且，流量为，水塔水面与送水管出口间的距离为h，今用水量增加50%，需对送水管进行改装。（1） 有人建议将管路换成内径为75mm的管子；（2） 有人建议将管路并联一根长为l/2、内径为50mm的管子，两管子在l/2高度汇合。（3） 有人建议将管路并联一根长度为l、内径为25mm的管子。试分析这些建议的效果，假设在各种情况下摩擦系数变化不大，水在管内的动能可忽略。答：略。28并联管路的流量分配 如图所示，在两个相同的塔中，各填充高度为1m和0.7m的填料，并用相同钢管并联组合，两支路管长均为5m，管径均为0.2m，摩擦系数均为0.02，每支管均安装一个闸阀。塔1、塔2的局部阻力系数分别为10和8。已知管路总流量始终保持为0.3m3/s。试求：（1） 当阀门全开()时，两支管的流量比和并联管路能量损失；（2） 阀门D关小至两支路流量相等时，并联管路能量损失；（3） 当将两阀门均关小至时，两支路的流量比及并联管路能量损失。答：（1）0.9，109.2J/kg；（2）121.74 J/kg；（3）0.965；335.4 J/kg；。 29流量的测量在mm的管道上装一标准孔板流量计，孔径为25mm。管内液体的密度为1080kg/m3，粘度为0.7cP。已知U形压差计的读数为240mmHg，试计算液体的流量。答：8.16m3/h。30流量的测量以水标定的转子流量计用来测量酒精的流量。已知转子的密度为7700 kg/m3，酒精的密度为790 kg/m3，当转子的高度相同时，酒精的流量比水的流量大还是小？试计算刻度校正系数。答：1.143。二、讨论题 1虹吸管用一虹吸管将80热水从高位槽中抽出，两容器中水面恒定。已知AB长7m，BC 长15m（均包括局部阻力的当量长度），管路内径为20mm，摩擦系数可取为0.023。试求：（1） 当z13m时，水在管内的流量；（2） 在管子总长不变的情况下，欲使流量增加20，则H1应为多少? （3） 当H13m时，管路顶点B可提升的最大高度。解：（1）如图所示，在1-1与2-2间列柏努利方程 其中： z1=3m； u1u20； p1= p2=0（表压）； z2=0 简化 流速 流量 （2） 欲提高流量，需增大两容器中水位的垂直距离。此时 所以 （3）H1一定时，B点的位置愈高，其压力愈低。当pB降至同温度下水的饱和蒸汽压时，水将汽化，流体不再连续，以此确定管路顶点提升的最大高度。 查得80水的饱和蒸汽压为47.38kPa，密度为977.8kg/m3。在1-1与B-B间列柏努利方程 简化 讨论：虹吸管是实际中经常遇到的管路，由以上计算可知：（1） 输送量与两容器间的距离有关，距离越大，流量越大；（2） 虹吸管的顶点不宜过高，以避免液体在管路中汽化，尤其是输送温度较高、易挥发的液体时更需注意。2 用离心泵将常温水从蓄水池送至常压高位槽（如附图所示）。管路为mm的光滑管，直管长度与所有局部阻力（包括孔板）的当量长度之和为250m。输水量用孔板流量计测量，孔板孔径mm，流量系数为0.61，从水池面到A点的管长（含所有局部阻力当量长度）为80m，两U形压差计的指示液均为汞。摩擦系数用计算。若水流量为7.42 m3/h，试求： （1）每kg水从泵所获得的净功； （2）A截面处U形压差计读数； （3）孔板处压差计读数解：（1）求有效功：在1-1与2-2间列柏努利方程，且以1-1截面为基准，有 式中，（表压）， 代入，得 （2）A截面U形管压差计读数：在A-A与2-2间列柏努利方程，并简化式中， ， 所以 （表压）对于U形压差计 （3）孔板流量计的U形压差计读数：由 得 讨论：本题是有关流体力学的综合计算题，其中包括柏努利方程（求）、静力学基本方程（求），能量损失计算（求），孔板流量计应用（求）等。3 水由敞口高位槽通过内径为25mm的管子输送到容器C中，如附图所示。已知管路全部能量损失为（不包括管路进、出口能量损失）。设两槽液面保持不变，摩擦系数为0.025。已知、分别为80mm、50mm、32mm，、分别为1000 kg/m3、1590 kg/m3、13600 kg/m3。求： （1）A、B、C各点的压强； （2）管内流体的流速；（3）欲使流量增加10%，高位槽液面应比原来升高多少？（4）若变为30mm时，则B点的压强变为多少？解： （1）由等压面的概念： 而 ， 所以 即 （表压）由等压面概念：，所以 而 ，所以 即 （表压）由等压面的概念：而 ， 所以 （表压） （2）AB间U形压差计实际测得的是流体流过AB段的能量损失，即其中 解得： （3）设高位槽液面为1-1截面，容器C液面为2-2截面，且为基准水平面。在1-12-2之间列柏努利方程：式中，原工况，（表）， ，,，代入上式， 新工况，仅发生变化，改为，则 所以， （4）变为30mm，则U形管右臂液面距B点距离为原理同（1），可得 （表压） 讨论：（1） 利用U形压差计可测量流体的表压（B点）、真空度（C）以及两点间的压力差(AB间)；（2） 对于等径的管路，两点间的U形压差计反映了流体流经该段阻力的大小。 4有一液位恒定的高位槽通过管路向水池供水（见附图），高位槽内液面高度h1为1m，供水总高度h2为10m，输水管内径50mm，总长度100m（包括所有局部阻力的当量长度），。试求：（1） 供水量为多少？（2） 若此时在管垂直部分某处出现一直径为1mm的小孔，有人说因虹吸现象，在某一高度范围内不会从小孔向外流水，而还有人认为水将从小孔流出。试推导证明哪种正确。 解：（1）取高位槽上液面为截面1，输水管出口外侧为截面2，在1-1和2-2间列柏努利方程，可得： 其中：，将阻力公式代入，整理得： 所以 供水量 （2）仍取高位槽上液面为截面1，再取垂直管处任意一点为截面3，在1-1和3-3间列柏努利方程，可得：将阻力公式代入，整理得： = =显然，此式为单调增函数，且在处时，所以在9m时（即垂直管段任意高度处），即，表示管内静压高于大气压力，故不会出现虹吸现象，水将从小孔流出。 讨论：判断水是否流出的依据是孔处压力的大小，若该处压力大于大气压力，则水从小孔流出；否则，水不会流出。 5如图所示，从自来水总管接一管段AB向实验楼供水，在B处分成两路各通向一楼和二楼。两支路各安装一球形阀，出口分别为C和D。已知管段AB、BC和BD的长度分别为100m、10m和20m（仅包括管件的当量长度），管内径皆为30mm。假定总管在A处的表压为0.343MPa，不考虑分支点B处的动能交换和能量损失，且可认为各管段内的流动均进入阻力平方区，摩擦系数皆为0.03，试求：（1） D阀关闭，C阀全开（时，BC管的流量为多少？（2） D阀全开，C阀关小至流量减半时，BD管的流量为多少？总管流量又为多少？解：（1）在AC截面（出口内侧）列柏努利方程 =2.41m/s=(2) D阀全开，C阀关小至流量减半时：在AD截面（出口内侧）列柏努利方程（不计分支点B处能量损失） 其中： 化简得 解得： 总管流量 讨论：对于分支管路，调节支路中的阀门（阻力），不仅改变了各支路的流量分配，同时也改变了总流量。但对于总管阻力为主的分支管路，改变支路的阻力，总流量变化不大。6一敞口高位槽A中水流经一喉径为14mm的文丘里管，将浓碱液槽B中密度为1400 kg/m3的碱液抽吸入管内混合成稀 碱液送入C槽，各部分标高如附图所示。输水管的规格为573mm，从A至文丘里喉部M处管路总长为20m（包括所有局部阻力的当量长度），摩擦系数可取为0.025。试确定：（1） 当水量为8m3/h时，文丘里喉部M处的真空度为多少？（2） 分析判断B槽的浓碱液能否被抽吸入文丘里管内。如果能被吸入，吸大小与哪些因素有关？ 解：（1）在A-A与M-M截面间列柏努利方程，并以喉管中心线为基准面： 其中： ；（表压）；喉部流速 管内流速 阻力 代入柏努利方程，并简化： 解得 （2）文丘里喉管处的位能与静压能之和： 碱液槽B截面处的位能与静压能之和：所以 也即碱液能被抽吸入文丘里管内。在B-B与M-M截面间列柏努利方程 简化 解得 由此可知，碱液的吸入量与文丘里喉管处压力pM、碱液槽的相对位置zM、碱液槽中的压力pB、吸入管的直径dBM、总管长（）BM、碱液的密度M等有关。 讨论：（1）流体能否流动或流向判断实质上是静力学问题，应根据位能与静压能总和的大小进行比较；（2）流体一旦流动，其能量转化关系服从柏努利方程，此时pM将发生变化，应按汇合管路重新计算；（3）利用水在文丘里喉管处的节流作用而形成低压可将其它流体抽吸并输送，此为喷射泵工作原理。三、思考题1 静力学基本方程应用条件是什么？等压面应如何选择？2 如何原则选择U形压差计中的指示剂?3 采用U形压差计测某阀门前后的压力差，问压差计的读数与U形压差计安装的位置有关吗？4有密度为800kg/m3的液体在水平管道中流动，其压力差为100Pa。若用U形压差计（指示剂密度为920 kg/m3）、倒U形压差计和双液体U管压差计（指示剂密度分别为920 kg/m3和900 kg/m3）测量，则读数R分别为多少？若压力差为10Pa，应选用哪一种压差计？5试说明粘度的单位及物理意义，并分析温度与压力对流体粘度的影响。6试说明牛顿粘性定律的内容及适用条件。7压强与剪应力的方向及作用面有何不同？8连续性方程及柏努利方程的依据及应用条件是什么？应用柏努利方程时，如何选择计算截面及基准面？9柏努利方程有几种表达方式？式中每项的单位及物理意义是什么？ 10流体流动有几种类型？判断依据是什么？ 11雷诺准数的物理意义是什么？ 12层流与湍流的本质区别是什么?13流体处于层流及湍流流动时，其速度分布曲线呈何形状？最大速度与平均速度之间的关系如何？ 14流体在园管内湍流流动时，在径向上从管壁到管中心可分为几个区域？ 15何为层流内层？其厚度与哪些因素有关？ 16简述因次分析法的基础与依据，并说明应用因次分析法的目的与局限性。17粘性流体在流动过程中产生直管阻力的原因是什么？产生局部阻力原因又是什么？18Re曲线可分为几个区域？在每个区域值的大小与哪些因素有关？在各区域中，能量损失与流速u的关系是什么？19湍流时，若一定，为什么随着Re的增加摩擦系数减小，而流体的阻力反而增加？20流体在圆形直管中流动，若管径一定而将流量增大一倍，则层流时能量损失是原来的多少倍？完全湍流时能量损失又是原来的多少倍？21圆形直管中，流量一定，设计时若将管径增加一倍，则层流时能量损失是原来的多少倍？完全湍流时能量损失又是原来的多少倍？(忽略变化)22如图所示，水槽液面恒定。管路中ab及cd两段的管径、长度及粗糙度均相同。试比较以下各量的大小：ua ud (pa-pb) (pc-pd) Wf，a-b Wf，c-d 23 试判断阀门开启后p1与p2的大小关系。 若阀门开度增大，p1及p2将如何变化？ 24如附图所示，若l、d、u均相同，试讨论： （1）（a）与（b）中压差计读数相同否？那边高？ （2）（c）与（d）中压差计读数相同否？那边高？ （3）如果管路中有直径变， 与有无变化？25若要减小流动阻力，可采取哪些措施？26并联管路与分支管路各有何特点？27并联管路中各支路流量是如何分配的？28试比较孔板流量计与转子流量计。29测速管是根据什么原理测量的？测的是什么速度？如何换算成管道的平均流速？30用孔板流量计测量流体流量时，随流量的增加，孔板前后的压差值将如何变化？若改用转子流量计，转子上下压差值又将如何变化？31某管路中装一孔板流量计用来测量管内流体流量。已知流量变化范围为10倍，若在孔板前后连接一长度为1m的U形压差计，问该压差计是否适用？32当喉径与孔径相同时，比较文丘里流量计与孔板流量计的流量系数及能量损失。33将某转子流量计钢制转子改为形状及尺寸相同的塑胶转子, 在同一刻度下的实际流量是增加还是减少?第二章 流体输送机械一、计算题1. 某离心泵在输液量为280L/min时的扬程为18m。问该泵是否能将密度为1060kg/m3、流量为15m3/h的液体从敞口贮槽输送到8.5m、表压为0.03MPa的设备中。已知管路尺寸为f703.5、管长为124m（包括所有局部阻力的当量长度），摩擦系数取为0.03。（答：管路在流量为15m3/h时所需压头为14.7m；该泵能满足要求。）2. 用泵从江中取水送入一贮水池内。池中水面高出江面30m；管路长度（包括所有局部阻力的当量长度在内）为94m。要求水的流量为2040m3/h。若水温为20C，管的相对粗糙度取为0.001。（1）选择适当的管径（2）有一离心泵铭牌上标着流量为45m3/h，扬程为42m，效率为60%，电动机功率7kW，问该泵是否合用。（答：可选3”有缝钢管，尺寸为f88.54；输送量为40 m3/h时管路所需压头为35.94,消耗轴功率为6.53kW。故泵可用；但为保险计，应采用功率更大些的电机。）3. 用离心泵将20C的水从敞口贮槽送至表压为1.5105Pa的密闭容器中，两容器水位恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管道均为f1084的无缝钢管，吸入管长20m，排出管长为100m（各段管长均包括所有局部阻力的当量长度）。当阀门为3/4开度时，真空表读数为42700Pa，两测压口的垂直距离为0.5m，忽略两测压口之间的阻力，摩擦系数可取为0.02。试求：（1）阀门为3/4开度时管路的流量及压力表读数各为多少；（2）现欲将阀门开大，使流量变为原来流量的1.3倍，已知吸入管长不变，摩擦系数不变，由性能表查得该流量下泵的允许汽蚀余量为4.0m，当大气压为8.5104Pa，问在安装高度不变的情况下该泵能否正常工作？（答：（1）65m3/h；3.23105Pa。（2）最大允许安装高度Hgmax=2.6m，不能正常工作）4. 有一台双动往复泵，其冲程为300mm，活塞直径为180mm，活塞杆每分钟往复45次，其理论流量为若干？又实验测得此泵在26.5分钟内能使一直径为3m的圆形贮槽水位上升2.6m,试求此泵的容积效率。（答：85.9%）5. 对一离心通风机进行性能测定的实验数据中，某组数据为：空气温度20C，风机出口处的表压为23mmH2O；两测压截面的垂直距离为0.2m；入口处的真空度为15 mmH2O，相应的送风量为3900m3/h；吸入管和排出管的内径分别为300mm和250mm；通风机转速为1450r/min，所需要的轴功率为0.81kW。试求所需要的全风压和和风机效率。（答：527.4Pa；70.5%）二、讨论题1. 用一离心泵将敞口低位槽中的水送到高位水槽中，两水槽的垂直距离为8m，且已知高位槽内的压力为200kPa（表压）。当管路内供水量为40m3/h时，管内流动已进入完全湍流区。已知该泵的特性方程为（H单位为m,Q单位为m3/h）.现该管路系统改送密度为1200kg/m3的碱液，阀门开度和其它管路条件都不变，问此时泵的流量和有效功率是多少？解：输送水时，管路特性曲线方程为，于是得管路特性方程为：该泵在水流量为40m3/h时的工作压头可由离心泵的特性方程求出：代入管路特性方程可得B值：B=0.0035改为输送碱液时，B值不变，于是管路特性方程变为： 泵的特性方程不变，此时它与管路特性方程求解可得输送碱液时的工作点：Q=44.6m3/h, H=32m有效功率：2. 用离心泵向水洗塔送水。在额定转速下，从泵特性曲线查得：当输水量为0.013m3/s时，泵提供的扬程为45m。阀门全开时管路特性曲线可用（单位为m3/s）表示。为了将管路流量调节到0.013m3/s，需关小阀门至一定位置。问：（1） 因关小阀门而损失的压头；（2） 关小阀门后管路特性曲线方程如何表示？解：（1）该泵在流量为0.013m3/s时可为流体提供的压头是45m。泵安装于管路时且当阀门全开时，流量达到0.013m3/s管路所需要的压头为：；采用关小阀门，这样泵的扬程上升至H=45m时流量会达到要求；（45-38.59）=6.41m即为关小阀门而引起的压头损失。(2)关小阀门后，管路特性将与原来有所不同，在中，不变，B将发生变化。此时压头达到45，流量达到0.013，将这些数据代入方程中可得因此新的管路特性方程为：3. 离心泵工作点的变化与流量调节。用离心泵将20的水从水池送入高压高位槽（见图2-15）。泵的进、出口处分别装有真空表及压力表。在一定转速下测得离心泵的流量、扬程、泵出口压力p表、泵入口真空度p真以及泵的轴功率。现改变以下各条件之一而其它条件不变，问上述离心泵各参数将如何变化？（1） 出口阀门开度增大；（2） 液体密度改为1500 kg/m3；（3） 泵叶轮直径减小5%；（4） 转速提高5%。解：（1）出口阀门开度增大，则管路阻力变小，管路特性曲线变平缓；但其起点不变；泵的特性不会发生变化。因此，出口阀门开度增大将使工作点向右下方移动(图中由D到E)，结果是流量Q增大、扬程He下降、轴功率N上升。以低位槽液面为上游截面（1-1）、以压力表所在处为下游截面（4-4），写柏努利方程：（1）当出口阀门开大时，上式右端各变量中，He下降、u4上升；其余量都不变。因此，压力表读数下降。以低位槽液面为上游截面（1-1）、以压力表所在处为下游截面（3-3），写柏努利方程：（2）当出口阀门开大时，上式右端各变量中，u3上升、上升，其余量不变。因此，真空表读数上升。（2）高位槽为密闭容器，故管路特性曲线在H轴上截距中的为正。当被输送液体密度增大时，A下降，管路特性曲线向下平移，如图所示。工作点由A点移到B点。结果是流量Q增大、扬程He下降、轴功率N上升(泵的HQ曲线不随被输送液体密度的变化而变化)。 当流量增加时，管内流速和能量损失都增大，由式（2）可知，真空表读数增大。以压力表所在处（4-4）为上游截面，以管路出口处（2-2）为下游截面，写柏努利方程：（3）其中。由式（3）可以看出，流量增加时，管路能量损失增大，在流体密度上升的情况下，压力表读数是增加的。（3）叶轮直径减小5%时泵的特性曲线变化情况如图所示，特性曲线由1变为3，工作点由C变为D，结果是流量Q减小、扬程He下降、轴功率N下降。（用切割定律也可得到相同的结论） 流量减小时，管路能量损失减小，由式（2）可知，真空表读数下降。流量减小时，管路能量损失减小，由式（3）可以看出，压力表读数要减小。（4）转速提高5%时泵的特性曲线变化如图所示，特性曲线由1变为2，工作点由C变为E，结果是流量Q增加、扬程He上升、轴功率N上升。由式（3）可知，压力表读数增加；由式（2）可知，真空表读数增加。点评：离心泵的工作状态与其工作点对应，而工作点由泵的特性和管路的特性共同决定。改变这两种特性都可以使工作点发生变化，对应的流量、压力、轴功率、压力表和真空表都会发生变化。工程上，离心泵所在管路的流量调节也正是基于这一原理而实现的。4 离心泵安装高度的影响因素用某种型号的离心泵从敞口容器中输送液体，离心泵的吸入管长度为12m，直径为62mm。假定吸入管内流体流动已进入阻力平方区，直管摩擦阻力系数为0.028，总局部阻力系数.1，当地的大气压为1.013105Pa。试求此泵在以下各种情况下允许安装高度为多少？（1） 输送流量为25m3/h、温度为20C的水；（2） 输送流量为25m3/h、温度为60C的水；（3） 输送流量为25m3/h、温度为20C的油；（饱和蒸汽压2.67104Pa，密度740kg/m3）（4） 输送流量为30 m3/h、温度为20C的水（5） 输送流量为25m3/h的沸腾水。解：（1）从泵的样本查得，该泵在流量为25m3/h，允许汽蚀余量为2.0m。吸入管内流速：吸入管路阻力损失：20C水的饱和蒸汽压2.33kPa。此时泵的允许安装高度为：（2）60C水的饱和蒸汽压19.93kPa，代入上式解得：（3）20C油饱和蒸汽压2.67104Pa，将相关数据代入上式得：（4）流量变化，则吸入管路阻力也要变化。此时，最大允许安装高度：（5）液体沸腾时，此时，点评：影响离心泵最大允许安装高度的因素可以概括为以下几个方面：j流体的种类，一般来说，蒸汽压越大，最大允许安装高度越低；k流体的温度，温度越高，最大允许安装高度越低；l流体流量，流量越大，吸入管路阻力越大，最大允许安装高度越低；m储槽压力和吸入管路配置情况；n当被输送液体沸腾时，最大允许安装高度与流体的种类无关，主要取决于流体的流量和吸入管路的阻力。可见，生产中流体温度和流量的上浮都可能导致原本正常工作的泵发生汽蚀。因此，计算泵的最大允许安装高度时，应以可能的最高操作温度和流量来计算。三、思考题 1简述离心泵的结构和工作原理。2离心泵的铭牌上有哪些性能参数？在该参数范围内反映了泵怎样的工作状态？3什么是泵的扬程？升举高度与扬程相同吗？4离心泵在运行中有哪些能量损失？损失与效率有什么关系？5什么是离心泵的特性曲线？它与泵的转速有什么关系？6什么是泵的汽蚀现象和汽蚀余量？7什么是泵的气缚现象？它是怎样产生的？如何避免？8汽蚀余量在离心泵的安装与使用中起什么作用？9什么是离心泵的运行工作点？10离心运行工作点调节常用哪些方法？11往复泵的流量和压头是如何确定的？12往复泵的流量调节常用哪些方法？13往复压缩机，当压缩比大于8时，为什么采用多级压缩？14离心泵在运行中，当出口阀门关小，此时在管路系统中，全管路流动阻力损失、泵的扬程、功率、泵入口真空度及出口压力如何变化？15在一定管路系统中工作的离心泵，如被输送液体的密度增大，其它条件不变，则离心泵的工作扬程将发生什么变化？（设流动在完全湍流区）16如果发现某台离心泵发生汽蚀现象，在不变储罐与泵相对高度的条件下，在安装及工艺上还可以采取哪些措施避免汽蚀产生？17复泵有无汽蚀现象？为什么？18离心通风机的全风压、动风压各有什么含义？为什么离心泵的压头与密度无关，而通风机的全风压却与密度有关？第三章 机械分离一、计算题 1密度为1030kg/m3、直径为400mm的球形颗粒在150的热空气中降落，求其沉降速度。（答：1.79m/s）2密度为2500 kg/m3的玻璃球在20的水中和空气中以相同的速度沉降。试求在两种介质中沉降的颗粒直径的比值（假设沉降处于Stokes区）。 （答：9.59）3有一重力降尘室，长4m、宽2.0m、高2.5m，内部用隔板分成25层。炉气进入降尘室时的密度为0.5 kg/m3，粘度为0.035cP。炉气所含尘粒密度为45000 kg/m3。现要用此除尘室分离100mm以上的颗粒，试求可处理的炉气流量。 （答：5.04105m3/h）4温度为200、压力为0.101MPa的含尘气体，用旋风分离器分离除尘。尘粒密度为2000 kg/m3。若旋风分离器直径为0.65m，进口气速为21m/s。试求：（1）气体处理量，以Nm3/s计；（2）尘粒的临界直径 （答：（1）0.615 m3/s；（2）6.79mm）5悬浮液中固体颗粒浓度为0.025kg固体/kg悬浮液，滤液密度为1120kg/m3。将该悬浮液用板框压滤机在过滤面积为100cm2、过滤压力为400mmHg(表压)条件下进行过滤，所测数据为过滤时间(s)8.43884145滤液量(ml)100300500700已知滤液的粘度为3.4mPas。求过滤常数K、qe以及滤饼比阻r。(答：图解法求得K=4.9710-5m2/s、qe=1.6410-2m3/m2；r=2.11010m/kg)6对上题中所述的悬浮液，用板框压滤机在相同的压力下进行过滤。共有20个厚度为60mm的滤框，每个滤框的两侧有效过滤面积为0.85m2。试求滤框全部充满滤渣所需要的时间。已知固体颗粒的密度为2900kg/m3。 (答：2.09小时)7若转筒真空过滤机的浸入分数为f=1/3，转速为2转/分，每小时得滤液量为15m3，试求所需要的过滤面积。已知过滤常数K=2.710-4m2/s，qe=0.08m3/m2 (答：8.12m2)二、讨论题 1采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。降尘室底面积为10，高1.6m。操作条件下气体密度为0.5kg/m3，粘度为，颗粒密度为3000 kg/m3。气体体积流量为5m3/s。试求：（1）可完全回收的最小颗粒直径；（2）如将降尘室改为多层以完全回收20的颗粒，求多层降尘室的层数及板间距。解：（1）设沉降运动处在层流区，则能完全回收的最小颗粒直径：校核：最小颗粒的沉降速度：，近似认为沉降运动处于层流区。（2）20的颗粒也要能全部回收，所需要的降尘面积可按下式计算（既然直径为的颗粒尚能处于层流区，则20的颗粒沉降也一定处在层流区）：需要降尘面积为153，所以降尘室应改为16层（15块隔板），实际降尘面积为160。层间距为0.16m。 点评：就设备结构参数而言，降尘室的处理量主要取决于其底面积而与高度无关；由本题可以看出，当处理量一定时，完全分离出更小的的粒径就必须扩大降尘室的底面积，这是通过多层结构来实现的。2用一板框压滤机在300kPa的压强差下过滤某悬浮液。已知过滤常数，。要求每一操作周期得8m3的滤液，过滤时间为0.5小时。设滤饼不可压缩，且滤饼与滤液的体积之比为0.025。试求（1）过滤面积；（2）若操作压强差提高至600kPa。现有一板框过滤机，每框的尺寸为mm，若要求每个周期仍得到8m3滤液，则至少需要多少个框才能满足要求？又过滤时间为多少？解：（1）恒压过滤方程 ，其中，于是：（2）恒压过滤方程反映的是滤液体积、过滤时间和过滤面积之间的关系。在这一问，过滤面积和过滤时间均为所求。因此用该方程不能解决这一问题。事实上，滤液体积已知且滤渣与滤液体积比也已知，则滤饼体积可求，由滤饼体积及每框的容积可求框数（因为每个操作周期中滤饼充满框后才停止过滤）。滤饼体积=。框数=，取操作压强提高至600kPa，由于滤饼不可压缩，过滤常数与压差成正比，于是。不变。实际过滤面积为：由恒压过滤方程可计算过滤时间：点评：过滤面积的求取属设计型计算，可通过过滤方程式直接解决；设计条件和操作条件的差异应在过滤常数上加以体现。当过滤压差增大时，用较小的过滤面积在基本相同的时间内就能得到相同的滤液量。3用板框过滤机在恒压下过滤悬浮液。若滤饼不可压缩，且过滤介质阻力可忽略不计。（1）当其它条件不变，过滤面积加倍，则获得的滤液量为原来的多少倍？（2）当其它条件不变，过滤时间减半，则获得的滤液量为原来的多少倍？（3）当其它条件不变，过滤压强差加倍，则获得的滤液量为原来的多少倍？解：（1）过滤介质阻力忽略不计，则恒压过滤方程可变为：，于是 （2） （3）由于滤饼不可压缩，压缩性指数，因此压强增加滤饼比阻不变，由过滤常的定义可知，。于是4在200kPa表压下用一小型板框压滤机进行某悬浮液的过滤实验，测得过滤常数，。今要用一转筒过滤机过滤同一悬浮液，滤布与实验时相同。已知滤饼不可压缩，操作真空度为80kPa。转速为0.5r/min，转筒在滤浆中的浸入分数为1/3，转筒直径为1.5m，长为1m。试求：（1）转筒真空过滤机的生产能力为若干m3滤液/小时。（2）如滤饼体积与滤液体积之比为0.2，转筒表面的滤饼最终厚度为多少毫米。解：（1）由题意可知，滤布阻力不能忽略。转筒过滤的压差，板框过滤的压差为，又由于滤饼不可压缩，压缩性指数等于零，于是；也是由于滤饼不可压缩，。转筒转速