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化工原理习题及解答化工原理习题及解答 华华南理工大学化工原理教研南理工大学化工原理教研组编组编 2004 年年 6 月月 流体力学与传热流体力学与传热 第一章第一章 流体流动流体流动 1 1 解 混合气体的平均分子量 Mn 为 Mn My My My My 2co2co2o2o2N2NOH 2OH 2 44 0 085 32 0 075 28 0 76 18 0 08 28 86kg kmol 该混合气体在 500 1atm 时的密度为 0 455kg m poT pToMm 4 22 4 22 86 28 273 273 1 2 解 设备上真空表的绝对压强为 绝对压强 大气压 真空度 740 100 640mmHg 640 8 53 10 N m 760 100133 1 5 4 设备内的表压强为 表压强 真空度 100mmHg 100 1 33 10 N m 760 100133 1 5 4 或表压强 100 1 33 10 1 33 10 N m 24 1 3 解 设通过孔盖中心的 0 0 水平面上液体的静压强为 p 则 p 便是罐内液体作用于孔盖上的平均压 强 根据流体静力学基本方程知 p p g h a 作用在孔盖外侧的是大气压强 p 故孔盖内外两侧所受压强差为 a p p p p gh gh aa a p p 960 9 81 9 6 0 8 8 29 10 N m 4 作用在孔盖上的静压力为 p 8 29 10N p 2 4 d 424 1076 376 0 4 每个螺钉能承受的力为 N 32 1004 6 014 0 4 807 9 400 螺钉的个数 3 76 10 6 23 个 3 4 1004 6 1 4解 U 管压差计连接管中是气体 若以分别表示气体 水和水银的密度 因为 HgOHg 2 故由气体高度所产生 的压强差可以忽略 由此可认为 g Hg DBcA pppp 及 由静力学基本方程式知 cA pp 222 gRgR HgOH 1000 9 81 0 05 13600 9 81 0 05 7161N m 7161 13600 9 81 0 4 6 05 10 N m 表压 1 gRppp HgADB 4 1 5 解 1 1 2 3 三处压强不相等 因为这三处虽在静止流体的同一水平面上 但不是连通着的 同一 种流体 2 4 5 6 三处压强相等 因为这三处是静止的 连通这的同一种流体内 并在同一水平面上 3 54 pp 即 112222 ghhhgpghpp HgOHBOHA 12 ghpp OHHgAB 101330 13600 1000 9 81 0 1 88970N m 或 12360N m 真空度 B p 又由于 64 pp 即 222 ghpghp HgCOHA 所以 c p 22 ghp OHHgA 101330 13600 1000 9 81 0 2 76610N m 或24720N m 真空度 c p 1 6 解 在串联 U 管的界面上选 2 3 4 为基准面 利用流体静力学基本原理从基准面 2 开始 写出各 基准面压强的计算式 将所得的各式联解 即可求出锅炉上方水蒸气的压强 0 p 或 2122 hhgppp Hga 212 hhgpp Hga 或 23233 hhgppp OHa 23223 hhgpp OH 或 4344 hhgppp Hga 4334 hhgpp Hg 或 45240 hhgpp OH 45240 hhgpp oH 将以上右式各式相加 并整理得 4523243210 hhhhghhhhgpp OHHga 将已知值代入上式得 101330 13600 9 81 2 3 1 2 2 5 1 4 760 745 0 p 1000 9 81 2 5 1 2 3 1 4 364400N m 或 364400 9 807 10 3 72kgf cm 0 p 4 1 7 解 当管路内气体压强等于大气压强时 两扩大室的液面平齐 则两扩大室液面差 h 与微差压差计 读数 R 的关系为 RdhD 22 44 当压差计读数 R 300mm 时 两扩大室液面差为 h Rm D d 003 0 60 6 3 0 22 以分别表示水与油的密度 根据流体静力学基本原理推导出 21 hggRpp a 221 即管路中气体中的表压强 p 为 p 998 920 9 81 0 3 920 9 81 0 003 257N m 表压 1 8 解 1 空气的质量流量 从本教材附录三查得标准状况下空气的密度为 1 293kg m 操作压强N m 545 1095 2 10807 9 2100133 1 760 740 p 操作条件下空气的密度为 1 293 pT pT 3 5 5 18 3 100133 1 50273 1095 2 273 mkg 空气的质量流量为 skguAws 09 1 18 3 02 0 4 1219 2 2 操作条件下空气的体积流量 smwV ss 343 0 18 3 09 1 3 3 标准状况下空气的体积流量为 smwV ss 843 0 293 1 09 1 3 1 9 解 以下标 1 表示压强为 1atm 的情况 下标 2 表示压强为 5atm 的情况 在两种情况下 sss www 21 TTT 21 uuu 21 由于 222111 AuAuws 21 12 21 2 4 PT pT dA 所以 2 1 2 12 1 2 p p d d 即mm p p dd0313 0 5 1 07 0 2 1 12 1 10 解 以高位槽液面为上游截面 1 1 连接管出口内侧为下游截面 2 2 并以截面 1 1 为基准水 平面 在两截面间列柏努利方程式 即 f h pu gZ pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 式中0 1 Z smAVu p u s 62 1 033 0 4 3600 5 0 0 2 2 1 1 表压 表压 980710807 9 1 0 24 2 mNp kgJhf 30 将上列数值代入柏努利方程式 并解得 mZ37 4 81 9 30 850 9807 2 62 1 2 2 高位槽内的液面应比塔的进料口高 4 37m 1 11 解 1 A A 截面处水的流速 以高位槽液面为上游截面 1 1 管路出口内侧为下游截面 2 2 并以地面为基准面 在两截 面间列柏努利方程式 即 f h pu gZ pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 式中mZ8 1 mZ2 2 2 2 2 21 1 5 65 6 0 uuh pp u f 将上列数值代入柏努利方程式 并解得 smu 9 27 681 9 2 由于输水管的直径相同 且水的密度可视为常数 所以 A A 截面处的流速smuA 9 2 2 水的流量 23 360036000 12 982 4 h VAumh 1 12 解 上游截面 A A 下游截面 B B 通过管子中心线作基准水平面 在两接间列柏努利方 程式 即 ABf BB B AA A h pu gZ pu gZ 22 22 式中 kgJh smu ZZ ABf A BA 5 1 5 2 0 根据连续性方程式 对于不可压缩流体 则 22 44 BBAA dudu 所以 sm d d uu B A AB 23 1 47 33 5 2 22 两截面的压强差为 2 22 ABf BA AB h uu pp 2 22 5 8681000 5 1 2 23 1 5 2 mN 即 868 5 9 798 88 6mmH2O AB pp 两截面玻璃管的水面差为 88 6mm 由于 AB pp 6 88 所以 AB pp B 处玻璃管的水面比 A 处玻璃管的水面高 1 13 解 水在管内流速与流量 贮槽水面为截面 1 1 真空表连接处为截面 2 2 并以截面 1 1 为基准水平面 在两截面 间列柏努利方程 即 1 2 2 2 2 1 2 1 1 22 f h pu gZ pu gZ 式中0 1 ZmZ5 1 2 0 2 0 2 2 1 1 u uh p f 表压 表压 1047 2100133 1 760 185 245 2 mNp 将上列数值代入柏努利方程式 并解得水在管内的流速为 smu 25 2 5 181 9 1000 1047 2 4 水的流量为 skguAws 92 7 1000071 0 4 2 2 2 泵的有效功率 贮槽水面为上游截面 1 1 排水管与喷头连接处为下游截面 3 3 仍以截面 1 1 为基准水 平面 在两截面间列柏努利方程 即 2 1 2 2 2 2 1 2 1 1 22 ffe hh pu gZW pu gZ 式中 表压 0 0 0 1 1 1 p u Z 表压 10807 9 2 14 24 2 2 2 mNp smu mZ 222 2 1 12102uuuhh ff 将上列数值代入柏努利方程式 并解得 kgJWe 4 2852 5 12 1000 10807 9 1481 9 2 4 泵的有效功率为 kWWwWN see 26 2 226092 7 4 285 2 14 解 本题属于不稳定流动 槽内液面下降 1m 时所需要的时间 可通过微分时间内的物料衡式与 瞬间柏努利方程式求解 在 d 时间内对系统作物料衡算 设 F 为瞬时进料率 D 为瞬时出料率 dA 为在 d 时间内的积累 量 则在 d 时间内的物料衡算试为 F d D d dA 又设在 d 时间内 槽内液面下降 dh 液体在管内瞬间流速为 u 式中F 0 D ud 2 0 4 dhDAd 2 4 则上式变为 dhDudd 2 0 44 或 u dh d D d 2 0 式 a 中瞬时液面高度 h 以排液管中心线为基准 与瞬时流速 u 的关系 可由瞬间的柏努利方 程式获得 在瞬间液面 1 1 与管子出口外侧截面 2 2 间柏努利方程式 并通过截面 2 2 的中心作基准 水平面 得 f h pu gZ pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 式中 hZ 1 0 2 Z 2 21 21 20 0 0 uh pp uu f 将上列数值代入上式 并简化为 9 81h 20 2 u 即 hu7 0 以上式 b 代入式 a 得 h dh h dh d D d 7 0 032 0 2 7 0 22 0 5580 h dh 在下列边界条件下积分上式 即 2 1 0 mh mh 1 2 2 1 1 20 2 1 2 1 5580 h h h dh d 解得 5580 2 1 212 2 1 h h hh 5580 2hs284 1 4632 12 1 15 解 1 泵的轴功率 在循环管路中任选某截面为 1 1 并兼为截面 2 2 意即流体由截面 1 1 出发 完成 一个流动循环 后达到截面 2 2 在两截面间列柏努利方程式 得 fe h pu gZW pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 因截面 1 1 与截面 2 2 重合 所以 21 21 1 ZZ pp uu 则上式可简化为 kgJhhhW BAfABffe 1 14749 1 98 流体的质量流量为 skgVw ss 113600 110036 泵的轴功率为 kWWwWN se 31 2 23127 0 11 1 147 2 B 处压强表的读数 在两压强表所在的位置截面 A 与截面 B 之间列柏努利方程式 并通过截面 A 中心做基准水平面 得 ABf BB B AA A h pu gZ pu gZ 22 22 式中0 A ZmZB7 kgJh mNp uu ABf A BA 1 98 1045 2 10807 9 5 2 254 表压 将以上数据代入柏努利方程式 解得 表压 245 102 61100 1 98781 9 1045 2 mNpB B 处压强表的读数为 2 4 4 63 0 1087 9 102 6 cmkgpB 1 16 解 1 用 SI 单位计算 从本教材附录十七中查得 70 醋酸在 20 时 3 1069mkg 23 105 2msN d 1 5cm 0 015m smu 882 0 1069015 0 4 60 10 2 则 5657 属于湍流 2 105 2 1069882 0 015 0 du Re 2 用物理单位计算 5657 025 0 069 1 2 885 1 2 88 5 1 025 0 069 1 3 e R scmu cmd scmg cmg 1 17 解 1 雷诺准数 属于滞流1488 1000 8 8501014 0 du Re 2 局部速度等于平均速度处与管轴的距离 根据式 1 38 与式 1 39 即 4 22 rR l p u f r 2 8 R l p u f 当局部速度等于平均速度 u 时 则 r u 222 2 1 RrR 所以 r 0 707R 0 707 7 4 95mm 局部速度等于平均速度处与管轴的距离为 4 95mm 处 3 上游截面为 1 1 下游截面为 2 2 对于直径相同的水平管段 f ppp 21 根据哈根 泊叶公式 即 2 32 d lu pf 则液体流经管长为 m u dpp l15 1 1000 8 32 014 0 10807 9 3 15 1 32 242 21 1 18 解 1 1kg 水流经两截面的能量损失 在截面 1 1 和截面为 2 2 间列柏努利方程式 并通过管轴作基准水平面 得 fe h pu gZW pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 式中 0 21 ZZ sm A w u S 95 2 1000036 0 4 3600 10800 2 1 1 smu 36 1 1000053 0 4 3600 10800 2 2 kgJ pp gRpp 981 0 1 081 9 21 21 将以上各数值代入柏努利方程式 解得 kgJhf 41 4 43 3 981 0 2 36 1 95 2 981 0 22 2 2 441041 4 1000mNhp ff 1 19 解 根据哈根 泊叶公式 即 2 32 d lu pf 分别用下标 1 和 2 表示原来与改变管径后的情况 两种情况下流体的粘度及管长没有变化 则 2 2 1 1 2 2 2 1 d d u u p p f f 由题知两种情况下直径比为 1624 42 2 2 2 1 22 2 1 1 2 21 21 f f SS p p d d u u VV dd 所以 即 又由于 由此说明 管径减少至原有直径的 1 2 时 在液体的输送量 物性及管长相同情况下 因流动阻力而产生 的能量损失为原来的 16 倍 1 20 根据直管阻力的通式 即 2 2 u d l hf 分别用下标 1 和 2 表示流量改变前与改变后的情况 由题知在两种情况下管长与管径均不变化 则 2 1 22 1 2 1 u u h h f f 根据柏拉修斯公式 即 25 0 3164 0 e R 两种情况下摩擦系数之比为 25 0 2 1 1 2 e e R R 由于流量增至原有的 2 倍 即 12 2 SS VV 则 2 1 2 1 u u 两种情况下液体的粘度 密度不变 所以 1 2 2 1 e e R R 于是 84 0 2 1 25 0 1 2 故36 3 284 0 2 1 2 f f h h 1 21 解 烟囱底端为上游截面 1 1 顶端内侧为下游截面 2 2 并以截面 1 1 为基准水平面 在两截面间列柏努利方程式 即 f h pu gZ pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 式中 mZ Z 30 0 2 1 烟囱截面相同 烟道气压强变化不大 21 uu 由于烟道气压强变化不大 烟道气的密度可按 1atm 及 400 计算 即 3 3 5 534 0 400273 10316 8 30100133 1 mkg RT pM 2 111 21 49798 9 5mNppp pp a aa 端大气压强 则分别表示烟囱底端与顶与表示大气的密度 以 因烟囱顶端内侧压强等于同高度处的大气压强 故 2122 gZppp aa 标准状况下空气的密度为 1 293kg m 所以 1atm 20 时空气的密度为 3 2 1 20273 273 293 1 mkg 于是 3 112 3533081 9 2 1mNppp aa 将以上各值代入柏努利方程式 解得 2 J kg266294 560 3081 9 543 0 353 49 2 11 u d l h pp h e f aa f 其中 mde09 1 2 11 2 2 11 4 烟道气的流速为 smu 7 19 3005 0 209 1 266 烟道气的流量为 hkg uAwh 46210 543 0 12 1 7 1936003600 1 22 解 在反应器液面 1 1 与管路出口内侧截面 2 2 间列柏努利方程式 并以截面 1 1 为基准 水平面 得 fe h pu gZW pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 式中 mZ Z 15 0 2 1 表压 表压 0 1067 2 100133 1 760 200 43 1 1073068 0 4 3600 102 4 0 2 245 1 2 4 2 2 1 p mNp sm d w u u s 将上列数值代入柏努利方程式 并整理得 f fe h hW 173 2 43 1 1581 9 1073 1067 2 24 其中 2 u d ll h e f 5 3 1066 1 1063 0 107343 1068 0 du Re 0044 0 68 3 0 d 根据 Re 与值 由本教材图 1 24 查得摩擦系数 并由图 1 26 查得各管件 阀门 d 03 0 的当量长度分别为 闸阀 全开 0 43 2 0 86m 标准弯头2 2 5 11m 所以kgJhf 5 32 2 43 1 45 0 068 0 1186 0 50 03 0 2 于是kgJWe 5 205 5 32173 泵的轴功率为 kWW W N se 63 1 1631 7 03600 102 5 205 4 1 23 解 以鼓风机进口压差计连接处为上游截面 1 1 防空管口内侧为下游截面 2 2 过截面 1 1 的中心作基准水平面 在两截面间列柏努利方程式 即 fe h pu gZW pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 式中 mZ Z 20 0 2 1 smuu p mNp 4 20 25 0 4 3600 3600 0 294798 9 30 2 21 2 2 1 表压 表压 由于气体在系统内压强变化不大 故气体的密度可按 1atm 50 计算 即 3 094 1 50273 273 4 22 29 mkg 将以上数值代入柏努利方程式 并整理得 5 72 094 1 294 2081 9 ffe hhW 其中 填 管 f f f hhh 管f h 2 2 u d ll e 出塔进塔 1atm 50 下空气的粘度 1 96 25 10msN 5 5 1085 2 1096 1 094 1 4 2025 0 du Re 0006 0 250 15 0 d 由本教材图 1 24 查得 0 019 所以 kgJhf 1103 2 4 20 5 01 25 0 50 019 0 2 管 kgJhf 1791 094 1 798 9 200 填 则 289417911103 f h 风机作的有效功为 kgJWe 2822 5 722894 气体的质量流量为 skgws 094 1 3600 094 1 3600 鼓风机的有效功率为 kWWwWN see 09 3 3087094 1 2822 1 24 解 1 闸阀部分开启时水的流量 在贮槽水面 1 1 及侧压点处截面 2 2 间列柏努利方程式 并通过截面 2 2 的中心作基准 水平面 得 a 21 2 2 2 2 1 2 1 1 22 f h pu gZ pu gZ 式中表压 0 1 p 2 22 396304 181 9 10004 081 9 13600mNghgRp OHHg 0 0 1 1 Z u 可通过闸阀全开时的数据求取 当闸阀全关时 水静止不动 根据流体静力学基本方程知 2 Z b gRhZg HgOH 12 式中 h 1 5m R 0 6m 将已知数值代入 b 解得 2 22 2 1 1 13 2 2 5 0 1 0 15 025 0 2 66 6 5 1 1000 6 013600 u uu d l h mZ cf 将以上各值代入式 a 即 9 81 6 66 2 2 13 2 1000 39630 2 u u 解得 u 3 13m s 水的流量为 hmudVh 5 8813 3 12 0 4 3600 4 3600 32 2 闸阀全开时测压点处的压强 在截面 1 1 与管路出口内侧截面 3 3 间列柏努利方程式 并通过管子中心线作基准水平面 得 c 31 2 2 2 2 1 2 1 1 22 f h pu gZ pu gZ 式中mZ66 6 1 21 1 2 0 0 pp u Z 2 2 2 3 1 u81 4 2 5 0 15 1 0 35 025 0 2 u u d ll h c e f 将以上数据代入 c 即 9 81 2 2 u81 4 2 66 6 u 解得 u 3 51 m s 再在截面 1 1 与截面 2 2 间列柏努利方程式 基准水平面同前 得 d 21 2 2 2 2 1 2 1 1 22 f h pu gZ pu gZ 式中mZ66 6 1 表压 0 51 3 0 0 1 2 1 2 p smu u Z kgJ u d l h cf 2 26 2 51 3 5 0 1 0 15 025 0 2 22 2 1 将以上数值代入式 d 即 9 81 6 66 2 26 10002 51 3 2 2 p 解得32970 2 p 1 25 解 在管道进口外侧 气柜内 截面 1 1 与管子出口外侧 设备内 截面 2 2 间列柏努利方 程式 并通过管子中心线作基准水平面 得 f h pu gZ pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 式中0 21 ZZ 表压 表压 0 5 607798 9 62 0 0 2 2 1 2 1 p mNp u u 将以上数值代入上式 并简化得 kgJhf 810 75 0 5 607 其中 2 2 22 uu d l d l h ec e f 因所以 1 5 0 15 ece dl 810 2 5 1 2 15 40 22 uu d 上式中 为 u 的函数 故要采用试差法求解 设煤气的流速为 20m s 则由流量公式计算出管子的 内径为 md421 0 20 4 3600 1000 选用 426 6mm 的钢板卷管 管的内径 d 426 2 6 414mm 管内的实际流速为 00048 0 414 2 0 1026 4 10015 0 75 0 6 20414 0 6 20 414 0 4 3600 10000 5 3 2 d du R smu e 根据 Re 与值 查本教材图 1 24 得 0 018 d 将 u 与 代入式 a 的等号左侧 得 f h p kgJkgJ 1 22 810 6 744 2 6 20 5 1 2 6 20 15 414 0 40 018 0 即 说明 426 6mm 的钢板卷钢合用 1 26 解 本题属于并联管路 以下标 1 表示主管 下标 2 表示支管 并联管路的流动规律为 21 21 SSs ff VVV hh 支管的能量损失为 2 2 2 2 2 2 22 u d ll h e f 式中 03 0 2 smu d mll e 343 0 053 0 4 3600 72 2 053 0 10 2 2 2 22 将以上各数值代入式 C 得 kgJhf 333 0 2 343 0 053 0 10 03 0 2 2 主管的能量损失为 333 0 2 2 1 1 1 121 u d l hh ff 所以smu 36 2 2018 0 23 0333 0 1 主管流量为 hmVh 60136 2 3 0 4 3600 32 1 总流量为 hmVh 7 60372 2 601 3 1 27 解 当 BD 支管的阀门关闭时 BC 支管的最大排水量 在高位槽水面 1 1 与 BC 支管出口内侧截面 C C 间列柏努利方程式 并以截面 C C 为基 准水平面 得 f cc c h pu gZ pu gZ 22 2 1 2 1 1 式中0 11 1 C ZmZ c pp u 1 1 0 所以 a 9 1071181 9 2 2 f c h u b BCfABff hhh C 15 23 2 5 0 038 0 58 03 0 2 2 2 2 AB AB AB C e ABf u u u d ll h d 2 2 86 5 2 032 0 5 12 03 0 BC BC BCf u u h e 242 2 38 32 BCAB bc AB BC AB uu u d d u 将式 e 代入式 c 得 f 22 58 115 015 23 BCBCABf uuh 将式 f d 代入式 b 得 222 44 1786 5 58 11 BCBCBCf uuuh 解得值代入式 并以ahuv fBCc 2 45m s BC u hmVBC 1 745 2 032 0 4 3600 32 2 当所有阀门全开说 两支管的排水量 根据分支管路的流动规律 则 BDf DD DBCf cc c h pu gZh pu gZ 2 2 22 两支管出口均在同一水平面上 下游截面列于两支管出口外侧 于是上式可以简化为 a BDfBCf hh 2 D 2 D D 2 22 5 0 2 269 2 1 026 0 14 36 6 2 1 032 0 5 12 03 0 2 B B BCBf BC BCBC BCe e BCf u u h u uu d ll h 将 得值代入式ah h BDf BCf b 22 5 0 2 269 36 6 BDBC uu 分支管路的主管与支管的流量关系为 BDBCAB BDBDBCBCABAB BDBCAB uuu ududud VVV 222 222 026 0 032 0 038 0 将上式整理后得 c BDBCAB uuu469 0 708 0 在截面 1 1 与 c c 间列柏努利方程式 并以截面 c c 为基准水平面 得 f cc c h pu gZ pu gZ 22 2 1 2 1 1 式中0 Z 11 C1 mZ c pp u 1 c1 0u 0 上式可简化为 9 107 BCfABff hhh 前已计算出 2 2 36 6 15 23 BCBCfABABf uhuh 所以 d 9 10736 6 15 23 22 BCAB uu 在式 b c d 中 的函数 又为均为未知数 而及 BDBDBCAB uuuu 则可采用试差法求解 设 45 1 smuBD du Re37700 1000 1 100045 1 026 0 0058 0 26 15 0 d 根据 Re 与值查本教材 1 24 得 0 034 将 与值代入式 b 即 d BD u 22 45 1 5 0034 0 2 269 36 6 BC u 解得 1 79m s BC u 将 的值代入式 c 解得 BD u BC u 0 708 1 79 0 469 1 45 1 95m s AB u 将 值代入式 d 等号左侧 即 BC u AB u 23 15 1 95 6 36 1 79 108 4 计算结果与式 d 等号右侧数值基本相符 108 4 107 9 所设可以接受 故两支管的排水量分 BD u 别为 hmV hmV BD BC 77 2 45 1 026 0 4 3600 18 5 79 1 032 0 4 3600 32 32 1 28 解 已知孔板孔径及管径mmd 4 16 0 则 33 1 mmd 247 0 033 0 0164 0 22 1 0 1 0 d d A A 设626 0 301 0 CRR ece 查出 查本教材图 由本教材附录十七查得 20 甲苯的密度为 866kg m 粘度为 0 6 10N s m 甲苯在孔板处的流 3 速为 sm gR cu A 24 8 866 866 13600 6 081 9 2 626 0 2 00 甲苯的流量为 hkgAuwh 54278660164 0 4 24 8 360036000 2 00 检验 Re 数 罐内流速smu 04 2 24 8 33 4 16 2 1 ece R ud R 4 3 11 1072 9 106 0 86604 2 033 0 原假设正确 第二章第二章 流体输送机械流体输送机械 1 解 取 由图 2 12 读得hmQ 3 100 mH 5 18 7 6 N 76 核算效率 2 75 10007 6 81 9 9000 5 18 3600 100 N gQH 结果与读出的相近 76 2 解 据管路特性曲线方程 2 18 有 Qf g P ZH 本题中 mZ20 0 gP 24 2 52 2 52 1055 6 360015 0 60200 03 0 8 3600 8 Q Q g Q d ll g Qf e 于是可列出管路特性方程为 24 1055 6 20QH 3 解 1 决定管径 一般吸入管内的经济流速 压出管内的经济流速sm3 1 1 1 已知 于是sm8 1 3 1 1 hmQ 3 80 吸入管直径 1 d m Q d 147 0 168 0 3 1 13600 804 3600 4 2 1 1 1 压出管直径 2 d md125 0 148 0 8 1 3 13600 804 2 1 2 今选用管 内径 作为吸入管 管 内径 作为压出管 6 mm156 5 mm131 故管内实际流速分别为 sm163 1 156 0 785 0 3600 80 2 1 sm65 1 131 0 785 0 3600 80 2 1 并查得管壁绝对粗糙度mm046 0 2 水泵应供给的压头计算 a 吸水管中的压头损失 雷诺数 5 6 11 10814 1 10007 1 156 0 163 1 Re d 相对糙度 0003 0 156 046 0 1 d 沿程阻力系数 查莫迪图 018 0 各种局部阻力的当量长度 吸水阀 弯头 锥形渐缩过渡接管 故汲420 1 d le 9040 1 d le 3 1 d le 水管中的压头损失共为 柱柱668 0 81 9 2 163 1 340420 156 0 14 018 0 2 2 2 1 11 1 m gd l d l h e w b 压出管的压头损失计算 5 6 1016 2 10007 1 65 1 131 0 Re 00035 0 131 046 0 2 d 018 0 各种局部阻力的当量长度为 闸阀 弯头 锥形渐扩管 出口 135 d le 9040 d le 3 d le 1 dle 故压出管的压头损失共为 81 9 2 65 1 134061357 131 0 78 018 0 2 2 w h c 泵需要产生的压头 27 3645 2 668 0303 21 水柱m hhhH w 3 考虑有一定的余裕以防意外 将压头和流量分别加大 10 即 hmQ 3 88801 1 水柱 mH4027 361 1 4 根据 水柱 在 B 型离心泵性能选择图中分别作线相交得出 4B 54hmQ 3 88 mH40 型 即旧型号 4BA 8 的离心泵较为接近要求 故初步选定泵 4B 54 型离心泵 2900 n 5 为了最后检验选用的泵型是否合用 必须定出水泵在管道系统中工作点 然后根据工作点的工 况分析来作出决定 为此需要进行下述工作 仿照上述水力计算过程 任意给定几个流量值 分别算出水泵应该供给管道的压头值 计算结果如 下 流量 Q hm305080100130 总压头 水柱 mH3334 2836 2738 1141 64 这就是管道特性曲线对应值 然后将此管道特性曲线与 4BA 8 型离心泵的性能同绘在一张图上 图 7 28 得出水泵工作点 A 从工作点 A 查出实际流量 压头 水柱 都比hmQ 3 102 mH82 38 要求的值高 能满足生产需要 并且工作点的与最高效率的接近 虽然流量比要 8 68 70 max 求值大 但轴功率 N 从图中看出增加较小 故可决定采用 安装高度的核算 1 h 当时 吸水管内流速为 hmQ 3 102 sm483 1 80 163 1 102 1 5 6 11 103 2 10007 1 156 0 483 1 Re d 已知 查得0003 0 d 018 0 mhw118 1 81 9 2 483 1 463 156 0 14 018 0 2 1 根据该泵性能参数知 允许吸上真空高度 水柱 mhs5 4 由 7 29 式 可算出该泵的最大允许几何安装高度 mh g hh ws 327 3 118 1 81 92 483 1 5 4 2 2 1 2 1 1 故可保证水泵正常工作 4 解 min5 4 1420 1450 4 4 3 2 mqr 2 15 1420 1450 6 14 1420 1450 22 12 HH 6 解 根据题意 由 2 12 查得换算系数分别为 取线 99 Q C 74 C 96 H C S Q 8 0 于是 101 99 0 100 水 Qhm3 水柱 2 52 96 0 50 水 Hm 根据 查油泵样本 初步选用 100Y60 型离心油泵 由附录查得该泵当 水 Q 水 H 时 水柱 效率 若用此泵打油时 则当101 水 Qhm3 5 62 水 Hm 5 70 水 时 应为 100 油 Qhm3 油柱 60 96 5 62 油 Hm 2 52 74 5 70 油 从 值来看 可以满足要求 惟稍低 油 Q 油 H 油 此泵的轴功率为 2 28 522 0 1023600 90010060 102 油 油油油 轴 HQ NkW 换表 2 1 取安全系数 1 15 故电动机功率应为 3 31 2 2815 1 15 1 轴电 NNkW 据此 再到电机产品系列中选用 7 解 1 输送 20 C 的水 允许几何安装高度可 可忽略一项 直接用式 2 10 计算 g2 2 1 426 fsg hHH 允许允许 m 2 输送 80 C 稀氨水时 其允许吸上真空高度必须用式 2 15 校正 pp HH ss 10 允许允许 式中为 80 C 时稀氨水的饱和蒸汽压 按水计算 即为 p 故 483 0 p 2 cmkg83 4 p m 1 a pp 2 cmkg1000 3 cmkg 所以 17 1 1083 4 106 允许 s Hm 于是 83 0 217 1 fsg hHH 允许允许 m 现为负值 表示泵应置于液面以下至少 0 83 允许g Hm 9 解 根据已知的管路曲线方程 取下列对应值 作出该曲线图形 Q02468 HG 404872112168 Q H 曲线与 Q HG曲线的交点 A 即为工作点 相应的风量 压头分别为 hmsmQ 33 234005 6 水柱 mmH 7 128 当风量要增加 20 时 smQ 3 2 8 75 62 1 若增加转速来增加风量 则管路特性曲线不变 这时工作点必然在与曲线的smQ 3 2 8 7 QHG 交点 B 上 也就是说 B 点是转速改变后流量增加 20 时的工作点 应注意 B 和 A 点不是式况相似点 根据 B 点查得 水柱 mmHB162 根据相似律相似工况抛物线 666 2 8 7 162 22 2 Q H K B n 因此相似工况抛物线方程为 取对应值为 22 666 2 QQKH n Q02467 8 H010 6642 596162 依此绘出相似工况抛物线 如图中虚线所示 交 Q H 曲线于 C 点 C B 两点同在相似工况曲线上 因此 C B 两点的工况是相似的 略去效率的变化 并由 C 点知 根据 7 22 式可写 smQC 3 8 6 980 n 转 分 转速增加 15 1 22 n n Q Q C 1124 8 6 8 7 980 1 2 2 Q Q nn 功率的变化 原转速下的功率 转速改变后 102 HQ N 102 2 2 QH N B 因此 51 1 5 6 7 128 8 7162 22 HQ QH N N B 或 51 1 980 1124 22 22 n n N N 故转速增加后 所需的轴功率 N 增加 51 因此考虑电动机容量是否能满足 另外 转速增加后叶 轮的强度也应考虑 10 解 据题意可绘出流程图如附图所示 风机出口全风压为 OmmHup 2 2 22 151502 对 0 1 截面列柏努力方程 10 2 2 110 f pupp 于是得风机进口全风压为 OmmHppup f20 2 11 17015515 2 10 风机的全风压 OmmHpt 2 185 170 15 1 入口全风压出口全风压 校正到标准状况为 OHmmpt 2 222 0 12 1 185 0 11 解 在气缸中压缩时 kgmV 3 843 0 29 273298 4 22 kJmN P P VPVdPW P P S 11010183 1 3 101 324 787 0 101300 14 1 4 1 1 1 1 5 1 4 1 4 0 1 2 11 2 1 在密闭筒中压缩时 kJmN P P VPPdVW V V S 5 781045 8 4 1 10099 1 1 1 1 4 5 1 1 2 11 2 1 第三章第三章 非均相机械分离非均相机械分离 1 解 由式 1 15 表面平均平均直径可由下式求得 1 s d 11 d x 因为粒度分析为一连续直线 1100 xd ddxds 1 1 0 1 0 1100 1xdx 101ln 100 m 7 21 2 解 先假定沉降在层流区 用计算 18 2 0 gd u s 3 2 6 2 0 1002 0 18 81 9 2 120001050 18 gd u s 136 0 核验 3 6 0 0 1002 0 2 1136 01050 Re du 408 0 核验结果 故算出的结果可用 0 Re2 3 解 应用式 3 17 并改写为 2 s kdu 对方铅矿大颗粒 0 15 7 025 0 2 ku skmm 00406 0 对方铅矿小颗粒 0 15 7 0052 0 2 ku skmm 000175 0 对大石英颗粒 0 165 2 025 0 2 ku skmm 00103 0 对小石英颗粒 0 165 2 0052 0 2 ku skmm 000045 0 当颗粒以的速度沉降时 则底部产品将含有石英 而悬浮在悬浮液中的方铅矿的最skmm 00103 0 大粒度为 0 15 7 00103 0 2 kdk mmd0126 0 同理 当颗粒以小于的速度沉降时 则顶部产品将含有方铅矿 而在悬浮液中石skmm 000175 0 英的最小粒度为 0 165 2 000175 0 2 kdk 即 mmd0103 0 因此 在滞流时 混合产品中石英和方铅矿的粒度范围分别为 mmmm0126 0 0052 0 025 0 0103 0 和 4 解 此题核心在于求出球形颗粒在水中的沉降速度 而求须知颗粒密度 直径为 流体密度 t u t u s d 及粘度 此题中公未知 故利用该颗粒在气体和水中重量比可解决 从而可求出 s s t u 1 求球形颗粒密度 s 该颗粒在气体和水中的重量比 实质指净重力之比 即 6 1 6 g 6 3 3 气 气 gd d s s 又查出时水的物性 C 20cPmkg1 1000 3 1 6 气 气 s s 6 1 1000 2 1 s s 解之 3 2664mkg s 2 求颗粒在水中沉降速度 水t u 设颗粒在水中沉降在层流区 3 2 62 1018 81 9 10002664100 3 18 gd u s t 水 sm 1016 8 4 校核 0245 0 10 101016 8 1030 Re 3 346 t du 1 故 smut 1016 8 4 水 3 颗粒在气体中沉降速度 气t u smuu tt 1008 7 1016 8 8888 24 水气 5 解 1 常压下空气密度C 20 3 2 1mkg sPa 5 1081 1 空气密度C 20 3 4 22 12mkg 设尘粒在常压空气中沉降速度为 空气中沉降速度为m 20C 20 t uatm2C 20 t u 质量流量及设备尺寸不变W 又 VW 2 1 V V 而生产能力 AuV t 2 1 V V u u t t 假设尘粒沉降在层流区内进行 2 d d u u t t mdd 14 14 2 1 校核 t du Re 5 2 52 1081 1 18 81 9 102 18 ss t gd u s 5 102 1 s s 5 5 55 106 1 1081 1 4 1102 1102 Re 1 smuu stt 106 2 1 6 5 65 1081 1 4 210610414 1 eR st ud s 5 10125 1 1 故 md 14 14 由以上计算可看出空气压力增大密度也增大 则体积流量减小 在降尘室内停留时间增长 故沉降的 最小粒径会减小 2 常压下空气密度 粘度C 190 3 76 0 mkg sPa 5 106 2 与设备尺寸不变 W VW 6 1 76 0 2 1 V V 6 1 V V u u t t 假设在层流区内沉降 2 d d u u t t 3 2 81 1 6 2 6 1 2 t t u u d d md 3 30203 2 由以上计算知 由于温度上升 空气密度减小 粘度上升 则体积流量增大 气体在设备内停留时间 短 沉降最小尘粒增大 另外由 1 计算中知由于一般颗粒密度不会超过 故只会在层流区域 34 10mkg 内沉降 6 解 在操作条件及设备尺寸均一定时 则确定了颗粒的最大沉降时间及颗粒的沉降速度 与该沉降速度 对应的颗粒直径就是所要求的最小尘粒直径 smVs 37 1 273 400273 3600 2000 3 又 3 65 0 400273 273 6 1mkg sPa 5 103 根据 mlmbmH5 2 4 气体停留时间 u l sm Hb V u s 17 0 24 37 1 s u l 41 29 17 0 5 又 取等号 t t t u h smu u h t t 108 6 41 29 2 0 41 29 3 再求对应之 d 设在层流区域沉降 81 9 65 0 3700 108 61031818 35 g u d s t mm 1 1010 1 10 6 校核 5 36 103 65 0 108 610 1 10 Re t du 6 6 10 1 24 835 0 84 4 1050 Re t du 2 改用区的公式计算 即取Allen rdu