化工原理第二版夏清贾绍义版上册课后习题答案天津大学

1、第一早流体流动2在本题附图所示的储油罐中盛有密度为960 kg/?的油品，油面高于罐底6.9 m油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm的圆孔，其中心距罐底800 mm孔盖用14mm勺钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为 39.23 x 10 本题附图为 远距离测量 控制装置， 用以测定分 相槽内煤油 和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离 H = 1m, U管压差计的指示液为 Pa ,问至少需要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P 油W c螺解: P螺=p ghx A = 960x 9.81 x (9.6-0.8) x3.14 x 0.762150.30

2、7 x 103 N32c 螺=39.03 x 10 x 3.14 x 0.014 x nP油W c螺得n6.23取 n min= 73 .某流化床反应器上装有两个 U 型管压差计，如本题附至少需要7个螺钉水银，煤油的密度为试求当压差计读数R=68mm寸，相界面与油层的吹气管出口距离h。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 T和4 4为等压面，2-2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厶h在1 1与2 2截面之间Pi = P2 + p 水银 gR/ P1 = P4, P2 = P 3且

3、 P3 = p 煤油 g A h , P 4 = p 水 g (H-h) + p 煤油 g (A h + h ) 联立这几个方程得到p 水银 gR = p 水 g (H-h) + p 煤油 g (A h + h ) - p 煤油 gA h 即p水银gR = p水gH + p煤油gh - p水gh带入数据1.0 3X 103X 1 - 13.6 x 103X 0.068 = h(1.0 x 1030.82 x 103h = 0.418 m5 用本题附图中串联U管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，U管压差计的指示液为水银，两U管间的连接管内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：h 1 =

4、2.3m，h 2=1.2m, h 3=2.5m, h 4=1.4m。锅中水面与基准面之3间的垂直距离h 5=3m大气压强p a= 99.3 X 10 p ao试求锅炉上方水蒸气的压强P。廿題5附图分析：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 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 1对左边的U管取a - a等压面，由静力学基本方程P 0 + p 水 g(h 5-h 4) = P 1 + p 水银 g(h 3-h4)代入数据P 0 + 1.0 x 103 x 9.81 x (3-1.4)=P i + 13.6 x 103

5、x 9.81 x (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 1 + p水g(h3-h2)= p 水银g(h 1-h2) + pa代入数据33P 1 + 1.0 x 10 x 9.81 x( 2.5-1.2 ) = 13.6 x 10 x 9.81 x( 2.3-1.2 ) +399.3 x 10解着两个方程得5P 0 = 3.64 x 10 Pa6.根据本题附图所示的微差压差计的读数， 计算管路中气体的表压强p压差计中以油和水为指示液，其密度分别为 920 kg/m 3 ,998 kg/m 3, U管中油对于U管左边对于U管右边、水交接面高度差R = 300 mm,

6、两扩大室的内径D 均为60 mm, U管内径d为6 mm。当管路内气体 压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。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1 1 为等压面，p表 + p油 g(h 1+R) = P1P 2 = p 水 gR + p 油 gh2p 表=p 水gR + p 油 gh2 - p 油 g(h 1+R)(D/2) 2 ( h2-h1)= n (d/2 )=p 水gR - p 油 gR + p 油 g (hah 1)当p表=0时，扩大室液面平齐即nh2-h 1 = 3 mm2p 表=2.57

7、 x 10Pa7.列管换热气 的管束由121根x 2.5mm的钢管组成。空气以9m/s速度 在列管内流动。空气在管内的平均温度为50C、压强为196x 103Pa(表压)，当地大气压为98.7 x 103Pa试求：空气的质量流量； 操作条件下，空气的体积流量； 将 的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量。解：空气的体积流量Vs = uA = 9Xn /4 X 0.02 2 x 121 = 0.342 m3/s质量流量w s = V sp =V S x (MP)/(RT)=0.342 X 29 X (98.7+196)/8.315 X 323=1.09 kg/s换算成标准状况 V 1P1/V2

8、P2 =Tl/T2耳腳鸟附图V S2 = P1T2/P2T1 XV S1 = (294.7 X 273)/(101 X 323) X 0.342 =0.843 m3/s8 .高位槽内的水面高于地面8m,水从 108 X 4mm的管道中流出，管路出口高于地面 2m在 本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按刀h f = 6.5 u 2计算，其中u为水在管道的流速。试计算:A A截面处水的流速;水的流量，以m/h计分析：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, 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 1和出管口

9、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 1 ， 22处列柏努力方程2乙 g + 0 + P 1/ p =乙呂 +u/ 2 + P 2/ p+Xh f(乙-Z 2)g = u 2/2 + 6.5u 2代入数据2(8-2) X 9.81 = 7u , u = 2.9m/s换算成体积流量2V S = uA= 2.9 Xn /4 X 0.1 X 3600=82 m3/h9. 20C水以2.5m/s的流速流经 38x 2.5mm的水平管，此管以锥形管和 另一 53x 3m的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。 若水流经

10、A、B两截面的能量损失为1.5J/ kg,求两玻璃管的水面差（以mm计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的 相对位置。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 列等式求解习甌9附图解：设水流经A、E两截面处的流速分别为Ua、 u Bu aAa = u bAB u b =(AAb ) ua =(33/47) 2x2.5 =1.23m/s在A、E两截面处列柏努力方程2 2乙 g + u i / 2 + P 1/ p = Z 2 g + u 2 / 2 + P 2/ p + Xh f222二 (P i- P 2) / p = Xh f + (u i - u 2 ) / 2

11、g ( hi-h 2) = 1.5 + (1.232-2.5 2) /2hi-h 2 = 0.0882 m = 88.2 mm即两玻璃管的水面差为88.2mm10. 用离心泵把20C的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为76x2.5mm在操作条件下,泵入口处真空表的读数为 24.66 x 103Pa,水流经吸入管与排处管（不包括 喷头）的能量损失可分别按Xh f,1 =2u2,X hf,2 =10u2计算，由于管径不变， 故式中u为吸入或排出管的流速m/s。排水管与喷头连接处的压强为98.07 x 103Pa （表压）。试求泵的有效功率。分析：

12、此题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。解：总能量损失刀hf=刀hf+ , i刀hf, 22u i=u2=u=2u +10u2=12u2在截面与真空表处取截面作方程：z g+uo2/2+Po/ p =zig+u2/2+Pi/ p +Ehf, i2(Po-Pi) / p = z ig+u /2 + 刀hf, i u=2m/sWs=uAp =7.9kg/s在真空表与排水管-喷头连接处取截面z ig+u2/2+Pi/ p +Ve=Z2g+u2/2+P2/p +刀 hf, 222

13、- W= z 2g+u/2+P2/ p +刀时，2 ( z ig+u/2+Pi/ p)=12.5 x 9.81+ (98.07+24.66 ) /998.2 x 103+10X 22=285.97J/kg2= Wws=285.97 X 7.9=2.26kw11. 本题附图所示的贮槽内径 D为2m, 槽底与内径d为33mm勺钢管相连，槽内无液 体补充，其液面高度h0为2m （以管子中心线 为基准）。液体在本题管内流动时的全部能量损失可按刀hf=20u2公式来计算，式中u为液 习 h 11 mm体在管内的流速m/s。试求当槽内液面下降1m所需的时间。分析：此题看似一个普通的解柏努力方程的题， 分析

14、题中槽内无液体补充， 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 1-1 , 2-2列柏努力方程2 _ . 2 2h1g=u /2+ 刀 hf =u /2+20u1/2 1/2 u=（0.48h）=0.7h槽面下降dh,管内流出uAdt的液体二 Adh=uAdt=0.7h 1/2Adt二 dt=Aidh/ (A0.7h2)对上式积分：t=1. 8. h13.用压缩空气将密度为1100kg/m3的腐蚀 性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液位恒定。 管路直径均为巾60 x 3.5mn,其他尺寸见本题附

15、图。各管段的能量损失为Xh f, AB=Eh f, cd=u2,E h f, bc=1.18u2。两压差计中的指示液均为水银。试求当Ri=45mm h=200mm寸：(1)压缩空气的压强Pi为若干？( 2) U管差压计读数艮为多少?解：对上下两槽取截面列柏努力方程0+0+R/ p =Zg+0+P/ p +Xh fP1= Zg p +0+B + pXh f2 2=10 x 9.81 x 1100+1100 (2u+1.18u )=107.91 x 103+3498U2在压强管的B, C处去取截面，由流体静力学方程得P b+ p g (x+R) =FC + p g (hB(+x) + p 水银 R

16、gPb+1100X 9.81 x (0.045+x) =FC +1100X 9.81 x (5+x) +13.6 x 103X 9.81x 0.0454Pb-Pc=5.95 x 10 Pa在B, C处取截面列柏努力方程0+u b22+Pb/ p =Zg+u /2+Pc/ p +Xh f, bc.管径不变， Ub=u cPb-Pc=p( Zg+Xh f, bc) =1100x( 1.18u 2+5X 9.81 ) =5.95 x 104Pau=4.27m/s压缩槽内表压 Pi=1.23 x 105Pa(2)在B, D处取截面作柏努力方程0+u /2+PB p = Zg+O+O+Xh f, Bc+

17、Xh f , CDPb= (7X 9.81+1.18u2+u2-0.5u 2)x 1100=8.35 x 104PaPb- p gh= p 水银 R2g8.35 X 104-1100 X 9.81 X 0.2=13.6 X 103X 9.81 X RR2=609.7mm15.在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管 段两截面间连一倒置U管压差计，以测量两截面的压强 差。当水的流量为10800kg/h时，U管压差计读数R为 100mm粗细管的直径分别为 60 X 3.5mm与45 X 3.5mn。计算：（1） 1kg水流经两截面间的能量损失。（2）与该能量损失相当的压强降为若干 Pa?解：（1）

18、先计算A, B两处的流速:Ua=ws/ p SA=295m/s, ub= Ws/ p Sb在A, B截面处作柏努力方程：2 2ZAg+uA/2+PM p =ZEg+UB/2+PB/ p +X hf 1kg水流经A, B的能量损失：X hf= ( ua2-u b2) /2+ (PA- P b) / p = ( u-Ub2)/2+ p gR/ p =4.41J/kg(2).压强降与能量损失之间满足：Xhf= P/ pP=pX hf=4.41 X 103316.密度为850kg/m3，粘度为8X 10-Pas的液体在内径为14mm的钢管 内流动，溶液的流速为1m/s。试计算：（1 ）泪诺准数，并指出

19、属于何种流型？（2）局部速度等于平均速度处与管轴的距离；（3）该管路为水平管，若上游压 强为147X 103Pa,液体流经多长的管子其压强才下降到 127.5 X 103Pa?解：(1) Re =du p / 卩=(14X 10-3 X 1 X 850) / (8X 10-3)=1.49 X 103 2000此流体属于滞流型(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y 2 = -2p( u-um)当 u =0 时,y 2 = r 2 = 2pu m p = r 2/2 = d 2/8当u = u平均=0.5 U ma= 0.5m/s 时，y2= - 2p (0.5-1 ) =

20、 d2/82=0.125 d3即与管轴的距离r=4.95 X 10-m(3)在147X 103和127.5 X 103两压强面处列伯努利方程u 1 /2 + Pa/ p + Z 1g = u 2 /2 + P b/ p + Z2g + Xh f/ u 1 = u 2, Z 1 = Z2 Pa/ p = Pb/ p + Xh f33损失能量h f= (Pa- FB) / p = (147X 10-127.5 X 10 ) /850=22.94流体属于滞流型摩擦系数与雷若准数之间满足入=64/ Re2又 th f= XX(i /d ) X 0.5 u 1 =14.95m输送管为水平管，管长即为管子

21、的当量长度即：管长为14.95m19. 内截面为1000mX 1200mm的矩形烟囱的高度为30 A1m平均分子量为30kg/kmol，平均温度为400C的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持 49Pa 的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值，大气温度为20C，地面处的大气压强为101.33 X 103Pa。流体经烟囱时的摩擦系数可取为 0.05，试求烟道气的流量为若干kg/h ?解：烟囱的水力半径r h = A/ n = （1 X 1.2）/2（1+1.2）=0.273m当量直径 de= 4r h=1.109m流体流经烟囱损失的能量Eh f=X ?( I / d e) u=268.25

22、= 0.687 u/2=0.05=0.687 u2X (30/1.109) X u/2空气的密度p 空气=PM/RT = 1.21Kg/m32烟囱的上表面压强（表压）P 上=- p空气gh = 1.21 X 9.81 X 30=-355.02 Pa烟囱的下表面压强（表压）P下=-49 Pa烟囱内的平均压强 P= (P 上 + P下)/2 + P 0 = 101128 Pa由p = PM/RT可以得到烟囱气体的密度p =(30 X 10-3 X 101128) / (8.314 X 673)=0.5422 Kg/m3在烟囱上下表面列伯努利方程上/ p = P 下/ p + Zg+Eh fEh f

23、= (P 上-P 下” p - Zg=(-49+355.02)/0.542230 X 9.81流体流速u = 19.76 m/s质量流量CDs=uA p = 19.76 X 1X 1.2 X 0.5422=4.63X 104 Kg/h20. 每小时将2X 103kg的溶液用泵从反应器输 送到高位槽。反应器液面上方保持26.7 X 102Pa的真空 读，高位槽液面上方为大气压强。管道为的钢管，总长 为50m管线上有两个全开的闸阀，一个孔板流量计（局 泵效率为0.7，求泵的轴功率。解： 流体的质量流速3 s = 2 X 104/3600 = 5.56 kg/s流速 u = 3 s/(A p )=1

24、.43m/s雷偌准数 Re=dup / 卩=165199 4000查本书附图1-29得5个标准弯头的当量长度：5 X 2.仁10.5m2个全开阀的当量长度：2 X 0.45 = 0.9m局部阻力当量长度 El e=10.5 + 0.9 = 11.4m假定 1/ 入 1/2=2 lg(d /& ) +1.14 = 2 lg(68/0.3) + 1.14入=0.029检验 d/(X ReX 入 1/2) = 0.008 0.005符合假定即入=0.029全流程阻力损失Eh =XX ( i + Ei e)/d X u2/2 + ZXu2/2=0.029 X (50+11.4)/(68 X 103)

25、+ 42X 1.43 /2=30.863 J/Kg在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得P1 p + We = Zg + P 2/ p + EhWe = Zg + (P1- P 2)/ p +Eh=15X 9.81 + 26.7 X 103/1073 + 30.863=202.9 J/Kg有效功率Ne = We X3 s = 202.9 X 5.56 = 1.128 X 103轴功率n = Ne/ n =1.128 X 103/0.7 = 1.61 X 103W=1.61KW月题2i mI林宅H 2址斡以21. 从设备送出的废气中有少量可溶 物质，在放空之前令其通过一个洗涤器，以 回收这些 物质进

26、行综合利用，并避免环境污染。气体流量为3600m/h，其物理性质与50C的空气基本相同。如本题附图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U管压差计，起读数为30mm输气管与放空管的内径均为250mm管长与管件，阀门的当量长度之和为 50m，放空机与鼓风机进口的垂直距离为 20m,已估计气体通过塔内填料层的压强降为1.96 X103P&管壁的绝对粗糙度可取 0.15mm大气压强为101.33 x 103o求鼓风机的有效功率。解：查表得该气体的有关物性常数P=1.093 ,卩=1.96 x 10-5Pas气体流速 u = 3600/(3600 x 4/ nX 0.252) = 20.38

27、 m/s质量流量 3 s = uAs = 20.38 X 4/ nX 0.25 2X 1.093=1.093 Kg/s流体流动的雷偌准数 Re = du p /卩=2.84 x 105为湍流型所有当量长度之和I总=I +工1 e=50m&取 0.15 时 & /d = 0.15/250= 0.0006查表得入=0.0189所有能量损失包括出口，入口和管道能量损失即：Eh = 0.5 X u2/2 + 1 X u2/2 + (0.0189 X 50/0.25) u 72 =1100.66在1-1、2-2两截面处列伯努利方程u 2/2 + P 1/ p + We = Zg + u 2/2 + P

28、2/ p + EhWe = Zg + (P 2- P 1)/ p +Eh而 1-1、2-2 两截面处的压强差 P 2- P 1 = P2- p 水gh = 1.96 X 103 - 10 3X39.81 X 31 X 10=1665.7 Pa We = 2820.83 W/Kg泵的有效功率 Ne = WeX 3 s=3083.2W = 3.08 KW22. 如本题附图所示，贮水槽水位维持不变。槽底与内径为100mm的钢质放水管习越為附图相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15m处安有以水银为指示液的 U管差压计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接管内充满了水，测压点 与管路出口端之间

29、的长度为20m（1）.当闸阀关闭时，测得 R=600mmh=1500mm当闸阀部分开启时， 测的R=400mmh=1400mm摩擦系数可取0.025，管路入口处的局部阻力系数为 0.5。问每小时从管中水流出若干立方米。（2）.当闸阀全开时，U管压差计测压处的静压强为若干（Pa,表压）。 闸阀全开时le/d15,摩擦系数仍取0.025。解：根据流体静力学基本方程，设槽面到管道的高度为xp 水 g(h+x)= p 水银gR103x (1.5+x) = 13.6 x 103 x 0.6x = 6.6m部分开启时截面处的压强P 1 = p水银gR - p水gh = 39.63 x 103Pa在槽面处和

30、1-1截面处列伯努利方程Zg + 0 + 0 = 0 + u72 + P 1/ p +2而刀 h =入(I +艺 I e)/d + Z u /22=2.125 u 6.6 x 9.81 = u 2/2 + 39.63 + 2.125 uu = 3.09/s23体积流量 3 s= uA p = 3.09 xn /4 x (0.1) x 3600 = 87.41m /h 闸阀全开时 取2-2,3-3截面列伯努利方程Zg = u2/2 + 0.5u 2/2 + 0.025 x (15 + i /d)u 2/2u = 3.47m/s取1-1、3-3截面列伯努利方程 2 2P 1/ p = u /2 +

31、 0.025 x (15+ I /d)u /24 P1 = 3.7 x 10 Pa25.在两座尺寸相同的吸收塔内，各填充不同的填料，并以相同的管路并 联组合。每条支管上均装有闸阀，两支路的管长均为5m (均包括除了闸阀以外的管件局部阻力的当量长度)，管内径为200mm通过田料层的能量损失可分别 折算为5u12与 4u22,式中u为气体在管内的流速 m/s ,气体在支管内流动的 摩擦系数为0.02。管路的气体总流量为0.3m3/s。试求：(1)两阀全开时，两塔 的通气量；(2)附图中AB的能量损失。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

32、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Xh f= ( l+El e/d) U2/2 +h f填 而且并联 管路气体总流量为个支路之和,即Vs= Vs1 + Vs2解：两阀全开时，两塔的通气量由本书附图1 29查得 d=200mn时阀线的当量长度i e=150m22Eh 竹=入(i i + Ei ei/d) u i/2 + 5 u i22=0.02X (50+150)/0.2 Ui/2 + 5 u iEh f2 =入(l 2+El e2/d) u 22/2 + 4 u 12=0.02X (50+150)/0.2 u22/2 + 4 u 12Eh f1 =Eh f2 uj

33、/ u 22=11.75/12.75即 u 1 = 0.96u 2又 T M= Vs1 + Vs22=u1A1+ u 2A2 , A 1 = A 2 =(0.2) n /4=0.01 n=(0.96u 2+ u2)?0.01 n=0.3 u 2=4.875m/s u 1A=4.68 m/s即 两塔的通气量分别为 Vs1 =0.147 m3/s, V s12=0.153 m3/s 总的能量损失Eh f=Eh f1 =Eh f22 2=0.02 X 155/0.2 u 1/2 + 5 u 1=12.5 u12 = 279.25 J/Kg26.用离心泵将20C水经总 管分别送至A, B容器内，总管流

34、量 为89m/h3,总管直径为巾127 x 5mm原出口压强为1.93 x 105Pa,容器B内水面上方表 压为1kgf/cm2,总管的流动阻力可忽略，各设备间的相对位置如本题附图所示。试求： (1)离心泵的有效压头H (2)两支管的压头损失 H, o-A , H , o-B ,。解：(1)离心泵的有效压头总管流速u = Vs/A2-6而 A = 3600 Xn /4 X (117) x 10u = 2.3m/s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 2/2 + P 0/ p +Eh f ：总管流动阻力不计Xh f=0We = u2/2 + P 0/ p -Zg=2

35、.325/2 +1.93 X 10/998.2 -2 X 9.81=176.38J/Kg有效压头 He = We/g = 17.98m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Z 0g + We = Z 1g + P 1/ p + Xh 竹Z g + We = Z 2g + P 2/ p + Xh f2得到两支管的能量损失分别为Xh f1= Zog + We (Zq + P 1/ p )=2 X 9.81 + 176.38- (16 X 9.81 + 0)=39.04J/KgXh f2=Z0g + We - (Z 2g + P 2/ p )=2 X 9.81 + 176.38- (8

36、 X 9.81 + 101.33 X 103/998.2)=16.0 J/Kg压头损失H fi = Xh 鬥/g = 3.98 mHf2 = Xh f2/g = 1.63m28 本题附图所示为一输水系统，高位 槽的水面维持恒定，水分别从BC与BD两支管 排出，高位槽液面与两支管出口间的距离为 11m AB段内径为38mm长为58m BC支管内 径为32mm长为12.5m； BD支管的内径为26mm 长为14m各段管长均包括管件及阀门全开时的当量长度。AB与BC管的摩擦系数为0.03。试计算: 当BD支管的阀门关闭时，BC支管的最大排水量为若干 m/h ？ 当所有的阀门全开时，两支管的排水量各为

37、若干myh ？ BD支管的管壁绝对粗糙度为0.15mm 水的密度为1000kg/m3,粘度为0.001Pa s。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：(1) BD支管的阀门关闭VS,AB = V S,BC 即2 2uoA = u 1A u 0 n 38/4 = u 1 n 32 /4 u 0 = 0.71u 1分别在槽面与C-C,B-B截面处列出伯努利方程0 + 0 + Zg = u 1 /2+ 0 + 0+Xh f,Ac0 + 0 + Z1g = u 0/2+

38、 0 + 0+Xh f,AB22而Xh f,AC= 入 q 1Ad 0 ) u0/2 + 入?(IB(/d 1) u1/2=O.03 X(58000/38)X uXh f,AB = 入 q I AB/d 0) u0 /2/2 +0.03 (12500/32)X*2/222=22.89 u 0 + 5.86 u 1=0.03 X (58000/38) X uo2/2=22.89 u 02 ui = 2.46m/sBC支管的排水量 V s,bc = u iA = 7.1m 3/s所有的阀门全开V s,ab = V s,bc + V s,bd2 2 2u 0A)= u 1A1 + u 2A2 u 0

39、 n 38 /4 = u in 32 /4 + u 2 n 26/4u 0382 = u i322 + u 22 62假设在BD段满足1/入1/2=2 lg(d /& ) +1.14入 d = 0.0317同理在槽面与c-c,d-d截面处列出伯努利方程2Z 0g = u 1 /2 + Eh f,AC=u 12/2 + 入? I AB/d 0 ) u02/2 + 入?( I Bc/d 1) u12/2 Z 0g = u 2/2 + Eh f,AD=u 2 /2 + 入? I AB/d 0 ) u/2 + 入 D?( I Bc/d 2) u2 /2联立求解得到 u 1 = 1.776 m/s, u

40、 2= 1.49 m/s333核算 Re = du p / 卩=26 X 10- X 1.49 X 10/0.001 = 38.74 X 10(d/& )/Re 入 1/2 = 0.025 0.005假设成立即 D,C 两点的流速 u 1 = 1.776 m/s , u 2= 1.49 m/s BC 段和 BD的流量分别为 Vs,bc = 32 X 10X ( n /4) X 3600X 1.7763=5.14 m/sVs,bd = 26 X 10X ( n /4) X 3600X 1.49=2.58 m3/s29.在38X 2.5mm的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为16.4mm 管中

41、流动的是20r的苯，采用角接取压法用u管压差计测量孔板两测的压强差， 以水银为指示液，策压连接管中充满甲苯。测得U管压差计的读数为600mm试计算管中甲苯的流量为若干kg/h ?解：查本书附表20 C时甲苯的密度和粘度分别为p = 867 Kg/m3,卩=0.675 X 10-3假设 Re = 8.67 X 104当A0/A1 = (16.4/33) = 0.245时，查孔板流量计的 G与Re, A0/A1的关系得到C 0 = 0.631/2体积流量 Vs = C A2gR( p a- p )/ p 261/2=0.63 Xn /4 X 16.4 X 10- X 2 X 9.81 X 0.6

42、X (13.6-0.867)/0.867=1.75 X 10-3 m3/s流速 u = V s /A = 2.05 m/s核算雷偌准数 Re = du p /卩=8.67 X 104与假设基本相符甲苯的质量流量 3 s = V sp =1.75 X 103 X 867 X 3600=5426 Kg/h第二章流体输送机械2. 用离心泵以40n3/h的流量将贮水池中65C的热水输送到凉水塔顶， 并经喷头喷出而落入凉水池中，以达到冷却的目的，已知水进入喷头之前需要维 持49kPa的表压强，喷头入口较贮水池水面高6m,吸入管路和排出管路中压头损失分别为1m和3m管路中的动压头可以忽略不计。试选用合适的

43、离心泵并确 定泵的安装高度。当地大气压按101.33kPa计。解：输送的是清水选用B型泵查65 T时水的密度p = 980.5 Kg/m 3在水池面和喷头处列伯努利方程2 2ui /2g + P i/ p g + H = u i /2g + P 2/ p g + H f + Z取 ui = u 2 = 0 则H = (P 2- P i)/ p g + H f + Z3=49 X 10/980.5 X 9.8 + 6 + (1+4) =15.1 m/ Q = 40 m 3/h由图2-27得可以选用3B19A 2900 465C时清水的饱和蒸汽压 FV = 2.544 X 104Pa当地大气压 H

44、 a = F/ P g = 101.33 X 103 /998.2 X 9.81 = 10.35 m查附表二十三 3B19A 的泵的流量：29.5 48.6 m 3/h为保证离心泵能正常运转，选用最大输出量所对应的H s即 H s = 4.5mIQ输送 65C 水的真空度 H s = H s +( H a-10)-(R/9.81 X 10 -0.24)1000/ p=2.5m允许吸上咼度 H = H s - u /2g - H f,0-1=2.5- 1 = 1.5m即安装高度应低于1.5m4 .用例2-2附图所示的管路系统测定离心泵的气蚀性能参数，则需在泵的吸入管路中安装调节阀门。适当调节泵的

45、吸入和排出管路上两阀门的开度， 可使吸入管阻力增大而流量保持不变。若离心泵的吸入管直径为100mm排出管直径为50mm孔板流量计孔口直径为 35mm测的流量计压差计读数为 0.85mHg吸入口真空表读数为550mmH时，离心泵恰发生气蚀现象。试求该流量下泵的允许 气蚀余量和吸上真空度。已知水温为 20C，当地大气压为760mmHg解：确定流速A 0 /A2 = (d 0/d 2)2 = (35/50)=0.49查20C时水的有关物性常数p = 998.2Kg/m3 ,卩=100.5 X 10-5 ,R v =2.3346 Kpa假设G在常数区查图1-33得 G = 0.694 则1/2P u

46、0 = C 0 2R( p A- p )g/=10.07m/su 2 = 0.49u 0 = 4.93 m/s核算:Re = d 2U2 p / 卩=2.46 X 105 2 X 1052.密度为2650kg/m3勺球型石英颗粒在20C空气中自由沉降，计算服从2u1= u 2(d 2 / di) = 1.23 m/s允许气蚀余量 h = (P仁P 2)/ p g + u j/2gPi = Pa - P 真空度 =28.02 Kpa h = (28.02-2.3346)X 103/998.2 X 9.81=2.7 m允许吸上高度H g =(Pa- P v)/ p g - h- EHf离心泵离槽面

47、道路很短可以看作EH f = 0 Hg =(P a- P V)/ p g - h=(101.4- 2.3346) X 103/(998.2 X 9.81)- 2.7=7.42 m7.用两台离心泵从水池向高位槽送水，单台泵的特性曲线方程为H=251X 106Q2管路特性曲线方程可近似表示为H=10+1 X 106C2两式中Q的单位为mys , H的单位为m试问两泵如何组合才能使输液量最大？(输水过程为 定态流动)分析：两台泵有串联和并联两种组合方法串联时单台泵的送水量即为管路中的总量，泵的压头为单台泵的两倍；并联时泵的压头即为单台泵的压头， 单台送水量为管路总送水量的一半解：串联He = 2H1

48、0 + 1 X 105Ce2 = 2 X (25-1 X 106Q)-2 2 Qe= 0.436 X 10 m/s并联Q = Q e/225-1 X 106X Qe2= 10 + 1 X 105( Q e/2) 22 2 Qe = 0.383 X 10- m/s总送水量 Qe = 2 Q e= 0.765 X 10 m/s并联组合输送量大机械分离和固体流态化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 C时空气的密度p = 1.205 Kg/m 3 ,粘度卩=1.81x 10-5 Pa - s要使颗粒服从斯托克斯公式，必须满足Re 1即

49、Re = du t p / ii 1, 而 u t = d (p s- p) g/18 卩由此可以得到d3 18 u 7 (p s- p)p g最大颗粒直径 dmin = 18 u 2/ (p s- p)p g1/3=18x( 1.81 x 10-5)2/ (2650-1.205 )x 9.81 x1.2051/3(p s-p)=57.3卩m要使颗粒服从牛顿公式，必须满足10 3 Re 106 卩 2/ 1.742 p(p s- p) g-最小直径 d min = 0.001512 m = 1512 卩 m3. 在底面积为40n2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理 量为 3600m

50、3h ,固体的密度p s=3600kg/m3，操作条件下气体的密度p =1.06kg/m3,粘度为3.4 x 10-5Pa?。试求理论上完全除去的最小颗粒直径。解：根据生产能力计算出沉降速度ut = V s/b I = 3600/40 m/h = 0.025m/s假设气体流处在滞流区则可以按u t = d2 (p s- p) g/18卩进行计算2 d = 18 卩 / (p s- p) g ut可以得到 d = 0.175 x 10-4 m核算Re = du t p /卩1 ,符合假设的滞流区能完全除去的颗粒的最小直径 d = 0.175 X10-4 m = 17.5卩m4. 一多层降尘室除去

51、炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为8卩m,密度为4000kg/md除尘室长4.1m,宽1.8m,高4.2m,气体温度为427C,粘度为3.4Pa?s,密度为0.5kg/md若每小时的炉气量为2160标准m3,试确定降尘室内隔板 的间距及层数。解：假设沉降在滞流区，按ut= d2 (p s- p) g/18卩计算其沉降速度ut = (8 X 10-6)2X (4000-0.5) X 9.8/(18 X 3.4 X 10-5)-4=41X 10 m/s核算Re = dut p /卩1 ,符合假设的滞流区把标准生产能力换算成47C时的生产能力V s = V (273 + 427)/273 = 5538.4

52、6m3/h由 Vs = blu t (n-1 )得4n = Vs / blu t-1 = 5538.46/(4.1 X 1.8 X 41 X 10 X 3600)-1=50.814- 1 = 49.8取 n = 50 层,板间距 h = H/ (n + 1 ) = 4.2/51=0.0824m = 82.4 mm5. 含尘气体中尘粒的密度为 2300kg/m3，气体流量为1000m/h，粘度为3.6 X 10-5POs密度为0.674kg/m3,采用如图3-8所示的标准型旋风分离器进行 除尘。若分离器圆筒直径为0.4m，试估算其临界直径，分割粒径及压强降。解：(1)临界直径选用标准旋风分离器

53、Ne = 5 ，三=8.0B = D/4, h = D/2根据de = 9de13.889) 1/2=8.04-6X 10 m = 8.04 卩 m由 VS = bhu i 得 Bh = D/4 D/2 = V s /u i Ui = 8 V s /D 2卩B/( n Nep sUi ) 1/2计算颗粒的临界直径 =9 X 3.6 X 10 X 0.25 X 0.4/(3.14 X 5 X 2300 X(2)分割粒径根据d 50 = 0.27卩D/ut (p s- p) 1/2计算颗粒的分割粒径 d 50 = 0.273.6 X 10-5 X 0.4/(13.889 X 2300) 1/2=0.00573 X 10-3m = 5.73 卩 m(3)压强降根据 P = Ep Ui2/2计算压强降 P = 8.0 X 0.674 X 13.88972 = 520 Pa10.用一台BMS50/810-25型板框压滤机过滤某悬浮液，悬浮液中固体质量分率为0.139，固相密度为2200kg/m3，液相为水。每1m3滤饼中含500kg水，其余全为固相。已知操作条件下的过滤常数K=2.72X 10-5m/s，q=3.45 X 10ni/m2o滤框尺寸为810mm 810mrK 25mm共38个框。试求：(1