太原理工大学化工原理题解

1、化工原理题解一填空(1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于 空气 侧的对流传热系数，而壁温接近于 饱和水蒸汽 侧流体的温度值。(2) 热传导的基本定律是 傅立叶定律 。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻 大 （大、小）一侧的a值。间壁换热器管壁温度tW接近于a值 大 （大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈 大 （大、小），其两侧的温差愈 大 （大、小）。(3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈 小 ，其两侧的温差愈 小 。(4)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在 滞

2、离层内（或热边界层内） ，减少热阻的最有效措施是 提高流体湍动程度 。(5) 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加 膨胀节 、 采用浮头式 或 U管式结构 ；翅片管换热器安装翅片的目的是 增加面积，增强流体的湍动程度以提高传热系数 。(6) 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b1b2b3，导热系数l1l2 R2 R3，各层导热速率Q1 = Q2 = Q3。(7) 物体辐射能力的大小与 黑度 成正比，还与 温度的四次方 成正比。(8) 写出三种循环型蒸发器的名称 中央循环管式 、 悬筐式 、 外加热式 。(9) 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括 自然对流 、 泡核

3、沸腾 和 膜状沸腾 三个阶段。实际操作应控制在 泡核沸腾 。在这一阶段内，传热系数随着温度差的增加而 增加 。(10) 传热的基本方式有 传导 、 对流 和 辐射 三种。热传导的基本定律是_傅立叶定律_其表达式为_dQ= -_。(11) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的 1.74 倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的 3.48 倍。（设条件改变后仍在湍流范围）(12) 导热系数的单位为 W/（m） ，对流传热系数的单位为 W/（m2） ，总传热系数的单位为 W/（m2） 。二、选择1 已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的

4、辐射能力，则铝的黑度D耐火砖的黑度。A 大于 B 等于 C 不能确定 D 小于2 某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动），使空气温度由20升至80，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的 A 倍。A 1.149 B 1.74 C 2 D 不定3 一定流量的液体在一f252.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数ai=1000W/m2；如流量与物性都不变，改用一f192mm的直管，则其a将变为 D 。A 1259 B 1496 C 1585 D 16784 对流传热系数关联式中普兰特准数是表示 C 的准数。A 对流传热

5、 B 流动状态 C 物性影响 D 自然对流影响5 在蒸气空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的B在工程上可行。A 提高蒸气流速 B 提高空气流速 C 采用过热蒸气以提高蒸气温度 D 在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积6 在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度差为50，现因某种原因，两者的温度各升高100，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该B。A 减小 B 增大 C 不变7 在单效蒸发器中，将某水溶液从14%连续浓缩至30%，原料液沸点进料，加热蒸汽的温度为96.2，有效传热温差为11.2，二次蒸气的温度为75.4，则溶液的沸点升高为 D 。A 11.2 B 20.8 C 85

6、 D 9.68 为蒸发某种粘度随浓度和温度变化较大的溶液，应采用B流程。A 并流加料 B 逆流加料 C 平流加料 D 双效三体并流加料三、计算1试推导出表示具有内部热源的实心球体的温度分布公式。已知： 球体半径，m； 球体表面的恒定温度，； 每单位球体体积在单位时间内所产生热量，； 球体材料的导热系数，。解： 球体积 ， 球表面积 根据傅立叶热传导公式： 所以 积分上式得： 2 一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为3m，直径为f252mm。水以0.7m/s的流速在管内流过，并从17被加热到37。流量为1.25kg/s、温度为72烃的饱和蒸气在管外冷凝成同温度的液体。烃蒸气的冷凝潜热为315kJ/k

7、g。已测得：蒸气冷凝传热系数a0=800W/(m2)，管内侧热阻为外侧的40%，污垢热阻又为管内侧热阻的70%，试核算：（1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准）；（2）换热管的总根数；（3）换热器的管程数。计算时可忽略管壁热阻及热损失，水的比热为4.18kJ/(kg)解： （1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准），S1；由题意知，水以0.7m/s的流速在管内流过，欲求S1，需先知道每程的管子数，每程的管子数等于所需冷却水的总流量与单管内水的流量之比。 两流体交换的热量为： 又 ， ，则 单管内水的流量为：每程所需管子数为：取每程管子数为20， 则每程所能提供的传热外表面积为： (2

8、) 换热管的总根数；由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。 由题给数据， 则任务所需的传热外表面积为： 换热管总根数为： 取 (2) 换热器的管程数。由题意管程数为： 3 在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为20和110。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45和40，使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38，试求：（1）空气出口温度为多少？（2）总传热系数为原来的多少倍？（3）若使冷却水加大一倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度各为多少？（a水a空气）（4）冷却水流量加大后，换热器的传

9、热速率有何变化？变为多少？解： 使用初期 使用一年后 110 40 110 45 20 38 20（1）空气出口温度题意可得：使用初期 （1） 使用一年后 （2）两式相比（2）/（1），得 则：=59.6（2）总传热系数 方程(2)式/(1)式，得： 故 （3）冷热流体的出口温度一年后 （3） （4）方程（4）式/（3），得： 整理前半式的方程 （5）又因 ， 故 由等比定理 则 整理得， （6）联立（5）和（6），可得： ， （4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？ 则 4 有一蒸汽加热器，热方：为饱和蒸汽冷凝，T=100；冷方：为生垢液体升温，。(1) 在测试中，维持以

10、上温度条件不变，发现蒸汽凝液流量，在清洗前后之比为1：2。 问：a 那些是控制热阻？管程宜走那一方流体？简述理由；b 清洗前，污垢热阻约为该时总热阻的多少分数？(2) 在操作中，若要求改为维持该加热器的热负荷不变。 问：随着污垢的增加，调节饱和蒸汽的温度和生垢液体的流量，是否都能达到要求？简述理由（定性分析）。注：冷方流型为湍流、面积基准和物性变化可不考虑以及清洗后的垢阻为零。解：(1) a 垢层是主要控制热阻，其次是垢层对液体的给热过程，因传热过程的传热量取决于热阻大的一方。管程宜走生垢液体，便于清洗，便于增大流速，可能减少垢层沉积在管子表面上，饱和蒸汽宜在管间（壳程）走，因流速对饱和蒸汽冷

11、凝给热系数几乎无影响，而饱和蒸汽冷凝的表面又不要求清洗，且在壳程流动易于及时排除冷凝水和不凝性气体。b 维持不变时： 清洗前传热量 （1） 清洗后传热量 （2）（1）式与（2）式比较得： 清洗前后总热阻的差值是污垢热阻 所以 %(2) 在操作中，调节生垢液体流量，企图减少垢层厚度来增加换热量，是不能满足的，因为生垢液体以为湍流，再增加流量时，所增加的换热量决不能与所需要的热量相当，这时会使出口温度下降。只有调节饱和蒸汽的温度来增加，使其满足热负荷的要求。假设垢层热阻的增加，使其换热量减少一半，（换热量再减少即不能操作），这时蒸汽的温度提高到160即可满足要求。假设垢层的生成，其传热面积的变化忽

12、略不计，而传热系数下降一半，则推动力 增加一倍，这样即可满足其换热器的热负荷不变。5有一换热器，管内通90的热流体，膜系数为1100，管外有某种液体沸腾，沸点为50，膜系数为5800。试求以下两种情况下的壁温：（1）管壁清洁无垢 ；（2）外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005解：忽略管壁热阻，并假设壁温为（1） 当壁很薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得： 则 （2） 同理 则 由此可知，壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。6 流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程流过，温度由150降至80；壳程冷却用水，进口温度为15，出口温度为65，与气体作逆流流动，两者均处于湍流。已知气

13、体侧的对流传热膜系数远小于冷却水侧的对流传热膜系数，管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计，气体平均比热为1.02kJ/kg，水的比热为4.17kJ/kg，不计温度变化对比热的影响，试求：（1）冷却水用量；（2）如冷却水进口温度上升为20，仍用原设备达到相同的气体冷却程度，此时对数平均温差为多少？（3）此时的出口水温将为多少？（4）此时的冷却水用量为多少？解：（1）冷却水用量； （2）如冷却水进口温度上升为20，仍用原设备达到相同的气体冷却程度，此时对数平均温差为多少？ 原情况 (1) 新情况 (2)因 ， ， 换热器与气体的情况未变， 则 ， 故 则 ， （2， 则用算术平均值合适）对新情况

14、下的热量进行衡算，故 7在套管换热器中用120的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管内湍流的苯。苯的流量为4000kg/h，比热容为1.9kJ/(kg)，温度从30升至60。蒸汽冷凝传热系数为1104W/(m2)，换热管内侧污垢热阻为4104m2/W，忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为f542mm的钢管，有效长度为12m。试求：（1）饱和蒸汽流量（其冷凝潜热为2204kJ/kg）；（2）管内苯的对流传热系数ai；（3）当苯的流量增加50%、但其他条件维持不变时，苯的出口温度为若干？（4）若想维持苯的出口温度仍为60应采取哪些措施？作出定量计算。解：（1）饱和蒸汽流量； （2）管内苯的对

15、流传热系数ai； 整理得 （1） （2） （3）苯的流量增加50%，苯的出口温度为若干 将其代入（2）式得 代入（1）式得 解得 （4）若想维持苯的出口温度仍为60应采取哪些措施？作出定量计算。（a） 将管子加长， 由（1）式得 （b） 提高加热蒸气压强（温度） 解得 8 一废热锅炉，由f252锅炉钢管组成，管外为水沸腾，温度为227，管内走合成转化气，温度由575下降到472。已知转化气一侧ai=300W/m2K，水侧ao=10000W/m2K，钢的导热系数为45W/mK，若忽略污垢热阻，试求：(1)以内壁面为基准的总传热系数Ki;(2)单位面积上的热负荷q(W/m2);(3)管内壁温度TW

16、及管外壁温度Ti;(4)试以计算结果说明为什么废热锅炉中转化气温度高达500左右仍可使用钢管做换热管。解：（1）Ki 所以 （2）q （3）管内壁温度TW 及 管外壁温度Ti 因为 由上述方程可解出 ， （4）由计算结果可知，钢管的内外壁温度接近水侧沸腾的温度，即接近于热阻小的一侧流体的温度。尽管废热锅炉中转化气温度高达500左右，而钢管的温度小于238，故仍可在此高温下使用钢管做换热管。9 水以一定流速在直管中作湍流流动，若管壁温度不变为350K，水的进出口温度分别为290K及295K，若水的流速增加一倍，则水的出口温度变为多大？解：求 =2， =？ 以知 ， ， ， 水湍流流动，需对水侧作

17、热量恒算可求。一般情况，水的进出口温差小于10，那么温度对物性参数影响较小，因此可以认为水的物性参数保持不变。由题意知，流速改变前： （1） 流速改变后： （2） 流速改变前 流速改变后 350K 350K 350K 350K 290K 295K 290K 则 又 （3）因物性参数不变，则： （4）（1）/（2），并将各参数带入，可得： 10 现有一逆流冷却器，用冷水冷却油，使油温从420K降到370K，水进口温度为285K，出口温度为310K。设油和水的流率、进口温度保持不变，将冷却器长度增加一倍（其它尺寸不变），求油及水的出口温度。解： 420K 370K 310K 285K对体系进行热量

18、恒算， 所以， （1） （2）冷却器长度增加一倍后， 420K T2 t2 285K假设： 则 所以， （3） （4）（1）=（3） 1.95= （5）（2）=（4） 3.9= （6）解（5）和（6）方程，得： T2 =341.74K t2 =324.13K 2， 则用算术平均值合适。11某工厂有一台列管式换热器，每小时将一定量的气体从80冷到60，冷却水温度由20升到30，气体在管内流过，冷却水在管外与气体成逆流。经核算，该换热器的传热系数，现生产需要气体出口温度更低，有人提出将一结构及大小与已用一台完全一样的换热器并联使用，气体量与原一台时相同，只是分成相等的两股送入，冷却水进出每个换热器

19、的温度仍与原来的一样。试计算：（1）此时气体的出口温度为多少？（2）两台换热器应如何安排才能把气体冷却到更低的温度？设：气体处理量与冷却水进出口温度都不变，忽略管壁与冷却水热阻，气体温度改变引起的物性改变也忽略不计。解：一台换热器情况： 所以 又因 气体放出的热量与冷却水得到的热量相等，所以： 即 （1）（1） 两台相同换热器并联使用 由于管间为水，管内为气体， 故有 气膜控制又 所以 故 （2）联立（1）式和（2）式解得： （2） 两台相同换热器串联使用时 （3）联立（1）式和（3）式解得： 因此两台串联使用可使气体出口温度降低到更低。12 某车间需要安装一台换热器，将流量为30m3/h、浓

20、度为10%的NaOH水溶液由20预热到60。加热剂为127的饱和蒸汽。该车间现库存一台两管程列管式换热器，其规格为252mm；长度为3m；总管数72根。试问库存的换热器能否满足传热任务？ 操作条件下，NaOH溶液的物性参数为钢的导热系数污垢热阻总和 解：对库存换热器进行传热能力核算 其中 蒸汽冷凝宜走壳程，NaOH水溶液走管程。求管内NaOH水溶液一侧的 换热器的传热速率 该换热器的热负荷 因为 所以库存的换热器能够完成传热任务。另一种解法：由传热方程式求得完成传热任务所需要的传热面积为： 同上，换热器的热负荷 ，故 该库存换热器所提供的传热面积的传热面积为： 因为 所以 库存的换热器能够完成

21、传热任务。13热气体在套管换热器中用冷水冷却，内管为钢管，导热系数。冷水在管内湍流流动，给热系数，热气在环隙中湍流流动，给热系数。不计垢层热阻，试求：（1） 管壁热阻占总热阻的百分数；（2） 内管中冷水流速提高一倍，总传热系数有何变化？（3） 内隙中热气体流速提高一倍，总传热系数有何变化？解： （1） = =总热阻 W管壁热阻 =管壁热阻分率为（2）增加（3） 增加 由上可知，管壁热阻往往占分率很小，可忽略；提高K值，强化传热，应在小处着手。15 的无缝钢管，内通过表压为0.2Mpa的饱和蒸汽。管外包30mm厚的保温层，该管设置于温度的大气中，已知管内壁与蒸汽的给热系数，保温层外表面与大气的给

22、热系数。求蒸汽流经每米管长的冷凝量W及保温层外表面的温度解： 每米管长的冷凝量W ， 不计管壁热阻 = =1.65查（表）下，饱和蒸汽，=16一内径的空心球形钢壳容器，其内壁表面温度，外壁外面用100热水加热。钢壳的导热系数，热水对外壁的给热系数500，试计算钢壳厚度是多少mm时传热速率达最大值？最大传热速率是多少？解： 对于所传热量有 其中， ， （推导而得）当R最小时必有当 时得 流体流动一填空(1）流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的 2 倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的 1/4 倍。(2）离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 -

23、Q 和 N-Q 曲线，这些曲线表示在一定 转速 下，输送某种特定的液体时泵的性能。(3) 处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须是 静止的 、 连通着的 、 同一种连续的液体 。流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用 皮托 流量计测量。(4) 如果流体为理想流体且无外加功的情况下，写出：单位质量流体的机械能衡算式为_ _；单位重量流体的机械能衡算式为_ _；单位体积流体的机械能衡算式为_ _；(5) 有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为 z1g+（u12/2）+p1+Ws= z2g+（u22/2）+p2 +hf ，各项单位为 Pa（N/m2） 。(6）气体的

24、粘度随温度升高而 增加 ，水的粘度随温度升高而 降低 。(7) 流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能 减小 。(8) 流体流动的连续性方程是 u1A1= u2A2= u A ；适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为 u1d12 = u2d22 = = u d2 。(9) 当地大气压为745mmHg测得一容器内的绝对压强为350mmHg，则真空度为 395mmHg 。测得另一容器内的表压强为1360 mmHg，则其绝对压强为2105mmHg。(10) 并联管路中各管段压强降 相等 ；管子长、直径小的管段通过的流量 小 。(11) 测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧压差值

25、将 增加 ，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值将 不变 。(12) 离心泵的轴封装置主要有两种： 填料密封 和 机械密封 。(13) 离心通风机的全风压是指 静风压 与 动风压 之和，其单位为 Pa 。(14) 若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头 降低，流量减小，效率降低，轴功率增加。降尘室的生产能力只与 沉降面积 和 颗粒沉降速度 有关，而与 高度 无关。(15) 分离因素的定义式为 ut2/gR 。(16) 已知旋风分离器的平均旋转半径为0. 5m，气体的切向进口速度为20m/s，则该分离器的分离因数为 800/9.8 。(17) 板框过滤机的洗涤速率为最终过滤速率的 1/4

26、。(18) 在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 2 次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的 0.5 次方成正比。二选择1 流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用_A_流量计测量。A 皮托管 B 孔板流量计 C 文丘里流量计 D 转子流量计2 离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生_A_。A 气缚现象 B汽蚀现象 C 汽化现象 D 气浮现象3 离心泵的调节阀开大时， B A 吸入管路阻力损失不变 B 泵出口的压力减小C 泵入口的真空度减小 D 泵工作点的扬程升高4 水由敞口恒液位的高位槽通过一 管道流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小后，管道总阻力损失 C 。A

27、 增大 B 减小 C 不变 D 不能判断5 流体流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机械能中的 C 项。A 动能 B 位能 C 静压能 D 总机械能6 在完全湍流时（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数l数值 C A 与光滑管一样 B 只取决于Re C 取决于相对粗糙度 D 与粗糙度无关7 孔板流量计的孔流系数C0当Re增大时，其值 B 。A 总在增大 B 先减小，后保持为定值 C 总在减小 D 不定8 已知列管换热器外壳内径为600mm，壳内装有269根f252.5mm的换热管，每小时有5104kg的溶液在管束外侧流过，溶液密度为810kg/m3，粘度为1.91103Pas，则溶液在管束外流过时的流

28、型为 A 。A 层流 B 湍流 C 过渡流 D 无法确定9 某离心泵运行一年后发现有气缚现象，应 C 。A 停泵，向泵内灌液 B 降低泵的安装高度C 检查进口管路是否有泄漏现象 D 检查出口管路阻力是否过大10 某液体在内径为d0的水平管路中稳定流动，其平均流速为u0，当它以相同的体积流量通过等长的内径为d2(d2=d0/2)的管子时，若流体为层流，则压降Dp为原来的 C 倍。A 4 B 8 C 16 D 32三计算1 为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U形压差计读数为R=130mm，通气管距贮槽底面h=20cm，贮

29、槽直径为2m，液体密度为980kg/m3。试求贮槽内液体的贮存量为多少吨？ 解：由题意得：R=130mm，h=20cm，D=2m，980kg/，。观察瓶 压缩空气HRh（1） 管道内空气缓慢鼓泡u=0，可用静力学原理求解。（2） 空气的很小，忽略空气柱的影响。 2 测量气体的微小压强差，可用附图所示的双液杯式微差压计。两杯中放有密度为的液体，U形管下部指示液密度为，管与杯的直径之比d/D。试证气罐中的压强可用下式计算： 证明： 作1-1等压面，由静力学方程得： （1） 代入（1）式得： 即3 利用流体平衡的一般表达式推导大气压p与海拔高度h之间的关系。设海平面处的大气压强为，大气可视作等温的理

30、想气体。解： 大气层仅考虑重力，所以： X=0， Y=0， Z=-g， dz=dh 又理想气体 其中M为气体平均分子量，R为气体通用常数。 积分整理得HH1H24 如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为f833.5mm，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H1为4.8m，压力表安装位置离贮槽的水面高度H2为5m。当输水量为36m3/h时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg，压力表读数为2.452105Pa，泵的效率为70%，水的密度r为1000kg/m3，试求：（1）两槽液面的高度

31、差H为多少？（2）泵所需的实际功率为多少kW？（3）真空表的读数为多少kgf/cm2？解：（1）两槽液面的高度差H 在压力表所在截面2-2与高位槽液面3-3间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，得： 其中， , u3=0, p3=0, p2=2.452105Pa, H2=5m, u2=Vs/A=2.205m/s代入上式得： （2）泵所需的实际功率在贮槽液面0-0与高位槽液面3-3间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： 其中， , u2= u3=0, p2= p3=0, H0=0， H=29.4m代入方程求得： We=298.64J/kg， 故 ， =70%， （3）真空表的读数在贮槽液

32、面0-0与真空表截面1-1间列柏努利方程，有： 其中， , H0=0， u0=0, p0=0, H1=4.8m, u1=2.205m/s代入上式得， 5 两敞口贮槽的底部在同一水平面上,其间由一内径75mm长200m的水平管和局部阻力系数为0.17的全开闸阀彼此相连，一贮槽直径为7m，盛水深7m，另一贮槽直径为5m，盛水深3m，若将闸阀全开，问大罐内水平将到6m时，需多长时间？设管道的流体摩擦系数。解：在任一时间t内，大罐水深为H，小罐水深为h 大罐截面积=， 小罐截面积=， 当大罐水面下降到H时所排出的体积为： ， 这时小罐水面上升高度为x；所以 而 在大贮槽液面1-1与小贮槽液面2-2间列

33、柏努利方程，并以底面为基准水平面，有： 其中 大气压， u为管中流速， ， 代入方程得： 若在dt时间内水面从H下降H-dH，这时体积将变化为-38.465dH，则： 故 16m3m6 用泵将20水从敞口贮槽送至表压为1.5105Pa的密闭容器，两槽液面均恒定不变，各部分相对位置如图所示。输送管路尺寸为f1084mm的无缝钢管，吸入管长为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3/4开度时管路的流量(m3/h)；(2)压强表

34、读数（Pa）；(3)泵的压头（m）；(4)若泵的轴功率为10kW，求泵的效率；(5)若离心泵运行一年后发现有气缚现象，试分析其原因。解：（1）阀门3/4开度时管路的流量(m3/h)；在贮槽液面0-0与真空表所在截面1-1间列柏努利方程。以0-0截面为基准水平面，有： 其中， , z0=0， u0=0, p0=0（表压）, z1=3m, p1=-42700Pa（表压）代入上式，得： u1=2.3m/s， Q=(2)压强表读数（Pa）；在压力表所在截面2-2与容器液面3-3间列柏努利方程。仍以0-0截面为基准水平面，有： 解得， p2=3.23105Pa（表压）（3）泵的压头（m）；在真空表与压力

35、表所在截面间列柏努利方程，可得，（4） 泵的有效功率 （5） 若离心泵运行一年后发现有气缚现象，原因是进口管有泄露。H=20mH1=2m7 如图所示输水系统，已知管路总长度（包括所有当量长度，下同）为100m，压力表之后管路长度为80m，管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m，水的密度为1000kg/m3，泵的效率为0.8，输水量为15m3/h。求：（1）整个管路的阻力损失，J/kg；（2）泵轴功率，kw；（3）压力表的读数，Pa。解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg；由题意知，则 （2）泵轴功率，kw；在贮槽液面0-0与高位槽液面1-1间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： 其

36、中， , u0= u1=0， p1= p0=0（表压）, H0=0， H=20m代入方程得： 又 故 ， =80%， B R A H R R t s8 用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为f573.5mm，泵出口垂直管段A、B截面上的测压口有软管与两支液柱压差计相连，其上指示剂水银柱的读数分别为R=40mm及R=1200mm。右边压差计的左侧指示剂液面与截面A的垂直距离H=1000mm， 右侧开口支管的水银面上灌有一段R=20mm的清水。A、B两截面间的管长（即垂直距离）为hAB =6m。管路中的摩擦系数为0.02。当地大气压强为1.0133105Pa，取水的密度为

37、1000kg/m3，水银的密度为13600kg/m3。试求：（1）截面A、B间的管路摩擦阻力损失hf,AB, J/kg；（2）水在管路中的流速u, m/s；（3）截面B上的压强pB, Pa；（4）截面A上的压强pA, Pa。解：（1）截面A、B间的管路摩擦阻力损失hf,AB, J/kg； 取截面A为上游截面，截面B为下游截面，并以截面A为基准水平面。在两截面之间列柏努利方程式，即： gZA + + = gZB + + + （1）则： = (ZA - ZB )g + + （2）其中： ZA - ZB =（0-6）=-6m =0 （pA - pB）=hABW g + R（Hg W）g =61000

38、9.8 + 0.04（13600 1000）9.8 =63800 Pa将诸值带入（2）式，得： =-69.8 +638001000=4.94 J/kg（2）水在管路中的流速u, m/s； A、B之间的阻力损失与流速有关，可用如下公式表示： = （3）其中，l=6m，d=0.05m，=0.02，=4.94 J/kg，带入（3）式： 4.94=0.02可得， u=2.029 m/s（3）截面B上的压强pB, Pa；在右边压差计的左侧指示剂液面处作t-s等压参考面，由流体静力学原理可知，Pt=Ps则： PB +（hAB +H）W g =Pa +W g +Hg g整理得：PB = Pa + W g +

39、Hg g - （hAB +H）W g =1.0133105 + 0.0210009.81 + 1.2136009.81-（6+1）10009.81 =193000 Pa（4）截面A上的压强pA, Pa。 PA = PB +PAB = PB + hAB W g =193000 + 610009.81 =256000 Pa9 某石油化工厂每小时将40吨重油从地面油罐输送到20m高处的贮槽内，输油管路为1084mm的钢管，其水平部分的长度为430m，已知在输送温度下，重油的部分物性数据如下：密度，kg/m3粘度，cP平均比热，kJ/kg15的冷油50的热油96089034301871.6751.67

40、5（1） 试比较在15及50两种温度下输送时，泵所消耗的功率（该泵的效率为0.60）。（2）假设电价每千瓦小时（度）0.20元，每吨1.0atm（绝压）废热蒸汽1.80元，试比较用废热蒸汽将油加热到50再输送，比直接输送15冷油的经济效果如何？（1atm蒸汽潜热为2257.6kJ/kg）解：（1）首先判断重油的流动类型， d=108 - 42=100mm，重油在管内流速为：15时 50时 雷诺准数：15时 50时 （2）摩擦阻力损失：由于重油在两种不同温度下是流动类型均为层流，故可用泊谡叶方程式求摩擦阻力造成的压头损失：15时 50时 （3）泵在两种温度下输送重油的压头：15时 50时 （4）

41、泵的轴功率输送15重油时 输送50重油时 （5）经济效果的比较：输送15重油比输送50重油多消耗的功率为： 144.06 - 12.54=131.52kw 若按1小时计算，则多消耗131.52kwh（即132.52度），1小时多消耗电费： 1132.520.20=26.304元将重油从15加热至50，每小时所需热量为： 消耗蒸汽量 加热重油所需消耗蒸汽的费用：1.041.80=1.872元/时从以上计算可知，在上述蒸汽和电能的价值条件下，将重油加热后再输送比直接输送冷油是有利的。10 内截面为1000的矩形烟囱的高度为。平均分子量为、平均温度为的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值，大气温度为，地面处的大气压强为。流体流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。解： 取烟囱底端为上游截面、顶端内侧为下游截面，并以截面为基准水平面。在两截面间列柏式，即：式中 由于烟道气压强变化不大，烟道气的密度可按以： 因烟囱顶端内侧压强等于同高度处的大气压强，故 标准状况下空气的密度为时空气的密度为： 于是 将以上各值代入柏式，解得：其中 烟道气的流速为： 烟道气的流量为： 11 某工业燃烧炉产生的烟气由烟囱排入大气。烟囱的直径d=2m，。烟气在烟囱内的平均温度为200，在此温度下烟气的密度，粘度，烟气流量。