化工原理(郝晓刚、樊彩梅)课后答案

1、第一章流体流动1-1在大气压强为98.7 X10 3 Pa的地区，某真空精储塔塔顶真空表的读数为与表压强。绝对压强：8.54 X10 3Pa；表压强:-13.3 x 103Pam 由 绝对压强=大气压强-真空度得到：精储塔塔顶的绝对压强P绝=98.7 X 103Pa - 13.3 X 103Pa= 8.54 X103Pa精储塔塔顶的表压强 P表=-真空度=-13.3 x 103Pa1-2某流化床反应器上装有两个U型管压差计，指示液为水银，为防止气中扩散，于右侧的U型管与大气连通的玻璃管灌入一段水，如本题附图所mm, R=50 mrn R=50 mm 试求 A、B 两处的表压强。A： 7.16X

2、10 3Pa； B：m设空气的密度为pg,其他数据如图所示a a 处： R+ p ggh 1= p 水 gR+ p 水银 gR由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记即：Pa=1.0 X10 3X9.81 X0.05 + 13.6 X10 3X9.81 X0.05=7.16X103Pab- b'处：Pb+ p ggh3= P a + p ggh2 + p 水银 gR即：Pb=13.6X103X9.81 X0.4 + 7.16 X10 3=6.05 X 10 3Pa13.3X103 Pa,试计算精储塔塔顶的绝对压强水银蒸汽向空示。测得R=4006.05 X103Pa1-3用一复式

3、U形管压差计测定水流过管道上 A B两点的压差，压差计的指示液为水银，两段水银之间是水，今若测得h=1.2 m, h2=1.3 m, R=0.9 m, R=0.95 m,试求管道中 A、B两点间的压差 Pab为多少mmHg （先推导关系式，再进行数字运算)1716 mmHg【解】 如附图所示，取水平面 1-1'、2-2'和3-3',则其均为等压面,即P1P1，P2 P2，P3 P3根据静力学方程，有Pah20ghiP1P2HggR1 P1'因为P1p1',故由上两式可得PaH20ghiP2HggR1即P2Pah20ghiHggR1(a)设2'与3

4、之间的高度差为h,再根据静力学方程，有P2H20ghP3pBH2Og(h2R>)HggR2P3因为P3p3',故由上两式可得P2'H20ghPbH20g(h2 R2)HggR2(b)其中hh2h1Ri(c)将式(c)代入式(b)整理得p2pBH20g (h1Ri)( HgH2O)gR2(d)因为P2P2， 故由式(a)和式(d)得frPPah20ghiHggRiPbH 20 g(hi R1)( HgH 20) gR2PabPaPb ( Hgh 20)g( RiR2)=(13600-1000)X 9.81 X (0.9+0.95)=228.7kPa或 1716mmHgC的指

5、示液，下部U管中装有1-4测量气罐中的压强可用附图所示的微差压差计。微差压差计上部杯中充填有密度为密度为A的指示液，管与杯的直径之比为 d / D。试证气罐中的压强 PB可用下式计算:PbPa ( A c)ghcghd2/D2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 一 . . . . . . .【解】由静力学基本原则，选取 1 1为等压面，对于U管左边 p表+ P Cg(h1+R) = P1对于U管右边 P 2 = p AgR + p Cgh2P 表=p AgR + p Cgh2p Cg(h1+R)=p AgR p CgR + p

6、Cg (h-hj当Pit = 0时，扩大室液面平齐即无(D/2) 2(h2-h1)=无(d/2) 2R则可得PbPa ( A C)ghCghd2/D21-5硫酸流经由大小管组成的串联管路，硫酸密度为1830 kg/m 3,体积流量为2.5 x 10-3ni/s ,大小管尺寸分别为76mm< 4mnf口57mm< 3.5 mm,试分别计算硫酸在大、小管量、平均流速及质量流速。质量流量：4.575 kg/s；平均流速:u 大=0.69 m/s；质量流速： G小=2324kg/m2? s； G大=1263 kg/m质量流量在大小管中是相等的，即s小=ms 大=Vs p = 2.5 X 1

7、0-3 x1830 =4.5751-6 20 c水以Vs4)d2、Vsp u 小=1830p u 大=183032.5 102(4) 0.052.5 10 32(4) 0.06821.27m/s0.69m/sX 1.27=2324kg/m 2? sX 0.69=1263 kg/m 2? s2.5m/s的流速流经 38X 2.5mm的水平管,中的质量流u 小=1.27m/s ;? skg/s此管以锥形管和另一小53mm< 3mm勺水平管相连。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A、B两截面的能量损失为1.5J/ kg,求两玻璃管的水面差（以

8、mm计）。4)60X 3.5mm试求当R=45mm1-7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。管路直径均为其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为万hf. 2AB=E hf. CD=5 Ehf, bC=1.18U 2o两压差计中的指示液均为水银。h=200mm时：（1）压缩空气的压强Pi为若干？（2）U管差压计读数R为多少？压缩空气的压强R : 1.23 X10 5Pa；压计读数R: 609.7mm【解】对上下两槽取截面列柏努力方程，并取低截面为基准水平面0+0+Pi/ p =Z g+0+P2/ p +E hfPi= Z g p +0+P2+ P 汇

9、 hf=10X 9.81 X1100 +1100(2u2+1.18u 2)=107.91 X10 3+3498u2在压强管的B, C处取截面，由流体静力学方程得P b+p g (x+R) =Pc+p g ( hbc+x) +p水银RgPB+110OX9.81 X (0.+x) =Pc+1100X9.81 X (5+x) +13.6X10 3 X9.81 X0.PB-Pc=5.95X104Pa在B, C处取截面列柏努力方程，并取低截面为基准水平面0+Ub2 /2+Pb/ p =Z g+u C2/2+PJ p + h 3.管径不变，：ub=ucPb-Pc= p (Zg+E hf,BC)=1100X

10、 (1.18u 2+5X 9.81 ) =5.95X10 4Pa u=4.27m/s压缩槽表压 P 1=1.23 X10 5Pa(2)在B, D处取截面列柏努力方程，并取低截面为基准水平面0+u2/2+Pb/ p = Z g+0+0+ E h f, bc+E h f,CDP b= (7X9.81+1.18u 2+u2-0.5u 2) X 1100=8.35X 10 4PaP b- p gh= p 水银 Rg8.35 X 104- 1100X9.81 X0.2=13.6 X10 3 X9.81 XR 2R 2=609.7mm1-8密度为850kg/m3 ,粘度为8X 10-3Pa-s的液体在径为

11、14mm勺钢管流动，溶液的流速为 1m/s。试计算：(1)雷诺准 数，并指出属于何种流型？ ( 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 10 3Pa?属于滞流型；与管轴的距离：r=4.95X10 一大 管长为14.95m【解】(1) Re =dup/“= (14X 10 3 X1X850) / (8X 10-3) =1.49 X 10 3 > 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y2= -2p ( u-u m)当 u =0 时，y2

12、= r 2= 2pu mp = r 2/2 = d 2/8当 u = u 平均=0.5 u ma>= 0.5m/s 时，y2= - 2p (0.5-1 ) = d 2/8=0.125 d 2:即 与管轴的距离 r=4.95 X10-3m(3)在147X 103和127.5 X10 3两压强面处列伯努利方程U12/2 + P a/ P + Z 1g = u 22/2 + P Jp + Z 2g + Eh f u 1= u 2, Z 1= Z2Pa/ p = Pb/ p+ E hf损失能量 hf= (Pa- Pb)/p= (147X 103 -127.5X103) /850=22.94 流体

13、属于滞流型 摩擦系数与雷若准数之间满足 人=64/ Re 2又 丁 h £ =入 x ( l/d ) X0.5 ul=14.95m 输送管为水平管，：管长即为管子的当量长度即：管长为14.95m1-9某列管式换热器中共有 250根平行换热管。流经管的总水量为144 t/h ，平均水温为10C,为了保证换热器的冷却效果，需使管水流处于湍流状态，问对管径有何要求？管径0 39 mm【解】 查附录可知，10c水的黏度 g =1.305mPa-s即1.305 x 10-3Pa-s。3udms144 10 /3600156.2Res- 3 (/4)dn( /4)d 250 1.305 10 d

14、要求Re)4000,即156.2 >4000,因此dd w 0.039m 或 39mm即管径应不大于39mm1-10 90 C的水流进径20 mm的管，问当水的流速不超过哪一数值时流动才一定为层流？若管流动的是90c的空气，则此一数值应为多少？ 90 C的水：u< 0.0326 m/s ; 90c的空气：u<2.21 m/s【解】层流 Re du_<200090p =965.3kg - m3心=0.315 X 103 Pa s90C空气3-2000 0.315 10 3< 0.0326 m-0.02 965.3p =0.972kg m3心=2.15 X 10-5P

15、a- s-1s1-11u0 2000 25支 2.21-1ms0.02 0.972流体通过圆管湍流动时，管截面的速度分布可按下面经验公式来表示:ur=umax （y/R） 1/7 ,式中y为某点与壁面的距离，及y=R r o试求起平均速度 u与最大速度umax的比值。分析：平均速度u为总流量与截面积的商，而总流量又可以看作是速度是ur的流体流过2无rdr的面积的叠加即：V=/ 0Rur X 2无rdr解：平均速度 u=V/A=J 0RurX2 无 rdr/ (无 R2)=/ ORumax(y/R) 1/7X2% rdr/ ( R R2)=2umax/R15/7/OR (R r) 1/7rdr=

16、0.82umaxu/umax=0.82【拓展1-11】 黏度为0.075pa? s、密度为900kg/m3的油品，以10kg/s的流量在（|）114><3.5mm的管中作等温稳态流动,试求该油品流过15m管长时因摩擦阻力而引起的压强降为多少?【解】从半径为R的管流动的流体中划分出来一个极薄的环形空间，其半径为r,厚度为dr,如本题附图所示。流体通过此环隙的体积流量叫为将湍流时速度分布的经验式代入上式，得d匕=心心篇）2不rdr = - 2-明通过整个管截面的体积流量为Jr平均速度 U = %/TTR2 = OSNlZm"，即1-12 一定量的液体在圆形直管做滞流流动。若管

17、长及液体物性不变，而管径减至原有1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍？ 16倍【解】根据哈根-泊谡叶公式，即Apf = 32 m u/d，分别用下表1和2表示原来的与改变管径后的情况。两种情况下及J不变，则djd = 2 及 _ 匕 即 % Vig/1-13在径为100 mm的钢管输送一种溶液，流速为 1.8 m/s。溶液的密度为1100 kg/m3,黏度为2.1 mPa s。试求：（1）每100 m钢管的压力损失及压头损失；（2）若管由于腐蚀，其粗糙度增至原来的 10倍，求沿程损失增大的百分率。压力损失：38.3 kPa ;压头损失：3.55 m ;沿程损失增大的百分率：42.

18、3%【解】（1）据题意有Re业0.1 1.8 11007732.1 10 394300取新钢管 £=0.05mm, £ /d=0.05/100=0.0005 ,查图 1-27 得 人=0.0215 或由下式计算得68 0.23680.23_0.100()0.100 (0.0005)0.0214d Re9430022l u100 1100 1.8压力损失pf - 0 0215 38300Pa或 38.3kPad 20.12压头损失hf>f383003.55 mf g 1100 9.81(2)腐蚀后，钢管 £/=0.5mm, £ 7 /d=0.5/10

19、0=0.005 ,查图 1-27 得人'=0.0306 或计算得0.100(0.00568 )0.2394300)0.0305沿程损失增大的百分率=h'f hf一 0.0306 0.0215 0423或423%hf0.0215.1-14其他条件不变，若管流速越大，则湍动程度越大，其阻力损失应越大。然而，雷诺数增大时摩擦系数却变小，两者是否 有矛盾？应如何解释？不矛盾2【解】 不矛盾。由宁公式 f L5可知，阻力损失不仅与 人有关，还和u2有关。层流时，U越大，虽然（1/Re） d 22越小，但3f越大（因f U）。完全湍流时，u越大，而 入不随Re变化，但 f U，故3f越大。

20、1-15设市场的钢管价格与其直径的1.37次方成正比，现拟将一定体积流量的流体输送某一段距离，试求采用两根小直，做以下比较：（1）所需的设备费；（2）若流体在大径管道输送和一根大直径管道输送两种方案（这两种方案的管流速相同）（入按柏拉修斯公式计算）管中为层流，则改用上述两根小管后其克服管路阻力所消耗的功率将为大管的几倍？若管均为湍流 则情况又将如何？小管设备费用/大管设备费用=1.24;层流时：N小/N大=2 ;湍流时：N小/N大=1.54（1）所需的设备费比较因为Vs（/4）dju 2 （ /4）d：u所以d"又设备费.1.37d故有大管设备费用小管设备费用（d 大）1.37d小（

21、*1.370 804 （或小管设备费用/大管设备费用2.=1/0.804=1.24）（2）所消耗的功率比较 按水平管、定压输送估算。根据机械能衡算方程，对水平等径管，有功率消耗阻力损失层流时,因为 Vs及u 一定，且 人=64/Re,所以习题17附图2阻力损失641 U 1/d2ud d 2N小/N大（d大/d小）2«2）2 2湍流时,因为u 一定，且0.3164/Re0",所以阻力损失1/d1251 251 25N小/N大（d大/d小）（J2）1.541-16截面为1000 mmx 1200 mm的矩形烟囱的高度为 30 m。平均摩尔kg/kmol、平均温度为 400 c

22、的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持49 Pa囱高度围大气的密度可视为定值，大气温度为20 C,地面处的大气压强为Pa。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的流量：4.62 X 104 kg/h【解】烟囱底端为上游截面 1 1，、顶端侧为下游截面 2 2、并以截质量为 30的真空度。在烟3101.33 X10kg/h 。烟道气面1 "为基准水平面。在两截面间列泊式，即式中由于烟道气压强变化不大，烟道气的密度可按LQ33X l(PPm及400c计算，即1.0133 X105X 30=Q.543区切_pM RT 8314 X 1(P(27314C0D以尹表示大气

23、的密度,%:与p"J别表示烟囱底部与顶端大气压强,即因烟囱顶端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 293"*而，所以LO乂对*28时空气的密度为于是将以上各值代入泊式，解得其中5皿 - 4叫一一 耳58)0.543询 xM = 266J/k£&-4fL 功二ZUIJEJ烟道气的流速为烟道气的流量为ws - 36D0uAp - 3600 X 19.7 X 1 2X IX 0.543 46210kg/h1-17见本题附图的管路系统。每小时将2X 104 kg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 X10 3 Pa的真空

24、度，高位槽液面上方为大气压强。管道为的钢管，总长为50 m,管线上有两个全开的闸阀，一个孔板流量计(局部阻力系数为4), 5个标准弯头。反应器液面与管路出口的距离为15 mi若泵效率为0.7,求泵的轴功率。泵的轴功率：1.61 kW【解】在反应器液面1 V与管路出口侧截面 2 2/间列泊式。以截面 1 V为基准水平面，则必-？ +,叱=必娉+尹£%式中 _停与2X10"-fxtn -木 立-1.43m/s1 尹 360DX-X0,Q6azX1073*44Pi - -Z6JX103Pa（#E）,附-（表压）将上列数值代入泊式，并整理得桃二劲鬻3以日”亨42青必2方其中，_Rd

25、 = Ciup/i = C.06BX 1 43 X 1073/0.63 X = L66X IC5sfd = 0.0044根据与z/d值，查得摩擦系数j, = 0.03,并由本教材可查得各管件，阀门的当量长度分别为闸阀（全开）0.43 X 2=0.86m标准弯头 2.2 X5=11m所以.于是_泵的轴功率为N =嗖wJjj = 2055 X 2 X 107（3600 X 0.7） = 1631W 1.63kW1-18 10 C的水以500 L/min的流量流过一根300 m的水平管，管壁的绝对粗糙度为0.05 mm。有6 m的压头可供克服流动的摩擦阻力，试求管径的最小尺寸。90.4 mm【解】由

26、于是直径相同的水平管，所以单位重量流体的泊式简化为而 Zkf = 2- = 6x9.81 = 58.86（a）U =引# = 500 * 10T/G” M）= 口 01。皤尸将各已知值代入式a,并简化得点=2.874 X（b）又与七/4有关，采用试差法，设 &=0.021代入式b,算出壮= 90。验算所设之人值是否正确e/d = D05X 10-3/0.0904 = 0.000553u = 601（362/0.0904工-l.Sm/s10c水物性由本教材附录 P = i000kg/m3 * = 13677 乂 1LFs，£，则Rg = dup/fi = 0.0904X1.3

27、X1000/13 仪77 X IO-5 ) - 8.99 X 1J1由E/d及R查得；T°.，故d = 0 0904171 = 90.4mwi1-19在两座尺寸相同的吸收塔，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5 m（均包括除了闸阀以外的管件局部阻力的当量长度），管径为200 mm通过填料层的能量损失可分别折算为5u，与4/,式中u为气体在管的流速 m/s,气体在支管流动的摩擦系数为0.02。管路的气体总流量为 0.3 m3/s o试求：（1）两阀全开时，两塔的通气量；（2）附图中 AB 的能量损失。VSi=0.147 m3/s, W=0.

28、153 m 3/s ; AB 的能量损失:279.25 J/KgIM （1）两塔通气量直彳至200mmg;路上的全开阀lE = 1.3m根据并联管路的流动规律即卜与渭邛竽“居=0.9011口皿(吐三门 *丑d.astckia2匕=匕20.901解得=0.3/2A1 = 0J42m3/fi=0.158m3/s（2）AB的能量损失声 .4.52m-% = 0.142/ x 0.2s =.% =2 勺 w = 2。/=2 3 = (002 工1-20如附图所示，20c软水由高位槽 A分别流入反应器 B和吸收塔C中，反应器B的压力为50 kPa,吸收塔C中的真 空度为10 kPa ,总管为 57 mm

29、X 3.5 mm,管长（20 + Za） m,通向反应器 B吸”塔C的管路均为 25 mmx3.5 mm,长度 分别为15 m和20 m （以上管长包括所有局部阻力的当量长度在）。管壁粗糙度可取为 0.15 mm如果要求向反应器供应 0.314kg/s的水，向吸收塔供应 0.471 kg/s 水，问Za至少为多少 m? Za至少为11.4 mm要完成向反应器b,吸收塔c的供水量要求，所需在 ZA大小可能不同，应从中选取较大者才行。为此，应按供水量要求分别沿支路1、支路2求算za或分支点O处的机械能。沿支路1(通向 B):已知 mi=0.314kg s-1, p=1000kg m3, d1=0.

30、02m；近似取 20c水的黏度心=1x 10-3Pa s。贝URe1udd10.15-20-查图得 入1=0.0383Uim /(/4)d：0.314/10002(/4) 0.02-11.0什 s1000 1.0 0.021 10 30.0075_ _42 104£ / d1 > 0.005 ,超出式（1-60）的适用围令分支点O处的机械能为 Etoi ,在点O与通向反应器B的管出口外侧之间列机械能衡算方程Et01 gZBPb2l1 U11 -d19.81350 104 10000.0383 拒 103.60.02 2J kg-1沿支路2(通向C):U2ms2 /0.471/1

31、000查图得入 2=0.0375分支点O处的eEto 2gZcPcJ Et01对总管：u(m&9.81=110.7J中较大者,ms?)/2(/4)dReud0.1550在高位槽Re2/4)d22U2d22(/4) 0.0221000 1.5 0.021 10 3d2d10.0075-11.5n s3 1042I2 u22 d2 2310 10208 0.0375 10000.02- kg-1即 EtoEto2 110.7J -(0.314 0.417)/1000(/4)0.0521.52-1 kg0.4 m. s-11000 0.4 0.05 c321 10 30.00368 0 23

32、0.100()0.100d Re104(0.003682 10.0.234 )0.0314A液面与分支点O间列机械能衡算方程gzAEto9.81zA 110.7 0.031420 Za0.050.42F9.81zA 0.050ZA111.7解得1-21如附图所示，某化工厂用管路1和管路2串联，将容器A中的盐酸输送到容器B中。容器A、B液面上方表压分别为 0.5 MPa 0.1 MPa（以上管长包括所有局部阻力的当量长度在）,管道尺寸分别和 38 mm x 2.5 mm。两容器的液面高度差可忽略，摩擦系已知盐酸的密度1150 kg/m 3,黏度2 mPai- s。试求：（1）该PAPB为数人都可

33、取为0.038 。管路1、2长均为50 m57 mm X 2.5 mm串联管路的输送能力;（2）由于生产急需，管路的输送能力要求增加50%现库存仅有9根38 mmx 2.5mm长6 m的管子。于是有人提出在管路 1上并联一长50 m的管线，另一些人提出应在管路2上并联一长50 m的管线。试比较这两种方案。方案一不可行；方案二可行【解】（1）球VS在液面A、B之间列机械能衡算方程Pa Pb时Vs2d1等Vs2d2ZA=11.4m已知l 1=l 2,故解得Pa Pb8_L，2 (5d112FVs d20.5 1 06 0.1 1068 0.038 5011150Vs=0.00283m3 - s-1

34、 或 10.19m： h-1(5 5)Vs0.05250.0335 s（2）两种方案的比较在定量计算之前，首先定性分析一下。要想增大管路系统的输送能力，应当在阻力较大的管线上并联一管路，才能明显的降低整个系统的流动阻力。本题管路2管径较小，显然阻力较大，应当在管路 2上并联一管线，即采用方案二。下面具体方案一：在管路1上并联一长50m的管线，令其为管路 3（见附图二）。习题1-21附图二沿管路3、2在液面A与B之间列机械能衡算方程Pa Pb 8 l 28 l 2-25 V s3-25 V s2d3d2再根据并联管路特点，有由于l 1=l 3,故又根据连续性方程，有60.5 1060.1 108

35、 0.038 508 0.038 50115011502Vs28 l15d12 0.03352 0.033526Vs38.830 10Vs12d35Vs125(果)2Vs3Vs3Vs2(a)8 l32SVs32d33.117Vs3(b)(c)联立求解式(a)、式(b)、式(c)得-1s_ _ _ _ . .3皿=0.00219m -1s_ _ _ _ _ _3M2=0.00289m -M3=0.00070m3 -1s输送能力=VS2=0.00289m3 s-1(或 10.40m3 h-1)10 40 10 19 _输送能力增加百分率=1040一以19 100%2% <50%10.19可见

36、此方案不可行。方案二：在管路2上并联一长PaPb8 l 28 l 22 5 Vs1 25Vs2d1d2对并联管路，有由于d2=d3,故又据连续性方程,660.5 100.1 108 0.038 508 0.038 50115011500.05252 0.0335Vs22Vs12+9.715 Vs22=8.578 X 10-5f2= f2= 3 f3Vs2= V s3(e)(d)Vs1Vs 2Vs3(f)联立求解式（d）、式（e）、式（f）可得3VS1=0.005m -1sh-1U3=Vs2=0.0025m3 - s-1输送能力=Vs1=0.005m3 - s-1 或 18m 可见此方案可行。显

37、然,1-22为测定空气流量,(p 0=1106 kg/m 3)和水(输送能力增加的百分率=18 10.19 100% 10.19定量计算结果与定性分析结果一致。将皮托管插入直径为p后1000 kg/m3）o空气温度为空气质量流量（kg/s）。ws： 7.08 kg/s【解】 查附录六得空气 p=1.128kg m3,心=1.91Vmax2gR( 0')DpdVmaxRe max查图1-43得所以76.6% >50%的空气管道中心，其压差大小用双液体微压计测定，指示液为氯苯40 C ,压力为101 kPa （绝压），试求微差压差计读数为 48 mm时的X10-5Psi- s2 9.

38、81 0.048 (1106 1000)9.4m.s-11.1281 9.4 1.1281.91 10 5u/ Vma=0.851u=0.85 X 9.4=7.99m s.22ms ( /4)d u ( /4) 17.991-23在38mm< 2.5mm的管路中装有标准孔板流量计，孔板的孔径为5.551051.12816.4 mm,-17.08 kg - s管中流动的是20c的甲苯，采用角接取U管压差计的读数为 600 mm,压法用U管压差计测量孔板两侧的压强差，以水银为指示液，测压连接管中充满甲苯。现测得m已知孔径板试计算管甲苯的流量为若干kg/h o 5.43 X 103 kg/h戛

39、。=16.4nini及管径d = 33mni，则AJA1 = (dD/dt)2 = (0.0164/0 033)2 = 0 247由本教材附录查得20c甲苯的密度为设&A%,由本教材查得G = 6陵866kn山己，黏度为0.6X10TF优y。甲苯在孔板处的流速为0.626b X9<81X 0.6(13600 - 856)R66甲苯的流量为% = 3600 X 8.24X不 K0.0164 X 既G = 5247kgyh检验&值,因管流速为电=X S.24 = 2.04m/S民.一小 PL： 一C.SX1D-3=g-7Z X 107 RSC0.12 MPa （绝压），温度为

40、? ws： 628 kg/h原假设正确。1-24在160 mmx 5 mm的空气管道上安装一孔径为75 mm的标准孔板，孔板前空气压力为25C。问当U形液柱压差计上指示的读数为 145 mmHO时，流经管道空气的质量流量为多少kg/h【解】pMRT0.12 106 298314 (27325)一 -31.405 kg m查附录六知=1.835 X 10-5Pa - sAd0 2()Ad喘)2 O'5由A查图Ai1-45水平段知0=0.625U。2gR( 0)C02gR00.6252 9.81 0.145 1000-128.12 小 s1.405校验：孔口处Re0Vs ( /他)。236

41、00 ( /4) 0.075msVs 1.405 447d0u。0.075 28.12 1.4051.835 10 5Re1 - Re01 d1028.12 3600 447 4 h-1628 kg h151.615 105黑 1.615 105 8.08 104由 A及Re再查图1-45,知0=0.625,与原取 Q=0.625相符。又孔板的压差为145mmH）t即1.42kPa ,与孔板前空气压力Ai120kPa相比甚小，可以作为不可压缩流体处理。1-25用20 c水标定的某转子流量计，其转子为硬铅（ p f = 11000 kg/m 3）,现用此流量计测量 20C、101.3 kPa （

42、绝压）下的空气流量，为此将转子换成形状相同、密度为p?f = 1150 kg/m3的塑料转子，设流量系数G不变，问在同一刻度下，空气流量为水流量的多少倍？9.8airpM百1.013 105 29 1.206 kg. m，8314 293对水VsC R A22( fH 2O )Vf gH 2O Af对空气故V_Vsf airH?Of H 2O air1150 1.206 10001卜 9.8倍,11000 1000 1.2062( f' air)VfgVs' CrA2air Af第二章流体输送机械2-1某水泵的吸入口与水池液面的垂直距离为3 m,吸入管直径为50 mm!勺水煤气

43、管（£ =0.2 mm）。管下端装有一带滤水网的底阀，泵吸入口处装有一真空表。底阀至真空表间的直管长8 m,其间有一个90。的标准弯头。操作是在 20 C进行。试估算：1）当泵的吸水量为20 m3/h时真空表的读数为多少？2）当泵的吸水量增加时，该真空表的读数是增加还是减小？真空表的读数为：5.2X10 4 Pa；真空表的读数增加【解】（1）取水池液面为上游截面 00"真空表所在截面为下游截面 1 1"并以水池液面为基准水平面，在两截面间 列伯努利方程式，得% = 沔-2O/(yXC.O52 X 3600)= 2.83m/s2詈?=0必言X= Pi + 2.837

44、 + X 0.03 X (3 + X 24832= + 2+2 X9 81X0.05=5.2 X10 4 Pa(2)当泵的吸水量增加时，则 U1增加，hf,01增加Z1U12ghf,0 1可知，该式右侧初 Z1保持不变外，其余两项均增加，因此可知当泵的吸水量增加时，该真空表的读数增加。2-2在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为26 m/h时，泵出口处压强表和入口处真空表的读数分别为152 kPa和24.7kPa,轴功率为2.45 kW,转速为2900 r/min ,若真空表和压强表两测压口间的垂直距离为0.4 m,泵的进出口管径相同，两测压口间管路流动阻力可忽略不计，试求该泵的效率，并列出该

45、效率下泵的性能。泵的效率：53.1%【解】取20c时水的密度p = 998.2 Kg/m 3在泵出口和入口处列伯努利方程u 12/2g + P 1/ p g + H = u 12/2g + P 2/ p g + Hf+ Z泵进出口管径相同，u 1= u 2不计两测压口见管路流动阻力Hf = 0. P 1/ p g + H = P2/ P g + ZH = (P 2- P 1)/ Pg + Z = 0.4 + (152+24.7) X10 3/998.2 X9.8=18.46 m该泵的效率 r = QHp g/N = 26 X 18.46 X 998.2 X9.8/(2.45 X103X3600

46、) = 53.1%2-3要将某减压精储塔塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽，釜中的真空度p0 (真)=67 kPa (其中液体处于沸腾状态，即其饱和蒸汽压等于釜中绝对压强p=p。(绝)。泵位于地面上，H=3.5m,吸入管的阻力损失Hf.0-1 =0.87 mb液体的密度 p =986 kg/m 3 ,已知该泵的必需汽蚀余量h=3.7m。试问该泵的安装位置是否适宜？该泵的安装位置不适宜= -3,7-0.87赠-3.7-fl.fl7-226m < Hg -因此，该泵的安装位置不适宜。2-4拟用一台离心泵以15 m3/h的流量输送常温的清水，此流量下的允许吸上真空度H' =5.6 m

47、。已知吸入管的管径为75mm吸入管段的压头损失为 0.5 m 0若泵的安装高度为4.0 m ,该泵能否正常操作？设当地大气压为98.1 kPa。该泵能正常工作u1 =匕/彳&？ =0.0752 x360Q)= 0.94m/s10.9产 广Hg = 5.6 0,5占 2 X 9.81=5.6 0,045 0.5 = 5.06m > 4.0m所以该泵能正常工作。2-5用例2-1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。适当调节泵的吸入和排出管路上两阀门的开度，可使吸入管的阻力增大而流量保持不变。若离心泵的排出管直径为50 mm吸入管直径为100 m

48、m孔板流量计孔口直径为35 mm测的流量压差计读数为0.85 mmHg吸入口真空表读数为550 mmHg离心泵恰好发生气蚀现象。 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760 mmHg 允许气蚀余量：2.69 m；允许吸上真空度：7.48 m【解】确定流速：A0/A 2= (d 0/d 2) 2= (35/50) 2= 0.49查20c时水的有关物性常数p = 998.2Kg/m 3, g = 100.5X10-5, P= 2.3346 Kpa假设C0在常数区查图，得 Co= 0.694则u° = C。2R ( P a- p) g/ p 1/2 =

49、10.07m/sU2 = 0.49u 0= 4.93 m/s核算：Re = d 2U2P/ g =2.46X10 5> 2X105 ;假设成立U1= u 2(d 2/ d 1) 2= 1.23 m/s允许气蚀余量Ah = (P 1- P 2)/ pg + u 12/2gP1= Pa - P 真空度=28.02 Kpa h = (28.02- 2.3346)X103/998.2 X9.81= 2.69 m允许吸上高度Hg=(Pa- P v)/ pg - Ah-EHf离心泵离槽面道路很短可以看作汇H f= 0Hg=(Pa- P v)/ Pg -Ah=(101.42.3346) X10 3/(

50、998.2 X9.81)2.7=7.48 m2-6某离心水泵在转速为2900r/min下流量为50 m3/h时，对应的压头为 32m,当泵的出口阀门全开时，管路特性方程为He = 20 + 0.4 X 105 Q2 (Q的单位为m/s)为了适应泵的特性，将管路上泵的出口阀门关小而改变管路特性。试求：(1)关小阀门后的管路特性方程；(2)关小阀门造成的压头损失占泵提供压头的百分数。管路特性方程：He 20 6.22 104Qe2 ；关小阀门损失占泵提供压头的百分数：13.4%m (1)关小阀门后的管路特性方程管路特性方程的通式为2He K BQ；式中的K=4z+Ap/pg不发生变化，关小阀门后，

51、管路的流量与压头应与泵提供的流量和压头分别相等，而B值则不同,以B表小，则有232 20B'里3600解得 B1 6.22 104s2/m5关小阀门后管路特性方程为He 20 6.22 104Q2(2)关小阀门后的压头损失关小阀门前管路要求的压头为25503600He 20 0.4 105 27.7m因关小阀门而多损失的压头为Hf 32 27.7 4.3m则该损失的压头占泵提供压头的百分数为100% 13.4% 322-7某离心泵压头与流量的关系可表示为：H =18 - 0.6X1Q6Q2 (H单位为m Q单位为m/s )若用该泵从常压贮水池将水抽到河道中，已知贮水池截面积为100 m2,池中水深7 m。输水前池水面低于河道水平面2 m,假设输水河道水面保持不变，且与大气相通。管路系统的压头损失可表示为：H =0.4X10Qf (H单位为m,磨位为n3/s )。试求将贮水池水全部抽出所需时间。所需时间：55.6 h【解】列出管路特性方程：H e= K + H fK= AZ + AP/ p g,贮水池和渠道均保持常压： P/ p g = 0K=A Z2 .H e =AZ + 0.4