化工原理天津大学版化上下册习题答案

1、化工原理课后习题1 .某设备上真空表的读数为13.3 M03 Pa,试计算设备内的绝对卜强与表压强。已知该地区大气压强为98.7 X103 Pa。解：由 绝对压强=大气压强 -真空度 得到：设备内的绝对压强 P绝=98.7 xi03Pa -13.3 X103 Pa=8.54 X103 Pa设备内的表压强 P表二-真空度=-13.3 X103 Pa2 .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的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23 X10

2、6 Pa ,匚上不问至少需要几个螺钉？1分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力% I即考题2附配P油W（T螺解：P 螺=pghA = 960 刈.81 X9.6-0.8）_ .2与.14 M.76150.307 X103 N32。螺=39.03 X10 M.14X0.014 刈P油w S螺得n >6.23 取 n min = 7至少需要7个螺钉3.某流化床反应器上装有两个 U型管 压差计，如本题附图所示。测得 Ri = 400 mm ,R2 = 50 mm ,指示液为水银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的U型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度 R3 = 50 mm 。试求A

3、、B两处 的表压强。分析：根据静力学基本原则，对于右边的U管压差计，aw为等压面,对于左边的压差计，b七为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力 学基本方程求解。解：设空气的密度为 的，其他数据如图所示a-a 处 Pa + pgghi = p 水 gR3 + p水银井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 X103X9.81 M.05 + 13.6 X103X9.81 X0.05=7.16 X103 Pa 'ALC 一IC-.一b-b 处 Pb + pgh3 = Pa + 伊gh2 + p水银gRiPb = 13.6 X103X9.81 X0.4 + 7.

4、16 X103=6.05 X103Pa4.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 计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg/? o试求当压差计读数 R=68mm 时，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11'和44'为等压面，2 2'和3 3'为等压面，且11-2'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Ah在1 1 '与2 2'截面之间P1 = P 2 +

5、 p 水银 gRP1 = P4, P2 = P3且 P3 = p 煤油 gAh , P4 = p 水g ( H-h ) + p 煤油 g (Ah + h) 联立这几个方程得到p 水银 gR = p水g (H-h ) + p 煤油g (Ah + h ) - p 煤油 g Ah 即p水银 gR = p水gH + p煤油 gh - p水gh带入数据1.03X103M - 13.6 X103>0.068 = h(1.0 X1030.82 M03h = 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

6、垂直距离分别为：h i = 2.3m , h 2=1.2m,h 3=2.5m, h 4=1.4m 。锅中水面与基准面之间的垂直距离h33 3 3 3 3t35=3m。大气压强 p a=99.3 X0 pa。试求锅炉上方水蒸气的压强P O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11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(h5-h4)= p 1 + p 水银 g(h3-h4)代入数据P0 + 1.0 X103X9.813-1.4)=P1 + 13.6 X

7、103X9.81。2.5-1.4)对右边的U管取b -b等压面，由静力学基本方程P1 + p水g(h 3-h 2)= p 水银 g(h 1-h 2)+ pa 代入数据33P 1 + 1.0X10 X9.81 x ( 2.5-1.2 ) = 13.6X10 X9.81 x3(2.3-1.2 ) + 99.3 M0解着两个方程得P0 = 3.64 X105Pa6.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/ m3 ,998 kg/m 3,U管中油、水交接面高 度差R = 300 mm,两扩大室的内径 D均 为60 mm, U管

8、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， 对于U管左边p表+ p油g(hi+R) = P i对于U管右边P 2 = p水gR + p油gh2p 表 =p水gR + p油 gh2 - p油g(h i+R)=p水gR - p油gR + p油g (h2-hi)当p表=0时，扩大室液面平齐即兀(D/2 ) 2 (h2-h i), 一 、2_兀(d/2 ) Rh2-h i = 3 mmp表=2.57 xi02Pa7.列管换热气

9、的管束由i2i根小X2.5mm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 50 c、压强 为196 M03Pa(表压)，当地大气压为 98.7 X103Pa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。2解：空气的体积流量 Vs = uA = 9 XN4 X0.02 M21 = 0.342 m3/s质量流量ws = V S 尸 V S XMP)/(RT)0.342 429 玉98.7+196)/8.315 M23=1.09 kg /s 换算成标准状况VlPl/V2P2 =Tl/T2Vs2 = P1T2/P2T1 XVs

10、i = (294.7 >573)/(101 刈23)X 0.342=0.843 m 3/s-1L /K8 .高位槽内的水面高于地面 8m ,水从! £；508 Mmm的管道中流出，管路出口高丹妙加于地面2m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按 Eh f = 6.5 u2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m3/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，一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 2 2,如图所示，选取地面为基准面

11、。解：设水在水管中的流速为u ,在如图所示的1 1,，2 2,处列柏努力方程Z1g + 0 + P 1/ p= Z 2 g + u /2 + P 2/ p + Z2h f(Z1 - Z2) g = u 2/2 + 6.5u 2代入数据(8-2) X9.81 = 7u 2 , u = 2.9m/s换算成体积流量Vs = uA= 2.9 x/4 x 0.12 X 3600=82 m 3/h9. 20 C水以2.5m/s的流速流经38 X2.5mm的水平管，此管 以锥形管和另一 453Mm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A、B两截面的

12、能量损失为1.5J/kg,求两玻璃管的水 面差(以mm计)，弁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题9琳图解：设水流经A、B两截面处的流速分别为Ua、 UbUaAa = U bAb二 UB =AAa/A b ) UA =(33/47 ) 2>2.5 = 1.23m/s在A、B两截面处列柏努力方程Zi g + ui/2 + P"p = Z 2 g + U2/2 + P 2/ p + 22h f. Zi = Z2(P1-P2) / p = 22h f + ( u i2- u 22) /2g (h

13、i-h 2) = 1.5+(1.23 2-2.5 2)/2hi-h 2 = 0.0882 m = 88.2 mm即两玻璃管的水面差为88.2mmi0.用离心泵把20c的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持4f,2=i0u2计算，由于管径不变,恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为76 M.5mm ,在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66 xi03Pa,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按Th f,i=2u2,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 M0中a （表压）。试 求泵的有效功率。分析：此题考察的是运用柏努力方程求算

14、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 Ehf= Ehf+，i£hf，2ui=u 2=u=2u 2+10u 2=12u 2在截面与真空表处取截面作方程：Z0g+u 0/2+P 0/ p=z 1 g+u /2+P 1/ p+ Uhf, 1(P0-P1) / p= Z1g+u 2/2 + Ehf 1. . u=2m/sws=uA k7.9kg/s在真空表与排水管-喷头连接处取截面Z1g+u 2/2+P 1/ p+We=Z2g+u 2/2+P 2/ p+Ehf, 2 .We= Z2g

15、+u 2/2+P 2/ p+Ehf 2 ( Z1g+u 2/2+P 1/p)=12.5 X9.81+ (98.07+24.66 ) /998.2 X103M0 X22=285.97J/kgNe= Wews=285.97 X7.9=2.26kw可朝Utts11.本题附图所示的贮槽内径 D为2 m,槽底与内径d。为33mm的钢管 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Ehf=20u经式来计算, 式甲u为液体在管内的流速 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，分析题中槽内无 液体补充，

16、则管内流速弁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hig=u 2/2+ Ehf =u 2/2+20u 2. u=(0.48h) 1/2=0.7h 1/2槽面下降dh ,管内流出uA2dt的液体 .Adh=uA 2dt=0.7h "2A2dt1/2 . dt=A 1dh/ (A20.7h )可朝i2 m1-换热器2-*对上式积分：t=1. 8. h12.本题附图所示为冷冻盐水循环系统， 盐水的密度为1100kg /m3,循环量为36m 3管路的直径相同，盐水由A流经两个

17、换热器而至B的能量损失为98.1J/kg，由B流至A的能量 损失为49J/kg,试求：（1）若泵的效率为70%寸，泵的抽功率 为若干kw? （2）若 A处的压强表读数为 245.2 X103Pa时，B 处的压强表读数为若干 Pa?分析：本题是一个循环系统，盐水由A经两个换热器被冷却后又回到A继续被冷却，很明显可以在 A-换热器-B和B-A两段列柏努利方程求解。解：（1）由A到B截面处作柏努利方程0+u a22+P a/ 产ZBg+u b2/2+P b/ p+9.81管径相同得 UA=UB(Pa-Pb) / kZBg+9.81由B到A段，在截面处作柏努力方程BZBg+u b2/2+Pb/ p+W

18、e=0+u a2+Pa/ p+49.We= (Pa-Pb) / 丁 ZBg+49=98.1+49=147.1J/kg. Ws=Vs k36/3600 X1100=11kg/sNe= We>Ws=147.1 M1=1618.1w泵的抽功率 N= N e /76%=2311.57W=2.31kw(2)由第一个方程得(Pa-Pb) / p=ZBg+9.81 得Pb=Pa- p (ZBg+9.81 )=245.2 X1031100 >7X9.81+98.1)=6.2 X104Pa固,回 13.用压缩空气将密度为 1100kg/m 3的 上，腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽1台士气的液位恒

19、定。管路直径均为 一城”叫巾60X3.5mm ,其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为 Eh f, ab= Eh f-D=u： Eh jbc=1.18u2。两压差 计中的指示液均为水银。试求当R1=45mm , h=200mm 时：(1)压缩空气的压强Pi为若干？ (2) U管差压计读数R2为多少？ 解：对上下两糟取截面列柏努力方程0+0+P 1/ 尸Zg+0+P 2/ p+ Eh f Pi= Zg p+0+P 2 + p ZEi f29=10 >9,81 X1100+1100 (2u +1.18u )=107.91 X103f3498u 2在压强管的B, C处去取截面，由流体静力学方程

20、得Pb+ pg (x+Ri) =Pc + pg ( hbc+x ) + p水银 RgPb+1100 X9.81 X ( 0.045+x ) =Pc +1100 X9.81 X ( 5+x )+13.6 X103X9.81 X0.0454 Pb-P c=5.95 X10 Pa在B, C处取截面列柏努力方程2 0+u b22+P b/ kZg+u c /2+P c/ p+ f, bcV管径不变，Ub=u c2Pb-P c= p ( Zg+ E h f, bc ) =1100 x ( 1.18u +5 X9.81 )4=5.95 X10 Pau=4.27m/s压缩槽内表压Pi=1.23 X10 Pa

21、(2)在B, D处取截面作柏努力方程 20+u /2+P b/ p= Zg+0+0+ Z2h f, bc+ Z2h f, cd2224Pb= (7冶81+1.18U +u -0.5u ) X1100=8.35 X10 PaPb- pgh= p水银 R2g 48.35 X10 -1100 X9.81 X),2=13,6 X103X9.81 XR2R2=609.7mm14.在实验室中，用玻璃管输送20 c的70姗酸.管内径为1.5cm,流量为10kg/min,用SI和物理单位各算一次雷诺准数，弁指出流 型。解：查20 C, 70 %的醋酸的密度 1049Kg/m 3,粘度=2.6mPa s用SI单

22、位计算：d=1.5 xi0-2m,u=W s/( pA)=0.9m/s.Re=du d 匠(1.5 x10-2 X0.9X1049)/(2.6 X103)=5.45 X103用物理单位计算：p=1.049g/cm 3 u=W s/( pA)=90cm/s,d=1.5cm底2.6 M0-3Pa?S=2.6 X10-3kg/(s ?m)=2.6 X10-2g/s 为m-1.Re=du d 尸(1.5 ><90X1.049)/(2.6 X0-2)=5.45 X1035.45X103 > 4000此流体属于湍流型A t15.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

23、 U管压差计，以测T 1壬二匚土 量两截面的压强差。当水的流量为 n习题51110800kg/h 时，U 管压差计读数 R为100mm ,粗细管的直径分别为 中60M.5mm 与中45 M.5mm。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)先计算A, B两处的流速:ua=w s/ pSA=295m/s , ub= w s/ 2b在A, B截面处作柏努力方程：ZAg + U A /2 + P a/ p=z Bg + u B /2 + P b/ p+ Xhf1kg水流经A, B的能量损失：Z2hf=( UA?-u B?)/2+( Pa-Pb

24、 ) / k (UA?-u B?)/2+ pgR/ k4.41J/kg(2).压强降与能量损失之间满足：Ehf= AP/ p . AP= p 击f=4.41 X10316.密度为 850kg/m 3,粘度为 8x10-3Pas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147 X103Pa,液体流经多长的管子其压强才下降到127.5 X10中a?解：(1) Re =du d 以 , _ -3 _ _ _ -_ -3 .=(14X10 X1 X850) / (8

25、X10 )=1.49 X103 > 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 = r 2 = 2pu m p = r 2/2 = d 2/8当 u = u 平均=0.5 u max= 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在147 X103和127.5 X103两压强面处列伯努利方程u 12/2 + P a/ p + Z 1g = u 22/2 + P b/ p+ Z2g + Eh f; u 1 =

26、u 2 ,乙=Z 2 , Pa/ p= P b/ p+ Z2h f损失能量 h f= (Pa- Pb) / k(147 X103-127.5 X103) /850=22.94 流体属于滞流型 摩擦系数与雷若准数之间满足2=64/ Re一一 ，.一_ _2又 < h f=入>< (/d ) >0.5 u =14.95m输送管为水平管，管长即为管子的当量长度即：管长为14.95m17 .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 = u max ( y/R ),式中丫为某点与壁面的距离，及y=Rr。试求起平均速度u与最大速度umax的比值。分析：平均

27、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 <dr的面积的叠加即：V= OR uM Mdr解：平均速度 u = V/A = OR urX2 <dr/ ( tR)R. . 1/7 一 . . ， _2.=/ U max (y/R) X2 <dr/ ( tR )=2umax/R15/7 OR (R - r) 1/7rdr=0.82U maxU/ U max=0.8218. 一定量的液体在圆形直管内做滞流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至原有的1/2 ,问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍？解：.管径减少后流量不变 UA二U 2A2 而 门=2

28、二 A1=4A 2 /. U2=4u由能量损失计算公式 Eh f=入？( /d ) x (1/2u 2)得一一2Eh f,尸入？( /d ) x (1/2u 1 )一一 ，一、，,一 2、一 ，一、 一， 、2Eh f, 2=入？(/d) x (1/2U2)=入？(/d) x 8 (u1)=16 Uh f, 1 hf2 = 16 h f119.内截面为1000mm X1200mm的矩形烟囱的高度为 30 A1m平均分子量为30kg/kmol，平均温度为400 c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20 C ,地面处的大气压强为10

29、1.33 M03Pa。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rn= A f (1 X1.2)/2(1+1.2)=0.273m当量直径de= 4rH=1.109m流体流经烟囱损失的能量Eh f=入？( / de) u2/2=0.05 X30/1.109) XU2/2=0.687 u 2、，一 、一3空气的密度p空气=PM/RT = 1.21Kg/m烟囱的上表面压强 (表压)P上=-p空气gh = 1.21 X9.81刈0=-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 =

30、101128 Pa由kPM/RT可以得到烟囱气体的密度3产 (30X10 X101128 ) / (8.314 >673)=0.5422 Kg/m 3在烟囱上下表面列伯努利方程P上/ 产 P 下/ p+ Zg+ Eh fEh f= (P 上-P 下)/ p - Zg=(-49+355.02)/0.5422- 30 X9.81=268.25 = 0.687 u流体流速u = 19.76 m/s质量流量3=uA p= 19.76 X1 M.2 X0.5422=4.63 X104 Kg/h20.每小时将2M03<g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 X103a

31、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(局部阻力系数为4), 5个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15m。若泵效率为0.7,求泵的轴功率。解： 流体的质量流速心=2 X104/3600 = 5.56 kg/s流速 u = oW(A p)=1.43m/s雷偌准数 Re=du d 巧 165199 > 4000查本书附图1-29 得 5个标准弯头的当量长度: 5X2.1=10.5m2个全开阀的当量长度：2X0.45 = 0.9m局部阻力当量长度Ee=10.5 + 0.9 = 11.4m假定 1/ 产=2 lg(d /

32、 ) +1.14 = 2 lg(68/0.3) + 1.14 . ?= 0.029检验 d/( "Rex 废=0.008 > 0.005符合假定即 2=0.029全流程阻力损失 Eh = XX + Ee)/d X u2/2 +,2翼/20.029 X50+11.4)/(68 X103) + 4 M.432/2=30.863 J/Kg在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得Pi/ p+ We = Zg + P 2/ p+ EhWe = Zg + (P i- P2)/ p+Eh=15 >9.81 + 26.7 X103/1073 + 30.863=202.9 J/Kg有效功率Ne

33、= We x3s = 202.9 >5.56 = 1.128 M03轴功率 N = Ne/1.128 X03/0.7 = 1.61 X103W=1.61KW21.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 物质进行综合利用，弁避免环境污染。气体流量为3600m 3h ,其物理性质与 50 C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

34、.96 X103Pa。管壁的绝对粗糙度可取0.15mm ,大气压强为101.33 M03求鼓风机的有效功率。解：查表得该气体的有关物性常数产1.093 ,咛1.96 M0-5Pa s气体流速 u = 3600/(3600 M/ 兀>0.252) = 20.38 m/s质量流量心=uAs = 20.38 M/ 兀X0.252M.093=1.093 Kg/s 5流体流动的雷偌准数Re = du / = 2.84 M0为湍流型所有当量长度之和唬,= +2el=50m£取0.15 时 dd = 0.15/250= 0.0006 查表得 Q0.0189所有能量损失包括出口 ，入口和管道能

35、量损失即：Eh = 0.5 XU2/2 + 1 XU2/2 + (0.0189 >50/0.25) - u2/2 =1100.66在1-1、2-2两截面处列伯努利方程u2/2 + P 1/ p+ We = Zg + u 2/2 + P 2/ p + EhWe = Zg + (P2- P1)/ p+Eh而1-1、2-2两截面处的压强差P2- P1 = P2- P水gh =1.96 X103 - 10 3X9.81 M1 X103=1665.7 PaWe2820.83W/Kg泵的有效功率 Ne =We X必=3083.2W = 3.08 KW水位维持不变。槽底与内径为100mm 的钢质放水管

36、相连，管22.如本题附图所示，贮水槽路上装有一个闸阀，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的长度为20m o(1) .当闸阀关闭时，测得 R=600mm , h=1500mm ;当闸阀 部分开启时，测的 R=400mm , h=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/d M5,摩擦系数仍取0.025 o解：根据流体静力学基本方程,设槽面到管道的高度

37、为xp 水 g(h+x)= p 水银 gR103X1.5+x) = 13.6 X103X0.6Pi = p 水银 gR - p 水 gh =x = 6.6m部分开启时截面处的压强39.63 X103Pa在槽面处和1-1截面处列伯努利方程Zg + 0 + 0= 0 + u 2/2 + P 1/ P + Eh而:E2h = ： X + 2e)/d + W P2/2=2.125 u 2.6.6X9.81 = u 2/2 + 39.63 + 2.125 u 2u = 3.09/s体积流量 3= uA k 3.09 X卅4 >(0.1)2M600 = 87.41m 3/h 闸阀全开时取2-2,3-

38、3截面列伯努利方程Zg = u 2/2 +0.5u2/2 + 0.025 改15 + /d)u 2/2u = 3.47m/s取1-1、3-3截面列伯努利方程P1/ p = u 2/2 + 0.025 15+ '/d)u 2/2.P1' = 3.7 X104Pa23. 10 C的水以500L/min 的流量流过一根长为 300m 的水平管，管壁的绝对粗糙度为0.05 o有6m的压头可供克服流动阻力，试求管径的最小尺寸。解:查表得10c时的水的密度 产999.7Kg/m 3 产130.77 M0-5Pa su = Vs/A = 10.85 x10-3/d2Eh f = 6 X9.8

39、1 = 58.86J/KgEh f=（入 /d）c u 2/2 =入 150 u2/d假设为滞流 ?= 64/Re = 64 /du p: Hfg >3h f_ -3 d45 M0检验得 Re = 7051.22 > 2000不符合假设为湍流假设 Re = 9.7 M04 即 du d 尸 9.7 M04d =8.34 X10-2m则 dd = 0.0006 查表得?= 0.021要使f<Hfg成立则入 150 u2/d W8.86月皿24时留d/.82 M0-2m24.某油品的密度为800kg/m 3,粘度为41cP,由附图所示的A槽送至B槽，A槽的液面比B槽的液面高出1.

40、5m。输送管径为 巾89M.5mm (包 括阀门当量长度)，进出口损失可忽略。试求： (1)油的流量(m3h); (2)若调节阀门的开度，使油的流量减少20%,此时阀门的当量长度为若干 m?解： 在两槽面处取截面列伯努利方程u2/2 + Zg +Pi/ p=u2/2 + P 2/ p+ Eh f.Pi= P2Zg = Eh f=入(/d) - u2/21.5X9.81=入(50/82 X10-3) u2/2假设流体流动为滞流，则摩擦阻力系数?=64/Re=64 /du p联立两式得到u =1.2m/s 核算Re = du /巧1920 <2000假设成立油的体积流量 3s=uA=1.2

41、X/4(82 X103)2M600 =22.8m 3/h 调节阀门后的体积流量3s= 22.8X1-20 %)=18.24m3/h调节阀门后的速度u=0.96m/s同理由上述两式1.5X9.81=入Q/82 X10-3) 0.962/2?=64/Re=64 /du p 可以得到 =62.8m月威25附情内径为200mm.二阀门的当量长度 e= -50 =12.8m25.在两座尺寸相同的吸收塔内，各填充不同的填料，弁以相同的管路弁联组合。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），管通过田料层的能量损失可分别折算为5u1 214u2 2,式甲u为

42、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0.3m 3s。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 Eh f=入一+ Ee/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129查得d=200mm时阀线的当量长度e=150mZ2h fi =入(+Z2ei/d) , ui /2 + 5 u 1=

43、0.02 "50+150)/0.2 U12/2 + 5 u 12Z2h f2= X(2+ Z2e2/d) , U22/2 + 4 u 12=0.02 50+150)/0.2 u22/2 + 4 u 12: IZh f1= IZh f2u12/ u 22=11.75/12.75即 u1= 0.96u 2又 丁 Vs= Vs1 + Vs2.，一一、2 一 八一=u 1A1+ u 2A2 , A1 = A 2 =(0.2) N4=0.01 兀=(0.96u 2+ u2)? 0.01 兀=0.3u2=4.875m/suA=4.68 m/s即 两塔的通气量分别为Vs1 =0.147 m3/s,

44、 Vs12=0.153m3/s司廊斯酎百2U1总的能量损失Z2h f= I2h fi= I2h f2=0.02 X155/0.2 ui2/2 + 5=12.5 u 12 = 279.25 J/Kg26.用离心泵将20 c水经总管分别送至 A, B容器内，总管流量 为89m/h 3,总管直径为4)127 X5mm。原出口压强为1.93 X105Pa,容器B内水面上方表压为1kgf/cm 2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 e； (2)两支 管的压头损失 Hf o-A , Hf, o-B o解：(1)离心泵的有效压头总管流速u = Vs/A

45、2- -6而 A = 3600 X -4 K117) X10u = 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 = u2/2 + P。/ p+Eh f二.总管流动阻力不计 Ehf=0We = u 2/2 + P 0/ 丁Z 0g=2.3 2/2 +1.93 X105/998.2 -2 刈.81=176.38J/Kg二有效压头 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Z0g + We = Z ig + Pi/p+ Eh fiZ0g + We = Z 2g + P 2/ p+ Eh f2得到两支管的能量损失 分别

46、为Eh fi= Zog + We -(Zig + P i/ p)=2 X9.8i + i76.38 1i6 X9.8i + 0)=39.04J/KgEh f2=Z 0g + We - (Z 2g + P2/ p)=2 >9.8i + i76.38 18 >9.8i + i0i.33 xi03/998.2)=i6.0 J/Kg压头损失Hfi = I2h fi/g = 3.98 mHf2 = I2h f2/g = i.63m27.用效率为80%勺齿轮泵将 I1:尸一粘稠的液体从敞口槽送至密闭/亡容器中，两者液面均维持恒定，困"附用容器顶部压强表读数为30xi03Pa。用旁路调

47、节流量，起流程如本题附图所示，主管流量 为14m 3/h ,管径为 g6 Mmm ,管长为80m (包括所有局部阻 力的当量长度)。旁路的流量为5m3/h,管径为 32X2.5mm , 管长为20m (包括除阀门外的管件局部阻力的当量长度)两管 路的流型相同，忽略贮槽液面至分支点 o之间的能量损失。被输 送液体的粘度为50mPa s,密度为1100kg/m 3,试计算：(1) 泵的轴功率(2)旁路阀门的阻力系数。解：泵的轴功率分别把主管和旁管的体积流量换算成流速主管流速u = V/A = 14/3600R -4) R60) 2 M0-6=1.38 m/s旁管流速ui = Vi/A = 5/36

48、00 X -4) k27)2M0-6=2.43 m/s先计算主管流体的雷偌准数Re = du 1821.6 < 2000属于滞流摩擦阻力系数可以按下式计算Q 64/ Re = 0.03513在槽面和容器液面处列伯努利方程We = Z 2g + P2/ k Eh f=5X9.81+30 M03/1100+2 _ -30.03513 X1.38 >80/(60 M0 )=120.93 J/Kg 、“一 一、.一2王管质量流量3s= uA P= 1.38 k-4) R60) X1100=5.81Kg/s泵的轴功率Ne/ r= We xg/ n=877.58 W=0.877KW旁路阀门的阻

49、力系数旁管也为滞流 其摩擦阻力系数 卜=64/ Re i = 0.04434有效功 We = 0+ u i2/2 + 0 + Eh f=u i2/2 + 入 ui2/2 20/d i + £Qi2/2旁路阀门的阻力系数f (We -u i2/2 -入 ui2/2 20/d i)-2/u i2= 7.11可摩琼的图28.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

50、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:(1)当BD支管的阀门关闭时，BC支管的最大排水量为若干 m3h ?(2)当所有的阀门全开时，两支管的排水量各为若干m3h ? BD 支管的管壁绝对粗糙度为 0.15mm ,水的密度为1000kg/m 3,粘 度为 0.001Pa so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u0A0 = u 1A1U0 必82/4 = u 1 7322

51、/4uo= 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 + Z 0g = u 12/2 + 0 + 0 + Eh f,Ac0 + 0 + Z 1g = u 0 /2 + 0 + 0 + Z2h f,AB而Th f,Ac =入 QAB/d 0 ) u02/2+ 入 e Bc/d 1)u12/2 2_=O.03 58000/38)>W2+0.03 (12500/32) xu；/2=22.89 u 02 + 5.86 u 12Z2h f,AB =入 Q AB/d 0) u。/2 2_=O.03 >(58000/38)刈0 /2=22.89 u 02 u1 =

52、2.46m/sBC 支管的排水量Vs,bc = u 1A1 = 7.1m 3/s所有的阀门全开Vs,AB = V S,BC + V S,BDu0A0 = u 1A1 + u 2A2U0 必82/4 = u 1 必22/4 + u 2 爸62/4uo382=ui322+u2262假设在BD段满足1/黑2=2 lg(d / ) +1.14Z=0.0317同理在槽面与C-C,D-D截面处列出伯努利方程Z0g = u 1 /2 + IZh f,Ac=u 1 /2 + 入QAB/d 0 ) u。/2+ 入(？Bc/d 1) u1 /2Z0g = u 2?/2 + Uh f,AD=u 22/2 + 入 G

53、 AB/d 0 ) u02/2+ 2D7 BD/d 2) u22/2联立求解得到u1 = 1.776 m/s, u2 = 1.49m/s核算 Re = du / = 26 X10-3X1.49 X103/0.001 = 38.74 X103(d/ 即Re 严=0.025 > 0.005假设成立即 D,C 两点的流速 u1 = 1.776 m/s , u 2 = 1.49 m/s. BC 段和 BD 的流量分别为Vs,bc=32X10XM4) M600 X1.776=5.14 m 3/sVs,bd = 26 X10 X M4) M600 M.49=2.58 m 3/s29.在38X2.5m

54、m的管路上装有标准孔板流量计， 孔板的孔径 为16.4mm ,管中流动的是20 c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k 867 Kg/m 3, = 0.675 X10-3假设 Re = 8.67 X104当Ao/Ai = (16.4/33) = 0.245时，查孔板流量计的 Co与Re, A0/A1的关系得到Co = 0.63一 一一、.一_1/2体积流量 Vs = C 0A02gR(仍-p)/ p一 2-6M6.4 X101/2=0.63 X卅4斗2 X9.81 >0.613.6-0.867)/0.867 =1.75 X10-3 m3/s流速 u = Vs /A = 2.05 m/s核算雷偌准数Re = du d产8.67 X104与假设基本相符一一一 一一、.一-3二甲苯的质量流量 3s = Vsk1.75 X10 X867 M600=5426 Kg/h第二章流体输送机械1 .在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为 26m 3h时，泵 出口处压强表和入口处真空表的读数分别为152kPa和 24.7kPa ,轴功率为2.45kw ,转速为2900r/min ,若真空表和压 强表两