天津大学版化工原理上下册习题答案(2005夏清)

1、化工原理课后习题解答（夏清、陈常贵主编化工原理天津大学出版社,2005.）第一章流体流动3第二章流体输送机械 23第三章机械分离和固体流态化.32第四章传热42第五章蒸馏56第六章吸收65第七章干燥 7057第一章流体流动1. 某设备上真空表的读数为13.3 ×03 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为98.7 ×03 PaO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 ×03 Pa -13.3 ×3 Pa=8.54 X03 Pa设备内的表压强P 表=-真空度 =-13.3 1X3 Pa2. 在本题附图所示

2、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 ×06 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 解：P 螺=QhXA = 960 ×.81 ×9.6-0.8) 3.×4 ×.762150.307 ×03 N螺=39.03 ×03 X3.14 ×.0142×nP 油 螺 得 n 6.23 取 n mi

3、n = 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 = 400mmR2 = 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、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，a 为等压面，对于左边的压差计，b -b'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,其他数据如图所示a -a 处 PA + gghi = P水 gR3 + P水银 gR2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

4、.0 1×X9.81 ×05 + 13.6 10×>9.81 ×05=7.16 ×3 Pab-b 处 PB + pgh3 = PA + pgh2 + P 水银 gRPB = 13.6 103 刈.81 >4 + 7.16 1×=6.05 ×03Pa4. 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/?。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

5、图所示：忽略空气产生的压强，本题中1- 1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h在1- T与2- 2截面之间Pi = P2 + PK银 gRV P1 = P4 , P2 = P3且P3 = P某油 g h ,P4 = PKg (H-h ) + P煤油 g ( h + h)联立这几个方程得到P水银 gR = P水 g (H-h ) + P煤油g ( h + h) - P煤油g h即P水银gR = P水gH + P煤油 gh -卩7水 gh带入数据1.0

6、3×103× - 13.6 1(×0.068 = h(1.0 10×0.82 ×03h = 0.418m5. 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 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h 5=3m。大气压强 P a= 99.3 ×03 P “试求锅炉上方水蒸气的压强P。习聘,用田分析：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11截面，再选

7、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 + PK g(h5-h4) = P 1 + PK银 g(h3-h4)代入数据P o + 1.0 1×3×9.81 (3-1.4)=P 1 + 13.6 1×3×9.81 (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(h3-h2) =7水艮 g(h1-h2) + P a 代入数据P 1 + 1.0 1×3×9.81 X 2.5-1.2) = 13.6 W3×

8、;3.81 X 2.3-1.2) + 99.3 X3解着两个方程得P o = 3.64 W5Pa6. 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 kgm 3 ,998 kgm 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(h什R) = P i

9、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 计R)=P 水 gR - P 油 gR + P 油 g (h2-h1)当P表=0时，扩大室液面平齐即 (D/2) 2 (h2-h1)= (d/2) 2Rh2-h1 = 3 mmP 表=2.57 ×02Pa7列管换热气 的管束由121根×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196×103Pa（表压），当地大气压为98.7 ×03Pa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

10、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= 9×4 ×0.02 2 X121 = 0.342m3s质量流量WS = V SP= V S ×MP)(RT)0.342 ×9 ×98.7+196)8.315 323=1.09 kg/s换算成标准状况V1P1/V2P2 =T1T2V S2 = P1T2/P2T1 X S1 = (294.7 273)/(101 3X3) X0.342经系统的能量损失可按=0.843 m3/s8 .高位槽内的水面高于地面 8m，水从 108×4mm的管道中流出，管路出口高 于地面2m。在本题

11、特定条件下，水流h 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m3h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。解：设水在水管中的流速为U，在如图所示的1 1，, 2 2,处列柏努力方程乙 g + 0 + P 1 P = Zg + U 2 / 2 + P 2 P + hL（乙-Z2） g = u22 + 6.5u2代入数据（8-2） ×

12、81 = 7u2 , U = 2.9ms换算成体积流量VS = UA= 2.9× /4 2 ××60O=82 m3/h9. 20C水以2.5ms的流速流经 38 × 2.5mr的水平管，此管以 锥形管和另一 53× 3n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两截面的能量损失为1.5Jkg，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解：设水流经A、E两截面处的流速分别为U

13、A、 UBUAAA = UBAB二 UB = (Aa/Ab ) UA = (33/47) 2×2.5=1.23ms在A、E两截面处列柏努力方程乙 g + U 2/2 + P / P = Zg + U 22/ 2 + P 2/ P + 1 Zi = Z2二(P - P 2)/ P = h+ (U 12-u 22)/ 2g(hi-h 2)= 1.5 + (1.232-2.52)/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 76

14、 × 2.5mm在操作条件下， 泵入口处真空表的读数为24.66 ×03Da,水流经吸入管与 排处管（不包括喷头）的能量 损失可分别按h f,1=2u2,hr,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 ×03Da （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 hf= hf+ hf 2u=u2=u=2u 2+10u2=12u2在截面与真

15、空表处取截面作方程：zog+uo22+Po P=ZIg+u22+P P + hf(P0-P1) / P= zg+u22 + hl二 u=2ms. WS=UA =7.9kgs在真空表与排水管-喷头连接处取截面zg+u22+P p+We=z2g+u22+P2 P + hf2.We= Z2g+u22+P2 p + hfe ( Zg+u22+P P)=12.5 ×.81+ (98.07+24.66) 998.2 ×+10 ×22=285.97JkgNe= WeWS=285.97 ×9=2.26kw11. 本题附图所示的贮槽内径 D为2 m,槽底与内径d°

16、;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hf=20u2公式来计算， 式中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，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h1g=u22+ h =u22+20u2 u=(0.48h)1/2=0.7h1/2槽面下降dh，管内流出uA2dt的液体 Adh=UA 2d

17、t=0.7h1/2A2dt二 dt=A dh/ (A20.7h1/2)对上式积分：t=1. 8. hr*o12.本题附图所示为冷冻盐水循环系统，盐水的密度为110Okg/ m3,循环量为36m3o管路的直径相同，盐水由 A流经两个换热器而至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%时，泵的抽功 率为若干kw ? （ 2）若A处的压强表读数为 245.2 ×03Da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

18、求解。解：（1）由A到B截面处作柏努利方程0+ua22+Pa/ =ZBg+UB2/2+Pb/ P +9.81管径相同得 UA=UB ( PA-PB) / P =Bg+9.81由B到A段，在截面处作柏努力方程ZBg+UB2×2+PBp+We=0+UA2"PAp+49. We= ( PA-PB) / P- ZBg+49=98.1+49=147.1Jkg二 WS=VS 尸36/3600 ×100=11kgsNe= We×WS=147.1 11=1618.1w泵的抽功率 N= Ne 76%=231157W=2.31kw(2)由第一个方程得(PA-PB)/ P=Z

19、Bg+9.81 得PB=PA- P ( ZBg+9.81)=245.2 ×031100 (7 ×.81+98.1)=6.2 ×04Pa划门mm-<kF IJfr13.用压缩空气将密度为1100kgm3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 60 × 3.5mm其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为 h f, AB = h f, CD=U2, h f, bc = 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P1为若干？ （ 2） U管差压计读数R2为多少？ 解：

20、对上下两槽取截面列柏努力方程0+0+P1 P =Zg+0+P P + f.P1= Zg P +0+P+ Ph f=10 >9.81 ×100+1100 (2u2+1.18u2)=107.91 ×033498u2在压强管的B, C处去取截面，由流体静力学方程得Pb+ PJ (x+R) =PC + PJ ( hBc+x) + P水银 RigPb+1100 ×.81 ×( 0.045+x) =PC +1100 ×.81 ×( 5+x) +13.6 ×03×9.81 ×.045PB-PC=5.95 

21、5;04Pa在B，C处取截面列柏努力方程0+ub22+Pb/ P=Zg+u c22+Pc P +B f, BC.管径不变，. Ub=U CPB-PC=( Zg+ h f ,BC) =1100 × 1.18u2+5 ×9.81) =5.95 ×04Pa u=4.27ms压缩槽内表压P1=1.23 ×05Pa(2)在B , D处取截面作柏努力方程0+u22+Pb P = Zg+0+0+ f, bc+ h f, CDPB= ( 7×9.81+1.18u2+u2-0.5u2) ×100=8.35 ×04PaPB- P gh=水银 R

22、2g8.35 ×04-1100 ×.81 ×.2=13.6 W3×9.81 ×2R2=609.7mm14.在实验室中，用玻璃管输送20C的70%醋酸.管内径为1.5cm, 流量为10kgmin,用Sl和物理单位各算一次雷诺准数，并指出流 型。解：查20C, 70 %的醋酸的密度 P = 1049Kgm3,粘度 =2.6mPa S用Sl单位计算：d=1.5 ×0-2m,u=Ws(PA)=O.9ms Re=du =(1.5 ×O-2×0.9 ×049)(2.6 1×)=5.45 ×03用物

23、理单位计算：p=1.049gcm3 U=W s( PA)=90cms,d=1.5cm=2.6 X0-3Pa?S=2.6 × 13kg/(s?m)=2.6 10-2g/s?cm'1 Re=du P =(1.5 ×0×1.049)(2.6 1×2)=5.45 ×03二此流体属于湍流型T 5.45 ×03 > 400015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10800kgh 时，U管压差计读数 R为100mm，粗细管的直径分别为 60× 3.

24、5mm与 45× 3.5mm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=Ws/ pA=295mS , UB= WSZ PBS在A , B截面处作柏努力方程：ZAg + UA22+PA P =B0+Ub22+Pb P + hf Ikg水流经A , B的能量损失： hf= ( ua2-u B2)/2+( PA- PB) / P = ua2-u B2)/2+ P gR P =4.41Jkg(2).压强降与能量损失之间满足： hf= P/ p P= p hf=4.41 × 10316.密度为85

25、0kgm3,粘度为8×0-3Pas的液体在内径为14mm 的钢管内流动，溶液的流速为1ms。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147X10：Pa ,液体流经多长的管子其压强才下降到127.5 ×033a?解：=1) Re =du P =14×0-3X1 X850) / = 8×0-3)=1.49 ×03> 2000二此流体属于滞流型=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2y = -2p = U-Um)当 U =0 时，y2 = r

26、2 = 2pum 二 P = r22 = d28当U = U平均=05 U max = 0.5ms 时,y2= - 2p = 0.5-1) = d28=0.125 d2即 与管轴的距离r=4.95 ×0-3m在147 ×103和127.5 ×103两压强面处列伯努利方程U i22 + PAl P + Z = U 22/2 + Pb/ P + Z + f U 1 = U 2 , Zi = Z2二 Pa/ P= Pb/ P + Ef损失能量 h f= (PA-PB) / P= 147 ×03-127.5 W3) /850=22.94流体属于滞流型二摩擦系数与

27、雷若准数之间满足 =64Re又 Th f= × ( ) ×0.5 U 2二 =14.95mT输送管为水平管，二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=UmaX ( y/R ) 1/7，式中y为某点与壁面的距离，及 y=R r。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2dr的面积的叠加 即：V=JOR Ur ×2dr解：平均速度 U = V/A =CiRUr ×2 dr ( R2)=R UmaX

28、 (y/R) 1/7 & dr ( R2)=2umaR15" R ( 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二 U1A1=u2A2而 r1=r2二 A1=4A2 二 U2=4u由能量损失计算公式 h f=( /d × ( 12u2)得h f, 1= ?( /d × (12u2)h f, 2=( /d × (12U22)=入？( /d ×8 (U1)

29、2 =16 h f, 1二 hf2 = 16 hf119. 内截面为1000mm× 1200mm的矩形烟囱的高度为 30 Am。平均分子量为30kgkmol，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101.33 ×03Pao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 × 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h f=入？

30、( ed u22=0.05 ×301.109) u×2=0.687 u2空气的密度P空气=PM/RT = 1.21Kgm 3烟囱的上表面压强(表压)P上=-P空气gh = 1.21 ×81 ×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 + P0 = 101128 Pa由P = PM/RT可以得到烟囱气体的密度P = (30×0-3×01128) / (8.314 673)=0.5422 Kg/m 3在烟囱上下表面列伯努利方程P 上/ P= P 下/ P + Zg+ h

31、 f二 h f= (P 上-P 下)/ P -Zg=(-49+355.02)/0.5422 -30 ×.81=268.25 = 0.687 u2流体流速U = 19.76 m/s质量流量s= UA P= 19.76 ××1.2 ×.5422=4.63 104 Kg/h20. 每小时将2×03kg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 ×033a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

32、15m。若泵效 率为0.7，求泵的轴功率。解： 流体的质量流速s = 2 ×043600 = 5.56 kg/s流速 U = s（A =1.43ms雷偌准数 Re=du P 尸 165199 > 4000查本书附图1-29得5个标准弯头的当量长度:5×2.1=10.5m2个全开阀的当量长度:2 ×45 = 0.9m局部阻力当量长度e=10.5 + 0.9 = 11.4m假定 1/ 2=2 lg(d / ) +1.14 = 2 lg(68/(+.3l.14 = 0.029检验 d/( ×Re× 2) = 0.008 > 0.005符合

33、假定即 =0.029二全流程阻力损失h =× + 2dc ×2/2 + ×j22=0.029 ×0+11.4)(68 10×+ 4 ×4322=30.863 J/Kg在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得P/ p+ We = Zg + P 2/ P + We = Zg + (Pi- P2)/ P +=15 ×81 + 26.7 10×1073 + 30.863 =202.9 J/Kg有效功率轴功率Ne = We×s = 202.9 5対6 = 1.128 10×N = Ne/ =1.128 

34、5;0L0 = 1.61 10×W=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，并避免环境污染。气体流 量为3600m3h，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1.96 ×03°管壁的绝对粗糙度可取0.15mm，大气压强为101.33 ×

35、03o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 , =1.96 ×0-5Pas气体流速 U = 3600/(3600 × X0.252) = 20.38 m/s质量流量s = UAS = 20.38 4×X3.252X.093=1.093 Kg/s流体流动的雷偌准数Re = du P = 2.84 X05为湍流型所有当量长度之和总=+ I=50m£取 0.15 时 d = 0.15/250= 0.0006 查表得 2=0.0189所有能量损失包括出口 ，入口和管道能量损失即:B = 0.5 X/2 + 1 IX/2 + (0.01

36、89 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+ We = Zg + U 2/2 + P + hWe = Zg +(P2- P1)/ P +B而1-1、2-2两截面处的压强差P2- P1 = P2- P水gh =1.96 103 - 103 X9.81 31 X103=1665.7 Pa We =2820.83JJyj 22W/Kg泵的有效功率Ne = WeX 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

37、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0.5o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ed 1,摩擦系数仍取0.025o 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)= PK银 gR103×1.5+x) = 13.6 103×).6X

38、 = 6.6m部分开启时截面处的压强 P1 =P水银gR - P水gh =39.63 ×03Pa在槽面处和1-1截面处列伯努利方程Zg + 0 + 0= 0 + U 2/2 + P1/ P + h而h = ( + + Z u22=2.125 U2 6.6 ×.81 = u2/2 + 39.63 + 2.125 U2U = 3.09/s体积流量 s= UA P= 3.09 ×4 ×0.1)2×3600 = 87.41m3h 闸阀全开时 取2-2,3-3截面列伯努利方程Zg = u22 + 0.5u22 + 0.025 (1×+ d)u2

39、2U = 3.47m/s取1-1、3-3截面列伯努利方程P,p= u22 + 0.025 (1×+ 'd)u22 P1' = 3.7 W4Pa23. 10C的水以 500Lmin 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。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 P = 999.7Kgm 3 = 130.77 ×0-5Pa SU = VSA = 10.85 1×3d2h f = 6 ×81 = 58.86JKgh f=( du22 = 50 u2d假设为滞流 = 64Re =

40、64 du PT Hfg h f d 1.5 ×-10检验得 Re = 7051.22 > 2000二不符合假设 二为湍流假设 Re = 9.7 ×4 即 du P / = 9.7 4× 10 二 d =8.34 10-2m贝U /d = 0.0006 查表得 = 0.021要使h f Hg成立则150 u2d 58.86d 1.82 ×-1mf 24 PInH24. 某油品的密度为 800kgm3,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1.5m。输送管径为89×3.5mm（包括阀门当量长 度），进出口损失

41、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 + P1/ P =u2/2 + P2/ P + Ef. P1= P2Zg = E f= /d) 22 U1.5 ×.81= ?(50/82 ×)122假设流体流动为滞流，则摩擦阻力系数 =64Re=64 /du P联立两式得到 U =1.2ms 核算Re = du P / =192G2000 假设成立油的体积流量 s=uA=1.2 × /4（82 ×210600=22.8m3h 调

42、节阀门后的体积流量s'= 22.8 ×-20 % ）=18.24m3h调节阀门后的速度 u=0.96ms同理由上述两式 1.5 × 9.81= ?（ -8.×6f2 =64Re=64 du 可以得到 = 62.8m討曲 25 SfiHfl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，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

43、,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0.3m3s。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h f=（ + ed） u22 +h f填 而且并联管路气体总流量为个支路之和，即 VS= Vsl + Vs2解：两阀全开时，两塔的通气量由本书附图1 29查得 d=200mm 时阀线的当量长度e=150mh fi = ( 11+ eid) Ui22 + 5 Ui2=0.02 沁0+150)/0.2

44、 u22 + 5 Ui2h f2= ( 2+ e2d) U222 + 4 Ul2=0.02 ×0+150)0.2 U222 + 4 Ui2T h fi=h f2二 Ui2/ U22=11.7512.75 即 Ui = 0.96U2又 V VS= Vsi + Vs2=UiAi+ U2A2 , Ai = A2 =(0.2)2 4=0.0i =(0.96u2+ U2)? 0.0i =0.3U2=4.875msuiA=4.68 m/s即两塔的通气量分别为Vsi =0.i47 m3s, Vsi2=0.i53m3s 总的能量损失 h f=h fi=h f2=0.02 ×550.2 Ui

45、22 + 5 Ui214=i2.5 Ui2 = 279.25 J/Kg26. 用离心泵将20C水经总管分别送至 A, B容器内，总管流量为89mh3,总管直径为127>6mm。原出口压强为1.93 *05Pa，容器B内水面上方表压 为1kgfcm2，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 , H f, O-B,。解：（1）离心泵的有效压头总管流速U = Vs/A而 A = 3600 4 ×117）2 X10-6U = 2.3ms在原水槽处与压强计管口处去截面列伯努利方程ZQg

46、+ We = u22 + Po/ P + f ：总管流动阻力不计 h f=0We = u22 + Po/ P-ZGg=2.322 +1.93 1 05998.2 -2 9.81=176.38JKg二有效压头 He = Weg = 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Zog + We = Z 1g + P1 P + 和Zog + We = Z 2g + P2 P + f2得到两支管的能量损失分别为h fi= Zog + We -Zig + P P)=2 ×.81 + 176.38 -16 ×.81 + 0) =39.04JKgh f2=Z0g +

47、 We - (Z 2g + P2 P)=2X9.81 + 176.38 -8 ×.81 + 101.33 10×998.2) =16.0 J/Kg二压头损失 Hf1 = h f1 /g = 3.98 mHf2 = h f2/g = 1.63m27. 用效率为80%的齿轮泵将 粘稠的液体从敞口槽送至密闭 容器中，两者液面均维持恒定， 容器顶部压强表读数为30×03Pa°用旁路调节流量，起流程如本题附图所示， 主管流量 为14m3h，管径为 66 × 3mm管长为80m （包括所有局部阻力 的当量长度）。旁路的流量为5m3h，管径为32 ×

48、; 2.5mm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50mPs,密度为1100kgm3,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 = 143600 (4) ×30)2×10-6=1.38 m/s旁管流速 Ui = VA = 53600 ( 4) (×7)2×0-6=×.43 m/s先计算主管流体的雷偌准数Re = du P 尸 1821.6 V 2000 属于滞流摩

49、擦阻力系数可以按下式计算 64/ Re = 0.03513在槽面和容器液面处列伯努利方程We = Z2g + P2/ P + f=5×9.81+30×031100+0.03513 ×382×30(60 10-3)=120.93 J/Kg主管质量流量s= UA P= 1.38 ×4) (×0)2×1100=5.81Kgs泵的轴功率Ne/ = We× s = 877.58 W=0.877KW旁路阀门的阻力系数旁管也为滞流 其摩擦阻力系数 = 64/ Re1 = 0.04434有效功 We = 0+ U 122 + 0

50、+ h=U122 + U122 20d1 + ?U/2二旁路阀门的阻力系数 = (We -U122 - U122 20d1)-2/ui2= 7.1128. 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：(1)当BD支管的阀门关闭时，BC支管的最大排水量为若干 m3h ？当所有的阀门全开时，两支管的排水量各为若干

51、m3h ？ BD支 管的管壁绝对粗糙度为 0.15mm，水的密度为1000kgm3，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 = Vs,BC即UoAo = u1A1Uo 3824 = u1 3224 二 U0 = 0.71U1分别在槽面与C-C,B-B截面处列出伯努利方程0 + 0 + Zog = U 22 + 0 + 0 +h f0 + 0 + Z g = U 022 + 0 + 0 +h f

52、而h f,Ac = ?AB/d° ) U022 + ?(c/di) U22=0.03 (58000/38) u×2+ 0.03 (12500/32) u×2=22.89 u02 + 5.86 U12h f,AB = ?AB/d0) U022=O.03 ×i800038) u×2=22.89 U02二 U1 = 2.46msBC 支管的排水量 Vs,bc = u1A1 = 7.1m3s所有的阀门全开V S,AB = V S,BC + V S,BDU0A0 = U1A1 + U2A2U0 3824 = U1 3224 + U2 ti2624U038

53、2=U1322+U2262假设在 BD 段满足 1'2=2 lg(d / 9+1.14二 = 0.0317同理在槽面与C-C,D-D截面处列出伯努利方程Z0g = U122 +f,Ac=U122 + ?AB/d0 ) U022+ ?Bc/d1)U122 Z0g = u222 +f,AD=U222 + ?AB/do ） 22 + ?D?（BD/d2）U222联立求解得到Ui = 1.776 ms, u2 = 1.49 m/s核算 Re = du P = 26 ×0-3×1.49 ×030.001 = 38.74 10×（d Re = 0.025 &

54、gt; 0.005二假设成立即 D,C 两点的流速 U1 = 1.776 m/s , U2= 1.49 m/s BC 段和 BD 的流量分另U为 Vs,bc =32×10× 4） 3600 ×.776=5.14 m3sVs,bd = 26 W ×4） 3600 ×.49=2.58 m3s29. 在38 ×2.5mm的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径 为16.4mm，管中流动的是20C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

55、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/m 3, = 0.675 ×-3假设 Re = 8.67 ×04当A0/A1 = (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体积流量 VS = CoAo2gR( P- p)/ p1/2=0.63 4×6.42×0-6×2 ×.81 0.6 ×3.6-0.867)/0.8671/2=1.75 00-3 m3s流速 U = VS /A = 2.05 m/s核算雷偌准数 Re = du

56、 P = 8.67 W4与假设基本相符二甲苯的质量流量s = VS p=1.75 ×0-3 X867 0600=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26m3h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2900rmin，若真空表和压强表两测压 口间的垂直距离为 0.4m，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，并列出该效率下泵 的性能。解：取20 C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u22g + P Pg + H = u22g + P2 Pg + Hf + ZT泵进出口管径相同，U1= U2不计两测压口见管路流动阻力Hf = 0. P1 P g + H P 2/ P g + ZH = (P2- P)/ Pg + Z = 0.4 + (152+24.7) 103998.2 ×=18.46 m该 泵 的 效 率=QHP gN =26X18.46 »98.2 ×.8(2.45 1××3600)=53.2. %2.用离心泵以40m3h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