化工原理版天津大学上下册课后答案

1、上册第一章流体流动习题解答1 .某设备上真空表的读数为13.3X103 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 X 103 Pa。解：真空度=大气压一绝压表压=真空度=-13.3 103Pa2 .在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为960 kg/m3的油品，油面高于罐底9.6成 油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm勺圆孔，其中心距罐底800 mm孔盖用14 mmj钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为 32.23 X 106 Pa,问至少需要 几个螺钉解：设通过圆孔中心的水平液而生的静压强迫 p,则p罐内液体作用于孔盖上的平均压强p g z 960 9

2、.81（9.60.8）828缚a （表 fop 82874Pa作用在孔盖外侧的是大压. p/故孔盖眇外卜小甲强差力作用在孔盖上的净压力为每个螺钉能承受的最大力为:螺钉的个数为3.76 1 04 / 4.96 1 037.58个所需的螺钉数量最少为8个3 .某流化床反应器上装有两个UJfE差计，如本题附图所示。测得R=400 mm R=50 mm指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R=50mm试求A、B两处的表压强。解：U管压差计连接管中是气体。若以g, H2O, Hg分 别表示气体、水与水银的密度，因为 g = Hg ,故由气柱 高度所产生

3、的压强差可以忽略。由此可以认为 Pa Pc ,Pb Pd。由静力学基本方程式知7161Pa（表压）4 .本题附图为远距离制量控制装置，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=1 m, U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820kg/m3。试求当压差计读数R=68 m寸，相界面与油层白吹气管出口距离 h0解：如图，设水层吹气管出口处为a, 煤油层吹气管出口处为b,且煤油层吹气 管到液气界面的高度为H。则Pa PlPb P2Pa 油 g（Hi h）水 g（H h）（表 压）Pb油gHi（表压）U管压差计中，Pi P2HggR （忽略吹气管内的气柱压力）分别代入Pa与P

4、b的表达式，整理可得：根据计算结果可知从压差指示剂的读数可以确定相界面的位置。并可通过控制分 相槽底部排水阀的开关情况，使油水两相界面仍维持在两管之间。5 .用本题附图中串联Ut压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸汽压，Ut压差计的指示液为水银，两Ut间的连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距离分别为：hi=2.3 m、h2=1.2 m、h3=2.5 m及h4=1.4 m。锅中水面与基准面间的垂直距离 h5=3 mo大 气压强Pa =99.3 x 1C3 Pa试求锅炉上方水蒸气的压强P。（分别以Paffikgf/cm 2来计量）。习题。附图习时6时图解：如图所示标记等压面2, 3, 4,大气压记

5、为PaP2 Pa PHgg(，h2)(1)P3P2H20 g(h3h2)(2)P4P3Hgg(h3h4)(3)P0P4HzOgQ卜4)(4)将以上四式相加并代入已知量6 .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及998 kg/m3, Ut中油、水交界面高度 差R=300 mm两扩大室的内径 D匀为60 mm Ut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。解：可以知道当微差压差计的读数 p pa时，两扩大室液面相齐。那么当压力不同时，扩大室液面差h与R的关系可用下式计算：当 R 300mm时

6、，h ()2R 0,3 ()2 0.003mD60根据静力学基本方程：257Pa (表压)7,列管换热器的管束由121根25mm 2.5mm的铜管组成。空气以9 m/s速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50、压强为196X 103 Pa(表压)，当地大气压为98.7 X 103 Pa。试求：(1)空气的质量流量；(2)操作条件下空气的体积流量； (3)将(2)的计算结果换算为标准状况下空气的体积流量。解：(1) ws uA n u 9m/s n 121(2) VS uAn 9 0.000314 121 0.342m3/sp1V1p0V0(3) T1T08,高位槽内的水面高于地面8 m，水

7、从108mm 4mm的管道中流出，管路出口高于 地面2 ml在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按hf 6,5u2计算(不包括出 口阻力损失），其中u为水在管内的流速m/s。试计算：（1） A A截面处水白流速；（2）水的流量，以吊/h计。解：（1）取高位槽水面为上游截面1 1,管路出口内侧为下游截面2 2,如图所 示，那么z1 8m, z2 2m （基准水平面为地面）ui 0, pi p2 0（表压），A A处的流速与管路出口处的流速相同，Ua U2 （管径 不变，密度相同）在截面1 1和2 2间列柏努利方程方程，得2g z hf ,其中hf 6.5u222代入数据6.5u2 9.81

8、（8 2）解得 u uA 2.9m/s 23 23（2） Vh uA 2.9（108 4 2） 103600 82m /h49 . 20c的水以2.5 m/s的流速流经 38mm 2.5mm的水平管，此管以锥形管与另一 53mm 3mm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两截面间的能量损失为1.5J/kg ,求两玻璃 管的水面差（以m）,并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。解：取A, B两点处所在的与管路垂直的平面分别为上游和下游截面A A和B B ,如图所示，并取管路中心线所在的水平面为基准面，那么Za zb 0,u

9、A 2.5m/s在截面A A和B B间列柏努利方程：查表得到 1Pa 0.102mmH2O, 那么 86州 88.5mmH2O0.102p2 P1 0,所以A点的压力大于B点的压力，即B管水柱比A管高88.5 mm10 .用离心泵把20 c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76mm 2.5mm,在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.06 X 103 Pa ;水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按 hf,1 2u2与 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98.0

10、7 X 103 Pa（表压）。试求泵的有效功率。解：取水槽中水面所在的平面为截面1 1,并定为基准水平面。泵入口真空表连 接处垂直于管子的截面为2 20水洗塔出口处为截面3 3,如图所示，那么有乙 0Z21.5mz314mu10 U2U3u p10（表压）P224.66 103Pa （表压）p3 98.07 103Pa（表压）1000kg/m3在截面1 1和2 2间列柏努利方程，得代入以上数值解得u 2m/s再在截面1 1和3 3间列柏努利方程，得将以上数值代入，其中hf,12hf,1hf,2 12u2,解得We 261.3j/kg11 .本题附图所示的贮槽内径D为2 m,槽底与内径出为32

11、mm勺钢管相连，槽内无习题11附图中全u为降1液体补充，其液面高度h为2 m（以管子 心线为基准）。液体在本题管内流动时的 部能量损失可按hf 20u2计算，式中液体在管内的流速。试求当槽内液面下 m寸所需的时间。解：根据物料衡算，在d时间内，槽内由于液面下降dh而减少的液体量均由管 路出口流出，于是有_ 22D dh -d ud（1）44取管中心线所在的水平面位能基准面，在瞬时截面1 1与管路出口截面2 2问2hf,1 220u列柏努利方程，得其中，z1hz20p1p20（表压）u10解得 u 0.692 Z2 0.0692-h习题b附图口一果将（2）式代入（1）式，并在下列边界条件下分12

12、 .本题附图所示为冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100 kg/m 3,循环量为36m3/ho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98.1 J/kg ,由B 流至A的能量损失为49 J/kg ,试计算：(1)若泵的效率为70%寸，泵的轴功率为若干kW (2)若A处的压强表读数为245.2 103 Pa时，B处的压强表读数为若干解：对循环系统，在管路中任取一截面同时作上游和下游截面，列柏努利方程， 可以证明泵的功率完全用于克服流动阻力损失。(1)质量流量 ws VS1100kg/m3 36m3/3600s 11kg/s(2)在两压力表所处的截面 A、B之间列柏努利方程，以通

13、过截面 A中心的水平面 作为位能基准面。其中，Za 0 , Zb 7m, Ua Ub , Pa 245.2 kPa,hf,A b 98.1J / kg将以上数据代入前式，解得Pb (2 gZBhf,AB)6.2 104Pa (表压)13 .用压缩空气将密度为1100 kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液面维持恒定。管路直径均为 60mm 3.5mm,其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为hf abhfCD u2 ,hf bc 1.18u2。两压差计中的指示液均为水银。试求当,R=45 mm h=200 mmW: (1)压缩空气的压强Pi为若干(2) U 管压差计读R数为多少解：求

14、解本题的关键为流体在管中的流速(1)在R C间列柏努利方程，得hf,Bc 1.18u2B g(zC ZB)hf,B C(1)代入(1)式，同时已知1100kg / m3zC zB 5m解得 u 2.06m/ s在低位槽液面1 1与高位槽液面2 2之间列柏努利方程，并以低位槽为位能基准 面，得其中 Zi 0Z2 10m Ui U2 0 P2 0(表压)代入上式可得& gz2hf,1 2Pi(gZ2hf,1 2) 1100 (9.81 10 13.5) 122760Pa(表压)(2)若求R2关键在于Pb,通过Pb可列出一个含h的静力学基本方程HggR2gh Pb(2)为此在低位槽液面1 1与截面B

15、之间列柏努利方程，以低位槽为位能基准面，得其中，z,0 ,zB10 7 3m ,u10 ,uB2.06m/s,p1123kPa(表压)83385Pa (表压)代入(2)式：R283385 1100 9.81 0.29.81 1360014.在实验室中，用玻璃管输送 20c的70%昔酸。管内径为1.5 cm,流量为10 kg/min。用SI和物理单位各算一次雷诺数，并指出流型。解：(1)用SI制计算从本教材附录中查得70%醋酸在20c时的物理性质：1069kg/m3,2.5 10 3Pa s , d 1.5cm 0.015m流动类型为湍流。(2)用物理单位计算 3 1069 g / cm ,0.

16、025g /(cm s) , d 1.5cm, u 88.2cm/s15.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Ut压差计，以测量两截面之间的压强差。当水的流量为 10 800 kg/h时，U管压差7f读数R为100 mm粗、细管的直径分别为 60mm 3.5mm与42mm 3mm。计算：(1) 1 kg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解：(1)取接入管路的U型管管线所在的平面与管截面垂直的平为面 1 1和2 2,并取管路中心线所在的平面为基准面，那么Z1 Z2 0在截面1 1和2 2间列Bernouli方程:22于是 hf乩上2对U型管压计：

17、p1 p2 gR对水在水平管中的流动：u Vs 坐A A对粗管：d2 60 3.5 2 53mm;对细管：d1 42 3 2 36mm于是u110800kg2.95m/s(3600s) 1000kg/m3-(36 10 3)2(2)pfhf 1000 4.407 4.41 103Pa16.密度为850 kg/m3、黏度为8X10-3 Pas的液体在内径为14 mm勺铜管内流动， 溶液的流速为1 m/s0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 103 Pa,液体 流经多长的管子，其压强才下降到127.5

18、X 103 Pa3解：（1） Re 14013-850 1487.5流动类型属层流8 10（2） 对层流流动的流体，其瞬时速度和半径之间的关系如下:而平均速度ujf R28于是当局部速度等于平均速度时，有 R2r2 -R2,即当r -R时，管路中的瞬 22时速度和平均速度相同。R -R 7mm 所以 r / 4.95mm（2）定义上游截面11,下游截面为2 2,对直径相同的水平管路根据哈根泊谡叶公式，即 pfd则液体流经的管长为17 .流体通过圆管端流流动时，管截面的速度分布可按下面经验公式来表示:1UrMP，式中y为某点与壁面的距离，即y=试求其平均速度u与最大速度Umax的比值。解：在距离

19、管中心r处取一厚为dr的流体薄层，并定义此处流体的速度为则流体通过此环隙的体积流量dVS urdA 2 rurdr那么Vs1 R2 umaxAR2 0R1/7(R r)1/7ggdrr t 那么dr dt0时，t R;R时，t 0/ R有 0(R r)1/7gtgdt1 2R7f 2R71549 49-R7120代入（1）式,c 492umaxg120于是u/umax49/60 0.817(0.82)18 . 一定量的液体在圆形直管内作层流流动。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：流量不变，u Ad当 d 时，u 4u232 lu根据哈

20、根泊谩叶公式，有当u19 .内截面为1000 mm（ 1200 mHl勺矩形烟囱的高度为 30 m。平均摩尔质量为30 kg/kmol、平均温度为400c的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持 49 Pa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 103 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 （kg/h）解：这是B.E对压缩流体的应用p1 101330 490 101281Pa空气=1.205kg/m3（20 oC 空气）可应用柏努利方程4000c时，烟道气的密度在烟囱的进出口之间列柏努利方程，以烟囱底

21、端为上游截面1 1,以烟囱顶端为下游截面2 2,并以截面1 1作位能基准面，有其中，Pi49Pa （表压），p2烟道气 gh 0.543 9.81 30159Pa （表压），12l uz1 0, z2 30m , u1 u2 ,hf=de 2de4 rH4ab 1.09m 2(a b)代入上式解得 u 19.8m/ s输压管力 出 率。20.每小时将2 x 104 kg的溶液用泵从反应器 送到高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持 26.7 X 103 Pa的真空度，高位槽液面上方为大气 强。管道为76mm 4mm的钢管，总长为50 m, 线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻 系数为

22、4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路 口的距离为15 vm若泵的效率为0.7 ,求泵的轴功解：在反应器液面1 1与管路出口内侧截面2 2间列柏努利方程，以截面1 1为基准水平面，得其中z10z215mu10Pi26.7103Pa（表压）p2 0（表压）其中，hf hf hf2对直管阻力hf -d 20.3mm 那么 /d 0.3/（76.4 2） 0.0044由/d和Re在图127可查得 0.029对局部阻力 二个全开的闸阀2 0.33m 0.66m五个标准弯头1.6 5m 8m进口阻力系数 0.5孔板的局部阻力系数4该流体的质量流量ws 2 104/3600 5.6kg/s21.从设备送出

23、的废气中含有少量可溶物质，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3600 m3/h（在操作条件下），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，其读数为30 mm输气管与放空管的内径均为250mm 管长与管件、阅门的当量长度之和为 50 m（不包括进、出塔及管出口阻力），放空口与 鼓风机进口的垂直距离为20 m,已估计气体通过塔内填料层的压强降为1.96 X 103 Pa。 管壁的绝对粗糙度 可取为0.15mm大气压强为101.33 X 103 Pa求鼓风机的有效功率。解：这是有外加功的可

24、压缩流体，首先验证p 20% p0以过测压口中心的截面1 1和放空管内侧截面2 2为衡算截面。P1HggR 13600 9.81 30 10 3 294.3Pa（表压）以鼓风机进口压差计连接处为截面 1 1,放空管出口内侧为截面2 2,过截面1 1的中心线作基准水平面，在两截面间列柏努利方程，其中，z1 0z2 20m p1 294.3Pa （表压）p2 0（表压）在1 1和2 2间压强变化很小，温度认为恒定且管径相同，可近似有3 取，但 为提高计算结果的精确度，计算流体速度时以平均压强计。294.3 0p 147.2 Pa （表压）（洗涤器中压力有变化，导致气体体积变化，由于等温，以pM p

25、2V2做变换）（一般来讲，局部阻力损失包括了进出口的情况，但常用的局部阻力计算为当量长 度法，而进出口则多采用阻力系数法）题给条件下，空气的密度为1.093kg/m3,黏度为1.96 10 5 Pa s （见本教材附表六： 干空气的物理性质）Re du- 0.25 20.35 丁 093 2.84 1 05, /d 0.15/250 0.00061.96 10查摩擦系数图，0.019代入前式We 9.81 20 2949 2887 2814J/kg1.0953600有效功率Ne wsWe1.095 2814 3081J /s 3.1kW360022.如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部

26、与内径为100 mm勺钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15 mt安有以水银为指示液的Ut压差计，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 口端之间的直管长度为20 m。(1)当闸阀关闭时，测得R=600 mm h=1500 mm当闸阀部分开启时，测得R=400mm h=1400 mm摩擦系数人可取为0.025,管路入口处的局部阻力系数取为0.5。问每小时 从管中流出水若干立方米(2)当闸阅全开时，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 15 le.-1d 15,摩擦系数仍可取0.025。解：在该题所示的附图内，标出几个需列方

27、程的平面。0 0为贮水槽所在的平面， A A和B B为U管压计和管路出口的截面，并取水平管中心线所在的水平面为基准 面(1)闸阀关闭时Pa gH0gRgh(H为贮槽水面的高度)代入数据，解得 H ，R h 13600 0.6 1.5 6.66m1000当阀门开启之后13600 9.81 0.4 1000 9.81 1.4 3.96 104 Pa (表压)在贮槽液面与A A间列柏努利方程，得22P0U0gZ0 2PagZAUa2hf ,o a(1)其中Po0(表压)Uo0 Zo6.66mZa 0pA 3.96410 Pa (表压)hfJ_ul,0 Ad 22Ua c 2(0.025150.120

28、.5) U2A_ _22.215UA(2)将(2)代入(1)式，整理可得到：29.81 6.66 uA 2.215uA解得 uA 3.13m/s23.149Q水的流量 VS -d2u 0.12 3.13 3600 88.4m3/h44在(1)中，由于贮槽中水位不变，时稳态流动，故水平管中水的流速不变，只需求UAO为此需用柏努利方程，但在哪两个面之间应用？B B没有相关量且阀门开度不知道，阻力系数难以计算。在贮槽与压差计之间用柏努利方程。在(2)中：欲求Pa,仍应使用柏努利方程，此时闸阀全开，UA UB,对水平管,ZaZb ,故 Pfhf,A B .可求出u，然后代入到Pf的式中可知Pa,为求U

29、应在0 0与B B间列柏努利方程(2)当闸阀全开时，在0 0与 BB间列柏努利方程，得P0gZ02u0Pb2gZB2 ub2hf,0 B其中PqPb0(表压)ZqZb6.66m u0 0uB uhf ,0 Blec)2 ua20.02515 20 15 0.10.1)0.524.813u2 (4)2把(4)代入(3),整理得9.816.6624.813u ,解得 u3.51m/s再在A A和B B间列柏努利方程,其中，ZaZbua ub , Pb0(表压)，于是Pahf,A Bl leu2Pad 220 15 0.1 3.5121000 0.025 0.13.3 104Pa (表压)23. 1

30、0c的水以500 L/min的流量流过一根长为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。解：这是关于试差法的应用。10oC 的水，999.7kg/m3130.77 10 5Pa s在管路两端端列柏努利方程，以管子中心线所在的水平面为基准面，得h2由氾丁公式 (1)g d 2g(1)在该题中，假设 不是最好的选择，因为管径不知道，不好由 /d反查 且假设 后由于不知道d ,也不能求u和Re。(2)假设管径为待求量，但若假设 d ,由于实际生产中管子的规格多样，范围太 广，不易得到准确范围。(3)可假设u根据本教材表1 1,选

31、择合适的流速代入计算。自来水的流速为 11.5m/s。取水的流速为1.3 m/so根据给出的 也可判断，所计算的阻力损失和管子的粗糙度有关，必定为湍流。且流体黏度比较大，必须使u在较大值时保证水是湍流的此时由（1）式计算的6 2gd 12 9.81 0.0904lu2300 1.320.0210du 0 0904 1 3 999 7,Re du 090998.99 104 , /d 0.05/(0.0904 1000) 0.0005513.75 10 5查摩擦系数图，0.021,两者之间一致，假设合理。管子的直径为90.4mm24.某油品的密度为800 kg/m VS 0.8VS 0.8 23

32、 18.4m / h、黏度为41 cP,由附图中所示的A曹送至B曹，A曹 的液面比B曹的液面高1.5 m o输送管径为 89mm 3.5mm、长50 m（包括阀门的当量长 度），进、出口损失可忽略。试求：（1）油的流量（m3/h） ; （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增加多少（m）解：题给条件下，油品的密度800kg / m3 ,黏度 41cp 41 10 3 Pa s（1）在A、B两槽问列柏努利方程，并以 B槽液面为基准面，得其中，Pa Pb 0（表压），Ua Ub 0, Za Zb 1.5m将以上数据代入柏努利方程，g（ZA Zb）hf,A b即 u2 14

33、.72此情况下，应假设 ，求出u之后，计算Re,由于并未给出粗糙度的值，且流体 黏度很大，可先试验层流的磨擦系数关系式。假设流体处在层流区，有642304.9 u 14.72 解得 u 1.21m/sdu /Redu382 101.2 800 xc”3 192041 10假设合理（2）流量减少之后此时流体仍处在层流区,6464Re du /阀门开度减小流速下降，直管阻力损失减小，但由于阀门 之后，局部阻力损失过大。所以总阻力损失没变。25.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5 m（包括除了闸阀以外的管件局部阻力的当量长度

34、），管内径为200 mm通过填料层的能量损失可分别折算为 5u2与4u2,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 入=0.02。管路的气体总流 量为0.3n3/s。试求：（1）当两阀全开时，两塔的通气量；（2）附图中AB勺能量损失。解：（1）并联管路中，各支路的阻力损失相等，hfAi B hfA2 B那么l1 lei U1d 25u2l2 le2 U2d 24u直径200 mm管路上的全开闸阀le 1.3m,所以V 0.02 5_3 8曳 -S,1丝0.901(1)u2Vs，2.0.02 5 1.3 10i0.2V1 V2 V 0.3m3/s(2)由(1)、(2)解得V

35、1 0.142m3/sV2 0.158m3/s习题26附图（2）取任一支路进行能量损失计算皆可26 .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89 n3/h , 总管直径为127mm 5mm。泵出口压强表读数为1.93 X 105 Pa,容器B内水面上方表压为l kgf/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）两支管的压头损失Hf,OA, Hf,OB； （2）离心泵的有效压头He解：（1）在总贮槽液面1 1和主管路压力表之后，记为截面2 2,列柏努利方程, 并以通过截面2主管路中心线的水平面作为位能基准面，得其中，P2 1.93 105

36、Pa（表压）z 乙 2m Hf,i 2 0 u1 0代入之后得到：He 17.94m（2）在截面2和容器A的液面之间列柏努利方程，得其中 P2 1.93 105Pa（表压）pa 0（表压）U2 2.3m/s Ua 0由于主管路的阻力可以忽略，HfQA Hf,2 A 3.94m同样可列出截面2到容器B的液面的柏努利方程，解得27 .用效率为80%勺齿轮泵将黏稠的液体从敞口槽送至密闭容器内，两者液面均维持恒定，容器顶部压强表的读数为30X 103 Pa用旁路调节流量，其流程如本题附图所 示。主管流量为14 nVh,管径为66mm 3mm,管长为80 m（包括所有局部阻力的当量长度）。旁路的流量为5

37、 m3/h ,管径为32mm 2.5mm,管长为20 m（包括除了阀门外的所有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父间的能量损失。被输送液体的黏度为50 10 3Pas ,密度为1100kg/m3。试计算：（1）泵的轴功率；旁路阀门的阻力系数。解:（1）流体在总管中的速度Ui4Vs d24 14/3600 ，2 1.38m/s3.14 0.062Red1u160 10 3 1.38 1100350 10 31821.664Re1640.0351821.6总管阻力损失： hfd 20.035800.061.38244.44J/kg在敞口槽和密闭容器之间列柏努利方程，得 旁

38、路的流速u2 丝 4 5/36002d23.14 0.02723cd2u227 102.43 1100Re3 144350 102.43m/s64Re264 0.0441443旁路是一循环管路，循环系统中， Wehf28 .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BCWBDW支管排出，高位槽液面与两支管出口间的距离均为 11 m ABt段内径为38 mm长为58 m； BC管的内径为32 m长为12.5 m； BDS管的内径为26 mm长为14 m。各段管长均包括管件及阀门全开时的当量长度。（1）当B改管的阀门关闭时,ABWBCf段的摩擦系数人均可取为0.03。试计算:BC管的

39、最大排水量为若干（m3/h）可取为0.15 mm,水的密度为 解：（1）在高位槽液面1（2）当所有阀门全开时，两支管的排水量各为若干（m3/h）BD支管的管壁绝对粗糙度 1000 kg/m3,黏度为 0.001 Pa s。1和BCS管出口内侧截面C C间列柏努利方程，并以截面C C为位能基准面，得Plgz12U1Pc-gzc2 Uc2hf ,1 C其中P1Pc0（表压）zi11mZcUi将以上数值代入方程（1）,整理得gzihf,1 C2 Uc258uAB0.03 3 d 0.0338 1022212.5ubcubc332 1022(2)根据连续性方程（ud2）AB （ud2）Bc,解得Uab

40、 0.71ubc代入(2)式，解得 Uab 1.77m / S , Ubc2.49m/s（2）根据分支管路的流动规律，有2匹UcPdgzc 2 hf ,B C由于出口管BG BD在同一水平面上,取两支管出口外侧为下游截面，则两截面上z, P和U均相等。（3）式可简化为hf,B c hf,B D ,记为方程（4）。但由于BC和BD是不连续的，UDdD UcdC不一定成立，c和d的关系也不能确 定，需要试差计算。由于 c为已知，应假设D ,这样可确定Uc和UD的比例。BD/dBD0.15/ 26 0.0058,查摩擦系数图，得 bd 0.0318,将bc和bd代入方12.50.03 332 10

41、32Ubc一 0.0318214 Ubd26 103 2UBC 1.21u BD(5)在高位槽液面11和截面CC间列柏努利方程，并以截面 CC作位能基准面,其中，P1Pc2U1Pc20（表压）将以上数据代入方程hf ,A B ( AB .dABhf ,B C2lbc UbcBCdBc 2gZc2Uc2hf,1(6)UiZcZ111m整理得107.9) uAbc)T(0.03580.03由连续性方程，可得UABdAB其中dABhf,A38 10 312.5 u2c32 10uBCdBC38mm , dBC 32 mm, dBDUab 0.78ubc 0.469ubdB hf,B C20.5)号5

42、.86uBcuBDdBD23.15uAb (8)(10)26mm,代入方程（10）中，整理可得(11)把Ubc把UBC1.21ubd 代入方程(11),得到 Uab 1.15Ubd1.21Ubd Uab 1.15Ubd 代入方程(11)得到 Ubd1.6m/s33校验 BD： ReBD 4 26 10 1； 36 104.16 104，BD/dBD。.。58 查得bd 0.033,与前面的假设bd0.0318不相符，需重新计算。以 bd 0.033代入计算，得 Ubc1.23Ubd, Uab1.16Ubd代入方程（11）得到Ubd 1.45m/s_ _ 3_ 3林g(du)BD 26 101.

43、45 104八乂当乂 bd ReBD33.77 10 ,1 10查得 bd 0.0326,与 bd 0.033相符。29.在38mm 2.5mm的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为16.4 mm,管中流动的是20c的甲苯，采用角接取压法用Ut压差计测量孔板两测的压强差， 以水银为指示液，测压连接管中充满甲苯。现测得I管压差汁的读数为600mm试计算管中甲苯的流量为若干（kg/h）解：20oC 时甲苯的密度867kg/m3,6.75 10 4Pa s查本教材的图1-33,假设C00.625验证Co的值Re du一一一 3 一一一一33 10 3 2.04 86744 9.72 1046.75

44、 10 4RecC原假设的C0 0.625合理。第二章流体输送机械习题1 .在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为 26 m3/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24.7 kPa,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 0.4m,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。试计算该泵的效率，并列出该效率下泵的性能。解：在真空表和压强表测压口处所在的截面1 1和2 2间列柏努利方程，得 其中：z2 z1 0.4m R 2.47 104Pa（表压）p2 1.52 105 Pa （表压）则泵的有效压头为

45、：3泵的效率Qe e . 100% 53.2%102N3600 102 2.45该效率下泵的性能为：2 .用某离心泵以40 m/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。已知水在进入喷头之前需要维持49 kPa的表压强，喷头入口较贮水池水面高 8 m。吸入管路和排出管路中压头损失分别为 l m 和5 m,管路中的动压头可以忽略不计。试选用合适的离心泵，并确定泵的安装高度。当地大气压按101.33kPa计。解：在贮槽液面1 1与喷头进口截面2 2之间列柏努利方程，得其中： z 8mp 49kPa u2 0 H f,1 215 6m980kg/m3

46、根据Q 40m3/h , He 19.1m,输送流体为水，在IS型水泵系列特性曲线上做出相应点，该点位于IS 80 65 125型泵弧线下方，故可选用（参见教材113页），其 转速为2900r /min ,由教材附录24（1）查得该泵的性能，Q 50m3/h ,He 20m,75%, N 6.3kW,必需气蚀余量（NPSH）r 3.0m由附录七查得65oC时，pv 2.554 104 Pa泵的允许安装高度 Hg 0一巴（NPSH）r Hf01 g,3 .常压贮槽内盛有石油产品，具密度为 760 kg/m3,黏度小于20 cSt ,在贮存条 件下饱和蒸气压为80kPa,现才H用65Y-60B型油

47、泵将此油品以15 n3/h的流量送往表压 强为177 kPa的设备内。贮槽液面包定，设备的油品入口比贮槽液面高 5 m,吸入管路 和排出管路的全部压头损失分别为1 m和4 m0试核算该泵是否合用。若油泵位于贮槽液面以下1.2m处，问此泵能否正常操作当地大气压按101.33kPa计。解：要核算此泵是否合用，应根据题给条件计算在输送任务下管路所需压头He,Qe的值，然后与泵能提供的压头数值比较。由本教材的附录24 （2）查得65Y-60B泵的性能如下：Q 19.8m3/h, He 38m, r 2950r/min, Ne 3.75kW ,55%,ee在贮槽液面1 1与输送管出口外侧截面2 2间列柏

48、努利方程，并以截面1 1为位 能基准面，得其中，Z2Zi5mPi0（表压）P2177kPa（表压）u1U20将以上数值代入前述方程，得完成流体输送任务所需的压头为所需流量Qe 15m3/h Q 19.8m3/h ,符合要求。由已知条件确定此泵是否合用应核算泵的安装高度，验证能否避免气蚀。由柏努利方程，完成任务所需的压头：泵的安装高度1.2m低于安装高度Hg,故此泵能正常使用。 g4 .欲用例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。适当调节泵的吸入和排出管路上两阀门的开度，可使吸入管阻力增大而管内流量保持不变。若离心泵的吸入管直径为 100 mm排出

49、管直径为50 mm 孔板流量计孔口直径为35 mm测得流量计压差计读数为 0.85 mHg,吸入口真空表读 数为550 mmHg寸，离心泵恰发生气蚀现象，试求该流量下泵的气蚀余量和允许吸上真空度。已知水温为20 C ,当地大气压为760mmHg解：查得 20oC 时，水 1000kg/m3 pv 2.3346 103 Pa 1mPa s由 A （35）2 0.49,由教材（上册）第一章图1-33,得Co 0.69A150可知，通过孔板流量计孔口的流速为：由于各段体积流量相等。则出口管路中流体的速度为u1u 0.49 9.99 4.9m/sA校核雷诺数Red1u10.05 4.9 10001 1

50、0 32.45 1 05 ,故Co是常数。水在进口管路中的流速u1 4.9 （皎）21001.225m/s气蚀余量(NPSH) -p-pv g2 Ui2g允许吸上真空度，Hs庄p1550g10 3 9.81 13.6 103-3 7.48m10 9.815 .用3B33A型离心泵从敞口水槽中将 70c清水输送到它处，槽内液面包定。输 水量为3545 m3/h ,在最大流量下吸入管路的压头损失为 1 m,液体在吸入管路的动 压头可忽略。试求离心泵的允许安装高度。当地大气压98.1 kPa。在输水量范围下泵的允许吸上真空度为6.4 m和5.0 m。解：由附录查得操作条件下清水的饱和蒸汽压，将已知的

51、Hs 5m换算后代入2(HgHsHf0 12)便可求出Hg2g由附录可知 70oC 时 水 977.8kg/m3, v 31.164 1 03 Pa2由此可知泵的允许装高度为Hg HS 曳 Hf01 2.307 1 0 1.037mg2g,6 .用离心泵从敞口贮槽向密闭高位槽输送清水， 两槽液面包定。输水量为40 nVh 两槽液面间垂直距离为12 m,管径为102mm 4mm ,管长（包括所有局部阻力的当量长度）为100 m,密闭高位槽内表压强为9.81xl04Pa,流动在阻力平方区，摩擦系数为0.015,试求：（1）管路特性方程;泵的压头。解：（1 ）以贮槽液面为1 1,并作为位能基准面，以

52、高位槽液面为2 2,在1 1和2 2之间列柏努利方程，得其中： z 12m p 98.1 103kPau2 0代入上述数据可得管路摩擦阻力损失Hf12（l-dU2(l le ) 8Q；2g dg 2d40.015 000 8Q2 1.689 1040；(。2以巾3/5为单位)0.0940.0949.81（2）将Q 40/3600代入以m3/s为单位的计算式7.用水对某离心泵做实验，得到下列各实验数据:Q(L/min )0100200300400500H/m37.2383734.531.828.5泵输送液体的管路管径为76 mmK4 mm长为355 m（包括局部阻力的当量长度），吸入和排出空间为常压设备，两者液面间垂直距离为4.8 m ,摩擦系数可取为0.03。试求该泵在运转时的流量。若排出空间为密闭容器，其内压强为 129.5 kPa（表压）,再 求此时泵的流量。被输送液体的性质与水的相似。7 ：（1）在贮水池液面和输水管出口内侧列柏努利方程，得其中：z 4.8mUi 0U2 警（Q2以m3/s为单位）d由此可得到管路特性方程:4.8 1.6842 1 05 Q2(1)泵的性能参数见表1。由表1的数据绘制如下的管路特性曲线，两曲线的焦点即为 泵的工作点，止匕时Q 6.67 10 3m3/s即