天津大学版化工原理上下册习题答案(2005夏清)

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1、推荐精选化工原理课后习题解答化工原理课后习题解答第一章第一章流体流动流体流动1.1.某设备上真空表的读数为某设备上真空表的读数为 1313. .3 310103 3 Pa,Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地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区大气压强为 98.71098.7103 3 PaPa。 解：由解：由 绝对压强绝对压强 = = 大气压强大气压强 真空度真空度 得到：得到：设备内的绝对压强设备内的绝对压强 P P绝绝 = = 98.71098.7103 3 PaPa -13.310-13.3103 3 P Pa a=8.5410=8.54103 3 PaPa

2、设备内的表压强设备内的表压强 P P表表 = = - -真空度真空度 = = - - 13.31013.3103 3 PaPa 2 2在本题附图所示的储油罐中盛有密度为在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960960 / 的油品，油面高于罐底的油品，油面高于罐底 6.96.9 m m，油面，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760760 mmmm 的圆孔，其中心距罐底的圆孔，其中心距罐底 800800 mmmm，孔盖用，孔盖用14mm14mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为 39.231039.231

3、06 6 PaPa ，问至少需要几个螺钉？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分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力 即即 P P油油 螺螺解解：P P螺螺 = = ghAghA = = 9609.81(9.6-0.8)9609.81(9.6-0.8) 3.140.763.140.762 2 150.30710150.307103 3 N N螺螺 = = 39.031039.03103 33.140.0143.140.0142 2nn P P油油 螺螺 得得 n n 6.236.23取取 n n minmin= = 7 7 至少需要至少需要 7 7 个螺钉个螺钉

4、3 3某流化床反应器上装有两个某流化床反应器上装有两个 U U型管压差计，如本题型管压差计，如本题附图所示。测得附图所示。测得 R R1 1 = = 400400 mmmm ， R R2 2 = = 5050 mmmm，指示液，指示液为水银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的为水银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的 U U 型管型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度 R R3 3 = = 5050 mmmm。试求试求 ABAB 两处的表压强。两处的表压强。分析：根据静力学基本原则，对于右边的管压差计，分析：根据静力学基本原则，对于右边的管压差计，

5、a aa a为等为等压面，对于左边的压差计，压面，对于左边的压差计，b bb b为另一等压面，分别列出两个等为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。压面处的静力学基本方程求解。解：设空气的密度为解：设空气的密度为 g g，其他数据如图所示，其他数据如图所示 a aa a处处 P PA A + + g gghgh1 1 = = 水水gRgR3 3 + + 水银水银RR2 2推荐精选由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记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即：P PA A = = 1.01.0 10103 39.810.059.810.05 + + 13.6

6、1013.6103 39.810.059.810.05 = = 7.16107.16103 3 PaPa b-bb-b处处 P PB B + + g gghgh3 3 = = P PA A + + g gghgh2 2 + + 水银水银gRgR1 1 P PB B = = 13.61013.6103 39.810.49.810.4 + + 7.16107.16103 3 =6.0510=6.05103 3PaPa 4.4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测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吹气

7、管出口的距离 H H = = 1m1m，U U 管压差计的指示管压差计的指示液为水银，煤油的密度为液为水银，煤油的密度为 820Kg820Kg。试求当。试求当压差计读数压差计读数 R=68mmR=68mm 时，相界面与油层的吹气时，相界面与油层的吹气管出口距离。管出口距离。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 1 111和和 4 444为等压面，为等压面，2 222和和 3 333为等压面，且为等压面，且 1 111和和 2 222的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解的压强相等。根据静力

8、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解：设插入油层气管的管口距油面高 hh 在在 1 111与与 2 222截面之间截面之间P P1 1 = = P P2 2 + + 水银水银gRgRPP1 1 = = P P4 4 ，P P2 2 = = P P3 3 且且 P P3 3 = = 煤油煤油ghgh ， P P4 4 = = 水水g g（H-hH-h）+ + 煤油煤油g g（hh + + h h）联立这几个方程得到联立这几个方程得到 水银水银gRgR = = 水水g g（H-hH-h）+ + 煤油煤油g g（hh + + h h）-煤油煤油ghgh 即即水银水银gRgR

9、 =水水gHgH + + 煤油煤油ghgh -水水ghgh 带入数据带入数据 1.01011.0101 - - 13.6100.06813.6100.068 = = h(1.010-0.8210)h(1.010-0.8210)= = 0.4180.418 5 5用本题附图中串联管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，管压差计的指示液为用本题附图中串联管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，管压差计的指示液为水银，两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：水银，两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：推荐精选1 12.3m2.3m，2 2=1.2m,=1.2m,

10、 3 3=2.5m,=2.5m,4 4=1.4m=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直距离。锅中水面与基准面之间的垂直距离5 5=3m=3m。大气。大气压强压强a a= = 99.31099.3103 3。试求锅炉上方水蒸气的压强。试求锅炉上方水蒸气的压强。分析：首先选取合适的截面用以连接两个管，本题分析：首先选取合适的截面用以连接两个管，本题应选取如图所示的应选取如图所示的 1 11 1 截面，再选取等压面，最后根截面，再选取等压面，最后根据静力学基本原理列出方程，求解据静力学基本原理列出方程，求解解：设解：设 1 11 1 截面处的压强为截面处的压强为1 1对左边的管取对左边的管取- -等

11、压面，等压面， 由静力学基本方程由静力学基本方程 0 0 + + 水水g(hg(h5 5-h-h4 4) ) = = 1 1 + + 水银水银g(hg(h3 3-h-h4 4) ) 代入数代入数据据0 0 + + 1.0101.0103 39.81(3-1.4)9.81(3-1.4) = = 1 1 + + 13.61013.6103 39.81(2.5-1.4)9.81(2.5-1.4)对右边的管取对右边的管取- -等压面，由静力学基本方程等压面，由静力学基本方程1 1 + + 水水g(hg(h3 3-h-h2 2) ) = = 水银水银g(hg(h1 1-h-h2 2) ) + + 代入数

12、据代入数据1 1 + + 1.0101.0103 39.812.5-1.2=9.812.5-1.2= 13.61013.6103 39.812.3-1.29.812.3-1.2 + + 99.31099.3103 3解着两个方程解着两个方程 得得0 0 = = 3.64103.64105 5PaPa6.6. 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。压差计中以油和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。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为水为指示液，其密度分别为 9209203 3 ,998,9983 3, ,管中油管中油水交接面高度差水交接面高度差 R

13、 R = = 300300 ，两扩大室的内径，两扩大室的内径 D D 均为均为 6060 ，管内径为，管内径为 6 6 。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。齐。分析：此题的关键是找准等压面，根据扩大室一端与大气分析：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，选取解：由静力学基本原则，选取 1 11 1为等压面，为等压面， 对于对于管左边管左边 表表 + + 油油g(hg(h1 1+R)+R) = = 1 1 对于

14、对于管右边管右边 2 2 = = 水水gRgR + + 油油ghgh2 2 推荐精选 表表 = =水水gRgR + + 油油ghgh2 2 - -油油g(hg(h1 1+R)+R) = =水水gRgR - - 油油gRgR + +油油g g（h h2 2-h-h1 1）推荐精选 当当表表= = 0 0 时时，扩大室液面平齐扩大室液面平齐 即即 （D/2D/2）2 2（h h2 2-h-h1 1）= = （d/2d/2）2 2R R h h2 2-h-h1 1 = = 3 3 mmmm 表表= = 2.57102.57102 2PaPa7.7.列管换热气列管换热气 的管束由的管束由 121121

15、 根根 2.5mm2.5mm 的钢管组成。空气以的钢管组成。空气以 9m/s9m/s 速度在列管内流动。速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为空气在管内的平均温度为 5050压强为压强为 19610196103 3Pa(Pa(表压表压) )，当地大气压为，当地大气压为 98.71098.7103 3PaPa试求：试求： 空气的质量流量；空气的质量流量； 操作条件下，空气的体积流量；操作条件下，空气的体积流量； 将将的计算结果换算成的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量。标准状况下空气的体积流量。解解：空气的体积流量空气的体积流量 S S = = uAuA = = 99/4/4 0.020.

16、02 2 2 121121 = = 0.3420.342 m m3 3/s/s 质量流量质量流量 w ws s = =S S= =S S (MP)/(RT)(MP)/(RT)= = 0.34229(98.7+196)/8.315323=1.090.34229(98.7+196)/8.315323=1.09/s/s 换算成标准状况换算成标准状况 V V1 1P P1 1/V/V2 2P P2 2 =T=T1 1/T/T2 2S2S2 = = P P1 1T T2 2/P/P2 2T T1 1 S1S1 = = (294.7273)/(101323)(294.7273)/(101323) 0.34

17、20.342 = = 0.8430.843 m m3 3/s/s8 8 . .高位槽内的水面高于地面高位槽内的水面高于地面 8m8m，水从水从 1084mm1084mm 的管的管道中流出道中流出，管路出口高于地面管路出口高于地面 2m2m。在本题特定条件下，。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按水流经系统的能量损失可按f f = = 6.56.5 u u2 2 计算，其中计算，其中u u 为水在管道的流速。试计算：为水在管道的流速。试计算： A AA A 截面处水的流速；截面处水的流速； 水的流量，以水的流量，以 m m3 3/h/h 计。计。分析：此题涉及的是流体动力学，有关流体动力学

18、主要是能量恒算问题，一般运用的是柏分析：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截面是高位槽 1 11 1, ,和出管口和出管口 2 22 2, , ,如图所示，选取地面为基准面。如图所示，选取地面为基准面。解：设水在水管中的流速为解：设水在水管中的流速为 u u ，在如图所示的，在如图所示的 1 11 1, , ，2 22 2, ,处列柏努力方程处列柏努力方程Z Z1 1 + + 0 0 + +

19、 1 1/=/= Z Z2 2+ + 2 22 2 + + 2 2/ + + f f （Z Z1 1 - - Z Z2 2）g g = = u u2 2/2/2 + + 6.5u6.5u2 2 代入数据代入数据 (8-2)9.81(8-2)9.81 = = 7u7u2 2 , , u u = = 2.9m/s2.9m/s换算成体积流量换算成体积流量 V VS S = = uA=uA= 2.92.9 /4/4 0.10.12 2 36003600推荐精选 = = 8282 m m3 3/h/h 9.9. 2020 水以水以 2.5m/s2.5m/s 的流速流经的流速流经 382.5mm382.5

20、mm 的水平管，此管以锥形管和另一的水平管，此管以锥形管和另一 533m533m的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧 A A 、B B 处各插入一垂直玻璃管以观察两截处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。若水流经面的压强。若水流经 A A BB 两截面的能量损失为两截面的能量损失为 1.5J/1.5J/，求两玻璃管的水面差（以，求两玻璃管的水面差（以计）计） ，并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。，并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。分析分析: :根据水流过根据水流过 A A、B B 两截面的体积流量相同和此两截面处的伯努利方程

21、列等式求解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：设水流经解：设水流经两截面处的流速分别为两截面处的流速分别为 u uA A、 u uB B u uA AA AA A = = u uB BA AB B u uB B = = （A AA A/A/AB B ）u uA A = = （33/4733/47）2 22.52.5 = = 1.23m/s1.23m/s在在两截面处列柏努力方程两截面处列柏努力方程Z Z1 1 + + 1 12 22 2 + + 1 1/ = = Z Z2 2+ + 2 22 22 2 + + 2 2/ + + f f Z Z1 1 = = Z Z2 2 （

22、1 1- -2 2）/ = = f f + +（1 12 2- -2 22 2）2 2 g g（h h1 1-h-h 2 2）= = 1.51.5 + + (1.23(1.232 2-2.5-2.52 2) ) /2/2 h h1 1-h-h 2 2 = = 0.08820.0882 m m = = 88.288.2 mmmm即即 两玻璃管的水面差为两玻璃管的水面差为 88.2mm88.2mm10.10.用离心泵把用离心泵把 2020的水从贮槽送至水洗塔顶部的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定槽内水位维持恒定，各部分相对位置如本各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为题附图所示。管路

23、的直径均为 762.5mm762.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.6610Pa,24.6610Pa,水流经吸入管与排处管（不水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按包括喷头）的能量损失可分别按f,1f,1=2u=2u，hhf,2f,2=10u=10u2 2计算，由于管径计算，由于管径不变，故式中不变，故式中 u u 为吸入或排出管的流速为吸入或排出管的流速/s/s。排水管与喷头连接处的压强为。排水管与喷头连接处的压强为98.0710Pa98.0710Pa（表压）（表压） 。试求泵的有效功率。试求泵的有效功率。分析：此题考察的是

24、运用柏努力方程求算管路系统分析：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推荐精选段的排出管，在两段分别列柏努力方程。段的排出管，在两段分别列柏努力方程。推荐精选解：总能量损失解：总能量损失hf=hf+hf=hf+，1 1hfhf，2 2 u u1 1=u=u2 2=u=2u=u=2u2 2+10u=12u+10u=12u在截面与真空表处取截面作方程在截面与真空表处取截面作方程： z z0 0g+ug+u0 02 2/2+P/2

25、+P0 0/ /=z=z1 1g+ug+u2 2/2+P/2+P1 1/ /+hf+hf，1 1（ P P0 0-P-P1 1）/ /= = z z1 1g+ug+u2 2/2/2 +hf+hf，1 1 u=2m/su=2m/s w ws s=uA=uA=7.9kg/s=7.9kg/s 在真空表与排水管在真空表与排水管- -喷头连接处取截面喷头连接处取截面 z z1 1g+ug+u2 2/2+P/2+P1 1/ /+W+We e=z=z2 2g+ug+u2 2/2+P/2+P2 2/ /+hf+hf，2 2 WWe e= = z z2 2g+ug+u2 2/2+P/2+P2 2/ /+hf+h

26、f，2 2（ z z1 1g+ug+u2 2/2+P/2+P1 1/ /） =12.59.81+=12.59.81+（98.07+24.6698.07+24.66）/998.210+102/998.210+102=285.97J/kg=285.97J/kg N Ne e= = W We ew ws s=285.977.9=2.26kw=285.977.9=2.26kw11.11.本题附图所示的贮槽内径本题附图所示的贮槽内径 D D 为为 2 2，槽底与内径，槽底与内径d d0 0为为 33mm33mm 的钢管相连，槽内无液体补充，其液面高的钢管相连，槽内无液体补充，其液面高度度 h h0 0为

27、为 2m2m（以管子中心线为基准）（以管子中心线为基准） 。液体在本题管。液体在本题管内流动时的全部能量损失可按内流动时的全部能量损失可按hhf f=20u=20u公式来计算，公式来计算，式中式中 u u 为液体在管内的流速为液体在管内的流速 m ms s。试求当槽内液面。试求当槽内液面下降下降 1m1m 所需的时间。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是一个定值而是一个关于液面高

28、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。程，积分求解。解：在槽面处和出口管处取截面解：在槽面处和出口管处取截面 1-11-1，2-22-2 列柏努力方程列柏努力方程 h h1 1g=ug=u2 2/2+h/2+hf f =u=u2 2/2+20u/2+20u2 2 u=(0.48h)u=(0.48h)1/21/2=0.7h=0.7h1/21/2 槽面下降槽面下降 dhdh，管内流出管内流出 uAuA2 2dtdt 的液体的液体 Adh=uAAdh=uA2 2dt=0.7hdt=0.7h1/21/2A A2 2dtdtdt=Adt=A1 1dh/dh/（A A2 20.

29、7h0.7h1/21/2） 对上式积分对上式积分：t=1.ht=1.h12.12.本题附图所示为冷冻盐水循环系统，盐水的密度为本题附图所示为冷冻盐水循环系统，盐水的密度为1100kg1100kgmm，循环量为，循环量为 36m36m。管路的直径相同，盐水由。管路的直径相同，盐水由A A 流经两个换热器而至流经两个换热器而至 B B 的能量损失为的能量损失为 98.1J98.1Jkgkg，由，由 B B推荐精选流至流至 A A 的能量损失为的能量损失为 49J49Jkgkg，试求：（，试求：（1 1）若泵的效率为）若泵的效率为 70%70%时，泵的抽功率为若干时，泵的抽功率为若干kwkw？（？（

30、2 2）若）若 A A 处的压强表读数为处的压强表读数为 245.210Pa245.210Pa 时，时，B B 处的压强表读数为若干处的压强表读数为若干 PaPa？推荐精选分析：本题是一个循环系统，盐水由分析：本题是一个循环系统，盐水由 A A 经两个换热器被冷却后又回到经两个换热器被冷却后又回到 A A 继续被冷却，很明继续被冷却，很明显可以在显可以在 A-A-换热器换热器-B-B 和和 B-AB-A 两段列柏努利方程求解。两段列柏努利方程求解。解：（解：（1 1）由）由 A A 到到 B B 截面处作柏努利方程截面处作柏努利方程 0+u0+uA A/2+P/2+PA A/1 1=Z=ZB

31、Bg+ug+uB B 2+P2+PB B+9.81+9.81 管径相同得管径相同得 u uA A=u=uB B （P PA A-P-PB B）/=Z/=ZB Bg+9.81g+9.81由由 B B 到到 A A 段，在截面处作柏努力方程段，在截面处作柏努力方程B B Z ZB Bg+ug+uB B 2+P2+PB B/ /+W+We e=0+u=0+uA A+P+PA A/ /+49+49 WWe e= =（P PA A-P-PB B）/ /- - Z ZB Bg+49=98.1+49=147.1J/kgg+49=98.1+49=147.1J/kg WWS S=V=VS S=36/360011

32、00=11kg/s=36/36001100=11kg/s N Ne e= = W We eWWS S=147.111=1618.1w=147.111=1618.1w 泵的抽功率泵的抽功率 N=N= N Ne e /76%=2311.57W=2.31kw/76%=2311.57W=2.31kw（2 2）由第一个方程得由第一个方程得（P PA A-P-PB B）/ /=Z=ZB Bg+9.81g+9.81 得得 P PB B=P=PA A- -（Z ZB Bg+9.81g+9.81）=245.210-1100(79.81+98.1)=245.210-1100(79.81+98.1)=6.210=6

33、.2104 4PaPa13.13. 用压缩空气将密度为用压缩空气将密度为 1100kg/m1100kg/m3 3的腐蚀性液体自低的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液位恒定。管路直径均为位槽送到高位槽，两槽的液位恒定。管路直径均为603.5mm603.5mm，其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失，其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为为f f，ABAB= =f f，CDCD=u=u2 2，f f，BCBC=1.18u=1.18u2 2。两压差计中。两压差计中的指示液均为水银。试求当的指示液均为水银。试求当 R R1 1=45mm=45mm，h=200mmh=200mm 时：时：（1 1）压缩

34、空气的压强）压缩空气的压强 P P1 1为若干？（为若干？（2 2）U U 管差压计读数管差压计读数 R R2 2为多少？为多少？解：对上下两槽取截面列柏努力方程解：对上下两槽取截面列柏努力方程0+0+P0+0+P1 1/=Zg+0+P/=Zg+0+P2 2/+/+f fPP1 1= = Zg+0+PZg+0+P2 2 +f f =109.811100+1100=109.811100+1100（2u2u2 2+1.18u+1.18u2 2） =107.91=107.911010 +3498u+3498u 在压强管的在压强管的 B B，C C 处去取截面，由流体静力学方程得处去取截面，由流体静力

35、学方程得推荐精选 P PB B+ +g g（x+Rx+R1 1）=P=Pc c + +g g（h hBCBC+x+x）+ +水银水银R R1 1g g P PB B+11009.81+11009.81（0.045+x0.045+x）=P=Pc c +11009.81+11009.81（5+x5+x）+13.6109.810.045+13.6109.810.045P PB B-P-PC C=5.9510=5.95104 4PaPa在在 B B，C C 处取截面列柏努力方程处取截面列柏努力方程 0+u0+uB B/2+P/2+PB B/ /=Zg+u=Zg+uc c2 2/2+P/2+PC C/

36、/+f f，BCBC 管径不变，管径不变，u ub b=u=u c cP PB B-P-PC C= =（Zg+Zg+f f，BCBC）=1100=1100（1.18u1.18u2 2+59.81+59.81）=5.9510=5.95104 4PaPau=4.27m/su=4.27m/s压缩槽内表压压缩槽内表压 P P1 1=1.2310=1.23105 5PaPa（2 2）在在 B B，D D 处取截面作柏努力方程处取截面作柏努力方程0+u0+u2 2/2+P/2+PB B/ /= = Zg+0+0+Zg+0+0+f f，BCBC+f f，CDCDP PB B= =（79.81+1.18u79

37、.81+1.18u2 2+u+u2 2-0.5u-0.5u2 2）1100=8.35101100=8.35104 4PaPaP PB B-gh=-gh=水银水银R R2 2g g8.35108.35104 4-11009.810.2=13.6109.81R-11009.810.2=13.6109.81R2 2R R2 2=609.7mm=609.7mm14.14. 在实验室中在实验室中, ,用玻璃管输送用玻璃管输送 2020的的 70%70%醋酸醋酸. .管内径为管内径为 1.5cm,1.5cm,流量为流量为 10kg/min,10kg/min,用用 SISI 和和物理单位各算一次雷诺准数物理

38、单位各算一次雷诺准数, ,并指出流型。并指出流型。 解：查解：查 2020，7070的醋酸的密度的醋酸的密度 = 1049Kg/m1049Kg/m3 3, ,粘度粘度 = = 2.6mPas2.6mPas用用 SISI 单位计算：单位计算：d=1.510d=1.510-2-2m,u=Wm,u=WS S/(/(A)=0.9m/sA)=0.9m/sRe=duRe=du/ /=(1.510=(1.510-2-20.91049)/(2.6100.91049)/(2.6103 3) )=5.4510=5.45103 3用物理单位计算用物理单位计算：=1.049g/cm,=1.049g/cm, u=Wu=

39、WS S/(/(A)=90cm/s,d=1.5cmA)=90cm/s,d=1.5cm=2.610=2.610-3-3PaS=2.610PaS=2.610-3-3kg/(sm)=2.610kg/(sm)=2.610-2-2g/scmg/scm-1-1 Re=duRe=du/ /=(1.5901.049)/(2.610=(1.5901.049)/(2.610-2-2) )=5.4510=5.45103 3 5.45105.45103 3 40004000此流体属于湍流型此流体属于湍流型推荐精选15.15.在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两

40、截面间连一倒置连一倒置 U U 管压差计，以测量两截面的压强差。当水的流量为管压差计，以测量两截面的压强差。当水的流量为10800kg/h10800kg/h 时，时，U U 管压差计读数管压差计读数 R R 为为 100mm100mm，粗细管的直径分别，粗细管的直径分别为为 603.5mm603.5mm 与与 453.5mm453.5mm。计算：（。计算：（1 1）1kg1kg 水流经两截水流经两截面间的能量损失。面间的能量损失。 （2 2）与该能量损失相当的压强降为若干）与该能量损失相当的压强降为若干 PaPa？解：（解：（1 1）先计算）先计算 A A，B B 两处的流速：两处的流速： u

41、 uA A=w=ws s/s/sA A=295m/s=295m/s，u uB B= = w ws s/s/sB B在在 A A，B B 截面处作柏努力方程：截面处作柏努力方程：z zA Ag+ug+uA A2 2/2+P/2+PA A/=z/=zB Bg+ug+uB B2 2/2+P/2+PB B/+hf/+hf1kg1kg 水流经水流经 A A，B B 的能量损失：的能量损失：hf=hf= （u uA A2 2-u-uB B2 2）/2+/2+（P PA A- - P PB B）/=/=（u uA A2 2-u-uB B2 2）/2+gR/=4.41J/kg/2+gR/=4.41J/kg （

42、2 2）. .压强降与能量损失之间满足：压强降与能量损失之间满足： hf=P/hf=P/ P=hf=4.4110P=hf=4.4110 16.16. 密度为密度为 850kg/m850kg/m ，粘度为，粘度为 8 81010-3-3PaPas s 的液体在内径为的液体在内径为 14mm14mm 的钢管内流动，溶液的的钢管内流动，溶液的流速为流速为 1m/s1m/s。试计算：（。试计算：（1 1）泪诺准数，并指出属于何种流型？（）泪诺准数，并指出属于何种流型？（2 2）局部速度等于平均速）局部速度等于平均速度处与管轴的距离；（度处与管轴的距离；（3 3）该管路为水平管，若上游压强为）该管路为水

43、平管，若上游压强为 1471471010 PaPa，液体流经多长的，液体流经多长的管子其压强才下降到管子其压强才下降到 127.5127.51010 PaPa？ 解解：（：（1 1）ReRe =du=du/ /= =（14101410-3-318501850）/ /（810810-3-3）=1.4910=1.4910 20002000 此流体属于滞流型此流体属于滞流型（2 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）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 y y2 2 = = -2p-2p（u-uu-um m） 当当=0=0 时时 ,y,y2 2 = = r r

44、2 2 = = 2pu2pum m p p = = r r2 2/2/2 = = d d2 2/8/8 当当= =平均平均=0.5=0.5maxmax= = 0.5m/s0.5m/s 时时, , y y2 2= = - - 2p2p（0.5-10.5-1）= = d d2 2/8/8 =0.125=0.125 d d2 2 即即 与管轴的距离与管轴的距离 r=4.9510r=4.9510-3-3m m推荐精选 (3)(3)在在 14710147103 3和和 127.510127.5103 3两压强面处列伯努利方程两压强面处列伯努利方程 u u 1 12 2/2/2 + + P PA A/ +

45、 + Z Z1 1g g = = u u 2 22 2/2/2 + + P PB B/+/+ Z Z2 2g g + + f f u u 1 1 = = u u 2 2 , , Z Z1 1 = = Z Z2 2 P PA A/ /= = P PB B/ /+ + f f损失能量损失能量f f= =（P PA A- - P PB B）/=/=（14710147103 3-127.510-127.5103 3）/850/850 =22.94=22.94流体属于滞流型流体属于滞流型摩擦系数与雷若准数之间满足摩擦系数与雷若准数之间满足 =64/=64/ ReRe又又 f f=（/d/d）0.50.5

46、 u u 2 2 =14.95m=14.95m输送管为水平管，输送管为水平管，管长即为管子的当量长度管长即为管子的当量长度即：管长为即：管长为 14.95m14.95m1717 . . 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：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：u ur r=u=umaxmax（y/Ry/R）1/71/7 ，式中式中 y y 为某点与壁面的距离为某点与壁面的距离，及及 y=Ry=Rr r。试求起平均速度。试求起平均速度 u u 与最大速与最大速度度 u umaxmax的比值。的比值。分析：平均速度分析：平均速度 u u 为总流量与

47、截面积的商，而总流量又可以看作是速度是为总流量与截面积的商，而总流量又可以看作是速度是 u ur r的流体流过的流体流过2 2rdrrdr 的面积的叠加的面积的叠加 即即：V=V=0 0R R u ur r22rdrrdr解解：平均速度平均速度 u u = = V/AV/A =0 0R R u ur r22rdr/rdr/（R R2 2）=0 0R R u umaxmax（y/Ry/R）1/71/722rdr/rdr/（R R2 2）= = 2u2umaxmax/R/R15/715/7 0 0R R（R R r r）1/71/7rdrrdr= = 0.82u0.82umaxmaxu/u/ u

48、umaxmax=0.82=0.8218.18. 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1/21/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍？，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍？解：解：管径减少后流量不变管径减少后流量不变uu1 1A A1 1=u=u2 2A A2 2而而 r r1 1=r=r2 2AA1 1=4A=4A2 2 uu2 2=4u=4u由能量损失计算公式由能量损失计算公式f f=（/d/d）（1/2u1/2u2 2）得）得推荐精选f f，1 1=（/d/d）

49、（1/2u1/2u1 12 2） f f，2 2=（/d/d）（1/2u1/2u2 22 2）=（/d/d） 8 8（u u1 1）2 2=16=16f f，1 1hhf2f2 = = 1616 h hf1f119.19. 内截面为内截面为 1000mm1000mm1200mm1200mm 的矩形烟囱的高度为的矩形烟囱的高度为 3030 A A1 1m m。平均分子量为。平均分子量为 30kg/kmol30kg/kmol，平，平均温度为均温度为 400400的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持 49Pa49Pa 的真空度。在烟囱高度范围内的真空度。在烟囱高度范围

50、内大气的密度可视为定值，大气温度为大气的密度可视为定值，大气温度为 2020，地面处的大气压强为，地面处的大气压强为 101.33101.331010 PaPa。流体经。流体经烟囱时的摩擦系数可取为烟囱时的摩擦系数可取为 0.050.05，试求烟道气的流量为若干，试求烟道气的流量为若干 kg/hkg/h？解：烟囱的水力半径解：烟囱的水力半径 r r= = A/=A/= (11.2)/2(1+1.2)=0.273m(11.2)/2(1+1.2)=0.273m 当量直径当量直径 d de e= = 4r4r=1.109m=1.109m 流体流经烟囱损失的能量流体流经烟囱损失的能量 f f=（/ d

51、 de e）uu2 2/2/2 =0.05(30/1.109)u=0.05(30/1.109)u2 2/2/2 =0.687=0.687 u u2 2 空气的密度空气的密度 空气空气= = PM/RTPM/RT = = 1.21Kg/m1.21Kg/m3 3 烟囱的上表面压强烟囱的上表面压强 ( (表压表压) ) P P上上=-=-空气空气ghgh = = 1.219.81301.219.8130 =-355.02=-355.02 PaPa烟囱的下表面压强烟囱的下表面压强 ( (表压表压) ) P P下下=-49=-49 PaPa烟囱内的平均压强烟囱内的平均压强 P=P= (P(P上上+ +

52、P P下下)/2)/2 + + P P0 0 = = 101128101128 PaPa由由 = PM/RTPM/RT 可以得到烟囱气体的密度可以得到烟囱气体的密度 = （30103010-3-3101128101128）/ /（8.3146738.314673） = = 0.54220.5422 Kg/mKg/m3 3在烟囱上下表面列伯努利方程在烟囱上下表面列伯努利方程 P P上上/ /= = P P下下/ /+ + Zg+Zg+f f f f= = (P(P上上- - P P下下)/)/ ZgZg =(-49+355.02)/0.5422=(-49+355.02)/0.5422 309.8

53、1309.81 = = 268.25268.25 = = 0.6870.687 u u2 2流体流速流体流速 u u = = 19.7619.76 m/sm/s质量流量质量流量 s s= = uAuA= = 19.7611.20.542219.7611.20.5422推荐精选 = = 4.63104.63104 4 Kg/hKg/h20.20. 每小时将每小时将 210kg210kg 的溶液用泵从反应器输送到高位槽。的溶液用泵从反应器输送到高位槽。反应器液面上方保持反应器液面上方保持 26.726.71010 PaPa 的真空读，高位槽液面上的真空读，高位槽液面上方为大气压强。管道为的钢管，总

54、长为方为大气压强。管道为的钢管，总长为 50m50m，管线上有两个全，管线上有两个全开的闸阀，一个孔板流量计（局部阻力系数为开的闸阀，一个孔板流量计（局部阻力系数为 4 4） ，5 5 个标准个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为弯头。反应器内液面与管路出口的距离为 15m15m 。若泵效率为。若泵效率为0.70.7，求泵的轴功率。，求泵的轴功率。解解： 流体的质量流速流体的质量流速 s s = = 2102104 4/3600/3600 = = 5.565.56 kg/skg/s 流速流速 u u = =s s/(A/(A)=1.43m/s)=1.43m/s 雷偌准数雷偌准数 Re=du

55、Re=du/ /= = 165199165199 40004000 查本书附图查本书附图 1-291-29 得得 5 5 个标准弯头的当量长度个标准弯头的当量长度: : 52.1=10.5m52.1=10.5m 2 2 个全开阀的当量长度个全开阀的当量长度: : 20.4520.45 = = 0.9m0.9m 局部阻力当量长度局部阻力当量长度 e e=10.5=10.5 + + 0.90.9 = = 11.4m11.4m 假定假定 1/1/1/21/2=2=2 lg(dlg(d /)/) +1.14+1.14 = = 2 2 lg(68/0.3)lg(68/0.3) + + 1.141.14

56、= 0.0290.029 检验检验 d/(d/(ReRe1/21/2) ) = = 0.0080.008 0.0050.005 符合假定即符合假定即 =0.029=0.029 全流程阻力损失全流程阻力损失 =(+(+ e e)/d)/d u u2 2/2/2 + + u u2 2/2/2 = = 0.029(50+11.4)/(68100.029(50+11.4)/(68103 3) ) + + 41.4341.432 2/2/2 = = 30.86330.863 J/KgJ/Kg 在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得 P P1 1/ /+ + WeWe = =

57、 ZgZg + + P P2 2/ /+ + WeWe = = ZgZg + + (P(P1 1- - P P2 2)/)/+ = = 159.81159.81 + + 26.71026.7103 3/1073/1073 + + 30.86330.863 = = 202.9202.9 J/KgJ/Kg有效功率有效功率 NeNe = = WeWes s = = 202.95.56202.95.56 = = 1.128101.128103 3 轴功率轴功率 N N = = Ne/=1.12810Ne/=1.128103 3/0.7/0.7 = = 1.61101.61103 3W W = = 1.

58、61KW1.61KW 推荐精选21.21. 从设备送出的废气中有少量可溶物质，在放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，以回收这些空之前令其通过一个洗涤器，以回收这些物物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为3600m3600m /h/h，其物理性质与，其物理性质与 5050的空气基本相同。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装有指示液为水的 U U 管压差计，起读数为管压差计，起读数为 30mm30mm。输气管与放空管的内径均为输气管与放空管

59、的内径均为 250mm250mm，管长与管件，管长与管件，阀门的当量长度之和为阀门的当量长度之和为 50m50m，放空机与鼓风机进口的垂直距离为，放空机与鼓风机进口的垂直距离为 20m20m，已估计气体通过塔内，已估计气体通过塔内填料层的压强降为填料层的压强降为 1.961.961010 PaPa。管壁的绝对粗糙度可取。管壁的绝对粗糙度可取 0.15mm0.15mm，大气压强为，大气压强为101.33101.331010 。求鼓风机的有效功率。求鼓风机的有效功率。解解：查表得该气体的有关物性常数查表得该气体的有关物性常数 =1.093=1.093 , , =1.9610=1.9610-5-5P

60、asPas气体流速气体流速 u u = = 3600/(36004/3600/(36004/0.250.252 2) ) = = 20.3820.38 m/sm/s质量流量质量流量 s s = = uAsuAs = = 20.384/20.384/0.250.252 21.0931.093 =1.093=1.093 Kg/sKg/s流体流动的雷偌准数流体流动的雷偌准数 ReRe = = dudu/ /= = 2.84102.84105 5 为湍流型为湍流型所有当量长度之和所有当量长度之和 总总= =+ +e e =50m=50m 取取 0.150.15 时时 /d/d = = 0.15/250

61、=0.15/250= 0.00060.0006 查表得查表得 =0.0189=0.0189所有能量损失包括出口所有能量损失包括出口, ,入口和管道能量损失入口和管道能量损失 即即: : = = 0.5u0.5u2 2/2/2 + + 1u1u2 2/2/2 + + (0.018950/0.25)(0.018950/0.25) u u2 2/2/2 =1100.66=1100.66 在在 1-12-21-12-2 两截面处列伯努利方程两截面处列伯努利方程 u u2 2/2/2 + + P P1 1/ /+ + WeWe = = ZgZg + + u u2 2/2/2 + + P P2 2/ /

62、+ + WeWe = = ZgZg + + (P(P2 2- - P P1 1)/)/+而而 1-11-12-22-2 两截面处的压强差两截面处的压强差 P P2 2- - P P1 1 = = P P2 2- -水水ghgh = = 1.96101.96103 3 - - 10103 39.8131109.8131103 3 = = 1665.71665.7 PaPa WeWe = = 2820.832820.83 W/KgW/Kg 推荐精选泵的有效功率泵的有效功率 NeNe = = WeWes s= = 3083.2W3083.2W = = 3.083.08 KWKW 22.22. 如本题

63、附图所示，如本题附图所示， ，贮水槽水位维持不变。槽底与内径为，贮水槽水位维持不变。槽底与内径为 100mm100mm 的钢质放水管相连，的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端管路上装有一个闸阀，距管路入口端 15m15m 处安有以水银为指示液的处安有以水银为指示液的 U U 管差压计，其一臂与管差压计，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20m20m。 （1 1）. .当闸阀关闭时，测得当闸阀关闭时，测得 R=600mmR=600mm，h=1500mmh

64、=1500mm；当闸阀部分开启时，测的；当闸阀部分开启时，测的R=400mmR=400mm，h=1400mmh=1400mm。摩擦系数可取。摩擦系数可取 0.0250.025，管路入口处的局部阻力系数为，管路入口处的局部阻力系数为 0.50.5。问每小时。问每小时从管中水流出若干立方米。从管中水流出若干立方米。 （2 2）. .当闸阀全开时，当闸阀全开时，U U 管压差计测压处的静压强为若干（管压差计测压处的静压强为若干（PaPa，表压），表压） 。闸阀全开时。闸阀全开时l le e/d15/d15，摩擦系数仍取，摩擦系数仍取 0.0250.025。解解: : 根据流体静力学基本方程根据流体静

65、力学基本方程, , 设槽面到管道的高度为设槽面到管道的高度为 x x 水水g(h+x)=g(h+x)= 水银水银gRgR 10103 3(1.5+x)(1.5+x) = = 13.61013.6103 30.60.6 x x = = 6.6m6.6m 部分开启时截面处的压强部分开启时截面处的压强 P P1 1 =水银水银gRgR -水水ghgh = = 39.631039.63103 3PaPa 在槽面处和在槽面处和 1-11-1 截面处列伯努利方程截面处列伯努利方程 ZgZg + + 0 0 + + 0 0 = = 0 0 + + u u2 2/2/2 + + P P1 1/ + + 而而=

66、 = (+(+e e)/d)/d + u u2 2/2/2 = = 2.1252.125 u u2 2 6.69.816.69.81 = = u u2 2/2/2 + + 39.6339.63 + + 2.1252.125 u u2 2 u u = = 3.09/s3.09/s 体积流量体积流量 s s= = uAuA= = 3.093.09/4(0.1)/4(0.1)2 236003600 = = 87.41m87.41m3 3/h/h 闸阀全开时闸阀全开时 取取 2-2,3-32-2,3-3 截面列伯努利方程截面列伯努利方程 ZgZg = = u u2 2/2/2 + + 0.5u0.5u2 2/2/2 + + 0.025(150.025(15 + +/d)u/d)u2 2/2/2 u u = = 3.47m/s3.47m/s 取取 1-11-13-33-3 截面列伯努利方程截面列伯努利方程 P P1 1 / / = = u u2 2/2/2 + + 0.025(15+0.025(15+ /d)u/d)u2 2/2/2 PP1 1 = = 3.7103.7104 4PaPa推荐精选