化工原理课后习题解答

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1、word化工原理课后习题解答夏清、常贵主编.化工原理.大学,2005.第一章 流体流动1. 某设备上真空表的读数为 13.3103 Pa,试计算设备的绝对压强与表压强。该地区大气压强为103 Pa。解：由绝对压强 = 大气压强真空度得到：设备的绝对压强P绝103 103 Pa103 Pa设备的表压强 P表 = -真空度103 Pa 2在此题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 /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。假如螺钉材料的工作应力取为106 Pa ，问至少需要几个螺钉？

2、分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即 P油螺解：P螺 = ghA = 960(9.6-0.8) 2103 N螺1032n P油螺得 n 取 n min= 7至少需要7个螺钉 3某流化床反响器上装有两个U型管压差计，如此题附图所示。测得R1 = 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灌入一段水，其高度R3 = 50 mm。试求AB两处的表压强。分析：根据静力学根本原如此，对于右边的管压差计，aa为等压面，对于左边的压差计，bb为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学根本方程求解。解：设空气的密度为g，其他数据

3、如下列图 aa处 PA + ggh1 = 水gR3 + 水银R2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 103103103 Pa b-b处 PB + ggh3 = PA + ggh2 + 水银gR1 PB103103103Pa4. 此题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽煤油和水的两相界面位置。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。分析：解此题应选取的适宜的截面如下列图：忽略空气产生的压强，此题中11和44为等压面，22和33为等压面，且11和22的压强相

4、等。根据静力学根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11与22截面之间P1 = P2 + 水银gRP1 = P4 ，P2 = P3且P3= 煤油gh ， P4 = 水gH-h+ 煤油gh + h联立这几个方程得到水银gR = 水gH-h+ 煤油gh + h-煤油gh 即水银gR =水gH + 煤油gh -水gh 带入数据10101010)= 0.418 5用此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，两管间的连接收充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：12.3m，2=1.2m,3=2.5m,4。锅中水面与基准面之间的垂直距离5=3

5、m。大气压强a103。试求锅炉上方水蒸气的压强。分析：首先选取适宜的截面用以连接两个管，此题应选取如下列图的11截面，再选取等压面，最后根据静力学根本原理列出方程，求解解：设11截面处的压强为1对左边的管取-等压面， 由静力学根本方程 0 + 水g(h5-h4) = 1 + 水银g(h3-h4) 代入数据0103(3-1.4) = 1103(2.5-1.4)对右边的管取-等压面，由静力学根本方程1 + 水g(h3-h2) = 水银g(h1-h2) + 代入数据1103103103解着两个方程 得0 105Pa6. 根据此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

6、示液，其密度分别为9203 ,9983,管中油水交接面高度差R = 300 ，两扩大室的径D 均为60 ，管径为6 。当管路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：由静力学根本原如此，选取11为等压面，对于管左边表 + 油g(h1+R) = 1 对于管右边 2 = 水gR + 油gh2 表 =水gR + 油gh2 -油g(h1+R) =水gR - 油gR +油gh2-h1 当表= 0时，扩大室液面平齐 即 D/22h2-h1= d/22Rh2-h1 = 3 mm 表102Pa7.列管换热气

7、的管束由121根2.5mm的钢管组成。空气以9m/s速度在列管流动。空气在管的平均温度为50压强为196103103Pa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。解：空气的体积流量 S = uA = 9/4 0.02 2121 = 0.342 m3/s质量流量 ws =S=S(MP)/(RT)29/s换算成标准状况 V1P1/V2P2 =T1/T2S2 = P1T2/P2T1S1273)/(101323) = 0.843 m3/s8 .高位槽的水面高于地面8m，水从1084mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。在此题特定条件下，水流经

8、系统的能量损失可按f = 6.5 u2 计算，其中u为水在管道的流速。试计算： AA 截面处水的流速； 水的流量，以m3/h计。分析：此题涉与的是流体动力学，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，对于此题来说，适宜的截面是高位槽11,和出管口 22,如下列图，选取地面为基准面。解：设水在水管中的流速为u ，在如下列图的11, ，22,处列柏努力方程Z1 + 0 + 1/= Z2+ 22 + 2/ + fZ1 - Z2g = u22 代入数据 (8-2)9.81 = 7u2换算成体积流量 VS = uA= 2.9 /4 2 36

9、00 = 82 m3/h 9. 20382.5mm的水平管，此管以锥形管和另一533m的水平管相连。如此题附图所示，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。假如水流经A B两截面的能量损失为1.5J/，求两玻璃管的水面差以计，并在此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两截面的体积流量一样和此两截面处的伯努利方程列等式求解解：设水流经两截面处的流速分别为uA、 uB uAAA = uBAB uB = AA/AB uA = 33/472在两截面处列柏努力方程Z1 + 122 + 1/ = Z2+ 222 + 2/ + f Z1 = Z2 1-2/ = f

10、 +12-222gh1-h 22-2) /2 h1-h 2 m mm即两玻璃管的水面差为的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽水位维持恒定，各局部相对位置如此题附图所示。管路的直径均为7610Pa,水流经吸入管与排处管不包括喷头的能量损失可分别按f,1=2u，hf,2=10u210Pa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局部来处理，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+，1hf，2u1=u2=u=2u2+10u=12u在截面与真空表处取截面作方程： z0g+u02/2+P0/

11、=z1g+u2/2+P1/+hf，1 P0-P1/= z1g+u2/2 +hf，1 u=2m/s ws=uA在真空表与排水管-喷头连接处取截面 z1g+u2/2+P1/+We=z2g+u2/2+P2/+hf，2We= z2g+u2/2+P2/+hf，2 z1g+u2/2+P1/10+102Ne= Wews11.此题附图所示的贮槽径D为2，槽底与径d0为33mm的钢管相连，槽无液体补充，其液面高度h0为2m以管子中心线为基准。液体在此题管流动时的全部能量损失可按hf=20u公式来计算，式中u为液体在管的流速ms。试求当槽液面下降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

12、无液体补充，如此管流速并不是一个定值而是一个关于液面高度的函数，抓住槽和管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=u2/2+hf =u2/2+20u2u=(0.48h)1/21/2槽面下降dh，管流出uA2dt的液体Adh=uA21/2A2dtdt=A1dh/A21/2 对上式积分：t=1.h12.此题附图所示为冷冻盐水循环系统，盐水的密度为1100kgm，循环量为36m10Pa时，B处的压强表读数为假如干Pa？分析：此题是一个循环系统，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

13、方程求解。解：1由A到B截面处作柏努利方程 0+uA/2+PA/1=ZBg+uB2+PB 管径一样得uA=uBPA-PB/=ZB由B到A段，在截面处作柏努力方程BZBg+uB2+PB/+We=0+uA+PA/+49We=PA-PB/- ZBWS=VS=36/36001100=11kg/s Ne= WeWS泵的抽功率N= Ne2由第一个方程得PA-PB/=ZB得PB=PA-ZBg+9.8110-1100(79.81+98.1)104Pa13. 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603.5mm，其他尺寸见此题附图。各管段的能量损失为f，

14、AB=f，CD=u2，f，BC2。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为假如干？2U管差压计读数R2为多少？解：对上下两槽取截面列柏努力方程0+0+P1/=Zg+0+P2/+fP1= Zg+0+P2 +f =101100+11002u2210+3498u在压强管的B，C处去取截面，由流体静力学方程得 PB+gx+R1=Pc +ghBC+x+水银R1gPB+11000.045+x=Pc +110010PB-PC104Pa在B，C处取截面列柏努力方程 0+uB/2+PB/=Zg+uc2/2+PC/+f，BC 管径不变，ub=u cPB-PC=Zg

15、+f，BC=11002+5104Pa压缩槽表压P1105Pa2在B，D处取截面作柏努力方程0+u2/2+PB/= Zg+0+0+f，BC+f，CDPB=72+u22104PaPB-gh=水银R2g104-110010R2R214. 在实验室中,用玻璃管输送20的70%醋酸.管径为1.5cm,流量为10kg/min,用SI和物理单位各算一次雷诺准数,并指出流型。 解：查20，70的醋酸的密度= 1049Kg/m3,粘度 s用SI单位计算：10-2m,u=WS/(Re=du/10-2103)103用物理单位计算：, u=WS/(10-3Pa10-3kg/(s10-2g/scm-1Re=du/901

16、0-2)103103 4000此流体属于湍流型15.在此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10800kg/h时，U管压差计读数R为100mm，粗细管的直径分别为60453.5mm。计算：11kg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假如干Pa？解：1先计算A，B两处的流速： uA=ws/sA=295m/s，uB= ws/sB在A，B截面处作柏努力方程：zAg+uA2/2+PA/=zBg+uB2/2+PB/+hf1kg水流经A，B的能量损失：hf= uA2-uB2/2+PA- PB/=uA2-uB2/2+gR/ 2

17、.压强降与能量损失之间满足：hf=P/P=1016. 密度为850kg/m，粘度为810-3Pas的液体在径为14mm 的钢管流动，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，假如上游压强为14710Pa，液体流经多长的管子其压强才下降到10Pa？解：1Re =du/=1410-31850/810-310 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 = -2pu-um当=0时 ,y2 = r2 = 2pum p = r2/2 = d2/8当=平均max时, y2= - 2p0.

18、5-1= d2/8 =0.125 d210-3m(3)在147103103两压强面处列伯努利方程 u 12/2 + PA/ + Z1g = u 22/2 + PB/+ Z2g + f u 1 = u 2 , Z1 = Z2 PA/= PB/+ f损失能量f=PA-PB/=147103103/850流体属于滞流型摩擦系数与雷假如准数之间满足=64/ Re又 f=/d0.5 u 2输送管为水平管，管长即为管子的当量长度17 . 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=umaxy/R1/7 ，式中y为某点与壁面的距离，与y=Rr。试求起平均速度u与最大速度umax的比值。

19、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2rdr的面积的叠加即：V=0R ur2rdr解：平均速度u = V/A =0R ur2rdr/R2=0R umaxy/R1/72rdr/R2= 2umax/R15/70RR r1/7rdr=maxu/ umax18. 一定量的液体在圆形直管做滞流流动。假如管长与液体物性不变，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假如干倍？解：管径减少后流量不变u1A1=u2A2而r1=r2A1=4A2u2=4u由能量损失计算公式f=/d1/2u2得f，1=/d1/2u12f，2=/d1/2u22=/d 8u1

20、2=16f，1hf2 = 16 hf119. 截面为1000mm1200mm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。在烟囱高度围大气的密度可视为定值，大气温度为20，地面处的大气压强为10Pa。流体经烟囱时的摩擦系数可取为，试求烟道气的流量为假如干kg/h？解：烟囱的水力半径r= A/= (1 当量直径 de= 4r 流体流经烟囱损失的能量f=/ deu2/2(30/1.109)u2/2 =0.687 u2空气的密度空气3烟囱的上外表压强 (表压) P上=-空气30 =-355.02 Pa烟囱的下外表压

21、强 (表压) P下=-49 Pa烟囱的平均压强 P= (P上+ P下)/2 + P0 = 101128 Pa由= PM/RT 可以得到烟囱气体的密度= 3010-3673 = 0.5422 Kg/m3在烟囱上下外表列伯努利方程P上/= P下/+ Zg+ff= (P上- P下)/ Zg =(-49+355.02)/0.5422 30 = 268.25 = 0.687 u2流体流速 u = 19.76 m/s质量流量s= uA1104 Kg/h20. 每小时将210kg的溶液用泵从反响器输送到高位槽。反响器液面上方保持10Pa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

22、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。反响器液面与管路出口的距离为15m 。假如泵效率为，求泵的轴功率。解：流体的质量流速s = 2104/3600 = 5.56 kg/s流速u =s/(A雷偌准数Re=du/= 165199 4000查本书附图1-29得 5个标准弯头的当量长度: 5 2个全开阀的当量长度: 2局部阻力当量长度 e 假定 1/1/2=2 lg(d /) +1.14 = 2 检验 d/(Re1/2符合假定即 全流程阻力损失 =(+ e)/d u2/2 + u2/2(50+11.4)/(68103) + 42/2 = 30.863 J/Kg 在反响槽和高位

23、槽液面列伯努利方程得P1/+ We = Zg + P2/+ We = Zg + (P1- P2)/+ = 15103 = 202.9 J/Kg有效功率 Ne = Wes103轴功率 N = Ne/103103W = 1.61KW 21. 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，以回收这些物质进展综合利用，并防止环境污染。气体流量为3600m/h，其物理性质与50的空气根本一样。如此题附图所示，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20

24、m，已估计气体通过塔填料层的压强降为10Pa。管壁的绝对粗糙度可取，大气压强为10。求鼓风机的有效功率。解：查表得该气体的有关物性常数=1.093 , 10-5Pas气体流速 u = 3600/(36004/2) = 20.38 m/s质量流量s 4/2 =1.093 Kg/s流体流动的雷偌准数 Re = du/105为湍流型所有当量长度之和总=+e =50m取时查表得所有能量损失包括出口,入口和管道能量损失 即: u2/2 + 1u250/0.25) u2/2 =1100.66 在1-12-2两截面处列伯努利方程u2/2 + P1/+ We = Zg + u2/2 + P2/ + We =

25、Zg + (P2- P1)/+而1-12-2两截面处的压强差 P2- P1 = P2-水103 - 10331103 = 1665.7 PaWe = 2820.83 W/Kg 泵的有效功率 Ne = Wes= 3083.2W = 3.08 KW 22. 如此题附图所示，贮水槽水位维持不变。槽底与径为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。压差计连接收充满了水，测压点与管路出口端之间的长度为20m。 1.当闸阀关闭时，测得R=600mm，h=1500mm；当闸阀局部开启时，测的R=400mm，h=14

26、00mm。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假如干立方米。 2.当闸阀全开时，U管压差计测压处的静压强为假如干Pa，表压。闸阀全开时le/d15，摩擦系数仍取0.025。解: 根据流体静力学根本方程, 设槽面到管道的高度为x水g(h+x)= 水银gR 103103 局部开启时截面处的压强 P1 =水银gR -水103Pa 在槽面处和1-1截面处列伯努利方程 Zg + 0 + 0 = 0 + u2/2 + P1/ + 而= (+e)/d + u2/2 = 2.125 u29.81 = u2/2 + 39.63 + 2.125 u2体积流量s= uA/4

27、(0.1)23/h闸阀全开时取2-2,3-3截面列伯努利方程 Zg = u22(15 +/d)u2/2取1-13-3截面列伯努利方程 P1/ = u2(15+/d)u2/2P1104Pa23. 10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。有6m 的压头可供克制流动阻力，试求管径的最小尺寸。解:查表得10时的水的密度310-5 Pas u = Vs10-3/d2f = 6f=(/d) u2/2 =150 u2/d 假设为滞流= 64/Re = 64/duHfgfd10-3 检验得Re = 7051.22 2000 不符合假设 为湍流104 即 d

28、u/10410-2m 如此/d = 0.0006 查表得 要使fHfg 成立如此150 u2/d d10-2m24. 某油品的密度为800kg/m，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893.5mm包括阀门当量长度，进出口损失可忽略。试求：1油的流量m/h；2假如调节阀门的开度，使油的流量减少20%，此时阀门的当量长度为假如干m？解： 在两槽面处取截面列伯努利方程 u2/2 + Zg + P1/= u2/2 + P2/+ fP1= P2Zg = f= (/d) u2/29.81= (50/8210-3)u2/2 假设流体流动为滞流,如此摩擦

29、阻力系数=64/Re=64/du联立/=1920 2000 假设成立油的体积流量s/4(82103)236003/h 调节阀门后的体积流量 s(1-20)=18.24 m3/h9.81= (/8210-3)2/2=64/Re=64/du 可以得到 阀门的当量长度e=25. 在两座尺寸一样的吸收塔，各填充不同的填料，并以一样的管路并联组合。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，管径为200mm。通过田料层的能量损失可分别折算为5u1与4u2/s。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

30、的能量损失,各个管路的能量损失由两局部组成，一是气体在支管流动产生的，而另一局部是气体通过填料层所产生的，即f=(e/d) u2/2f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查得d=200mm时阀线的当量长度 e=150mf1=(1e1/d) u12/2 + 5 u12 u12/2 + 5 u12f2=(2e2/d) u22/2 + 4 u12 u22/2 + 4 u12f1=f2u12/ u22即 u1 2又Vs= Vs1 + Vs2 = u1A1+ u2A2 , A1 = A2 =(0.2)22+ u2)u21A=4.68

31、m/s即两塔的通气量分别为Vs1 m3/s, Vs12 m3/s总的能量损失f=f1=f2 u12/2 + 5 u12= 12.5 u12 = 279.25 J/Kg 26. 用离心泵将20水经总管分别送至A，B容器，总管流量为89m/h，总管直径为1275mm105Pa，容器B水面上方表压为1kgf/cm，总管的流动阻力可忽略，各设备间的相对位置如此题附图所示。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，。解：1离心泵的有效压头总管流速u = Vs/A 而A = 3600/4(117)210-6在原水槽处与压强计管口处去截面列伯努利方程 Z0g + We

32、= u2/2 + P0/+f总管流动阻力不计f=0We = u2/2 + P0/-Z0g2105/998.2 -2 两支管的压头损失在贮水槽和外表分别列伯努利方程Z0g + We = Z1g + P1/+ f1 Z0g + We = Z2g + P2/+ f2得到两支管的能量损失分别为f1= Z0g + We (Z1g + P1/) = 29.81 + 176.38 (169.81 + 0)f2=Z0g + We - (Z2g + P2/) =29.81 + 176.38 (8103/998.2)=16.0 J/Kg压头损失 Hf1 = f1/g = 3.98 m Hf2 = f227. 用效

33、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30103Pa。用旁路调节流量，起流程如此题附图所示，主管流量为14m3/h，管径为663mm，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322.5mm，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一样，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50mPas，密度为1100kg/m，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 = 14/3600(/4)(60)210-6

34、= 1.38 m/s 旁管流速 u1 = V1/A = 5/3600(/4)(27)210-6 = 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在槽面和容器液面处列伯努利方程 We = Z2g + P2/+ f = 59.81 + 30103280/(6010-3) =120.93 J/Kg主管质量流量s= uA(/4)(60)21100泵的轴功率 Ne/= Wes/ = 877.58 W旁路阀门的阻力系数旁管也为滞流 其摩擦阻力系数1 = 64/ Re1 有效功We = 0+ u12/2 + 0 + f= u12/2

35、 + u12/2 20/d1 + u12/2旁路阀门的阻力系数 = (We -u12/2 -u12/220/d1)- 2/u1228此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段径为38mm，长为58m；BC支管径为32mm，长为12.5m；BD支管的径为26mm，长为14m，各段管长均包括管件与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假如干m/h？(2)当所有的阀门全开时，两支管的排水量各为假如干m/h？BD支管的管壁绝对粗糙度为，水的

36、密度为1000kg/m，粘度为s。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，水流速度可以认为忽略不计。解:1BD 支管的阀门关闭VS,AB = VS,BC即 u0A0 = u1A1 u0382/4 = u1322/4 u0 1 分别在槽面与C-C,B-B截面处列出伯努利方程0 + 0 + Z0g = u12/2 + 0 + 0 + f,AC0 + 0 + Z1g = u02/2 + 0 + 0 + f,AB而f,AC = (AB/d0 )u02/2 + (BC/d1)u12/2 (58000/38)

37、 u02(12500/32)u12/2 = 22.89 u02 + 5.86 u12f,AB = (AB/d0)u02/2 (58000/38)u02/2= 22.89 u02u1 BC支管的排水量VS,BC = u1A13/s所有的阀门全开VS,AB = VS,BC + VS,BD u0A0 = u1A1 + u2A2 u0382/4 = u1322/4 + u2262/4 u0382 = u1322 + u2262 假设在BD段满足1/1/2=2 lg(d /D = 0.0317 同理在槽面与C-C,D-D截面处列出伯努利方程 Z0g = u12/2 + f,AC= u12/2 +(AB/

38、d0 )u02/2 + (BC/d1)u12/2 Z0g = u22/2 + f,AD= u22/2 +(AB/d0 )u02/2 +D(BD/d2)u22/2 联立求解得到 u1 = 1.776 m/s, u2= 1.49 m/s核算Re = du/ = 2610-3103103 (d/)/Re1/2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的流量分别为 VS,BC = 3210(/4)3600 = 5.14 m3/s VS,BD = 2610(/4)3600= 2.58 m3/s 29. 在38的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔

39、径为，管中流动的是20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，策压连接收中充满甲苯。测得U管压差计的读数为600mm，试计算管中甲苯的流量为假如干 kg/h？解：查本书附表 20时甲苯的密度和粘度分别为= 867 Kg/m3,10-3假设104当A0/A1时,查孔板流量计的C0与Re, A0/A1的关系得到 C0 体积流量 VS = C0A02gR(A-)/ 1/2/4 210-62(13.6-0.867)/0.8671/210-3 m3/s流速 u = VS /A = 2.05 m/s核算雷偌准数 Re = du/104与假设根本相符甲苯的质量流量S = VS1

40、0-38673600= 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/h时，泵出口处压强表和入口处真空表的读数分别为152kPa和，轴功率为，转速为2900r/min，假如真空表和压强表两测压口间的垂直距离为，泵的进出口管径一样，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 时水的密度=998.2 Kg/m3在泵出口和入口处列伯努利方程u12/2g + P1/g + = u12/2g + P2/g + f + Z泵进出口管径一样, u1= u2 不计两测压口见管路流动阻力 f = 0 P1/g + = P2

41、/g + Z = (P2- P1)/g + Z = 0.4 + (152+24.7)103=18.46 m该泵的效率= QHg/N = 261033600) = 53.2.2. 用离心泵以40m/h 的流量将贮水池中65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，水进入喷头之前需要维持49kPa的表压强，喷头入口较贮水池水面高6m，吸入管路和排出管路中压头损失分别为1m和3m，管路中的动压头可以忽略不计。试选用适宜的离心泵并确定泵的安装高度。当地大气压按计。解：输送的是清水选用B型泵 查65时水的密度 = 980.5 Kg/m3在水池面和喷头处列伯努利方程u12/2g

42、+ P1/g + = u12/2g + P2/g + f + Z取u1= u2 = 0 如此 = (P2- P1)/g + f + Z = 491039.8 + 6 + (1+4) = 15.1 m Q = 40 m3/h由图2-27得可以选用3B19A 2900 465时清水的饱和蒸汽压PV104Pa当地大气压a = P/1039.81 = 10.35 m查附表二十三 3B19A的泵的流量: 29.5 48.6 m3/h为保证离心泵能正常运转,选用最大输出量所对应的S即S输送65水的真空度S = S +(a-10)-( PV103)1000/允许吸上高度Hg = S - u12/2g -f,

43、0-1= 2.5 3常压贮槽盛有石油产品，其密度为760kg/m，粘度小于20cSt，在贮槽条件下饱和蒸汽压为80kPa，现拟用65Y-60B型油泵将此油品以15m流量送往表压强为177kPa的设备。贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5m，吸入管路和排出管路的全部压头损失为1m 和4m 。试核算该泵是否合用。假如油泵位于贮槽液面以下处，问此泵能否正常操作？当地大气压按计.解: 查附录二十三 65Y-60B型泵的特性参数如下3/s, 气蚀余量h=2.6 m 扬程H = 38 m 允许吸上高度 Hg = (P0- PV)/g - h-f,0-1扬升高度 Z = H -f,0-2 = 38 4

44、 = 34m如图在1-1,2-2截面之间列方程 u12/2g + P1/g + = u22/2g + P2/g + f,1-2 + Z 其中u12/2g = u22/2g = 0管路所需要的压头: e=(P2 P1)/g + Z + f,1-2 = 33.74m 2105假设成立 u1= u2(d2 /d1)2 = 1.23 m/s允许气蚀余量h = (P1- P2)/g + u12/2g P1 = Pa - P真空度 = 28.02 Kpah = (28.02-2.3346)103 = 2.7 m允许吸上高度 Hg =(Pa- PV)/g - h-f离心泵离槽面道路很短可以看作f = 0 H

45、g =(Pa- PV)/g - h =(101.4 2.3346)1039.81) =7.42 m5. 水对某离心泵做实验，得到如下各实验数据： Q，L/min 0 100 200 300 400 500H，m送液体的管路系统：管径为764mm，长为355m包括局部阻力的当量长度，吸入和排出空间为密闭容器，其压强为表压，再求此时泵的流量。被输送液体的性质与水相近。解: 根据管路所需要压头e与液体流量Qe的关系: e= K + BQe2而 K =Z + P/g 且 吸入排出空间为常压设备, P = 0K =Z = 4.8 B = (+ e)/d 1/2g(60103A)2355/0.068)/2

46、260103/4)210-4管道特性方程为: e10-4Qe2 由如下数据绘出管道特性曲线 e-QeQe ,L/min 0 100 200 300 400 500e ,m绘出离心泵的特性曲线H-Q于同一坐标系中,如下列图: 两曲线的交点即为该泵在运转时的流量 泵的流量为400L/min假如排出空间为密闭容器,如此K =Z + P/g103而B 的值保持不变 管路的特性方程为e10-4Qe2 重新绘出管路的特性曲线和泵的特性曲线Qe ,L/min 0 100 200 300 400 500e ,m可以得到泵的流量为310L/min6. 某型号的离心泵，其压头与流量的关系可表示为H=18 - 10

47、6Q2H单位为m，Q单位为m/s假如用该泵从常压贮水池将水抽到渠道中，贮水池截面积为100m，池中水深7m。输水之初池水面低于渠道水平面2m，假设输水渠道水面保持不变，且与大气相通。管路系统的压头损失为Hf10 Q2Hf单位为m，Q单位为m/s。试求将贮水池水全部抽出所需时间。解: 列出管路特性方程e= K + HfK= Z + P/g 贮水池和渠道均保持常压P/g = 0K= Ze= 106Q2在输水之初Z = 2me106Q2联立H=18-106Q2 ，解出此时的流量Q = 410-3m3/s将贮水槽的水全部抽出Z = 9me106Q2再次联立H=18-106Q2，解出此时的流量Q = 3

48、10-3m3/s 流量Q 随着水的不断抽出而不断变小 取Q 的平均值 Q平均= Q +Q10-3m3/s把水抽完所需时间= V/ Q平均= 55.6 h7. 用两台离心泵从水池向高位槽送水，单台泵的特性曲线方程为 H=251106Q管路特性曲线方程可近似表示为 H=10+1106Q两式中Q的单位为m/s，H的单位为m。 试问两泵如何组合才能使输液量最大？输水过程为定态流动分析：两台泵有串联和并联两种组合方法 串联时单台泵的送水量即为管路中的总量，泵的压头为单台泵的两倍；并联时泵的压头即为单台泵的压头，单台送水量为管路总送水量的一半解：串联 He = 2H10+ 1105Qe2 = 2(25-1

49、106Q2) Qe10-2m2/s并联 Q = Qe/2 25-1106 Qe2 = 10 + 1105( Qe/2)2 Qe10-2m2/s总送水量 Qe= 2 Qe10-2m2/s并联组合输送量大8 . 现采用一台三效单动往复泵，将敞口贮罐中密度为1250kg/m的液体输送到表压强为 106Pa的塔，贮罐液面比塔入口低10m，管路系统的总压头损失为2m，泵活塞直径为70mm，冲程为225mm，往复次数为2001/min，泵的总效率和容积效率为和。试求泵的实际流量，压头和轴功率。解：三动泵理论平均流量 QT = 3ASnr = 3/4 (0.07)2200m3/min实际流量Q = QT m

50、3/min泵的压头 H = P/g + u2/2g + Hf + Z 取u2/2g = 0 =P/g + Hf + Z106/12509.81 + 2 + 10轴功率 N = HQ/102 = 13.05 Kw9用一往复泵将密度为1200kg/m的液体从A池输送到B槽中，A池和B槽液面上方均 为大气压。往复泵的流量为5m/h。输送开始时，B槽和A池的液面高度差为10m。输送过程中，A池液面不断下降，B槽液面不断上升。输送管径为30mm，长为15m包括局部阻力当量长度。A池截面积为12m，B槽截面积为。液体在管中流动时摩擦系数为。试求把25m液体从A池输送到B槽所需的能量。解：列出此往复泵输送的管路特性方程e= K + BQe2而 K = P/g + u2/2g + ZA，B槽上方均大气压P/g = 0 ，u2/2g = 0 在输送开始时 ，h0= 10 mB池液面上升： 25/4.15 = 6.1 mB =(+ e)/d 1/2g(3600A)2 15/0.03 1/(3600/42)229.81 输送开始时管路的特性方程 ee2输送完毕时管路的特性方程ee2取平均压头平均=(e+ee2e2 /2 ，Qe=5 m3/s = 18 m输送所需要的时间= V/Q = 25/5 = 5h =18000输送有效功率 Ne = HQg = 185