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1、化工原理第二版天津大学贾绍义一夏清版课后习题答案化工原理课后习题答案(夏清、贾绍义主编.化工原理.天津大学出版社,2011.)第一章流体流动2.在本题附图所示的储油罐中盛有密度为960 kg/ml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 m m,孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23X 10 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 W 4 螺解：P 螺=PghXA=960X9.81X(9.6-0.8)X3.14X0.76150.307X 10 N4 螺=39.0
2、3X10X3.14X0.014XnP 油 W 4 螺 得 n 2 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U32326型管压差计，如本题附习题2附图4.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 =I m,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=6 8 m m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1 一 1 和4一4 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
3、组求解解：设插入油层气管的管口距油面高h在 1 -1 与 22 截面之间Pl=P2+P 水银 gRVP1=P4,P2=P3且 P3=P 煤油 g h,P4=P 水 8(H-h)+P 煤油 g(h+h)联立这几个方程得到PP 水银gR=P 水水g(H-h)+P 煤油煤油g(T h+h)-P g h 带 入 数 据 煤 油 g h即 水 银 gR=P gll+P gh-p 水1.03 X1O3 XI-13.6X 103 X0.068=h(1.0X103-0.82X 103)h=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
4、内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：h l=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=99.3X10 p a。试求锅炉上方水蒸气的压强P。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1一1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 1 1 截面处的压强为P压缩空气1 3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(h 5-h 4)=P1 +p3 水银 g(h 3-h 4)代入数据 P O +1.0 X 1 0 X 9.8 1 X(3-1.4)=
5、P l+1 3.6 X 1 0 X 9.8 1 X(2.5-1.4)对右边的U管 取b-b 等压面，由静力学基本方程P 1 +pa 水 3 g(h 3-h 2)=P 水银 g(h l-h 2)+p 代入数据P l+1.0 X 1 0 X 9.8 1 X (2.5-1.2 )=1 3.6X1 0 X 9.8 1 X (2.3-1.2 )+9 9.3 X 1 0 解着两个方程得P 0 =3.6 4 X 1 0 P a5 3 3 36.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9 2 0 k g/m ,9 9 8 3/m,U管中油、水交接面高
6、度差 R =3 0 0 mm,两扩大室的内径D均 为 6 0 m m,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对于U 管 右 边 P2=PP 表=P=P 水 油,3 3 g(h l+R)=Pl g R+P 油水 g h 2 g R+P g R-P 油 g h 2-P g R+P 油g(h l+R)水油油 g (h 2-h l)2 2 当 p 表=0时，扩大室液面平齐 即口(D/2)(h 2
7、-h l)=n(d/2)Rh 2-h l =3 m m 表=2.57 X l OPa27.列管换热气的管束由1 21 根。X 2.5m m 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、压 强 为 1 96X I 0 3 Pa(表压)，当地大气压为98.7 X 1 0 3 Pa试求：空气的质量流量；操作条件下，空气的体积流量；习 题6附图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VS=uA=9X n/4 XO.02 2 X121质量流量 ws=VSP=VS X(MP)/(RT)=0.342X 29X(98.7+196)/8.315X323=1.0
8、9kg/s换算成标准状况V1P1/V2P2=T1/T2VS2=P1T2/P2T1 X VS1=(294.7X273)/(101 X323)X0.342=0.843 m3/s8.高位槽内的水面高于地面8 m,水 从 108X4mm的管道中流出，管路力口高于地面2m。在本题特0.342 m3/s定条件下，水流经系统的能量损失可按E h f=6.5u2 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 /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
9、面是高位槽1 一 1,和出管口 22,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 1,22,处列柏努力方程Z 1 g +0 +P 1/P=Z 2 g +u /2+P 2/P+E h f(Z 1 -Z 2)g =u 2/2+6.5u 2 代入数据(8-2)X 9.81 =7 u 2,u =2.9m/s换算成体积流量VS=u A=2.9 X J I/4 X 0.1 2 X 3 60 082 m 3习题8 附图/h 29.20 水以2.5m/s 的流速流经由 3 8X 2.5m m 的水平管，此管以锥形管和另一6 53 X3 m 的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两
10、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1.5J/k g,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解：设水流经A、B 两截面处的流速分别为u A、u B u AAA=u BAB2/.u B=(AA/AB)u A=(3 3/47)X 2.5=1.23 m/s在A、B两截面处列柏努力方程Z 1 g +u 1 2/2 +P I/P=Z2 g+u 2 2/2 +P 2/P+E h f,Z Z 1 =Z 2(P 1-P 2)/P=E h f/2 h
11、 l-h 2=0.0 882 m =88.2+(u 1 2-u 22)/2 g (h l-h 2)二m m1.5+(1.23 2-2.52)1 0.用离心泵把2 0C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7 6X 2.5 m m,在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66义1 0 3 Pa,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按E h f,1=如 h f,2=1 0 u 2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 7 X 1 0 3 p a （表压）。试求泵的有效功率。习 题1
12、0附图习题9附图即两玻璃管的水面差为88.2 m m 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 h f=h f+,l E h f,2u 1=u 2=u=2 u 2+1 0 u2=l 2 u2在截面与真空表处取截面作方程：z 0 g+u 0 2/2+P 0/P =z l g+u 2/2+P l/P +E h f,1 (P O-P 1)/p =z l g+u 2/2 +E h f,1 u=2 m/s :.w s=u A P =7.9k g/s在真空表与排水管-
13、喷头连接处取截面z l g+u 2/2+P l/p+W e=z 2 g+u 2/2+P 2/p+E h f,2.,.W e=z 2 g+u 2/2+P 2/p+E h f,2 (z l g+u 2/2+P l/P )=1 2.5 X 9.81+(98.0 7+2 4.6 6)/998.2 X 1 03+1 0 X 22=2 85.97J/k gN e=W e w s=2 85.97X 7.9=2.2 6 k w1 1.本题附图所示的贮槽内径D为 2m,槽底与内径d 0 为 3 3 m m 的钢管相连，槽内无液体补充，其液面高度h 0 为 2 m (以管子中心线为基准)。液体在本题管内流动时的全
14、部能量损失可按E h f=2 0 u 2 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1 m 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 T,2-2 列柏努力方程h l g=u/2+E h f =u/2+2 0 u.u=(0.4 8h)=0.7h1/21/2222槽面下降d h,管内流出u A 2 d t 的 液 体.,.A d h=u A 2 d t=0.7h A 2 d t；.d t=A l d
15、h/(A 2 0.7 h)对上式积分:t=l.8.h习 顾11附图1/2 1/21 3.用压缩空气将密度为1 1 0 0 k g/m 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 l）6 0 X3.5 m m,其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为 h f,A B 3=E h f,C D=u,E h f,B C=1.1 8u o 两压差计中的指示液均2 2为水银。试求当R l=4 5 m m,h=2 0 0 m m 时：（1）压缩空气的压 强 P 1 为若干？（2）U管差压计读数R 2 为多少？解：对上下两槽取截面列柏努力方程0+0+P 1/p =Z g+0+P 2/P+E h
16、 fA P 1=Z g P +0+P 2 +P h f=1 0 X 9.81 X 1 1 0 0+1 1 0 0 (2 u+l.1 8u)=1 0 7.91 X 1 0 3 +3 4 98u2在压强管的B,C处去取截面，由流体静力学方程得P B+P g (x+R l)=P c +P g(h B C+x)+PB 水银 2 2 R l g P+1 1 0 0 X 9.81 X (0.0 4 5+x)=P c +1 1 0 0 X 9.81 X (5+x)+1 3.6 X 1 03 X 9.81 X 0.0 4 5 P B-P C=5.95 X 1 0 P a 4在 B,C处取截面列柏努力方程0+u
17、 B2/2+P B/p=Z g+u c/2+P C/P+E h f,B C 管径不变，u b=u cP B-P C=P(Z g+E h f,B C)=1 1 0 0 X (1.1 8u+5 X 9.81)=5.95 X 1 0 P a u=4.2 7m/s压缩槽内表压P l=l.2 3 X l O P a(2)在 B,D处取截面作柏努力方程0+U/2+P B/P=Z g+O+O+E h f,B C+E h f,C DP B=(7X 9.81+1.1 8u+u-0.5 u)X 1 1 0 0=8.3 5 X l O P a P B-p g h=p4 水银 2 2 2 4 2 5 2 4 2 R
18、2 g 8.3 5 X 1 0-1 1 0 0 9.81 X O.2=1 3.6 X 1 03 X 9.81 X R 2R 2=6 0 9.7m m习 题13附图MJ-I15.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10800kg/hEI寸，U管压差计读数R为 100mm,粗细管的直径分别为中60X3.5mm与中45X3.5mm。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/P sA=295m/s,uB=ws/P sB在 A,B截面处作柏努力方程
19、：zAg+uA/2+PA/P=zBg+uB/2+PB/P+Lhf.1kg水流经A,B的能量损失：Ehf=（uA-uB）/2+（PA-PB）/p=（uA-uB）/2+P gR/p=4.41J/kg（2）压强降与能量损失之间满足：E hf=r P/P rp=p LhfM.41X1031 6.密度为850kg/m3,粘度为8X10Pa s 的液体在内径为14mm的钢管内流动，溶液的流速为lm/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1 4 7 X1（?P a,液体流经多长的管子其压强才下降到1 2 7.5 X 1 0
20、 3 p a?解：Re =d u P/y=(1 4 X1 0 X1 X8 5 0)/(8 X1 0)=1.4 9 X 1 0 3 2 0 0 0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y =-2 p (u-um)2 2 -3-3-32 2 2 2 2 2 当 u=0 时，y =r=2 p um 二 p =r/2 =d/8 2 2 2当 u=u 平均=0.5 u m a x=0.5 m/s 时，y=-2 p (0.5-1)=d/8=0.1 2 5 d.即 与管轴的距离r-4.9 5 X 1 0 m(3)在 1 4 7 X1 0 和 1 2 7.5 X 1 0
21、两压强面处列伯努利方程33-32 2 2u 1/2 +PA/p +Zi g =u 2/2 +PB/p+Z2 g +E h f：u 1 =u 2 ,Z1 =Z2PA/P=PB/P+E h f损失能量 h f=(PA-PB)/P=(1 4 7 X1 0-1 2 7.5 X1 0)/8 5 0=2 2.9 4.流体属于滞流型.摩擦系数与雷若准数之间满足入=6 4/Re又,/h f =X X(i /d)X0.5 ui=1 4.9 5 m 输送管为水平管，管长即为管子的当量长度即：管长为1 4.9 5 m1 9.内截面为l OOOm m Xl 2 0 0 m m 的矩形烟囱的高度为30 Al m。平均分
22、子量为30 k g/k ni oL 平均温度为4 0 0 的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持4 9 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1 0 1.33X 1 03P a 流体经烟囱时的摩擦系数可取为0.0 5,试求烟道气的流量为若干k g/h?解：烟囱的水力半径 r H=A/n=(1 X 1.2)/2 (1+1.2)=0.2 7 3m当量直径 d e=4 rI I=l.1 0 9 m流体流经烟囱损失的能量L h f=X (i /d e),u/2=0.0 5 X(30/1.1 0 9)Xu/2=0.6 8 7 u空气的密度 P 空气 2 2
23、 2 2 332 2=PM/RT =1.2 1 K g/m空气3 烟囱的上表面压强(表压)P=-P g h =1.2 1 X9.8 1 X30=-35 5.0 2 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=(30X10X101128)/(8.314X673)=0.5422 Kg/m在烟囱上下表面列伯努利方程P 上/p=P 下/p+Zg+E h fA L hf=(P 上-P 下)/P-Zg=(-49+355.02)/0.5422-30X9.81=268.25=0.687 u流 体
24、流 速 u=19.76 m/s质量流量 3s=uA p=19.76X 1 X 1.2X0.5422=4.63X10 Kg/h2 0.每小时将2X 103 kg 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 X 103 P a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3 s=2X10/3600=5.56 kg/s流速 u=3 s/(A P)=1.43m/s雷偌准数 Re=du P/u=165199
25、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E i假定 1/X l/2 e 4 4 2 3-3=1 0.5 +0.9 =1 1.4 m =2 l g(d /e )+1.1 4 =2 l g(6 8/0.3)+1.1 4，X=0.0 2 9检验 d/(e X R e X X 1/2)=0.0 0 8 0,0 0 5，符合假定即入=0.0 2 9.全流程阻力损失 E h =X X (i +e)/d X u/2 +C Xu/232 2 2 =0.0 2 9 X(5 0+1 1.4)/(6 8 X1 0)+
26、4 X 1.4 3/2习 题 20附图=30.8 6 3 J/K g 在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得P1/P+We =Zg +P2/P+E hWe =Zg +(Pl-P2)/P+E h=1 5 X9.8 1 +2 6.7 X1 0/1 0 7 3+30.8 6 3=2 0 2.9 J/K g有效功率 Ne =We X 3s =2 0 2.9 X5.5 6 =1.1 2 8 X1 0轴功率 N=Ne/n=l.1 2 8 X1 0/0.7 =1.6 1 X1 0 W=1.6 1 K W2 1.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
27、污染。气体流量为3 6 0 0 m3/h,其物理性质与5 0 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3 0 m ni。输气管与放空管的内径均为2 5 0mm,管长与管件，阀门的当量长度之和为5 0 m,放空机与鼓风机进口的垂直距离为2 0 m,已估计气体通过塔内填料层的压强降为1.9 6 X 1 0 3 pa。管壁的绝对粗糙度可取0.1 5 m m,大气压强为1 0 1.3 3 X 1 0,。求鼓风机的有效功率。解：查表得该气体的有关物性常数P =1.0 9 3 ,y=1.9 6 X1 0 P a s气体流速 u =3 6 0 0/(3
28、6 0 0 X 4/n X0.2 5)=2 0.3 8 m/s质量流量 3 s=u A s=2 0.3 8 X4/n X0.2 5 X 1.0 9 3=1.0 9 3 K g/s流体流动的雷偌准数R。=d u p/u=2.8 4 X1 0 为湍流型所有当量长度之和i总 5 2 2-5 3 3 3 3=i+E i e=5 0 m 取 0.1 5 时 /d =0.1 5/2 5 0=0.0 0 0 6 查表得 X=0.0 1 8 9所有能量损失包括出口，入口和管道能量损失即：E h =0.5 Xu/2 +l Xu/2 +(0.0 1 8 9 X5 0/0.2 5)u/2习 题2 1附图1放审11
29、2填料层=1 1 0 0.6 6 2 2 2在 1-1,2-2 两截面处列伯努利方程u/2 +P 1/P+W e =Z g +u/2 +P 2/P+E hW e =Z g +(P 2-P D/P+E h而 IT、2-2 两截面处的压 强 差 P 2-P l =P 2-P 1 0=1 6 6 5.7 P aA W e =2 8 2 0.8 3 W/K g泵的有效功率 N e =W e X 3 s=3 0 8 3.2 W =3.0 8 K W2 2.如本题附图所示，贮水槽水位维持不变。槽底与内径为1 0 0mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端1 5 m 处安有以水银为指示液的U管
30、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2 0 m。(1).当闸阀关闭时，测 得 R=6 0 0 m m,h=1 5 0 0 m m；当闸阀部分开启时;测的R=4 0 0 m m,h=1 4 0 0 m m。摩擦系数可取0.0 2 5,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(P a,表 压)。闸阀全开时l e/d l 5,摩擦系数仍取0.0 2 5。解：根据流体静力学基本方程，设槽面到管道的高度为x P水3水22g h =1.9 6 X1 0-1 0 X9.8
31、1 X3 1 X3 3g(h+x)=P3水银g R31 0 X(1.5+x)=1 3.6 X1 0 X0.6 x =6.6 m部分开启时截面处的压强P l -P水银g R-p水g h =3 9.6 3 X 1 0 P a3在槽面处和IT截面处列伯努利方程Z g +0 +0 =0 +u/2 +P l/p+E h 而E h=L X(I+S I=2.1 2 5 uA 6.6 X9.8 1 =u/2 +3 9.6 3 +2.1 2 5 u222e 2)/d+U u/22u =3.09/s体积流量 3S=UAP=3.09 X n/4X (0.1)X 36 00=8 7.41m/h 闸 阀 全 开 时 取
32、 2-2,3-3截面列伯努利方程Z g =u/2+0.5 u/2+0.025 X (15 +t /d)u/2u =3.47 m/s取 1-1、3-3 截面列伯努利方程P l/P =u/2+0.025X(15+iAPI=3.7X10Pa2 5.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5ul2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为0.02。管路的气体总流量为。累疗小。试求：(1)两阀全
33、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，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E hf4222223/d)u/2 2=X (i+i e/d)-u/2+h f 填而且并联管路气体总流量为个支路之和，即 Vs=Vsl+2Vs2解：两阀全开时，两塔的通气量由本书附图1 2 9 查 得 d=200mm时阀线的当量长度i h f 1=A.(i le=150m+E t el/d)ul/2+5 ul2222=0.02 X(50+150)/0.2 ul/2+5 ulE h f2=X (i
34、 2+E i e2/d)u2/2+4 ul2222=0.02X(50+150)/0.2 u2/2+4 ulV E h fl=E hf2A u l/u2=ll.75/12.75 即 ul=0.96u2习题25附图22又:Vs=V s l +V s 2=U 1A 1+u 2A 2,A l =A 2=(0.2)n /4=0.01 n=(0.9 6 u 2+u 2A 0.01 J i2=0.3 u 2=4.8 7 5 m/s u l A=4.6 8 m/s即 两塔的通气量分别为V s l =0.147 m/s,V s l 2=0.15 3 m/s 总的能量损失L h f=Eh f l=E h f 2=
35、0.02X 15 5/0.2 u l/2+5 u l22233=12.5 u l=27 9.25 J/K g2 6.用离心泵将20水经总管分别送至A,B容器内，总管流量为8 9 m/h 3,总管直径为（l）127 X 5 m m 原出口压强为1.9 3X l O P a,容器B内水面上方表压为l k g f/c n?,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H f,o-A ,H f,o-B,o 解：（1）离心泵的有效压头总管流速u =V s/A而 A =36 00X n/4X （117）X 10 u =2.3m/s在原水
36、槽处与压强计管口处去截面列伯努利方程Z O g +W e =u/2+P O/P+E h f :总管流动阻力不计 h f=0 W e =u/2+P 0/P -Z O g=2.3/2+1.9 3X 10/9 9 8.2-2X 9.8 1=17 6.38 J/K g.有效压头H e =W e/g =17.9 8 m 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习题26附图25222-6 5Z O g +W e =Z i g +P I/P+E h f lZ O g +W e =Z 2g +P 2/P+L hf2 得到两支管的能量损失分别为E h f l=Z O g +W e -(Z i g
37、+P I/P)=2X 9.8 1+17 6.38 -(16 X 9.8 1+0)=39.04J/K gE h f 2=Z 0g +W e -(Z 2g +P2/P)=2X 9.8 1+17 6.38 -(8 X 9.8 1+101.33X 10/9 9 8.2)=16.0 J/K g，压头损失 H f 1=E h f 1/g =3.9 8 mH f 2=E h f 2/g =1.6 3m2 8.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B C 与 B D 两支管排出，高位槽液面与两支管出口间的距离为U m,A B 段内径为38 m m,长为 5 8 m；B C 支管内径为32m
38、m,长 为 12.5 m；B D 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。A B 与 BC管的摩擦系数为0.03。试计算:当 BD支管的阀门关闭时，B C 支管的最大排水量为若干m 3/h?(2)当所有的阀门全开时，两支管的排水量各为若干群外？B D 支管的管壁绝对粗糙度为0.15 m m,水的密度为 1000k g/m3,粘度为 0.001 P a s,分析：当 BD支管的阀门关闭时，B C 管的流量就是A B 总管的流量；当所有的阀门全开时，A B 总管的流量应为B C,B D 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：(I)BD支管
39、的阀门关闭V S,A B =V S,B C 即u O A O =u l A l u 0 n 38/4=u l i t 32/4u O =0.7 1u l分别在槽面与c-c,B-B 截面处列出伯努利方程0+0+Z O g =u l/2+0+0+Eh f,A C习题28附图22230+0+Z i g =u O/2+0+0+E h f,A B而 X h f,A C =人(iA B2/d 0)u O/2+入(i22BC/d l)u l/222二 0.0 3X (5 8 0 0 0/38)X u O/2+0.0 3 (1 25 0 0/32)X u l/2=22.8 9 u O +5.8 6 u l L
40、 h f,A B=X (iA B22/d O)u O/222=0.0 3X (5 8 0 0 0/38)X u O/2=22.8 9 u O A u l =2.4 6 m/sBC 支管的排水量V S,BC =u l A l =7.I m/s 所有的阀门全开V S,A B=V S,BC +V S,BDu O A O =u l A l +u 2A 2 u O n 38/4 =u l n 32/4 +u 2 n 26/4 u 0 38 =u l 32+u 226 假设在BD 段满足1/人 B 入D1/222222232=2 l g(d /E)+1.1 4=0.0 31 7同理在槽面与C-C,D-D
41、截面处列出伯努利方程ZO g=u l/2+L h f,A C=u l/2+入(i22A B2/d 0 )u O/2+入(i2BC/d l)u l/2 2ZO g=u 2/2+E h f,A D=u 2/2+入(i2A B/d O )u O/2+入 D (i2BD/d 2)u 2/2 2联立求解得到u l =1.7 7 6 m/s,u 2=1.4 9 m/s 核算R e =d u p /u =26 X 1 0 X 1.4 9 X 1 0/0.0 0 1 =38.7 4 X 1 0 (d/e )/R e.假设成立即 D,C 两点的流速 u l =1.7 7 6 m/s ,u 2=1.4 9 m/s
42、二 BC 段和 BD 的流量分别为 V S,BC =32X 1 0 X (n/4)X 36 0 0 X 1.7 7 6 =5.1 4 m/sV S,BD =26 X 1 0 X(“4)X 36 0 0 XL 4 9 =2.5 8 m/s331/2-333=0.0 25 0.0 0 5 29.在 中 38 X 2.5 m m 的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为1 6.4 m m,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，策压连接管中充满甲苯。测得U管压差计的读数为6 0 0 m m,试计算管中甲苯的流量为若干k g/h?解：查本书附表20 时甲
43、苯的密度和粘度分别为P=8 6 7 K g/m,u=0.6 7 5 X 1 0假设 R e =8.6 7 X 1 0当 A 0/A 1 =(1 6.4/33)=0.24 5 时，查孔板流量计的C O 与 R e,A 0/A 1 的关系得到C 0 =0.6 3体积流量 V S =C 0 A 0 2gR(p A-p)/P=0.6 3X J t/4 X 1 6.4 X 1 0 X 2X 9.8 1 X 0.6 X (1 3.6-0.8 6 7)/0.8 6 7=1.7 5 X 1 0 m/s流速 u =V S /A =2.0 5 m/s核算雷偌准数R e =d u p/N=8.6 7 X 1 0 与
44、假设基本相符.甲苯的质量流量 3 S =V SP=L 7 5 X 1 0 X 8 6 7 X 36 0 0=5 4 26 K g/h-34-332-6 1/21/24 3-3第 二 章 流体输送机械2.用离心泵以4 0 m 3/h的流量将贮水池中6 5 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需要维持4 9 k P a的表压强，喷头入口较贮水池水面高6 m,吸入管路和排出管路中压头损失分别为1 m和3 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1 0 1.33k P a计。解：输送的是清水选用B型泵查6 5
45、时 水 的 密 度P =9 8 0.5 K g/m在水池面和喷头处列伯努利方程u l/2g+P l/P g+H =u l/2g+P 2/P g+H f +Z取 u l=u 2=0 则 223H =(P 2-P l)/p g+H f +Z=4 9 X 1 0/9 8 0.5 X 9.8 +6 +(1+4)=1 5.1 m 3Q =4 0 m /h由图2-27得可以选用3B1 9 A 29 0 0 46 5 时清水的饱和蒸汽压P V =2.5 4 4 X 1 0 P a当地大气压 H a =P/p g=1 0 1.33X 1 0 /9 9 8.2X 9.8 1 =1 0.35 m查附表二 十 三3
46、B1 9 A的泵的流量：29.5 4 8.6 m /h为保证离心泵能正常运转,选用最大输出量所对应的H S即 H S =4.5 m输送 6 5 水的真空度 H S =H S +(H a-1 0)-(P V/9.8 1 X 1 0 -0.2 4)1 0 0 0/P-2.5 m.允许吸上高度 H g =H S -u l/2 g -H f.0-12.51 =1.5 m即 安装高度应低于1.5 m4 .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巾管路上两阀门的开度，可使吸入管阻力增大而流量保持不变。若离心泵的吸入管直径为1 0 0
47、 m m,排出管直径为5 0 m m,孔板流量计孔口直径为 3 5 m m,测的流量计压差计读数为0.8 5 m H g 吸入口真空表读数为5 5 0 m m H g 时，离心泵恰发生气蚀现象。试求该流量下泵的允许气蚀余量和吸上真空度。已知水温为20C,当地大气压 为 7 6 0 m m H g。解：确定流速A O /A 2 =(d 0/d 2)=(3 5/5 0)=0.4 9查 2 0 时水的有关物性常数 P=9 9 8.2 K g/m =1 0 0.5 X 1 0 ,P V =2.3 3 4 6 K p a 假设CO在常数区查图1-3 3 得 C O =0.6 9 4 则u 0 =C O
48、2 R(P A-P)g/P=1 0.0 7 m/su 2 =0.4 9 u 0 =4.9 3 m/s核算：R e =d 2 u 2 p/u=2.4 6 X 1 0 2 X 1 0.假设成立u l=u 2 (d 2 /d l)=1.2 3 m/s允 许 气 蚀 余 量=(P l-P 2)/p g +u l/2 gP l =P a -P 真 空 度=2 8.0 2 K p a2 2 5 5 1/2 3-5 2 2 2 3 3 3 4 3 A h =(2 8.0 2-2.3 3 4 6)X 1 0/9 9 8.2 X 9.8 1=2.7 m允许吸上高度 H g =(P a-P V)/p g -A h
49、-E H fV 离心泵离槽面道路很短可以看作EHf =0二 H g =(P a-P V)/p g -A h=(1 0 1.4 -2.3 3 4 6)X 1 0/(9 9 8.2 X 9.8 1)-2.7=7.42 m7.用两台离心泵从水池向高位槽送水，单价泵的特性曲线方程为H=2 5 1 X 1 0 Q2管路特性曲线方程可近似表示为H=1 O+1 X 1 O Q2两式中Q的单位为n)3/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
50、水量为管路总送水量的一半解：串 联 H e =2 H1 0 +l X 1 0 Q e=2 X (2 5-1 X 1 0 Q)Q o=0.4 3 6 X l O m/s 并 联 Q =Q e/22 5-1 X 1 0 X Q e=1 0 +1 X 1 0(Q e/2)Q c=0.3 8 3 X l O m/s总送水量 Q e=2 Q e=0.7 6 5 X 1 0 m/s并联组合输送量大1-2 2-2 2 6 2 5 2-2 2 5 2 6 2 6 6 3 3第三章机械分离和固体流态化2.密度为2 6 5 0 k g/n)3 的球型石英颗粒在2 0 空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒