化工原理课后习题_天大版夏清.pdf

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1、化工原理课后习题解答第 一 章 流 体 流 动1 .某设备上真空表的读数为1 3.3 X1 0,P a,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9 8.7X1 0,P a。解：由 绝 对 压 强=大 气 压 强-真 空 度 得到：设备内的绝对压强P 维=9 8.7 X 及 p a -1 3.3 X1 0,P a=8.54 X 1 03 P a设备内的表压强Ps=-真 空 度=-1 3.3 X1 0,P a2 .在本题附图所示的储油罐中盛有密度为9 60 k g/m”的油品，油面高于罐底6.9 i n,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8 0 0

2、 m m,孔盖用1 4 m m 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为3 9.2 3 X1 0 P a ,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 iih W 煤解：=P g h XA=9 60 X9.8 1 X(9.6-0.8)X3.1 4 X0.7621 50.3 0 7 X1 0；i N。螂=3 9.0 3 X 1 03 X 3.1 4 X 0.0 1 42XnP 汕W 。嫁 得 n2 6.2 3取 F l m i 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R =4 0 0m m ,R?=50 m m,指示液为水银

3、。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R,=50 m m。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-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P“其他数据如图所示a-a 处 PA+P g h i =p *g R3+P 加 眼 g R z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 X1 03X9.8 1 X0.0 5+1 3.6X 1 03X9.8 1 X 0.0 5=7.1 6X1 03 P ab-b 处 PH+P Eg

4、 h3=PA+P 8g h2+P g R iPB=1 3.6X1 0:tX9.8 1 X0.4 +7.1 6X 1 03=6.0 5X1 03P a习题4 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 =l m,U 管压差计的指示液为水银，煤油的密度为8 2 0 K g/m 。试求当压差计读数R=68 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 1-1 和 4-4 为等压面，22 和 33 为等压面，且 1 1 和 22 的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组

5、求解解：设插入油层气管的管口距油面高Ah在 1一1 与 22 截面之间Pi=P2+P wigRVP1=PI,Pz=P3且 P3=P W ith g h,P.|=P 水 g(H-h)+P 烦 Mg(A h+h)联立这几个方程得到P igR=P 加 g(H-h)+P 煤 油 g(A h+h)-P wag h 即P*wgR=P*gH+P 煤 川 g h-p，kgh 带入数据1.03 X 103 X 1-13.6X 103 XO.068=h(l.0X 103-0.82X 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

6、内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：h 产 2.3m,h 2=1.2m,h 3=2.5m,h 4=1.4m。锅中水面与基准面NJ国的垂直距离h s=3m。大气压强pa=99.3X10%ao试求锅炉上方水蒸气的压强P。1 +P 水 g(th-hz)=P g(h i-h2)+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 11截面处的压强为Pi对左边的U 管取a-a 等压面，由静力学基本方程Po+P*g(h5-hi)=Pl+P g(h3-h)代入数据Po+1.0X103X9.81X(3-1.4)=Pi+

7、13.6X103X9.81X(2.5-1.4)对右边的U管取b-b 等压面，由静力学基本方程PP a 代入数据Pi+1.OX 103 X 9.81X(2.5-1.2)=13.6X 103 X 9.81X(2.3T.2)+99.3X 103解着两个方程得P=3.64X105Pa6.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 k g/m：，998 k g/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 m m,U管内径d 为 6 m m。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。习 题6附图分析：此题

8、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 1一为等压面，对于U 管左边 p 表+P 汕 g(hi+R)=Pi对于U 管右边 P2 =P 水 gR+P siighaP =P*gR+P ngh2-Png(hi+R)=p*gR-P 汕 gR+P 汕 g(h2-hi)当P&=0时;扩大室液面平齐 即n (D/2)2(h2-h i)=n (d/2)2Rh 2-h i =3 mmp*=2.5 7 X 1 02P a7.列管换热气的管束由1 2 1根 X2.5 m m的钢管组成。空气以9 m/s速度在列管内流动。空气在管内的平均温

9、度为5 0、压强为1 9 6 X l O P a(表压)，当地大气压为9 8.7 X 1 0：，P a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 V s =uA =9 X J I/4 X 0.0 2 2 X 1 2 1 =0.3 4 2 m7 s质量流量 w,=V s P=V s X (M P)/(R T)=0.3 4 2 X 2 9 X (9 8.7+1 9 6)/8.3 1 5 X 3 2 3 1=1.0 9 k g/s换算成标准状况V R/V 2 P 2 =T i/T2V s 2=P 1 T 2/P 2 T l X V

10、 s i=(2 9 4.7 X 2 7 3)/(1 0 1 X 3 2 3)X 0.3 4 2=0.8 4 3 m7 s8 .高位槽内的水面高于地面8m,水从 1)1 0 8 X 4 m m的管道中流出，管路出口高于地面2 m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按E 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m Yh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，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1一1和出管口 22,，如图所示，选取地面为基准面。解

11、：设水在水管中的流速为u ,在如图所示的1一，22,处列柏努力方程Z 1 g +0 +P 1/P =Z-2 g +u 2/2+p2/p +E h f(Z,-Z2)g =U2/2 +6.5u2 代入数据(8-2)X 9.81=7u，,u =2.9m/s换算成体积流量Vs=u A=2.9 X n/4 X 0,I2 X 360 0=82 m/h9.2 0 水以2.5m/s的流速流经巾38X 2.5 m m的水平管，此管以锥形管和另一 6 5 3 X3 m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1.5J/k g,求两玻璃管

12、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,、u,UAAA=UBABUB=(AA/AB)uA=(33/47)2X 2.5=1.23m/s在A、B两截面处列柏努力方程Z i g +u/2+P 1/P =Z 2 g +u 22/2+P 2/P +E h rZ i=Z2/.(PL-P 2)/p =E h r +(U 1-U22)/2g (h-h2)=1.5+(1.23-2.52)/2h i-h 2 =0.0 882 m =88.2 m m即 两玻璃管的水面差为8

13、8.2m m10.用离心泵把20 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76X 2.5 m m,在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66X ie?p a,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 s=2u 2,Ehr,2-10 u2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习 题 10附图u=2m/s98.0 7X 103 P a (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

14、出口段的排出管，在两段分别列柏努力方程。解：总能量损失E h f=h f+.0 h f.2U|=U2=U=如+10 1?=1 如2在 截 面 与 真 空 表 处 取 截 面 作 方 程：z o g+u()2/2+P o/P =Z ig+i?/2+P i/P +E h f,i(P o-P i)/P =z ig+i?/2+h f.iws=u A P =7.9k g/s在真空表与排水管-喷头连接处取截面 z,g+u 72+P,/P +W.=Z 2g+u 72+P P+E h f.2，W-=z2g+u72+P2/p+Lhf.2(zig+u72+Pi/P)=12.5X 9.81+(98.0 7+24.6

15、6)/998.2 X 103+10 X 22=285.97J/k gN e=We Ws=285.97 X 7,9=2.26k w11.本题附图所示的贮槽内径D为2 m,槽底与内径,d。为3 3 m m的钢管相连，槽内无液体补充，其液面高/L /度h。为2m (以管子中心线为基准)。液体在本题管内T I,流动时的全部能量损失可按Z h k 2 0 u 2公式来计算，i I式 中u为液体在管内的流速m/so试求当槽内液面-f 下 降lm所需的时间。分析：此题看似一个普通的解柏努力方程的题，分析习题11附图 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

16、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1T,2-2列柏努力方程h i g=u 72+h r =u/2+20u；.u=(0.48h)2=0.7h1/2槽面下降d h,管内流出u A2d t的液体/.Ad h=u A2d t=0.7h 2d t.,.d t=A,d h/(Az O.7h1/2)习 题 12附图1 一换热W 2-泵对上式积分：t=L 8.h12.本题附图所示为冷冻盐水循环系统，盐水的密度为1100kg/m 循环量为36m3。管路的直径相同，盐水山A流经两个换热器而至B 的能量损失为98.1 J/k g,由 B流至A 的能量损失为4 9 J/k g,试求：(1

17、)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245.2X 103 p a 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两段列柏努利方程求解。解(1)由A到 B截面处作柏努利方程0+UA2/2+PA/P 尸 Zog+uB/2+PB/P+9.81管径相同得 UFUB(PA-PB)/P=ZBg+9.81由B到 A段，在截面处作柏努力方程B ZBg+uB2/2+PR/P+W.;=O+U A2+PA/P+49(PA-PB)/P-ZBg+49=98.1+49=147.lj/k

18、g，W s=V s P=36/3600X 1100=1Ikg/sN产 WeXWs=147.1X11=1618.lw泵的抽功率 N=N e/76%=2311.57W=2.31kw(2)由第一个方程得(PPB)/P=ZBg+9.81得PB=PA-P(Zug+9.81)=245.2X 10s-1100X(7X9.81+98.1)=6.2X 10Pa习 翘13附图BJ P1 3.用压缩空气将密度为HOOkg/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60X3.5mm,其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为E h E h r.8=/,E hr,K=l.18U2O两压差计中的指示液均

19、为水银。试求当Ri=45mm,h=200mm时(1)压缩空气的压强R 为若干？(2)U管差压计读数R?为多少？解：对上下两槽取檄面列柏努力方程0+0+Pi/P=Zg+0+P2/P+E h r/.Pi=Zg P+O+P2+P E h f=10X9.81X1100+1100=107.91X103+3498/在压强管的B,C处去取截面,(2U2+1.18U2)由流体静力学方程得PB+P g(x+Ri)=P ；+p g(hBc+x)+P RigPB+1100X9.81X(0.045+x)=P0+1100X9.81X(5+x)+13.6X103 X9.81X0.045PB-PC=5.95X10Pa在 B

20、,C 处取截面列柏努力方程0+U B2/2+PB/P=Zg+uc2/2+Pc/P+E h f,B C管径不变，；.Ub=U cPPc=P(Zg+E h f,K)=1100X(1.18u2+5X9.81)=5.95X10Pau=4.27m/s压缩槽内表压P.=l.23X 105Pa(2)在 B,D处取截面作柏努力方程0+UV2+PB/P=Zg+O+O+E h 1,B C+Z h c,C DPB=(7X9.81+1.18U2+U2-0.5U2)X 1100=8.35X 10PaPB-P gh=p 水 银 R2g8.35 X 10-110 0 X 9.81X 0.2=13.6X 103 X 9.81

21、X R2R2=60 9.7m m14.在实验室中，用玻璃管输送20 的 70%醋酸.管内径为1.5c m,流量为10 k g/m i n,用 S I 和物理单位各算一次雷诺准数，并指出流型。解：查 20,7 0%的醋酸的密度P=10 49 K g/m:粘 度 U =2.6m P a -s用 S I 单位计算：d=l.5X 10 2m,u=W s/(P A)=0.9 m/s；.R e=d u P/U=(1.5X 10 2 X 0.9 X 10 49)/(2.6 X 103)=5.45X 103用物理单位计算：P =1.0 49 g/c m3,u=W s/(P A)=9 0 c m/s,d=l.5

22、c mu =2.6X 10 lP a,S=2.6X 10 k g/(s*m)=2.6X 10 2g/s,c m 1R e=d u P/P=(1.5X 9 0 X 1.0 49)/(2.6 X 1 O-2)=5.45X 103V 5.45X 103 40 0 0.此流体属于湍流型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连A 一 倒 置 u管压差计，以测量两截面的压强差。当水的流量为H h 10 80 0 k g/h 时-，U管压差计读数R为 10 0 m m,粗细管的直径分别I匕 为中60 X 3.5m m 与中45X 3.5m m。计算：(1)1k g 水流经两截面间的能量损失

23、。(2)与该能量损失相当的压强降为若干P a?一-卜 解(1)先计算A,B 两处的流速：n -y U A=WS/P sA=29 5m/s,uB=wJ p sB在 A,B 截面处作柏努力方程：Z A g+u；/2+P/P =Z B g+uBJ/2+P B/P +h f1k g水流经A,B的能量损失：L h f=(U A2-UB2)/2+(P PB)/P=(U A2-UB2)/2+P gR/P =4.4 1J/k g(2).压强降与能量损失之间满足：E h f=A P/p A A P=P E h f=4.4 1X 10316.密度为85 0k g/m3,粘度为8X l()3 p as 的液体在内径

24、为14 m m 的钢管内流动，溶液的流速 为 l m/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14 7X 103 p a,液体流经多长的管子其压强才下降到127.5 X 103 P a?解：(1)R e =d u p /u=(14 X 10 3X 1X 85 0)/(8X 10 3)=1.4 9 X 103 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=2p (u-un)当 u=0 时，/=/=2p uB；.p =r/2=d2/8当 u=u 平 均=0.5 u*0.5

25、 m/s 时,/=-2p (0.5-1)=d2/8=0.125 d2.即与管轴的距离r=4.9 5 X 10 m(3)在 14 7X 1(5 3 和 127.5 X 10,两压强面处列伯努利方程u i2/2+PA/P+Z i g=u i/2+PB/P +Z2g+E h fu i=u 2,Z i =Z 2/.PA/P =PB/P +E h f损失能量 h F (PA-PB)/P=(14 7X 10-127.5 X 103)/85 0=22.9 4 流体属于滞流型摩擦系数与雷若准数之间满足入=64/R e又h r X X (1 /d)X O.5 u 2/.v =14.9 5 m.输送管为水平管，.

26、管长即为管子的当量长度即:管 长 为 14.9 5 m17.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：u1=uw (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u侬的比值。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5的流体流过2 n rd r的面积的叠加 即：V=J V urX 2 J t rd r解：平均速度 u=V/A =J 0 u,X 2 J t rd r/(i t R2)=f o Umax(y/R)1 X 2 J t rd r/(i t R2)=Z un m/R f 0R(R -r)rd r=0.82U

27、 inaxu/5=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 ui A i=u2A 2 而 ri=r2AI=4A2 U2=4U由能量损失计算公式Z hf=x (I/d)X (l/2u2)得Z hf.i=X (i /d)X (l/2ui2)L hr,2=X (i /d)X (1/2U22)=A (i /d)X 8(5)2=16 X h n 1h re =16 h ri19 .内截面为1000m m X 1200m m 的矩形烟囱的高度为3 0 A un。平均分子量为3 0k g

28、/k m ol,平均温度为4 00的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持4 9 P a 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,地面处的大气压强为101.3 3 X 103P a o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产 A/n=(1X 1.2)/2(1+1.2)=0.273 m当量直径&=4 r=l.109 m流体流经烟囱损失的能量E ht-X (1 /dc)-u/2=0.05 X (3 0/1.109)XU2/2=0.687 u2空气的密度 P空/P M/R T =1.21K g/m3烟囱的上表面压强(表压)P

29、 I-P g h=1.21X 9.81X 3 0=-3 5 5.02 P a烟 囱的下表面压强(表压)P尸-4 9 P a烟囱内的平均压强P=(P i.+P下)/2+P o=101128 P a由=P M/R T可以得到烟囱气体的密度P=(3 0X 10-3X 101128)/(8.3 14 X 673)=0.5 4 22 K g/m3在烟囱上下表面列伯努利方程P t/P =P r/P +Z g+E h fAL h,=(P j-PT)/P -Z g=(-4 9+3 5 5.02)/0.5 4 22-3 0X 9.81=268.25 =0.687 u2流体流速 u=19.76 m/s质量流量 S

30、=UAP=1 9.7 6 X 1 X 1.2 X 0.5 42 2=4.6 3X 1 0 K g/h习88 20附图2 0.每小时将2 X 1 0 3 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2 6.7 X 1 0,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5 0 m,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1 5 m。若泵效率为0.7,求泵的轴功率。解：流体的质量流速 3s =2 X 1 0 7 36 0 0 =5.5 6 k g/s流速 u=ws/(A p)=1.43m/s雷偌准数 R e=d

31、 u p/u=1 6 5 1 9 9 40 0 0查本书附图1-2 9得5个标准弯头的当量长度：5 X 2.1=1 0.5 m2个全开阀的当量长度：2 X 0.45 =0.9 m，局部阻力当量长度E i s=1 0.5 +0.9 =1 1.4m假定 1/X ,/2=2 l g(d /e )+1.1 4=2 l g(6 8/0.3)+1.1 4A =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 t e)/d X U2/2 +C XU2/2=0.0 2 9 X(5 0+1 1.4

32、)/(6 8 X 1 0 3)+4 X 1.437 2=30.8 6 3 J/K g在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得p y P+We =Z g +P2/P+EhWe =Z g +(Pi-P2)/P+E h=1 5 X 9.8 1 +2 6.7 X 1 0 7 1 0 7 3+30.8 6 3有效功率=2 0 2.9 J/K gN e =We X 3s =2 0 2.9 X 5.5 6 =1.1 2 8 X 1 03轴功率 N =N e/n=l.1 2 8 X 1 0 7 0.7 =1.6 1 X 1 0%=1.6 1 K W习 期 附 图4；I 2一填料乂2 1.从设备送出的废气中有少量可溶

33、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36 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30 m m。输气管与放空管的内径均为2 5 0 m m,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 03 P a o 管壁的绝对粗糙度可取0.1 5 m m,大气压强为1 0 1.33义1 0 3。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

34、,u=1.9 6 X 1 0 5Pa s气体流速 u=36 0 0/(36 0 0 X 4/J t X 0.2 52)=2 0.38 m/s质量流量 3.=uA s =2 0.38 X 4/n X 0.2 52X 1.0 9 3=1.0 9 3 K g/s流体流动的雷偌准数R e =d up/u=2.8 4X 1 05为湍流型所有当量长度之和 i 总=1+=5 0 m 取 0.1 5 时 /d =0.1 5/2 5 0=0.0 0 0 6 查表得入=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：h=0.5 XU7 2 +1 XU7 2 +(0.0 1 8 9 X 5 0/0.2

35、 5)u2/2=1 1 0 0.6 6在 1-1、2-2 两截面处列伯努利方程u2/2 +P./P+We =Z g +u2/2 +P2/P+E hWe =Z g +(P2-P,)/P+E h而 1-1、2-2 两截面处的压强差 P2-Pi=P2-P 水 g h =1.9 6 X 1 03-1 03 X 9.8 1 X 31 X1 03=1 6 6 5.7 PaAWe =2 8 2 0.8 3 W/K g泵的有效功率 N e =We X 30 8 3.2 W=3.0 8 K W习题22附图2 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 0 mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀

36、，距管路入口端1 5 n l处安有以水银为指示液的U管差压计，其-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 mm,h=1 5 0 0 mm；当闸阀部分开启时，测的R=4 0 0 mm,h=1 4 0 0 mm。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/d弋1 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xP 水 g (h+x)

37、=P z K t H g R1 03X (1.5+x)=1 3.6 X 1 03 X 0.6x =6.6 m部分开启时截面处的压强P i =P*w g R -P*g h =3 9.6 3 X 1 0：sP a在槽面处和IT 截面处列伯努利方程Z g +0 +0 =0 +u2/2 +PI/P+E h而Z h=X (i+L t J/d +4 U2/2=2.1 2 5 u2A6.6 X 9.8 1 =U7 2 +3 9.6 3 +2.1 2 5 u2u =3.0 9/s体积流量 3产 UAP=3.0 9X J t/4 X (0.l)2X 3 6 0 0 =8 7.4 1 m7 h闸阀全开时 取 2-

38、2,3-3 截面列伯努利方程Z g =u/2 +0.5U2/2 +0.0 2 5 X (1 5 +i/d)u2/2u =3.4 7 m/s取 1-1、3-3 截面列伯努利方程PI7P=U2/2 +0.0 2 5 X (1 5+i 7 d)u 7 2A P i =3.7 X 1 0 P a2 3.1 0 的水以5 0 0 L/mi n 的流量流过一根长为3 0 0 m的水平管，管壁的绝对粗糙度为0.0 5。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 1 0 时的水的密度 P=999.7 Kg/m3 N=1 3 0.7 7 X 1 0 P a su =Vs/A=1 0.8 5

39、 X 1 0 7 d2E hf=6 X 9.8 1 =5 8.8 6 J/Kg h r=(入 i /d)U2/2 =X 1 5 0 u 7 d假设为滞流入=6 4/R e =6 4 u /d u PV I Lg L hf，d W l.5 X 1 0 3检验得 R e =7 0 5 1.2 2 2 0 0 0不 符 合 假 设.I 为湍流假设 R e =9.7 X 1 0 即 d u P /u =9.7 X 1 0 Ad =8.3 4 X 1 0、则 e /d =0.0 0 0 6 查表得 X=0.0 2 1要使E hWH,g 成立则X -1 5 0 u 7 d W 5 8.8 6d 1.8 2

40、 X 1 0 2m习 颤 24 SH图2 4.某油品的密度为8 0 0 k g/m3,糠 为 4 1 c P,由附图所示的A 槽送至B 槽,A 槽的液面比B槽的液面高1 1 1 1.5 m。输送管径为d）8 9X 3.5 mm（包括阀门当量长度），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2 0%,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 U7 2 +Z g +P/P=U2/2 +P2/P+E hrVPF P2Z g =Z h 尸 X (t /d),U2/21.5 X 9.8 1=A(5 0/8 2 X 1 0 )U7 2 假

41、设流体流动为滞流,则摩擦阻力系数X =6 4/R e=6 4 u /d u P 联立两式得到u =1.2 m/s 核算R e =d u p/y =1 92 0 2E h n-X (i 2+E i e 2/d)U 22/2 +4 u,2=0.0 2 X (5 0+1 5 0)/0.2 u)2+4 U i2*.*E h n=L h r 2A u i2/U22=1 1.75/1 2.75 即 5=0.96u2又：V s=Vs l+V,2=U 1 A 1+u 2 A 2 ,A l =A2=(0.2)2 n /4=0.0 1 n=(0.96U2+U2)0.0 1 J T=0.3U 2=4.875 m/s

42、 U i A=4.68 m/s即 两塔的通气量分别为VS 1=0.1 47 m 7s,Vs l 2=0.1 5 3 m 7s(2)总的能量损失 E h尸 h产E h =0.0 2 X 1 5 5/0.2 -u/2 +5 u/=1 2.5 u;=2 79.2 5 J/K gy题 26附图26.用离心泵将20水经总管分别送至A,B容器内，总管流量为89m/h3,总管直径为少127X 5mm。原出口压强为1.93义105P a,容 器 B 内水面上方表压为lk 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He：（2）两支管的压头损失Hr,BA

43、,H f,解(1)离心泵的有效压头总管流速u=VJA而 A =3600X n/4X (117)2X10 6u=2.3m/s在原水槽处与压强计管口处去截面列伯努利方程Zog+W e=U72+Po/p+E hr .总管流动阻力不计E h 尸 0W e=u2/2+P P-Zog=2.372+1.93X107998.2-2X9.81=176.38J/Kg.有效压头 He=We/g=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+W e=Zig+Pi/P+E h nZog+W e=Z2g+P?/p+hf 2得到两支管的能量损失分别为E h 门=Zog+W e-(Zig+Pi/p)

44、=2X9.81+176.38-(16X9.81+0)=39.04J/KgE h f2=Zog+W e-(Z2g+P2/P)=2X9.81+176.38-(8X9.81+101.33X107998.2)=16.0 J/Kg.,.压头损失 Hn=E h n/g=3.98 mII12=E h 4 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30X10Pao J1W路调节流量，起流程如本题附图所示，主管流 量 为 14m 7h,管径为666X3m m,管长为80m（包括所有局部阻力的当量长度）。旁路的流量为5m%1,管径为中3

45、2X2.5mm,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。之间的能量损失。被输送液体的粘度为50mPas,密度为HOOkg/n?,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=14/3600X(JT/4)X(60)2X 10-6=1.38 m/s旁管流速 5 =V,/A=5/3600 X(JI/4)X(27)2 X 10-6=2.43 m/s先计算主管流体的雷偌准数Re=du P/u=1821.6 0.0 0 5，假设成立即 D,C 两点的流速 5 =1.7 7 6

46、m/s ,5=1.4 9 m/s，B C 段和 B D 的流量分别为 VS.B C=3 2 X1 0 X(n/4)X 3 6 0 0 XI.7 7 6=5.1 4 m3/sVS.M=2 6 X1 0 X(i t/4)X3 6 0 0 X1.4 9=2.5 8 m3/s2 9.在3 8 X2.5 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2 0 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 n l m,试计算管中甲苯的流量为若干k g/h?解：查本书附表2 0 时甲苯的密度和粘度分

47、别为P=8 6 7 K g/m3,u=0.6 7 5 X1 0 3假设 R e =8.6 7 X1 0 当A%=(1 6.4/3 3)=0.2 4 5时，查孔板流量计的C o与R e,A 0/A 1的关系得到C o =0.6 3体积流量 Vs=C o A o 2 g R(PA-P)/P 产=0.6 3 X n/4 X1 6.42X1 0*6 X 2X 9.8 1 X 0.6 X (1 3.6-0.8 67)/0.8 671/2=1.75X 1 0 3 m 7s流速 u =Vs/A =2.0 5 m/s核 算 雷 偌 准 数R e=d u P/口=8.6 7 X 1 0,与假设基本相符.甲苯的质

48、量流量 3 s =Vsp=l.75X 1 0 3X8 67X 360 0=5426 K g/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 3/h 时，泵出口处压强表和入口处真空表的读数分别为1 52k P a 和 24.7k P a,轴功率为2.45k w,转速为29 0 0 r/m i n,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 时水的密度P =9 9 8.2 K g/m 3在泵出口和入口处列伯努利方程U i2/2g+P i/P g+H =u i2

49、/2g+P 2/P g+Hr+Z 泵进出口管径相同，u,=u2不计两测压口见管路流动阻力 H r =0A P i/P g+H =P2/p g+ZH =(P2-P,)/p g+Z =0.4+(1 52+24.7)X 1 03/9 9 8.2X 9.8=1 8.46 m该泵的效率 n=Q H P g/N =26X1 8.46X9 9 8.2X9.8/(2.45X 1 03X360 0)53.2.%2.用离心泵以40 m 3/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，已知水进入喷头之前需要维持49 k P a 的表压强，喷头入口较贮水池水面高6m,吸

50、入管路和排出管路中压头损失分别为1 m 和 3m,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 L 33k P a 计。解：.输送的是清水,选用B型泵查 65时水的密度 P=9 8 0.5 K g/m 3在水池面和喷头处列伯努利方程u /2g+P i/P g+H =U i2/2g+P2/P g+Ht+Z取 t h =*=0 则H =(P2-P i)/P g+Hf+Z=49 X 1 0 79 8 0.5X 9.8 +6+(1+4)=1 5.1 mQ =40 m 7h由图2-27得可以选用3B 1 9 A 29 0 0 465时清水的饱和蒸汽压P v =2.