天津大学版化工原理上下册习题答案.pdf

化工原理课后习题解答（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学.,2005.）第一章流体流动.3第二章流体输送机械.23第三章机械分离和固体流态化.32第四章传热.42第五章蒸馆.56第六章吸收.65第七章干燥.70第一章流体流动1.某设备上真空表的读数为133x 103 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98.7X103 Pao解：由绝对压强=大气压强-真空度 得到：设备内的绝对压强P绝=98.7x l O3Pa-13.3x l O3Pa=854x 1()3 pa设备内的表压强P表=真空度=-13.3X103 Pa2.在本题附图所示的储油罐中盛有密度为960 k g/n?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。若螺钉材料的工作应力取为39.23x 1()6 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。螺解:P 螺=pg hx A=960 x 9.81x(9.6-0.8)x 3.14x 0.762150.307X103 N。螺=39.03x l 03x 3.14x 0.0142x nP油螺得n 26.23取 n min=7至少需要7个螺钉习题3附图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&=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内灌入一段 水，其高度R3=50mm。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pg,其他数据如图所示a-a 处 PA+Pg g hi=p 水 g Rs+p 水银 g 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 x103x9.81x0.05+13.6x l 03x 9.81x 0.05=7.16X103 Pabb处 PB+pgg h3=PA+pgg h2+p 水银 g&PB=13.6x103x9.81x0.4+7.16x l 03=6.05x l 03Pa4.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=Im,U管压差 计的指示液为水银，煤油的密度 为820Kg/nf o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1一和4一4,为等压面，22,和33为等压面，且1一厂和2一 2,的压强相等。根据静力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Ah在1一与22”截面之间Px=P2+p水银g RVPi=P4,P2=P3且 P3=p 煤油g Ah,P4=p水g(H-h)+p 煤油g(Ah+h)联立这几个方程得到p水银g R=p水g(H-h)+p煤油g(Ah+h)-p煤油g Ah即p水银g R=p水g H+p煤油g h 水g h 带入数据1.03x l 03x l-13.6x l 03x 0.068=h(1.0 x l 03-0.82x l 03)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管间的连接管内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：hi=2.3m,h2=1.2m,h 3=2.5m,h 4=1.4mo锅中水面与基准面之间的垂直距离h5=3m。大气压强 p a=99.3x l 03 p 试求锅炉上方水蒸气的压强PO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 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P o+pzKg(h5-h4)=P l+p 水银g(h344)代入数据Po+1.Ox1O3x9.81x(3-1.4)=P1+13.6x103x9.81x(2.5-1.4)对右边的U管取bb等压面，由静力学基本方程P i+p水 g(h3h2)=p水银g(hi-h2)+p a代入数据P l+1.0 x103x9.81x(2.5-1.2)=13.6x l 03x 9.81x(2.3-1.2)+99.3X103解着两个方程得 Po=3.64x l O5Pa6.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 o压差计中以油和水为指示液，其密度分别为920 k g/i rn3,998 k g/mu管中油、水交接面高TP 度差R=300 mm,两扩大室的内径D均/L J 为60 mm,U管内径d为6 mm。当管 匚厂 路内气体压强等于大气压时，两扩大室液习题6附图面平齐。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油g(%+R)=Pl对于U管右边 P2=p水g R+p油g h2p 表=p 水81a=Ub：(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+Pb/p+Wc=0+ua2+Pa/p+49AWe=(Pa-Pb)/p-ZBg+49=98.1+49=147.1J/k g.ws=Vsp=36/3600 x l l 00=l l k g/sNe=Wex Ws=147.1x l l=1618.1w泵的抽功率 N=Ne/76%=2311.57W=2.31k w(2)由第一个方程得(Pa-Pb)/p=ZBg+9.81 WPb=Pa-P(ZBg+9.81)=245.2x l 03-U00 x(7x 9.81+98.1)=6.2x l O4Pa13.用压缩空气将密度为UOOk g/n/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 060 x 3.5mm,其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为 h%ab=Z h f,cd=u29 Z h f,bc=L18u2。两压差计中的指示液均为水银。试求当Ri=45mm,h=200mm时：（1）压缩空气的压强Pi为若干？（2）U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+Pi/p=Zg+0+P2/p+Z h f:.P i=Zg p+0+P2+pZ h f=10 x 9.81x 1100+1100(2u2+1.18u2)=107.91x l 03+3498u2在压强管的B,C处去取截面，由流体静力学方程得 Pf i+pg(x+Ri)=PC+pg(hBC+x)+p 水银 RigPb+1100 x9.81x(0.045+x)=PC+1100 x 9.81x(5+x)+13.6x l 03x 9.81x 0.045PB-Pc=5.95x l O4Pa在B,C处取截面列柏努力方程 0+uB2/2+PB/p=Zg+Uc2/2+Pc/p+X h f,bc.管径不变，工ub=u cPB-Pc=P(Zg+E h f,Bc)=1100 x(1.18u2+5x 9.81)=5.95x l 04Pa u=4.27m/s压缩槽内表压Pi=1.23x l O5Pa(2)在B,D处取截面作柏努力方程0+u2/2+PB/p=Zg+O+O+Z h f,bc+2 h f,CDPB=(7x9.81+1.18u2+u2-0.5u2)x l l 00=8.35x l 04PaPB-pg h=p 水银 R2g8.35x104-1100 x9.81x0.2=13.6x103x9.81xR2R2=609.7mm14.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l Ok g/miu,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p=1049Kg/m3,粘度=2.6mPa,s用SI单位计算：d=1.5x l 0-2m,u=Ws/(pA)=0.9m/sARe=d up/n=(1.5x l 02x 0.9x l 049)/(2.6x l 03)=5.45x l 03用物理单位计算：p=1.049g/c m3,u=Ws/(pA)=90c m/s,d=1.5c m=2.6x 103Pa-S=2.6x l 03k g/(s*m)=2.6x l 02g/sc m1ARe=d up/ji=(1.5x 90 x l.049)/(2.6x l 0-2)=5.45x l 03V5.45x1034000,此流体属于湍流型OL 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一倒置U管压差计，以测 一量两截面的压强差。当水的流量为10800k g/h n习题15附图p时，U管压差计读数R为100mm,粗细管的直径分别为060 x 3.5mm与C45x 3.5mm。计算：（1）1k g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/psA=295m/s,ub=ws/psB在A,B截面处作柏努力方程：ZAg+UA2/2+PA/p=ZBg+UB2/2+PB/p+Shf l k g水流经A,B的能量损失：hf=(ua2-ub2)/2+(PA-Pb)/p=(ua2-ub2)/2+pg R/p=4.41J/k g(2).压强降与能量损失之间满足：Xhf=AP/p AP=phf=4.41x l O316.密度为850k g/m3,粘度为8乂10中3的液体在内径为14mm 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147x l O3Pa,液体流 经多长的管子其压强才下降到127.5x l O3Pa?解：(1)Re=d up/ji=(14x 10 3x l x 850)/(8x 10-3)=1.49x 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-um)当 u=0 时,y2=r2=2pum:.p=r2/2=d2/8当 u=u 平均=0.5 u max=0.5m/s 时,y2=-2p(0.5-1)=d2/8=0.125 d2即 与管轴的距离r=4.95x l 03m(3)在147x 1()3和127.5x 1()3两压强面处列伯努利方程u i2/2+PA/p+Zig=u/12+PB/p+Z2g+2 h f 11 J=U 2 j Zi-Z2-e*Pa/p=Pb/p+E h f损失能量 h 尸(Pa-Pb)/p=(147x103-127.5x103)/850=22.94:流体属于滞流型 摩擦系数与雷若准数之间满足九=64/Re又 h f=Xx(i/d)x 0.5 u 2A i=l 4.95m.输送管为水平管，管长即为管子的当量长度 即：管长为1495m17.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：11产Uma x(y/R)1/7,式中y为某点与壁面的距离，及 y=Rt o试求起平均速度U与最大速度Uma x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&的流体流过2jrrd r的面积的叠加即：V=f oR urx 2jrrd r解：平均速度 u=V/A=JoR urx 2jt rd r/(ttR2)=JoR umax(y/R)1/7x 2:t rd r/(7t R2)=2umax/R15/7J0R(R-r)1/7rd r=0.82umaxu/umax=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U1A1=U2A2 W Fi=r2Ai=4A2 u2=4u由能量损失计算公式Zhf=V(i/d)x(l/2u2)得Zh.产九(t/d)x(l/2ui2)Xhf,2=九(i/d)x(1/2u22)=Q(i/d)x 8(Ui)2=16E h f,i hf 2=1611口19.内截面为1000mmx l 200mm的矩形烟囱的高度为30 Ag。平均分子量为30k g/k mo l,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 101.33x l 03Pa o流体经烟囱时的摩擦系数可取为005,试求烟道气的流量为若干k g/h?解：烟囱的水力半径 m=A/n=(l x l.2)/2(l+1.2)=0.273m当量直径 de=4rH=1.109m流体流经烟囱损失的能量2hf=k*(1/de)*u2/2=0.05x(30/1.109)xu2/2=0.687 u2空气的密度 p空气二 PM/RT=1.21Kg/m3烟囱的上表面压强(表压)P=-p空气g h=1.21x 9.81x 30=-355.02 Pa烟囱的下表面压强(表压)P下二49Pa烟囱内的平均压强 P=(P+P t)/2+Po=101128 Pa由p=PM/RT可以得到烟囱气体的密度p=(30 x 10 3x101128)/(8.314x 673)=0.5422 Kg/m3在烟囱上下表面列伯努利方程P/p=P 下/p+Zg+Z h fZhf=(P-P T)/p-Zg=(-49+355.02)/0.5422-30 x 9.81=268.25=0.687 u2流体流速 u=19.76 m/s质量流量 c os=uAp=19.76x1x1.2x 0.5422=4.63X104 Kg/h20.每小时将2x l 03k g的溶液用泵从反应器 输送到高位槽。反应器液面上方保持 26.7x l O3Pa的真空读，高位槽液面上方为大习题2。附图 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 o若泵效 率为0.7,求泵的轴功率。解：流体的质量流速(os=2x 1()4/3600=5.56 k g/s流速 u=c Os/(Ap)=1.43m/s雷偌准数 Re=d up/|i=165199 4000查本书附图1-29得5个标准弯头的当量长度:5x 2.1=10.5m2个全开阀的当量长度:2x 0.45=0.9m局部阻力当量长度Zie=10.5+0.9=11.4m假定 1/XV2=2 l g(d/)+1.14=2 l g(68/0.3)+1.14=0.029检验 d/(Ex Rex X1/2)=0.008 0.005符合假定即X=0.029:.全流程阻力损失 Z h=(i+e)/d x u2/2+xu2/2=0.029x(50+11.4)/(68x l 03)+4x l.432/2=30.863 J/Kg在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得Pi/p+We=Zg+P/P+Z hWe=Zg+（PP2）/p+S h=15x 9.81+26.7x103/1073+30.863=202.9 J/Kg有效功率 Ne=We x a）s=202.9x 5.56=1.128x l 03轴功率 N=Ne/ri=1.128x l 03/0.7=1.61x l O3W=1.61KW习题21附图I放空“2填料层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 物质进行综 合利用，并避免环境污染。气体流 量为3600m3/h,其物理性质与50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30mm。输气管与 放空管的内径均为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20m,已估计气体 通过塔内填料层的压强降为1.96x l 03Pa o管壁的绝对粗糙度可取 0.15mm,大气压强为101.33x103。求鼓风机的有效功率。解：查表得该气体的有关物性常数p=1.093,11=1.96x 10 5Pa s 气体流速 u=3600/(3600 x4/ttx0.252)=20.38 m/s 质量流量 c os=uAs=20.38x4/ttx0.252x1.093=1.093 Kg/s流体流动的雷偌准数 Re=d up/=2.84X105为湍流型 所有当量长度之和 i总=l+l e=50m 取 0.15 时 s/d=0.15/250=0.0006 查表得 1=0.0189所有能量损失包括出口,入口和管道能量损失即：z h=0.5xu2/2+1xu2/2+(0.0189x 50/0.25)-u2/2=1100.66在1-1、22两截面处列伯努利方程u2/2+Pi/p+We=Zg+u2/2+PJp+Z hWe=Zg+(P2-Pi)/p+Sh而1-1.2-2两截面处的压强差 P2-Pi=P2-p水g h=1665.7 PaA We=2820.83W/Kg泵的有效功率 Ne=We x os=3083.2W=3.08 KW1.96x 10-103x9.81x31x103习题22附图22.如本题附图所示，贮水槽水位维持不变。槽底与内径为 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。压差计连接管内充满了水，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 部分开启时，测的R=400mm,h=1400mmo摩擦系数可取0.025,管路入口处的局部阻力系数为05。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(Pa,表压)。闸阀全开时摩擦系数仍取0.025。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)=p 水银 g R103x(1.5+x)=13.6x103x0.6x=6.6m部分开启时截面处的压强 Pi=p水银g R水g h=39.63x l O3Pa在槽面处和14截面处列伯努利方程 Zg+0+0=0+u2/2+PJp+2 h 而Z h=k(i+Lie)/d+，-u2/2=2.125 u2A 6.6x 9.81=u2/2+39.63+2.125 u2u=3.09/s体积流量(os=uAp=3.09x/4x(0.1)2x3600=87.41m3/h闸阀全开时 取2-2,3-3截面列伯努利方程Zg=u2/2+0.5u2/2+0.025x(15+i/d)u2/2u=3.47m/s取1-1、33截面列伯努利方程Pi/p=u2/2+0.025x(15+i7d)u2/2 A Pi=3.7x l O4Pa23.10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005。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10时的水的密度p=999.7Kg/m3 p=130.77x l 05 Pa e su=Vs/A=10.85x l 03/d2V Z h f=6x 9.81=58.86J/Kgz h 广俱 i/d)u2/2=1150 u2/d假设为滞流入=64/Re=641i/d up:Hf g h f/.d 2000不符合假设,为湍流假设 Re=9.7x l 04 即 d up/Fl=9.7XIO4 Ad=8.34x 10 2m贝!I c/d=0.0006 查表得 Z=0.021要使Zhf WHf g成立则Z150 u2/d 1.82x l 02m习题24附图24.某油品的密度为800k g/m3,粘度为41c P,由附图所示的A 槽送至B槽，A槽的液面比B槽的液面高出l.5m。输送管径为|)89x 3.5mm(包括阀门当量长 度)，进出口损失可忽略。试求：(1)油的流量(n P/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 为若干m?解：在两槽面处取截面列伯努利方程 u2/2+Zg+PJp=u2/2+P2/p+Z h fVP i=P2Zg=Z h Z*(i/d)-u2/21.5x 9.81=X(50/82x103)-u2/2 假设流体流动为滞流，则摩擦阻力系数X=64/Re=64i/d up 联立两式得到u=1.2m/s 核算Re=d up/i=1920 Hf,O-B 0解：（1）离心泵的有效压头总管流速u=VJA而 A=3600 x；t/4x（117）2x l 0 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+We=u2/2+Po/p+Z h f;总管流动阻力不计Z h产0 We=u2/2+Po/p-Zo g=2.32/2+1.93x105/998.2-2x9.81=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Zg+We=Zig+Pi/p+Z h”Zog+We=Z2g+P2/p+Z h 已得到两支管的能量损失分 别为z h 门=Zo g+We-(Zig+Pi/p)=2x 9.81+176.38(16x 9.81+0)=39.04J/KgE h&=Zo g+We-(Z2g+PJp)=2x 9.81+176.38-(8x 9.81+101.33x l 03/998.2)=16.0 J/Kg:.压头损失 Hf l=h n/g=3.98 mHf 2=Sho/g=1.63m,二 27.用效率为80%的齿轮泵将二下三引 粘稠的液体从敞口槽送至密闭I占鬼”容器中，两者液面均维持恒定,金27附图 容器顶部压强表读数为30 x l 03Pao用旁路调节流量，起流程如本题附图所示，主管流量 为14m3/h,管径为q）66x 3mm,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032x 2.5mm,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UOOk g/nP,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 x(7t/4)x(60)2x l 0-6=1.38 m/s旁管流速 ui=VJA=5/3600 x(7t/4)x(27)2x l 0-6=2.43 m/s先计算主管流体的雷偌准数Re=d up/1i=1821.6 U12/2旁路阀门的阻力系数=(We-U12/2 Jui2/220/d i)2/ui2=7.1128.本题附图所示为一输水系统，高 R|一 位槽的水面维持恒定，水分别从BC It 与BD两支管排出，高位槽液面与两 c D 支管出口间的距离为11m,AB段内 习题28附图径为38mm,长为58m；BC支管内径为32mm,长为12.5m；BD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。AB与BC管的 摩擦系数为0.03。试计算：当BD支管的阀门关闭时，BC支管的最大排水量为若干 m3/h?当所有的阀门全开时,两支管的排水量各为若干nP/h?BD支 管的管壁绝对粗糙度为0.15mm,水的密度为1000k g/m3,粘度 为 O.OOl Pa so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。而在高位槽内，水流速度可以认为忽略不计。解：（1）BD支管的阀门关闭Vs,AB=Vs,BC 即uoAo=UiAi Uo 7t 382/4=Ui；r322/4:.uo=0.71ui分别在槽面与C-C,B-B截面处列出伯努利方程0+0+Zog=Ui2/2+0+0+Z h f,Ac0+0+Zig=uo2/2+0+0+Z h f,AB而Z h f,Ac=九,(iAB/d o),Uo2/2+X*(Ibc/d i),Ui2/2=0.03x(58000/38)x u02/2+0.03(12500/32)xU12/2=22.89 u02+5.86 u?Z h f,AB=*Oab/d o),Uq2/2=0.03x(58000/38)xUo2/2=22.89 u02:.Ui=2.46m/sBC 支管的排水量 Vs,bc=Ui4=7.1m3/s 所有的阀门全开Vs,AB=Vs,BC+Vs,BDuqAo=iii Ai+112A2 Uo 7t 382/4=Ui7t 322/4+112 冗 262/4u0382=Ui322+u2262假设在 BD 段满足 l/k1/2=2 l g(d/)+1.14A ZD=0.0317同理在槽面与C-C,D-D截面处列出伯努利方程Zog=Ui2/2+Z h f,AC=Ui2/2+入(iAB/do)-Uo2/2+(iBC/d i)-Ui2/2 Zo g=u22/2+Z h f,AD=U22/2+k*(iAB/d o)*Uo2/2+Zd*(Ibd/d i),U22/2 联立求解得到 Ui=1.776 m/s,u2=1.49 m/s核算 Re=d up/1i=26x 10 3x l.49x l 03/0.001=38.74x l 03(d/)/Re Z1/2=0.025 0.005,假设成立即 D,C 两点的流速 ui=1.776 m/s,ii2=L49 m/sBC 段和 BD 的流量分别为 Vs,bc=32x 10 x(/4)x 3600 x 1.776=5.14 m3/sVs,bd=26x l 0 x(7t/4)x 3600 x l.49=2.58 m3/s29.在O38x 2.5mm的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径 为管中流动的是20C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600mm,试计算管中甲苯 的流量为若干k g/h?解：查本书附表20。时甲苯的密度和粘度分别为p=867 Kg/m3,i=0.675X10 3假设 Re=8.67X104当Ao/Ai=(16.4/33)=0.245时，查孔板流量计的Co与Re,AJA1的关系得到Co=0.63体积流量 Vs=C0A02g R(pA-p)/p1/2=0.63x 7t/4 x16.42x106x 2x 9.81x 0.6x(13.6-0.867)/0.8671/2=1.75x 10 3 m3/s流速 u=Vs/A=2.05 m/s核算雷偌准数Re=d up/|i=8.67X104与假设基本相符:.甲苯的质量流量 Os=Vsp=1.75x l 0 3x 867x 3600=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26m3/h时，泵出 口处压强表和入口处真空表的读数分别为152k Pa和24.7k Pa,轴功率为2.45k w,转速为2900r/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=998.2 Kg/m 3在泵出口和入口处列伯努利方程Ui2/2g+Pi/pg+H=uj/2g+P，pg+Hf+Z;泵进出口管径相同二112不计两测压口见管路流动阻力 Hf=0Pi/pg+H=P2/pg+ZH=(P2-Pi)/pg+Z=0.4+(152+24.7)x103/998.2x9.8=18.46 m该泵的效率 n=QHpg/N=26x18.46x998.2x9.8/(2.45x103x3600)=532%2.用离心泵以40m3/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49k Pa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。试选用合适的离心泵并确定泵的 安装高度。当地大气压按101.33k Pa计。解：,输送的是清水选用B型泵查65时水的密度 p=980.5 Kg/m3在水池面和喷头处列伯努利方程Ui2/2g+Pi/pg+H=Ui2/2g+PJpg+Hf+Z取 111=112=0 则H=(P2-Pi)/pg+Hf+Z=49x103/980.5x9.8+6+(1+4)=15.1 mV Q=40 m 3/h由图2-27得可以选用3B19A 2900 465时清水的饱和蒸汽压Pv=2.544x l O4Pa当地大气压 Ha=P/pg=101.33X103/998.2x 9.81=10.35 m查附表二十三 3B19A的泵的流量:29.5 48.6 m 3/h为保证离心泵能正常运转，选用最大输出量所对应的Hs即 Hs=4.5m输送 65水的真空度 Hs=Hs+(Ha-10)-(Pv/9.81x l 03-0.24)1000/p=2.5m允许吸上高度Hg=Hs-Ui2/2g=2.5-1=1.5m即安装高度应低于L5m3.常压贮槽内盛有石油产品，其密度为760k g/m3,粘度小于 20c St,在贮槽条件下饱和蒸汽压为80k Pa,现拟用65Y-60B型 油泵将此油品以15m3流量送往表压强为177k Pa的设备内。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。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10L33k Pa计.解：查附录二十三65Y-60B型泵的特性参数如下流量 Q=19.8m3/s,气蚀余量h=2.6 m扬程H=38m允许吸上高度 珥=(Po-Pv)/pg-Ah-Hf,0.i=-0.74 m -1.2扬升高度 Z=H-Hf,0.2=38-4=34m如图在14,2-2截面之间列方程u?/2g+Pi/pg+H=u22/2g+P2/pg+Hf,i.2+Z其中 u?/2g=u22/2g=0管路所需要的压头:He=(P2-PO/pg+AZ+Hf,=33.74m Z=34 m 游品流量 Qm=15 m3/s 2x l 05假设成立ui=U2(d 2/d i)2=1.23 m/s允许气蚀余量!=(Pi-P2)/pg+u，/2gPi=Pa-P真空度=28.02 Kpah=(28.02-2.3346)x103/998.2x9.81=2.7 m允许吸上高度 Hg=(Pa-Pv)/pg-h-2Hf,离心泵离槽面道路很短可以看作2珥=0 Hg=(Pa-Pv)/pg-Ah=(101.4-2.3346)x103/(998.2x9.81)-2.7=7.42 m5.水对某离心泵做实验，得到下列各实验数据：Q，L/min0400100500200300H,m37.2 38 37 34.531.8 28.5送液体的管路系统：管径为（|）76x 4mm,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，其内压强为 129.5k Pa(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He与液体流量Qe的关系：He=K+BQe2而 K=AZ+AP/pg且 吸入排出空间为常压设备,AP=0AK=AZ=4.8B=入(i+Lie)/d l/2g(60 x l 03A)2=(0.03x 355/0.068)/2x 9.81(0.0682X7t x 60 x l 03/4)2=1.683x l 04工管道特性方程为：He=4.8+1.683x l O 4Qe2 由下列数据绘出管道特性曲线 He-QeQe山min0100200300400500He,m4.86.4811.5319.9531.7346.88绘出离心泵的特性曲线H-Q于同一坐标系中，如图所示：两 曲线的交点即为该泵在运转时的流量泵的流量为400L/min若排出空间为密闭容器，则 K=AZ+AP/pg=4.8+129.5x103/998.2x9.81=1.802而B的值保持不变，管路的特性方程为He=18.02+1.683x l O 4Qe2 重新绘出管路的特性曲线和泵的特性曲线可以得到泵的流量为310L/minQe,L/min0100200300400500He,m18.0219.7024.7533.1744.9560.106.某型号的离心泵，其压头与流量的关系可表示为H=18-0.6x106q2（H单位为m,Q单位为m3/s）若用该泵从常压贮水 池将水抽到渠道中，已知贮水池截面积为l OOnP,池中水深7m。输水之初池内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Hk O/x l OQZl Hf 单位为m,Q单位为m3/s）。试求将贮水池内水全部抽出所需时 间。解：列出管路特性方程He=K+HfK=AZ+AP/pgV贮水池和渠道均保持常压 J AP/pg=0AK=AZAHe=AZ+0.4x106Q2在输水之初=2mAHe=2+0.4x106Q2联立H=18-0.6x1()6q2,解出此时的流量Q=4x l(T3m3/s将贮水槽的水全部抽出Zug m/.He=9+O.4X1O6Q2再次联立H=180.6x1()6q2,解出此时的流量Q=3x l 0-3m3/sV流量Q随着水的不断抽出而不断变小J 取 Q 的平均值 Q 平均=(Q+Q)/2=3.5x 10 3m3/s 把水抽完所需时间t=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=251x106Q2管路特性曲线方程可近似表示为 H=1O+1X1O6Q2 两式中Q的单位为m3/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+l x l O5Qe2=2x(25-1x106Q2):.Qe=0.436x l 02m2/s并联Q=QJ225-1x106x Qe2=10+l x l 05(QJ2?：.Qe=O.383x l O 2m2/s总送水量 Qe=2 Qe=0.765x l 0 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1250k g/m3 的液体输送到表压强为l.28x l 06pa的塔内，贮罐液面比塔入口 低10m,管路系统的总压头损失为2m,已知泵活塞直径为 70mm,冲程为225mm,往复次数为2001/min,泵的总效率和 容积效率为0.9和0.95。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=3x 7t/4 x(0.07)2x0.025x200=0.52m3/min实际流量 Q=Qt=0.95x0.52=0.494 m3/min泵的压头 H=AP/pg+Au2/2g+EHf+Z 取/2g=0=AP/pg+EHf+Z=1.28x106/1250 x9.81+2+10=116.38m轴功率 N=HQp/102n=13.05 Kw 9.用一往复泵将密度为1200k g/m3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5m3/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12m2,B槽截面 积为4.15m2。液体在管中流动时摩擦系数为004。试求把25m3 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He=K+BQe2而 K=AP/pg+Au2/2g+ZVA,B槽上方均大气压:.AP/p