化工原理课后答案.pdf

绪 论【0-1】1m3水中溶解0.05kmo l CO2,试求溶液中C（）2的摩尔分数，水的密度为 1000kg/m3o解水 l OOOkg/m，=与乎kmo l/m：ioC（）2 的摩尔分数 1=-6标=8.99X10-40.05+当器 l o【0-2】在压力为101325Pa、温度为25条件下，甲醇在空气中达到饱和状态。试求：（1）甲醇的饱和蒸气压力；（2）空气中甲醇的组成，以摩尔分数Na、质量分数训a、浓度 质量浓度Pa表示。解（1）甲醇的饱和蒸气压力：、-19736 2；修黑 6 =16.9kPa（2）空气中甲醇的组成摩尔分数16.9 ,=10 325=-167岳以八制r 0.167X32 八ic i质量分数 3 a=o.167X32+(1 0.167)X29=0-181浓度-6.82X10-3 kmo l/m31 o.o 14 A Zyo质量浓度 pA=g M=6.82X107X32=0.218 kg/m30-3 1 1000kg的电解液中含NaOH质量分数10%、Na。的质量分数10%、耳。的质 量分数80%,用真空蒸发器浓缩，食盐结晶分离后的浓缩液中含NaOH 50%、NaCl 2%、H2（）48%,均为质量分数。试求：（1）水分蒸发量；（2）分离的食盐量；（3）食盐分离后 的浓缩液量。在全过程中，溶液中的NaOH量保持一定。解电解液1000kgNaOH 1000X0.l=100kgNaOH 1000X0.l=100kg H2()1000X0.8=800kg浓缩液中NaOH 3=0.5（质量分数）NaCl w=0.02（质量分数）H2O 3=0.48（质量分数）在全过程中，溶液中NaOH量保持一定，为100kg浓缩液量为100/0.5=200kg200kg浓缩液中，水的含量为200X0.48=96kg,故水的蒸发量为800-96=704kg 浓缩液中NaCl的含量为200X0.02=4k g,故分离的NaCl量为100 4=96kg1PDF 文件使用pdf Factory Pr o试用版本创用 www.f i nepri 第一章流体流动流体的压力【1-1】容器A中的气体表压为60kPa,容器B中的气体真空度为1.2X104Pa。试 分别求出A、B二容器中气体的绝对压力为若干帕，该处环境的大气压力等于标准大气 压力。解标准大气压力为101.325kPa容器 A 的绝对压力 2A=101.325+60=161.325 kPa容器B的绝对压力 力b=10L 325 12=89.325 kPa1-2某设备进、出口的表压分别为一12kPa和157kPa,当地大气压力为101.3kPa。试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。解 进口绝对压力/进=101.3 12=89.3 kPa出口绝对压力 力出=101.3+157=258.3 kPa进、出口的压力差力=157（-12）=157+12=169kPa或3=258.3-89.3=169 kPa流体的密度1-3 正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩尔分数为0.4,试求该混合液在20下 的密度。解 正庚烷的摩尔质量为100kg/m正辛烷的摩尔质量为114kg/m:将摩尔分数换算为质量分数正庚烷的质量分数-0.4X100+06 X114-Q-3 6 9正辛烷的质量分数 w2=l-0.369=0.631从附录四查得20下正庚烷的密度化=684kg/m3,正辛烷的密度为e=703kg/m，。混合液的密度外=0.369；0.631=696 kg/m，684+703温度20七,苯与甲基按4:6的体积比进行混合，求其混合液的密度。解20时，苯的密度为879kg/m二甲苯的密度为867kg/n?。混合液密度 pm=879X0.4+867X0.6=871.8 kg/m315有一气柜，满装时可装6000n?混合气体，已知混合气体各组分的体积分数为PDF 文件使用pdf Factory Pr o试用版本创用 www.f i nepri h2 n2 co co2 ch,0.4 0.2 0.32 0.07 0.01操作压力的表压为5.5kPa,温度为40。试求：（1）混合气体在操作条件下的密度;（2）混合气体的量为多少kmo l o解 T=273+40=313K,/=101.3+5.5=106.8kPa（绝对压力）混合气体的摩尔质量Mm=2X0.4+28X0.2+28X0.32+44X0.07+16X0.01=18.6 kg/kmo l（1）混合气体在操作条件下的密度为 _106.8X18.6 一,3Pm RT 8.314X313 763 kg/m（2）混合气体V=6000m3,摩尔体积为%=君/m/kmo l Pm 0.763混合气体的量为 V 6000X0.763,=叵=-1T6=246 kmo l Pm流体静力学1-6如习题1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中,管中水柱较水槽液面高出2m,当地大气压力为103.2kPa。试求：（1）管子上端空间的绝对 压力；（2）管子上端空间的表压；（3）管子上端空间的真空度；（4）若将水换成四氯化碳,管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米？解 管中水柱高出槽液面2m,/2=2m水柱。（1）管子上端空间的绝对压力P绝在水平面11处的压力平衡，有P绝+pgh=大气压力力绝=101200 1000X9.81X2=81580 Pa（绝对压力）（2）管子上端空间的表压户表p表=力绝一大气压力=81580 101200=-19620 Pa（3）管子上端空间的真空度夕真p戛-一夕表=-（-19620）=19620 Pa（4）槽内为四氯化碳，管中液柱高度/小Pec。常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为pc j=1594 kg/m3/,1000X2 ih 1-25 m习题1-6附图1-7在20P条件下，在试管内先装入12c m高的水银，再在其上面装入5c m高的水。水银的密度为13550kg/m3,当地大气压力为101kPao试求试管底部的绝对压力为多少Pa。3PDF 文件使用pdf Factory Pr o试用版本创用 www.f i nepri 解 水的密度网=998kg/n?夕=101 X 103+（0.12X 13550+0.05X998）X9.81=117.4X103 Pa1-8如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为1250kg/n?的液体，液面高度为 3.2m。容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为2m及1m,容器上部空间的压 力（表压）为29.4kPa。试求：（1）压差计读数（指示液密度为1400kg/m3）；（2）A、B两 个弹簧压力表的读数。解 容器上部空间的压力2=29.4kPa(表压)液体密度0=125Okg/m3,指示液密度p=1400kg/m3(1)压差计读数R=?在等压面1 1上，=戈px=p+(3.21+/i R)pgp=/+(3.2 2+l+)pg+R pgp+(2.2+/z+R)pg=+(2.2+九)pg+R p()gR g(p0p)=0因 g(p0p)#0,故 H=0(2)力a=P+(3.1 l)pg=29.4X 103+2.2X 1250X9.81=56.4X 10,Pa九=力+(3.2 2)pg=29.4X 103+l.2X 1250X9.81=44.1X 103 Pa【1-9】如习题1-9附图所示的测压差装置，其U形压差计的指示液为水银，其他管中4PDF 文件使用pdf Factory Pr o试用版本创用 www.f i nepri 皆为水。若指示液读数为R=150mm,试求A、B两点的压力差。解等压面1 1,px=pP=PHp7感p=加一(0.5+H+R)p水 g+R p超 由以上三式，得Pn-Pv.=-(0.5+B)0貂已知 K=0.15m,=13600kg/m3,pxpb=0.15X 13600X9.81(0.5+0.15)X1000X9.81=13.64X 103Pa=13.64 kPa(1-101常温的水在如习题170附图所示的管路中流动，为测量A、B两截面间的压力 差，安装了两个串联的U形管压差计，指示液为汞。测压用的连接管中充满水。两U形管 的连接管中，充满空气。若测压前两U形压差计的水银液面为同一高度，试推导A、B两 点的压力差与液柱压力计的读数R i、&之间的关系式。习题1-10附图解 设测压前两U形压差计的水银液面，距输水管中心线的距离为H。在等压面22处p2=pA+(H+?)。水 g+(1)p*凡=九+(H净)0K+R 2P 超因p2=M，由上两式求得Pk pa=(Ri-R2)(伟O水)g因作;P水故 2ADb=(R 1+长2 乂年号)gri-in 为了排除煤气管中的少量积水，用如习题i-ii附图所示水封设备，使水由煤5PDF 文件使用pdf Factory Pr o试用版本创用 www.f i nepri 气管路上的垂直管排出。已知煤气压力为l OkPa(表压)，试计算水封管插入液面下的深度 h最小应为若干米。P=10kPa(表压)习题1-11附图解10X1J.pg 1000X9.811.02 m流量与流速1-12有密度为1800kg/n?的液体，在内径为60mm的管中输送到某处。若其流速为 0.8m/s,试求该液体的体积流量(n?/h)、质量流量(k g/s)与质量流速kg/(m2 s)。解 体积流量 qv=yd2u=XQ.062 X0.8=2.26X 10-3m3/s=8.14 m3/h(2)质量流量 q,n=qvp=2.26X 10-3 X 1800=4.07 kg/s(3)质量流速以 4.07W=A=-4X0.062 41440 kg/(m2,s)11-13 1如习题173附图所示的套管式换热器，其内管为。33.5mmX 3.25mm,外管为 60mmX3.5mmo内管中有密度为1150kg/m3、流量为5000kg/h的冷冻盐水流动。内、外管之 间的环隙有绝对压力为0.5MPa,进、出口平均温度为0,流量为160kg/h的气体流动。在 标准状态下(0,101.325kPa),气体的密度为1.2kg/m3。试求气体和盐水的流速。解液体 p=1150 kg/m3内管内径 d内=33.5 3.25X2=27mm=0.025 m液体质量流量q,=5000kg/h,体积流量%=*监m/hJ.1.0 v5000/1150=2.llm/s流速液=-.编 3600XyX0.0272 气体质量流量1 60 kg/h,密度4=1.2X(m2-=5.92 kg/n?1V 1.J 乙 J 体积流量(lv m/h6PDF 文件使用pdf Fact or y Pr o试用版本创用 www.f i nepri 盐水气体 习题173附图g，2=l()t/h习题1-14附图加=2 0l/h160/5.92流速 M气=5.67 m/s3600X4（0-0532-0.03352）41-14如习题1-14附图所示，从一主管向两支管输送20的水。要求主管中水的流 速约为L 0m/s,支管1与支管2中水的流量分别为20t/h与10t/ho试计算主管的内径，并 从无缝钢管规格表中选择合适的管径，最后计算出主管内的流速。解 水，Z=20,/?=998.2kg/m31000 kg/m3主管的流量 qm 4-Q）n2=20+10=30t/h=30X 103 kg/h体积流量 为=30m/h,流速=1.0m/s管径d=7T V 3600X0.785X 1.0铲300.103m=103 mm选择108mmX4mm无缝钢管，内径为=100mm,王加；由汇3/、由 以/3600 30/3600,”/主管内水的流速 u=-=-=1.06 m/s；小？x（o.1）24 4连续性方程与伯努利方程115常温的水在如习题1-15附图所示的管路中流动。在截面1处的流速为0.5m/s,管内径为200mm,截面2处的管内径为100mm。由于水的压力，截面1处产生1m高的水 柱。试计算在截面1与2之间所产生的水柱高度差为多少（忽略从1到2处的压头损失）？解W10.5 m/s=0.2 m,d2=0.1 mU2 U0.5X 2=2 m/sP I U _ Pi I U2万 2一万 2p Pl 一说 _22一。5：P、P=P 一%=L 875P=1.h-=_ _ _1875_ _pg 1000X9.811.875875X1000=1875 Pa0.191m=191 mm227PDF 文件使用pdf Factory Pr o试用版本创用 www.f i nepri 习题1-15附图 习题1-16附图另一计算法P U _ P 2 U2 pg 2g pg 2g计算液柱高度时，用后一方法简便。11-161在习题1-16附图所示的水平管路中，水的流量为2.5L/s。已知管内径|=5c m,2=2.5c m,液柱高度，2|=l m。若忽略压头损失，试计算收缩截面2处的静压头。解 水的体积流量 qv=2.5L/s=2.5X10-3m3/s,截面 1 处的流速 w,-2,X 10=1.274 m/s广O截面2处的流速2=1(夕)=1.274 X(；晨)=5-1 m/s 在截面1与2之间列伯努利方程，忽略能量损失。P _Pi U2忌+布=港十次人=心+皆=1+匕兽=1+0.025pg 2 2一(1.274)2,(5.I)21+0-25+l x 8T=/22+2x 8i截面2处的静压头九2=-0.218m水柱负值表示该处表压为负值，处于真空状态。1-17如习题1-17附图所示的常温下操作的水槽，下面的出水管直径为657mm义 3.5mm。当出水阀全关闭时，压力表读数为30.4kPa。而阀门开启后，压力表读数降至 20.3kPao设压力表之前管路中的压头损失为0.5m水柱，试求水的流量为多少n?/h。8PDF 文件使用pdf Factory Pr o试用版本创用 www.f i nepri 解 出水阀全关闭时，压力表读数30.4kPa（表压）能反映出水槽的水面距出水管的高度,_ p _ 30.4X10 港一IO X9.813.1 m阀门开启后，压力表读数02=20.3kPa（表压）从水槽表面至压力表处的管截面列出伯努利方程，以求出水管的流速处Zj=h=3.1m,-H=0.5m水柱2O.3X1O W r d 103X9.81 2X9.81Uu2=3.23 m/s 4000湍流 f J.U o yo/X 1011-23 1(1)温度为20C、流量为4L/s的水，在057mm X 3.5mm的直管中流动，试 判断流动类型；(2)在相同的条件下，水改为运动黏度为4.4c m2/s的油，试判断流动类型。解(1)d=0.05m,c/v=4X10-3m3/s,=1.005X 10-3Pa s,p=998.2kg/m3流速 u=I。-=2.038 m/s与d 3X(0.05)2 4 4雷诺数&=詈=*笥然普送=1.01X1054000为湍流(2)t?=4.4c m2/s=4.4X 10-4m2/s雷诺数R e=唔去毕=2322000为层流u 4.4X 101-24 2(TC的水在0219mmX6mm的直管内流动。试求：(1)管中水的流量由小变 大，当达到多少好/s时，能保证开始转为稳定湍流；(2)若管内改为运动黏度为0.14c m2/s的某种液体，为保持层流流动，管中最大平均流速应为多少？解(1)水，20,p=998.2kg/m3,幺=1.005X l OTPa s,4=0.207m11PDF 文件使用pdf Factory Pr o试用版本创用 www.f i nepri D dup see 0.270XX998.2 A Ain4C/R e=冒 4000=1.005义10 3”=。.01945 m/s体积流量 Qv=y i/2w=y X(0.207)2 X0.01945=6.54X 10-4 m3/s(2)t?=0.14c m2/s=0.14X10-4 m2/sRT 2 000=0,14Xi =6 135 m/s管内流体流动的摩擦阻力损失1-25如习题1-25附图所示，用U形管液柱压差计测量等直径管路从截面A到截面 B的摩擦损失2儿。若流体密度为p,指示液密度为化，压差计读数为R。试推导出用读数 R计算摩擦损失X阳的计算式。习题1-25附图解 从截面A到截面B列伯努利方程，截面A为基准面，则得=Hg+X/2f P=pAps=Hpg+pht（1）液柱压差计11为等压面Pa+R pg=Pb+Hpg+Kp（g（2）P=PlPb=R（p。-p）g+Hpg由式（1）与式（2）得 X/2f=K（P一）gP此式即为用U形管压差计测量流体在两截面之间流动的摩擦损失的计算式。1-26如习题1-26附图所示，有057mmX 3.5mm的水平管与垂直管，其中有温度为 2（TC的水流动，流速为3m/s。在截面A与截面B处各安装一个弹簧压力表，两截面的距离 为6m,管壁的相对粗糙度/。=0.004。试问这两个直管上的两个弹簧压力表读数的差值是 否相同？如果不同，试说明其原因。12PDF 文件使用pdf Factory Pr o试用版本创用 www.f i nepri 习题1-26附图如果用液柱压差计测量压力差，则两个直管的液柱压力计的读数R是否相同？指示液 为汞，其密度为13600kg/m3。解 已知管内径=0.05m,水的温度2=20密度 p=998.Zkg/m3,黏度/=1.004X 10 3Pa s,流速 a=3m/s雷诺数&=华=；除葭渭2=1.49X105湍流管壁相对粗糙度5=0.004查得摩擦系数;1=0.0293这两个直管的摩擦损失相同，为I 况 2 6 3,(=A-=0.0293XX15.8 J/kg(1)弹簧压力表读数之差值水平管在A、B两截面列伯努利方程必+段+集g ZB+居因 Za=Zb，a=b，故得p-p=io Af=998.2X 15.8=15770Pa=15.77 kPa垂直管在A、B两截面间列伯努利方程，以截面为基准面，Za=0,6m 9 a=b管必+小DapB=pg ZB+p/if=998.2X9.81X6+998.2X 15.8=74530Pa=74.53 kPa13PDF 文件使用pdf Factory Pr o试用版本创用 www.f i nepri 上述计算结果表明，垂直管的以一加大于水平管的夕A力B。这是因为流体在垂直管 中从下向上流动时，位能增大而静压能减小。（2）U形管液柱压差计的读数K水平管与前面相同，由伯努利方程得P Pb=Pf另从U形管压差计等压面处力的平衡，求得0A+R pg=%+Hp汞 gR_ PlP*g(p 汞 一 p)由式(a)与式(b),求得(a)(b)R=g()=9 81 署/M8.2)=8 1276m 汞柱=127.6mm 汞柱垂直管与前面相同，由伯努利方程得PpB=pgL+pht（c）另从U形管压差计等压面处力的平衡，求得Pa+R pg=0B+Lpg+R伟 gr=Pa*T 譬（d）g（p汞一p）由式（c）与式（d）,求得从上述推导可知，垂直管与水平管的液柱压差计的读数R相同。有了读数R值，就可 以分别用式（b）及式（d）求得水平管及垂直管的（九一九）。1-27有一输送水的等直径（内径为d）垂直管路，在相距H高度的两截面间安装一 U形管液柱压差计。当管内水的流速为a时，测得压差计中水银指示液读数为K。当流速由 增大到小时，试求压差计中水银指示液读数R是R的多少倍。设管内水的流动处于粗糙 管完全湍流区。解 从习题2-25与习题2-28可知，U形管液柱压差计的读数R与两截面间流体流动的 摩擦损失阳成正比，即夫8砥。又知道，在粗糙管完全湍流区为阻力平方区，即摩擦损失小与流体流速比的平方成正 比，自由上述分析可知R u2因此 警=4r=r411-28水的温度为10,流量为330L/h,在直径057mmX 3.5mm、长为100m的直 管中流动。此管为光滑管。（1）试计算此管路的摩擦损失；（2）若流量增加到990L/h,试 计算其摩擦损失。解 水在 10时的密度 p=999.7k g/n?,黏度/=1.306 X 10 Pa s,4=0.05m,/=14PDF 文件使用pdf Fact or y Pr o试用版本创用 www.f i nepri 100m,光滑管。(1)体积流量 q y=330L/h=0.33m3/h流速0.33 八ch/u=-=-=0.0467 m/s3600X与小 3600X4X0.0524 4雷诺数d _ dup_ 0.05 X0.0467 X999.曰武Re p 1,306X 10-1787 层流摩擦系数64 _ 64入一应一闲 一0358摩擦损失,.1 u2 9CO v 100(0.0467)2 n7O1/J(-A d 2-0.0358XQ Q5X 2-0.0781 J/kg（2）体积流量 q y=990L/h=0.99 mh因流量是原来的3倍，故流速u=0.0467X3=0.14m/s雷诺数Ke=1787X3=5360湍流对于光滑管，摩擦系数;I用Bl asius方程式计算_0.3I64_ 0.3164A-Re-25(5360产=0.037也可以从摩擦系数A与雷诺数R e的关联图上光滑管曲线上查得，入=0.037。摩擦损失 储=入-X=0.037X与X（8；4）；=0.725 J/kg Ci Li v U 0 乙1-29试求下列换热器的管间隙空间的当量直径：（1）如习题1-29附图（a）所示,套管式换热器外管为6219mmX 9mm,内管为0114mmX 4mm；（2）如习题1-29附图（b）所示，列管式换热器外壳内径为500mm,列管为。25mmX2mm的管子174根。习题1-29附图解（1）套管式换热器，内管外径/=0.114m,外管内径刈=0.201m当量直径 de=d2 dx=0.201 0.114=0.087m（2）列管式换热器，外壳内径42=0.5m,换热管外径4=0.025m,根数=174根孑（必一片）兀（2 nd）当量直径4=4X(0.5)2 174X(0.025万-0.5+174X0.025=0.0291m1-3 0常压下35的空气，以12m/s的流速流经120m长的水平管。管路截面为长方形，高300mm,宽200mm,试求空气流动的摩擦损失，设京=0.0005。解 空气，Z=35,p=L 147kg/m3,幺=18.85X10Tpa s,流速=12m/s。管路截 面的高 a=0.3m,宽 6=0.2m。,Za ba十。当量直径2X0.3X0.20.3+0.2=0.24m15PDF 文件使用pdf Factory Pr o试用版本创用 www.f i nepri 雷诺数 R e=&罐=2篙浅小竺=1.75X105湍流 l o.o o X 10京=0.0005,查得;1=0.0192,Z=120m摩擦损失 储=入 W=0.0192X，券X1.)-=691 J/kga乙 u乙4 乙1-3 1把内径为20mm、长度为2m的塑料管弯成倒U形，作为虹吸管使用。如习题 1-31附图所示，当管内充满液体，一端插入液槽中，另一端就会使槽中的液体自动流出。液 体密度为1000kg/n?,黏度为l mPas。为保持稳定流动，使槽内液面恒定。要想使输液量 为L 7mh,虹吸管出口端距槽内液面的距离需要多少米？解 已知=0.02m,I=2m,p=103kg/m3,/z=ImPa,s,体积流量 为=1.7m3/h,声、击%/3600 1.7/3600 1/流速u=-=-=1.504m/s习题1-31附图从液槽的液面至虹吸管出口截面之间列伯努利方程式，T+(滤%=蛔/。2言&,4 jl000=3.01 X 10湍流(I 1 X 10 d光滑管;1=0.0235,管人口突然缩小。=0.5U形管(回弯头)工=1.5=(1+0.0235X-1-+0.5+1.5)；，裂)；=0.617m U U N/lj z y o.L1-3 2如习题1-32附图所示，有黏度为1.7mPa s、密度为765kg/m3的液体，从高 位槽经直径为e114mmX4mm的钢管流入表压为0.16MPa的密闭低位槽中。液体在钢管中 的流速为l m/s,钢管的相对粗糙度“d=0.002,管路上的阀门当量长度4=504。两液槽 的液面保持不变，试求两槽液面的垂直距离口。解 从高位槽液面至低位槽液面之间列伯努利方程计算口，低位槽液面为基准面。力 1=0(表压)，=0.16 X 106Pa,两槽流速处=2=0,Z=H,Z2=0,管内流速 =l m/s,管径 d=0.106m液体密度 p=765kg/m黏度/=1.7X10-3 Pa s16PDF 文件使用pdf Fact or y Pr o试用版本创用 www.f i nepri 雷诺数 母=%=三罂(=4.77X104湍流/z 1.7X10/。=0.002,查得入=0.0267管长2=30+160=190m,阀门乡=50,高位槽的管入口工=0.5,低位槽管出口工=1,90弯头（=0.75“磅十卜竽+苫源0.16XI06765X9 81 十0.0267X（*13+50）+0.5+1+0.75K=23.9 mL U.1 Uo/z x y.o i1-3 3 如习题1-33附图所示，用离心泵从河边的吸 水站将20t的河水送至水塔。水塔进水口到河水水面的垂 直高度为34.5m。管路为0114mm X 4mm的钢管，管长 1800m,包括全部管路长度及管件的当量长度。若泵的流 量为30m3/h,试求水从泵获得的外加机械能为多少？钢管的相对粗糙度导=0.002。c l解 水在 20时 p=998.2kg/n?,=1.004X 10-3Pa sd Q.106m,Z+/c=1800m,流量=30m3/h、.、击 q j 3600 30/3600 n.o/流速 u-=-=0.9448 m/s（0.106）2 4 4r 106X0.9448X998.2住 1.004X 10-习题1-33附图=9.96X104查得 A=0.0252摩擦阻力损失 X/2f=入宁5=0.0252X*X).笋，189.5 J/kg a 乙 o.l ub z以河水水面为基准面，从河水水面至水塔处的水管出口之间列伯努利方程。W=Z2+-+Z2=34.5 m 习题1-34附图(0 9448=34.5X9.81+189,5=528 J/kg1-3 4如习题1-34附图所示，在水塔的输水管设计过程 中，若输水管长度由最初方案缩短25%,水塔高度不变，试求 水的流量将如何变化？变化了百分之几？水在管中的流动在阻力 平方区，且输水管较长，可以忽略局部摩擦阻力损失及动压头。解 在水塔高度H不变的条件下，输水管长度缩短，输 水管中的水流量应增大。从水塔水面至输水管出口之间列伯努利方程，求得W=SHf=A-X17PDF 文件使用pdf Factory Pr o试用版本创用 www.f i nepri 因水塔高度H不变，故管路的压头损失不变。管长缩短后的长度/与原来长度/的关系为/=().75/在流体阻力平方区,摩擦系数恒定不变，有1=义/(/)d 2 g=A 7国产、/U2一=4次0.75Z(/)d 2 g故流速的比值为uu1.155流量的比值为=1.155 流量增加了 15.5%管路计算【1-35】用e168mmX9mm的钢管输送流量为60000kg/h的原油，管长为100km,油管最 大承受压力为15.7MPao已知50时油的密度为890kg/m3,黏度为181mPa s。假设输油管 水平铺设，其局部摩擦阻力损失忽略不计，试问为完成输油任务，中途需设置几个加压站？解 d=0.15m,I 100km,qm 60000kg/hp 890kg/m3,=181mPas 60000/3600 0 c i。h 3/%=-890-=6 01873 ms0.01873 1 /u=-=-=1.06 m/s与出与X(0.15)2 4 4Re 4”夕 _0.15X1 06X890181X10-782层流入=悬=.0818因为是等直径的水平管路，其流体的压力降为”=pX/if=m-y=890X0.0818XyXy=2.73X 107Pa=27.3 MPa油管最大承受压力为15.7MPa加压站数n=1|=1.74 15.7需设置2级加压，每级管长为50km,每级的p=27.3/2=13.65MPa,低于油管最大 18PDF 文件使用pdf Factory Pr o试用版本创用 www.f i nepri 承受压力。【1-36如习题1-36附图所示，温度为20C的水，从水塔用6108mmX 4mm钢管，输 送到车间的低位槽中，低位槽与水塔的液面差为12m,管路长度为150m(包括管件的当量 长度)。试求管路的输水量为多少n?/h,钢管的相对粗糙度4=0.002。解 水，r=20,(0=998.2kg/m3,/z=1.004 X10-3Pa s由伯努利方程，得管路的摩擦阻力损失为SAr=Hg=12 X9.81=118 J/kg管内水的流速“未知，摩擦系数人不能求出。本题属于已知/=150m、d=0.Im.1=0.002、SA(=118J/kg,求说与以 的问题。一廨“耘）=/2*0 1义1%”0.002 251 X 1.004X 10-/150 N 150 g 3.7 d 0.1X998.2N 2X0.1X1182.55 m/s验算流动类型 及=%J 1义,2=2.54X 105湍流fi 1.004 X 10体积流量 Qv=y J2w X36OO=yX(O.1)2 X2.55X3600=72.1 mh1-3 7J如习题1-37附图所示，温度为2(TC的水，从高位槽A输送到低位水槽B,两 水槽的液位保持恒定。当管路上的阀门在一定的开启度下，水的流量为1.7mh,试计算所 需的管径。输水管的长度及管件的当量长度共为42m,管子为光滑管。另外，当阀门关闭 时，水不流动，阀前与阀后的压力表读数分别为80kPa与30kPa。本题是计算光滑管的管径问题。虽然可以用试差法计算，但不方便。最好是用光滑管的 摩擦系数计算式4=常写(适用于2.5X103R e105)与乂32(0.075尸=5.02X105H=10+5.02X 105一(2)工作点的流量与扬程管路特性曲线的qv与H计算值如下Qv/m3 s-1 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005U/m 10 10.5 12 14.5 18 2 2.60.006 0.007 0.00828 3 4.6 42.1工作点流量 Qva=6 0045mVs,扬程=8m H2（）（3）将工作点流量从q yA=0.0045m3/s调节到,c=0-0035ms,泵的转速应由2900r/min调节到多少转速？24PDF 文件使用pdf Factory Pr o试用版本创用 www.f i nepri 将4c=0-0035m3/s代入管路特性方程，求得 Hc=10+5.02X 105 X(0.00352)=16.1 m H2()等效率方程H=K小系数 3 1X106得等效率方程 H=1.31X106公等效率方程的计算值如下Qv/m3 s-1 0 0.001 0.002 0.003 0.004/7/m 0 1.31 5.24 11.8 21从=2900r/min的泵特性曲线与等效率曲线的交点D,得到gVD=0.004 ms,=21 m H2()0.00452 6.5W3:超咨/管路特性曲线/=2 900r/min/心泵特性曲线G效率曲线0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01流量s1习题2-4附图流量为qVc=0.0035m3/s时的转速为c=d-=2900 X=2540 r/min Qvn U也;“00=空理 X100=12.4%ti p y o u转速变化小于20%,效率基本不变。离心泵的并联及串联2-5若习题2-4第2向改为两台泵并联操作，管路特性曲线不变,流量与扬程。试求泵工作点的25PDF 文件使用pdf Fact or y Pr o试用版本创建 www.f i nepr i 解 习题2-5附图中点A为工作点流量外,=。0053m3/s,扬程H=23.7m水柱2-6若习题2-4第2向改为两台泵串联操 作，管路特性曲线不变，试求工作点的流量与 扬程。解习题2-6附图中点A为工作点，流量 qv=0.0061m3/s,扬程 H=30.02m水柱0 0.002 0.004 00()6 0.008 0.01习题2-6附图习题2-5附图离心泵的安装图度2-7用型号为IS65-50-125的离心泵，将敞口水槽中的水送出，吸入管路的压头损失 为4m(H2O),当地环境大气压力的绝对压力为98kPa。试求：(1)水温2(TC时泵的安装高度，(2)水温80C时泵的安装高度。解 已知环境大气压力2=98kPa(绝对)吸入管ZF=4m(H2O),查得泵的汽蚀余量M=2m(1)20的水，饱和蒸气压人=23.38kPa,密度p=998.Zkg/n?最大允许安装高度为r r%一%A/口(98 23.38)X103口决许=一一戏产 998.2X9.81-2 4=1.62 m输送20水时，泵的安装高度Hgl.62m(2)80的水，饱和蒸气压=47.38kPa,密度 p=971.8kg/n?最大允许安装高度为26A S H(=(98 47.38)X10：-971.8X9.81-2 4=0.69 mPDF 文件使用pdf Factory Pr o试用版本创用 www.f i nepri 输送80水时，泵的安装高度Hg9781-2-SHf-3.66-EHf第（2）方案的安装高度Hg=7m,大于H院许，不能完成输送任务。第（1）方案的安装高度Hg=1m若一113.66 ,则X Hf3 m/s子义(0.3产4 1 4排出管风速“2=%(幺)”=15.3X(粽=22 m/sZ=20,力=101.325kPa 下，空气密度 p=1.205 kg/m3进口动压的=L 2 05XJ5.3)2=4 pa出 口动压 为2=年=1.25：(22)2=292 Pa进口静压 心=150 Pa,出口静压入2=230 Pa全风压 p,=(a2+九2)一(。“十九1)=(230+292)(150+140)=532 Pa静风压 p*=p、设=532 292 240 Pa已知轴功率P=0.81kW=810 W29PDF 文件使用pdf Factory Pr o试用版本创用 www.f i nepri 有效功率 P=532X390=576 W何双人华 人3600 3600 J。全风压效率广布=亲=0.711 1 o 1U2-13 仓库里有一台离心式通风机，其铭牌上的流量为1.27 X 103m3/h,全风压为 1.569kPao现想用他输送密度为L Okg/n?的气体，气体流量为1.27X ICTm/h,全风压为 1.3kPao试问该风机是否能用？解 通风机铭牌上的风量与全风压是在标准条件(2(TC,10L 325kPa)下用空气测定 的，标准条件下空气的密度为L 2k g/m:现在把气体在操作条件下的流量L 27X 103m3/h及全风压L 3kPa换算为标准条件下的 风量为，0及全风压P,o O1.27X103 X 1.0 、3 3”qVQ-pg-=L 058 义 103 m/h1 9pt 0=l.3Xp=l.56 kPa被输送气在标准条件下的风量及全风压都稍低于通风机铭牌上的风量及全风压，该风机 可以使用。2-14有温度为25、流量为60m3/min的空气，从l Ol kPa压缩到505kPa(均为绝 对压力)，绝热指数为1.4,试求空气绝热压缩后的温度，并求等温压缩和绝热压缩所需理 论功率，假设为理想气体。L 1 1.4 1解(1)4=不缺)”=(273+25)(存厂=472K=199(2)缪In僵)=8+3玲2 98kl=137.5 kj/kgp=l.185 kg/m3,Q 60 m3/min=1 m3/s流量 G=1X 1.185=1.185 kg/s功率 P*。=W,s0G=137.5X 1.