《化工原理I》計(jì)算題

1、1. （20分）如圖所示，油在光滑管中以u(píng)=2m/s的速度流動(dòng)，油的密度=920kg/m3，管長(zhǎng)L=3m，直徑d=50mm，水銀壓差計(jì)測(cè)得R=15.0mm。試求： （1）油在管中的流動(dòng)形態(tài)； （2）油的粘度；（3）若保持相同的平均流速反向流動(dòng)，壓差計(jì)讀數(shù)有何變化？層流：=64/Re；湍流：=0.3164/Re0.25。解： 1 2 A B R C D （1）列1截面和2截面間柏努利方程，取2截面為基準(zhǔn)面pD = pD pC = p2 +（Z2 ZA）g + R0gpD = p1 + （Z1 Z2）g +（Z2 ZB）g + Rgp1 p2 = R（0 -）g -（Z1 Z2）gR（0 -）g

2、= p1 p2 +（Z1 Z2）g（J/kg）設(shè)管中為湍流： Re = 1.224×105 > 2000 （湍流） 油在管中為湍流流動(dòng) （8分）（2） （cP） （4分）（3）列1截面和2截面間柏努利方程，取2截面為基準(zhǔn)面 hf= hf |Z2 Z1| = |Z1 Z2| |p2 p1| = |p1 p2| 即壓差計(jì)讀數(shù)R不變，但左邊低右邊高。 （8分）2. （20分）如圖所示，已知：D = 100mm，d = 50mm，H = 150mm，氣= 1.2kg/m3。當(dāng)U形管讀數(shù)R = 25mm時(shí)，將水從水池中吸入水平管中，問(wèn)此時(shí)氣體流量V為多少m3/s（阻力可忽略）。 Pa R

3、 1 Hg d 氣體 2 0 D Pa 2 H 1 水解：以0截面為基準(zhǔn)，列截面1和截面2之間的柏努利方程 p1 = HgRg = 13600×0.025×9.81 = 3335(Pa)p2 = -H水g = -0.15×1000×9.81 = -1472(Pa) (m/s)3. （16分）如圖示循環(huán)管路，離心泵的安裝高度Hg=3m，泵特性曲線可近似表示為：H=23-1.43×105Q2，式中Q以m3/s表示。吸入管長(zhǎng)（包括全部局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）為10m，排出管長(zhǎng)（包括全部局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）為120m，管內(nèi)徑均為50mm，假設(shè)摩擦系數(shù)=0.

4、02，水溫20。試求：（1）管路內(nèi)的循環(huán)水量為多少？（2）泵進(jìn)、出口壓強(qiáng)各為多少？Hg（1）列管路進(jìn)出口間柏努利方程 z1 = z2 u1 = u2 p1 = p2 He = 6.88×105 V2 H = 23 1.43×105 Q2 H = He V = Q 23 1.43×105 V2 = 6.88×105 V2 V = 5.26×10-3 m3/s = 18.9 m3/h （8分）（2）列進(jìn)水液面與泵入口處之間柏努利方程（m/s）（Pa）（真空度）列進(jìn)水液面與泵出口處之間柏努利方程 u2 = u1 = 2.68 m/s He = 6.8

5、8×105 V2 = 6.88×105×(5.26×10-3)2 = 19（m） （Pa）（表壓） （4分）4. （40分）如圖所示，用清水泵將池A中水打到高位槽B中，泵的特性曲線可用H=250.004Q2表達(dá)，式中Q的單位為m3/h，吸入管路的阻力損失為4m水柱，泵出口處裝有壓力表，泵的阻力損失可忽略。管路為57×3.5mm鋼管。管路C處裝有一個(gè)調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥在某一開(kāi)度時(shí)的阻力系數(shù)=6.0，兩U形管壓差計(jì)讀數(shù)R1=800mm，R2=700mm，指示液為CCl4（密度0=1600kg/m3），連通管指示液面上充滿(mǎn)水，水的密度=1000 kg/m

6、3，求：（1）管路中水的流量為多少？（單臺(tái)泵）（2）泵出口處壓力表讀數(shù)為多少？（單臺(tái)泵）（3）并聯(lián)一臺(tái)相同型號(hào)離心泵，寫(xiě)出并聯(lián)后泵的特性曲線方程；（4）若并聯(lián)后管路特性曲線方程L=13.50.006Q2，求并聯(lián)后輸水量為多少m3/h B C h P 2m R1 R2 A R CCl4解：（1）由靜力學(xué)基本方程：pa = pb pc = pd pe = pf pa = pb = p1 + （h + R1）gpc = pd = pb 0 R1g = p1 + （h + R1）g -0 R1g pe = pf = pd +（R1 + R）g = p1 + （h + R1）g -0 R1g +（R1

7、+ R）g pf = p2 +（h + R1 + R R2）g +0 R2g p1 + （h + R1）g -0 R1g +（R1 + R）g = p2 +（h + R1 + R R2）g +0 R2gp = p1 p2 = R20g - R2g + R10g R1g = （R1 + R2）（0 -）g = （0.8 + 0.7）×（1600 - 1000）×9.807 = 8.82×103（Pa） u = 1.71（m/s）（m3/h）（2） 列池面與泵出口壓力表截面的柏努利方程p1 = 0（表） u10He = H = 25 0.004Q2 = 25 0.00

8、4×12.112 = 24.4（m）（m）p2 = 18.25g = 18.25×1000×9.81 = 178.9×103（Pa）（表）（3） H并 = H Q并 = 2Q 代入H = 25 0.004Q2 （4） L = 13.5 + 0.006Q2 并聯(lián)后泵的工作點(diǎn)： L = H并 Q = Q并 Q并 = 40.5（m3/h）5（15分）某液體由一敞口貯槽經(jīng)泵送至精餾塔，管道入塔處與貯槽液面間的垂直距離為12m，流體經(jīng)換熱器的壓力損失為0.3kgf/cm2，精餾塔壓強(qiáng)為1kgf/cm2（表），排出管路為114×4mm的鋼管，管長(zhǎng)為120m

9、（包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度），流速為1.5m/s，液體比重為0.96，摩擦系數(shù)為0.03，其它物性參數(shù)均與水極為接近。泵吸入管路壓力損失為1m，吸入管徑為114×4mm。試通過(guò)計(jì)算，選擇下列較合適的離心泵。（2）泵與貯槽液面間的最大垂直距離不能超過(guò)多少米？注：當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?36mmHg。型號(hào)Q(m3/h)H(m)(%)Hs (m)2B192216666.03B57A5037.5646.44B919091686.2 換熱器 精餾塔 12m Hg （1）列貯槽液面與塔進(jìn)口間的柏努利方程u0 = 0 Z0 = 0 p0 = 0 (表) p2 = 1 kgf/cm2 = 0.981×

10、105Pa（表）= 960kg/m3 Hf,0-2 = Hf吸入管路 + Hf換熱器 + Hf排出管路 m(m)(m)(m3/h) 選擇3B57A型水泵。 （9分）（2）(m)(m) 最大垂直距離不能超過(guò)5.373m。 （6分）6 （18分）在如圖所示的管路系統(tǒng)中，有一直徑為38×2.5mm、長(zhǎng)為30m的水平直管段AB，在其中裝有孔徑為16.4mm的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)來(lái)測(cè)量流量，流量系數(shù)C0為0.63，流體流經(jīng)孔板流量計(jì)的永久壓降為6×104Pa，AB段摩擦系數(shù)為0.022，試計(jì)算：（1）流體流經(jīng)AB段的壓強(qiáng)差；（2）若泵的軸功率為800W，效率為62%，求AB段所消耗的功率為

11、泵的有效功率的百分率。已知：操作條件下所輸送液體的密度為870kg/m3，U形管中的指示液為汞，其密度為13600 kg/m3。 孔板流量計(jì) A B R = 0.6m解：（1） （m3/h）（m/s）列A、B間柏努利方程ZA = ZB uA = uB （J/kg）（Pa） （12分）（2）有效功: Ne = N= 800×0.62 = 496 (W)AB段所消耗的功率: Nf = Vhf = 6.285×870×110.7 / 3600 = 168.1 (W) （6分）7 （18分）在如圖所示的管路系統(tǒng)中，用離心泵將40的油品（=800 kg/m3）由容器A送至罐

12、B，全部管線的直徑均為57×3.5mm，在其中裝有孔徑為20mm的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)來(lái)測(cè)量流量，流量系數(shù)C0為0.63，今測(cè)得孔板流量計(jì)讀數(shù)R為0.6m，指示液為汞。泵前后壓力表讀數(shù)分別為0.8at和4.8at（兩壓力表間的垂直距離很小，可忽略）。容器A液面上方壓強(qiáng)為0.64at（表），罐B則與大氣相通。在操作過(guò)程中，A、B液面及其上方的壓強(qiáng)均保持不變，油品在管內(nèi)的流動(dòng)處于阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)為0.03。試求：（1）泵在該流量下的有效揚(yáng)程（m）；（2）自A至B全部管線的總當(dāng)量長(zhǎng)度（包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。解：（1） (m) （4分）（2）列A和B兩截面的柏努利方程 uA uB 0 PB

13、 = 0（表）（m3/h） B A 孔板流量計(jì) 3m R 25m 1 2（m/s）(m)(m) （14分）8 （20分）用離心泵將密閉儲(chǔ)槽中20的水（密度為1000kg/m3）通過(guò)內(nèi)徑為100mm的管道送往敞口高位槽。兩儲(chǔ)槽液面高度差為10m，密閉槽液面上有一真空表P1讀數(shù)為600mmHg（真），泵進(jìn)口處真空表P2讀數(shù)為294 mmHg（真）。出口管路上裝有一孔板流量計(jì)，其孔口直徑d070mm，流量系數(shù)C00.7，U形管水銀壓差計(jì)讀數(shù)R170mm。已知管路總能量損失為44J/kg，試求：（1）出口管路中水的流速；（2）泵出口處壓力表P3（與圖對(duì)應(yīng)）的指示值為多少？（已知P2與P3相距0.1m）

14、解：（1） V=C0A0（P/）0.5 PRg(0)0.17×9.81×（136001000）2.1×104 V0.7×0.785×0.072（2×2.1×104/1000）0.50.0174 m3/s uV/(0.785d2)0.0174/（0.785×0.12）2.22 m/s （8分）（2）選低位水池的水面為基準(zhǔn)面，列11和44兩截面的柏努利方程 Z1+P1/g+u12/2g+H=Z4+P4/g+u42/2g+Hf u1u40 Z10 P4/g0 H= Z4HfP1/g1044/9.810.6×13

15、.622.7 （mH2O） 再選泵入口管所在截面為基準(zhǔn)面，列22和33兩截面的柏努利方程 Z2+P2/g+u22/2g+H=Z3+P3/g+u32/2g P3/gHh0u22/2gu32/2gP2/g u3u4 P3/gHh0P2/g22.70.10.294×13.618.6 （m） P31000×9.81×18.61.82×105 Pa（表） （12分）9. （32分）如圖所示，槽內(nèi)水位維持不變。槽底部與內(nèi)徑為100mm的鋼管相連，管路上裝有一個(gè)閘閥，閥前離管路入口端15m處安有一個(gè)指示液為汞的U形管壓差計(jì)，測(cè)壓點(diǎn)與管路出口端之間距離為20m。（1）當(dāng)

16、閘閥關(guān)閉時(shí)測(cè)得R = 600mm，h = 1500mm；當(dāng)閘閥部分開(kāi)啟時(shí)，測(cè)得R = 400mm，h = 1400mm，管路摩擦系數(shù)取0.02，入口處局部阻力系數(shù)取0.5，問(wèn)每小時(shí)從管中流出水量為多少m3？（2）當(dāng)閥全開(kāi)時(shí)（取閘閥全開(kāi)le/d = 15，= 0.018），測(cè)壓點(diǎn)B處的壓力為多少Pa（表壓）。 A A 15m B 20m C B C h R O O解：（1）當(dāng)閘閥全關(guān)時(shí)，由靜力學(xué)關(guān)系：（ZA + h）g = R0g得水槽液位高度：ZA = R0 / h = 0.6×13600/1000 1.5 = 6.66m列AA與BB截面間柏努利方程pB + hg = R0g （m）

17、m/sm3/h （18分）（2）當(dāng)閥全開(kāi)時(shí)，列AA與CC截面間柏努利方程m/s列AA與BB截面間柏努利方程 uB = uC m pB = 3.2×1000×9.81 = 3.1392×104 （Pa）（表） （14分）10. （28分）用一離心泵將密度為1000kg/m3的溶液從池A抽出，經(jīng)一主管后分成兩個(gè)支管。支管1去罐C，支管2去容器D。已知罐C的真空度為367.8mmHg，容器D的表壓為0.01962MPa，兩容器之間液面差為7m。泵的特性曲線為H = 35 14.4Q2（Hm，Qm3/min）。兩支管的數(shù)據(jù)如下表：支管1支管2支管總長(zhǎng)（包括當(dāng)量長(zhǎng)度），（m

18、）42.9100管內(nèi)徑（mm）50100摩擦系數(shù)0.0210.018現(xiàn)將一U形管壓差計(jì)（內(nèi)裝四氯化碳，密度為1603 kg/m3）接到支管1上長(zhǎng)4m的直管段的兩端，其讀數(shù)為0.142m，試求：（1）兩支管的流量比V2/V1；（2）泵的有效功率（kW）。 Cc 4md 7m Dab R 支管1 CCl4 B A 支管2解：（1）在U形管上取兩等壓面a，bpa = pc + RCCl4g +（Zac - R）gpb = pd + Zbdgpa = pb pc + RCCl4g +（Zac - R）g = pd + Zbdgpd pc + (Zbd - Zac)g = R(CCl4 -)gpd pc

19、 -gl = R(CCl4 -)g列d與c間的柏努利方程 u1 = 1m/sEB = EC +hf1 = ED +hf2 u2 = 1m/s (18分)（2） （m3/s）= 0.58875(m3/min)H = 35 14.4Q2 = 35 14.4×0.588752 = 30 (m)Ne = gHV = 1000×9.81×30×0.0098125 = 2.888 (kW) (10分)11（20分）如圖所示，管路由57×3.5mm鋼 pa 管組成，管長(zhǎng)18m，有標(biāo)準(zhǔn)直角彎頭兩個(gè)（= 0.75），閘門(mén)閥一個(gè)（= 0.17），直管阻力系數(shù)為0.

20、029，高位槽內(nèi)水面距管路出口的垂直距離 H為9m。試求：（1）管路出口流速及流量；（2）若在管路出口裝一直徑為25mm 的噴嘴，噴嘴的局部阻力系數(shù)為 = 0.5，管路出口流速和流量為 多少？（3）改變噴嘴尺寸，可能獲得的最大噴出 速度為多少？（設(shè)噴嘴= 0.5不變）（4）若將流體視為理想流體，安裝噴嘴前后流量各為多少？ （1）列11與22截面間柏努利方程 A = 0.5 B = 0.75 C = 0.17 D = 0.75 =A +B +C +D = 2.17 管內(nèi)流量 （2） d2 = 0.025m列11與22截面間柏努利方程 在管路出口安裝噴嘴后，使出口流通面積減小，局部阻力增加，使流量

21、減小。但流量的減小又使沿程阻力大大減少，甚至減少量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)噴嘴產(chǎn)生的局部阻力損失。因此，就整個(gè)管路而言，阻力損失不是增加了，而是減小了。噴嘴出口流速增加，其原因就是阻力損失減小，有更多的位能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。（3）當(dāng)噴嘴直徑足夠小時(shí)，管內(nèi)流量變得很小，以至于可以忽略沿程阻力損失，這時(shí)噴嘴的流速為最大。（4）若流體為理想流體，則不存在阻力損失，安裝噴嘴前后流速均為流量變化為 V= 0.25×93.89 = 23.47（m3/h）12（20分）如圖所示的輸水系統(tǒng)，輸水量為36m3/h，輸水管路均為80×2mm的鋼管。已知：吸入管路的阻力損失為2J/kg，排出管路的壓頭損失為0.5mH

22、2O，排出管路上壓力表的讀數(shù)為2.5kgf/cm2，試求：水泵的升揚(yáng)高度；（2）水泵的軸功率（kW），設(shè)泵的效率= 70%；（3）吸入管路上U形管壓差計(jì)的讀數(shù)R（mm）。設(shè)指示劑上液面至連接點(diǎn)距離h為0.68m。（4）若泵的允許吸上真空高度Hs = 6.5m，水溫為20，校核此系統(tǒng)的安裝高度是否合適？若水溫升高至60，此系統(tǒng)的安裝高度是否合適？60水的飽和蒸汽壓為149.4mmHg。注：當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.8×104Pa，水 = 1000kg/ m3 。 壓力表 5m 4.8m h R Hg 列水池與泵出口間的柏努利方程列兩水池間的柏努利方程（2）（3）列水池與泵進(jìn)口間的柏努利方程pa

23、= p1 + hg +HgRg（4）20時(shí)： h = 4.8m < 5.72m 安裝合適60時(shí)：Hg = 4.38 0.247 0.20 = 3.93（m）< 4.8 m 安裝不合適16 （17分）由水庫(kù)將水打入一水池。水池水面比水庫(kù)水面高50m，兩水面上的壓力均為常壓，要求的流量為90m3/h，輸水管內(nèi)徑均為156mm。在閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，輸水管路的管長(zhǎng)和各種局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度的總和為1000m，對(duì)所使用的離心泵在Q=65135 m3/h范圍內(nèi)屬于高效區(qū)。在高效區(qū)中，泵的性能曲線可以近似地用直線H=124.50.392Q表示，此處H為泵的揚(yáng)程m，Q為泵的流量m3/h。泵的轉(zhuǎn)速為2900

24、 r/min，管子摩擦系數(shù)=0.025，水的密度=1000 kg/m3。求： 核算一下此泵能否滿(mǎn)足要求？ 如泵的效率在90 m3/h 時(shí)可取為68，求泵的軸功率。如用閥門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于閥門(mén)關(guān)小而損失的功率為多少？如將泵的轉(zhuǎn)速調(diào)為2600 r/min，并輔以閥門(mén)調(diào)節(jié)使流量達(dá)到要求的90 m3/h ，比第（2）問(wèn)的情況節(jié)約能量百分之多少？解：（1）列兩液面間柏努利方程，以水庫(kù)液面為基準(zhǔn) Z1 = 0 u1 = u2 =0 p1 = p2 （m/s） （m） H = 124.5 0.392×90 = 89.22（m） H > He 此泵可用 （6分）（2） （kW）用閥門(mén)調(diào)節(jié)所損失的

25、功率（kW） （6分）（3） 則泵的特性曲線為1.244H= 124.5 0.392×1.115Q H= 100 0.351 Q H= 100 0.351×90 = 68.41m（kW）節(jié)約能量為：32.18 24.67 = 7.51（kW）比第（2）問(wèn)節(jié)約能量：7.51/32.18 = 23.3% （6分）17 （17分）某一型號(hào)離心泵，用20清水為介質(zhì)測(cè)量其單臺(tái)泵特性曲線可近似表示為 H = 50 1.1×106Q2 （式中Q的單位為m3/s）。測(cè)量時(shí)，當(dāng)流量Q為20m3/h時(shí)，用功率表測(cè)得電機(jī)所消耗的功率為1.5kW，電動(dòng)機(jī)的效率為93%。泵由電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸

26、器直接帶動(dòng)，傳動(dòng)效率為96%。試求此時(shí)的軸功率N和效率。若用兩臺(tái)此型號(hào)的離心泵從水池向密閉容器供水，適當(dāng)關(guān)閉或開(kāi)啟閥門(mén)，兩泵即可串聯(lián)又可并聯(lián)工作。如圖所示，已知水池和容器內(nèi)液面間的高度差為10m，容器內(nèi)壓強(qiáng)為98.1kPa（表壓），管路總長(zhǎng)為20m（包括各種管件的當(dāng)量長(zhǎng)度，但不包括閥門(mén)A），管徑為50mm。假設(shè)管內(nèi)流動(dòng)已進(jìn)入阻力平方區(qū)，其阻力系數(shù)= 0.025，若兩支路皆很短，其阻力損失可以忽略。當(dāng)?shù)卮髿鈮篜a=1.013×105Pa。試求當(dāng)閥門(mén)A的阻力系數(shù)為A = 100時(shí)，哪一種組合方式的輸送能力大？解：（1） Q = 20m3/h = 5.56×10-3m3/s H

27、= 50 1.1×106Q2 = 50 1.1×106×5.562×10-6 = 16（m）有效功率：Ne = QHg = 5.56×10-3×16×1000×9.81 = 0.873（kW）電機(jī)功率 = 1.5×0.93 = 1.395（kW）軸功率： N = 1.395×0.96 = 1.34（kW）效率： （2）列水池與容器內(nèi)兩液面間的柏努利方程兩泵并聯(lián)時(shí)：流量加倍，壓頭不變。Q并 = 2Q，H并 = H，所以合成特性曲線為 H并 = H管 20 + 1.456×106 Q并2

28、= 50 2.75×105 Q并2 Q并 = 4.16×10-3（m3/s）= 15.0（m3/h）兩泵串聯(lián)時(shí)：流量不變，壓頭加倍。Q串 = Q，H串 = 2H，所以合成特性曲線為H串 = 2（50 1.1×106 Q串2）= 100 2.2×106 Q串2 H串 = H管 20 + 1.456×106 Q串2 = 100 2.2×106 Q串2 Q串 = 4.68×10-3（m3/s）= 16.8（m3/h） 顯然，Q串 > Q并 ，所以串聯(lián)組合可獲得較大的流量。 18 （18分）一敞口高位水槽A中水流經(jīng)一喉徑為14

29、mm的文氏管，將濃堿液槽B中的堿液（密度為1400kg/m3）抽吸入管內(nèi)混合成稀堿液送入C槽，各部分標(biāo)高如附圖所示；輸水管規(guī)格為57×3mm，自A至文氏管喉部M處管路總長(zhǎng)（包括所有局部阻力損失的當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi)）為20m，摩擦系數(shù)可取0.025。當(dāng)水流量為8m3/h時(shí)，試計(jì)算文氏管喉部M處的真空度為多少mmHg；判斷槽B中的濃堿液能否被抽吸入文氏管內(nèi)（說(shuō)明判斷依據(jù)）。如果能被吸入，吸入量的大小于與哪些因素有關(guān)？主管道 u=Vs/A=(8/3600)/0.785×0.0512=1.09 m/s文氏管喉部M處 u2=Vs/A2=(8/3600)/ 0.785×0.0142

30、=14.4 m/s在高位槽水面與M處截面間列柏努利方程得：P2/g=(Z1Z2)(u22/2g)(l/d) (u2/2g)=814.42/2g0.025（20/0.051）×（1.092/2g） 3.16mH2O=232mmHg（真空度）h堿堿h水水h水1.5×1400/10002.1mH2O<3.16mH2O故濃堿能被抽吸入管內(nèi)。在B槽水面與M處水平截面間列柏努利方程得： Pa/g=h (u2/2g)P2/ghf吸（PaP2）/（g）h (u2/2g)hf吸 可見(jiàn)吸入量的大小不僅與M處的真空度、B槽液面與M處的位差有關(guān)，而且與吸入管路情況（管徑、管長(zhǎng)、粗糙度等）有關(guān)

31、。19 （18分）如圖所示，用離心泵將水從貯水池輸送到敞口高位槽中，已知高位槽的水面離貯水池的水面高度保持為10m，輸送水量用孔板流量計(jì)測(cè)得?？装灏惭b在離高位槽水面0.8m處，孔徑為20mm，孔板系數(shù)為0.61。管路為57×3.5mm的鋼管，直管長(zhǎng)度和局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度之和（包括孔板局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度）為250m，其中貯水池至孔板前測(cè)壓點(diǎn)A的直管長(zhǎng)度和局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度之和為50m。水的密度為1000kg/m3，水的粘度為1cP。管子為光滑管。U形管中指示液均為水銀，其密度為13600 kg/m3。當(dāng)水的流量為6.86m3/h時(shí)，試確定：水通過(guò)泵所獲得的外加能量為多少？在孔板前測(cè)壓點(diǎn)A處安

32、裝的U形管壓力計(jì)中指示液讀數(shù)R1為多少？（忽略U形管壓力計(jì)中水柱的影響）?？装辶髁坑?jì)的U形管中指示液讀數(shù)R2為多少？解：（1） （m/s）列貯水池1-1與高位槽2-2間的柏努利方程，以貯水池液面為基準(zhǔn)Z1 = 0 Z2 = 10m u1 = u2 = 0 p1 = p2 （J/kg）（2）以A點(diǎn)為2-2截面，列貯水池1-1與截面2-2間的柏努利方程p1 = 0（表壓） u1 = 0 Z1 = 0 u2= u Z2 = 9.2m p2= pA（J/kg）pA = 47.5353×1000 = 47535.3（Pa）（表壓）（cm）（3） （m2）R2 = 40cm20（18分）如圖所示

33、的輸水系統(tǒng)，輸水量為36m3/h，輸水管均為80×2mm的鋼管，已知水泵吸入管路的阻力損失為0.2m水柱，壓出管路的阻力損失為0.5m水柱，壓出管路上壓力表的讀數(shù)為2.5kgf/cm2，試求： 水泵的升揚(yáng)高度（水池和高位槽之間液面差）； 若水泵的效率= 70%，水泵的軸功率（kW）； 水泵吸入管路上真空表的讀數(shù)（mmHg）。注：當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?50mmHg。 0.2m 4.8m解：（1）取各截面如圖，1截面為基準(zhǔn)面。列1截面與3截面間柏努利方程p1 = pa u10 z1 = 0（m/s） u3 = uz3 = 4.8 + 0.2 = 5（m）（m）列1截面與4截面間柏努利方程p1 =

34、 p4 = pa u1= u40 z4 = He (Hf1-2 + Hf3-4) = 30.45 (0.2 + 0.5) = 29.75(m) 升揚(yáng)高度為29.5m。（2）（kW）（3）列1截面與2截面間柏努利方程（m）p1 p2 = 386mmHg 真空表讀數(shù)為386mmHg21 （15分）用離心泵將水由水槽送至水洗塔中，水洗塔內(nèi)的表壓為9.807´104 N/m2，水槽的液面恒定，其上方通大氣，水槽液面與輸送管出口端的垂直距離為20m，在某送液量下，泵對(duì)水作的功為317.7 J/kg，管內(nèi)摩擦系數(shù)為0.018，吸入和壓出管路總長(zhǎng)為110m（包括管件及入口的當(dāng)量長(zhǎng)度，但不包括出口的

35、當(dāng)量長(zhǎng)度）輸送管尺寸為f 108 ´ 4mm，水的密度為1000kg/m3，求輸水量為多少m3/h？ 解： 由 Z1 = 0， P1 (表) = 0， u1 = 0 317.7 = 9.8´20 + 9.5u2 = 23.63 u = 1.58 m/s V = d2 u = ´ 0.12 ´ 1.58 ´ 3600 = 44.65 m3/h22 （18分）用一離心泵將密度為800kg/m3的煤油從罐A送至塔B頂作吸收劑。已知罐A上方通大氣，塔B內(nèi)壓力為0.03MPa（表），管線全長(zhǎng)350m（包括除閥K以外的全部直管及管件的當(dāng)量長(zhǎng)度），管線規(guī)格全

36、為57×3.5mm，摩擦系數(shù)可視為常數(shù)=0.02，入塔管口與罐A液面的垂直距離為20m。泵的特性曲線為H = 40 0.075Q2（Hm，Qm3/h）。閥K全開(kāi)時(shí)的輸送量為8.48 m3/h。試求：1. 閥K全開(kāi)時(shí)的局部阻力系數(shù)及當(dāng)量長(zhǎng)度；2. 若K開(kāi)度不變，應(yīng)在直管段多長(zhǎng)范圍內(nèi)并聯(lián)一根等長(zhǎng)等徑的管子，可使煤油流量增加5%。 B 20m K A解：（1） H = 40 0.075Q2 = 40 0.075×8.482 = 34.6（m）（m/s）列截面1與截面2間的柏努利方程Z1 = 0 p1 = 0（表） u1 = 0 u2 = u（m） （m） (8分)（2） Q= 1

37、.05Q = 1.05×8.48 = 8.904（m3/h）H= 40 0.075Q2 = 40 0.075×8.9042 = 34.05（m）（m/s）(m) (10分)23 （20分）需將30m3/h的水送至塔頂，20時(shí)水的粘度= 1cP，其壓力為0.5kgf/cm2（表），與取水池水面的高度差為10m。輸水管89×4mm、長(zhǎng)18m，管線局部阻力系數(shù)= 13（閥全開(kāi)時(shí)）；摩擦系數(shù)為：= 0.01227 + 0.7543/Re0.38 。試求：（1）求輸送所需的理論功率（kW）；（2）一泵的特性曲線可近似用下式表示： 揚(yáng)程：H = 22.4 + 5Q 20Q2

38、m 效率：= 2.5Q 2.1Q2 式中Q的單位為30m3/min。求出最高效率點(diǎn)的效率并評(píng)價(jià)此泵的適用性。如適用，求調(diào)節(jié)閥消耗的功率增加多少？解：（1）對(duì)輸水始末兩端列柏努利方程（m/s）= 0.01227 + 0.7543/Re0.38 = 0.02084 = 171.54（J/kg）Ne = weV= 171.54×30×1000/3600 = 1429.5（W）= 1.43（kW）（2）當(dāng)Q = 30/60 = 0.5（m3/min）時(shí)泵H = 22.4 + 5Q 20Q2 = 22.4 + 5×0.5 - 20×0.52 = 19.9（m）=

39、2.5Q 2.1Q2 = 2.5×0.5 2.1×0.52 = 0.725管路所需功：He = we/g = 171.54/9.81 = 17.49（m）H > He 當(dāng)d/dQ = 0時(shí)，泵效率最大。d/dQ = 2.5 4.2Q = 0 Q = 2.5/4.2 = 0.595max= 2.5Q 2.1Q2 = 2.5×0.595 2.1×0.5952 = 0.744 Q及與最高效率處相差不遠(yuǎn) 泵可適用。此時(shí)閥所消耗的功率增加為（W）占泵所耗功率的百分?jǐn)?shù)為24 （18分）某離心泵工作轉(zhuǎn)速為n = 2900r/min，其特性曲線可用H = 30 0

40、.01Q2（m）表示。當(dāng)泵的出口閥全開(kāi)時(shí)，管路系統(tǒng)的特性曲線可用L = 10 + 0.04Q2（m）表示。上述式中Q的單位均為m3/h。若泵的效率為= 0.6，水的密度= 1000kg/ m3，求：（1）泵的最大輸水量為多少？（2）當(dāng)所需供水量為最大輸水量的75%時(shí)：（a）采用出口閥節(jié)流調(diào)節(jié)，節(jié)流損失的壓頭增加量為多少？（b）采用變速調(diào)節(jié)，泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？解：（1）泵的特性曲線與管路特性曲線交點(diǎn)處所對(duì)應(yīng)的流量為該泵在系統(tǒng)中所提供的最大流量。30 0.01Q2 = 10 + 0.04Q2 Qmax = 20m3/h此時(shí)泵的壓頭H = 30 0.01×202 = 26（m）（2）當(dāng)所需

41、供水量為最大輸水量的75%時(shí)Q= 0.75×20 = 15（m3/h）（a）H= 30 0.01Q2 = 30 0.01×152 = 27.75（m）L= 10 + 0.04Q2 = 10 + 0.04×152 = 19（m）節(jié)流損失的壓頭增加量H = H- L= 27.75 - 19 = 8.75（m）（b）根據(jù)比例定律：Q/Q= n/n， H/H= （n/n）2 H = H（n/n）2 ， Q = Q（n/n） 泵的特性曲線為：H（n/n）2 = 30 0.01 Q2（n/n）2 即： H= 30（n/ n）2 0.01 Q2 新的工作點(diǎn)為：30（n/ n）2

42、 0.01 Q2 = 10 + 0.04Q2 當(dāng)Q= 15 m3/h時(shí)，（n/ n）= 0.8416 n= 0.8416×2900 = 2440（r/min）25 （15分）如圖所示，由敞口高位槽A將=1000kg/m3的水通過(guò)108×4mm的鋼管供給用戶(hù)（用戶(hù)處通大氣）。用閥門(mén)D控制流量，在管路B處接一指示液為水銀（Hg=13600 kg/m3）的U形管壓強(qiáng)計(jì)；在閥門(mén)D的兩側(cè)接指示液為四氯化碳（CCl4=1630 kg/m3）的U形管壓差計(jì)。高位槽至B截面管線全長(zhǎng)為75m（包括全部直管及管件的當(dāng)量長(zhǎng)度）。由B截面到用戶(hù)管路出口端為40m（包括除閥門(mén)D以外的全部直管及管件當(dāng)

43、量長(zhǎng)度）。 （1）當(dāng)閥門(mén)D關(guān)閉時(shí)測(cè)得R1=600mm，h=1500mm；當(dāng)閥門(mén)D部分開(kāi)啟時(shí)測(cè)得R1=400mm，管路摩擦系數(shù)取0.03，計(jì)算閥門(mén)在此開(kāi)度下給用戶(hù)的供水量（m3/h）。 （2）當(dāng)閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，R2=300mm，摩擦系數(shù)不變，計(jì)算閥D全開(kāi)時(shí)的局部阻力系數(shù)及測(cè)點(diǎn)B的表壓（MPa）。 A A ZA R1 h 閥門(mén)D 用戶(hù) B R226. （21分）如圖所示，油在光滑管中以u(píng)=2m/s的速度流動(dòng)，油的密度=920kg/m3，管長(zhǎng)L=3m，直徑d=50mm，水銀壓差計(jì)測(cè)得R=15.0mm。試求： （1）油在管中的流動(dòng)形態(tài)； （2）油的粘度； （3）若保持相同的平均流速反向流動(dòng)，壓差計(jì)讀數(shù)有何變化？層流：=64/Re；湍流：=0.3164/Re0.25。 A B R C D 解：27. （15分）在如圖所示的管路中裝有一球心閥和一壓力表，管路出口距高位槽液面的垂直距離為10m，壓力表軸心距管中心的垂直距離為0.5m，假定