化工原理1章習(xí)題答案(新課本)

1、目錄第一章流體流動與輸送機械（2）第二章非均相物系分離（32）第三章傳熱（42）第四章蒸發(fā)（69）第五章氣體吸收（73）第六章蒸餾（95）第七章固體干燥（119）第一章流體流動與輸送機械1.某煙道氣的組成為CO213，N276，H2O11（體積），試求此混合氣體在溫度500、壓力101.3kPa時的密度。解：混合氣體平均摩爾質(zhì)量MmyiMi(0.13440.76280.1118)10328.98103kg/mol混合密度mpM101.310328.98103mRT8.31(273500)0.457kg/m32已知20時苯和甲苯的密度分別為879kg/m3和867kg/m3,試計算含苯40及甲苯

2、60（質(zhì)量）的混合液密度。0.4解：1ma11a220.6879867混合液密度871.8kg/m3m3某地區(qū)大氣壓力為101.3kPa，一操作中的吸收塔塔內(nèi)表壓為130kPa。若在大氣壓力為75kPa的高原地區(qū)操作該吸收塔，且保持塔內(nèi)絕壓相同，則此時表壓應(yīng)為多少？解：ppppp絕a表a表p(ppa（101.3130)75156.3kPa表a真)p4如附圖所示，密閉容器中存有密度為900kg/m3的液體。容器上方的壓力表讀數(shù)為42kPa，又在液面下裝一壓力表，表中心線在測壓口以上0.55m，其讀數(shù)為58kPa。試計算液面到下方測壓口的距離。解：液面下測壓口處壓力ppgzpgh01題4附圖0h0

3、zpghppp(5842)10311gg9009.810.552.36m5.如附圖所示，敞口容器內(nèi)盛有不互溶的油和水，油層和水層的厚度分別為700mm和600mm。在容器底部開孔與玻璃管相連。已知油與水的密度分別為800kg/m3和1000kg/m3。（1）計算玻璃管內(nèi)水柱的高度；h1h2AC題5附圖BD（2）判斷A與B、C與D點的壓力是否相等。解：（1）容器底部壓力ppghghpgha油1水2a水hhh1000油1水2水油水hh8000.70.61.16m12（2）ppABppCD6為測得某容器內(nèi)的壓力，采用如圖所示的U形壓力計，指示液為水銀。已知該液體密度為900kg/m3，h=0.8m，

4、R=0.45m。試計算容器中液面上方的表壓。解：如圖，1-2為等壓面。12ppghppgR12a0題6附圖pghpgRa0則容器內(nèi)表壓：ppgRgh136000.459.819000.89.8153.0kPaa07如附圖所示，水在管道中流動。為測得A-A、B-B截面的壓力差，在管路上方安裝一U形壓差計，指示液為水銀。已知壓差計的讀數(shù)R180mm，試計算A-A、B-B截面的壓力差。已知水與水銀的密度分別為1000kg/m3和13600kg/m3。解：圖中，1-1面與2-2面間為靜止、連續(xù)的同種流體，且處于同一水平面，因此為等壓面，即1pp，pp122又ppgm1AppgRpgR12020pg(m

5、R)gRB0所以pgmpg(mR)gRAB0整理得pp()gRAB0題7附圖由此可見，U形壓差計所測壓差的大小只與被測流體及指示液的密度、讀數(shù)R有關(guān)，而與U形壓差計放置的位置無關(guān)。代入數(shù)據(jù)pp(136001000)9.810.1822249PaAB8用U形壓差計測量某氣體流經(jīng)水平管道兩截面的壓力差，指示液為水，密度為1000kg/m3，讀數(shù)R為12mm。為了提高測量精度，改為雙液體U管壓差計，指示液A為含40乙醇的水溶液，密度為920kg/m3，指示液C為煤油，密度為850kg/m3。問讀數(shù)可以放大多少倍？此時讀數(shù)為多少？解：用U形壓差計測量時，因被測流體為氣體，則有ppRg120用雙液體U管

6、壓差計測量時，有ppRg()12AC因為所測壓力差相同，聯(lián)立以上二式，可得放大倍數(shù)R1000014.3R920850AC此時雙液體U管的讀數(shù)為R14.3R14.312171.6mm9圖示為汽液直接混合式冷凝器，水蒸氣與冷水相遇被冷凝為水，并沿氣壓管流至地溝排出?，F(xiàn)已知真空表的讀數(shù)為78kPa，求氣壓管中水上升的高度h。解:pghpa題9附圖pp78103水柱高度hag1039.817.95m10硫酸流經(jīng)由大小管組成的串聯(lián)管路，其尺寸分別為764mm和573.5mm。已知硫酸的密度為1830kg/m3，體積流量為9m3/h,試分別計算硫酸在大管和小管中的（1）質(zhì)量流量；（2）平均流速；（3）質(zhì)量

7、流速。解:(1)大管:764mmmV9183016470kg/hss0.785d2uVs19/36000.7850.06820.69m/sGu0.6918301262.7kg/(m2s)11(2)小管:573.5mm質(zhì)量流量不變ms216470kg/h0.785d20.7850.0521.27m/suVs229/3600d25068或:uu(d1)20.69()21.27m/s21Gu1.2718302324.1kg/(m2s)2211如附圖所示，用虹吸管從高位槽向反應(yīng)器加料，高位槽與反應(yīng)器均與大氣相通，且高位槽中液面恒定?，F(xiàn)要求料液以1m/s的流速在管內(nèi)流動，設(shè)料液在管內(nèi)流動時的能量損失為2

8、0J/kg（不包括出口），試確定高位槽中的液面應(yīng)比虹吸管的出口高出的距離。解:以高位槽液面為1-1面,管出口內(nèi)側(cè)為2-2面,在1-12-2間列柏努力方程:zgp212212p111u2zg2u2Wf221簡化:H(u2W)/gf1(120)9.812.09m212一水平管由內(nèi)徑分別為33mm及47mm的兩段直管組成，水在小管內(nèi)以2.5m/s的速度流向大管，在接頭兩側(cè)相距1m的1、2兩截面處各接一測壓管，已知兩截面間的壓頭損失為70mmH2O，問兩測壓管中的水位哪一個高，相差多少？并作分析。解：1、2兩截面間列柏努利方程：hg2gg2g2z1p1p11u2z2u2h12fd21u2u112.51

9、.23m/s其中：zz12d2332472(u2u2)h(1.2322.52)0.070.17m2g2g29.81hpp11121f說明2截面處測壓管中水位高。這是因為該處動能小，因而靜壓能高。13如附圖所示，用高位槽向一密閉容器送水，容器中的表壓為80kPa。已知輸送管路為483.5mm的鋼管，管路系統(tǒng)的能量損失與流速的關(guān)系為W6.8u2（不包括出口能量f損失），試求：（1）水的流量；（2）若需將流量增加20，高位槽應(yīng)提高多少m？解：（1）如圖在高位槽液面1-1與管出口內(nèi)側(cè)2-2間列柏努利方程10m題13附圖2122zg1pp111u2zg2u2W2f簡化：zg1221p2u2Wf（1）10

10、0022即109.81801031u26.8u22解得u1.57m/s4d2u0.7850.04121.572.07103m3/s7.45m3/h2流量VS2（2）流量增加20，則u1.21.571.88m/s2u22Wf此時有z1gp122z(18010311.8826.81.882)/9.8110.78m10002即高位槽需提升0.78m。14附圖所示的是丙烯精餾塔的回流系統(tǒng)，丙烯由貯槽回流至塔頂。丙烯貯槽液面恒定，其液面上方的壓力為2.0MPa（表壓），精餾塔內(nèi)操作壓力為1.3MPa（表壓）。塔內(nèi)丙烯管出口處高出貯槽內(nèi)液面30m，管內(nèi)徑為140mm，丙烯密度為600kg/m3。現(xiàn)要求輸送

11、題14附圖量為40103kg/h，管路的全部能量損失為150J/kg（不包括出口能量損失），試核算該過程是否需要泵。解:在貯槽液面1-1與回流管出口外側(cè)2-2間列柏努利方程:zgp21221e2p111u2Wzg2u2Wf簡化:p1Wzge2p12u2W22f22Wepp211u2zgW2f600u2ms0.785d24010336000.7850.1421.2m/sWe(1.32.0)10611.22309.811506002721.6J/kg不需要泵,液體在壓力差的作用下可自動回流至塔中15用壓縮空氣將密閉容器中的硫酸壓送至敞口高位槽，如附圖所示。輸送量為2m3/h，輸送管路為373.5m

12、m的無縫鋼管。兩槽中液位恒定。設(shè)管路的總壓頭損失為1m（不包括出口），硫酸的密度為1830kg/m3。試計算壓縮空氣的壓力。解:以容器中液面為1-1面,管出口內(nèi)側(cè)為2-2面,且以1-1面為基準(zhǔn),在1-12-2間列柏努力方程:題15附圖u2z2u2zhg2g12g2簡化:p1p1112fu2zhg2g2p112f0.786m/s20.7850.03d其中:u2V2/36004s22g2234kP(表壓)代入:pg(1u2zh)12f18309.81(10.7862121)29.81a16某一高位槽供水系統(tǒng)如附圖所示，管子規(guī)格為452.5mm。當(dāng)閥門全關(guān)時，壓力表的讀數(shù)為78kPa。當(dāng)閥門全開時，

13、壓力表的讀數(shù)為75kPa，且此時水槽液面至壓力表處的能量損失可以表示為Wu2J/kg（u為水在管內(nèi)的流速）。試求：f（1）高位槽的液面高度；1（2）閥門全開時水在管內(nèi)的流量（m3/h）。解:(1)閥門全關(guān),水靜止pghh題16附圖hp781037.95mg1039.81(2)閥門全開:在水槽1-1面與壓力表2-2面間列柏努力方程:zgp212212p111u2zg2u2Wf簡化:zg1p12u2W22f1000227.959.81751031u2u224解之:u1.412m/s2流量:Vd2u0.7850.0421.4121.773103m3/ss26.38m3/h17用泵將常壓貯槽中的稀堿液

14、送至蒸發(fā)器中濃縮，如附圖所示。泵進口管為893.5mm，堿液在其中的流速為1.5m/s；泵出口管為763mm。貯槽中堿液的液面距蒸發(fā)器入口處的垂直距離為7m。堿液在管路中的能量損失為40J/kg（不包括出口）蒸發(fā)器內(nèi)堿液蒸發(fā)壓力保持在20kPa（表壓），堿液的密度為1100kg/m3。設(shè)泵的效率為58，試求該泵的軸功率。解：取貯槽液面為1-1截面，蒸發(fā)器進料口管內(nèi)側(cè)為2-2截面，且以1-1截面為基準(zhǔn)面。在1-1與2-2間列柏努利方程：題17附圖zgp21221e2p111u2Wzg2u2Wf（a）2或W(zz)ge21(u2u2)21W211ppf（b）其中：z1=0；p1=0（表壓）；u10

15、z2=7m；p2=20103Pa（表壓）已知泵入口管的尺寸及堿液流速，可根據(jù)連續(xù)性方程計算泵出口管中堿液的流速：uu(2入d入)21.5(d28270)22.06m/s21100=1100kg/m3，Wf=40J/kg將以上各值代入（b）式，可求得輸送堿液所需的外加能量120103W79.812.06240129J/kge堿液的質(zhì)量流量4d2u0.7850.0722.0611008.72ms22泵的有效功率NWm1298.721125W1.125kWees泵的效率為58%，則泵的軸功率kg/sNNe1.1251.940.58kW18如附圖所示，水以15m3/h的流量在傾斜管中流過，管內(nèi)徑由10

16、0mm縮小到50mm。A、B兩點的垂直距離為0.1m。在兩點間連接一U形壓差計，指示劑為四氯化碳，其密度為1590kg/m3。若忽略流動阻力，試求：（1）U形管中兩側(cè)的指示劑液面哪側(cè)高，相差多少mm？（2）若保持流量及其他條件不變，而將管路改為水平放置，則壓差計的讀數(shù)有何變化?解：在1-1與2-2截面間列柏努利方程2122zg1pp111u2zg2u2W2f其中：u1V0.785d20.531m/sS15/36000.7850.1210.785d20.7850.0522.123m/suVS2215/3600題18附圖zz0.1mW021f(zz)gpp122112(u2u2)（1）21R(pg

17、z)(pgz)0.19.810.5(2.12320.5312)3.093由靜力學(xué)基本方程：(pgz)(pgz)()gR（2）11220(pp)g(zz)11221212()g()g003.093100010009.810.10.365m(15901000)9.81故U形壓差計兩側(cè)為左低右高。（2）當(dāng)管路水平放置時：由柏努利方程p1p212(u2u2)21由靜力學(xué)方程pp12Rg()0兩式聯(lián)立：Rg(0)12(u2u2)21可見，流量不變時，u,u不變，即U形壓差計讀數(shù)不變。1219附圖所示的是冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的密度為1100kg/m3，循環(huán)量為45m3/h。管路的內(nèi)徑相同，鹽水從A流經(jīng)兩

18、個換熱器至B的壓頭損失為9m，由B流至A的壓頭損失為12m，問：（1）若泵的效率為70，則泵的軸功率為多少？（2）若A處壓力表的讀數(shù)為153kPa，則B處壓力表的讀數(shù)為多少？解:(1)對于循環(huán)系統(tǒng):Hh91221mef3600題19附圖NHVg2145ees11009.812.83kW軸功率:NNe2.834.04kW0.7g2gg2gB(2)AB列柏努力方程:p1p1Au2zBu2zhAABfAB簡化:ppABzggBhfAB153103p11009.81(79)Bp19656p(表)BaB處真空度為19656Pa。20用離心泵將20水從貯槽送至水洗塔頂部，槽內(nèi)水位維持恒定。泵吸入與壓出管路

19、直徑相同，均為762.5mm。水流經(jīng)吸入與壓出管路（不包括噴頭）的能量損失分別為Wf12u2及Wf2）u10u2（J/kg，式中，為水在管內(nèi)的流速。在操作條件下，泵入口真空表的讀數(shù)為26.6kPa，噴頭處的壓力為98.1kPa（表壓）。試求泵的有效功率。解：以水槽液面為1-1截面，泵入口處為2-2截面，且以1-1面為基準(zhǔn)面。在兩截面間列柏努利方程zgp212212p111u2zg2u2Wf1簡化為zg2p12u2W22f10即1.59.8126.61031000221u22u202解得u2.18m/s2在水槽1-1截面與噴頭處3-3截面間列柏努利方程題20附圖zgp21231e3p111u2W

20、zg3u2Wf簡化為Wzge3p13u2W23f23即Wzge3p1p3u22u210u2zg312.5u233則W149.8112.52.182294.8J/kg10004其中uuu2.18m/s3298.1103e水的流量：mVd2u0.7850.07122.1810008.63kg/sSs泵有效功率NmW8.63294.82544W2.544kWeSe2125水以35m3/h的流量在763mm的管道中流動，試判斷水在管內(nèi)的流動類型。解:查附錄25水物性:996.95kg/m3,0.903cPuVs0.785d23536000.7850.0722.53m/s0.07996.952.53Re

21、du0.9031031.9551054000解:Redu為湍流22運動黏度為3.2105m2/s的有機液體在763.5mm的管內(nèi)流動，試確定保持管內(nèi)層流流動的最大流量。du2000max0.927m/su200020003.2105d0.069max2V4dumax0.7850.06920.9273.46103m3/s12.46m3/h23計算10水以2.7103m3/s的流量流過573.5mm、長20m水平鋼管的能量損失、壓頭損失及壓力損失。（設(shè)管壁的粗糙度為0.5mm）0.785d2解:uVs2.71030.7850.0521.376m/sRedu10水物性:999.7kg/m3,1.30

22、5103psa0.05999.71.3765.271041.305103d0.5500.01d20.052查得0.041lu2201.3762W0.04115.53J/kgfhW/g1.583mffPW15525Pffa24.如附圖所示，水從高位槽流向低位貯槽，管路系統(tǒng)中有兩個90標(biāo)準(zhǔn)彎頭及一個截止閥，管內(nèi)徑為100mm，管長為20m。設(shè)摩擦系數(shù)0.03，試求：（1）截止閥全開時水的流量；（2）將閥門關(guān)小至半開，水流量減少的百分數(shù)。解：如圖取高位槽中液面為1-1面，低位貯槽液面為2-2截面，且以2-2面為基準(zhǔn)面。在1-1與2-2截面間列柏努利方程：zg1212212p1pu21zgu22Wf1

23、1其中：z1=4；u10；p1=0（表壓）；4mz2=0；u20；p2=0（表壓）簡化得zgW1f22各管件的局部阻力系數(shù)：進口突然縮小0.590標(biāo)準(zhǔn)彎頭2個0.7521.5截止閥（全開）6.0出口突然擴大1.00.51.56.01.09.0題24附圖W9.00.03d20.12flu220u27.5u2449.817.5u2u2.29m/s水流量Vd2u0.7850.122.290.018m3/s64.8m3/hS（2）截止閥關(guān)小至半開時：截止閥半開的局部阻力系數(shù)9.5此時總阻力W12.50.03d20.12flu220u29.25u2閥門關(guān)小后，局部阻力發(fā)生變化，但由于高位槽高度z不變，所

24、以管路總阻力不變，即1WWff7.5u29.25u2VSVSu7.50.9u9.25即流量減少10。25如附圖所示，用泵將貯槽中20的水以40m3/h的流量輸送至高位槽。兩槽的液位恒定，且相差20m，輸送管內(nèi)徑為100mm，管子總長為80m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長度）。試計算泵所需的有效功率。(設(shè)管壁的粗糙度為0.2mm)V解:u360040sd20.7850.1241.415m/sRedu20水物性：998.2kg/m3,1.005cP0.1998.21.4151.4051051.005103根據(jù)/d0.2/1000.002，查得0.025題25附圖在貯槽1截面到高位槽2截面間列柏努力方程

25、:2122zg1pp111u2Wzg2u2We2f簡化:WzgWe2f而:W0.02520.0J/kgllu2801.4152d20.12mV40998.211.09kg/sNeWem216.211.092398W2.40kW若壓差計的讀數(shù)為R，指示液的密度為，管路中流體的密度為efWe209.8120.0216.2J/kgss3600s26有一等徑管路如圖所示，從A至B的總能量損失為W。f0題26附圖zgp22B，試推導(dǎo)W的計算式。f解：在A-B截面間列柏努利方程，有1p1Au2zgBu2WAAB等徑直管，故上式簡化為fzgWzgpAABpBf（1）W(zz)gfABppABde4ab對于U

26、形壓差計，由靜力學(xué)方程得pzgp(zR)gRgAABB0(pp)(zz)gR()g(2)ABAB0(1)、（2）聯(lián)立，得WR(0)gf27求常壓下35的空氣以12m/s的速度流經(jīng)120m長的水平通風(fēng)管的能量損失和壓力損失。管道截面為長方形，長為300mm，寬為200mm。（設(shè)d0.0005）解:當(dāng)量直徑:2ab20.30.20.24m2(ab)ab0.30.235空氣物性:1.1465kg/m3,18.85106psa0.241.146512Redue18.851061.752105由d0.0005,查得0.019e20.242Wflu21201220.019684J/kgdPW6841.14

27、65784.2Paffs28如附圖所示，密度為800kg/m3、黏度為1.5mPa的液體，由敞口高位槽經(jīng)1144mm的鋼管流入一密閉容器中，其壓力為0.16MPa（表壓），兩槽的液位恒定。液體在管內(nèi)的流速為1.5m/s，管路中閘閥為半開，管壁的相對粗糙度d0.002，試計算兩槽液面的垂直距離z。解:在高位槽1截面到容器2截面間列柏努力方程:題28附圖zgp212212p111u2zg2u2Wf簡化:zgp2WfRedu0.1068001.51.51038.48104由d0.002,查得0.026d20.1062管路中:進口0.590彎頭0.752個半開閘閥4.5出口1lu2301601.52W

28、()(0.0260.520.754.51)f60.87J/kg800z(p0.161062W)/g(f60.87)/9.8126.6m29從設(shè)備排出的廢氣在放空前通過一個洗滌塔，以除去其中的有害物質(zhì)，流程如附圖所示。氣體流量為3600m3/h，廢氣的物理性質(zhì)與50的空氣相近，在鼓風(fēng)機吸入管路上裝有U形壓差計，指示液為水，其讀數(shù)為60mm。輸氣管與放空管的內(nèi)徑均為250mm，管長與管件、閥門的當(dāng)量長度，之和為55m（不包括進、出塔及管出口阻力）放空口與鼓風(fēng)機進口管水平面的垂直距離為15m，已估計氣體通過洗滌塔填料層的壓力降為2.45kPa。管壁的絕對粗糙度取為0.15mm，大氣壓力為101.3k

29、Pa。試求鼓風(fēng)機的有效功率。解:以吸入管測壓處為1-1面,洗滌塔管出口內(nèi)側(cè)為2-2面,列柏努力方程:u2Wzg2u2W2122zg1p1p11e2f簡化:PWZgW1e2f題29附圖其中:p1H2OgR10009.810.06588.6pauV0.785d20.7850.25220.38m/s3600s360050空氣物性:1.093kg/m3,19.6106psaRedu0.251.09320.3819.61062.84105d又0.152500.0006查得0.018dW(flle)進出u22Wf塔(llde進)出u22p0.251.5)22.45103(0.0185520.3821.09

30、33375J/kgWezgWp/2f1159.813375588.6/1.0932983.6J/kgNemWeVWe3600ss36001.0932983.63.26kW30.密度為850kg/m3的溶液，在內(nèi)徑為0.1m的管路中流動。當(dāng)流量為4.210-3m3/s時，溶液在6m長的水平管段上產(chǎn)生450Pa的壓力損失，試求該溶液的黏度。解：流速0.785d2uVS4.21030.7850.120.535m/sd2設(shè)液體在管內(nèi)為層流流動，則p32luf0.0438Pas黏度pd24500.12f32lu3260.535校核Re：Redu103820000.18500.5350.0438流動為層流

31、，以上計算正確。該液體的黏度為0.0438Pas。31黏度為30cP、密度為900kg/m3的某油品自容器A流過內(nèi)徑40mm的管路進入容器B。兩容器均為敞口，液面視為不變。管路中有一閥門，閥前管長50m，閥后管長20m（均包括所有局部阻力的當(dāng)量長度）。當(dāng)閥門全關(guān)時，閥前后的壓力表讀數(shù)分別為88.3kPa和44.2kPa。現(xiàn)將閥門打開至1/4開度，閥門阻力的當(dāng)量長度為30m。試求：（1）管路中油品的流量；（2）定性分析閥前、閥后壓力表讀數(shù)的變化。解：（1）閥關(guān)閉時流體靜止，由靜力學(xué)基本方程可得：題31附圖zAzBpp88.31031ag9009.81pp44.21032ag9009.8110m5

32、mzg122當(dāng)閥打開14開度時，在A與B截面間列柏努利方程：p1pu2Azgu2BWAABB其中：pp0(表壓)，uu0ABABf則有(zz)gW（a）d264dud2d2llu2eABf由于該油品的黏度較大，可設(shè)其流動為層流，則64Redu64llu232(ll)ue代入式（a），有(zz)geABd2(zz)g0.042900(105)9.81ABu0.736m/s32(ll)3230103(503020)e0.049000.736校核：Redu30103883.220004d2u0.7850.0420.7369.244104m3/s3.328m3/h假設(shè)成立。油品的流量：VS（2）閥打開

33、后：在A與1截面間列柏努利方程：2A21zg1u2Ap1pAzgu21W1fA1簡化得zgA或zgA1pu21W21plu21(11)1d2fA1d2plu21zg(11)1A顯然，閥打開后u1，p1，即閥前壓力表讀數(shù)減小。在2與B截面間列柏努利方程：222Bzg1u22p1p2zgu2BWBf2Bd2簡化得plu22zg(21)2B因為閥后的當(dāng)量長度l2中已包括突然擴大損失，也即210，ld故閥打開后u2，p2，即閥后壓力表讀數(shù)增加。3220苯由高位槽流入貯槽中，兩槽均為敞口，兩槽液面恒定且相差5m。輸送管為383mm的鋼管（0.05mm）總長為100m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長度），求苯的

34、流量。解:在兩槽間列柏努力方程,并簡化:zgWf即:zgllu2ed2代入數(shù)據(jù):59.81100u20.0322化簡得:u20.03139d0.05320.00156查完全湍流區(qū)0.022設(shè)0.021,由(1)式得u1.22m/s879kgm30.737mPs由附錄查得20苯物性:a0.0328791.220.73710Rdue34.66104查圖，0.026再設(shè)0.026，由（1）得u1.10m/sRe0.0328791.100.7371034.20104查得0.26假設(shè)正確u1.10m/s23.183m3流量：Vs4du0.7850.03221.18.84104m3shll33某輸水并聯(lián)管

35、路，由兩個支路組成，其管長與內(nèi)徑分別為：1200m，d0.6m；800m，112（d0.8m。已知總管中水的流量為2.2m3/s，水溫為20，試求各支路中水的流量。設(shè)管子的粗糙1度為0.3mm）解：設(shè)兩支路中的流動均進入阻力平方區(qū)，由/d0.3/6000.0005及1/d0.3/8000.000375，查得0.017，0.0156212V:VS1S2d5d51:2(ll)(ll)1e12e20.650.85:0.0617:0.1620.01712000.0156800VS20.162V2.6256V0.0617S1S1又VVVSS1S23.6256VS1S1V0.61m3/sV2.2S3.62

36、563.6256V校核Re：S22.6256VS12.62560.611.60m3/s0.785d2支管1：uVS1110.610.7850.622.16m/sRedu0.610002.1611103111.296106流動接近阻力平方區(qū)，0.017。10.785d20.7850.823.18m/s支管2：uVS2221.600.810003.18110Red2u2232.54106流動接近阻力平方區(qū)，0.0156。1故以上計算有效。兩支管的流量分別為0.61m3/s、1.60m3/s34如附圖所示，高位槽中水分別從BC與BD兩支路10題34附圖排出，其中水面維持恒定。高位槽液面與兩支管出口間

37、的距離為10m。AB管段的內(nèi)徑為38mm、長為28m；BC與BD支管的內(nèi)徑相同，均為32mm，長度分別為12m、15m（以上各長度均包括管件及閥門全開時的當(dāng)量長度）。各段摩擦系數(shù)均可取為0.03。試求：（1）BC支路閥門全關(guān)而BD支路閥門全開時的流量；（2）BC支路與BD支路閥門均全開時各支路的流量及總流量。解：（1）在高位槽液面與BD管出口外側(cè)列柏努利方程：222pp111zgu22zgu2W112f簡化：zgWfABD而WfABDWfABWfBDlu2lu2AB1BD2d2d212有：109.810.0328u215u210.0320.03820.0322化簡11.05u27.03u298

38、.112又由連續(xù)性方程：32u(2dd1)2u1238()2u1.41u11解得：u1.98m/s代入上式：11.05u27.031.412u298.111128.08m3流量：Vsdu0.7850.03821.982.244103m3411sh（2）當(dāng)BD，BC支路閥均全開時：C，D出口狀態(tài)完全相同，分支管路形如并聯(lián)管路，WfBcWfBD3BDu2lBCd3u2l2d22212u215u232u1.118u32(1)又VVVs1s2s344d12u14d2u22d2u33382u322u322u=3222.118u1232u1.502u12(2)在高位槽液面與BD出口列柏努利方程：ZgWWf

39、fABWfBD109.810.0328u215u210.0320.03820.032211.05u27.03u298.1(3)12將（2）代入（3）式中：11.051.5022u27.03u298.122解得：u1.752m2su2.63m1su31.96ms2410.73m3流量：Vs1du0.7850.03822.632.98103m311sh245.07m3Vs2du0.7850.03221.7521.408103m322sh25.67m3Vs3du0.7850.03221.961.576103m3433sh35在內(nèi)徑為80mm的管道上安裝一標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計，孔徑為40mm，U形壓差計的讀

40、數(shù)為350mmHg。管內(nèi)液體的密度為1050kg/m3，黏度為0.5cP，試計算液體的體積流量。解：A0(A14080)20.25設(shè)RR，查得C0.625eec00.6250.7850.0427.11103m32Rg()20.35(136001050)981VCAs0011050suVs0.785d127.111030.7850.0821.415ms0.081.41510500.5103Rd1ue2.38105而Rec7104RReec1假設(shè)正確，以上計算有效。36用離心泵將20水從水池送至敞口高位槽中，流程如附圖所示，兩槽液面差為12m。輸送管為573.5mm的鋼管，吸入管路總長為20m，壓

41、出管路總長為155m（均包括所有局部阻力的當(dāng)量長度）。用孔板流量計測量水流量，孔徑為20mm，2.1流量系數(shù)為0.61，U形壓差計的讀數(shù)為600mmHg。摩擦系數(shù)可取為0.02。試求：m5（1）水流量，m3/h；（2）每kg水經(jīng)過泵所獲得的機械能；（3）泵入口處真空表的讀數(shù)。題36附圖解：（1）VCAs002Rg()00.610.7850.02220.69.81(136001000)10002.33103m3s8.39m3h（2）以水池液面為11面，高位槽液面為22面，在1122面間列柏努利方程：2122pp111u2zgW2u2zgW1e2f簡化:WzgWef而Wfllu2ed20.785d

42、2其中：uVs2.331030.7850.0521.19ms49.56JW0.02f1751.1920.052kgW129.8149.56167.28Jekg（3）在水池液面11面與泵入口真空表處33面間列柏努利方程：u2zg3u2zgW2123113pp11f13u2ZgW23簡化為0p133f13e吸入u0.025.66J/kg2201.192其中Wf13(lld)320.05223p13(u2ZgW3f131.192)(1.59.815.66)21.12p21.121.1103Pa21.1kPa3即泵入口處真空表的讀數(shù)為21.1kPa。37水在某管路中流動。管線上裝有一只孔板流量計，其流

43、量系數(shù)為0.61，U形壓差計讀數(shù)為200mm。若用一只喉徑相同的文丘里流量計替代孔板流量計，其流量系數(shù)為0.98，且U形壓差計中的指示液相同。問此時文丘里流量計的U形壓差計讀數(shù)為若干？解：由流量公式：VCAVCAS002Rg()10SV02Rg()20流量相同時，RC2(0)2(RC1V0.610.98)20.387故文丘里流量計的讀數(shù)R0.387R0.38720077.4mm2138某氣體轉(zhuǎn)子流量計的量程范圍為460m3/h。現(xiàn)用來測量壓力為60kPa（表壓）、溫度為50的氨氣，轉(zhuǎn)子流量計的讀數(shù)應(yīng)如何校正？此時流量量程的范圍又為多少？（設(shè)流量系數(shù)CR為常數(shù)，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3kPa）解：

44、操作條件下氨氣的密度：2pM(101.360)1030.0171.022kg/m3RT8.31(27350)VS2VS1121.21.0221.084即同一刻度下，氨氣的流量應(yīng)是空氣流量的1.084倍。此時轉(zhuǎn)子流量計的流量范圍為41.084601.084m3/h，即4.3465.0m3/h。39在一定轉(zhuǎn)速下測定某離心泵的性能，吸入管與壓出管的內(nèi)徑分別為70mm和50mm。當(dāng)流量為30m3/h時，泵入口處真空表與出口處壓力表的讀數(shù)分別為40kPa和215kPa，兩測壓口間的垂直距離為0.4m，軸功率為3.45kW。試計算泵的壓頭與效率。V20.7850.0721d4130s解：u36002.16

45、6ms0.7850.05230u36004.246m2sg2gg2g2在泵進出口處列柏努力方程，忽略能量損失；p1p11u2ZH2u2Z11e2Hepp121g2g(u2u2)Z21(21540)1031(4.24622.1162)0.41039.8129.81NQHg301039.8127.072.213kW=27.07me3600Ne100%2.213N3.45100%64.1%40在一化工生產(chǎn)車間，要求用離心泵將冷卻水從貯水池經(jīng)換熱器送到一敞口高位槽中。已知高位槽中液面比貯水池中液面高出10m，管路總長為400m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長度）。管內(nèi)u2徑為75mm，換熱器的壓頭損失為32

46、，摩擦系數(shù)可取為0.03。此離心泵在轉(zhuǎn)速為2900rpm時的2g性能如下表所示：Q/(m3/s)H/m0260.00125.50.00224.50.003230.004210.00518.50.00615.50.007120.0088.5HPZu2hZhg2g試求：（1）管路特性方程；（2）泵工作點的流量與壓頭。解：（1）管路特性曲線方程：1effZhZ(e32)d2gd2gH10(0.034000.07529.810.7850.0752llu2llu2ef1Q32)()2e105.019105Q2泵特性曲線m(H（2）在坐標(biāo)紙中繪出泵的特性曲線及管路特性曲線的工作點：)36343230282

47、62422201816管路特性曲線Q0.0045m3sH20.17m14121080.0000.0020.0040.0060.0083Q(m/s)41用離心泵將水從貯槽輸送至高位槽中，兩槽均為敞口，且液面恒定?，F(xiàn)改為輸送密度為1200kg/m3的某水溶液，其他物性與水相近。若管路狀況不變，試說明：（1）輸送量有無變化？（2）壓頭有無變化？（3）泵的軸功率有無變化？g（4）泵出口處壓力有無變化？解：變化時，泵特性曲線不變。管路特性曲線HzpBQ2zBQ2e不變QHgNN增加g2g1g2g2（1）輸送量不變；（2）壓頭不變；（3）軸功率：e（4）在貯槽液面1-1和泵出口2-2間列柏努力方程：P1P

48、11u2ZH2u2Zh1e2fu2Zh2g2簡化：P2gHe12f工作點Q，H不變，ueh不變f即P隨的增加而增加。242用離心泵將水從敞口貯槽送至密閉高位槽。高位槽中的氣相表壓為98.1kPa，兩槽液位相差10m，且維持恒定。已知該泵的特性方程為H407.2104Q2（單位：Hm，Qm3/s），當(dāng)管路中閥門全開時，輸水量為0.01m3/s，且流動已進入阻力平方區(qū)。試求：（1）管路特性方程；（2）若閥門開度及管路其他條件等均不變，而改為輸送密度為1200kg/m3的堿液，求堿液的輸送量。解：（1）設(shè)輸送水時管路特性方程為HABQ2e其中，Azp98.11031020g10009.81當(dāng)輸水量為

49、0.01m3/s時，由泵特性方程與管路特性方程聯(lián)立：407.21040.01220B0.012得B1.28105即此時管路特性方程為H201.28105Q2e（2）當(dāng)改送密度為1200kg/m3的堿液時，泵特性方程不變，此時管路特性方程Azp98.11031018.3g12009.81流動進入阻力平方區(qū)，且閥門開度不變，則B不變。因此管路特性方程變?yōu)镠18.31.28105Q2e將該方程與泵特性方程聯(lián)立，407.2104Q218.31.28105Q2可得堿液輸送量Q0.0104m3/s43用離心泵向設(shè)備送水。已知泵特性方程為H400.01Q2，管路特性方程為H250.03Q2，兩式中Q的單位均

50、為m3/h，H的單位為m。試求：e（1）泵的輸送量；（2）若有兩臺相同的泵串聯(lián)操作，則泵的輸送量為多少？若并聯(lián)操作，輸送量又為多少？解：（1）H400.01Q2H250.03Q2e聯(lián)立：400.01Q2250.03Q2解得：Q19.36m3h（2）兩泵串聯(lián)后：泵的特性：H2(400.01Q2)與管路特性聯(lián)立：250.03Q22(400.01Q2)解得：Q33.17m3（3）兩泵并聯(lián)后：h泵的特性：H400.01(Q2)2與管路特性聯(lián)立：Q250.03Q2400.01()22解得：Q21.48m3/h44用型號為IS65-50-125的離心泵將敞口貯槽中80的水送出，吸入管路的壓頭損失為4m，當(dāng)

51、地大氣壓為98kPa。試確定此泵的安裝高度。解：查附錄：800C水，P0.4736105Pa,971.8kg/m3v在附錄中查得IS65-50-125泵的必需氣蝕余量（NPSH）r=2.0m泵允許安裝高度：g允PPHg0v(NPSH)rhf吸入=981030.4736105971.89.812.04=0.69m為安全起見，再降低0.5m，即Hg0.690.51.2m即泵需要安裝在水槽液面以下1.2m或更低位置。45用離心泵從真空度為360mmHg的容器中輸送液體，所用泵的必需汽蝕余量為3m。該液體在輸送溫度下的飽和蒸汽壓為200mmHg，密度為900kg/m3，吸入管路的壓頭損失為0.5m，試

52、確定泵的安裝位置。若將容器改為敞口，該泵又應(yīng)如何安裝？（當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?00kPa）解：（1）當(dāng)容器內(nèi)真空度為360mmHg時，g允ppH0gv(NPSH)rhf吸入30.50.63m360200(100103101325)1013257607609009.81故泵宜安裝在液面以下（0.630.5）1.13m更低的位置。（2）當(dāng)容器敞口時，g允ppH0gv(NPSH)rhf吸入30.54.8m2001001031013257609009.81故泵宜安裝在液面以上低于（4.80.5）4.3m的位置。46如附圖所示，用離心泵將某減壓精餾塔塔底的釜液送至貯槽，泵位于貯槽液面以下2m處。已知塔內(nèi)液面上方

53、的真空度為500mmHg，且液體處于沸騰狀態(tài)。吸入管路全部壓頭損失為0.8m，釜液的密度為890kg/m3，所用泵的必需汽蝕余量為2.0m，問此泵能否正常操作？解：因塔內(nèi)液體處于沸騰狀態(tài)，則液面上方的壓力即為溶液的飽和蒸汽壓，即pp0V該泵的允許安裝高度：題46附圖Hg允pp0V(NPSH)grhf吸入2.00.82.8m而實際安裝高度Hg2.0mHg，說明此泵安裝不當(dāng)，泵不能正常操作，會發(fā)生氣蝕實允現(xiàn)象。47用內(nèi)徑為120mm的鋼管將河水送至一蓄水池中，要求輸送量為60100m3/h。水由池底部進入，池中水面高出河面25m。管路的總長度為80m，其中吸入管路為24m（均包括所有局部阻力的當(dāng)量

54、長度），設(shè)摩擦系數(shù)為0.028。，試選用一臺合適的泵，并計算安裝高度。設(shè)水溫為20，大氣壓力為101.3kPa。解：以大流量Q100m3/h計。在河水與蓄水池面間列柏努力方程，并簡化：HZhZefllu2ed2g0.785d2uQ10036002.46m0.7850.122s0.1229.81由Q100m3,H30.76m選泵IS100-80-160，其性能為：802.462H250.02830.76meheQ100m3h,H32m,78%,N11.2kW,(NPSH)4.0mr確定安裝高度：200C水，998.2kgm3Pv2.335kPa允ppHg0gv(NPSH)rhf吸入e吸入u224

55、2.462hf吸入(ll)d2g0.1229.810.0281.73mHg允(101.32.335)1034.01.734.4m998.29.81V解：u1.89m/s36000.7850.053d4減去安全余量0.5m，實為3.9m以下。即泵可安裝在河水面上不超過3.9m的地方。48常壓貯槽內(nèi)裝有某石油產(chǎn)品，在貯存條件下其密度為760kg/m3?，F(xiàn)將該油品送入反應(yīng)釜中，輸送管路為572mm，由液面到設(shè)備入口的升揚高度為5m，流量為15m3/h。釜內(nèi)壓力為148kPa（表壓），管路的壓頭損失為5m（不包括出口阻力）。試選擇一臺合適的油泵。15s22在水槽液面11與輸送管內(nèi)側(cè)22面間列柏努力方程

56、，簡化有：Hzpg2g2e1u2hf7609.8129.81由Q=15m3H30.03m，查油泵樣本，選泵60Y-60B其性能為：1481031H51.892530.03mehe流量19.8m3效率55%h壓頭38m軸功率3.75kW氣蝕余量2.6m49現(xiàn)從一氣柜向某設(shè)備輸送密度為1.36kg/m3的氣體，氣柜內(nèi)的壓力為650Pa（表壓），設(shè)備內(nèi)的壓力為102.1kPa（絕壓）。通風(fēng)機輸出管路的流速為12.5m/s，管路中的壓力損失為500Pa。試計算管路中所需的全風(fēng)壓。（設(shè)大氣壓力為101.3kPa）2解：p(pp)T21u2p2f102.1101.30.65103756.25Pa1.362

57、12.5250018181.01103第二章非均相物系分離1、試計算直徑為30m的球形石英顆粒（其密度為2650kg/m3），在20水中和20常壓空氣中的自由沉降速度。解：已知d=30m、s=2650kg/m3（1）20水=1.0110-3Pas=998kg/m3設(shè)沉降在滯流區(qū)，根據(jù)式（2-15）d2()g(30106)2(2650998)9.81su8.02104m/st校核流型Redutt301068.021049982.38102(1042)1.0110318181.81105假設(shè)成立，ut=8.0210-4m/s為所求（2）20常壓空氣=1.8110-5Pas=1.21kg/m3設(shè)沉降

58、在滯流區(qū)d2()g(30106)2(26501.21)9.81su7.18102m/st校核流型：Redutt301067.181021.210.144(1042)1.811052時是顆粒在空氣中滯流沉降的最大粒徑，根據(jù)式（2-15）并整理假設(shè)成立，ut=7.1810-2m/s為所求。2、密度為2150kg/m3的煙灰球形顆粒在20空氣中在滯流沉降的最大顆粒直徑是多少？解：已知s=2150kg/m3查20空氣=1.8110-5Pa.s=1.21kg/m3當(dāng)Reduttd3()gduts2所以182d337.73105m77.3m18R181.011030.0536236(1.81105)2()

59、g(21501.21)9.811.21s3、直徑為10m的石英顆粒隨20的水作旋轉(zhuǎn)運動，在旋轉(zhuǎn)半徑R0.05m處的切向速度為12m/s，求該處的離心沉降速度和離心分離因數(shù)。解：已知d=10m、R=0.05m、ui=12m/s設(shè)沉降在滯流區(qū)，根據(jù)式（2-15）g改為ui/R即d2()u21010(2650998)122sui0.0262m/s2.62cm/sr校核流型Redurt1050.02629980.259(1042)1.01103ur=0.0262m/s為所求。所以Kcu2122i294Rg0.059.81解：根據(jù)u及VS=blutc184、用一降塵室處理含塵氣體，假設(shè)塵粒作滯流沉降。下

60、列情況下，降塵室的最大生產(chǎn)能力如何變化？（1）要完全分離的最小粒徑由60m降至30m；（2）空氣溫度由10升至200；（3）增加水平隔板數(shù)目，使沉降面積由10m2增至30m2。d2()gcstc（1）Vustc(Vustcdc)2(dc301)2604tc（2）查10空氣=1.7610-5Pas200空氣=2.6010-5PasVu1.76105stc0.677Vu2.60105sV(bl)30（3）s3.0V(bl)10s55、已知含塵氣體中塵粒的密度為2300kg/m3。氣體流量為1000m3/h、黏度為3.610Pa.s、密度為0.674kg/m3，若用如圖2-6所示的標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器進行