內(nèi)蒙古科技大學(xué)《化工原理》習(xí)題及解答

緒論習(xí)題1) 含水份52%的木材共120kg,經(jīng)日光照曬，木材含水份降至25%,問：共失去水份多少千克？以上含水份均指質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。A木材 _i_ 木材 120(1-0.52)=(120-w)(1-0.25) ^照曬 ? ..w=43.2kg2)以兩個串聯(lián)的蒸發(fā)器對NaOH水溶液予以濃縮，流程及各符號意義如圖所示，F(xiàn)、G、E皆為NaOH水溶液的質(zhì)量流量，x表示溶液中含NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，W表示各蒸發(fā)器產(chǎn)生水蒸汽的質(zhì)量流量。若尸=6.2依/s,=0.105,4=0.30,跖：%=1：1.15,問：跖、詼、E、xi各為多少？W,kg/sX2=0W,kg/sX2=0.30W|：Wz=l:L15,X--(Wt),xl,w1,w2)D,E=?Ekg/sW2kg/s對控制體I,NaOH物料衡算：Fx0=Ex2即6.2X0.105=EX0.30 /.E=2.17kg/sW,+W2=F-E=6.2-2.17=4.03kgWi=4.03/2.15=1.87kg/s,W2=4.03-1.87=2.16kg/s

對控制體II,總的物料衡算：G=F-W,=6.2-1.87=4.33kg/sFx0=Gx2即6.2X0.105=4.33xb/.x,=0.153)某連續(xù)操作的精儲塔分離苯與甲苯。原料液含苯0.45(摩爾分率，下同)，塔頂產(chǎn)品含苯0.94。已知塔頂產(chǎn)品含苯量占原料液中含苯量的95虬問：塔底產(chǎn)品中苯的濃度是多少？按摩爾分率計。［解］:塔頂產(chǎn)品一*■Dkmol/sxD=0.94原料：Fkmol/sXf=0.450.95=0.95=0.94045W=0.445,y=0.545W=0.445,y=0.545又Fx0.45=Dx0.94+WXw即0.45=0.45x0.94+0.545xXw：.Xw=0.04134)導(dǎo)熱系數(shù)的SI單位是W/(m?℃),工程制單位是kcal/(m?h,℃)o試問lkcal/(m?h?℃)相當(dāng)于多少W/(m?℃)?并寫出其因次式。lkcal/(m.h.℃)=?J/(m.s.℃)寫出導(dǎo)熱系數(shù)的因次式。Vlkcal=4.187X103J,lh=3600s

,kcal4.187xlO3J一，.W1 = =1.163---mh?C3600m.s^Cm?C令各基本因次為：M 質(zhì)量，L 長度，T 溫度，t 時間。導(dǎo)熱系數(shù)因次式=絲4匕2_￡=ml廣3廣1L.tT5)已知理想氣體通用常數(shù)我=0.08205物理大氣壓?升/(摩爾?K),試求采用J/(kmol?K)時R的數(shù)值。解：寫出以J/(kmolk)的單位為理想氣體通用常數(shù)R之值。VI物理大氣壓=1.0133X105N/m2,1升=10m3，R=0.08205物理大氣壓,x 摩爾，K=物理大氣壓,x 摩爾，K=8314—--kmoLK10-3 kmoLk6)水蒸汽在空氣中的擴散系數(shù)可用如下經(jīng)驗公式計算：c1.46X10"4T"D= x pT+441式中 D——擴散系數(shù)，英尺7h；P 壓強，atm；T一一絕對壓強，QR。試將上式改換成采用SI單位的形式。各物理量采用的單位是：D—n)2/s,p—Pa,T—Ko解:經(jīng)驗公式的單位換算：1.46X1。-4產(chǎn)~PX7+441物理量擴散系數(shù)壓強絕對溫度原來單位英尺7hatm°R后來單位M2/sPaKVI英尺2/h=0.304873600m7s=2.58X10-5m7s,latm=l.0133X105pa,

溫差lk=L8°R1 、 1.46X10-4(L8T產(chǎn)L)( t)= \x2.58x10-5 ] (1.8F)+441S.0133xl05)Dt_9.218x10-4_(T,)2.5~P, -F+2457)在冷凝器中蒸汽與冷卻水間換熱，當(dāng)管子是潔凈的，計算總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗式為：11—=0.00040+—K 268u°s式中K 總傳熱系數(shù)，Btu/(ft~?h?°F)；u 水流速，ft/s。試將上式改換成采用SI單位的形式。各物理量采用的單位是:K-W/(m?℃),u-m/so解：經(jīng)驗公式的單位換算:=0.00040=0.00040+K'(l/5.678).?.——=7.045x10-5+K'268(?70.3048)0813937(w')08—=0.00040+—K 268m08物理量傳熱系數(shù)流速原來單位BUT/ft2.h.(,F)ft/s后來單位W/(m2.K)m/sV1BUT/(ft2.h.°F)=5.678W/(m2.K),1fit/s=0.3048m/s

《第一章流體流動》習(xí)題解答1某敞口容器內(nèi)盛有水與油。如圖。已知水及油的密度分別為1000和860kg/m3,解：hi=600mm,h2=800mm,問H為多少mm?h}=600mm,h2 水=kg/夕油=860&g/〃?'，〃=????860x9.8lx0.60+103x9.81x0.80=103x9.8\hh=\.32/7?2,有一幢102層的高樓，每層高度為4m。若在高樓范圍內(nèi)氣溫維持20℃不變。設(shè)大氣靜止，氣體壓強為變量。地平面處大氣壓強為760mmHg。試計算樓頂?shù)拇髿鈮簭?，以mmHg為單位。解[ dp=-pgdz——①■[p="X29/(8314x293.2)=1.190x10-5. ②②代入①，得*包=一9.81x1.190x1Of廣。8dzJp J。Z〃(p?/760)=-9.81x1.190x10-5x408=-0.04763,/.片=724.7mmHg.某水池，水深4米，水面通大氣，水池側(cè)壁是鉛垂向的。問：水池側(cè)壁平面每3米寬度承受水的壓力是多少N?外界大氣壓為latm。F=3(4(^)+p/kgz)rfz=3x1.013x105x4+3x103x9.81x42/2=1.45x105NJO.外界大氣壓為latm,試按理想氣體定律計算0.20at(表壓)、20℃干空氣的密度?？諝夥肿恿堪?9計。解：pPM

~RT解：pPM

~RT(1.013x105+0.20x0.81x104)x298314x293.2=1.439Kg/相3.有個外徑為R?、內(nèi)徑為R為的空心球，由密度為P'的材料制成。若將該球完全淹沒在某密度為P的液體中，若球能在任意位置停留，試求該球的外徑與內(nèi)徑之比。設(shè)球內(nèi)空氣重量可略。解：(4/3)%(咫一R：)pg=(4/3)成;總R/R\=Q-plp)73.為放大以U形壓差計測氣體壓強的讀數(shù)，采用傾斜式U形壓差計。如圖。指示液是P=920kg/n)3的乙醇水溶液。氣體密度為1.20kg/m3o讀數(shù)R=100mm。問Pi與P2的差值是多少mmHg?

解：片一丹=(g-0)g/?sin2O°=(920-1.20)x9.81x0.1sin20°=308.3P?=2.31mmHg采用微差U形壓差計測壓差。如圖。已知U形管內(nèi)直徑d為6mm,兩擴大室半徑均為80mm,壓差計中用水和礦物油作指示液，密度分別為1000及860kg/m3。當(dāng)管路內(nèi)氣體壓強P與外界大氣壓P。相等時，兩擴大室油面齊平，U形管兩只管內(nèi)油、水交界面亦齊平?，F(xiàn)讀得讀數(shù)R=350mm,試計算：(1)氣體壓強p(表)。(2)若不計擴大室油面高度差，算得的氣體壓強p是多少？(3)若壓差計內(nèi)只有水而不倒入礦物油，如一般U形壓差計，在該氣體壓強p值下讀數(shù)R°為多少？解：?P-Pn=(p2-p,)gR+p,gR(d/D)2=(1000-860)x9.81x0.35+860x9.81x0.35(6/160)2=484.8Pa@P-Pa?(p2-p,)gR=(1000-860)x9.81x0.35=480.1Pa③「一痣=Pig4即484.8=1000x9.81/?()&=0.0493m.某傾斜的等徑直管道內(nèi)有某密度P的液體流過。如圖。在管道的A、B截面設(shè)置了兩套U形壓差計測壓差，下測用的是一般U形壓差計，上測用的是復(fù)式U形壓差計，所用的指示液均為密度是Pi的同一種液體。復(fù)式壓差計中兩段指示液之間的流體是密度為P的流過管道內(nèi)的液體。試求讀數(shù)R與R?、R3的關(guān)系。解： ；(g-P)gR=(p,-p)gR2+(p,-P)gR、：.R[=&+R39)將水銀倒入到圖示的均勻管徑的U形管內(nèi)，水銀高度h=0.25m。然后將水從左支管倒入，測得平衡后左支管的水面比右支管的水銀面高出0.40m。試計算U形管內(nèi)水與水銀的體積比。習(xí)題9附圖如圖所示1—1為等壓面，.-.p^p/；.p水g(Ri+Rz)=p柳gRz10x(0.4+R2)=13.6x1OR/.R2=0.0317mV水銀二d~(2h1+L)d2(R,+R2)V*銀/V*=(2h1+L)/(R,+R2)=(2x0.25+0.015)/(0.4+0.0317)=1.1910)一直立煤氣管，在底部U形壓差計hi=120mm,在H=25m高處的U形壓差計h2=124.8mmoU形管指示液為水。管外空氣密度為1.28kg/m3o設(shè)管內(nèi)煤氣及管外空氣皆靜止，求管內(nèi)煤氣的密度。TOC\o"1-5"\h\zPi—Pi=pMghi (1)p2-p2=p*-gh2 (2)⑴減(2),得(Pi-p2)—(Pi—p2)=p*-g(h,-h2) (3)其中pt—p2=p煤?gH,pi'—p2=ps-gH,代入⑶式，得：p煤.gH-p空-gH=p*-g(h(—h2)即「煤=p水?(N-hJ/H+p在=103(0.120-0.1248)/25+1.28=1.088kg/m''.以2”的普通壁厚的水煤氣鋼管輸送15c的清水，水在管內(nèi)滿流。已知水流速u=1.5m/s,求水的質(zhì)量流量、質(zhì)量流速和體積流量。解：管子，查得外徑0/wn,壁厚橫截面積4=5/4)x(0.060-2x0.0035)2=2.206x10-3/水的密度p=999Kgim'體積流量V=uA=1.5x2.206x10-3=3.309x10-3/m3/5質(zhì)量流量W=UA。=1.5x2.2076x10-3x999=3.306Kg/s質(zhì)量流速G=">=1.5x999=1499&g/(s?62).如圖所示，質(zhì)量為3.5kg,面積為40x46cm?的一塊木板沿著涂有油的斜面等速向下滑動。已知v=L2m/s,o=L5mm(油膜厚度)。求滑油的粘度。

13T=H/(40x46x10')=13T=H/(40x46x10')=71.77N/m2=71.77x1.5x1071.2=0.0897Pa-s.以壓縮空氣將某液體自儲槽壓送到高度H=5.0m、壓強pz為2.5at（表壓）的容器內(nèi)，如圖。已知液體密度P=1800kg/m3,流體的流動阻力為4.OJ/kg。問：所需的壓縮空氣壓強0至少為多少at（表壓）？解：H=5.0m,P2-2.5皿表\p—\SQOkg/m3=4.0J/kg,Pi=?二=gH+”+￥+?（略去芋）p p2 2耳（表）=1800（9.81x5.0+2,5x9810-+40）1800=3.407xlO5Pa.水以70m7h的流量流過傾斜的異徑管通。如圖。已知小管內(nèi)徑dA=100mm,大管內(nèi)徑&=150廊，B、A截面中心點高度差h=0.3m,U形壓差計的指示液為汞。若不計AB段的流體流動阻力，試問：U形壓差計哪一支管內(nèi)的指使液液面較高？R為多少？

解:《&+n=電+逅―一①p2p2Oa-(匕)b= P)gR ②rr70/3600 c“c,八 70/3600 —八,U.= 7=2.48m/sUK= =1.10/77/5(乃/4)(0.15)2 b(萬/4)。15)2由①，②式得Qp,—p)gR由①，②式得Qp,—p)gR_Uj-U^(13.6-1.0)xl03x9.81R1.102-2.482103，/?=-0.020m,可見，左支管內(nèi)指示液位比右支管內(nèi)的高。.水以6.4X10'm7s的流量流經(jīng)由小至大的管段內(nèi)。如圖。小管內(nèi)徑d1=20mm,大管內(nèi)徑d2=46mm。欲測1、2兩截面處水的壓差，為取得較大的讀數(shù)R,采用倒U形壓差計。已知壓差計內(nèi)水面上空是P=2.5kg/m'的空氣，讀數(shù)R=100mm。求水由1至2截面的流動阻力Z解：U.=64x10=2.037m/s5/4)(0.020)2rr6.4xIO-4八…,U、= =0.385m/s(%/4)(0.046)2(C")2一(E")1=3一p)gR=(1000-2.5)x9.81x0.10=978.5P” 1 = 1 =Ul-978.52.0372-0.3852— F103=1.02J/kg.水從噴嘴口IT截面垂直向上噴射至大氣。如圖。設(shè)在大氣中流束截面保持圓形，已知噴嘴內(nèi)直徑4=20mm,出噴嘴口水流速5=15m/s。問：在高于噴嘴出口5m處水流的直徑是多大？忽略摩擦阻力。解：與2-2之間列柏努利方程gZi+u72+pi/p=gz2+u272+p2/pZi=0,z2=5m,pi=p2u,72=gz2+u272.-.1572=9.81X5+u22/2u2=11.26m/s又，UidJ=u2d22xO.020=0.0231m.高、低水庫的水面高度差H=42m,水流量為30m7s,水流的總阻力為4.5mH20o如圖。已知透平的效率n=0.78,試計算透平的輸出功率。

解：Ui=Uz=O,Pi=p2解：Ui=Uz=O,Pi=p2,z2=0,1—1與2—2間列柏努利方程gZi+u,2/2+pl/p+Ws=gz2+U22/2+p2/p+ZWs=-gZ|+Ehr=-9.81x42+4.5x9.81x10710二-368J/kgNa=W5-Vp=-368x30x103=1.IOxIO7W.-.Nc=Na-r|=1.10xl07x0.78=8.61xl06W=8.61xlO:,kW.某水溶液在圓直、等徑管內(nèi)層流動。管內(nèi)半徑為R。設(shè)測點流速的探針頭位置與管軸線的距離為ro問：測點相對位置力/?為多少時該點的點流速等于平均流速？解：一般式：V=Vmax[l-(r//?)2]令1/R時，V]=U=VmJ2即匕穌/2=匕/1-&/火)2]=72/2=0.707.以水平圓直管輸送某油品。管內(nèi)徑為d“管兩段壓差為一年】。因管道腐蝕，擬更換管道。對新裝管道要求如下：管長不變，管段壓降為原來壓降的0.75,而流量加倍。設(shè)前后情況流體皆為層流。問：新管道內(nèi)徑d?與原來管內(nèi)徑山之比為多少？解：層淞12翁力?/--=0.75=—x(―)、P\匕d2...4=1.28420.在機械工程中常會遇到流體在兩平行固體壁的間隙中作一維定態(tài)流動的情況。如圖。設(shè)流動為層流。設(shè)間隙厚為2y。，試證流體沿y軸向點流速呈如下拋物線丫=2（一竽）田一川TOC\o"1-5"\h\z規(guī)律分布： dx）解：對長度L,高度y,寬度為1的流體元作受力與運動分析:-dP dV dP1(―-(-//—￡)=0 即：dV=(-^)-ydyax ay ax//..1V=z1(Z^l)2+c〃dx2

又丁=%,又丁=%,丫=0,?！梗ㄦ贜ax)(^0->'2)21.粘度為P,密度為P的液體沿鉛垂向平壁膜狀流下。如圖。設(shè)液體層流流動，液膜厚度為5,平壁寬度為Bo試推導(dǎo)任一流動截面上液體點流速v隨y的變化規(guī)律，并證明平均流速3〃解：取寬為B,長為dx，高為y的流體元作受力與運動分析:dv（B?dx?y）夕?g-（一〃 Bdx）=0dy即：dv=—21ydy.v=-工+CTOC\o"1-5"\h\z〃 〃 2又y=S,y=0,C=￡^b22〃dV=VBdy="型⑹-y2)dy=>V= -—)=2〃 . ' 2" 33〃.〃V1npg33B33〃22)串聯(lián)兩管1、2,d,=d2/2,L=80m,Re尸1600,Zh,1=0.54m液柱，Zh12=56mm液柱，求L2。局部阻力可略。解：；Re=x,Re,2/Re,=&/d?=1/2,Re,2=Re,i/2=1600/2=800>兩管內(nèi)皆為層流又，Zhi=32pul/(pgd2)x3211Vl/(d'pgd2)oc1/d'Zh,.2/Ehftl=(d/cQ'b/L即56/540=(l/2)4xl2/8012=133m23)JMpl=920kg/m3,內(nèi)=1.30P,01p2=86Okg/ni3,也=1.15P,層流，W2/W,=l.30求：麗”/加,2。局部阻力不計。解：層流，Ap,=32piul/d2=32pWl/(d2xpxd2)oc.,.Apr.2/.,.Apr.2/Apr,i=(g2/gi)x(W2/W|)x(pi/p2)=xl.30x=1.2324)某牛頓型流體在圓、直、等徑管內(nèi)流動，在管截面上的速度分布可表達為v=24y-200y\式中：y—截面上任一點至管壁的徑向距離，m；v一該點的點流速，m/so試求：(1)管半徑中點處的流速。(2)管壁處的剪應(yīng)力。該流體的粘度為0.045P/S。解：若為層流，v=v皿[1—(r/R)[=vJ(R2—d)/R2]=v^CR—r)(R+r)/R2=v1Mxy(2R—y)/R2=2v皿y/R—vMXy2/R2可見，該流型為層流?；2v叱/R=24,v./R?=200,二式相除，得(v皿/R2)/(2%/R)=1/(2R)=200/24/.R=0.06mi.y=0.06/2=0.03m,v=24y—200y?=(24x0.03)一(200x0.032)=0.54m/sii.dv/dy=24—400y,dv/dy—=24.』*=g(dv/dy)*o=0.045x24=1.08N/m2)W=35T/h,H=20m,(pl08x4mm,=2840cP,p=952kg/m\r|=50%,N=85kW,求包括局部阻力當(dāng)量管長的總管長。解：W=35T/h=35xl03kg/hd=108—4x2=100mm=0.Im,|i=2840cP=2.84Pa-sNe=Nri=85xl03x0.5=4.25x10'WWs=Nc/W=4.25x10x3600/(35xl03)=4371J/kg1-1與2—2間列柏努利方程gZi+u,2/2+p,/p+Ws=gz2+u22/2+p2/p+EhfZi=0,z2=H=20m,u產(chǎn)u2=0,pi=p2Ws=gH+Eh.-.Zh,=Ws-gH=4371-9.81x20=4175J/kgu== =35x107(3600x952xx0.I2)=1.30m/sRe=Re==43.6<2000層流= =1.47VZhr=I -u2/2x2/l.302=x2/l.302=336m.某有毒氣體需通過一管路系統(tǒng)?，F(xiàn)擬用水在按1/2尺寸縮小的幾何相似的模型管路系統(tǒng)中做實驗予估實際氣流阻力。實際氣體流速為20.5m/s,密度為1.30kg/m;,,運動粘度為0.16cm2/s。實驗用水的密度為1000kg/m;!,運動粘度為0.01cm7s?為使二者動力相似，水流速應(yīng)為多少？若模型實驗測得流動阻力為15.2J/kg,實際氣體的流動阻力是多少？欲滿足動力相似，必須電產(chǎn)電長設(shè)氣體管徑為d,即（dx20.50.16）氣(d/2)xU即（dx20.50.16）氣(d/2)xU0.01與水/.U水=2.56/71/5動力相似，—“水，E產(chǎn)存辛即（懸）氣=（篇）水..?小,氣=974.7。/依.某實驗室擬建立流體通過圓直、等徑管內(nèi)的阻力測試裝置，有兩個方案，一個方案是采用20℃清水為工質(zhì)，水流速不超過3.Om/s；另一方案以p=latm、20℃空氣（按干空氣計）為工質(zhì)，流速不超過25.Om/s,要求最大&=1°1問：兩方窠需要的管內(nèi)徑各為多少？若管子絕對粗糙度皆為0.1mm,二者管長與管內(nèi)徑之比都是150,采用以上算得的管徑（需按無縫鋼管選接近的規(guī)格），問：二者最大流速時管路阻力各為多少？①方案一：p=WOOkg/mi,^=}CP,u=3.Om/sn,八5 6/x3.0x1000 _ .____=10= /.d=0.03337n0.001采用036xl〃?見無縫鋼管，e/d=0.1/34=2.94x10-3U=3.0m/s時，4=O.O34x3.Oxl()3/]o-3=i02x105查得a=0.0274Z%=4；'=0.0274xl50xy=18.47/^②方案二：p=1.205Ag/"r',〃=1.81x105Pa-5,m=25m/sD,n5t/x25x1.205 ,nn,nR=10= -d=0.060w' 1.81x10-采用968x3mm,無縫鋼管，f/J=0.1/62=1.61xW3U=25向s時，Re=0.062x25x1.205/(1.81x10*5)=1.03x105查得/I=0.024It]2 2S2=4---=0.024xl50x-^-=1125J/^.試證明流體在圓管內(nèi)層流時，動能校正系數(shù)a=2。解：a= j7。dA （A—流動面積，A=/di2）層流：V=VmJ\-(r/R)2],U=VmaJ2TOC\o"1-5"\h\z1 f/? 、a 2/rV5『r o,a=談式{VmJl-(r//?)2]}32^r=-^([)[1-(r//?)2]3rJr令r/R=sing,貝亞-(t7R)2=Cos?仇當(dāng)r= =0;r=Rf=兀12a=?然寸2Co566?(/?sin6\RCosO-dO)2ttV3R21/2 7=——暇_r-Cos15dCos0U3AJ。其中「包de°=i/8J 8 乃/22元QUYK1c??OC— a )=28U%./?2/X1/7.試按"'4一9規(guī)律推導(dǎo)湍流的士值。匕=f丫2萬.日公=2萬5ax]：(l-r//?)Xrdr令1一r/R=x,r=R(1-x),dr=-Rdx:.VS=2^VmaJ°x^/?(1-x)(-Rdx)=2^/?2VmaJ'(x,/7-x8/7)公其中[=[2//7_工/5/7]1=1_工=整J8 15 0815120則衛(wèi)=*_=生"=竺匕,x成紇ax 120 60.某牛頓型流體在圓、直、等徑管內(nèi)流動，管子內(nèi)半徑為50mm。在管截面上的流速分布可表達為丫=2054""6)’式中：丫—一截面上任一點至管壁的徑向距離，m；v——該點的點流速，m/so試求：(1)流型；(2)最大點流速v四。解：設(shè)v=v皿(l-r/R)l/6=Vs()，/6=(Va/R")y"6,故該流型為湍流。又???%/R"6=vKlx/(0.050)1/6=2.54 =1.54m/s.某直管路長20m,管子是1”普通壁厚的水煤氣鋼管，用以輸送38C的清水。新管時管內(nèi)壁絕對粗糙度為0.1mm,使用數(shù)年后，舊管的絕對粗糙度增至0.3mm,若水流速維持1.20m/s不變，試求該管路舊管時流動阻力為新管時流動阻力的倍數(shù)。解：①新管：R.=0.027x1.20x992.9/(0.6814x10-3)=4.72x104e/d=0.1/27=3.70x10-3,查得力=oo41

2()iTO2=0.0296 x--=15.8J/奴TOC\o"1-5"\h\z乙f 0.027 2②舊管：6,=4.72x10—￡/〃=0.3/27=0.011.查得a=0.041V"11八八”,20 1.20 .V*=0.041 x =21.9//奴=, 0.027 2二舊管阻力/新管阻力=21.9/15.8=1.39.某流體在光滑圓直管內(nèi)湍流流動，設(shè)摩擦系數(shù)可按布拉修斯公式計算。現(xiàn)欲使流量加倍，管長不變，管內(nèi)徑比原來增大20%,問：因摩擦阻力產(chǎn)生的壓降為原來的多少倍。解:c8A./VTOC\o"1-5"\h\z0.3164 8/V2 V175解:c8A./V X QT (且2嚴(yán)5兀2d5 J475乃當(dāng)匕=2匕,&=L2&.則=(^)'75('嚴(yán)=/:=1,41/I1 2.如圖所示，某液體在光滑管中以u=1.2m/s流速流動，其密度為920kg/m\粘度為0.82cP?管內(nèi)徑為50mm,測壓差管段長L=3m。U形壓差計以汞為指示液。試計算R值。習(xí)題33附圖解：在1―1與2―2間列柏努利方程：gzi+ui72+p/p=gz2+u272+p2/p+Zh,或(pm/-pQ/p=Zh,(u,=u2)/.(pi-p)gR/p=(0.3164/Re025)xxz//2其中Re= =0.05x1.2x920/(0.82xl0-3)=6.73x10'貝6-0.92)xl03x9.81R/920=[0.3164/(6.73xl0')°-25]x(3/0.050)x(l,272),-.R=6.28x103m

.有一高位水槽，其水面離地面的高度為H。如圖。水槽下面接有2”普通壁厚水煤氣鋼管1301n長，管路中有1只全開的閘閥，4只全開的截止閥，14只標(biāo)準(zhǔn)90°彎頭。要求水流量為10.5m〉h,設(shè)水溫20C,￡=0.2mm,問：H至少需多少米？解：管子規(guī)格：360x3.5nvn,d=53mnU=10-5/3600=\.32m/s,Re=0.053X1.32X103/0.001=7.0xI047(0.053>e/d=0.2/53=e/d=0.2/53=3.77x10-3,截止閥（全開）J=6.4,閘閥（全開）自=0.17,90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭片0.75,突然縮?。ˋ小/4大a0）方法一：gH=L5xI，％2查得％=0.0292le=17mle=0.34mlc=1.6mJ=0.5…CC130+0.34+4x17+14x1.61.322+0.0292x x 0.053H=10.93mTOC\o"1-5"\h\z130 1322 1322方法二：=0.0292士上“士」+(0.17+4x6.4+14x0.75+1.5)x--0.053 2 2H=9.71m.承第34題，若已知H=20m,問水流量多少m'/h?解：源=0.0299.81x20=(1.5+0.029130+0.34+49.81x20=(1.5+0.0290.05320.0534=0.053x1.79X103/0.001=9.49xlO4,f/J=0.2/53=3.77x10<.查得;I=0.029所設(shè)義正確,計算有效。V=-(O.O53)2x1.79x3600=14.2m3/h4.有兩段管路，管子均為內(nèi)徑20mm、長8m、絕對粗糙度0.2mm的直鋼管，其中一根管水平安裝，另一根管鉛垂向安裝。若二者均輸送20c清水，流速皆為1.15m/s。豎直管內(nèi)水由下而上流過。試比較兩種情況管兩端的額修正壓強差與壓強差。要用計算結(jié)果說明。解：Re=0.020xl.l5xlO3/0.001=2.3x10“,&/d=0.2/20=0.01,查得;I=0.0405Q11C2Yhf=0.0405——-^-=10.7.//^(與管向無關(guān))Lf0.0202①水平管：匕」一匕,2=片一鳥

..&+s弘+苧+>3=%)p2p2???/一匕,2=片一八="Z%=1OOOx10.7=1.07=1.07x1O’巴②鉛垂管。流體向上強：^.,1-^,2=1.07xlO4Pa……(計算同①)K,J一匕.2=(片+。?gZ1)-(鳥+。?gZ2).-.Pt-P2=(^nl-/^>2)+p-<g(Z2-Zl)=1.07xl04+103x9.81x8=8.92x104Pa.有A、B兩根管道并聯(lián)。已知：L=8m,dA=50mm,lB=12m,di）=38mm（上述1中包含了局部阻力，d指內(nèi)徑）。流體工質(zhì)是常壓、20℃的空氣（按干空氣計）?？偭髁渴?00kg/h。問：B管的質(zhì)量流量是多少？分支點與匯合點的局部阻力可略。￡皆為0.2mm。［解］空氣：p=1.205必/加3,〃=1.81x10-5Pa.sA管：￡/北=0.2/50=0.004,在阻力平方區(qū)，乙=0.02858管：￡/d&=0.2/38=5.26x10-3,在阻力平方區(qū)，=0,031設(shè)右=0.0285,4=0,031以==/(50/89)5x0,031772^251WH~\d^-AA-lA0.0285x84x143.5/3600^■x0.050xl.81x10-5WA=200(2.54/3.54)=143.5Kg//i=5.61x104,￡/J=0.004,查得%4x143.5/3600^■x0.050xl.81x10-5WH=200-143.5=56.5依/〃RB=―4x56.5/3600 2.91x1041g/1=5.26xW3,g^XB=0.034e- 7x0.038x1.81x10-5 b b再設(shè)心=0.0302,(=0.034,算得%/%=2.58WA=\44Kg/h,WB=56kg/h,ReA=5.63x10，,查得，=0.0302,ReB=2.88x1O-查得加=0.034因核算得的兒,乙值與原設(shè)的一致，故%=144Kg//?,%=56Kg/〃.某水塔供水流程如附圖的a）圖所示，管長為Lo現(xiàn)需增加50%的流量，擬采用b）流程。b）流程中各管管徑均與a）流程的相同，其L/2管長為兩管并聯(lián)。設(shè)局部阻力不計，所有管內(nèi)流體流動的摩擦系數(shù)X值均相等且為常數(shù)。問：b）方案能否滿足要求。解”答(B)H=兀,gd82(l/2)(V2/2)282(1/2)V解”答(B)H=兀,gd1V21???%=3：+產(chǎn)匕=1.26M（8）不滿足流量增力150%的要求。.某七層的宿舍樓，第四至第七層樓生活用水均來自房頂水箱。如圖。若總輸水管為1匕，普通壁厚水煤氣鋼管，各層樓自來水支管為3,普通壁厚水煤氣鋼管。2 2所用的閥皆為截止閥。水箱內(nèi)水深2m。有關(guān)尺寸示于附圖。試計算：（1）只開七樓的閥且閥全開時，V,為多少？（2）當(dāng)四樓及七樓的閥都全開，五、六樓的閥全關(guān)，%及V：及各為多少？計算支管阻力時只計入局部阻力，直管阻力可略。設(shè)人皆為0.040?解：總管為。48x3.5加肛d&=41〃〃〃.支管為。21.25xd=15.75zwn,全開閥門閥,，=6.4;突然縮小CA小/A大=0）,7=0.5,三通（直入旁出）&=1.2肛三通（直通）,Le=0.35m①只開七樓得閥：總管U=(15.75/41)2%=o147?；79.83=(64+°.04.+1)苧+("4島：.U1=2.81w/5匕=5.47x10-4^3/5②只開四七樓的閥：(9.81x15.6)-(0.5+0.04(9.81x15.6)-(0.5+0.040.041)72(0041尸=(6.4+0.041.20.01575+=(6.4+0.041.20.01575+> 84%2(0.01575)4+(9.81x11.4)=(0.0411.4+3x0.350.041萬2(0.041)4+(6.4+0.041.20.015758匕2

萬2(0.01575)4化簡，得153.04-7.59x1()5(匕+匕/=UL8+L376xlOW2=]dIixIO8匕2經(jīng)試差得：匕=1.035x10^w3/s,V7=5.348x10-4m3/5.用離心泵將水由水槽送至水洗塔內(nèi)。水槽敞口。塔內(nèi)表壓為0.85at。水槽水面至塔內(nèi)水出口處垂直高度差22m。已知水流量為42.5m7h,泵對水作的有效功為321.5J/kg,管路總長110m（包括局部阻力當(dāng)量管長），管子內(nèi)徑100mm。試計算摩擦系數(shù)入值。=42.5/(xO.12x3600)=1.50m/s解：1-1與2―2間列柏努利方程：gz1+Ui2/2+p1/p+Ws=gz2+u272+p=42.5/(xO.12x3600)=1.50m/su2=

p2=0.85at=0.85x9.81x10'=8.34x10'Pa.-.W=gz2+u172+p2/p+Ehf即321.5=9.81x22+1.5072+8.34xl07105+Zhr.,.Shf=21.2J/kgZh,= i?/2= xl.5072=21.2.-.2=0.0171.35c的水由高位槽經(jīng)異徑收縮管向下流動。如圖。若不考慮流動阻力，為保證水在流經(jīng)收縮管時不發(fā)生汽化現(xiàn)象，收縮管的管徑應(yīng)限制在多大尺寸以上？當(dāng)?shù)卮髿鈮簽閘atm,35℃的水的密度為994kg/m3,飽和蒸汽壓為5.62kPa。H=12m,h=8m,d=150mm（內(nèi)直徑）。f13習(xí)題41附圖解：1]至“3—3”列柏努利方程gzi+pi/p+uJ/2=gz3+p3/p+u32/2Vp!=P3,z3=0,解：1]u;i=u;i“2—2”至“3—3”列柏努利方程gz2+p2/p+u272=gz3+p3/p+u32/22截面剛液體汽化時，p2=5.62kPa,則81x8+5.62x107994+4/2=1.013x107994+15.32/2/.u2=16.4m/s,/uJd32=u2d22即15.3x1502=16.4d22d2-145mm

42.如附圖所示，水泵抽水打進B、C水槽。已知各管內(nèi)徑相等，且忙目載,、A一C段和0A段（不包括泵內(nèi)阻力）的管道長與囑魄阻力當(dāng)量管長之和 相等。設(shè)摩擦系數(shù)入值皆相同，過程定態(tài)。求。C8.0mC8.0m5.0mo一二二，習(xí)題42附圖解：由“AfB”與“Afd”可列下式Ea—Ec=(XV：Ea—Eb=aV;；.Ec—Eb=a(VB2-Vc2)代入數(shù)據(jù)：9.81x(8.0-5.0)=a(VB2-VC2)即： 29.4=a(Vb2-Vc2) ……⑴由“0-B”得W.=Eb+a(Vc+Vb)2+aVB2代入數(shù)據(jù)：150=9.81x5.0+a(VC+VB)2+aVB2即：101=a(Vc+Vb)2+aVB2……⑵(2)/(1)，得 [(Vc+Vb)2+Vb2]/(Vb2-Vc2)=[(Vc/Vb+1)2+1]/[1-(Vc/Vb)2]解得：Vc/VB=0.38743.在e108X4mm的圓直管內(nèi)用畢托管測點流速。已知管內(nèi)流體是平均分子量為35的混合氣體，壓強為200mmHQ（表壓），外界大氣壓為latm,氣溫為32℃,氣體粘度為0.02cP。在測管軸心處v*時，U形壓差計讀數(shù)R為10mm,壓差計指示液為水。問：管內(nèi)氣體流量是多少n?/h?(O.2OX1Q3x9.81+1.O13x1Q5)x35(O.2OX1Q3x9.81+1.O13x1Q5)x35

8314x(273+32)=\A3kg!nr解：p=|2(1000-1.43)x9.81x0.010\ 1.43=1l.lm/sR八max11.7x0.10x1.430.20x10-3=837x1()4渣得衛(wèi)=081“maxt/-0.81x11.9=9.48w/5V=-x0.12x9.48x3600=268mt/-0.81x11.9=9.48w/5444.在內(nèi)徑為50mm的圓直管內(nèi)裝有孔徑為25mm的孔板，管內(nèi)流體是25℃清水。按標(biāo)準(zhǔn)測壓方式以U形壓差計測壓差,指示液為汞。測得壓差計讀數(shù)R為500mm,求管內(nèi)水的流量。V=(x(0.025)2x0.62.2(13.6-l)x9.81x0.50V=(x(0.025)2x0.62.=9.60x10、=9.60x10、m=025乃x0.050x0.8937查的C。=0.62,原設(shè)正確，計算有效。45.某轉(zhuǎn)子流量計，刻度是按常壓、20c空氣實測確定的?，F(xiàn)用于測常壓下15c的氯氣，讀得刻度為2000~ho已知轉(zhuǎn)子的密度為2600kg/m3,問：氯氣流量多少？=3.0kg/m3=1264///?Q =3.0kg/m3=1264///?解：P<\1= j8314x(273+15)V=V=20003.0(2600-1.20)46.已知某容器的容積V=0.05m：',內(nèi)儲壓縮空氣，空氣密度為8.02kg/n?。如圖。在打開閥門時，空氣以285m/s流速沖出，出口面積A=65mnL設(shè)容器內(nèi)任一時刻空氣性質(zhì)是均勻的。外界大氣密度為L2kg/m3o求打開閥門的瞬時容器內(nèi)空氣密度的相對變化率。［解］A?U-pndt=V-pydp.dp_AUp。_65xIQ-6x285x1,2_ _小"dt~Vq_ 0.05x8.02 -,《第二章流體輸送機械》習(xí)題解答1）某盛有液體的圓筒容器，容器軸心線為鉛垂向，液面水平，如附圖中虛線所示。當(dāng)容器以等角速度3繞容器軸線旋轉(zhuǎn)，液面呈曲面狀。試證明：①液面為旋轉(zhuǎn)拋物面。②E=2%。P=%+序-7 Z③液相內(nèi)某一點（r,z）的壓強 L2g」。式中p為液體密度。解 題給條件下回旋液相內(nèi)滿足的一般式為P+p-gz--^—r2=C（常量）取圓柱坐標(biāo)如圖，當(dāng)Z=0,r=0,P=POj?.?C=Po故回旋液體種，一般式為p+p,gz-笠-/=Po①液面為p=p。的等壓面TOC\o"1-5"\h\z2 2pgz-^r^O,Z=—r2,為旋轉(zhuǎn)拋物面2 2g②H=之店2g又兀?R?h°=[Z27r-rdr- [Pdr-uJo gJo 4gAH=2h0③某一點(r,Z)的壓強P:2 22P=PQ-pgh+^-r2=P0+p-g(a^--Z)2 2g

2)直徑0.2m、高0.4m的空心圓桶內(nèi)盛滿水，圓筒定該中心處開有小孔通大氣，液面與頂蓋內(nèi)側(cè)面齊平，如附圖所示，當(dāng)圓筒以800rpm轉(zhuǎn)速繞容器軸心線回旋，問：圓筒壁內(nèi)側(cè)最高點與最低點的液體壓強各為多少？P+p-gz-^-r2=C取圓柱坐標(biāo)如圖,當(dāng)Z=0,r=0,P=Po,，.C=Po2故回旋液體種，一般式為p+p-gz-r2=pQB點:Z=0,r=R=0.Im,Pb-P°="心=—(—2^)2xO,l2=3.51xIO,paB° 2 2 60C點:Z=-0.4m,r=0.Im,Pc-Pn=-pgZ+^-r2=-1000x9.81x(-0.4)+^-(—2^)2xO.l2=3.90xl04Pa2 2 603)以堿液吸收混合器中的CO2的流程如附圖所示。已知：塔頂壓強為0.45at(表壓)，堿液槽液面與塔內(nèi)堿液出口處垂直高度差為10.5m,堿液流量為lOm'/h,輸液管規(guī)格是力57X3.5mm,管長共45m(包括局部阻力的當(dāng)量管長)，堿液密度。=1200館//，粘度*=2c產(chǎn)，管壁粗糙度￡=0.2叩明試求：①輸送每千克質(zhì)量堿液所需軸功，J/kg。②輸送堿液所需有效功率，W。①Ws=g〃+生用?+已乎+D!，/Kg

p a21Q<U=.為600_=]4],“/s-(0.050)24&?0.050x1.41x12002xl()T&?0.050x1.41x12002xl()T=4.23xl04%=°'%O=4x1。-，查得A.—0.031Ws=9Ws=9.81X10.5+0.45x9.81xlQ41200+(0.03145 ,1.412 +1) 0.050 2=168.5//Kg②N,=乙W.=x1200x168.5=561.7W'「s36oo4)在離心泵性能測定試驗中，以2泵汲入口處真空度為220mmHg,以孔板流量計及U形壓差計測流量，孔板的孔徑為35mm,采用汞為指示液，壓差計讀數(shù)K=850如孔流系數(shù)孰=063,測得軸功率為i.92kW,已知泵的進、出口截面間的垂直高度差為0.2m。求泵的效率n。融口,7 7、n^1.2x9.81xl04+220xl33.3...解 =(Z9-Z.)+- L=0.2+ =152me2 1pg 1000X9.81n2 2(p-p)gR7 》0^2(13.6-1)x9.81x0.85 33.V=—?0C() —(0.035)x0.63x =8.79x10mIs4 p4 1Ne=VpgHe=8.79x10-3*i()3x9.81x15.2=1.31x103W?=%,=1%92=6&2%5)IS65-40-200型離心泵在"=1450>m時的“揚程?流量”數(shù)據(jù)如下:Vm3/h7.512.515Hem13.212.511.8用該泵將低位槽的水輸至高位槽。輸水管終端高于高位槽水面。已知低位槽水面與輸水管終端的垂直高度差為4.0m,管長80m(包括局部阻力的當(dāng)量管長)，輸水管內(nèi)徑40mm,摩擦系數(shù)；I=0.02。試用作圖法求工作點流量。管路特性曲線:=4.管路特性曲線:=4.0+1.29x106匕將流量的單位改為n3/人以V表示以便同泵的特性雌一致，則”,=4.0+1.29x1()5(_K_)2=4.0+0.0995V2' 3600~V”計算數(shù)據(jù)結(jié)果列于下表Vm7h7.512.515Hem9.6019.526.4及，m13.212.511.8由作圖法得，工作點流量V=9.Wm'/h6）IS65-40-200型離心泵在力=1450>m時的“揚程?流量”曲線可近似用如下數(shù)學(xué)式表達：也=13.67-8.30x10-3,2,式中h為揚程，m>v為流量，m3/ho試按第5題的條件用計算法算出工作點的流量。泵的特性曲線：Hf=13.67-8.30x10-V2［解］管路特性曲線：He=4.0+0.0995V2令凡=H；,解得V=9.47〃//〃7）某離心泵在"=1450。燧時的“揚程?流量”關(guān)系可用%=13.67-8.30x10-3/2表示，式中比為揚程，m丫為流量，m'/h?，F(xiàn)欲用此型泵輸水。已知低位槽水面和輸水管終端出水口皆通大氣，二者垂直高度差為8.0m,管長50m（包括局部阻力的當(dāng)量管長），管內(nèi)徑為40mm,摩擦系數(shù)云=0.02。要求水流量15m7ho試問：若采用單泵、二泵并連和二泵串聯(lián)，何種方案能滿足要求？略去出口動能。［解］管路特性曲線：H；=8.0+ 8x002x50 =80+807x1o5V/nx9.,8lx0.040=8.0+0.0623。2,帆（單位:匕-m3/s,V-m3/h）①單泵:”,=13.67-8.30x10-3^2 H=8.0+0.0623V2e令He= 解得y=8.96加3/〃②二泵串聯(lián)：Hf串=2（13.67-8.30xl（T3V2=27.34-1.66x10-2^2 //；=8.0+0.0623V2令"e申=解得％=15.763/〃③二泵并聯(lián)：凡并=13.67-8.30x1。-3（丫并/21=13.67-2.075xlO-3V^ ””8.0+0.0623V2令乩并="；,解得咻=9.38m3/A可見，只有二泵串聯(lián)礴足V=15m3/〃的要求。8）有兩臺相同的離心泵，單泵性能為E，=45-9.2x105‘2,妹式中丫的單位是m7s。當(dāng)兩泵并聯(lián)操作，可將6.51/s的水從低位槽輸至高位槽。兩槽皆敞口，兩槽水面垂直位差13m。輸水管終端淹沒于高位水槽水中。問：若二泵改為串聯(lián)操作，水的流量為多少？［解］并聯(lián)：揚程H,并=45-9.2xl()5(6.5xl0%)2=35.3機 管路特性方程：H,=13+K(6.5xlO-3)2,He=35.3m,K=5.28xl()5串聯(lián)：=2(45-9.2xlO5V/)He=13+5.28x1()5匕2令乩串=”；，解得Vs=5.70x10-3^3/59）承第5題，若泵的轉(zhuǎn)速下降8%,試用作圖法畫出新的特性曲線，并設(shè)管路特性曲線不變，求出轉(zhuǎn)速下降時的工作點流量。［解］設(shè)原來轉(zhuǎn)速為n,后來轉(zhuǎn)速n=0.92n,前后各有關(guān)參量的關(guān)系為：V/V=n/n,He/He=（n/n）2可由原來的（H0,V）數(shù)據(jù)一一對應(yīng)算出新轉(zhuǎn)速時的（He『）數(shù)據(jù)，如下表所示：轉(zhuǎn)速nVm3/h7.512.515Hem13.212.511.8轉(zhuǎn)速nVm3/h6.911.513.8Hem11.1710.589.99管路特性曲線:He=4.0+0.0995V2m,（V—m7h）,可作圖法得（V,H-），數(shù)據(jù)如下：（6.9可.74）,（11.5,17.16）數(shù)13如,22.9）由作圖法得，工作點V=8.8m7h10）用離心泵輸送水，已知所用泵的特性曲線方程為：風(fēng)=36-0.02萬。當(dāng)閥全開時的管路特性曲線方程：耳」=12+0.06守（兩式中乩、乩,_m）v_m3/h）（）問：①要求流量12m7h,此泵能否使用？②若靠關(guān)小閥的方法滿足上述流量要求，求出因關(guān)小閥而消耗的軸功率。已知該流量時泵的效率為0.65o解：（1）He=36-0.02V2He=12+0.06V2 ,解得V=17.3m：7h適用（2）當(dāng)V=12m3/h .-.H,=36-0.02xl22=33.12m,He*=12+0.06V2=12+0.06x122=20.64m11)用離心泵輸水。在門=2900r/min時的特性為He=36-0.02V2,閥全開時管路特性為He'=12+0.06V?(兩式中He、He—m,V—m3/h)o試求：①泵的最大輸水量；②要求輸水量為最大輸水量的85%,且采用調(diào)速方法，泵的轉(zhuǎn)速為多少？解：(1)Hc=36-0.02V2H；=12+0.06V2VH=H；,解得V=17.3n)3/h(2)V'=0.85V=14.7m7h,令調(diào)速后轉(zhuǎn)速為nr/minH=( )2HV=泵:(290071?)H'=36-0.02x(29007r)V2.-.H=36xn2/(29002)-0.02V,2當(dāng)V=14.7d/h則H=(n2/29002)x36-0.02x14.72H；=12+0.06V2=12+0.06x14.72=24.97m由H0=He,解得n=2616r/min12)用泵將水從低位槽打進高位槽。兩槽皆敞口，液位差55m。管內(nèi)徑158mln。當(dāng)閥全開時，管長與各局部阻力當(dāng)量長度之和為1000m。摩擦系數(shù)0.031。泵的性能可用He=131.8-0.384V表示(He—m,V—m7h)?試問:①要求流量為U0m7h,選用此泵是否合適？②若采用上述泵，轉(zhuǎn)速不變，但以切割葉輪方法滿足110m7h流量要求，以D、D，分別表示葉輪切割前后的外徑，問D/D為多少？解:⑴管路HkHo+KV?=Az+[8X(1+S1.)/(n2gd5)]Vs2=55+2.601x104Vs2=55+0.00201V2=55+[8x0.031x1000/(n2x9.81x0.1585)]V/由131.8-0.384VHc=55+0.00201V2得V=122.2m：'/h〉110m'/h，適用H=(D/D)2H' V=(D/D')V-切削葉輪后：(D/D')2H=131.8-0.384(D/D')V'即H'=(D'/D)2x131.8-0.384(D,/D)V'V=110 m7h 時 ，H=(D'/D)2xl31.8-0.384(D'/D)V=(D'/D)2xl31.8-0.384(D'/D)xllO=131.8(D'/D)-42.24(D'/D)H；=55+0.00201V,2=55+0.00201x1102=79.32m,由H；=H'，解得D/D=0.95213)某離心泵輸水流程如附圖示。泵的特性曲線方程為:He=42-7.8xlOM(He—m,V-m7s)o圖示的p為Ikgf/cm"表)。流量為12L/s時管內(nèi)水流已進入阻力平方區(qū)。若用此泵改輸p=1200kg/m：’的堿液，閥開啟度、管路、液位差及P值不變，求堿液流量和離心泵的有效功率。習(xí)題13附圖解：p=lkgf/cm2=9.807x10'PaV=12L/s=0.012m7s管路.=Ho+KV2=lO+(9.807x10')/(9.807x1000)+KV2=20+Kx0.0122He=42-7.8x10x0.0122=30.77mVHe=He'.\K=7.48x10'?改輸堿液閥門開度、管路不變.-.K=7.48x10'不變管路：H；=Az+p/(pg)+KV2=10+9.81x107(9.81x1200)+7.48xlO1V2=18.33+7.48xlO'V2泵He=42-7.8xlO'V2'.,Hc=H；,解得：V=0.0124m7sVHt.=42-7.8xlOV=42-7.8x10x0.01242=30.0m,-.Ne=HegVp=30.0x9.81x0.0124x1200=4.38x103W14)某離心泵輸水，其轉(zhuǎn)速為2900r/min,已知在本題涉及的范圍內(nèi)泵的特性曲線可用方程He=36-0.02V來表示。泵出口閥全開時管路特性曲線方程為：He=12+0.05V?(兩式中He、He—m,V—m7h)o①求泵的最大輸水量。②當(dāng)要求水量為最大輸水量的85知寸，若采用庫存的另一臺基本型號與上述泵相同，但葉輪經(jīng)切削5%的泵，需如何調(diào)整轉(zhuǎn)速才能滿足此流量要求？解：(1)由Hc=36-0.02VH；=12+0.05V2令HC=H；解得V=2L71m7h(2)D'/D=0.95V'=0.85V=0.85x21.71=18.45m7h.?.另一泵：He=36x0.952-0.02x0.95V=32.49-0.019V調(diào)整轉(zhuǎn)速后：Hc=32.49(n/2900)2-0.019(n/2900)V=32.49(n/2900)-0.019(n/2900)xl8.45=32.49(n/2900)-0.351(n/2900)又H；=12+0.05V2=12+0.05x18.452=29.02m,由He=H；解得n=2756r/min15)某離心泵輸水流程如圖示。水池敞口，高位槽內(nèi)壓力為0.321;(表)。該泵的特性曲線方程為：He=48-0.01V2(H?i,Jn'/h)。在泵出口閥全開時測得流量為3001/1。現(xiàn)擬改輸堿液，其密度為1200kg/m3,管線、高位槽壓力等都不變，現(xiàn)因該泵出現(xiàn)故障，換一臺與該泵轉(zhuǎn)速及基本型號相同但葉輪切削5%的離心泵進行操作，問閥全開時流量為多少？解：p=0.3at=2.94x10'Pa管路H；=Az+p/(pg)+KV2=20+2.94x107(9.81x1000)+KV2=23+KV2V=30m7h時H=48-0.01V2=48-0.01x302=39m

習(xí)題15附圖H/=23+KV2=23+Kx302由于H°=H；.'.K=0.0178管路-'=23+0.0178V2泵：H=48x(D,/D)2-0.01V2=48x0.95-0.01V2=43.32-0.01V2改泵后管路：H；=Az+p/(pg)+KV2=20+2.94x107(9.81x1200)+0.018V2=22.5+0.018V2He=43.32-0.01V2=22.5+0.018V2得V=27.3m3/h16)IS100-80-160型離心泵，P°=8.6mH2O,水溫15℃,將水由低位槽汲入泵，有管路情況基本的性能，知丫=600)711,查的411,允=3.5111,已知汲入管阻力為2.3m,乩0,求最大安裝高度［解］ 15℃清水：P=9999kg./m,Pv=1705.16Pa”“好二焉一含一工”加一她允1705.16999x9.811705.16999x9.812.3—3.5=2.63/7717)100KY100-250型離心泵，P°=8.GmH。水溫15℃,將水由低位槽汲入泵，已知工作點流量為100m7h,查得限］=5.4m,汲水管內(nèi)徑為100mm,汲水管阻力為5.4mH20?求H%1Mx解：允=["s]—10+0.24+1— PgP8=5.4-10.33+0.24+8.6-1705.16/(999x9.81)=3.91m100/36007(100/36007(0.1Of=3.54m/srj2_ 3542“g.max="s,允—ynf..=3.97--———“g.max="s,允2g乙2x9.81

18)大氣狀態(tài)是10℃、750mmHg(絕壓)?，F(xiàn)空氣直接從大氣吸入風(fēng)機，然后經(jīng)內(nèi)徑為800mm的風(fēng)管輸入某容器。己知風(fēng)管長130m,所有管件的當(dāng)量管長為80m,管壁粗糙度￡=o.3mm,空氣輸送量為2X10'm3/h(按外界大氣條件計)。該容器內(nèi)靜壓強為1.OX10'Pa(表壓)。庫存一臺9-26型No.8離心式風(fēng)機，2900rpm,當(dāng)流量為21982m3/h, =1565nunH.O,其出風(fēng)口截面為0.392X0.2560)2。問:該風(fēng)機能否適用？解：大氣：f=10°C,"=7501nmHg(絕)，。。=覆=123Kg/m3風(fēng)量：V=2x104/7?/〃(按A計)，IV=2x104x1.23=2.46x104^/A乙=1,0x104Pa(表)=1.10x105(絕),〃=1.77x10一尸如$計算片：(按10°畸溫過程計算)G=2.46x1(//[3600x(萬/4)xOg]=13.59Kg/(s,m2)Rc=dG/〃=0.80x13.59/(1.77x10-5)=6.14x105s/d=0.3/800=3.75x10-4查得4=0.0168計算式：G2Ln^-=P1--^-+2—=0(fiK=RT/H)P2 28V2 2d13.59”〃l.lOxlO13.59”〃l.lOxlO5+瑞震的。e68*=。[2.46x1Q4/(3600x0.392x0.256)]22x1.23[2.46x1Q4/(3600x0.392x0.256)]22x1.23要求的Hr=(片一舄)+G?/(2Po)=(l103xl()5-750x133.3)+=1.221xl04Pa=\245mm&O折合到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(p=\.20Kg/m3)V=2x ” =1245x1.20/1.23=i2\4mmH,O' /.懷 /庫存離心式風(fēng)機，〃=2900rP叫當(dāng)V=210892w'//z,”r,標(biāo)=1565/w〃/0,適用。離心式風(fēng)機輸送空氣，由常壓處通過管道水平送至另一常壓處。流量6250kg/ho管長1100m(包括局部阻力)，管內(nèi)徑0.40m,摩擦系數(shù)0.0268。外界氣壓lkgf/cm?,大氣溫度20℃,。若置風(fēng)機于管道出口端，試求風(fēng)機的全風(fēng)壓"提示：1.風(fēng)管兩端壓力變化(PlP2)/p?20%時，可視為恒密度氣體，其p,值按平均壓力(Pi+pJ/2計算。2.為簡化計算，進風(fēng)端管內(nèi)氣體壓力視為外界氣壓。3.管道兩端壓差＜10'Pa]解：以下以H表示管路的壓降(pi—pj。Pn,=Epo+(Po_H)]/2=p0—H/2p.=p.?M/(RT)=(po-H/2)M/(RT).,.H=k(l/d)(u72)p.=X(l/d)(p.u)7(2pJ=llW7{[(n/4)d2]22dp.)=8X1W2RT/[kM5(po-H/2)M]令C=8X1W2RT/(7i2d5M)則上式為H2-2poH+2C=O其中C=8x0.0268x1lOOx(6250/3600)2x8314x293.2/(nx0.405x29)=5.912x10s由H2-(2x9.81x104)H+(2x5.912x10*)=0解得H=6222Pa校核：H/p1=6222/(9.81xl04)=0.063<0.20,把氣體密度視為常量是可以的。則風(fēng)機的全風(fēng)壓H金刃=6222P.離心泵、往復(fù)泵各一臺并聯(lián)操作輸水。兩泵“合成的”性能曲線方程為：He=72.5-0.00188(V-22)2,V指總流量。閥全開時管路特性曲線方程為：He'=51+KV',(兩式中：He、He-mH20,V―L/s)?，F(xiàn)停開往復(fù)泵，僅離心泵操作，閥全開時流量為53.8L/S。試求管路特性曲線方程中的K值。解：只開離心泵時Hc=72.5-0.00188V2V=53.8L/s時H=72.5-0.00188V2=72.5-0.00188x53.8、67.06mHc-=51+KV2=51+Kx53.82VHe=He'/.K=0.00555m/(L/s)2第三章習(xí)題解答1）有兩種固體顆粒，一種是邊長為a的正立方體，另一種是正圓柱體，其高度為h,圓柱直徑為d。試分別寫出其等體積當(dāng)量直徑工―和形狀系數(shù)吠的計算式。［解］（。）；（乃⑹"：=a3：.dev=（6/乃）％-an-de.v乃（6/萬）%y2 %6a~?（乃/6）d：v=（乃=［（3/2）解川/乃［（3/2）解川% （18加）0W= z = " "2（萬1d）d2+7v-dh 2h+d2）某內(nèi)徑為0.10m的圓筒形容器堆積著某固體顆粒，顆粒是高度h=5mm,直徑d=3mm的正圓柱，床層高度為0.80m,床層空隙率￡=0.52、若以latm,25℃的空氣以0.25活/s空速通過床層，試估算氣體壓降。［解］圓柱體：dev=［(3/2)/川%〃=(18加%(2h+d):.W?de丫=3dh/(2/z4-J)=3x3x5/(2x54-3)=3.46mm空氣(latfn,25°C):p=1.185^/zn3,//=1.835xIO-5Pas按歐根公式計算壓降：=〃150x(1」￡)一〃.〃+L75x^^￡%力 ￡=0.8005。，噫善x=0.8005。，噫善x ——+1.75x -x —

(3.46x10-3)2 0.523 3.46x10-3=177.7Pa3）擬用分子篩固體床吸附氯氣中微量水份?，F(xiàn)以常壓下20C空氣測定床層水力特性，得兩組數(shù)據(jù)如下：空塔氣速0.2m/s, 床層壓降 14.28mmH2?！?fft/s 93.94mmH2。試估計25C、絕對壓強1.35atm的氯氣以空塔氣速0.40加"通過此床層的壓降（含微量水份氯氣的物性按純氯氣計）氯氣〃=0014國，。=3.92依/蘇

［解］常壓下，20℃空氣：P=1.20Kg/切\(zhòng)〃=0.01&戶.歐根公式可化簡為\P-A/Ju+Bpir (A,B為床層結(jié)構(gòu)參量，為耀:。)試驗條件：14,28=Ax0.018x0.20+Bxl.20x0.22 ①93.94=4x0.018x0.60+Bxl.20x0.62 ②聯(lián)立①②式，解得：A=1601 8=177.4氯氣：AP=1601x0.014x0.40+177.4x1.88x0.42=()2.3mmH2O3）令水通過固體顆粒消毒劑固定床進行滅菌消毒。固體顆粒的篩析數(shù)據(jù)是：0.5?0.7mm,12%；0.7~1.0mm,25.0%；1.0?1.3,45%；1.3?1.6mm,10.0%；1.6?2.0mm,8.0%（以上百分?jǐn)?shù)均指質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）。顆粒密度為18753履。固定床高350mm,截面積為314010?。床層中固體顆粒的總量為92.8g=以20℃清水以0.040w/s空速通過床層，測得壓降為677mmH?O,試估算顆粒的形狀系數(shù)材值。解：￡=\~(92.8/1.875)/(35x3.14)=0.550(體積均按計算)dm=1.00mm1 dm=1.00mm = 1 + + 1 dm 0.6 0.85 1.15 1.45 1.820%水："=kP,可設(shè)采用康尼方程絲=5.0x(￡)2x"算”“L皿￡ail677x9.814八， 6力(1-0.55)2nnninn?(n即 =5.0x( >x x0.00lx0.040TOC\o"1-5"\h\z0.35 少x0.001 0.553/.“-0.68校核8「端端廿。。7〉2適用歐根公式絲=150x羋立%+1.75*0三2'2尤L￡ ￡4M□□677x9.81 (l-0.55)2x0.00lx0.04 1-0.55103x0.042即 =150x ；——+1.75x -x 0.35 0.553(-x0.001尸 0.553 0.001經(jīng)試差，解得:%=0.851=12.6=12.6<4006x(1-0.55)x0.001/.計算有效4）以單只濾框的板框壓濾機對某物料的水懸浮液進行過濾分離，濾框的尺寸為0.20X0.20X0.025mo已知懸浮液中每n?水帶有45kg固體，固體密度為1820彷/蘇。當(dāng)過濾得到20升濾液，測得濾餅總厚度為24.3mm,試估算濾餅的含水率，以質(zhì)量分率表示。闞設(shè)濾餅空隙率加做物料衡算得:需黑疆需翳=45解得：e=0.479濾餅含水率==0.336Kg濾餅含水率==0.336Kg水/依濾餅0.479x1000+(1-0.479)x18206)某粘土礦物加水打漿除砂石后，需過濾脫除水份。在具有兩只濾框的壓濾機中做恒壓過濾實驗，總過濾面積為0.080m2,壓差為3.0atm,測得過濾時間與濾液量數(shù)據(jù)如下：過濾時間，分：1.202.705.237.2510.8714.88濾液量，升：0.701.382.252.693.644.38試計算過濾常量K,以W^^為單位，并計算心，以加7加2為單位。可采用由?_0+初積分式/+2的導(dǎo)出的7一天三求k與北。［解］為便于直接使用題給數(shù)據(jù)：改用r/V=V/(A2K)+2匕/(1K)式計算。以y代替丁/V,以x代替V,a代替2匕/(A?K),用最小二乘法計算0組別XiYi(X,-X)2(X,.-X)(y,.-y)10.701.7143.2651.44221.381.9571.2700.62532.252.3240.0660i0.048342.692.6950.03350.033553.642.9861.2840.53764.383.3973.5081.658X15.0415.0739.4274.344收=￡XJn=15.04/6\=2.507,y=15.073/6=2.512(Xj—X)(y,.一y)4344 — —b= - = =0.461a=y-/?X=2.512-0.461x2.507=1.356Z(X,-X) 9.427 -：.Ve=a/2b=1.356/(2x0.461)=1.47Z=1.47xl0-3m3%=匕/A=1.47x10-3/0080=o.Ol84m'/m2

K=\/(b-A2)=\/(0.461x0.0802)=338.9/2/(minm4)=5.65x10，//57）欲過濾分離某固體物料與水構(gòu)成的懸浮液，經(jīng)小試知，在某恒壓差條件下過濾常量《=8.23x10-5療/s,濾布阻力g,=2.21x10-3加3那，每面濾餅中含485kg水，固相密度為2100館/>,懸浮液中固體的質(zhì)量分率為0.075?，F(xiàn)擬采用葉濾機恒壓差過濾此料漿，使用的濾布、壓差和料漿溫度均與小試時的相同。每只濾葉一個側(cè)面的過濾面積為0.4m2,每次過濾到濾餅厚度達30mm便停止過濾，問：每批過濾的時間為多少？若濾餅需以清水洗滌，每批洗滌水用量為每批濾液量的1/10,洗滌壓差及洗滌水溫均與過濾時的相同，問：洗滌時間是多少？［解］已知:K=8.23xl（T57n21sqe=2.21x /病,濾餅空隙戟=485/1000=0,485(1-0.485)x2100485+(1-0.485)x2100485+1000X— X=12.85加濾液/小濾餅1-0.075①葉濾機過濾：（以一只濾葉的單側(cè)面齷準(zhǔn)）過濾終了時，q=0.4x0.030x12.85/0.4=0.3855//m2-：q2+2qqe=KrBP0.38552+2x0.3855x2.21x10-3=8.23xlO-sr/.每批過濾時間r=1826s=30.4min②洗滌時間：過濾終了式的過濾速度（四）過濾終了式的過濾速度（四）EK 8.23x10-52(夕+%)-2(0.3855+0.00221)=1.06xl0-