食工原理課后習題答案解析第1-2章

./第一章1-1煙道氣的組成約為N275%,CO215%,O25%,H2O5%〔體積百分數(shù)。試計算常壓下400℃解：Mm=Miyi=0.75×28+0.15×44+0.05×32+0.05×18=30.1m=pMm/RT=101.3×103×30.1/<8.314×103×673>=0.545kg/m31-2已知XX和XX兩地的平均大氣壓強分別為0.095MPa和0.062MPa?，F(xiàn)有一果汁濃縮鍋需保持鍋內(nèi)絕對壓強為8.0kPa。問這一設備若置于XX和XX兩地,表上讀數(shù)分別應為多少？解：XXpR=95-8=87kPa〔真空度XXpR=62-8=54kPa〔真空度1-3用如附圖所示的U型管壓差計測定吸附器內(nèi)氣體在A點處的壓強以及通過吸附劑層的壓強降。在某氣速下測得R1為400mmHg,R2為90mmHg,R3為40mmH2O,試求上述值。解：pB=R3H2Og+R2Hgg=0.04×1000×9.81+0.09×13600×9.81=12399.8Pa〔表pA=pB+R1Hgg=12399.8+0.4×13600×9.81=65766.2Pa〔表p=pA-pB=65766.2-12399.8=53366.4Pa〔表1-4如附圖所示,傾斜微壓差計由直徑為D的貯液器和直徑為d的傾斜管組成。若被測流體密度為0,空氣密度為,試導出用R1表示的壓強差計算式。如傾角為30o時,若要忽略貯液器內(nèi)的液面高度h的變化,而測量誤差又不得超過1%時,試確定D/d比值至少應為多少？解：由靜力學方程p=R<0->g=R1sin<0->g=R1<0->g/2<1>若忽略貯液器內(nèi)液面高度的變化,則斜管內(nèi)液位為：R’=R-h液柱長度：R1’=R1-h/sin=R1-2p’=R’<0->g=R1’<0->g/2=<R1/2-h><0->又D2h/4=d2R1’/4即h=R1<d/D>2/[1+2<d/D>2所以p’=R1<0->g/[2+4<d/D>2]<2>相對誤差為<p-p’>/p≤0.001代入式〔1和〔2：<p-p’>/p=1-1/[1+2<d/D>2]≤0.001解得：d/D≤0.02237即D/d≥44.71-5一虹吸管放于牛奶儲槽中,其位置如圖所示。儲槽和虹吸管的直徑分別為D和d,若流動阻力忽略不計,試計算虹吸管的流量。儲槽液面高度視為恒定。解：p1/+u12/2+gz1=p1/+u22/2+gz2p1=p2,u1=0,z1=h,z2=0,u2=u2gh=u2u2=<2gh>1/2qv=0.785d2u2=0.785d2<2gh>1/21-6密度為920kg/m3的椰子油由總管流入兩支管,總管尺寸為57mm×3.5mm,兩支管尺寸分別為38mm×2.5mm和25mm×2.5mm。已知椰子油在總管中的流速為0.8m/s,且38mm×2.5mm與解：qv=0.785×0.052×0.8=1.57×10-3m3/sqv1+qv2=1.57×10-3m3/sqv1/qvqv2=1.57×10-3/3.2=4.91×10-4m3/sqv1=2.2qv2=1.079×10qm2=qv2=920×4.91×10-4=0.452kg/sqm1=qv1=920×1.079×10-3=0.993kg/su2=qv2/0.785d22=4.91×10-4/<0.785×0.022>=1.564m/su1=qv1/0.785d12=1.079×10-3/<0.785×0.0332>=1.262m/sw2=u2=920×1.564=1438.6kg/<m2.s>w1=u1=920×1.262=1161kg/<m2.s>1-7用一長度為0.35m的漸縮管將輸水管路由內(nèi)徑100mm縮至30mm。當管內(nèi)水流量為解：u1=qv1/0.785d12=0.52/<3600×0.785×0.12>=0.0184m/sRe1=d1u1/=0.1×0.0184×1000/0.0013077=1407<2000u2=qv1/0.785d22=0.52/<3600×0.785×0.032>=0.20d45m/sRe2=d2u2/=0.03×0.2045×1000/0.0013077=4691>4000故可以發(fā)生轉變當Re=2000時,ud=2000×0.0013077/1000=0.0026154ud2=qv/0.785=0.52/<3600×0.785>=1.84×10-4兩式相除d=1.84×10-4/0.0026154=0.07035>：xx7035>×0.35/<0.1-0.03>=0.1-8直徑為1.0m的稀奶油高位槽底部有一排出孔,其孔徑為15mm。當以2.0m3/h的固定流量向高位槽加稀奶油的同時底部排出孔也在向外排出奶油。若小孔的流量系數(shù)Cd解：設任一時刻槽內(nèi)液位為h,則由柏努利方程得：理論流速uth=<2gh>1/2實際流速：u=C0<2gh>1/2流量：qv=d2u/4=0.785×0.0152×0.62×<2×9.81×h>1/2=4.85×10-4h1/2代入qv=2/3600m3/s,H=[2/<3600×4.85×10-4>]2=由物料衡算qv,in-qv,out=dV/d=0.785D2dh/d令y=h1/2,則dh=2ydy,當h=H時,y=H1/2=1.145m1-9用壓縮空氣將密度為1081kg/m3的蔗糖溶液從密閉容器中送至高位槽,如附圖所示。要求每批的壓送量為1.2m3,20分鐘壓完,管路能量損失為25J/kg,管內(nèi)徑為30mm,密閉容器與高位槽兩液面差為16m解：p1/+u12/2+gz1=p2/+u22/2+gz2+hfu1=0,z1=0,p2=0,z2=16m,hf=25J/kgu2=1.2/<20×60×0.785×0.032>=1.415m/sp1=<1.4152/2+9.81×16+25>×1081=1.987×104Pa1-10敞口高位槽中的葡萄酒〔密度為985kg/m3經(jīng)38mm×2.5mm的不銹鋼導管流入蒸餾鍋,如圖所示。高位槽液面距地面8m,導管進蒸餾鍋處距地面3m,蒸餾鍋內(nèi)真空度為8kPa。在本題特定條件下,管路摩擦損失可按hf=6.5u2J/kg〔不包括導管出口的局中阻力計算,u為葡萄酒在管內(nèi)的流速m/s解：p1/+u12/2+gz1=p2/+u22/2+gz2+hfp1=0,u1=0,z1=8m,p2=-8kPa,z2=3m,u2=u8×9,81=-8000/985+u2/2+3×9.81+6.5u2qv=0.785×0.0332×2.86=2.443×10-3m31-11如附圖所示,水從離地面18m處用273mm×5mm,長35m〔包括局部阻力損失的當量長度的管道連接到離地面10m處,并測得高低兩處壓強分別為345kPa和415解：u1=u2p1/+gz1=348×103/1000+18×9.81=524.58J/kgp2/+gz2=415×103/1000+10×9.81=513.1J/kgu12/2+524.58=u22/2+513.1+0.026×<35/0.263>×u2/2qv=0.785×0.2632×2.578=0.14m1-12如圖所示,槽內(nèi)水位維持不變,槽底部與內(nèi)徑為50mm的鋼管聯(lián)結,管路中B處裝有一U型管壓差計。當閥門關閉時讀數(shù)R=350mmHg,h=1200mm。〔1閥門部分開啟時,測得R=250mm,h=1250mm,若AB段能量損失為10J/kg,問管內(nèi)流量為多少m3/h？〔2閥門全開時,若AB段與BC段的能量損失分別按hfAB=1.6u2J/kg,hfAC=7u2J/kg計算〔不包括管出口阻力,解：閥門全關時：p0=RHgg=0.35×13600×9.81=4.67×104Pa〔表HH2Og=4.67×104+hH2Og=4.67×104+1.2×1000×9.81=5.847×104PaH=5.847×104/<1000×9.81>=5.96m閥門部分開時：pA/+uA2/2+gzA=pB/+uB2/2+gzB+hfABpA=0,uA=0,zA=H=5.96m,hfAB=10J/kg,zB=0,uB=upB=0.25×13600×9.81+1.25×1000×9.81=4.562×104Pa〔表5.96×9.81=4.562×104/1000+u2/2+10u=2.388m/sqvh=0.785×0.052×2.388×3600=16.87m3閥門全開時：pA/+uA2/2+gzA=pC/+uC2/2+gzC+hfAB+hfBCzC=0,pC=0,uC=u5.96×9.81=u2/2+1.6u2+7u2u=2.535m/spB/+uB2/2+gzB=pC/+uC2/2+gzC+hfBCzB=zC,pC=0,uB=uCpB=1000×7×2.5352=2.249×104Pa〔表1-13如圖所示的一冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng),鹽水循環(huán)量為30m3/h時,鹽水流經(jīng)換熱器A的阻力損失為50J/kg,流經(jīng)換熱器B的阻力損失為60J/kg,管路中流動的阻力損失為30J/kg。管路系統(tǒng)采用同直徑管子,鹽水密度為1100kg/m3〔忽略泵進、出口的高差,試計算：〔1若泵的效率為68%,泵的軸功率為多少kW？〔2若泵出口壓強為0.26MPa解：〔1We=50+60+30=140J/kgqm=30×1100/3600=9.17kg/sP=Weqm/=140×9.17/0.68=1.89×103W〔2在泵出入口間列柏努利方程：p入/+We=p出/p入=1100×<0.26×106/1100-140>=1.06×105Pa1-14要求以均勻的速度向果汁蒸發(fā)濃縮釜中進料?，F(xiàn)裝設一高位槽,使料液自動流入釜中〔如附圖所示。高位槽內(nèi)的液面保持距槽底1.5m的高度不變,釜內(nèi)的操作壓強為0.01MPa〔真空度,釜的進料量須維持在每小時為12m3,則高位槽的液面要高出釜的進料口多少米才能達到要求？已知料液的密度為1050kg/m3,粘度為3.5cP,連接管為57mm×3.5mm的鋼管,其長度為[<x-1.5>+3]m,管道上的管件有解：p1/+u12/2+gz1=p2/+u22/2+gz2+hfp1=0,u1=0,z1=x,p2=-10kPa,z2=0,u2=u=12/<3600×0.785×0.052>=1.7m/sRe=du/=0.05×1.7×1050/0.0035=2.55×104取=0.2mm,/d=0.004,=0.027；入=0.5,截止閥=9.5,彎頭=0.75,回彎管=1.5hf=[0.027×<x+1.5>/0.05+0.5+0.75+9.5+1.5]×1.72/2=0.78x+18.8729.81x=-10000/1050+1.72/2+0.78x+18.872x=1.2m1-15如附圖所示,擬安裝一倒U型管壓差計測量L管段的阻力損失。管內(nèi)流體密度=900kg/m3,粘度=1.5×10-3Pa.s；指示劑為空氣0=1.2kg/m3；管內(nèi)徑d=50mm,管壁絕對粗糙度=0.3mm。試推導：〔1管路條件〔L,d,和流速u一定時,傾角與兩測點靜壓差p的關系以及與R讀數(shù)的關系；〔2當流速為2m/s,L=1m解：p1/+u12/2+gz1=p2/+u22/2+gz2+hfu1=u2,z2=z1+Lsinhf=<L/d>u2/2p/=gLsin+<L/d>u2/2對倒U形壓差計p1-gLsin-p2=R<-g>g=R<-g>g+gLsin當u=2m/s時Re=2×0.05×900/0.0015=6×104/d=0.3/50=0.006=0.023p=950<gLsin+0.023×<1/0.05>×22/2=950gLsin+874由950gLsin+874=R<950-1.2>×9.81+950gLsinR=874/[<950-1.2>×9.81]=0.094m1-16水由水箱A經(jīng)一導管路流入敞口貯槽B中,各部分的相對位置如圖所示。水箱液面上方壓強為0.02MPa〔表壓,導管為108mm×4mm的鋼管,管路中裝有一閘閥,轉彎處均為90°標準彎頭。試計算：〔1閘閥全開時水的流量〔設直管阻力可忽略不計；〔2閘閥1/2開時水的流量〔設直管阻力可忽略不計；〔3若此系統(tǒng)其它條件不變,僅輸水管增長200解：〔1p1/+u12/2+gz1=p2/+u22/2+gz2+hfp1=2×104Pa,u1=0,z1=4m,p2=0,u2=0,z2=1.5m,入口=0.5,出口=1,閘閥=0.17,彎頭=0.75,hf=<0.5+1+0.17+3×0.75>×u2/2=1.96u220000/1000+4×9.81=1.5×9.81+1.96u2u=4.766m/sqv=0.785×0.12×4.766=0.0374m3〔2閘閥’=4.5hf=<0.5+1+4.5+3×0.75>×u2/2=4.125u220000/1000+4×9.81=1.5×9.81+4.125u2u=3.285m/sqv=0.785×0.12×3.285=0.0258m3〔3hf=<p1-p2>/+<u12-u22>/2+g<z1-z2>=20000/1000+0+9.81×2.5=44.53J/kg1-17如附圖所示某含有少量可溶物質的空氣,在放空前需經(jīng)一填料吸收塔進行凈化。已知鼓風機入口處空氣溫度為50℃,壓強為30mmH2O〔表壓,流量為2200m3/h。輸氣管與放空管的內(nèi)徑均為200mm,管長與管件、閥門的當量長度之和為50m〔不包括進、出塔及管出口阻力,放空口與鼓風機進口的垂直距離為20m,空氣通過塔內(nèi)填料層的壓降約為200mmH2O,管壁絕對粗糙度2ˊ21ˊ12ˊ21ˊ1解：如圖界面p1/m+u12/2+gz1+We=p2/m+u22/2+gz2+hfpm=1×105+30×9.81/2≈1×105Pam=pmM/RT=1×105×29/<8314×323>=1.081kg/m3p1=294.3Pa,u1=0,z1=0,p2=0,u2=0,z2=20mu=2000/<3600×0.785×0.22>=17.69m/s=1.96×10-5Pa.sRe=du/=0.2×17.69×1.081/<1.96×10-5>=1.95×105/d=0.15/200=7.5×10-4=0.02hf=<0.02×50/0.2+0.5+1>×17.692/2+200×9.81/1.081=2832J/kg294.3/1.081+We=20×9.81+2832We=2756J/kgqm=2200×1.081/3600=0.661kg/sP=Weqm=1820W1-18用60mm×3.5mm鋼管從敞口高位槽中引水至一常壓吸收塔內(nèi)。高位槽液面與水噴頭出口高差10m,管路流量最大可達15m3解：〔1原來p1/m+u12/2+gz1=p2/m+u22/2+gz2+L/d>u2/2p1=p2,u1=0,z1=10m,u2=0,z2=0,u=15/<3600×0.785×0.0532>=1.89m/s10×9.81=<L/d>×1.892/2L/d=54.95后來p1/m+u12/2+gz1+We=p2/m+u22/2+gz2+L/d>u’2/2p1=p2,u1=0,z1=10m,u2=0,z2=0,u’=25/<3600×0.785×0.0532>=3.15m/sWe=-10×9.81+54.95×3.152/2=174.4/kgqm=25×1000/3600=6.94kg/sP=6.94×174.4=1211W〔2p1/m+u12/2+gz1=p2/m+u22/2+gz2+L/d">u"2/2u"=25/<3600×0.785×d2>=8.846×10-3/d"210×9.81=54.95×<0.053/d">×<8.846×10-3/d"2>2/2d"=0.075m1-19距某植物油罐A液面2.5m深處用一根油管向油箱B放油,連接A、B的油管為45mm×2.5mm不銹鋼管,長度20m,油出口距油箱B液面0.5m,如附圖所示。該植物油的=930kg/m解：p1/m+u12/2+gz1+We=p2/m+u22/2+gz2+hfp1=p2,u1=0,z1=2.5m,u2=0,z2=0.5m2.5×9.81=0.5×9.81+<×20/0.04+1+0.5>×u2/2設為層流,忽略進出口損失。則：=64/Re19.62=<64/du>×<L/d>×u2/2=32uL/d2,u=19.62×0.042×930/<32×0.04×20>=1.14m/sRe=du/=19.62×0.04×930/0.04=1060<2000qv=0.785×0.042×1.14=1.43×10-3m1-20為調(diào)節(jié)加熱器出口空氣的溫度,在空氣加熱器的進出口并聯(lián)一旁路〔附圖。已知鼓風機出口壓強為0.02MPa〔表,溫度為25℃,流量為340m3/h,空氣通過換熱器的壓降為0.01MPa。若旁路管長6解：旁路的流量qv=340×0.15/3600=0.0142m3/s彎頭=0.75,調(diào)節(jié)閥=9.5,=1.96×10-5Pa.s,pm=0.02×106+1×105=1.2×105Pam=1.2×105×29/<8314×323>=1.296kg/sp=m<L/d+>×<qv/0.785d2>2/2hf=p/m=<L/d+>×u2/20.01×106=1.296×<6/d+2×0.75+9.5>×0.01422/<2×0.7852×d4>=1.272×10-3/d5+2.332×10-3/d5取=0.2mm,試差得：d=0.0473m,/d=0.00423,=0.0322,u=8.085m/s,Re=2.53×1041-21溫度為20℃的空氣以2000m3/h的流量通過194mm×6mm的鋼管管路ABC于C處進入一常壓設備,如附圖所示?，F(xiàn)因生產(chǎn)情況變動,C處的設備要求送風量減少為1200m3解：pB/+uB2/2+gzB=pC/+uC2/2+gzC+hfBC=pD/+uD2/2+gzD+hfBDpC=pD,zC=zD,uC=1200/<3600×0.785×0.1822>=12.82m/shfBC=7×12.822/2=575.2J/kguD=800/<3600×0.785×d2>=0.2831/d2hfBD=4×<0.2831/d2>2/2=0.1603/d412.822/2+575.2=657.4=<0.2831/d2>2/2+0.1603/d4=0.2004/d4d=0.132m1-22?擬用泵將葡萄酒由貯槽通過內(nèi)徑為50mm的光滑銅管送至白蘭地蒸餾鍋。貯槽液面高出地面3m,管子進蒸餾鍋處高出地面10m。泵出口管路上有一調(diào)節(jié)閥,管路總長80m〔包括除調(diào)節(jié)閥以外的所有局部阻力的當量長度。葡萄酒的密度為985kg/m3,粘度為1.5mPa.s。試求：〔1在閥1/2開度和全開兩種情況下,流動處于阻力平方區(qū)時管路特性方程；〔2流量為15解：〔1閥全開時=6.4HL=p/g+u2/2g+z+<L/d+z>u2/2g=p/g+z+8<L/d+z>qv2/2=0+<10-3>+<80/0.05+6.4>qv2/<0.7852×0.054×2×9.81>=7+2.1174×107qv2+8.47×104qv2閥半開=9.5HL=7+<80/0.05+9.5>qv2/<0.7852×0.054×2×9.81>=7+2.1174×107qv2+1.257×105qv2〔2當qv=15/3600=4.167×10-3m閥全開u=4.167×10-3/<0.785×0.052>=2.12m/sRe=2.12×0.05×985/0.0015=6.96×104=0.3164/Re0.25=0.0195HL=7+2.1174×107×0.0195×<4.167×10-3>2+8.47×104×<4.167×10-3>2=15.64mP=15.64×4.167×10-3×9.81×985=630W閥半開HL=7+2.1174×107×0.0195×<4.167×10-3>2+1.257×105×<4.167×10-3>2=16.35mP=16.35×4.167×10-3×9.81×985=658W1-23壓強為0.35MPa〔表壓,溫度為25℃的天然氣〔以甲烷計經(jīng)過長100m〔包括局部阻力的當量長度25mm×3mm的水平鋼管后,要求壓強保持0.05MPa〔表壓。如視為等溫流動,天然氣的粘度為0.011cP,鋼管的絕對粗糙度取為0.15mm,大氣壓強為0.解：pm=3×105Pam=3×105×16/<8314×298>=1.937kg/m3p1-p2=<0.35-0.05>×106=3×105Paln<p1/p2>=ln<0.35/0.05>=1.946p1-p2=w2[ln<p1/p2>+L/2d]/m3×105=w2<1.946+100/0.038>/1.937試差得：u=8.565m/sw=16.6m/sRe=8.565×0.019×1.937/0.000011=2.87×104/d=0.15/19=0.00079=0.026qm=16.6×0.785×0.0192=4.7×10-3kg1-240℃的冷空氣在直徑為600mm的管內(nèi)流動,將畢托管插入管的中心位置,以水為指示液,讀數(shù)為4mm解：管中心流速為最大流速umaxumax=[2gR<a->/]0.50℃水a(chǎn)=999.9kg/m30℃空氣=1.293kg/m3,=1.72×10-3Paumax=[2×9.81×<999.9-1.293>×0.004/1.293]0.5=7.79m/sRemax=dumax/=0.6×7.79×1.293/<1.72×10-3>=351365<湍流>由Remax與u/umax關聯(lián)圖查得：u=0.85umax=0.85×7.79=6.62m/sqv=d2u/4=0.785×0.62×6.62=1.87m3/s=6732m1-25用一轉子流量計測定溫度為60℃,壓強為0.3MPa的二氧化碳氣體的流量。該轉子流量計上的刻度是由20℃、0.1MPa空氣標定的,轉子材料為鋁材。當轉子流量計上讀數(shù)為5m3/h時,二氧化碳的實際流量應為多少？若將轉子換為同形狀、同大小的不銹鋼轉子,在此讀數(shù)下二氧化碳的流量又為多少？〔鋁與不銹鋼的密度分別為f1=2670kg/m3,f2解：空氣：=1.2kg/m3CO2：=3×105×44/<8314×333>=4.768kg/m3鋁轉子：不銹鋼轉子：1-26用離心泵將敞口貯槽中的大豆油〔密度為940kg/m3,粘度為40cP送住一精制設備中,如附圖所示。設備內(nèi)壓強保持0.01MPa〔表壓,貯槽液面與設備入口之間的垂直距離為10m,管路為57mm×4mm的鋼管〔=0.2mm,管道總長60m〔包括除孔板流量計在外的所有局部阻力的當量長度。管路上裝有孔徑d0=16解：A0/A1=<d0/d1>2=0.107查得：C0=0.6u=9.8×10-4/<0.785×0.0492>=0.52m/sRe=0.52×0.049×940/0.04=598.7=64/Re=0.107孔板壓差gR<i->=9.81×0.25×<13600-940>=31048Pa孔板阻力31048×0.8/940=26.42J/kghf=0.107×<60/0.049>×0.522/2+26.42=44.14J/kgWe=gz+p/+u2/2+hf=10×9.81+0.01×106/940+0.522/2+44.14=153J/kgqm=qv×9.8×104×940=0.9212kg/sPe=We×qmP=Pe/η=0.9212×153/0.65=217W若已知C0,則1-27某油田用300mm×15mm的鋼管,將原油送到煉油廠。管路總長160km,送油量為240000kg/h,油管允許承受的最大壓強為6.0MPa〔表。已知原油粘度為187×10-3Pa.s,密度890kg/m3解：u=240000/<890×3600×0.785×0.272>=1.31m/sRe=1.31×0.27×890/0.187=1682為層流=64/Re=0.03805L=d2p/32u=0.272×6×106/<32×0.187×1.31>=5.58×10160×103/<5.58×104>=2.86應用3個泵站1-28在用水測定離心泵的性能中,當排水量為12m3/h時,泵的出口壓力表讀數(shù)為0.38MPa,泵入口真空讀數(shù)為200mmHg,軸功率為2.3kW。壓力表和真空表兩測壓點的垂直距離為0.4m。吸入管和壓出管的內(nèi)徑分別為68mm和41mm。兩測點間管路阻力損失可忽略不計。大氣壓強為解：u1=12/<3600×0.785×0.0682>=0.918m/su2=12/<3600×0.785×0.0412>=2.526m/sH=[0.38×106/<1000×9.81>+200×105/<760×1000×9.81>]+0.4+<2.5262-0.9182>/<2×9.81>=42.1mPL=42.1×12×1000×9.81/3600=1376.7W=1376.7/2300=59.8%1-29某廠根據(jù)生產(chǎn)任務購回一臺離心水泵,泵的銘牌上標著：qv=12.5m3/h、H=32mH2O、n=2900r.p.m、NSPH=2.0mH2O?，F(xiàn)流量和揚程均符合要求,且已知吸入管路的全部阻力為1.5m水柱,當?shù)卮髿鈮簽?.1MPa。試計算：〔1輸送20解：〔1p0=1×105Papv=2340PaHg=p0/g-pv/g-NSPH-Hf=<1×105-2340>/<1000×9.81>-2-1.5=6.46m〔2pv′=12340PaHg’=<1×105-12340>/<1000×9.81>-2-1.5=5.44m2'21-30某食品廠為節(jié)約用水,用一離心泵將常壓熱水池中60℃的廢熱水經(jīng)68mm×3.5mm的管子輸送至涼水塔頂,并經(jīng)噴頭噴出而入涼水池,以達冷卻目的,水的輸送量為22m3/h,噴頭入口處需維持0.05MPa〔表壓,噴頭入口的位置較熱水池液面高5m,吸入管和排出管的阻力損失分別為1mH2O和4mH22'2解：u=22/<3600×0.785×0.0612>=2.09m/s60℃水=983.2kg/m11'pv11'H=5+0.05×106/<983.2×9.81>+2.092/<2×9.81>+1+4=15.41m可用IS65-50-125清水泵,轉速2900r.p.m.,流量25m3/h,揚程20m,NSPH=2.5mHg=<0.099×106-19923>/<983.2×9.81>-2.5-1=4.71-31一管路系統(tǒng)的特性曲線方程為HL=20+0.0065qv2?，F(xiàn)有兩臺同型號的離心泵,該泵的特性曲線可用方程H=30-0.0025qv2表示〔上兩式中HL和H的單位為m,qv的單位為m3/h。試求：當管路輸送量為30m3解：〔1H=30-0.0025×302=27.75mHL=20+0.0065×302=25.85m<H能符合要求〔2兩泵并聯(lián)后的特性曲線為H=30-6.25×10-4qv2與HL=20+0.0065qv2聯(lián)立得qv=37m3兩泵串聯(lián)后的特性曲線為H=60-5.0×10-3qv2與HL=20+0.0065qv2聯(lián)立得qv=59m31-32某雙動往復泵,其活塞直徑為180mm,活塞桿直徑為50mm,曲柄半徑為145mm?；钊糠昼娡鶑?5次。實驗測得此泵的排水量為42m3/h。試求該泵的容積效率解：沖程s=0.145×2=0.29mqvT=<2×0.785×0.182-0.785×0.052>×0.29×55×60=46.8m3=42/46.8=89.7%1-33溫度為15℃的空氣直接由大氣進入風機,并通過內(nèi)徑為800mm的管道送至燃燒爐底,要求風量為20000m3/h〔以風機進口狀態(tài)計,爐底表壓為1100mmH2O。管長100m〔包括局部阻力當量長度,管壁粗糙度0.3mm?，F(xiàn)庫存一離心通風機,其銘牌上的流量為21800m3/h,全風壓為1290mmH解：u=20000/<3600×0.785×0.82>=11.06m/sm=<1×105+1100×9.81/2>×29/<8314×288>=1.276kg/m3Re=11.06×0.8×1.276/<1.79×10-5>=6.31×105/d=0.3/800=3.75×10-4=0.017HT=1100×9.81+0.017×<100/0.8>×11.062×1.276/2=1.096×104PaHT′=1.096×104×1.2/1.276=1.03×104Pa=1050.3mmH2O<1290mmH2O可以用1-34實驗中測定一離心通風機的性能,得以下數(shù)據(jù)：氣體出口處壓強為23mmH2O,入口處真空度為15mmH2O,送風量為3900m3/h。吸入管路與排出管路的直徑相同。通風機的轉速為960rpm,其所需要軸功率為0.81kW解：〔1HT=<23+15>×9.81=372.8Pa平均壓強近似為大氣壓=1×105×29/<8314×293>=1.19kg/m3PL=HTqvρg=372.8×3900×1.19/<3600×1.19>=404W=404/810=49.9%〔2qv′=qvn′/n=3900×1150/960=4672m3/hP′=P<n′/n>3=0.81×<1150/960>3=1.39×103W1-35某單級雙缸、雙動空氣壓縮機將空氣從0.1MPa〔絕對壓縮到0.35MPa〔絕對?；钊睆綖?00mm,沖程200mm,每分鐘往復480次。氣缸余隙系數(shù)為8%；排氣系數(shù)為容積系數(shù)的85%,壓縮過程為絕熱過程,絕熱指數(shù)為1.4,總效率0.7。試計算該壓縮機的排氣量和軸功率？解：容積系數(shù)v=1-[<p2/p1>1/k-1]=1-0.08×[<0.35/0.1>1/1.4-1]=0.884排氣系數(shù)p=0.85v=0.752排氣量qv=0.785×0.32×0.2×480×60×0.752×2=611.8m3理論功率P=25.6/0.7=36.57kW第二章2-1燃料氣含有3.1%〔摩爾分數(shù),下同H2、27.2%CO、5.6%CO2、0.5%O2和63.6%N2,在過量20%的空氣〔即高于完全燃燒生成CO2和H2O所需的空氣量中燃燒。CO只有98%完全燃燒。試對100kmol燃料氣,計算尾氣中各組分的摩爾數(shù)。解：首先畫出流程圖〔附圖,圖上標出了尾氣中各組分。以A代表空氣的摩爾數(shù),F代表尾氣的摩爾數(shù)。化學反應式如下：2CO+O2=2CO2〔1Fkmol煙道氣100kmol燃料氣燃燒室H2O、CO、CO2、O2、N23.1%H2、27.2%CO5.6%CO2、0.5%O263.6%N2根據(jù)反應式,為使H2完全燃燒需氧：3.1×0.5=1.55kmol由于空氣中含有79％〔摩爾分數(shù)的N2,故加入的N2量是：79×17.354/21=66.283kmol所有的H2都變成了H2O,即：3.1kmol對于CO有2.0%不反應,因此有：0.02×27.2=0.544kmol2-2在生產(chǎn)KNO3的過程中,1000kg/h的20%KNO3溶液送入蒸發(fā)器中,在422K溫度下濃縮成50%KNO3濃溶液,然后再進入結晶器中冷卻到310K,得含量為96%的KNO3結晶。結晶器中37.5%的KNO3母液送入蒸發(fā)器中循環(huán)使用。試計算循環(huán)的母液量與產(chǎn)品KNO3結晶量。解：首先按題意畫出流程簡圖,如附圖所示。W<kg/h>水1000kg/hC[kg/h]蒸發(fā)器結晶器20%KNO3溶液422K50%KNO3溶液310KR<kg/h>P<kg/h>37.5%KNO3母液96%KNO3結晶計算可分為兩部分,先以1000kg/h的20%KNO3溶液為基準,對整個生產(chǎn)過程作物料衡算：1000=W+P1000×0.2=P×0.96解得：P=208kg/hW=792kg/h再對結晶器作物料衡算：C=R+2080.5C=0.375R+0.96解得：C=975kg/hR=767kg/h。2-3在一加熱器中,用5×105Pa〔絕壓的飽和蒸汽加熱空氣。空氣流量為4000kg/h,進口溫度為25℃,出口溫度為125℃,空氣平均比熱容cp為1.009kJ/<kg.K>,冷凝液在飽和溫度下排出。試求蒸汽消耗量解：首先按題意畫出流程簡圖,如附圖所示。4000kg/h4000kg/h25℃空氣125加熱器D[kg/h]D[kg/h]5×105Pa蒸汽冷凝水由空氣帶入加熱器的熱量qmccpct1由蒸汽帶入加熱器的熱量DH由空氣帶出的熱量qmccpct2由冷凝水帶出的熱量Dh由附錄飽和水蒸氣表查得：5×105Pa飽和水蒸氣的焓為2753kJ/kg,151.7℃2-4圖示為一臺燃氣輪機裝置,其空氣消耗量qm,a=100kg/s。壓氣機入口空氣的焓h1=290kJ/kg,出口壓縮空氣的焓h2=580kJ/kg；在燃燒室中壓縮空氣和燃料混合燃燒,燃燒生成的高溫燃氣的焓h3=1250kJ/kg；高溫燃氣送入渦輪機中膨脹作功,作功后排出廢氣的焓h4=780kJ/kg。試求：〔1壓氣機消耗的功率；〔2燃料的發(fā)熱量Qf=43960kJ/kg時的燃料消耗量；〔3渦輪機輸出的功率；〔4燃氣輪機裝置的總功率。解：〔1按穩(wěn)定流動能量方程式,在壓氣機中壓縮1kg空氣所消耗的功為：壓氣機消耗的功率為：Psc=wscqma=290×100=29000kW〔2加熱1kg空氣所需的加熱量為：Q1=h3-h2=1250-580=670kJ/kg燃料的消耗量為：qmf=Q1qma/Qf=670×100/43960=1.5kg/s故渦輪機的功率為：PsT=wsTqma=470×100=47000kWPs=PsT-Psc=47000-29000=18000kW2-5水以9.5kg/s的質量流量穩(wěn)定地通過一個上游端內(nèi)徑為0.0762m、下游端內(nèi)徑為0.0254m的水平匯合噴嘴〔參見附圖。試計算水在大氣壓中噴出時噴嘴上的合力。解：此題為穩(wěn)態(tài)流動。當選擇控制面時,必須包括噴嘴的外壁面,這樣噴嘴所受的合力才能計入總動量衡算中,使問題可以直接求解。因摩擦阻力可以忽略,x軸為水平方向,忽略截面上速度的變化,于是有：qmub=FxR+Fxp為求出式〔1中的Fxp,利用柏努利方程式可得：ub2/2+p/=0ub1=qm/A1=9.5/<1000×0.785×0.7622>=2.09m/sub2=qm/A2=9.5/<1000×0.785×0.02542>=18.8m/s故p=-<ub22-ub12>/2=-1000×<18.82-2.092>/2=-174500Pa力Fxp是截面A1、A2和側面的壓力在x方向上分量的代數(shù)和。截面A1的總壓力在x方向上的分量為p1A1,方向向右；截面A2的總壓力在x方向上的分量為p2A2=paA2,方向向左；外壁面的總壓力在x方向上的分量為pa<A1-A2由此得噴嘴所受的合力為負值,作用在x軸的反方向上,與流動方向相反。2-6水穩(wěn)定流過如圖所示的暴露在大氣中的等徑直角彎管,管內(nèi)徑為0.05m,水的主體流速為20m/s,進口壓強為1.5×105Pa〔表壓。由于管道很短,摩擦阻力及重力的影響均可忽略。試計算此管所受合力的大小和方向。解：彎管〔包括固體壁面所受的合力,可分為兩步求算：第一步先根據(jù)圖中側面為虛線的范圍求算流體所受的合力,第二步再根據(jù)圖中實線范圍求算彎管所受的合力?！?管中流體所受的力選擇截面1、2及虛線所限定的范圍為控制體。由于選擇了管內(nèi)的流體為控制體,故壁外的大氣無需考慮。設截面A1和A2所受的壓強分別為p1和p2〔絕壓,管壁對流體的壓力為Fx’和Fy’〔設力的作用方向均與坐標軸同向。由于dpx/d=0〔穩(wěn)態(tài),故：A1p1+Fx’=<qmux>=0-<qmux>1=-<qmux>又由于dpy/dq=0〔穩(wěn)態(tài),故：-A2p2+Fy’=<qmuy>=<qmuy>2-0=qmuy〔2彎管所受的力選擇實線所限定的范圍為控制體。此時彎管受兩種力的作用,一是流體作用在管壁上的力,即-Fx’和-Fy’；另一是大氣壓力。控制面上只有A1和A2受來自對面大氣壓力的影響,其余部分因大氣壓的作用完全對稱而相互抵消。設彎管所受的力為Fx和Fy,其方向均與坐標軸同向,于是：上二式中p1-p0表示表壓。由題設數(shù)據(jù)得：p1=p0=1.5×105Paux=uy=ub=20m/sA1=0.785×0.052=1.9635×10-3Fx=39.25×20+1.9625×0-3×1.5×105=1079NFy=-39.25×20-1.9635×10-3×1.5×105=-1079N|F|=<Fx2+Fy2>1/2=<10792+10792>1/2=1526N’=/4彎管受力方向如附圖〔b所示。2-7不可壓縮流體繞一圓柱體作二維流動,流場可用下式表示：其中C、D為常數(shù),說明此時是否滿足連續(xù)性方程。解：又因為此流體為不可壓縮流體,為常數(shù),故所以滿足連續(xù)性方程2-8已知不可壓縮流體流動的速度場為：u=5x2yzi+3xy2zj-8xyz2k,流體的粘度=10.7mPa.s。求〔2,4,-6點處的法向應力和切向應力。解：法向應力=2<10xyz>-2<10xyz+6xyz-16xyz>/3=2×10.7×10-3×10×2×4×<-6>=-10.27Pa同理yy=2<6xyz>=-6.16Pazz=2<-16xyz>=16.44Pa切向應力=10.7×10-3×[5×4×<-6>+3×16×<-6>]=-4.37Pa同理=<3xy2-8xz2>=-5.14Pa=<5x2y-8yz2>=-4.62Pa2-9判斷以下流動是否是不可壓縮流動：〔1ux=2+2x+2yuy=-y-zuz=+x-z〔2ux=<y2-x2>/uy=2xy/uz=-2z/=2〔3ux=+3xuy=2-2yuz=4y+z-3證明：若為不可壓縮流動,則需滿足：〔1=3-2-1=0滿足條件所以為不可壓縮流體流動〔2不滿足條件,所以此流動不是不可壓縮流動〔3=3-2+1=0不滿足條件,所以此流動不是不可壓縮流動2-10試采用一般化連續(xù)性方程描述下述各種運動情況,并結合具體條件將連續(xù)性方程簡化,指出簡化過程的依據(jù)?！?在矩形截面管道內(nèi),可壓縮流體作穩(wěn)態(tài)、一維流動；〔2在平板壁面上不可壓縮流體作穩(wěn)態(tài)二維流動；〔3在平板壁面上可壓縮流體作二維穩(wěn)態(tài)流動；〔4不可壓縮流體在圓管中作軸對稱的軸向穩(wěn)態(tài)流動；〔5不可壓縮流體作圓心對稱的徑向穩(wěn)態(tài)流動。解：〔1