1、1大学课后习题解答之化工原理 (上)- 天津大学化工学院-柴诚敬主编绪 论1. 从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为 SI 单位。（1）水的黏度 =0.00856 g/(cms) （2）密度 =138.6 kgf s2/m4（3）某物质的比热容 CP=0.24 BTU/(lb)（4）传质系数 KG=34.2 kmol/(m2hatm) （5）表面张力 =74 dyn/cm（6）导热系数 =1 kcal/(mh) 解：本题为物理量的单位换算。（1）水的黏度 基本物理量的换算关系为1 kg=1000 g，1 m=100 cm则 sPa1056.8smkg1056.81m0cgksc0856
2、. 44 （2）密度 基本物理量的换算关系为1 kgf=9.81 N，1 N=1 kgm/s 2则 3242 kg150Ns1kgf8.9skgf6.38（3）从附录二查出有关基本物理量的换算关系为1 BTU=1.055 kJ，l b=0.4536 kgo5FC9则 CkgJ05.1C95F0.436kg1lbBTUJ5.1lb24.0 pc（4）传质系数 基本物理量的换算关系为1 h=3600 s，1 atm=101.33 kPa则 kPasmkol10378.910.kPatm36shatmkol2.3 25G K（5）表面张力 基本物理量的换算关系为1 dyn=1105 N 1 m=10
3、0 cm则 mN04.70cdyncm7425 2（6）导热系数 基本物理量的换算关系为1 kcal=4.1868103 J，1 h=3600 s则 CmW163.CsmJ163.30shkcalJ4.86Chmkcal2 2 乱堆 25cm 拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即 L310CB4E 48.01.2178.293 ZDGAH式中 HE等板高度，ft；G气相质量速度，lb/(ft 2h)；D塔径，ft；Z0每段（即两层液体分布板之间）填料层高度，ft；相对挥发度，量纲为一；L液相黏度，cP；L液相密度，lb/ft 3A、B、C 为常数，对 25 mm 的拉
4、西环，其数值分别为 0.57、-0.1 及 1.24。试将上面经验公式中各物理量的单位均换算为 SI 单位。解：上面经验公式是混合单位制度，液体黏度为物理单位制，而其余诸物理量均为英制。经验公式单位换算的基本要点是：找出式中每个物理量新旧单位之间的换算关系，导出物理量“数字”的表达式，然后代入经验公式并整理，以便使式中各符号都变为所希望的单位。具体换算过程如下：（1）从附录查出或计算出经验公式有关物理量新旧单位之间的关系为 m3049.ft（见 1）skg1056.hlb232 量纲为一，不必换算 sPa1cp31 =1 =16.01 kg/m23lbft3kg.280ft.46lb1m(2)
5、 将原符号加上“”以代表新单位的符号，导出原符号的“数字”表达式。下面以 HE 为例： ftE则 E2803.mft.3ftt H同理 GG5.71056.3D283300283.ZL1L0624.(3) 将以上关系式代原经验公式，得 L310 1.24-0.14E 62.28.304. 803.5757928.3 ZDGH整理上式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即 L310.240.1-4E 3925.108. DGAH4第一章 流体流动流体的重要性质1某气柜的容积为 6 000 m3，若气柜内的表压力为 5.5 kPa，温度为 40 。已知各组分气体的体积分数为：H 2 40%、
6、 N2 20%、CO 32%、CO 2 7%、CH 4 1%，大气压力为 101.3 kPa，试计算气柜满载时各组分的质量。解：气柜满载时各气体的总摩尔数 mol.65ol314.860.510t RTpVn各组分的质量： kg19724.5%422HtHMm.38.60022NtN nkg6.20kg4.2533COtCO 4.758.67722tnmkg.3914.5%1144CHtCH M2若将密度为 830 kg/ m3 的油与密度为 710 kg/ m3 的油各 60 kg 混在一起，试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。解： kg1206021t 3312121t 157.783V
7、3tm mkg.64kg57.0流体静力学3已知甲地区的平均大气压力为 85.3 kPa，乙地区的平均大气压力为 101.33 kPa，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为 20 kPa。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？解：（1）设备内绝对压力绝压=大气压-真空度= kPa3.651023.853（2）真空表读数真空度=大气压-绝压= 0.10334某储油罐中盛有密度为 960 kg/m3 的重油（如附图所示） ，油面最高时离罐底 9.5 m，油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的孔，其中心距罐底 1000 m
8、m，孔盖用 14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为 39.5106 Pa，问至少需要几个螺钉（大气压力为 101.3103 Pa）？解：由流体静力学方程，距罐底 1000 mm 处的流体压力为5、Pa1083.a)0.159(8.6013.0 ghp作用在孔盖上的总力为N62743.8.)( 4a、AF每个螺钉所受力为N109.6014.5.39321 因此 、6567.341 Fn5如本题附图所示，流化床反应器上装有两个 U 管压差计。读数分别为 R1=500 mm，R 2=80 mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的 U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度
9、 R3=100 mm。试求 A、B 两点的表压力。解：（1）A 点的压力 、Pa10.65Pa08.19361.0891 42水3 gp（2）B 点的压力、Pa107.836Pa5.081936105. 44水A gRp6如本题附图所示，水在管道内流动。为测量流体压力，在管道某截面处连接 U 管压差计，指示液为水银，读数 R=100 mm，h=800 mm 。为防止水银扩散至空气中，在水银面上方充入少量水，其高度可以忽略不计。已知当地大气压力为 101.3 kPa，试求管路中心处流体的压力。解：设管路中心处流体的压力为 p根据流体静力学基本方程式， A则 a+pghR汞水 习题 5 附图习题
10、4 附图习题 6 附图6 80.132kPaa.913608.9103.10 gRhpa、7某工厂为了控制乙炔发生炉内的压力不超过13.3 kPa（表压） ，在炉外装一安全液封管（又称水封）装置，如本题附图所示。液封的作用是，当炉内压力超过规定值时，气体便从液封管排出。试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度 h。解： 3.1gh、m36.18.910 、流体流动概述8. 密度为 1800 kg/m3 的某液体经一内径为 60 mm 的管道输送到某处，若其平均流速为 0.8 m/s，求该液体的体积流量（m 3/h） 、质量流量（kg/s ）和质量通量kg/(m 2s)。解： hm14.8s6
11、0.418.04 3322h duAVskg26.swskg80smkg108. 22uG9在实验室中，用内径为 1.5 cm 的玻璃管路输送 20 的 70%醋酸。已知质量流量为10 kg/min。试分别用用 SI 和厘米克秒单位计算该流动的雷诺数，并指出流动型态。解：（1）用 SI 单位计算查附录 70%醋酸在 20 时， sPa105.2kg106933、0.5mc.dsm8.s.4612b u故为湍流。56710.698 3Re（2）用物理单位计算scg025.cmg10693、，5.d.8bu56702.91.Re10有一装满水的储槽，直径 1.2 m，高 3 m。现由槽底部的小孔向
12、外排水。小孔的直径为 4 cm，测得水流过小孔的平均流速 u0 与槽内水面高度 z 的关系为：zgu26.0试求算（1）放出 1 m3 水所需的时间（设水的密度为 1000 kg/m3） ；（2）又若槽中装习题 7 附图7满煤油，其它条件不变，放出 1m3 煤油所需时间有何变化（设煤油密度为 800 kg/m3）？解：放出 1m3 水后液面高度降至 z1，则m5.2846.02.1785.01 z由质量守恒，得， （无水补充）21dMw1w000.62uAgzA（ 为 小 孔 截 面 积 ）(A 为储槽截面积)Z故有 2.0dz即 Agd06.上式积分得 )(2. 210zmin1.2s465
13、.34.896.0212111如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面 7 m，水从 108 mm4 mm 的管道中流出，管路出口高于地面 1.5 m。已知水流经系统的能量损失可按h f=5.5u2 计算，其中u 为水在管内的平均流速（m/s） 。设流动为稳态，试计算（ 1）A-A截面处水的平均流速；（2）水的流量（m 3/h） 。解：（1）A- A 截面处水的平均流速在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程,得2211bbfppgzugzuh（1）式中 z1=7 m，u b10，p 1=0（表压）z2=1.5 m，p 2=0（表压） ，u b2 =5.5 u2代入式（1）得2b29.87
14、.5.s0.3bu（2）水的流量（以 m3/h 计） hm78.4s0235.4.2018.4. 3b2s AV习题 11 附图 习题 12 附图81220 的水以 2.5 m/s 的平均流速流经 38 mm2.5 mm 的水平管，此管以锥形管与另一 53 mm3 mm 的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧 A、B 处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压力。若水流经 A、 B 两截面间的能量损失为 1.5 J/kg，求两玻璃管的水面差（以 mm 计） ，并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。解：在 A、B 两截面之间列机械能衡算方程2211bbfppgzugzuh式中 z1=z2=0
15、， sm0.3b1 sm23.1s03.5.2821b2b12 duAuh f=1.5 J/kgkgJ86.0J5.123.12fb1b21 hup故 m.80.8.96021g13如本题附图所示，用泵 2 将储罐 1 中的有机混合液送至精馏塔 3 的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为 1.0133 105 Pa。流体密度为 800 kg/m3。精馏塔进口处的塔内压力为 1.21 105 Pa，进料口高于储罐内的液面 8 m，输送管道直径为 68 mm 4 mm，进料量为 20 m3/h。料液流经全部管道的能量损失为 70 J/kg，求泵的有效功率。解：在截面 和截面 之间列柏
16、努利方程式，得-A-B2211efpupugZWgZhsm96.1s04.268.41.3kJ700 0.8Pa.Pa. 222f1 12525 dVAuh、 、e 1fpuWgZh768.9W1380362kgJ54.79.1J0.2ese 5wNe14本题附图所示的贮槽内径 D=2 m，槽底与内径 d0 为 32 mm 的钢管相连，槽内无液体补充，其初始液面高度 h1 为 2 m（以管子中心线为基准） 。液体在管内流动时的全部能量损失可按h f=20 u2 计算，式中的 u 为液体在管内的平均流速（m/s ） 。试求当槽内液面下降 1 m 时所需的时间。习题 13 附图 习题 14 附图9
17、解：由质量衡算方程，得（1）12dMW（2）20b4u，（3）dhD将式（2） ， （3）代入式（1）得220bd04u即 （4）0()h在贮槽液面与管出口截面之间列机械能衡算方程22b1bfupgzzh即 222bbf b0.5hu或写成 2b0.5981（5）b.6u式（4）与式（5）联立，得2d0.9()0.3h即 6i.c. =0， h=h1=2 m；=，h=1m 积分得 1.3hs4672541动量传递现象与管内流动阻力15某不可压缩流体在矩形截面的管道中作一维定态层流流动。设管道宽度为 b，高度 2y0，且 by0，流道长度为 L，两端压力降为 ，试根据力的衡算导出（1）剪应力p
18、随高度 y（自中心至任意一点的距离）变化的关系式；（2）通道截面上的速度分布方程；（3）平均流速与最大流速的关系。解：（1）由于 by0 ,可近似认为两板无限宽，故有 （1）yLpbpL)(2（2）将牛顿黏性定律代入（1）得duypL10上式积分得 （2）CyLpu2边界条件为 y=0，u=0，代入式（2）中，得 C=- 20yLp因此 （3）)(0p（3）当 y=y0， u=umax故有 20maxL再将式（3）写成 （4）2max01()yu根据 ub 的定义，得2maxmax0d1()d3AAyuu16不可压缩流体在水平圆管中作一维定态轴向层流流动，试证明（1）与主体流速 u相应的速度点
19、出现在离管壁 0.293ri 处，其中 ri 为管内半径；（2）剪应力沿径向为直线分布，且在管中心为零。解：（1） （1）22maxbi i1()1()uurr当 u=ub 时，由式（1）得2i()r解得 i70.由管壁面算起的距离为 （2）iiii 293.07.rry由 对式（1）求导得 durmax2i故 （3）ab2ii4ur在管中心处，r=0 ，故 =0。17流体在圆管内作定态湍流时的速度分布可用如下的经验式表达 71maxzRru试计算管内平均流速与最大流速之比 u /umax。解：17RRz max22001d2drrr11令R1 172 78z maxmax max2200 0
20、1()d()d()d0.17ryyuruRyuyu， 则18某液体以一定的质量流量在水平直圆管内作湍流流动。若管长及液体物性不变，将管径减至原来的 1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍？解：流体在水平光滑直圆管中作湍流流动时= fpfh或 = / =ff2buLd=（f12h2b121)()式中 =2 ， =（ ） 2 =42db21ud因此 = =32f1h22()41又由于 25.0Re36=（ =（ =（2 =（0.5） 0.25=0.841121.)0.51b2)du25041.)故 =320.84=26.9 f1h19用泵将 2104 kg/h 的溶液自反应器送至高位槽
21、（见本题附图） 。反应器液面上方保持 25.9103 Pa 的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为 76 mm4 mm 的钢管，总长为 35 m，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为 4） 、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为 17 m。若泵的效率为0.7，求泵的轴功率。 （已知溶液的密度为 1073 kg/m3，黏度为 6.3 10-4 Pa s。管壁绝对粗糙度可取为 0.3 mm。 ）解：在反应器液面 1-1， 与管路出口内侧截面 2-2， 间列机械能衡算方程，以截面 1-1， 为基准水平面，得（1）22b1be fuuppgzWgzh式中 z1=0，z 2=
22、17 m，u b10习题 19 附图 12sm43.1s0768.75.036124242b2 dwup1=-25.9103 Pa (表 )，p 2=0 (表) 将以上数据代入式（1） ，并整理得2b1e21f(uWgzh=9.8117+ + + =192.0+43.079.53ffh其中 =（ + + ）fheLd2bu= =1.656105 Rebu30.681.407.d根据 Re 与 e/d 值，查得 =0.03，并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为闸阀（全开）： 0.432 m =0.86 m标准弯头： 2.25 m =11 m故 =(0.03 +0.5+4) =25.74J/
23、kgfh30.861kgJ243.于是 7.kgJ4.2.19e W泵的轴功率为= = =1.73kWsNe/wW.0361.4流体输送管路的计算20如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为 100 mm 的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端 15 m 处安有以水银为指示液的 U 管压差计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度为 20 m。（1）当闸阀关闭时，测得 R=600 mm、h=1500 mm；当闸阀部分开启时，测得 R=400 mm、h=1400 mm。摩擦系数 可取为 0.025，管路入口处的局部阻力系数
24、取为 0.5。问每小时从管中流出多少水（m 3）？（2）当闸阀全开时，U 管压差计测压处的压力为多少 Pa（表压） 。 （闸阀全开时Le/d15，摩擦系数仍可取 0.025。 ）解：（1）闸阀部分开启时水的流量在贮槽水面 1-1， 与测压点处截面 2-2， 间列机械能衡算方程，并通过截面 2-2， 的中心作基准水平面，得习题 20 附图13（a ）22b1bf12upgzzh、式中 p1=0(表) 、P39604.18904.89360OHg22 Rub2=0，z 2=0z1 可通过闸阀全关时的数据求取。当闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学基本方程知（b）2HO1Hg()hR式中 h=1.
25、5 m, R=0.6 m将已知数据代入式（b）得 6.5.10613z2 22 2b bf,1-2cb b15().3(0).13uuLhd将以上各值代入式（a） ，即9.816.66= + +2.13 ub2 2b1096解得 sm3.bu水的流量为 sm43.1s.310785.3646 32b2s udV（2）闸阀全开时测压点处的压力在截面 1-1， 与管路出口内侧截面 3-3， 间列机械能衡算方程，并通过管中心线作基准平面，得（c）22b1b3f13upgzzh、式中 z1=6.66 m，z 3=0，u b1=0，p 1=p3=2ebf,3c()Lhd22bb50.()0.4.81u将
26、以上数据代入式（c） ，即 9.816.66= +4.81 ub22b解得 sm13.bu再在截面 1-1， 与 2-2， 间列机械能衡算方程，基平面同前，得（d）22b1bf12uppgzzh、式中 z1=6.66 m，z 2=0，u b1 0，u b2=3.51 m/s，p 1=0（表压力）kgJ6.J25.31.5f, h14将以上数值代入上式，则2.61025.36.8192p解得 p2=3.30104 Pa（表压）2110 的水以 500 l/min 的流量流经一长为 300 m 的水平管，管壁的绝对粗糙度为0.05 mm。有 6 m 的压头可供克服流动的摩擦阻力，试求管径的最小尺寸
27、。解：由于是直径均一的水平圆管，故机械能衡算方程简化为12fh上式两端同除以加速度 g，得= /g=6 m（题给）p21f即 = =69.81 J/kg =58.56 J/kg fh2buLd（a）2232sb 016.465dV将 ub 代入式（a） ，并简化得 5187.d（b） 与 Re 及 e/d 有关，采用试差法，设 =0.021 代入式（b） ，求出 d=0.0904m。下面验算所设的 值是否正确：053.94.105.3sm.1.62.2bu10 水物性由附录查得 =1000 kg/m3，=130.7710 -5 Pa45b 109.87.130.094. duRe由 e/d 及
28、 Re，查得 =0.021故 m22如本题附图所示，自水塔将水送至车间，输送管路用 mm 的钢管，管路总长为 190 m（包14括管件与阀门的当量长度，但不包括进、出口损失） 。水塔内水面维持恒定，并高于出水口 15 m。设水温为12 ，试求管路的输水量（m 3/h） 。 解：在截面 和截面 之间列柏努利方程式，12得 212fpupugZgh习题 22 附图 155512211.03Pa1.03Pa5.0mppZu； ； ； 2 e12f9.8.lugZhde2.54ld（1）2917u采用试差法， 2.5ms假 设 50.698e=.10143dR则 .2ed取 管 壁 的 绝 对 粗 糙
29、 度 为 ，则 管 壁 的 相 对 粗 糙 度 为0.24查 图 -， 得代入式（1）得，2.57msu故假设正确， 2.s管路的输水量 hm61.8h3604.21.04.357. 3322 AuV23本题附图所示为一输水系统，高位槽的水面维持恒定，水分别从 BC 与 BD 两支管排出，高位槽液面与两支管出口间的距离均为 11 。AB 管段内径为 38 m、长为 58 m；BC 支管的内径为 32 mm、长为12.5 m；BD 支管的内径为 26 mm、长为 14 m，各段管长均包括管件及阀门全开时的当量长度。AB 与 BC管段的摩擦系数 均可取为 0.03。试计算（1）当 BD支管的阀门关
30、闭时，BC 支管的最大排水量为多少（m 3/h） ；（2）当所有阀门全开时，两支管的排水量各为多少（m 3/h）？（BD 支管的管壁绝对粗糙度，可取为 0.15 mm，水的密度为 1000 kg/m3，黏度为 。 ）0.1Pas解：（1）当 BD 支管的阀门关闭时， BC 支管的最大排水量在高位槽水面 1-1， 与 BC 支管出口内侧截面 C-C,间列机械能衡算方程，并以截面 C-C,为基准平面得22b1bfCuuppgzzh习题 23 附图16式中 z1=11 m，z c=0，u b10，p 1=pc故 =9.8111=107.9J/kg 2bfCh（a）ff,f,ABC（b）2b,ef,
31、c()ABABuLhd,2b,580.3.3.15ABu（c）2b,2f, b,1.(.).6BCBCBuh（d）22422b,b, b,b,b,3()()0.58AACBBduu（e）将式（e）代入式（b）得22f, b,b,3.1501.5ABBCBChu（f）将式（f） 、 （d）代入式（b） ,得222fb,b,b,.8.67.4BCBBCuubC=ub,BC，并以h f 值代入式（a ） ，解得ub,BC=2.45 m/s故 VBC=3600 0.03222.45 m3/h=7.10 m3/h4（2）当所有阀门全开时，两支管的排水量根据分支管路流动规律，有22b,bf, f,DCBC
32、BDuuppgzhgzh（a）两支管出口均在同一水平面上，下游截面列于两支管出口外侧，于是上式可简化为f,f,BCDh2b,ef, c()BCuLd,2b,1.50.36.3B2b,f, ,4()(905).6BDBD Dhu将 值代入式（a）中，得f,f,C、1722b, b,6.3(9.05)BCBDuu（b）分支管路的主管与支管的流量关系为 VAB=VBC+VBD222b,b,b,ABCBDBdudu2, , ,0.38.0.6D上式经整理后得 b,b,b,.7.49ABBCBuu（c）在截面 1-1， 与 C-C间列机械能衡算方程，并以 C-C为基准水平面，得22b,b1 fCppgz
33、zh（d）上式中 z1=11 m，z C=0，u b10，u b, C0上式可简化为ff,f,17.9JkgABh前已算出 22f,b,f,b,3.56.3BChu因此 2b,.160.ABCu在式（b） 、 （c） 、 （d）中，u b,AB、u b,BC、u b,BD 即 均为未知数，且 又为 ub,BD 的函数，可采用试差法求解。设 ub,BD=1.45 m/s，则3701045.23b Re 058.261de查摩擦系数图得 =0.034。将 与 ub,BD 代入式（b）得2BC,2 693.6bu解得 sm7.1,将 ub,BC、u b,BD 值代入式（c ） ，解得sm95.1s4
34、.69.0.8.0ABb, 将 ub,AB、u b,BC 值代入式（d）左侧，即 .87.1395.12322计算结果与式（d）右侧数值基本相符（108.4107.9） ，故 ub,BD 可以接受，于是两支管的排水量分别为hm1.59.0.46332BC V7.24.16.31824在内径为 300 mm 的管道中，用测速管测量管内空气的流量。测量点处的温度为20 ，真空度为 500 Pa，大气压力为 98.66103 Pa。测速管插入管道的中心线处。测压装置为微差压差计，指示液是油和水，其密度分别为 835 kg/m3 和 998 kg/m3 ，测得的读数为100 mm。试求空气的质量流量（
35、kg/h） 。解： Pa74.159.0895CA gRP查附录得，20 ，101.3 kPa 时空气的密度为 1.203 kg/m3，黏度为 1.8110-5 Pa ，则s管中空气的密度为 33mkg16.kg.1069823.s5.s.745max Puaxa -5.361e3.981080dR查图 1-28，得max0.5usm07.14s5.68ax hkg159.hkg6.3.071422h PuAW25在 mm 的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为 16.4 mm，管中5.m38流动的是 20 的甲苯，采用角接取压法用 U 管压差计测量孔板两侧的压力差，以水银为指示液，测压连接
36、管中充满甲苯。现测得 U 管压差计的读数为 600 mm，试计算管中甲苯的流量为多少（kg/h）？解：已知孔板直径 do=16.4 mm，管径 d1=33 mm，则247.03.064.211o A设 ReReo，由教材查图 1-30 得 Co=0.626，查附录得 20 甲苯的密度为 866 kg/m3，黏度为 0.610-3 Pas。甲苯在孔板处的流速为sm24.886130.926.02Ao gRCu甲苯的流量为 hkg574.3362osuV检验 Re 值，管内流速为 sm04.2s.834.12b uc43b1 Re17.916. dRe19原假定正确。非牛顿型流体的流动26用泵将容
37、器中的蜂蜜以 6.2810-3 m3/s 流量送往高位槽中，管路长（包括局部阻力的当量长度）为 20 m，管径为 0.l m，蜂蜜的流动特性服从幂律，密度 =1250 kg /m3，求泵应提供的能量5.0d.yuz（J /kg） 。解：在截面 和截面 之间列柏努利方程式，12得 21e2fpupugZWgZh；5512211.03Pa.013Pa6.0mu； ； ； 02 322ee21f .8409.8658.1lugZhd60.52 0.521 .133.86440.nuKd 1.50.08.98.2.5.4.2kgJ1.J4.6.64.5e W习题 26 附图20第二章 流体输送机械 1
38、用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情况如本题附图所示。启动泵之前 A、C 两压力表的读数相等。启动离心泵并将出口阀调至某开度时，输油量为 39 m3/h，此时泵的压头为 38 m。已知输油管内径为 100 mm，摩擦系数为 0.02；油品密度为 810 kg/m3。试求（1）管路特性方程；（2）输油管线的总长度（包括所有局部阻力当量长度） 。解：（1）管路特性方程甲、乙两地油罐液面分别取作 1-1与 2-2截面，以水平管轴线为基准面，在两截面之间列柏努利方程，得到2eeHKBq由于启动离心泵之前 pA=pC,于是=0gZ则 2eBq又 m38Hh2/m5=2.5102 h2/m5)9
39、/(则 （q e 的单位为 m3/h）e.10（2）输油管线总长度 2eluHdgm/s=1.38 m/s390.164于是 m=1960 me22.83lu2用离心泵（转速为 2900 r/min）进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空表和出口压力表的读数分别为 60 kPa 和 220 kPa，两测压口之间垂直距离为 0.5 m，泵的轴功率为 6.7 kW。泵吸入管和排出管内径均为 80 mm，吸入管中流动阻力可表达为（u 1 为吸入管内水的流速，m/s） 。离心泵的安装高度为 2.5 m，实验是在 20 2f,013.h习题 1 附图21，98.1 kPa 的条件下进行。试计算泵的流
40、量、压头和效率。解：（1）泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面） ，得到10,2110fhupgZ将有关数据代入上式并整理，得 48.35.92065.3321m/s84u则 m3/h=57.61 m3/h2(.60)q(2) 泵的扬程 29.045.81.90)2(3021 hH(3) 泵的效率=68%s.457.6.%3qgP在指定转速下，泵的性能参数为：q=57.61 m 3/h H=29.04 m P=6.7 kW =68%3对于习题 2 的实验装置，若分别改变如下参数，试求新操作条件下泵的流量、压头和轴功率（假如泵的效率保持不变） 。（1）改送
41、密度为 1220 kg/m3 的果汁（其他性质与水相近） ；（2）泵的转速降至 2610 r/min。解：由习题 2 求得：q=57.61 m 3/h H=29.04 m P=6.7 kW（1）改送果汁改送果汁后，q，H 不变，P 随 加大而增加，即06.712kW=8.74(2) 降低泵的转速根据比例定律，降低转速后有关参数为hm85.1h29061.5733q2.4.H4.8kW290617.3P4用离心泵（转速为 2900 r/min）将 20 的清水以 60 m3/h 的流量送至敞口容器。此流量下吸入管路的压头损失和动压头分别为 2.4 m 和 0.61 m。规定泵入口的真空度不能大于
42、 64 kPa。泵的必需气蚀余量为 3.5 m。试求（1）泵的安装高度（当地大气压为 100 kPa） ；（2）若改送 55 的清水，泵的安装高度是否合适。22解：(1) 泵的安装高度在水池液面和泵入口截面之间列柏努利方程式（水池液面为基准面） ，得2a11gf,01()puH即 3g640.649.8m51g（2）输送 55 清水的允许安装高度55 清水的密度为 985.7 kg/m3，饱和蒸汽压为 15.733 kPa则 = m=2.31mavg f,01()pHNPSH 4.2)50.3(81.975)(原安装高度（3.51 m）需下降 1.5 m 才能不发生气蚀现象。5对于习题 4 的
43、输送任务，若选用 3B57 型水泵，其操作条件下（55 清水）的允许吸上真空度为 5.3 m，试确定离心泵的安装高度。解：为确保泵的安全运行，应以 55 热水为基准确定安装高度。29.461.03521f,01Sg Hu泵的安装高度为 2.0 m。6用离心泵将真空精馏塔的釜残液送至常压贮罐。塔底液面上的绝对压力为 32.5 kPa(即输送温度下溶液的饱和蒸汽压) 。已知：吸入管路压头损失为 1.46 m，泵的必需气蚀余量为 2.3 m，该泵安装在塔内液面下 3.0 m 处。试核算该泵能否正常操作。解：泵的允许安装高度为 avgf,01pHNPSH式中 0则 -4.26m.1)53.2(g泵的允
44、许安装位置应在塔内液面下 4.26m 处，实际安装高度为3.0m ，故泵在操作时可能发生气蚀现象。为安全运行，离心泵应再下移 1.5 m。7在指定转速下，用 20 的清水对离心泵进行性能测试，测得 qH 数据如本题附表所示。习题 7 附表 1q (m3/min) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5H /m 37.2 38.0 37 34.5 31.8 28.5在实验范围内，摩擦系数变化不大，管路特性方程为（q e 的单位为 m3/min）2e180.试确定此管路中的 q、H 和 P(=81%)230102030400 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5H/m习题 7 附图解：该题是用作图法确定泵的工作点。由题给实验数据作出 qH 曲线。同时计算出对应流量下管路所要求的 He，在同一坐标图中作 qeH e 曲线，如本题附图所示。两曲线的交点 M 即泵在此管路中的工作点，由图读得 q=0.455 m3/min，H=29.0
