1、第 1章 1在一个容器中，盛有苯和甲苯的混合物。已知苯的质量分率为 0.4，甲苯为0.6 ，求 293K时容器中混合物的密度？（原题 1） 解：在 293K 时， 3m/879kg苯 ， 3m/867kg甲苯 。 在 293K 时，苯和甲苯的混合物的密度为： 867 6.0879 4.01 BwBAwAm xx 所以， 3m/kg872m 2已知某混合气体的组成为 18%N2、 54%H2和 28%CO2（均为体积分率），试求 100m3的混合气体在温度为 300K和 1MPa下的质量？（原题 2） 解：混合气体可以视为理想气体，则： m o l10403003144.8 100101 36
2、RTpvn 混合气体的平均摩尔质量为： k m o l/4 4 k g.1828.04454.0218.028 CCBBAAm yMyMyMM 混合气体的质量为： kgk m o lMnm m 6.737k m o l/4 4 k g.1840 3某设备进出口测压仪表的读数分别为 45mmHg（真空度）和 700mmHg（表压），求两处的绝对压强差是多少 kPa？ （原题 3） 解： 4501 pp ， 70002 pp 所以 k P aPammHgppp 3.993.13374574512 4如图所示的储槽内盛有密度为 800 kg/m3的油， U 型管压差计中的指示液为水银，读数 R=0.
3、4m，设容器液面上方的压强 P0 =15kPa（表压），求容器内的液面距底面的高度 h？ （原题 4） 解：对于 U 型管压差计： gh0a 油左 ppp ， gRa 汞右 pp 所以可以得到： mmph 88.48.9800 1 5 0 0 04.08.91 3 6 0 0g-gR 0 油汞 5 如图所示，用 U形管压差计测量某容器内 水 上方气体的压强，指示液为水银，读数 R=4cm， H=80cm， 试 计算容器内 水 上方的真空度为多少 kPa？现在由于精度需要，希望读数增大到 原 来的 20倍，请问应该选择密度为多少的指示液？（ U型管左端的液位可以认为不变）。 题 1-5附图 解：
4、对于 U 型管压差计： gH水左 pp ， gRa 汞右 pp 所以可以得到： 5 1 k P a.2Pa04.08.91 3 6 0 08.08.91 0 0 0gR-gHpp a 汞水真空度 读数改变后，根据题意： gRgR 指示汞 所以 33 m/6 8 0 k gm/kg201 3 6 0 0R R 汞指示 6 现用列管换热器进行空气的预热，测得空气在管内的流速为 15m/s，其平均温度为 60 ，压强为 200kPa（表压强），换热器的管束由 150根 30mm2.5mm的钢管组成。请计算：（ 1）空气的质量流量；（ 2）操作条件下空气的体积流量；（ 3）标准状况下空气的体积流量。
5、解：（ 1）查表可知，在 60 时空气的密度为 1.06 3m/kg ，在压强为 200kPa 时，其密度为： 33 m/kg15.3m/kg2 0 03.1 0 13.1 0 106.1 pp 空气的质量流量为 ： skguAws /48.3025.04142.31501515.3 2 （ 2）操作条件空气的体积流量为： smuAVs /10.10 2 5.041 4 2.31 5 015 32 （ 3）查表可知，标准状况下空气的密度为： 3m/205kg.1标 标准状况下空气的体积流量为： smwV ss /89.22 0 5.1 48.3 3 标7有一套管冷却器，内管为 25 2.5mm
6、，外管为 57 3.5mm，冷冻盐水在套管环隙中流动，已知盐水流量为 3.73 吨 /小时，密度为 1150 kg/m3，粘度为 1.2厘泊，试判断其流动类型？ 解：设套管的外管内 径为 1d ，内管的外径为 2d 。水通过环隙的流速为： smsmddwAVu ss /6 1 2.0/0 2 5.00 5 0.041 4 2.31 1 5 03 6 0 0 1073.34 2232221 环隙的当量直径为： mddd e 0 2 5.00 2 5.00 5 0.021 所以 5.1 4 6 6 2102.1 1150612.0025.0Re 3 ud e所以流动类型为湍流。 8如图所示的高位槽
7、的水面距出水管的垂直距离保持为 6m 不变，水管系采用内径 68mm 的钢管，设总的压头损失为 5.7 m 水柱（不包括排水管出口的压头损失），试求每小时可输送的水量？（原题 6） 题 1-8图 解：以高位槽水面为上游截面 1 1，水管出口管截面内侧为下游截面 2 2，并以出水管中心线为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式，即： fe HgpguZHgpguZ 22221211 22式中： m61 Z ， 02Z ， 01u ， （表压强）01 p ， （表压强）02 p ， 0eH ，m7.5fH 。 将以上各值代入柏努利方程，可以得到： m / s43.2m / s7.569 . 8 12
8、2 12 fHZgu /hm77.310 6 8.01 4 2.34143.23 6 0 0413 6 0 03 6 0 03 6 0 0 3222222 duAuVV sh 9如图所示为二氧化碳水洗塔的供水系统，水塔内绝对压强为 210kPa，储槽水面绝对压强为 100kPa，塔内水管入口处高于储槽水面 18.5m，管道内径为 52mm，送水量为 15m3/h，塔内水管出口处绝对压强为 225kPa，设系统中全部的能量损失为 5m水柱，求输水泵所需的外加压头？ （原题 7） 题 1-9图 解：以储槽水面为上游截面 1 1，塔 内水管出口 内 侧为下游截面 2 2，并以截面 1 1为基准水平面
9、。在两截面间列柏努利方程式，即： fe HgpguZHgpguZ 22221211 22式中： 01Z ， m5.182 Z ， 01u ， （绝对压强）k P a1001 p ，（绝对压强）k P a2 2 52 p ， m5fH 。 s/9 6 m.1s/m0 5 2.01 4 1 6.3413 6 0 015AVs22 u将以上各值代入柏努利方 程，可以得到： ）（ OmH4.3657.122.05.18 581.91 0 0 0 1 0 0 01 0 02 2 581.92 96.15.182gu2212222 fe Hg ppZH 10如附图所示，一管道由两部分组成，一部分管内径为
10、40mm，另一部分管内径则为 80mm，流体为水，在管道中流量为 13.57 m3/h 。两部分管道上均有一个测压点，测压点之间连接一个倒 U 型管压差计，其中充有一定的空气，若两测压点所在截面之间的摩擦损失为 260mm水柱，求倒 U型管压差计中水柱的高度差 R为多少 mm？（原题 8） 题 1-10图 解：以第一个测压点的管截面为上游截面 1 1， 第二个测压点的管截面为下游截面 2 2，并以管中心线为 基准水平面。在两截面间列柏努利方程式，即： fe HgpguZHgpguZ 22221211 22式中： 01Z ， 02Z ， 0eH ， m260.0fH ， m / s3m / s0
11、4.01 4 2.3413 6 0 057.13413 6 0 0 2211 dVAVu hsm / s75.0m / s08.0 04.03 222112112 dduA Auu 将以上各值代入柏努利方程，可以得到： ）（ OmH17.026.081.92 375.02 222212221 fHg uug pp 11如图所示，某料液从高位槽流向反 应器，已知该溶液的密度为 1100 kg/m3，粘度为 1厘泊，采用 114 4mm的钢管，直管全长为 20m，管道上有一个全开的闸阀和两个 90的标准弯头，其流量为 31.7 m3/h，求总的压头损失？（原题11） 题 1-11 图 解： m /
12、 s1m / s1 0 6.01 4 2.3413 6 0 07.31413 6 0 03 6 0 0 22 dVAVAVu hhs 53 1017.1101 1 1 0 011 0 6.0Re du 根据顾毓珍公式： 0 2 1 2 2.01 1 7 0 0 07 5 4 3.00 1 2 2 7.0Re 7 5 4 3.00 1 2 2 7.0 38.038.0 ）（ m3 6 6.08.92 115.092351 0 6.0 200 2 1 2 2.0 222 gudlelHf 12如图，用泵将 20 的苯从地面以下的贮槽送到高位槽，流量为 300l/min，高位槽的液面比贮槽液面高 1
13、0m。泵的吸入管为 89 4mm的无缝钢管，直管长度 15m，并有一个底阀，一个 90o弯头。泵排出管为 57 3.5mm的无缝钢管，直管长度 50m，并有一个闸阀，一个标准阀和三个 90o弯头，两个三通。阀门均为全开，泵的效率为 75%，试计算泵的轴功率。 题 1-12图 补充条件：底阀为止回阀（止逆阀），其当量长度为 5m。 解： 以 贮槽液 面为上游截面 1 1， 高位槽液 面为下游截面 2 2，并以 贮槽液面为基准水平面。在 两截面间列柏努利方程式，即： fe HgpguzHgpguz 22221211 22根据题意： p1=p2=pa, u1=u2=0, z1=0, z2=10m。
14、所以上式简化为： fe HzH 2 对于管路的总阻力： （ 1）吸入管路： )mm(8124891 d ， l1=15m， 底阀的当量长度为 5m， 90o弯头的阻力系数为 0.75，进口阻力系数 0.5。 m / s97.0m / s0 8 1.01 4 2.341601 0 0 03 0 04160 22111 dVAVu ms查表， 20 时，苯的密度为 879kg/m3，粘度为 0.737cP 431111 1037.9107 3 7.0 8 7 997.00 8 1.0Re ud 根据顾毓珍公式： 0 2 2.01037.9 7 5 4 3.00 1 2 2 7.0Re 7 5 4
15、3.00 1 2 2 7.0 38.0438.011 ）（ m3 2 1.0 8.9297.05.075.00 8 1.05150 2 2.0 2221111111 gudlelH f （ 2）排出管路： )mm(0525.3752 d ， l2=50m， 闸阀的阻力系数为 0.17，标准阀的阻力系数为 6.0， 90o弯头的阻力系数为 0.75，三通的阻力系数为 1.0，出口阻力系数 1。 m / s55.2m / s05.01 4 2.341601 0 0 03 0 04160 22222 dVAVu ms查表， 20 时，苯的密度为 879kg/m3，粘度为 0.737cP 532222
16、 1052.110737.0 87955.205.0Re ud 根据顾毓珍公式： 0 2 0 4.01052.1 7 5 4 3.00 1 2 2 7.0Re 7 5 4 3.00 1 2 2 7.0 38.0538.022 ）（ m56.10 8.9255.2121375.00.617.005.0500 2 0 4.0 2222222222 gudlelH f 所以 mHzH fe 881.2056.10321.0102 kgJkgJgHW ee /8.204/881.2081.9 苯的质量流量为 skgskgVw ss /4.4/8 7 9601 0 0 03 0 0 泵的有效功率为： W
17、WwWN see 1.9014.48.204 泵的轴功率： kWWWNeN 2.15.1 2 0 175.0/1.9 0 1/ 13采用离心泵输送 293k的清水，测得离心泵出口处压力表的读数为 4.8kgf/cm2，入口处真空表的读数为 147mmHg，两表之间的垂直距离为 0.4m。该泵流量为70.37m3/h，泵的效率为 70%，吸入管和出口管的管径相同。试计算该泵的扬程以及泵的轴功率。（原题 14） 解： 以 离心泵入口处管截面 为上游截面 1 1， 出口处管截面 为下游截面 2 2，并以 离心泵入口处管中心线 为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式，即： fe HgpguzHgpgu
18、z 22221211 22根据题意： 01z ， mz 4.02 ， 真ppp a 1 ， 表ppp a 2 ， 0fH PaPapppp 5412 1091.43.1 3 31 4 71081.98.4 真表 因为 21 dd ，所以 21 uu 可以得到 mmg ppzH e 55.5081.9998 1091.44.05122 kgJkgJgHW ee /9.495/55.5081.9 清水的质量流量为 skgskgVw ss /51.19/9 9 83 6 0 037.70 泵的有效功率为： WWwWN see 9 6 7 051.199.4 9 5 泵的轴功率： kWWWNeN 81
19、.131 3 8 1 470.0/9 6 7 0/ 14 某离心泵的铭牌上标有：流量 30m3/h，扬程 24m，效率 63.5%，电动机功率 4kW，最大允许吸上真空度 5.7m。现使用该离心泵从池中吸水送入敞口高位槽，高位槽高出地面 15m，离心泵高出池面 5.0m，要求水流量为 6 10-3m3/s，吸入管长 8m，排出管长 20m（均包括局部阻力的当量长度），管径均为mm357 ，摩擦系数为 0.021。通过计算说明（ 1）该泵能否完成任务？（ 2）该泵安装是否合理？ 解： （ 1）输送任务要求流量： Q=6 10-3m3/s=21.6 m3/h30 m3/h 列水池面与高位槽液面的柏
20、努利方程： fe HguzgpHguzgp 2222222111 021 uu ， 021 pp ， smsmdVu s /939.2/051.0142.341 10641 232 mmmgudllhHzzHfe241.2081.92 939.2051.0 208021.0152222112 kWkWkWg H QNN e 4863.1635.0 1081.91 0 0 01.20106 33 因此该离心泵满足要求 （ 2）离心泵的最大允许安装高度： mmmgugudlHguHHHsfsg0.581.381.929 3 9.210 5 1.080 2 1.07.522222212因此，该泵安装
21、不合理，应该降低安装高度。 15用一离心泵将敞口水槽中的水输送到表压强为 147.2kPa的高位密闭容器中。管路系统尺寸如本题附图所示，当供水量为 36m3/h时，管内流动以进入阻力平方区。并知泵的特性曲线方程为 H=45-0.00556Q2(Q 单位为 m3/h)若用此泵输送密度为 1200kg/m3的碱液 ,阀门开度及管路其他条件不变 ,试问输送碱液时的流量和离心泵的有效功率为多少 ?水的密度为 1000kg/m3。（原题 21） 题 1-15图 解： 供水量就是管路特性曲线与泵特性曲线交点对应的流 量，即 H He， Q=Qe，管路特性曲线方程为： BBBQgpzH e 1 2 9 62
22、53681.91 0 0 0 102.1 4 710 232 泵特性曲线方程为： 22 3600556.04500556.045 QH 联立 上述两 式求出管路特性曲线方程中系数 B 0.00987 输 送碱液时， B值不变，则管路特性曲线方程为： 2e23 0 0 9 8 7 Q.05.220 0 9 8 7.081.91 2 0 0 102.1 4 710 eQHe上式与泵特性曲线方程联立，解得： 38.19m3/h 相应的压头为： mHH e 89.3619.380 0 5 5 6.045 2 泵的有效功率 kWWg Q HNee 61.43600 89.3619.3881.91200
23、16将密度为 1500 kg/m3的硝酸送入反应釜，流量为 8 m3/h，提升高度为 8 m，釜内压强为 400 kPa，管路的压强降为 30 kPa, 试在耐腐蚀泵系列中选定一个合适的型号，并估计泵的轴功率。 解：管路所需要的压头 mmhgpzH fe 2.3781.91 5 0 0 103081.91 5 0 0 104 0 08 33 即管路需流量 hmQ /8 3 ,压头 mHe 2.37 ，查 F 型耐腐蚀泵性能表知 50F-40 比较合适。该泵 hmQ /4.14 3 , mHe 40 ，可通过调节阀将流量调到 hm/8 3 ，此时eH 大于 40m，即大于 37.2 米，可满足要
24、求。 有效功率 kWWg Q HNee 22.13 6 0 0 2.37881.91 5 0 0 取 %30 则 kWkWNN e 1.43.0 22.1 17单动往复泵活塞的直径为 160 mm，冲程为 200 mm。现拟用此泵将密度为 930 kg/m3的液体从贮槽送至某设备中，流量为 25.8 m3/h，设备的液体入口比贮槽液面高 19.5m，设备内液面上方的压力为 0.32MPa（表压），贮槽为敞口，外界大气压为 0.098 MPa，管路的总压头损失为 10.3 m，当有 15%的液体漏回和总效率为 72%时，试分别计算此泵的 活塞每分钟往复次数及轴功率。 解： (1)活塞面积为 22
25、2 m02.013.07 8 5.04 DA 冲程 A S nQS r 。由m2.0mm2 0 0 得 往复次数 m i n/1262.002.085.060 8.25 次 ASQn r 312121 k g / m930M P a32.0M P a098.0m5.19,0 ， pppzz fH =10.3 m，则有 m9.643.109 3 081.9 1032.05.196 eH 轴功率 kW9.5W5 9 0 072.0 81.99.649 3 0)3 6 0 0/8.25( HgQN 分析：用往复泵输送流体时， 由于流速不是均匀的，故流体流动阻力的计算便有其特殊性，是否可以使用平均流速
26、来估算 fH ? 18. 某单级空气压缩机每小时将 360 m3的空气压缩到 0.8 MPa（表压），设空气的压缩过程为：（ 1）绝热压缩；（ 2）等温压缩；（ 3）多变压缩（多变指数为 1.25）。问该压缩机所消耗的功率各为多少 kW，压缩后空气温度各为多少 ？空气的进口温度为 20 ，大气压为 0.098 MPa。 解 ： 已 知 MPa098.01 p （ 绝 压 ）， M P a898.0098.08.02 p （ 绝 压 ），h/m360 30 V 。 （ 1）绝热过程 kW29.30W1029.301)0 9 8.0 8 9 8.0(3 6 0 03 6 09 8 0 0 014.
27、1 4.11)(1 34.1 4.011211 rrppr rVpN2 7 9K5 5 2)0 9 8.0 8 9 8.0(15.2 9 3 4.1 14.1 T (2)等温过程 kW71.21W1071.210 9 8.0 8 9 8.0ln3 6 0 03 6 09 8 0 0 0)l n ( 31211 pPVpN 20K16.293 T (3)多变过程 kW31.27W1031.271)098.0 898.0(3 6 0 03609 8 0 0 0125.1 25.11)(1 325.1 25.011211 mmppr rVpN183K456)098.0 898.0(16.293 25
28、.1 125.1 T 19 19在一内径为 320 mm的管道中，用毕托管测定平均相对分子质量为 64的某气体的流速。管内气体的压强为 101.33 kPa，温度为 40 ，粘度为 0.022mPa.s。已知在管道同一截面上毕托管所连接的 U 型管压差计最大读数为 30 mmH2O柱。试问此时管道内气体的流量为多大？ 解： 0m a x 2gRpCu在 101.3kPa， 40 下，气体的密度： 33 /4 9 2.2/402 7 32 7 34.2264 mkgmkg 取 1pC ，则 smsmCu p /35.15/4 9 2.2 4 9 2.21 0 0 003.081.9212 g R
29、 0m ax 53m a xm a x 1056.510022.0 492.236.1532.0Re du 查图有 85.0max uu 即： smsmuu /1.13/35.1585.085.0 m a x hmsmuAV s /3 7 9 1/32.041.13 332 20 20在内径为 156mm的管道中，装上一块孔径为 78mm的孔板流量计，用以测定管路中苯的流量。已知苯的温度为 293K，流量计中测压计的指示液为汞，读数 R=30mm，设孔流系数 C0=0.625，试求管路中每小时苯的流量？（原题 13） 解：在 293K 时，苯的密度为 879kg/m3，汞的密度为 13600 kg/m3。 根据孔板流量计的计算公式： 8 7 98 7 91 3 6 0 00 3 0.081.920 7 8.046 2 5.0 2 g RACV200s=0.00872m3/s。 Vh=0.00872x3600 m3/h =31.4m3/h
