1、化工原理课后习题答案（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.）第一章 流体流动2在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 / 的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为 39.23106 Pa ，问至少需要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力 即P 油 螺解：P 螺 = ghA = 9609.81(9.6-0.8) 3.140.76 2150.307103 N 螺 = 39.031033.140.0142n P 油 螺 得
2、n 6.23取 n min= 7至少需要 7个螺钉3某流化床反应器上装有两个 U 型管压差计，如本题附4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离 H = 1m，U 管压差计的指示液为水银，煤油的密度为 820Kg。试求当压差计读数 R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离。分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中 11和 44为等压面，22和 33为等压面，且 11和 22的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解解：设插入油层气管的管口距油面高 h在 11与 22截面之间P1 = P2 + 水银 gR
3、P 1 = P4 ，P 2 = P3且 P3 = 煤油 gh ， P 4 = 水 g（H-h）+ 煤油 g（h + h）联立这几个方程得到 水银 gR = 水 g（H-h）+ 煤油 g（h + h）- 煤油 gh 即 水银 gR = 水 gH + 煤油 gh - 水 gh 带入数据1.0101 - 13.6100.068 = h(1.010-0.8210)= 0.418 5用本题附图中串联管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，管压差计的指示液为水银，两管间的连接管内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为： 12.3m， 2=1.2m, 3=2.5m, 4=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂
4、直距离 5=3m。大气压强 a= 99.3103 。试求锅炉上方水蒸气的压强。分析：首先选取合适的截面用以连接两个管，本题应选取如图所示的 11 截面，再选取等压面，最后根据静力学基本原理列出方程，求解解：设 11 截面处的压强为 1对左边的管取-等压面， 由静力学基本方程 0 + 水 g(h5-h4) = 1 + 水银 g(h3-h4) 代入数据 0 + 1.01039.81(3-1.4) = 1 + 13.61039.81(2.5-1.4)对右边的管取-等压面，由静力学基本方程 1 + 水 g(h3-h2) = 水银 g(h1-h2) + 代入数据 1 + 1.01039.812.5-1.
5、2= 13.61039.812.3-1.2 + 99.3103解着两个方程 得 0 = 3.64105Pa6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为 920 3 ,998 3,管中油水交接面高度差 R = 300 ，两扩大室的内径 D 均为 60 ，管内径为 6 。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。分析：此题的关键是找准等压面，根据扩大室一端与大气相通，另一端与管路相通，可以列出两个方程，联立求解解：由静力学基本原则，选取 11 为等压面，对于管左边 表 + 油 g(h1+R) = 1 对于管右边 2 = 水 gR +
6、 油 gh2 表 = 水 gR + 油 gh2 - 油 g(h1+R)= 水 gR - 油 gR + 油 g（h 2-h1）当 表 = 0时，扩大室液面平齐 即 （D/2） 2（h 2-h1）= （d/2） 2Rh2-h1 = 3 mm 表 = 2.57102Pa7.列管换热气 的管束由 121根 2.5mm 的钢管组成。空气以 9m/s速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为 50压强为 196103Pa(表压)，当地大气压为 98.7103Pa试求： 空气的质量流量； 操作条件下，空气的体积流量； 将的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量。解：空气的体积流量 S = uA = 9/4 0
7、.02 2 121 = 0.342 m3/s质量流量 w s = S= S (MP)/(RT)= 0.34229(98.7+196)/8.315323=1.09/s换算成标准状况 V 1P1/V2P2 =T1/T2 S2 = P1T2/P2T1 S1 = (294.7273)/(101323) 0.342= 0.843 m3/s8 .高位槽内的水面高于地面 8m，水从1084mm 的管道中流出，管路出口高于地面2m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按 f = 6.5 u2 计算，其中 u为水在管道的流速。试计算： AA 截面处水的流速； 水的流量，以 m3/h计。分析：此题涉及的是流体
8、动力学，有关流体动力学主要是能量恒算问题，一般运用的是柏努力方程式。运用柏努力方程式解题的关键是找准截面和基准面，对于本题来说，合适的截面是高位槽 11,和出管口 22,如图所示，选取地面为基准面。解：设水在水管中的流速为 u ，在如图所示的 11, ，22 ,处列柏努力方程Z1 + 0 + 1/= Z 2+ 22 + 2/ + f （Z 1 - Z2）g = u 2/2 + 6.5u2 代入数据(8-2)9.81 = 7u2 , u = 2.9m/s换算成体积流量VS = uA= 2.9 /4 0.1 2 3600= 82 m3/h 9. 20 水以 2.5m/s的流速流经 382.5mm
9、的水平管，此管以锥形管和另一533m 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强。若水流经 A B 两截面的能量损失为 1.5J/，求两玻璃管的水面差（以计） ，并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。分析:根据水流过 A、B 两截面的体积流量相同和此两截面处的伯努利方程列等式求解解：设水流经两截面处的流速分别为 uA、 uB uAAA = uBAB uB = （A A/AB ）u A = （33/47） 22.5 = 1.23m/s在两截面处列柏努力方程Z1 + 122 + 1/ = Z 2+ 222 + 2/ + f Z 1 = Z2
10、（ 1- 2）/ = f +（ 12- 22）2g（h 1-h 2）= 1.5 + (1.23 2-2.52) /2 h1-h 2 = 0.0882 m = 88.2 mm即 两玻璃管的水面差为 88.2mm10.用离心泵把 20的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为 762.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为 24.6610Pa,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按 f,1=2u，h f,2=10u2计算，由于管径不变，故式中 u为吸入或排出管的流速/s。排水管与喷头连接处的压强为 98.0710Pa（表压） 。试求
11、泵的有效功率。分析：此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两部分来处理，从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管，在两段分别列柏努力方程。解：总能量损失hf=hf+ ，1 hf ，2u1=u2=u=2u2+10u=12u在截面与真空表处取截面作方程： z 0g+u02/2+P0/=z 1g+u2/2+P1/+hf ，1（ P 0-P1）/= z 1g+u2/2 +hf ，1 u=2m/s w s=uA=7.9kg/s 在真空表与排水管-喷头连接处取截面 z1g+u2/2+P1/+W e=z2g+u2/2+P2/+hf ，2W e= z2g+u2/2+P
12、2/+hf ，2 （ z 1g+u2/2+P1/）=12.59.81+（98.07+24.66）/998.210+102=285.97J/kg Ne= Wews=285.977.9=2.26kw11.本题附图所示的贮槽内径 D为 2，槽底与内径d0为 33mm的钢管相连，槽内无液体补充，其液面高度 h0为 2m（以管子中心线为基准） 。液体在本题管内流动时的全部能量损失可按h f=20u公式来计算，式中 u为液体在管内的流速 ms。试求当槽内液面下降 1m所需的时间。分析：此题看似一个普通的解柏努力方程的题，分析题中槽内无液体补充，则管内流速并不是一个定值而是一个关于液面高度的函数，抓住槽内和
13、管内的体积流量相等列出一个微分方程，积分求解。解：在槽面处和出口管处取截面 1-1，2-2 列柏努力方程h1g=u2/2+h f =u2/2+20u2u=(0.48h) 1/2=0.7h1/2槽面下降 dh，管内流出 uA2dt的液体Adh=uA 2dt=0.7h1/2A2dtdt=A 1dh/（A 20.7h1/2） 对上式积分：t=1.h13. 用压缩空气将密度为 1100kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液位恒定。管路直径均为603.5mm，其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为 f，AB = f，CD =u2， f，BC =1.18u2。两压差计中的指示液均为水银。试求当
14、 R1=45mm，h=200mm 时：（1）压缩空气的压强 P1为若干？（2）U 管差压计读数 R2为多少？解：对上下两槽取截面列柏努力方程0+0+P1/=Zg+0+P 2/+ fP 1= Zg+0+P 2 + f=109.811100+1100（2u 2+1.18u2）=107.9110+3498u在压强管的 B，C 处去取截面，由流体静力学方程得PB+g（x+R 1）=P c +g（h BC+x）+ 水银 R1gPB+11009.81（0.045+x）=P c +11009.81（5+x）+13.6109.810.045PB-PC=5.95104Pa在 B，C 处取截面列柏努力方程0+uB
15、/2+PB/=Zg+u c2/2+PC/+ f，BC 管径不变，u b=u cPB-PC=（Zg+ f，BC ）=1100（1.18u 2+59.81）=5.9510 4Pau=4.27m/s压缩槽内表压 P1=1.23105Pa（2）在 B，D 处取截面作柏努力方程0+u2/2+PB/= Zg+0+0+ f，BC + f，CDPB=（79.81+1.18u 2+u2-0.5u2）1100=8.3510 4PaPB-gh= 水银 R2g8.35104-11009.810.2=13.6109.81R2R2=609.7mm15.在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置 U管压差计
16、，以测量两截面的压强差。当水的流量为10800kg/h时，U 管压差计读数 R为 100mm，粗细管的直径分别为 603.5mm 与 453.5mm。计算：（1）1kg 水流经两截面间的能量损失。 （2）与该能量损失相当的压强降为若干 Pa？解：（1）先计算 A，B 两处的流速： uA=ws/s A=295m/s，u B= ws/s B在 A，B 截面处作柏努力方程：zAg+uA2/2+PA/=z Bg+uB2/2+PB/+hf1kg 水流经 A，B 的能量损失：hf= （u A2-uB2） /2+（P A- PB）/=（u A2-uB2） /2+gR/=4.41J/kg（2）.压强降与能量损
17、失之间满足：hf=P/ P=hf=4.4110 16. 密度为 850kg/m，粘度为 810-3Pas的液体在内径为 14mm 的钢管内流动，溶液的流速为 1m/s。试计算：（1）泪诺准数，并指出属于何种流型？（2）局部速度等于平均速度处与管轴的距离；（3）该管路为水平管，若上游压强为 14710Pa，液体流经多长的管子其压强才下降到 127.510Pa？ 解：（1）Re =du/=（1410 -31850）/（810 -3）=1.4910 2000此流体属于滞流型（2）由于滞流行流体流速沿管径按抛物线分布，令管径和流速满足y2 = -2p（u-u m）当=0 时 ,y 2 = r2 = 2
18、pum p = r 2/2 = d2/8当= 平均 =0.5 max= 0.5m/s时,y2= - 2p（0.5-1）= d 2/8=0.125 d2即 与管轴的距离 r=4.9510 -3m(3)在 147103和 127.5103两压强面处列伯努利方程u 12/2 + PA/ + Z 1g = u 22/2 + PB/+ Z 2g + f u 1 = u 2 , Z1 = Z2 P A/= P B/+ f损失能量 f=（P A- PB）/=（14710 3-127.5103）/850=22.94流体属于滞流型摩擦系数与雷若准数之间满足 =64/ Re又 f=（/d）0.5 u 2=14.9
19、5m输送管为水平管，管长即为管子的当量长度即：管长为 14.95m19. 内截面为 1000mm1200mm的矩形烟囱的高度为 30 A1m。平均分子量为 30kg/kmol，平均温度为 400的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持 49Pa的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值，大气温度为 20，地面处的大气压强为 101.3310Pa。流体经烟囱时的摩擦系数可取为 0.05，试求烟道气的流量为若干 kg/h？解：烟囱的水力半径 r = A/= (11.2)/2(1+1.2)=0.273m当量直径 d e= 4r =1.109m流体流经烟囱损失的能量 f=（/ d e）u 2/2=0.0
20、5(30/1.109)u2/2=0.687 u2空气的密度 空气 = PM/RT = 1.21Kg/m3烟囱的上表面压强 (表压) P 上 =- 空气 gh = 1.219.8130 =-355.02 Pa烟囱的下表面压强 (表压) P 下 =-49 Pa烟囱内的平均压强 P= (P 上 + P 下 )/2 + P0 = 101128 Pa由 = PM/RT 可以得到烟囱气体的密度= （3010 -3101128）/（8.314673）= 0.5422 Kg/m3在烟囱上下表面列伯努利方程P 上 /= P 下 /+ Zg+ f f= (P 上 - P 下 )/ Zg=(-49+355.02)/
21、0.5422 309.81= 268.25 = 0.687 u2流体流速 u = 19.76 m/s质量流量 s= uA= 19.7611.20.5422= 4.63104 Kg/h20. 每小时将 210kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽。反应器液面上方保持 26.710Pa的真空读，高位槽液面上方为大气压强。管道为的钢管，总长为 50m，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） ，5 个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为 15m 。若泵效率为0.7，求泵的轴功率。解： 流体的质量流速 s = 2104/3600 = 5.56 kg/s 流速 u = s/(A)=1
22、.43m/s雷偌准数 Re=du/= 165199 4000查本书附图 1-29得 5 个标准弯头的当量长度: 52.1=10.5m2个全开阀的当量长度: 20.45 = 0.9m局部阻力当量长度 e=10.5 + 0.9 = 11.4m假定 1/ 1/2=2 lg(d /) +1.14 = 2 lg(68/0.3) + 1.14= 0.029检验 d/(Re 1/2) = 0.008 0.005符合假定即 =0.029全流程阻力损失 =(+ e)/d u2/2 + u 2/2= 0.029(50+11.4)/(68103) + 41.432/2= 30.863 J/Kg 在反应槽和高位槽液面
23、列伯努利方程得P1/+ We = Zg + P 2/+ We = Zg + (P1- P2)/+= 159.81 + 26.7103/1073 + 30.863= 202.9 J/Kg有效功率 Ne = We s = 202.95.56 = 1.128103轴功率 N = Ne/=1.12810 3/0.7 = 1.61103W = 1.61KW 21. 从设备送出的废气中有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤器，以回收这些 物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为3600m/h，其物理性质与 50的空气基本相同。如本题附图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的 U管压差计，
24、起读数为 30mm。输气管与放空管的内径均为 250mm，管长与管件，阀门的当量长度之和为 50m，放空机与鼓风机进口的垂直距离为 20m，已估计气体通过塔内填料层的压强降为 1.9610Pa。管壁的绝对粗糙度可取 0.15mm，大气压强为101.3310。求鼓风机的有效功率。解：查表得该气体的有关物性常数 =1.093 , =1.9610 -5Pas气体流速 u = 3600/(36004/0.25 2) = 20.38 m/s质量流量 s = uAs = 20.384/0.25 21.093=1.093 Kg/s流体流动的雷偌准数 Re = du/= 2.8410 5 为湍流型所有当量长度
25、之和 总 =+ e=50m 取 0.15时 /d = 0.15/250= 0.0006 查表得 =0.0189所有能量损失包括出口,入口和管道能量损失即: = 0.5u 2/2 + 1u2/2 + (0.018950/0.25) u2/2 =1100.66 在 1-12-2 两截面处列伯努利方程u2/2 + P1/+ We = Zg + u 2/2 + P2/ + We = Zg + (P2- P1)/+而 1-12-2 两截面处的压强差 P2- P1 = P2- 水 gh = 1.96103 - 1039.8131103= 1665.7 PaWe = 2820.83 W/Kg 泵的有效功率
26、Ne = We s= 3083.2W = 3.08 KW 22. 如本题附图所示， ，贮水槽水位维持不变。槽底与内径为 100mm 的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端 15m 处安有以水银为指示液的 U管差压计，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长度为20m。（1）.当闸阀关闭时，测得 R=600mm，h=1500mm；当闸阀部分开启时，测的R=400mm，h=1400mm。摩擦系数可取 0.025，管路入口处的局部阻力系数为 0.5。问每小时从管中水流出若干立方米。（2）.当闸阀全开时，U 管压差计测压处的静压强为若干（Pa，表压
27、） 。闸阀全开时le/d15，摩擦系数仍取 0.025。解: 根据流体静力学基本方程, 设槽面到管道的高度为 x 水 g(h+x)= 水银 gR103(1.5+x) = 13.61030.6x = 6.6m部分开启时截面处的压强 P 1 = 水银 gR - 水 gh = 39.63103Pa在槽面处和 1-1截面处列伯努利方程Zg + 0 + 0 = 0 + u2/2 + P1/ + 而= (+ e)/d + u 2/2 = 2.125 u26.69.81 = u 2/2 + 39.63 + 2.125 u2u = 3.09/s体积流量 s= uA= 3.09/4(0.1) 23600 = 8
28、7.41m3/h 闸阀全开时 取 2-2,3-3截面列伯努利方程Zg = u2/2 + 0.5u2/2 + 0.025(15 +/d)u 2/2u = 3.47m/s取 1-13-3 截面列伯努利方程P1/ = u 2/2 + 0.025(15+ /d)u2/2P 1 = 3.7104Pa25. 在两座尺寸相同的吸收塔内，各填充不同的填料，并以相同的管路并联组合。每条支管上均装有闸阀，两支路的管长均为 5m（均包括除了闸阀以外的管件局部阻力的当量长度） ，管内径为 200mm。通过田料层的能量损失可分别折算为 5u1与 4u2，式中 u 为 气体在管内的流速 m/s ，气体在支管内流动的摩擦系
29、数为 0.02。管路的气体总流量为 0.3m/s。 试求：（1）两阀全开时，两塔的通气量；（2）附图中 AB的能量损失。分析：并联两管路的能量损失相等，且各等于管路 总的能量损失,各个管路的能量损失由两部分组成，一是气体在支管内流动产生的，而另一部分是气体通过填料层所产生的，即 f=( e/d) u2/2 f填 而且并联管路气体总流量为个支路之和, 即 Vs= Vs1 + Vs2 解：两阀全开时，两塔的通气量由本书附图查得 d=200mm时阀线的当量长度 e=150m f1=( 1 e1/d) u12/2 + 5 u12=0.02(50+150)/0.2 u12/2 + 5 u12 f2=(
30、2 e2/d) u22/2 + 4 u12= 0.02(50+150)/0.2 u22/2 + 4 u12 f1= f2u 12/ u22=11.75/12.75 即 u 1 = 0.96u2又V s= Vs1 + Vs2 = u1A1+ u2A2 , A1 = A2 =(0.2)2/4=0.01= (0.96u2+ u2) 0.01= 0.3 u 2=4.875m/s u1A=4.68 m/s即 两塔的通气量分别为 Vs1 =0.147 m3/s, Vs12=0.153 m3/s 总的能量损失 f= f1= f2=0.02155/0.2 u12/2 + 5 u12= 12.5 u12 = 2
31、79.25 J/Kg 26. 用离心泵将 20水经总管分别送至A，B 容器内，总管流量为 89m/h，总管直径为1275mm。原出口压强为1.93105Pa，容器 B内水面上方表压为1kgf/cm，总管的流动阻力可忽略，各设备间的相对位置如本题附图所示。试求：（1）离心泵的有效压头 H e； （2）两支管的压头损失 Hf，o-A ，H f，o-B， 。解：（1）离心泵的有效压头总管流速 u = Vs/A 而 A = 3600/4(117) 210-6u = 2.3m/s在原水槽处与压强计管口处去截面列伯努利方程Z0g + We = u2/2 + P0/+ f 总管流动阻力不计 f=0We =
32、u2/2 + P0/-Z 0g=2.32/2 +1.93105/998.2 -29.81=176.38J/Kg有效压头 He = We/g = 17.98m 两支管的压头损失在贮水槽和 表面分别列伯努利方程Z0g + We = Z1g + P1/+ f1 Z0g + We = Z2g + P2/+ f2 得到两支管的能量损失分别为 f1= Z0g + We (Z1g + P1/)= 29.81 + 176.38 (169.81 + 0)=39.04J/Kg f2=Z0g + We - (Z2g + P2/)=29.81 + 176.38 (89.81 + 101.33103/998.2)=16
33、.0 J/Kg压头损失 H f1 = f1/g = 3.98 mHf2 = f2/g = 1.63m28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为 11m，AB 段内径为38mm，长为 58m；BC 支管内径为 32mm，长为12.5m；BD 支管的内径为 26mm，长为 14m，各段管长均包括管件及阀门全开时的当量长度。AB 与 BC 管的摩擦系数为 0.03。试计算：(1)当 BD 支管的阀门关闭时，BC 支管的最大排水量为若干 m/h？(2)当所有的阀门全开时，两支管的排水量各为若干 m/h？BD 支管的管壁绝对粗糙
34、度为0.15mm，水的密度为 1000kg/m，粘度为 0.001Pas。分析：当 BD 支管的阀门关闭时，BC 管的流量就是 AB总管的流量；当所有的阀门全开时，AB总管的流量应为 BC，BD 两管流量之和。而在高位槽内，水流速度可以认为忽略不计。解:（1）BD 支管的阀门关闭VS,AB = VS,BC 即u0A0 = u1A1 u038 2/4 = u132 2/4 u 0 = 0.71u1 分别在槽面与 C-C,B-B截面处列出伯努利方程 0 + 0 + Z0g = u12/2 + 0 + 0 + f,AC0 + 0 + Z1g = u02/2 + 0 + 0 + f,AB而 f,AC
35、= ( AB/d0 )u02/2 + ( BC/d1)u12/2 = O.03(58000/38) u02/2 + 0.03(12500/32)u12/2 = 22.89 u02 + 5.86 u12 f,AB = ( AB/d0)u02/2 = O.03(58000/38)u02/2= 22.89 u02u 1 = 2.46m/s BC支管的排水量 V S,BC = u1A1 = 7.1m3/s 所有的阀门全开VS,AB = VS,BC + VS,BD u0A0 = u1A1 + u2A2 u038 2/4 = u132 2/4 + u226 2/4 u0382 = u1322 + u226
36、2 假设在 BD段满足 1/ 1/2=2 lg(d /) +1.14 D = 0.0317 同理在槽面与 C-C,D-D截面处列出伯努利方程Z0g = u12/2 + f,AC = u12/2 +( AB/d0 )u02/2 + ( BC/d1)u12/2 Z0g = u22/2 + f,AD = u22/2 +( AB/d0 )u02/2 + D( BD/d2)u22/2 联立求解得到 u 1 = 1.776 m/s, u2 = 1.49 m/s核算 Re = du/ = 2610 -31.49103/0.001 = 38.74103 (d/)/Re 1/2 = 0.025 0.005假设成
37、立即 D,C 两点的流速 u 1 = 1.776 m/s , u2 = 1.49 m/s BC 段和 BD的流量分别为 V S,BC = 3210(/4)36001.776= 5.14 m3/sVS,BD = 2610(/4)36001.49= 2.58 m3/s 29. 在 382.5mm 的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为 16.4mm，管中流动的是20的苯，采用角接取压法用 U管压差计测量孔板两测的压强差，以水银为指示液，策压连接管中充满甲苯。测得 U管压差计的读数为 600mm，试计算管中甲苯的流量为若干 kg/h？解：查本书附表 20时甲苯的密度和粘度分别为= 867 Kg/m
38、 3,= 0.67510 -3假设 Re = 8.67104 当 A0/A1 = (16.4/33) = 0.245时,查孔板流量计的 C0与 Re, A0/A1 的关系得到C0 = 0.63体积流量 V S = C0A02gR( A-)/ 1/2 = 0.63/4 16.4210-6 29.810.6(13.6-0.867)/0.8671/2=1.7510-3 m3/s流速 u = V S /A = 2.05 m/s核算雷偌准数 Re = du/ = 8.6710 4 与假设基本相符甲苯的质量流量 S = VS=1.7510 -38673600= 5426 Kg/h 第二章 流体输送机械2.
39、 用离心泵以 40m/h 的流量将贮水池中 65的热水输送到凉水塔顶，并经喷头喷出而落入凉水池中，以达到冷却的目的，已知水进入喷头之前需要维持 49kPa的表压强，喷头入口较贮水池水面高 6m，吸入管路和排出管路中压头损失分别为 1m和 3m，管路中的动压头可以忽略不计。试选用合适的离心泵并确定泵的安装高度。当地大气压按 101.33kPa计。解：输送的是清水 选用 B型泵查 65时水的密度 = 980.5 Kg/m 3在水池面和喷头处列伯努利方程u12/2g + P1/g + = u 12/2g + P2/g + f + Z取 u1 = u2 = 0 则 = (P 2- P1)/g + f
40、+ Z= 49103/980.59.8 + 6 + (1+4)= 15.1 m Q = 40 m 3/h由图 2-27得可以选用 3B19A 2900 465时清水的饱和蒸汽压 PV = 2.544104Pa当地大气压 a = P/g = 101.3310 3 /998.29.81 = 10.35 m查附表二十三 3B19A 的泵的流量: 29.5 48.6 m 3/h为保证离心泵能正常运转,选用最大输出量所对应的 S即 S = 4.5m输送 65水的真空度 S = S +( a-10)-( PV/9.81103 0.24)1000/=2.5m允许吸上高度 Hg = S - u12/2g -
41、f,0-1= 2.5 1 = 1.5m即 安装高度应低于 1.5m4 . 用例 2-2附图所示的管路系统测定离心泵的气蚀性能参数，则需在泵的吸入管路中安装调节阀门。适当调节泵的吸入和排出管路上两阀门的开度，可使吸入管阻力增大而流量保持不变。若离心泵的吸入管直径为 100mm，排出管直径为 50mm，孔板流量计孔口直径为35mm，测的流量计压差计读数为 0.85mHg吸入口真空表读数为 550mmHg时，离心泵恰发生气蚀现象。试求该流量下泵的允许气蚀余量和吸上真空度。已知水温为 20，当地大气压为 760mmHg。解: 确定流速 A0 /A2 = (d0/d2)2 = (35/50)2 = 0.
42、49查 20时水的有关物性常数 = 998.2Kg/m 3 , = 100.510-5 ,PV = 2.3346 Kpa假设 C0 在常数区查图 1-33得 C0 = 0.694则u0 = C0 2R( A-)g/ 1/2 = 10.07m/su2 = 0.49u0 = 4.93 m/s核算: Re = d 2u2/=2.4610 5 2105 假设成立u1= u2(d2 / d1)2 = 1.23 m/s允许气蚀余量 h = (P 1- P2)/g + u 12/2gP1 = Pa - P 真空度 = 28.02 Kpah = (28.02-2.3346)10 3/998.29.81= 2.
43、7 m允许吸上高度 H g =(Pa- PV)/g - h- f 离心泵离槽面道路很短 可以看作 f = 0 H g =(Pa- PV)/g - h=(101.4 2.3346)103/(998.29.81) 2.7=7.42 m7. 用两台离心泵从水池向高位槽送水，单台泵的特性曲线方程为 H=251106Q 管路特性曲线方程可近似表示为 H=10+1106Q 两式中 Q的单位为 m/s，H 的单位为 m。 试问两泵如何组合才能使输液量最大？（输水过程为定态流动）分析：两台泵有串联和并联两种组合方法 串联时单台泵的送水量即为管路中的总量，泵的压头为单台泵的两倍；并联时泵的压头即为单台泵的压头，
44、单台送水量为管路总送水量的一半解：串联 H e = 2H10 + 1105Qe2 = 2(25-1106Q2) Q e= 0.43610-2m2/s并联 Q = Q e/225-1106 Qe2 = 10 + 1105( Qe/2)2 Q e = 0.38310-2m2/s总送水量 Q e= 2 Qe= 0.76510-2m2/s并联组合输送量大第三章 机械分离和固体流态化2. 密度为 2650kg/m的球型石英颗粒在 20空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。解：（1）服从斯托克斯公式查有关数据手册得到 20时空气的密度 = 1.205 Kg/m 3
45、 ， 粘度 =1.8110 -5 Pas要使颗粒服从斯托克斯公式 ，必须满足 Re 1 即Re = dut/ 1 ， 而 u t = d2（ s- ）g/18由此可以得到 d 3 18 u 2/（ s- ）g最大颗粒直径 dmin = 18 u2/（ s- ）g 1/3 = 18（1.8110 -5） 2/（2650-1.205）9.811.205 1/3= 0.57310-4m= 57.3m要使颗粒服从牛顿公式 ，必须满足 10 3 Re 210 3即10 3 Re = du t/ 210 3 ，而 ut = 1.74d（ s- ）g/由此可以得到 d 3 10 6 2/1.74 2（ s-）g最小直径 d min = 0.001512 m = 1512 m3. 在底面积为 40m的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理量为 3600m/h，固体的密度 s=3600kg/m，操作条件下气体的密度 =1.06kg/m，粘度为 3.410-5Pas。试求理论上完全除去的最小颗粒直径。解：根据生产能力计算出沉降速度ut = Vs/b= 3600/40 m/h = 0.025m/s假设气体流处在滞流区则可以按 u t = d2（ s- ）g/18 进行计算 d 2 = 18
