化工原理第二版答案(柴诚敬主编).pdf

绪绪论论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 cm44则 0.00856cms1000g1m8.5610kgms8.5610Pa sg 1kg 100cm（2）密度基本物理量的换算关系为1 kgf=9.81 N，1 N=1 kgm/s2kgf s29.81N1kg m s23138.61350kg m4则m1kgf1N（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 kg1oF 5oC9则BTU1.055kJ1lb 1F cp 0.241BTU0.4536kg5 9C1.005kJkg ClbF（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kmol 1h1atm52KG34.229.37810kmol m skPa3600s101.33kPam h atm（5）表面张力基本物理量的换算关系为1 dyn=1105N1 m=100 cm则dyn110N100cm 74 7.4102N mcm1dyn1m（6）导热系数基本物理量的换算关系为51 kcal=4.1868103J，1 h=3600 s则3kcall4.186810 J 1h121.163JmsC1.163WmC1kcal3600sm h C2 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HE3.9A2.78104G12.01D 0.3048Z0BC1 3LL式中HE等板高度，ft；G气相质量速度，lb/(ft2h)；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/ft3A、B、C 为常数，对 25 mm 的拉西环，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1ft 0.3049m1lbft2h1.356103kgm2s（见 1）量纲为一，不必换算1cp 1103Pa slb lb 1kg 3.2803ft313=13=16.01 kg/m2ftft2.2046lb1m(2)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：mHEft HE则HE HEmm3.2803ft HE3.2803HEftftm同理G G 1.356103 737.5GD 3.2803DZ0 3.2803Z01103LL 16.01 0.06246LLL(3)将以上关系式代原经验公式，得 3.90.572.78104737.5G3.2803HE-0.112.013.2803D1.240.30483.2803Z01 31000L0.0624L整理上式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即HE1.084104A0.205G-0.139.4D1.24Z01 3LL第一章第一章 流体流动流体流动流体的重要性质流体的重要性质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：H2 40%、N2 20%、CO 32%、CO2 7%、CH4 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nt各组分的质量：pV101.35.51000.06000mol 246245.4molRT8.314313mH2 40%ntMH2 40%246245.42kg 197kgmN2 20%ntMN2 20%246245.428kg 1378.97kgmCO 32%ntMCO 32%246245.428kg 2206.36kgmCO2 7%ntMCO2 7%246245.444kg 758.44kgmCH41%ntMCH41%246245.416kg 39.4kg2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：mt m1 m260 60kg 120kgVtV1V2m11m2 6060 3 m 0.157m328301710m流体静力学流体静力学mt12033kg m 764.33kg mVt0.1573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=85.3103 20103Pa 65.3kPa（2）真空表读数真空度=大气压-绝压=101.33103 65.3103Pa 36.03kPa4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 mm，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101.3103Pa）？解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm 处的流体压力为p pgh 101.31039609.81(9.51.0)Pa1.813103Pa（绝压）作用在孔盖上的总力为F (p pa)A（1.813103 101.3103）0.762N3.627104N4每个螺钉所受力为F139.5100.0142N6.093103N4因此n F F13.6271046.093103N 5.956（个）习题 4 附图5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，R2=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R3=100 mm。试求 A、B 两点的表压力。解：（1）A 点的压力习题 5 附图pA水gR3汞gR210009.810.1136009.810.08Pa 1.165104Pa（表）（2）B 点的压力pB pA汞gR11.165104136009.810.5Pa7.836104Pa（表）在管道某截mm。为防止不计。已知当6如本题附图所示，水在管道内流动。为测量流体压力，面处连接 U 管压差计，指示液为水银，读数R=100 mm，h=800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，pA pA则p+水gh+汞gR pa习题 6 附图p pa水gh 汞gR101.310 10009.80.8 136009.80.1Pa 80.132kPa37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：水gh 13.3习题 7 附图h 13.3水g13.3100010009.8m 1.36m流体流动概述流体流动概述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（m3/h）、质量流量（kg/s）和质量通量kg/(m2s)。3.14解：Vh uA ud2 0.80.0623600m3s 8.14m3h44ws uA u23.14d 0.80.0621000kg s 2.26kg s44G u 0.81000kgm2s 800kgm2s9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，1069kg m3，2.50103Pa sd 1.5cm0.015mub1060 40.01521069m s 0.882m sRe dub 0.0150.88210692.5103 5657故为湍流。（2）用物理单位计算1069g cm3，0.025gcmsd 1.5cm，ub88.2cm sRe dub1.588.21.069 0.025565710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：u0 0.62 2zg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z1 z0由质量守恒，得130.8846m 2.115m0.7851.22w2w1dM 0，w1 0（无水补充）dw2u0A00.62A02gz（A0为小孔截面积）M AZ(A 为储槽截面积)故有0.62A02gz Adz 0d即dz2gz 0.62A0dA上式积分得A1 21 2)(z0 z1)0.62 2gA0(2 1 1 21 232.115s 126.4s 2.1min0.62 29.81 0.042211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hf=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（m3/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p12p22gz11ub11 gz2ub2hf（1）22式中z1=7 m，ub10，p1=0（表压）z2=1.5 m，p2=0（表压），ub2=5.5 u2代入式（1）得229.817 9.811.51ub25.5ub22ub3.0m s（2）水的流量（以 m3/h 计）3.142Vsub2A3.00.018 20.004 0.02355m3s 84.78m3h4习题 11 附图习题 12 附图12 20 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p12p22gz11ub11 gz2ub2hf22式中z1=z2=0，ub1 3.0m s A1ub2ub1A2d12ub1d2220.0380.00252 2.5 m s 1.232m s0.0530.0032hf=1.5 J/kgp1 p2故ub2uu22b22b11.232 2.5hf1.5J kg 0.866J kg222习题 14 附图p1 p20.866 9.81m 0.0883m 88.3mmg13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1.0133105Pa。流体密度为800 kg/m3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21105Pa，进料口高于储罐内的液面 8 m，输送管道直径为68 mm4 mm，进料量为20 m3/h。料液流经全部管道的能量损失为70J/kg，求泵的有效功率。解：在截面A-A和截面B-B之间列柏努利方程式，得2p1u12p2u2 gZ1We gZ2hf22p11.0133105Pa；p21.21105Pa；Z2Z18.0m；u1 0；u2hf 70J kg20 3600VVm s 1.966m sA23.142d0.06820.0044422p pu u2121We gZ2Z1hf21.211.01331051.9662We9.88.070J kg800214本题附图所2.461.9378.470J kg 175J kgNe wsWe 20 3600800173W 768.9W习题 13 附图示的贮槽内径 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hf=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。解：由质量衡算方程，得W1W2dM（1）dW1 0，W2d02ub（2）4dMD2dh（3）d4d将式（2），（3）代入式（1）得d02ubD2dh 044d即ub(D)2dh 0（4）d0d在贮槽液面与管出口截面之间列机械能衡算方程22uuppb1b21gz1 gz22hf2222uubb即gh hf20ub2 20.5ub222或写成h 20.5ub29.81ub0.692 h（5）式（4）与式（5）联立，得0.692 h(2)2dh 00.032d即5645dhh di.c.=0，h=h1=2 m；=，h=1m积分得 564521 21 2s 4676s 1.3h动量传递现象与管内流动阻力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p，试根据力的衡算导出（1）剪应力随高度 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1p(p2yb)y（1）2bLL（2）将牛顿黏性定律代入（1）得 dudydupydyL上式积分得u py2 C（2）2L边界条件为y=0，u=0，代入式（2）中，得C=-C p2y02L因此u p(y2 y02)（3）2L（3）当 y=y0，u=umaxp2故有umax y02L再将式（3）写成y2（4）u umax1()y0根据 ub的定义，得u 1udA1u1(y)2dA2ubmaxmaxAAAAy3016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。r2r2（1）解：（1）u umax1()2u1()brrii当 u=ub时，由式（1）得(r)211ri2解得r 0.707ri由管壁面算起的距离为y ri r ri 0.707ri 0.293ri（2）由 du对式（1）求导得drdu2umaxrdrri24umax故2ur 2br（3）2riri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uzr 1umaxR试计算管内平均流速与最大流速之比u/umax。1 71解：u R2令R01uz2rdr 2RR0r 1umax2rdrR1 71r y，则r R(1 y)R1R1u 2uz2rdr 2R0R18某液体以一10y1 7umax2R2(1 y)dy 2umax(y1 7 y8 7)dy 0.817umax01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pf=hf或Lub2hf=pf/=d2f2f1hh=（2d1ub22)()()1d2ub1d式中d1=2，ub2=（1）2=4d2ub1d2因此hhf2f1=(2)(2)(4)2=32211又由于0.3160.25Red u0.25Re21=（1)0.25=（1b1)=（2)0.25=（0.5）0.25=0.84141Re2d2ub2故hhf2f1=320.84=26.919用泵将2104kg/h 的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持25.9103Pa 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 6.310-4Pas。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，习题 19 附图算方程，以截面 1-1 为基准水平面，得22uuppb1b21gz1We gz22hf（1）22式中z1=0，z2=17 m，ub10ub2w4d22104m s 1.43m s36000.7850.06821073p1=-25.9103Pa(表)，p2=0(表)将以上数据代入式（1），并整理得2We g(z2 z1)ub2p2 p1hf21.43225.9103=9.8117+21073h=192.0+hff其中h=（+fLLedub22+）20.0681.431073Re dub=1.65610530.6310e d 0.0044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 m1.432350.8611故hf=(0.03+0.5+4)J kg=25.74J/kg20.068于是We192.0 25.74J kg 217.7J kg泵的轴功率为217.72104Ns=Wew/=W=1.73kW36000.7流体输送管路的计算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取为0.5。问每小时从管中流出多少水（m3）？（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22gz1ub1p1 gz2ub2p2hf，（a）1222习题 20 附图，式中p1=0(表)p2HggR H2OgR 136009.810.4 10009.811.4Pa 39630Pa（表）ub2=0，z2=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H Og(z1h)HggR（b）2式中h=1.5 m,R=0.6 m将已知数据代入式（b）得136000.61.5m 6.66mz1 1000hf,1-2ub2ub2L152(c)2.13ub(0.0250.5)2.13ub2d20.12将以上各值代入式（a），即9.816.66=ub+2239630+2.13 ub21000解得ub 3.13m s水的流量为Vs36002d ub36000.7850.123.13m3s 1.43m3s4，（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22gz1ub1p1 gz3ub3p3hf，（c）1322，式中z1=6.66 m，z3=0，ub1=0，p1=p322hf,13(L Lec)ub=0.025(3515)0.5 ub 4.81ub2d20.12将以上数据代入式（c），即9.816.66=ub+4.81 ub222解得ub 3.13m s再在截面 1-1 与 2-2 间列机械能衡算方程，基平面同前，得22uuppb1b21gz1 gz2（d）2hf，1222，式中z1=6.66 m，z2=0，ub10，ub2=3.51 m/s，p1=0（表压力）hf,1221.53.51 0.025 0.5J kg 26.2J kg0.12将以上数值代入上式，则p3.5129.816.66 2 26.221000解得p2=3.30104Pa（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。解：由于是直径均一的水平圆管，故机械能衡算方程简化为p1 p2 hf上式两端同除以加速度 g，得p1 p2=gh/g=6 m（题给）f即L ub2=69.81 J/kg=58.56 J/kg（a）hf=d 23Vs50010ub 0.01062d22d60d244将 ub代入式（a），并简化得d5 2.874104（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：e d 0.051030.0904 0.000553ub 0.01062 0.09042m s 1.3m s10 水物性由附录查得=1000 kg/m3，=130.7710-5PasRe dub 0.09041.310000130.771058.99104由 e/d 及 Re，查得=0.021故d 0.0904m90.4mm22如本题附图所示，自水塔将水送至车间，输送管路用114mm 4mm 的钢管，管路总长为 190 m（包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（m3/h）。解：在截面11和截面22之间列柏努利方程式，得2p1u12p2u2 gZ1 gZ2hf22习题 22 附图p11.0133105Pa；p21.0133105Pa；Z2Z115.0m；u1 022l leu2u2 gZ1Z2hf9.8150.52d2l le2u21.5 294du2294（1）1792.451.5采用试差法，假设u2 2.57m s则Re=du0.1062.57999.8 2.191055124.2310取管壁的绝对粗糙度为0.2 mm，e0.2则管壁的相对粗糙度为 0.0019d106查图1-22，得 0.024代入式（1）得，u2 2.57m s故假设正确，u2 2.57m s管路的输水量V u2A 2.573.140.11420.00423600m3h 81.61m3h423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 支管的阀门关闭时，BC 支管的最大排水量为多少（m3/h）；（2）当所有阀门全开时，两支管的排水量各为多少（m3/h）？（BD 支管的管壁3习题 23 附图绝对粗糙度，可取为0.15 mm，水的密度为 1000 kg/m，黏度为0.001Pas。）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22gz1ub1p1 gzCubCpChf22，式中z1=11 m，zc=0，ub10，p1=pcu2故bChf=9.8111=107.9J/kg（a）2hf hf,AB hf,BC（b）uLLehf,AB(c)b,ABd22ub,582(0.03（c）0.5)AB 23.15ub,AB0.0382212.5ub,BC2hf,BC(0.03（d）)5.86ub,BC0.0322ub,AB(dBC2)ub,BCdAB2ub,AB(232422（e）)ub,BC 0.5ub,BC38将式（e）代入式（b）得22hf,AB 23.150.5ub,（f）BC11.58ub,BC将式（f）、（d）代入式（b）,得222hf11.58ub,BC5.86ub,BC17.44ub,BCubC=ub,BC，并以hf值代入式（a），解得ub,BC=2.45 m/s故VBC=36000.03222.45 m3/h=7.10 m3/h42（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2gz ubCpCh gz ub,DpDh（a）Cf,BCDf,BD22两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hf,BC hf,BDuLLehf,BC(cD)b,BCd22ub,12.52(0.031)BC 6.36ub,BC0.03222ub,142hf,BD(1)BD(269.20.5)ub,BD0.0262将hf,BC、hf,BD值代入式（a）中，得226.36ub,（b）BC(269.20.5)ub,BD2分支管路的主管与支管的流量关系为VAB=VBC+VBD222dABub,AB dBCub,BCdBDub,BD0.0382ub,AB 0.0322ub,BC0.0262ub,BD上式经整理后得ub,AB 0.708ub,BC 0.469ub,BD（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2gz ub1p1 gz ub,CpCh（d）1Cf222，上式中z1=11 m，zC=0，ub10，ub,C0上式可简化为hf hf,ABhf,BC107.9J kg2前已算出hf,AB23.15ub,AB2hf,BC6.36ub,BC22因此23.15ub,AB6.36ub,BC107.9在式（b）、（c）、（d）中，ub,AB、ub,BC、ub,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Re dub 0.261.4510000.1537700e d 0.0058261103查摩擦系数图得=0.034。将 与 ub,BD代入式（b）得2269.20.034 0.51.4526.36ub,BC解得ub,BC1.79m s将 ub,BC、ub,BD值代入式（c），解得ub,AB0.7081.79 0.4691.45m s 1.95m s将 ub,AB、ub,BC值代入式（d）左侧，即23.151.952 6.361.792108.4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VBC3600VBC0.03221.79m3h 5.18m3h436000.02621.45m3h 2.77m3h424 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 98.66103Pa。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（kg/h）。解：P ACgR 998 8359.80.1Pa 159.74Pa查附录得，20，101.3 kPa 时空气的密度为 1.203 kg/m3，黏度为 1.8110-5Pas，则管中空气的密度为98.660.51.203kg m31.166kg m3101.3umaxRemax2P2159.74 1.166 m s 16.55m s0.316.551.1665 3.198101.8110-5dumax查图 1-28，得u 0.85umaxu 0.85umax 0.8516.55m s 14.07m sWh uA2P14.070.7850.321.166kg h 11.159kg h25在38mm 2.5mm 的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为16.4 mm，管中流动的是 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AoA1dod10.0164 0.033 0.24722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 0.610-3Pas。甲苯在孔板处的流速为u2gRA.810.613600866o Co 0.62629866m s 8.24m s甲苯的流量为Vs3600uoAo36008.2440.01642kg h 5427kg h检验 Re 值，管内流速为2u16.4b1338.24m s 2.04m sRe d0.0332.048661ub1.6109.7210403 Rec原假定正确。非牛顿型流体的流动非牛顿型流体的流动26用泵将容器中的蜂蜜以6.2810-3m3/s 流量送往路长（包括局部阻力的当量长度）为20 m，管径为0.l m，0.5特性服从幂律 0.05duz，密度 =1250 kg/m3，求泵dy量（J/kg）。解：在截面11和截面22之间列柏努利方程式，p221u12 gZp2u21We2 gZ2hf习题 26 附图p11.0133105Pa；p21.0133105Pa；Z2Z1 6.0m；u1 0；u2 026.28103Wl e gZ2Z1hf9.86l23.140.12eu2204d258.80.1258.864n0.5 64K3n1 un2n130.510.80.524ndn8 640.0540.512500.10.580.51 3.212.50.50.81.51250805 3.23.541.39812500.354 0.0045We58.8 6458.8 640.0045J kg 58.51J kg高位槽中，管蜂蜜的流动应提供的能得第二章第二章 流体输送机械流体输送机械1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He K Bqe2习题 1 附图由于启动离心泵之前 pA=pC,于是p=0K Z g则He Bqe2又He H 38mB 38/(39)2h2/m5=2.5102 h2/m5则He 2.5102qe2（qe的单位为 m3/h）（2）输油管线总长度l leu2H d2g 39 m/s=1.38 m/su 0.0136004于是l le2gdH29.810.138m=1960 m22u0.021.382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hf,013.0u12（u1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 20，98.1 kPa 的条件下进行。试计算泵的流量、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u120 gZ1hf,012p1将有关数据代入上式并整理，得601033.5u 2.59.81 35.48100021u13.184m/s则q (0.0823.1843600)m3/h=57.61 m3/h4(2)泵的扬程(60220)103H H1 H2h00.5m 29.04m10009.81(3)泵的效率Hqg29.0457.6110009.81s100%=68%1000P360010006.7在指定转速下，泵的性能参数为：q=57.61 m3/hH=29.04 mP=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 m3/hH=29.04 mP=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1220 P P 6.71.22kW=8.174kW1000(2)降低泵的转速根据比例定律，降低转速后有关参数为 2610 33q 57.61mh 51.85mh2900 2610H 29.04 m 23.52m2900 2610P 6.7 kW 4.884kW2900324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。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pa p1u12(Hg Hf,01)g2g64103即 Hg0.612.410009.81Hg 3.51m（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(10015.733)103pa pv则Hg(3.50.5)2.4m=2.31m(NPSH)Hf,01=g985.79.81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。u12Hg HS Hf,015.3 0.61 2.4 2.29m2g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