A学化工原理第二版上册课后习题答案.pdf

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09化工2 班制作 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/(cm-s)(2)密度p=138.6kgfY/n?(3)某物质的比热容C尸0.24BTU/(lb，F)(4)传质系数 KG=34.2 kmol/(m2，h，atm)(5)表面张力 cr=74 dyn/cm(6)导热系数 4=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=1000g,1 m=100 cm（2）密度基本物理量的换算关系为1 kgf=9.81 N,1 N=1 kg-m/s2则0 =138.6kgf S29.81Nm4 l l k g f1kg m/s2IN=1350kg/m3（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,1 b=0.4536 kglF=9则=0.24BTU1.055kJ1BTUlib T 1F0.4536kg 5/9=1.005kJ/(kg)（4）传质系数1 h=3600s,基本物理量的换算关系为1 atm=101.33 kPa则&=34.2kmolIhlatmm2-h-atm 3600s 101.33kPa=9.378 x 10 kmol/(m2 s-kPa)（5）表面张力基本物理量的换算关系为1 dyn=lxlO 5N 1 m=100 cm则-BI1 xI1d0y n$N 1IF 1 0I0mcm=7.4x10-2 N/m(6)导热系数基本物理量的换算关系为1 kcal=4.1 8 6 8 x l O3J,1 h=3 6 0 0 s则A =1kcal l T 4.1868X103Jm2-h-l IkcalIh3 6 0 0 s=1.1 6 3 J/(m s-)=1.1 6 3 W/(m )2.乱堆2 5 c m拉西环的填料塔用于精饿操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即=3.9Z(2.78X1O-4G)B(12.O1Q)C(O.3O48ZO 严 必Pi式 中 HE等板高度，ft;G 气相质量速度，l b/(M-h)；。一塔径，ft；Zo 每段(即两层液体分布板之间)填料层高度，ft；a一相对挥发度，量纲为一；液相黏度，cP；PL液相密度，l b/田4、B、C为常数，对2 5 mm的拉西环,其数值分别为0.5 7、-0.1及1.2 4。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1 ft =0.3 0 4 9 ml l b/(ft2-h)=1.3 5 6 x l O-3 kg/(m2.s)(见 1)a量纲为一，不必换算l ep =1 x 1 0 Pa sft3 L ft3 JI 2.2 0 4 6 1 b JI Im J(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 用 为例：则/=/；=/-x 3-2 8 0 3 f t=3.2 8 0 3/；ft ft m同理 G=G 7(1.3 5 6 x l O-3)=7 3 7.5 G 0=3.2 8 0 3。Zo=3.2 8 0 3 Z)PL=a/1 6.0 1 =0.0 6 2 4 6/7：(3)将以上关系式代原经验公式，得3.2 8 0 3 4；=3.9 x 0.5 7(2.7 8 x IO4 x 7 3 7.5 G)3 (1 2.0 1 x 3.2 8 0 3。，x(0.3 0 4 8 x x 3.2 8 0 3 Z：j a。器f J整理上式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即“E=1.0 8 4 x 1 OY T4(0,2 0 5 G)(3 9,4 ()1 2 4 ZOI/3 4PL第一章流体流动流体的重要性质1.某气柜的容积为6 000 n/,若气柜内的表压力为5.5 k P a,温度为40 C。已知各组分气体的体积分数为：上40%、220%、C0 32%、CO,7%C H J%,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pV(101.3+5.5)x1000.0 x6000,n=-七-mol=246245.4molRT 8.314x313各组分的质量：加H,=40%，x H,=40%X246245.4x 2kg=197kg%,=20%M,x A7N,=20%x 246245.4 x 28kg=1378.97kgmco=32%,x Mco=32%x 246245.4 x 28kg=2206.36kgmc o,=7%w,x Mc o,=7%x 246245.4x 44kg=758.44kg加 CH 4=l%x 246245.4 x 16kg=39.4kg2.若将密度为830 kg/n?的油与密度为710 kg/n?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=+m2=（60+60）kg=120kg匕=匕+K=色+叫=-P Pi60 60830+710m3=0.157m3Pm=+=J 言 kg/n?=764.33 kg/m3流体静力学3.已知甲地区的平均大气压力为85.3 k P a,乙地区的平均大气压力为101.33 k P a,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=（85.3xl03-2 0 x 1 0）Pa=65.3kPa（2）真空表读数真空度=大气压-绝压=（101.33 x 1 （P-65.3 x 1 O）Pa=36.03kPa4.某储油罐中盛有密度为960 kg/n?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 直 径 为 760 m m 的孔，其中心距罐底1000 mm,孔盖用14 m m 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5X 106 p a,问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3大IO?Pa）?解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm处的流体压力为/?=/?+/7=1 O 1.3X1 O3+9 6 0 x 9.8 1 x(9.5-1,0)P a =1.8 1 3 x 1 03P a (绝压)作用在孔盖上的总力为F =(p_ pJ 4=.8 1 3X1 0-1 01.3X1 0,)XX0.7 62N=3.6 2 7X1 04N每个螺钉所受力为7 TF=3 9.5X1 0X-V.0.01 42N=6.09 3X1 0 N14因此n=F/Ft=3.6 2 7 x 1 07(6.09 3 1 小=5.9 5 =6(个)_ J C _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4=5 00 m m,&=80 m m,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&=1 0 0 m m。试求/、8两点的表压力。解：（1）/点的压力Pz=p*gR s+P采gR =（1 000 x 9.8 1 x 0.1 +1 3 6 00 x 9.8 1 x 0.08）P a =1.1 6 5 x 1 04P a （表）（2）8点的压力P B=P A+A f i g 4=（1.1 6 5 x 1 04+1 3 6 00 x 9.8 l x 0.5）P a =7.8 3 6 x I O4P a （表）6.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=1 00m m,/?=8 00 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1 01.3 k P a,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，习题6附图则P+P水的+P求g R =PaP=PP K gh-p*gR=(101.3 x 1 O 3-1000 x 9.8 x 0.8-13600 x 9.8 x O.1)Pa=80.132kPa7.某工厂为了控制乙块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瓦解：P水 ga=13.3h=13.3/(P/)=13.3x1000/(1000 x9.8)m=l习题7 附图流体流动概述8.密度为1800 kg/n?的某液体经一内径为60 m m 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(n?/h)、质量 流 量(k g/s)和质量通量 kg/Oi?s)。解：儿=o.8 x x O.O 62 x3600m 7s=8.14m 7hjr3 4=uAp=u cl2p-0.8 x x 0.062 x 1000kg/s=2.26kg/sG=up=0.8x 1000kg/(m2-s)=800kg/(m2-s)9.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10kg/mino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 C 时，p=1069kg/m/=2.50 xl0 3Pa-sd=1.5cm=0.015muh=10/(60 x n/4x 0.0152 x 1069)m/s=0.882m/s&=也 旦=0.015x 0.882 xl069/(2.5 x l03)=5657 故为湍流。(2)用物理单位计算p=1069g/cm3,/=0.025g/(cm s)d=1.5cm,人=88.2c m/sRe=1.5x 88.2 x 1.069/0.025=565710.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 c m,测得水流过小孔的平均流速o与槽内水面高度z 的关系为：=0.62yf2zg试 求 算(1)放 出 In?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 In?煤油所需时间有何变化（设煤油密度为800kg/m3）?解：放 出 In?水后液面高度降至为，则z,=z0-=（3-0.8846）m=2.115m0.785xl.22由质量守恒，得ww+-=o w,=0（无水补充）AO%=叫 人=0.62pA&（4 为小孔截面积）M=pAZ（A 为储槽截面积）故有 0.623（,J2gz+pA 包-=0dO即 =-Q.624de上 式 积 分 得 0=0.62底 4=-广 （31/2-2.1151/2）s=l 26.4s=2.1min0.6272x9.8110.04；1 1.如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7 m,水 从 0108 mmX4 mm的管道中流出，管路出口高于地面1.5m。已知水流经系统的能量损失可按E/7L5.5/计算，其中为水在管内的平均流速（m/s）。设流动为稳态，试 计 算（1）A 4 截面处水的平均流速；（2）水的流量（n?/h）。解：（1）A 4 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g4+乩 +且=84+&+Z 42 P 2 p（1）式中 zi=7 m,如10，Pi=。（表压）Z2=1.5 m,2=0（表压）,b2=5.5 u代 入 式（1）得9.81x7=9.81 x 1.5+g ；2 +5.52人=3.0m/s(2)水的流量(以m3/h计)匕=bzZ=3.0 x 平 x(0.018-2 x 0.004)2=0.02355 m/s=84.78 m/h习 题 11附图习 题 12附图12.20 C的水以2.5 m/s的平均流速流经038 mmX2.5 mm的水平管，此管以锥形管与另一 053 mm义3 m m 的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧/、8 处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压力。若水流经4、8 两截面间的能量损失为1.5 J/k g,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：在力、8 两截面之间列机械能衡算方程8 4+/+且=8 4+；尤+上+2 2 P 2 p式中 zi=z2=0,Ri=3.0m/sWb2_2 7 0.038-0.0025x2?-,V 0.053-0.003x2 Jm/s=1.232m/sL Af=1.5 J/kg为 干 g=安 向 +工 4 =1232 2-2.5 5卜 kg=_O.866J/kg故 L-A=0.866/9.81 m=0.0883m=88.3mmPS1 3.如本题附图所示，用泵2 将储罐1 中的有机混合液送至精储塔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1.0133xl05P ao流体密度为800 k g/n A 精微塔进口处的塔内压力为 1.21xl()5pa,进料口高于储罐内的液面8 m,输送管道直径为068 mm x 4 m m,进料量为20 m3/h。料液流经全部管道的能量损失为 70 J/k g,求泵的有效功率。解：在 截 面 和 截 面 之 间 列 柏 努 利 方 程 式，得乙+g +g Z|+%=+*+gZ 2+Z fp 2 p 2 P l=1.0133xl05Pa；p2=1.21xl05Pa；Z2-Z,=8.0m；/aO；f=70 J/kg 习 题 13附图_ 2Q/3600UX(0.068-2x0.004pm/s=1.966m/s仁三+蟹+g(zzj+z,z(1.2 1-1.0 1 3 3)x l 05 1.9 6 6,no o n,Wre =|_ -8-0-0-4-+-2-+9.8 x8.0 +7 0 JJ/k g=(2.4 6 +1.9 3+7 8.4 +7 0)J/k g =1 7 5 J/k g 1 4.本题附图所示的贮槽内径M=2 0/3 6 0 0 x 8 0 0 x 1 7 3 W=7 6 8.9 WD=2m,槽底与内径为为3 2 mm的钢管相连，槽内无液体补充，其初始液面高度也为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 万产2 0 /计算，式中的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4=P K+2 M（1）叫=0,唯=%,以?习 题 1 4 附图(2)将式AM 7t Ah-=DpA0 4 d。(2),(3)代 入 式(1)得兀2 乃7 d“八-d p +-D p-=Q人+W 心=0b 4 d e(3)(4)即在贮槽液面与管出口截面之间列机械能衡算方程即与+与+且/+争2+地2 P 2 p22g A 吟+Z 4 吟 +2 0 ；=2 0.5 ：或写成得%=0.6 9 2 新(5)式（4）与 式（5）联立，得。3 时+（盛喘=。即-5 6 4 5-=dOi.c.0=0,h=h=2 m；0=0,=l m积分得。=-5 6 4 5 x 2(1-21/21 =4 6 7 6 s =1.3 h动量传递现象与管内流动阻力1 5.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2 叫，且 刁 如 流道长度为乙 两端压力降为,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b y,可近似认为两板无限宽，故有7 =一（一 /?-2 y 6）=y（1）2b L L（2）将牛顿黏性*定律代入（1）得4y上式积分得（2）边界条件为 尸0,=0,代 入 式（2）中，得 C=-C=-y12/uL因此（3）当尸处，片m a x故有 miiaixdx =一 c-/，J/ou2/z t再 将 式（3）写成=1-（上）（4）L 乂 根据的的定义，得4=:口 出=2皿14丫必=/1 6.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）与主体流速相应的速度点出现在离管壁0.2 9 3八处，其中吟为管内半径；（2）剪应力沿径向为直线分布,且在管中心为零。解：=-1-（与=2/1-（-）21 41彳当U=l(d)中,b XB、b,B C、b网)即2均为未知数，且 又为b网)的函数，可采用试差法求解。设b Q=L 4 5 m/s,则_./0.2 6 x1.4 5 x1 0 0 0 _A A,0.1 5 A AA,OR e=d u,pki=-=3 7 7 0 0 e/d =0.0 0 5 81 x1 0 2 6查摩擦系数图得2=0.0 3 4。将丸与b,B D代 入 式(b)得6.3 6；=(2 6 9.2 x 0.0 3 4 +0.5)xl.4 52解得 wb.B c =l-7 9 m/s将 b,8。、b班 值 代 入 式（c）,解得 b,A B =(0.7 0 8 xl.7 9 +0.4 6 9 x 1.4 5)m/s =1.9 5 m/s将b e b,BC值代入式(d)左侧，即23.15xl.952+6.36xl.792=108.4计算结果与式(d)右侧数值基本相符(108.4107.9),故“b、BD可以接受，于是两支管的排水量分别为KBC=3600 xx0.0322 xl.79m 7h=5.18m7hKBC=3600 x：x 0.0262 x 1.45m3/h=2.77m3/h2 4.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 P a,大气压力为98.66X1()3 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/n?和 998 k g/n?,测得的读数为100 m m,试求空气的质量流量(kg/h),解：AP=(pA-pc)gR=(998-835)x 9.8 x 0.IPa=159.74Pa查附录得,20,101.3 kPa时空气的密度为1.203 k g/n?,黏度为1.81xl(y5pa-s,则管中空气的密度为p=.203 x 98*s kg/m，=1.166 kg/m3“max=J 型=2x159.74/1.166 m/s=16.55 m/sn .“max火 二一p _ 0.3x16.55x1.166 _A查 图 1-28,得=0.85m ax1.81X10-53.198x105u=0.85n 1 a x =085 x 16.55 m/s=14.07 m/sWh=uAp=14.07 X 0.785 X 0.32 X 1.166 kg/h=11.159 kg/h2 5.在娟8mm x 2.5mm的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为16.4 m m,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 m m,试计算管中甲苯的流量为多少(kg/h)?解：已知孔板直径4=16.4 m m,管径4=33 m m,则4/4 =(4/4)2 =(0.0164/0.033)2=0.247设ReRe。,由教材查图1-30得 C=0.626,查附录得20 甲苯的密度为866 k g/n?,黏度为0.6X 10-3Pa s,甲苯在孔板处的流速为。=C。2gR(2二也=0.626.P2x9.81x0.6x(13600-866),-m/s=8.24m/s7T甲苯的流量为 匕=3 6 0 0。40=3 6 0 0 x 8.2 4 x-x 0.0 1 6 42 kg/h =5 4 2 7 kg/h检 验 根 值，管内流速为bl1 6.4x8.2 4 m/s =2.0 4 m/sn JR e=4 b i P/.=-0.0 3 3 x2.0 4 x8 6 6 6“小 n0 6 x o T-=9.7 2 x1 0 R ec原假定正确。非牛顿型流体的流动2 6.用泵将容器中的蜂蜜以6.2 8X 1 0-3 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2 0 m,-一管径为0.1 m,蜂蜜的流动特性服从幕律r =o.（）5（等）“，6 密度p=1 2 5 0 kg/m）求泵应提供的能量（J /kg）o解：在截面1-V和截面2-2 之间列柏努利方程式，得 2 2自+48 4+叫q+5 +g Z/、习题2 6附图P i=1.0 1 3 3 xl 0 P a；P 2 =1.0 1 3 3 xl 0 P a；Z2-Z=6.0 m；z/j 0 ;w2 0/、26.2 8x1 0；,亚 x O 7M =g(Z,-Z j +4=9.8X 6-2 +E L 寸=5 8.8-A-Le 2 J 乙 d 2 0.1 2=5 8.8-6 4 426 4 K3 +l 4n)=6 4 x 0.0 5 xp x Q.5 +l 1 4 x0.5 J0.8521 2 5 0 x0.1 0-580-5-1f)S-1,5 1 30Q=3.2 xl 2.5 s-8-0 5=3.2 x3.5 4 x-x 0.3 5 4 =0.0 0 4 51 2 5 0 1 2 5 0匕=5 8.8-6 4 2 =(5 8.8-6 4 x 0.0 0 4 5)J/kg=5 8.5 I J/kg第 二 章 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3 9m3/h,此时泵的压头为3 8 m。已知输油管内径为1 0 0 m m,摩擦系数为0.0 2；油品密度为81 0 kg/m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H=K+Bq：由于启动离心泵之前PA=PC,于是K =AZ+包=0Pg则 H,=Bq：又 乩=3 8mB=3 8/（3 9 h2/m5=2.5 X 1 0-2 h2/m5则 上=2.5 x1 0%；（表的单位为m3/h）（2）输油管线总长度于是0.0 1 m/s=1.3 8 m/s/+/_ 2 gd _2 x9.81 x0,1 x3 80.0 2 xl.3 82m=l 96 0 m2 .用离心泵（转速为2 90 0 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6 0 kP a和 2 2 0 kP a,两测压口之间垂直距离为0.5 m,泵的轴功率为6.7 k W。泵吸入管和排出管内径均为80 m m,吸 入 管 中 流 动 阻 力 可 表 达 为=3.0 ；（i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2 0 ,98.1 kP a的条件卜进行。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o=g 4 +J+-y+X/.o-i将有关数据代入卜一式并整理，得3.5.2 6 0 X 1 0-2.5x9.81=35.481000ux=3.184 m/s贝 IJ ,7=(0.082 x 3.184 x 3600)m3/h=57.61 m3/h(2)泵的扬程H=H+H2+hu=.(60+220)x1()3 051000 x9.81+,m=29.04m（3）泵的效率n=H%pg=29.04x57.61x1000 x9.8 J 0()%=6 8%1000P 3600 x1000 x6.7在指定转速下，泵的性能参数为：4=57.61 nr7h=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）改送密度为1220 kg/n?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：9=57.61 m3/h 27=29.04 m P=6.7 kW（1）改送果汁改送果汁后，q,不 变，尸随p 加大而增加，即门 220、P=P =6.7xl.22kW=8.174kWtio o o j（2）降低泵的转速根据比例定律，降低转速后有关参数为/=57.61 x m3/h=51.85 m/h/T=2 9.0 4 x(P|m=23.52m(2900)P=6.7 x(kW=4.884kW2900J4.用离心泵（转速为2900r/min）将 20 的清水以60 m%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24 m 和 0.61 m o规定泵入口的真空度不能大于64 k P a,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)，得即6 4 x 1 0?1 0 0 0 x 9.8 1=H g+0.6 1 +2.4Hg=3.5 1 m(2)输送5 5 C 清水的允许安装高度5 5 清水的密度为9 8 5.7 k g/n?,饱和蒸汽压为1 5.7 3 3 k P a则 H：=PP、-(I P S ).0 0 0T5 7 3 3)1 0 _(3.5 +0.5)_ 2.4 m=2.3 1 mg p g e L 9 8 5.7 x 9.8 1 _原安装高度(3.5 1 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3 B 5 7 型水泵，其操作条件下(5 5 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5 5 热水为基准确定安装高度。2H f o T =(5.3-0.6 1-2.4)=2.2 9 m2 g泵的安装高度为2.0 m。6 .用离心泵将真空精微塔的釜残液送至常压贮罐。塔底液面上的绝对压力为3 2.5 k P a(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L 4 6 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HP J _N P S H_H(a iPg式中 P。一 0，=0Pg则/=-(2.3 +0.5)-1.4 6 m =-4.2 6 m泵的允许安装位置应在塔内液面下4.2 6 m 处，实际安装高度为-3.0 m,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 2 0 0 c 的清水对离心泵进行性能测试，测得q数据如本题附表所示。习题7附 表 1_ a.-(m3/m i n)00.10.20.30.40.5H Iva3 7.23 8.03 73 4.53 1.82 8.5在实验范围内，摩擦系数变化不大，管路特性方程为”,=1 2 +8 0.0 4；(表的单位为 m 3/m i n)试确定此管路中的4、和P(=8 1%)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儿，在同一坐标图中作外儿曲线，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=0.4 5 5 n?/m i n,”=2 9.0 m,贝 IP=29.0 x0.455x1000 k w=2 6 6 k w1 0 2 6 0 x 1 0 2 x 0.8 1注意：在低流量时，夕曲线出现峰值。8.用离心泵将水库中的清水送至灌溉渠，两液面维持恒差8.8 m,管内流动在阻力平方习题7|张 俵 2qc/(m3/m i n)00.10.20.30.40.5He/m1 2.01 2.81 5.21 9.22 4.83 2.0区，管路特性方程为乩=8.8+5.2 x 1 O 如（统的单位为m3/s）单台泵的特性方程为=2 8-4.2 x 1 0 5/（g 的单位为 n?/s）试求泵的流量、压头和有效功率。解：联立管路和泵的特性方程便可求泵的工作点对应的小H,进而计算几。管路特性方程&=8.8 +5.2 x 1 0，；泵的特性方程 =2 8-4.2 x 1 0 5/联立两方程，得到 q=4.5 2 X 1 0 一，m%4=1 9.4 2 m贝 I Pe=Hqspg=1 9.4 2 x 4.5 2 x 1 0-3 x 1 0 0 0 x 9.8 1 W=8 6 1 W9.对于习题8的管路系统，若用两台规格相同的离心泵（单台泵的特性方程与习题8相同）组合操作，试求可能的最大输水量。解：本题旨在比较离心泵的并联和串联的效果。（1）两台泵的并联8.8 +5.2 x l 052=28-4.2X105（1）2解得：=5.5 4 X 1 0-3m3/s=1 9.9 5 m3/h(2)两台泵的串联8.8 +5.2 x 1 0 5/=2 x(2 8-4.2 x 1 0 5/)解得:=5.8 9 X 1 0 3m3/s=2 1.2 m3/h在本题条件下，两台泵串联可获得较大的输水量2 1.2 m3/h o1 0 .采用一台三效单动往复泵，将敞口贮槽中密度为1 2 0 0 k g/n?的粘稠液体送至表压为 1.6 2 X 1 0 3 k P a 的高位槽中，两容器中液面维持恒差8 m,管路系统总压头损失为4 m。已知泵的活塞直径为7 0 mm,冲程为2 2 5 mm,往复次数为2 0 0 m i n ，泵的容积效率和总效率分别为0.9 6 和 0.9 1。试求泵的流量、压头和轴功率。解：(1)往复泵的实际流量q=3 X 0.9 6 x ;X 0.0 72 x 0.2 2 5 x 2 0 0 m3/m i n=0.4 9 9 m3/m i n(2)泵的扬程_ _/c 1.6 2 x 1 06)、1 (c 4H =H、=(8 +-+4)m=l 4 9.6 me 1 2 0 0 x 9.8 1(3)泵的轴功率p=啊#=1 4 9.6 X).4 9 9 x 1 2 0 0 kw=16 0 8 kw1 0 2 7;6 0 x 1 0 2 x 0.9 11 1 .用离心通风机将5 0 、1 0 1.3 k P a 的空气通过内径为6 0 0 mm，总 长 1 0 5 m (包括所有局部阻力当量长度)的水平管道送至某表压为I X l O p a 的设备中。空气的输送量为1.5X l o m V h。摩擦系数可取为0.0 1 7 5。现库房中有一台离心通风机，其性能为:转速1 4 5 0 m i n1,风 量 lexm 3/h,风压为1.2 X l()4 p a。试核算该风机是否合用。解：将操作条件的风压和风量来换算库存风机是否合用。%=P i P)+3。+粤)Pa=1 0 6 3 0 0 Pa“u 1 0 6 3 0 0 2 9 3./3 An /3Pm=1.2 0 5 x-X k g/m =1.1 4 7 k g/mm 1 0 1 3 3 0 3 2 31 5 0 0 0 x 1 0 1 3 0 0-d2pm 3 6 0 0 x-x 0.62x 1 0 6 3 0 04 4(o s A 1 4 4(1 2贝 I H；=1X104+1.147 X 0,0 1 7 5 x +1 x Pa=1 0 4 83 PaT I 0.6 J 2H、=1 0 4 83 x-Pa=1 0 9 6 7 Pa1.1 4 7库存风机的风量？=1.6 X 1 0 4 m 3/h,风压T=L2 X 1(/Pa 均大于管路要求(?e=1.5 X 1 04m3/h,/7T=1 0 9 6 7 Pa),故风机合用。1 2 .有一台单动往复压缩机，余隙系数为0.0 6,气体的入口温度为2 0 ,绝热压缩指数 为 1.4,要求压缩比为9,试 求(1)单级压缩的容积系数和气体的出口温度；(2)两级压缩的容积系数和第一级气体的出口温度；(3)往复压缩机的压缩极限。解：(1)单级压缩的容积系数和气体的出口温度4=1 (上 了 一1 =1 0.0 6 x 9 -1 =0.7 7 1 8hl)Y 04=2 9 3X9T 7K=5 4 8.9 K(2)两级压缩的容积系数和第一级气体出口温度改为两级压缩后，每级的压缩比为七尸=3则重复上面计算，得到_ _1_Ao=1-0.0 6 3痴-1 =0.9 2 850.47；=2 9 3X3T 7K=4 0 1 K(3)压缩极限4=1-1=0即 0.0 6 X (呵-I=1解得 立=5 5.7 1Pi第五章传热过程基础1.用平板法测定固体的导热系数，在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却,同时在板两侧用热电偶测量其表面温度，若所测固体的表面积为0.0 2 n?,厚度为0.0 2 m,实验测得电流表读数为0.5 A,伏特表读数为1 0 0 V,两侧表面温度分别为2 0 0 和5 0 ,试求该材料的导热系数。解：传热达稳态后电热器的加热速率应与固体的散热(导热)速率相等，即式中 Q =/k =O.5 x l OOW =5 OWS =0.0 2 m2,t,=2 0 0,t2=5 0,A=0.0 2 m将上述数据代入，可得2=QL-2)5 0 x 0.0 20.0 2 x(2 0 0-5 0)W/(m.)=0.3 3 3 W/(m-)2.某平壁燃烧炉由一层400 mm厚的耐火砖和一层200 mm厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500,外表面温度为100 C,试求导热的热通量及两砖间的界血温度。设两砖接触良好，一知耐火砖的导热系数为4=0.8+0.0 0 0 6,绝缘砖的导热系数为4 =0.3+0.0003/,W/(m.)两式中的/可分别取为各层材料的平均温度。解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即(5-32)或 Q=(5-32。)4b2式中/=0.8+0.0006/=0.8+0.0006 x15 0 0+/=1.25+0.0003/2A,=0.3+0.0003/=0.3+0.0003 x 12211=0.315+0.00015t2代入&、及得(1.25+0.0003/)-5 Z=(0.315+0.00015/)解之得t=t=9774=1.25+0.0003/=(1.25+0.0003x 977)W/(m-)=1.543 W/(m-)则 Q/S=2,-1.543 x 15Q977 W/m2=2017 W/m23.外径为159 m m 的钢管，其外依次包扎A、B 两层保温材料，A 层保温材料的厚度为50 mm,导热系数为0.1 W/(m),B层保温材料的厚度为100 mm,导热系数为1.0 W/(m-),设 A 的内层温度和B 的外层温度分别为170 和 40,试求每米管长的热损失；若将两层材料互换并假设温度不变，每米管长的热损失又为多少？解：2 码 o 2T TA2 r2=I 1 5 9 +2鬣/晨?2 x(5 0 +1 0 0)W/m=。W/m0.1 159 1.0 159+100A、B 两层互换位置后，热损失为Q/L=-，ln生2M 41 1-3H-In 2次 ri2x3.14x(170-40)Eoln159+2x50 1 159+2x(50+100)W/m=131.5 W/m1590.1159+1004.直径为057mmx3.5 m m 的钢管用40 mm厚的软木包扎，其外又包扎100 mm厚的保温灰作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为-120,绝热层外表面温度为10。软木和保温灰的导热系数分别为0.043 W/(m C)和0.07 W/(m-),试