化工原理上册课后习题及答案.pdf

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1、第一章：流体流动第一章：流体流动二、本章思考题1-1 何谓理想流体？实际流体与理想流体有何区别？如何体现在伯努利方程上？1-2 何谓绝对压力、表压和真空度？表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压力、大气压力有什么关系？1-3 流体静力学方程式有几种表达形式？它们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何确定等压面？1-4 如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时，直管水平安装与垂直安装所得结果是否相同？1-5 如何判断管路系统中流体流动的方向？1-6 何谓流体的层流流动与湍流流动？如何判断流体的流动是层流还是湍流？1-7 一定质量流量

2、的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水温升高时，Re将如何变化？1-8 何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？1-9 何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？1-10 摩擦系数 与雷诺数 Re 及相对粗糙度/d的关联图分为 4 个区域。每个区域中，与哪些因素有关？哪个区域的流体摩擦损失滑管流动时的摩擦损失hf与流速u的一次方成正比？哪个区域的hf与u成正比？光2hf与u的几次方成正比？1-11 管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响？何谓流体的光滑管流动？1-12 在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，需要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计算平均流速？三、本章例题例 1-1如本题附图所示

3、，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。已知贮槽直径D 为 3m，油品密度为 900kg/m3。压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为 h1。已测得当压差计上指示剂读数为 R1 时，贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离为H1。试计算当右侧支管内油面向下移动 30mm 后，贮槽中排放出油品的质量。解：解：本题只要求出压差计油面向下移动30mm 时，贮槽内油面相应下移的高度，即可求出H排放量。首先应了解槽内液面下降后压差计中指示剂读数的变化情况，然后再寻求压差计中油面下移高度与槽内油面下移高度间的关系。设压差计中油面下移 h 高度，槽内油面相应1mpapaDH1hh1R1C1-1 附图下移

4、H 高度。不管槽内油面如何变化，压差计右侧支管中油品及整个管内水银体积没有变化。故当1压差计中油面下移 h 后，油柱高度没有变化，仍为h1，但因右侧水银面也随之下移h，而左侧水银面必上升 h，故压差计中指示剂读数变为（R-2h），槽内液面与左侧水银面间的垂直距离变为（H1-H-h）。当压差计中油面下移 h 后，选左侧支管油与水银交界面为参考面 m，再在右侧支管上找出等压面 n（图中未画出 m 及 n 面），该两面上的表压强分别为：因pm(H1 H h)0g（0为油品密度）pn h10g (R1 2h)Hgg，由上二式得：=pm pn(H1 H h)0gh10g(R12h)Hgg（1）上式中第一

5、项H10g h10g R1Hgg（2）(2Hg0)将式（2）代入（1h），并整理得：H 取0，将已知值代入上式：0.03(213600900)H 0.8767m900Hg13600kg/m3即压差计右侧支管油面下移30mm，槽内液面下降 0.8767m，油品排放量为：4D2H04320.8767900 5574kg例 1-2直径 D 为 3m 的贮水槽下部与直径d0为 40mm 的水平输送管相连。管路上装有一个闸阀，闸阀上游设有水银液柱压差计，开口管水银面上方有一段R为 20mm 的清水。当阀门全关时，压差计上读数 R 为 740mm，左侧指示剂液面与水管中心线间的垂直距离h 为 1m。当阀门

6、全开时，不包括管子出口损失的系统阻力用经验公式hf 40u2计算。式中hf为流动系数的总摩擦阻力，J/kg，u为水在管路中的流速，m/s。试求将水放出 24m3 需经历若干时间。解：根据题意画出如附图所示的流程图。由题意知流动过程中槽内水面不断下降，故本题属于不可压缩流体作非定态流动系统。液面高度随流动时间增加而逐渐降低，管中水的流速随液面下降而逐渐减小。在微分时间内列全系统的物料衡算，可求得液体高度随时间变化的微分关系，再列DH1dhRR1-2 附图2瞬间的柏努利方程式可以获得液体在输送管内流速随液面高度的变化关系。联立微分式和瞬间的柏努利式即可求出排水时间。以水平管的中心线为基准面，另初始

7、液面与基准面间的垂直距离为H1，放出 24m3水后的最终液面与基准面间的垂直距离为H2（图中未画出）。用静力学基本方程式先求出H1，再用贮槽体积、直径、液体深度间的关系求出H2。当阀门全关时，压差计读数 R=0.74m，按常规的方法在压差计上确定等压参考面，可得：(H1 h)H2Og RH2Oh RHgg取H2Og=1000kg/m3、Hg=13600 kg/m3，故：（H1+1）1000=0.021000+0.7413600解得H1=9.084m放出 24m3水后液面高度为：H2 9.084244 5.687m(3)2实际上本题是计算贮槽液面由9.084m 降到 5.687m 所需时间。设d

8、秒内液面下降高度为dH，管中瞬间流速为u，在d时间内列全系统水的体积衡算：V1dV0d dVA式中V1水的瞬间加入量，m3/s；V0水的瞬间排出量，m3/s；dVAd时间内，水在槽中的积累量，m3。式中各项为：V1=0V0=4d0u2VdA4d0ud24D2dH整理得d(D2dH)（1）d0u上式中瞬间液面高度 H 与瞬间速度u的关系可通过列瞬间柏努利式求得。在瞬间液面11（图中未画出）及管出口内侧截面22间列瞬间柏努利方程式，以水平管中心线为基准面：22upugz11 gz222hf,12223p1式中z1 Hz2 0p1 0（表压）p2 0（表压）u1 0u2 u（瞬间速度）hf,12 4

9、0u2u2 40u29.81H 2或u 0.4922 H（2）将式（2）代入式（1）：d(或d(D2dH)d00.4922 H32dHdH)114300.040.4922 HH积分上式的边界条件为：1 0H1 9.084m22sH2 5.687m2d 1143002H2dHHH1H 9.084114302(H1H2)H125.687114302(9.084 5.687)14380s 4h例 1-3流体在管内的汽化流体在管内的汽化C用虹吸管将水从水池中吸出，水池液面与虹吸管出口的垂直距离z 5m，管路最高点与水面的垂直距离为2m，虹吸管出口流速及虹吸管最高点压强各为多少？若将虹吸管延长，使池中水

10、面与出口的垂直距离增为z 8m，出口流速有何变化？（水温为30，大气压为 101.3kPa，水按理想流体处理）。解：解：（1）由断面 1-1、1-2 之间的机械能守恒式得22h 2m11Cz 5mz 8m2 2附图1-34u22gz 29.815 9.9m/s由断面 1-1 和 C-C 之间的机械能守恒式，并考虑到uC u2可得pC pagh uC22 pag(h z)=1.013105-10009.817=3.27104Pa（2）虹吸管延长后，假定管内流体仍保持连续状态，由断面1-1 和22之间的机械能守恒式得u22gzpC pagh uC22 pag(zh)=1.013105-10009.

11、8110=3.30103Pa因pC小于水在 30的饱和蒸汽压pV=4242Pa，故在最高点C 附近将出现汽化现象。此时，C点压强不再按机械能守恒式的规律变化，而保持为流体的饱和蒸汽压不变。因此，在断面 1-1 和22间，机械能守恒式不适用，算出的u2无效。但是，在断面1-1 和 C-C 之间，流体依然是连续的，C点的流速可在断面 1-1 和 C-C 之间列出机械能守恒式求出：uC2(pa pV1.0131054242g)2(9.812)12.4m/s1000出口流速u2 uC。例 1-4阻力损失与势能的消耗阻力损失与势能的消耗高位槽水面距管路出口的垂直距离保持为5m 不变，水面上方的压强为4.

12、095104Pa（表压），管路直径为 20mm，长度为 24m（包括管件的当量长度），阻力系数为 0.02，管路中装球心阀一个，试求：（1）当阀门全开（6.4）时，管路的阻力损失为多少？阻力损失为出口动能的多少倍？（2）假定数值不变，当阀门关小（20）时，管路的出口动能和阻力损失有何变化？解：解：（1）在断面 1-1 和 2-2 之间列机械能衡算式upugz11 gz222hf22p1221P01(gz12p12)(gz2p2)5m21-4 附图2uu1 hf22若取大气压强和管出口高度为基准，并忽略容器内的流速（即u1 0），则5uul gH 2()22d2p0p02244.90510gH

13、9.8152u21000 3.1J/kgl24211 0.02 6.4d0.022ulhf()2(24 6.4)3.1 95J/Kgd2u24.905104或hf(59.81)3.1 95J/kg210002hfu222l24 0.026.4 30.4（倍）d0.02此结果表明，实际流体在管内流动时，阻力损失和动能的增加是造成流体势能减少的两个原因。但对于通常管路，动能增加是一个可以忽略的小量，而阻力损失是使势能减小的主要原因。换言之，阻力损失所消耗的能量是由势能提供的。（2）当 20时44.90510gH 9.8152u210002.2J/kgl24211 0.02 20d0.02p0u24

14、.905104hf(9.815)2.2 95.9J/kg21000与（1）比较，当阀门关小时，出口动能减少而阻力损失略有增加，但是，绝不可因此而误解为阻力所消耗的能量是由动能提供的。实际上，动能的增加和阻力损失皆由势能提供，当阀门关小时，由于损失的能量增加使得动能减少了。例 1-5虹吸管顶部的最大安装高度虹吸管顶部的最大安装高度利用虹吸管将池中温度为90热水引出，两容器水面的垂直距离为2m，管段 AB 长 5m，管段 BC 长 10m（皆包括局部阻力的当量长度），管路直径为20mm，直管阻力系数为0.02。若要保证管路不发生汽化现象，管路顶点的最大安装高度为多少？（已知 90热水饱和蒸汽压为

15、7.01104Pa）解：解：在断面 1-1 和 2-2 之间列机械能横算式，可求得管内流速62B2gH29.812u 1.62m/sl150.02d0.02设顶点压强pB pV，在断面 1-1 和断面 B-B之间列机械能横算式，可求出B 点最大安装高度为hmaxBhPaA211H 2mPa2CpapVlABu2(1)ggd2g1-5 附图7.0110451.622(1 0.02)2.38m10.339.8110000.0219.6虹吸管是实际工作中经常碰到的管道，为使吸液管正常工作，安装时必须注意两点：（1）虹吸管顶部的安装高度不宜过大；（2）在入口侧管路（图中AB 段）的阻力应尽可能小。例

16、1-6使用同一水源各用户间的相互影响使用同一水源各用户间的相互影响从自来水总管引一支路 AB 向居民楼供水，在端点 B 分成两路各通向一楼和二楼。已知管段AB、BC 和 BD 的长度（包括管件的当量长度）各为100m、10m 和 20m，管径皆为30mm，直管阻力系数皆为 0.03，两支路出口各安装球心阀。假设总管压力为3.43105Pa（表压）试求：（1）当一楼阀门全开（6.4），高度为 5m 的二楼能否有水供应？此时管路 AB内的流量为多少？（2）若将一楼阀门关小，使其流量减半，二楼最大流量为多少？解：解：（1）首先判断二楼是否有水供应，为此，可假定支路BD 流量为零，并在断面A和 1-1

17、 之间列机械能衡算式AB总管D22C115m1-6 附图lluu1(ABBC)12d2pA2pA/23.43105/1000u1 2.42m/slABlBC100100.03 6.4110.03d在断面 A 与 B 之间列机械能衡算式，得722pBpAlABu13.431051002.422(1)(0.031)4.8m5mggd2g10009.810.0329.81此结果表明二楼无水供应。此时管路AB 内的流量为qV24d2u1 0.7850.0322.42 1.71103m3/s2（2）设一楼流量减半时，二楼流量为qV此时管段 AB 内的流速为u 4(qV2qV)24qV2u11.41410

18、3q1.21V22d2d2管段 BD 内的流速为u24qV2d24qV20.0321.414103qV2在断面 A 与 2-2 之间列机械能衡算式u2lABu2lu gz(BD)22d2d2pA323.43105100(1.41410 qV21.21)9.815 0.0310000.03222(1.414103)2qV220+(0.036.41)0.0322.55108qV2223.42105qV2442.2 0qV23.42105(3.42105)2 42.55108442.222.55108 8.07104m3/s对于通常的分支管路，总管阻力既不可忽略也不占主导地位，此时，改变支路的数目或

19、阻力，对总流量及各支路间流量的分配皆有影响。例 1-7提高流量分配均匀性的代价提高流量分配均匀性的代价在相同的容器 1、2 内，各填充高度为 1m 和 8m 的固体颗粒，并以相同的管路并联组合，两支路的管长皆为 5m，管径皆为 200mm，直管阻力系数为 0.02，每支管安装一闸门阀，容器 1 和 2的局部阻力系数各为 10 和 8。已知管路的总流量为 0.3m3/s，试求：8（1）当两阀门全开时，两支路的流量比和并联管路的阻力损失；（2）当两阀门同时关小至CD 20时，两支路的流量比及并联管路的阻力损失有何变化？B解：由物料守恒关系求得4d2u14d2u2 qV12u1u24qV40.3 9

20、.55（1）22d3.14160.2因并联管路阻力损失相等，由机械能衡算式得u1u222l2Ddl1Cd当两阀门全开CDA1-7 附图（1）u10.025/0.280.17 0.9（2）u20.025/0.2100.17由式（1）、式（2）得u29.55 5.03m/s1 0.9u1 9.555.03 4.52m/s并联管路的阻力损失为55.0328 0.17)109.5J/kghf(0.020.22（2）当两阀门同时关小u10.025/0.28 20 0.97（3）u20.025/0.210 209.55 4.85m/s1 0.97由式（1）、式（3）得u2u1 9.55 4.85 4.7m

21、/s并联管路的阻力损失为54.8528 20)335.2J/kghf(0.020.22从此例可以看出，在不均匀并联管路中串联大阻力元件，可提高流量分配的均匀性，其代价仍然是能量的消耗。9例 1-8倒倒 U U 形管压差计形管压差计水从倾斜直管中流过，在断面 A 和 B 之间接一空气压差计，其读数 R=10mm，两测压点垂直距离z 0.3m，试求：（1）A、B 两点的压差等于多少？（2）若采用密度为 830kg/m3的煤油作指示液，压差计读数为多少？（3）管路水平放置而流量不变，压差计读数及两点的压差有何变化？解：首先推导计算公式。因空气是静止的，故p1 p2即pAgh pBg(hB R)1gR

22、pAghA pBghB gR(1)在等式两边皆加以gHpAg(H hA)pBg(H hB)gR(1)(pAgzA)(pBgzB)gR(1)pApB gR(1)（1）若忽略空气柱的重量，则pApB gR(1)9.810.011000 98.1PapA pB pApBg(zA zB)98.110009.810.3 3.0410 Pa(2)若采用煤油作指示液，压差计读数为R 312RhBhABHzA1-8 附图AzzBz=0pApB98.1 5.88102m 58.8mmg(1)9.81(1000 830)zA zB 0，（3）若管路流量不变，pApB不变，则压差计读数 R 亦不变。又因管路水平放置

23、，故pA pB pApB 98.1Pa普通 U 形管压差计所用的指示液的密度大于被测流体的密度，若指示液的密度小于被测流体的密度，则必须采用倒 U 形管压差计。最常用的倒 U 形管压差计是以空气作为指示剂，称为空气压差计。例 1-9管内流量与所需势能差的关系管内流量与所需势能差的关系10（1）用压缩空气将密闭容器中的苯沿直径为50mm 的钢管送至某容器内，在某势能差下，10 分钟可将容器内 1.8m3的苯排空。问欲将输送时间缩短一半，管路两端的势能差须增加多少倍？（已知苯的温度为 20，管壁粗糙度为 0.5mm）。（2）用压缩空气将容器中的甘油沿直径为10mm 的管道送至高位槽，甘油温度为 6

24、0，管内流量为 0.0510-3m3/s。若将流量提高一倍，管道两端的势能差须增加多少倍？解：（1）温度为 20时苯的密度 884kg/m，粘度 0.6710u 33Pas，管内流速为4V41.81.53m/s22d 6003.140.05 600du8840.051.531.0110530.67100.5 0.01d50则Re 由直管阻力系数线图可以确认管内流动已进入充分湍流区。输送时间减半，流速u增加一倍，直管阻力系数不变，故lu2()pu2d22 4（倍）plu2u()d2（2）温度为 60时的甘油的密度1260kg/m，粘度 0.1Pas，管内流速为34qV45105 0.64m/su

25、 d23.140.012则Re du12600.010.64 80.2 20000.1流量增加一倍，流速u增加一倍，但流动形态仍为层流，故pu 2（倍）pu显然，在层流条件下，所需势能差与管内流速（或流量）成正比；而在湍流条件下，所需势能与流速（或流量）的平方成正比。例 1-10无外加功简单输送管路计算问题的自由度无外加功简单输送管路计算问题的自由度11在附图所示的管路中，管长l 20m，管径d 53mm，管壁粗糙度 0.5mm，高位槽液面距管路出口的垂直距离H=4m，管路中有一个标准直角弯头，一个 1/2 开的闸门阀。已知水温为 20，管内流速为 0.5m/s，高位槽液面上方压强为大气压，求

26、流体在该管路中的阻力损失为多少？解：方法一：20水的粘度110Re 3Pas1pa1HC210000.0530.54 2.651031100.5 0.00943d53查得AB 0.0381-10 附图ABC 0.5 0.75 4.5 5.75lu2200.52(0.0385.75)2.5J/kghf()d20.0532方法二：若取管路出口高度及大气压为基准，槽内每千克水的总机械能为p gz 9.814 39.2J/kg此能量除极小部分转化为动能外，其余皆损失掉，即u20.52 39.239.1J/kghf22p显然，两种方法所求出的结果是矛盾的。对于无外加功简单输送管路的计算问题，只有以下三式

27、可用：物料衡算式qV机械能衡算式4d2ulu2 gz2(1)gz1d2 du)直管阻力系数计算式 f(,dp1p2三个方程只能联立求解三个未知数，其余变量必须给定。若给定独立变量数目少于方程式组的自由度（即方程式组所含变量数与方程式之差），问题无确定解；若给定独立变量数多于方程式自由度，必导致相互矛盾的计算结果。本例即属于后一种情况。按题目给定管路情况，管内流速必不为 0.5m/s，而由管路自身决定，应为 1.95 m/s（参见例 1-11）12例 1-11在一定势能差下管路输送能力的计算在一定势能差下管路输送能力的计算在例 1-10 所示管路中输送温度为20的水，闸门阀1/2 开（C 4.5

28、），管内流量为多少？若将阀门全开（C 0.17），管内流量为多少？解：当阀门 1/2 开时，假设管内流动已进入充分湍流区，由查得 0.037在断面 1-1 和 2-2 之间列机械能衡算式（参见例1-10 附图），可得d0.5 0.00943532gH29.8141.95m/sl20110.0370.50.75 4.5d0.053du10000.0531.951.03105管内雷诺数为Re 3110u 根据阻力系数线图，由Re 和/d可知管内流动已进入充分湍流区，以上计算结果有效。此时管内流量为qV4d2u 40.05321.95 4.3103m3/s当阀门全开时，流速增加，管内流动必处于充分湍

29、流区，0.037，管内流速为u2gH29.814 2.19m/sl20110.0370.50.750.17d0.053管内流量为qV4d2u40.05322.19 4.83103m3/s本例管路情况已知，属操作型问题，须联立求解关于简单输送管路方程式组。由于阻力系数计算式是一个非常复杂的非线性函数关系式，当管内流量与流速为待求变量时，必须用试差法或迭代法来计算。手算时，可按以下步骤进行试差：（1）假定管内流动已进入充分湍流区，由/d查出；（2）根据值，由机械能衡算式计算流速u；（3）据此u值算出 Re，由 Re 和/d查出新的值，以检验是否需要再次计算。由于大多数化工管路的流动是处于或接近于充

30、分湍流区，故经一、二次试差便可得到足够准确的结果。13选择题、填空题选择题、填空题1-1 当不可压缩理想流体在水平放置的变径管路中作稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静压力()。（A）不变（B）增大（C）减小（D）不确定1-2 水在内径一定的圆管中稳定流动，若水的质量流量保持恒定，当水温升高时，Re 值将（）。（A）不变（B）增大（C）减小（D）不确定1-3 层流与湍流的本质区别是：（）。（A）湍流流速大于层流流速；（B）流动阻力大的为湍流；（C）层流的雷诺数小于湍流的雷诺数；（D）层脉动，而湍流有径向脉动。1-4 如图所示，水流过一段等径水平管子，在A、B 两处放置相同压差计（测压点

31、等高），其读数分别为 R1，R2，则（）。（A）R1R2(B)R1=R2(C)R1R2(D)R2=R1+2 r1题 4 附图流 无 径 向1-5 如图所示的并联管路，各支管及其总管阻力间的关系为（）。h)（B）(h)（C）(h)（D）(h)（A）(ffffA1B(hf)A2B；AB(hf)A1B(hf)A2B；(hf)A1B(hf)A2B；(hf)A1B(hf)A2B；题 5 附图ABAB1-6 在皮托管工作时，测压孔正对流体流动方向所测压力代表该处的（）。此时侧壁小孔所测压力代表该处的（）。（A）动压，静压；（B）动压，动压与静压之和；（C）动压与静压之和，静压；（D）静压，动压与静压之和。

32、1-7 某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是（）曲线，其管中心最大流速为平均流速的（）倍，摩擦系数与雷诺数Re 的关系为（）。1-8 在湍流摩擦系数的实验研究中，采用因次分析法的目的是（）。在阻力平方区，摩擦系数 只与（）有关。1-9 流速增加一倍后流体在圆管内仍作层流流动，则流动阻力损失为原来的（）倍。1-10如图所示容器内盛有油、水两种液体，点 A 位于油水分界的油侧，点 B 位于水侧，试判断 A、14B 两流体质点的总势能差(B A)0（，）。1-11 如为d1的A水油BZ=0h1d1Ah2d2Bh3图所示，水从内径管段流向内径为段，已知d2题 1.10 附图管题 1.11 附图

33、d22d1，d1管段流体流动的速度头为 0.8m 水柱，h1 0.7m，忽略流经 AB 段的能量损失，则h21.3m，h31.5m。1-12 图示管路装有 A、B 两个阀门，试判断：（1）A 阀门关小，B 阀门不变p1变大，p2变小，p3变小，p4变小，(p2-p3)变(变大，变小，不变)；（2）A 阀门不变，B 阀门开大p1变小，p2变小，p3变小，p4变大，(p2-p3)变(变大，变小，不变)；（3）A 阀门开大，B 阀门不变p1变小，p2变大，p3变大，p4变大，(p1-p2)变小，(p2-p3)变大(变大，变小，不变)；（4）A 阀门不变，B 阀门关小p1变大，p2变大，p3变大，p4

34、变小，(p2-p3)变小(变大，变小，不变)。1-13 图示管路两端连接两个水槽，管路中装有调节阀门一论将阀门开大或关小时，管内流量qV，管内总阻力损失直管阻力损失hf 1和局部阻力损失hf 2有何变化，并以箭头文字在下表中予以表达（设水槽液位差H 恒定）。题 1.13 附图总 阻 力 损 失直管阻力损失局部阻力损失流量qVH个。试讨A题 1.12附图B大p1p2p3p4小hf，或 适 当15hf阀开大阀关小判断题判断题不变不变hf1hf21-14 粘性是流体的物性之一，无论是静止的还是流动的流体都具有粘性。（）1-15 尽管粘性是流体的物性之一，但只有流动的流体才考虑粘性的影响，对静止的流体

35、可不考虑粘性的影响。（）1-16 U 型压差计测量的是两截面间静压强之间的差值。（）1-17 转子流量计工作时转子受到两个力的作用，一个是重力，另一个的浮力。（）1-18 孔板流量计工作时，流体在流过孔板前后的静压强差不变。（）1-19 转子流量计工作时，流体作用在转子上下两截面的静压强差不变。（）1-20 降低温度液体的粘度增加。（）1-21 升高温度气体的粘度增加。（）计算题计算题1-22合成氨厂造气车间，为防止气柜中的煤气倒流至间歇操作的煤气发生炉内，在管路中装有水封箱，若管路进口垂直距离为2m，气柜和发生炉的压差为多少才可能不发生倒流现象。答：19.6kPa1-23在化工厂采用附图所示

36、装置控制液位，已知圆阀孔 d1=20mm，浮子与圆阀孔之间由钢丝相连，固定距离 L=150mm，浮子d2=100mm，圆阀与浮子总质量G=0.1kg。试求液位高H 为多少时圆阀刚好开启？答：0.17m题 1.22 附图d2煤气发生炉去气柜H=2m水封箱Ld1题 1.23 附图1-24 在直径 D=40mm 的管路中一文丘里管，文丘里管喉部直径为 10mm，喉部接一细管，细管一端浸入池水中。已知管内水的流量为1.2610-3m3/s，池水沿细管上升1.5m，若不计阻力损失，文丘16里管入口断面的压强为多少？答：2.14105Pa1-25高位槽内水深为 1m 并保持恒定，高位槽底部接一高 8m 的

37、垂直管，若不计阻力损失，试求以下几种情况下管内流速及管路入口断面A 的压强：（1）容器内的压强为大气压；（2）容器内的压强为 9.81104Pa；（3）容器内保持 4.095104Pa 的真空度；（4）容器内的压强为大气压，但垂直管延长至20m（水温为 20）。答：（1）13.3m，22.9kPa；（2）19.3m/s，22.9kPa；（3）8.86m/s，22.9kPa；（4）14.75m/s，2.33 kPa1-26 在容器侧壁开一直径为 d=20mm 的小孔，容器内的水面维持恒定并高于小孔中心0.5m，试求：（1）通过小孔流出的水量（小孔的流量系数为0.61）；（2）在小孔处接一长度 L

38、=0.5m 的水平短管，直管阻力系数 0.025，水的流量有何变化？（3）将短管延长至 3m，仍为 0.025，水的流量为多少？（4）试说明以上三种情况流量变化的原因，并计算水平管为多长时，其流量刚好与小孔流量相等？答：（1）6.010-4m3/s；（2）6.7510-4m3/s；（3）4.2910-4m3/s；（4）孔流系数C0是综合考虑了缩脉，能量损失等多种因素的校正系数，是由实验测定的。上述计算结果表明直接小孔流出的水流由于缩脉，摩擦等因素其能量是很大的，可近似计算相当于0.95m 短管的阻力损失1-27如图所示管路从 A 水池向 B 水池输水，已知各段管长均为l 100m，管径均为 1

39、00mm，上题 1.24 附图题 1.25 附图DP01mA1.5mPa8m17游水池面积 SA为 100m2，下游水池面积 SB为 80m2，HA=10m，HB=4m。忽略各种局部阻力，为使上游水池水位下降 1m，需多少时间？（设阻力系数均为 0.025）答：7372.6s1-28有一真空管路，管长l 28m，管径d 120mm，管壁粗糙度 0.2mm，管内是温度为300K的空气，已知管内质量流量为0.02kg/s，出口端压强为137.3Pa，求管路入口端压强为多少？答：1.07 kPa1-29 鼓风机将车间空气抽入截面为 200mm300mm、长 155m 的风道内（粗糙度 e=0.1mm

40、），然后排至大气中，体积流量为0.5m3/s。大气压力为750mmHg，温度为15。求鼓风机的功率，设其效率为 0.6。答：0.5kW1-30在 20下将苯液从贮槽中用泵送到反应器，经过长40m 的 572.5mm 的钢管，管路上有两个 90弯头，一个标准阀（按1/2 开启计算）。管路出口在贮槽的液面以上12m。贮槽与大气相通，而反应器是在 500kpa 下操作。若要维持 0.5L/s 的体积流量，求泵所需的功率。泵的效率取 0.5。答：605W1-3130的空气从风机送出后流经一段直径 200mm 长 20m 的管，然后在并联的管内分成两段，两段并联管的直径均为 150mm，其一长 40m，

41、另一长 80m；合拢后又流经一段直径200mm 长 30m的管，最后排到大气。若空气在200mm 管内的流速为 10m/s，求在两段并联管内的流速各为多少，又求风机出口的空气压力为多少。答：u1=7.37m/s，u2=10.41m/s；风机出口 p=65mmH2O1-32一酸贮槽通过管道向下方的反应器送酸，槽内液面在管出口以上 2.5m。管路由 382.5mm无缝钢管组成，全长（包括管件的当量长度）为 25m。粗糙度取为 0.15mm。贮槽内及反应器内均为大气压。求每分钟可送酸多少m3。酸的密度=1650kg/m3，粘度=12cP。答：0.068m3/min题 1.26 附图题 1.27 附图

42、paA0.5mLlllB18第二章：流体输送机械第二章：流体输送机械2-1 离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体？启动后，液体在泵内是怎样提高压力的？泵入口的压力处于什么状态？2-2 离心泵的特性曲线有几条？其曲线形状是什么样子？离心泵启动时，为什么要关闭出口阀门？2-3 在测定离心泵的扬程与流量的关系时，当离心泵出口管路上的阀门开度增大后，泵出口压力及进口处的液体压力将如何变化？2-4 离心泵操作系统的管路特性方程是怎样推导的？它表示什么与什么之间的关系？2-5 离心泵的工作点是怎样确定的？流量的调节有哪几种常用的方法？2-6 何谓离心泵的气蚀现象？如何防止发生气蚀？2-7 影响离心泵最大

43、允许安装高度的因素有哪些？2-8 什么是液体输送机械的扬程（或压头）？离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的？液体的流量、泵的转速、液体的黏度对扬程有何影响？2-9 管路特性方程H H0 kqV中的H0与k的大小，受哪些因素的影响？三、本章例题例 2-1某油田通过 30015mm的水平钢管将原油输送至炼油厂。管路总长为1.6105m，输油量要求为 250103kg/h，现已知油在输送温度下的粘度为0.187Pas，密度为 890kg/m3。该油管的局部阻力可忽略，现决定采用一种双吸五级油泵，此泵在适宜工作范围内的性能列于本例附表1 中。附表 1Q/（m3/h）H/m200500240490280

44、4703204252注：表中数据已作粘度校正。试求在整个输油管路上共需几个泵站？实际输送量为若干kg/h。250103解：解：油的体积流量 Q=280.9m3/h890管内流速 u=280.9=1.363m/s236000.7850.27Re=du0.271.363890=17512000 为滞流31871019因原油在直管内作滞流流动，故：32ul321871031601031.363管路压头损失 Hf=22gdg0.27 8909.81=2050m由附表 1 单台泵的特性数据查出：当Q=280.9m3/h 时，H=467.5m初估泵系数n=pf2050=4.385467.5故应采用 5 个

45、泵站。根据串联原理，用同规格5 台泵串联的压头为单台泵的5 倍，计算出数据列于本题附表 2 中。附表 2Q/（m3/h）H/m2002500240245028023503202125将以上数据标绘在本题附图中，得泵的串联合成特性曲线。2200MH/m2400He=7.302Qe5 台泵串联合成特性曲线因输送管路为水平直管，故2000管路特性曲线方程为：He=Hf=180016001400200Qe32l32ld2gd2g2d 36004240280320Q/（m3/h）2-1附图32187103160103Qe=7.302Qe240.27 8909.810.7853600将此管路特性曲线方程标

46、绘在本题附图中，得泵的串联合成特性曲线。管路特性曲线与泵合成特性曲线的交点，即为工作点，其对应的流量、压头分别为：QM=305m3/hHM=2230m故实际输油量为 Wh=305890=271103kg/h例 2-2某水泵性能参数列于本题附表1 中。现有两个管路系统，他们的管路特性方程分别为：He=15+0.077Qe2及He=15+0.88 Qe2为提高管路系统的供水量，每条管路系统均用两台相同的泵进行组合操作，试比较各个管路系统泵20的最佳组合方式及最大流量为若干。附表 1Q/（L/s）H/m033.8134.7334.6531.7727.4921.81115解：先按题给已知数据画出单台泵

47、的特性曲线M1M2，按压头不变流量加倍的原则，画出二台泵并联时的合成特性曲线AC，又按流量不变压头加倍的原则，画出二台泵串联时的合成特性曲线DB。对于第一种管路系统，按 He=15+0.077Qe2计算出不同 Qe下对应 He，计算结果列于本题附表 2中，然后在本题附图中画出管路特性曲线ABM1。附表 2Q/（L/s）He/m115.077315.69516.93718.77921.241124.32由图可读出泵并联时的工作点AQA=13.1L/s泵串联时的工作点 BQB=11.6 L/s单台泵工作点 M1QM=9.2 L/s由此可见，对于第一种管路系统，即管路特性曲线较平坦的低阻管路，用两台

48、泵并联组合，可获得高的流量，最大流量为13.1 L/s。对于第二种管路系统，按 He=15+0.88 Qe2计算出不同 Qe下对应的 He，计算结果列于本题附表3，然后在本题附图中画出管路特性曲线DCM2。附表 3Q/（L/s）He/m115.88322.92537.0串DHe=15+0.88Qe2CM2He=15+0.077Qe2M1BA单台泵758.12986.28由图读出泵并联时的工作点C的流量 QC=4.7 L/s。泵串联时的工作点 D 的流量QD=6.8 L/s单台泵操作时其工作点 M2的流量 QM2=4.45 L/s。由此可见，对于管路特性曲线706050403020100 123

49、214567892-2 附图101112 13较陡的高阻管路，用二台泵串联可获得较大的流量，最大流量为68 L/s。例 2-3在图示管路中装有一台离心泵，离心泵的特性曲线方程为He 407.2104qV（式中2qV的 单 位用 m3/s 表 示，He的 单 位用 m 表 示），管 路 两端 的 位差z 10m，压差p 9.51104Pa。用此管路输送清水时，供水量为 1010-3m3/s，且管内流动已进入阻力平方区。若用此管路输送密度为 1200kg/m3的碱液，阀门开度及管路两端条件皆维持不变，试求碱液的流量和离心泵的有效功率为多少？解：联立管路两端之间的机械能衡算式与泵特性方程可得2Pa2

50、He z 22 KqV 407.2104qVg10m1Pa1据题意，当供水量为 1010-3m3/s 时，泵的压头为He 407.210 0.01 32.8m故442K Hez p/g2qV32.8109.81102-3 附图10009.811.281050.012因流动进入阻力平方区，且阀门开度不变，用此管路输送碱液 K 值不变，此时的管路特性方程可由两端面之间的机械能衡算式求得：9.81 10422255He z g KqV 10 1200 9.811.28 10 qV 18.3 1.28 10 qV而泵特性方程与流体密度无关，由泵和管路特性方程联立3318.31.28105qV 407.