化工原理修订版天津大学上下册课后答案.pdf

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1、上册第一章流体流动习题解答1.某设备上真空表的读数为13.3x103 P a,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为98.7xl()3pa。解：真空度=大气压-绝压P 绝 压=。其 空 度=(98.7 13.3)x Iff P4表压=-真空度=-13.3x10)42.在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为960 kg/n?的油品，油面高于罐底9.6 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 m m,孔盖用14 mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为32.23x1()6 p a,问至少需要几个螺钉？解：设通过圆孔中心的水平液面生的静压强为

2、p,则p 罐内液体作用于孔盖上的平均压强p=pgl乂=960 x9.81x(9.6-0.8)=82874P4(表压)作用在孔盖外侧的是大气压故孔盖内外所受的压强差为Ap=82874Pa作用在孔盖上的净压力为/?=A p-J2=82575x(-x0.762)=3.76x104 4每个螺钉能承受的最大力为：Rr=32.23X106X-X0.0142=4.96X103A旬4螺钉的个数为 3.76x104/4.96x103=7.58个所需的螺钉数量最少为8 个3.某流化床反应器上装有两个U管压差计，如本题附图所示。测得&=400mm,/?2=50mm,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U

3、管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3=50mm。试求A、B两处的表压强。解：U 管压差计连接管中是气体。若以Pg,P/O，PHg分别表示气体、水与水银的密度，因为a pHg，故由气柱高度所产生的压强差可以忽略。由此可以认为P,PI)B PD。由静力学基本方程式知PA-P c PH1O8R,+PHg8R2=1000 x9.81x0.05+13600 x9.81x0.05=7161Pa（表压）PB B PD=PA+PuggR=7161+13600 x9.81x0.4=6.05x10Pa4.本题附图为远距离制量控制装置，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=1 m,

4、U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820 kg/nA 试求当压差计读数R=68 m时，相界面与油层的吹气管出口距离h0解：如图，设水层吹气管出口处为a,煤油层吹气管出口处为 且煤油层吹气管到液气界面的高度为为。则Pa=P Pb=PlPa=P油g（%+/）+/?水 g（一 ）（表压）Pb=。油俵压）压缩空气习题4时图2u管压差计中，PP LPHR（忽略吹气管内的气柱压力）Pa-Ph=Py-P2=P8R分别代入p”与p/，的表达式，整理可得:。油gh+。水8 3-初=以那,。水H M R 1000X1.0-13600X0.068 h=-=-=0.4 1 8 m。水-2油 1000-820根据计

5、算结果可知从压差指示剂的读数可以确定相界面的位置。并可通过控制分相槽底部排水阀的开关情况，使油水两相界面仍维持在两管之间。5.用本题附图中串联U管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸汽压，U管压差计的指示液为水银，两U管间的连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距离分别为：h =2.3 m、1 1 2=1.2m、1 1 3=2.5 m及k=1.4 m。锅中水面与基准面间的垂直距离h 5=3 m。大气压强力=9 9.3 x1 0 3 P a。试求锅炉上方水蒸气的压强p。（分别以P a和k g f/c m2来计量）。解：如图所示标记等压面2,3,4,大气压记为p”。2 =+P为g（一力2）。3 =。2

6、-0/2。8（%-力2）（2）。4 =。3+0/述（力3一 万4）（3）Po=PP/og（殳-）（4）将以上四式相加并代入已知量3p a=99.3 x 1 ()3 P a 4 =2.3/M h2=1.2m h3=2.5m h4=1 Am h5=1.3 mP o=%+(4-h2+h3-h4)pHi,g (h5-h4+h3-h2)pH2Og=99.3 x l 03+(2.3-1.2 +2.5-1.4)x 1 3 60 0 x 9.8-(3.0-1.4 +2.5-1.2)x 1 0 0 0 x 9.8=3.64 5 x l O4 P a=3.72 ,/cm26.根据本题附图所示的微差压差计的读数，计

7、算管路中气体的表压强p。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为92 0 k g/m 3 及998 k g/n?,U 管中油、水交界面高度差R=3 0 0 mm。两扩大室的内径。均为60 m m,U 管内径d为6 mm。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。解：可以知道当微差压差计的读数0=%时，两扩大室液面相齐。那么当压力不同时，扩大室液面差M 与R的关系可用下式计算：R A当 R =3 0 0 “时，M=(一了 R =0.3 x ()2 =0.0 0 3?D 60根据静力学基本方程：=(998-92 0)x 9.8 l x 0.3+92 0 x 9.8 l x 0.0 0 0 3=

8、2 57P a（表压）7.列管换热器的管束由1 2 1 根。2 5m m x 2.5/n/n 的铜管组成。空气以9 m/s 速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50。、压强为1 96x 1（）3 p a（表压），当地大气压为98.7x 1 0 3 p a。试求：（1）空气的质量流量；（2）操作条件下空气的体积流量；（3）将（2）的计算结果换算为标准状况下空气的体积流量。解：(1)-u Apn u -9 m/s A=1 2 1A=；%d2 =；(2 5 2.5X2)X1 0-3 2=0.0 0 0 3 1 4 m2PpMRT(196+98.4)X103X(29X103)8.3 1 4 x(2

9、 73 +50 0)=3.1 82 依/加3叱=9x 0.0 0 0 3 1 4 x 3.1 82 x 1 2 1 =1.0 9/54(2)Vs.=uAn=9 x 0.0 0 0 3 1 4 x 1 2 1 =0.3 4 2,n3/5=。匕T1 T2o匕p M (1 96+98.7)x 0.3 4 2 2 737p 2 73 +50 X 98J=0.863加3 /s8.高位槽内的水面高于地面8 m,水从加0 8HX4”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X%=6.5/计算（不包括出口阻力损失），其中为水在管内的流速m/s。试计算：（1）截面处水的流速；

10、（2）水的流量，以m /h计。习题8附图习题9附图解：（1）取高位槽水面为上游截面1-，管路出口内侧为下游截面2-2，如图所示，那么4=8加,=2%（基准水平面为地面）%=0,P i =2 =0（表压），4-A处的流速与管路出口处的流速相同，uA=u2（管径不变，密度相同）在 截 面 和2-2,间列柏努利方程方程，得2g Az =券+Z%,其中 Z%=6.5M22代入数据.+6.5 2 =9.8l x（8-2）解得 u=uA=2.9mls（2）匕=2.9 x?x （1 0 8 4 x 2）x 1 0 32 x 3 60 0 =82m3/h9.2 0。的水以2.5 m/s的流速流经3 8m加x

11、2.5能团的水平管，此管以锥形管与另一0 53加加x 3相机的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A、B处各插5入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5J/k g,求两玻璃管的水面差（以m计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。解：取A,6两点处所在的与管路垂直的平面分别为上游和下游截面A-4和B-B ,如图所示，并取管路中心线所在的水平面为基准面，那么ZA=ZB=O,uA-2.5m/sMBR=i i.(.d,),-2 -2一.5 x (，-3-8-2-.-5-X-2)、2 =1,.2 3 m /,s53-3 x 2在截面A-4和8-5，间列柏努

12、利方程:2UA4-A2区=必+P 22 2 S2 1?32外 一 P,=-E 卜)P=(L 5)x 1 0 0 0 =868.5&查表得到lPa=0.102mmH,0,那么理至=88.5m 汨,。2 0.1 0 2 2p2-p,0,所以A点的压力大于B点的压力，即B管水柱比A管高8 8.5 ”0=-2 4.6 6 x 1 O p”(表压)%=9 8.0 7 x 1()3(表 压)p=W00kg/m36在截面i-1 和2-2,间列柏努利方程，得m,槽底与内径4 为32 mm的钢管相连,习题11附图2 2-+i+y =+/J+X /2=1 2M2,解得叱,=261.3-依Ne=Wews=261.3

13、 x 7.91 =2.26kW1 1.本题附图所示的贮槽内径D为2槽内无液体补充，其液面高度小为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2勺=202计算，式中”为液体在管内的流速。试求当槽内液面下降1m时所需的时间。解：根据物料衡算，在d。时间内，槽内由于液面下降切而减少的液体量均由管路出口流出，于是有-D2dh=-d2ud0(1)4 4取管中心线所在的水平面位能基准面，在 瞬 时 截 面 与 管 路 出 口 截 面2-2,间列柏努利方程，得2 2&+g%+紧 正+%+素+Z kp 2 p 2其中，Z1-h 72=0 P=P2=0(表压)M|0 Z/?/J-2=202

14、解得 U =0.692向=0.0692战 (2)将(2)式代入(1)式，并在下列边界条件下积分7q=oh=2m01-0=mrjo o o；1 32 X 0.692V/i=4644s=1.29%12.本题附图所示为冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100 kg/m3,循环量为36m3/h0管路的直径相同，盐水由A流经两个换热器而至B的能量损失为98.1 J/k g,由B流至A的能量损失为49 J/k g,试计算：(1)若泵的效率为70%时，泵的轴功率为若干kW?(2)若A处的压强表读数为245.2x 1()3 pa时，B处的压强表读数为若干？解：对循环系统，在管路中任取一截面同时作上游和下游截面，

15、列柏努利方程，可以证明泵的功率完全用于克服流动阻力损失。(1)质量流量 吗=匕夕=1100打/4 3 6 /3600s=llkg/s他=Z +E VB-A=98.1+49=147.17/N,=叱”=147.1xll=1618.1J/sN=Ne/=1618.1/0.7=2.31kW(2)在两压力表所处的截面A、B 之间列柏努利方程，以通过截面A 中心的水平面作为位能基准面。2 2才+0+自吟其中，引=0，ZB=Im,uA=uB,pA=245.2 kPa,A_B=98.1 J/kg将以上数据代入前式，解得PB=(2 -828-%人8)2=6.2*1()4尸6(表压)13.用压缩空气将密度为1100

16、 kg/n?的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液面维持恒定。管路直径均为。60nmix35”加，其他尺寸见本题附图。各管8段的能量损失为X%M=L18/。两压差计中的指示液均为水银。试求当R i=4 5 m m,%=2 0 0 m m 时：(1)压缩空气的压强p i 为若干？(2)U管压差计读&数为多少？解：求解本题的关键为流体在管中的流速(1)在 B、C间列柏努利方程，得2 2 +gZB+Z-+gZC+-+,，lf,B-Cp 2 p 2 J ”产 =g(Q-%)+工 人f,B-c PB P c=3例 -P)g&+P g。-ZB)=(1 36 0 0-1 1 0 0)x 9.8 1 x 4

17、 5 x l 0-3+1 1 0 0 x 9.8 1 x 5=5 9 4 7 3P q代入式，同时已知夕=1 1 0 0 Z g/加 3 zc-zB=5m解得 u =2.0 6 m/5在低位槽液面与高位槽液面2-2,之间列柏努利方程，并以低位槽为位能基准面，得2 2+g i+y =+2+y+S V i-2p 2 p 2其中 q=0 z2=10/H w1=u2 0 2=0(表压)Z%J-2 =2 力/*-5+2,”+2/-。=318 2=3.18 x 2.062=13.5,/kg代入上式可得自=g Z 2+f -2P i=p(gz2+Z%J-2)=1100 x(9.8 1x 10+13.5)=1

18、22760 P a(表压)(2)若求R?关键在于外，通过必可列出一个含人 的静力学基本方程P HggR?+P gh=PB(2)为此在低位槽液面i-r 与截面B之间列柏努利方程，以低位槽为位能基准9面，得2 23+8+什3其中，4=0,zB=10-7=3m ,%才0,uB=2.06 m/s,p 1=123%?。(表压)PB=(2 一 gz&-+Z 勺.1-8)。P 乙1 久 八=(-9.81X3-1.5 X 2.062)X11001100=8 338 5 P a(表压)代入(2)式:_ 8 338 5-1100 x 9.8 1x 0.2=9.8 1x 13600=0.610/12=610m m1

19、4.在实验室中，用玻璃管输送20。的70%醋酸。管内径为1.5 c m,流量为10k g/m in。用S I和物理单位各算一次雷诺数，并指出流型。解：(1)用S I制计算从本教材附录中查得7 0%醋 酸 在2(T C时的物理性质：P=1069 a/,=2.5 x ,s ,d-1 .5cm-0.015/n4ws7ipd4 x 10/603.14X(1.5X10-2)2X1069=0.8 8 2m/5R e =1.5 x l 0-2x 0.8 8 2x l 069/2.5 x l 0-3=5 65 7流动类型为湍流。(2)用物理单位计算p-1069 g /c m3,fd=0.025 g /(cm-

20、s),d=L5cm,u =3 3.2cmIsR e =1.5 x 8 8.2x 1069/2.5 x 10-3=5 65 715.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，以测量两截面之间的压强差。当水的流量为10 8 00 k g/h时，U管压差汁读数R为100 mm。粗、细管的直径分别为。60机 机 义3.5 zwn与。4 2机 机x 3机 机。计算：(1)1 k g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？10解：(I)取接入管路的u型管管线所在的平面与管截面垂直的平为面i-r和2-2 ,并取管路中心线所在的平面为基准面，那么石=马=0在

21、 截 面 和2-2,间列B e r n o u l i方程：2 2以+g Z|+g =R+g Z 2+Z%J-2p 2 p 22 2于 是 工为=旦二”+巧”对U 型管压计：pP 2=pgR对水在水平管中的流动：=匕=A pA对粗管：d2=60-3.5 x 2=53 mm;对细管：4=4 2-3 x 2 =36?？年 口 108 00k gTT%=-=2.9 5m/s(3600s)x 1000依/疝 x (x (36 x 10-3 yM2=M,(方2 =2.9 5 x (|)2=1.36m/5 u；a；n 0.A.2.9 5 1.36.,hf,_2=gR+2=9.8 1x 0.1+-=4.4

22、1J/kg(2)5 f=qZ%=1000 X 4.4 07=4.4 1X 1 ()3 P a1 6.密度为8 5 0 k g zm 3、黏度为8 x 10,P a-s的液体在内径为14 mm的铜管内流动，溶液的流速为l m/s。试计算：(1)雷诺准数，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14 7x l 03 P a,液体流经多长的管子，其压强才下降到1 2 7.5 x 1()3 P a?解：R e=%J4 x 0-3*1 x 850=4 8 7.5 流动类型属层流 8 x 1 0-3(2)对层流流动的流体，其瞬时速度和半径之间的关系如

23、下：11而平均速度u=.R2于是当局部速度等于平均速度时，有心尸二,改，即 当 厂 时，管路中的瞬时速度和平均速度相同。R =1mm 所以 r =7=4.95mmV2(2)定义上游截面1-1，下游截面为2-2对直径相同的水平管路PPi=A。/根据哈根泊谡叶公式，即则液体流经的管长为/=(pp W=(1 4 7 1 2 7.5)x 1()3 x 0.0 1 4 2 =17.流体通过圆管端流流动时，管截面的速度分布可按下面经验公式来表示：%=%(上 户，式中y为某点与壁面的距离，即产出人试求其平均速度K与最大速度Z，m a x的比值。解:在距离管中心r处取一厚为dr的流体薄层，并定义此处流体的速度

24、为ur,则流体通过此环隙的体积流量dVs=urdA=2兀 加 如匕=1(2%9，,公=1(2仃)(厂 m a x d r那么 w =匕=工 J 2#滑(R _r dr(1)A 7rR2 R n令 R-r=t 那么 dr=-dt当 =0 时，t =R 当 r =R 时，t =0代入(1)式，u=2umaK 于是 /wm a x=4 9/6 0 =0.8 1 7(0.8 2)18.一定量的液体在圆形直管内作层流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至原有的1/2,问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍？解：流量不变，=匕=当d =时，A2根据哈根泊谩叶公式，有必 丝 当优=4”，或=4时f d2

25、 2人,3 2/4“3 2/”P f=1 =1 6 =1 6 A p/(-)2 d21 9.内截面为1 0 0 0 m m x l 2 0 0 mm的矩形烟囱的高度为3 0 ms平均摩尔质量为3 0 k g/k m o l、平均温度为4 0 0。的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持4 9 P a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20七，地面处的大气压强为1 0 1.3 3 x 1()3 p a。流体流经烟囱时的摩擦系数可取为0.0 5,试求烟道气的流量为若干(k g/h)?解：这是B.E对压缩流体的应用8=1 0 1 3 3 0 4 9 0 =1 0 1 2 8 1 P

26、4 p.=l .205kg/m3(2 0 p2=p()-pgh=1 0 1 3 3 0-1.2 0 5 x 9.8 x 3 0 =1 0 0 9 7 5 P qPP2 X 1 0 0%=101281100975、1 00%=o 3%2 0%P i 1 0 1 2 8 1可应用柏努利方程4 0 0 时，烟道气的密度P Pm 2RT(1 0 1 2 8 1 +1 0 0 9 7 5)x 3 0 0 x l Q-32 x 8.3 1 4 x 6 7 3=0.5 4 2版/疝在烟囱的进出口之间列柏努利方程，以烟囱底端为上游截面1-1 ,以烟囱顶端为下游截面2-2，并以截面1-7作位能基准面，有+h/=

27、A-4-2-di t-4re =-H-2-(-a-+-b-)=1.09m代入上式解得 w =19.8 m/iw,=u Ap=19.8 x 1 x 1.2 x 0.5 4 3=12.8 3依/s =4.6 2 x 1 OY g /2 0.每小时将2 x l（）4 k g的溶液用泵从反应器输送到高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持2 6.7x 103 P a的真空度，高位槽液面上方为大气压强。管道为76 mm x 4mm的钢管，总长为5 0 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1 5 m。若泵的效率为0.7,求泵的轴功率。

28、解：在反应器液面与管路出口内侧截面2-2,间列柏努利方程，以截面1-1为基准水平面，得2 2争卬”号+g Z 2+g其中 4=0 z?=15m u 0 =-2 6.7x 1()3 尸。(表压)2=0(表压)4 x 2 x l 04 /i f -1 4 4 /c2 -36 00-x (76 -4 x 2)x 1 O-3 2 x 1073-I”P i P o/、丁 j 2 6.7 x 10?1.4 3 k%二 +且 仁2-4)+宁+万 仇2 =m 3 +9.8 1x 15 +-+/=173+%其中，Z%=%+；J 2对直管阻力3弓 与Re =%(76-8)x 10 3x l.4 3x l 0736

29、.3x 10=1.6 5 6 x 105 =0.3m m 那么 I d=0.3/(76.4 x 2)=0.004 414由/d 和Re在图1-2 7 可查得4=0.02950 1 432hff =0.029x(-7-6-8)x1 O-3 2=对局部阻力 二个全开的闸阀2x0.33/7?=0.66/7?五个标准弯头1.6 x5m=8m进口阻力系数0.5孔板的局部阻力系数40.029 x 0-6 6+-x+4.5 x 1 -=8.378J/kg68x10-3 2 2IV,=173+21.8+8.38=203.27/该流体的质量流量叫=2x1()4/3600=5.6依/sN,=203.2x5.6=1

30、128.9WN=N/?7=1128.9/0.7=i.61kW2 1.从设备送出的废气中含有少量可溶物质，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3600 n?/h（在操作条件下），其物理性质与5（TC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，其读数为30nlm。输气管与放空管的内径均为250mm,管长与管件、阅门的当量长度之和为50m（不包括进、出塔及管出口阻力），放空口与鼓风机进口的垂直距离为20 m,已估计气体通过塔内填料层的压强降为1.96x103 pa。管壁的绝对粗糙度 可取为0.15mm,大气压强

31、为101.33x1（）3 Pa。求鼓风机的有效功率。解：这是有外加功的可压缩流体，首先验证Ap20%p。以过测压口中心的截面1-J 和放空管内侧截面2-2,为衡算截面。Pl=13600 x9.8 lx 30 x10-3=294.3Pa（表压）PP 1+P2294.3-0294.3+101330 x 100%=0.2896%/,=3 0 x 1 0+9.8 1 x 5 +4 4.4 4 =1 2 0.7 6 J/kge p 1 s 1 1 0 0N =NJr)=WeVsp/tj=1 2 0.7 6 x 1 9 x 1 1 0 0 /(0.8 3 x 3 6 0 0)=0.8 7 6 左 W、*的

32、山、士、士 4 匕 4 x 5/3 6 0 0 cc/(2)旁路的流速2=T -=2.4 3/7?/5-7rd2 3.1 4 x 0.0 2 72R ed2112P _ 2 7 x 1 0-3 x 2.4 3 x 1 1 0 050 x10-36 4 6 41 4 4 3 ,A=0.0 4 4AR e,1 4 4 3旁路是一循环管路，循环系统中，叱=、/,=(4 券+将一 44X 悬=8.3 12 8 .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B C 与23BD两支管排出，高位槽液面与两支管出口间的距离均为11 m。AB管段内径为38mm、长为58m;BC支管的内径为32m、长

33、为12.5 m;BD支管的内径为26 mm、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管段的摩擦系数九均可取为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若干(n?/h)?(2)当所有阀门全开时，两支管的排水量各为若干(n?/h)?BD支管的管壁绝对粗糙度 可取为0.15 m m,水的密度为1000 k g/m 黏度为0.001 Pas。解：(1)在 高 位 槽 液 面 和 BC支管出口内侧截面C-C 间列柏努利方程，并以截面C-C 为位能基准面，得2 2+gZ+-=-+gZc+-+YhfA-c(1)p 2 p 2其中 Pi=Pc=0(表压)Z=

34、lbn zc=0/2将以上数值代入方程(1),整理得g 1 Z h c+会1卜9.18=/1姬 缢+/1 瞑+缢d，A B 2 dBC 2 2=0.03x58 七38x10-3 2+0.03x12.5 n BC32x107 2 UB C根据连续性方程(M42)A B =(MJ2)S C,解得“AB=0.71 8c代入(2)式,解得I=1.77用/s,uBC=2.49/n/s兀 T 4=-J jcwfic=-1x(32x10-3)2x 2.49x3600=7.2/n3/?(2)根据分支管路的流动规律，有2 2 +gZc+与+Z hf,B-C=+gz。+Z hf,B-D(3)由于出口管BC、B D

35、 在同一水平面上，取两支管出口外侧为下游截面，则两截面上Z,p和“均相等。(3)式可简化为Z%,B-C=Z%,B-。，记为方程(4)。但由于BC和 BD是不连续的，“。外=今/不一定成立，4 和乙的关系也24不能确定，需要试差计算。由于儿为已知，应假设心,这样可确定和均，的比例。切=0 15/2 6 =0.0 0 5 8,查摩擦系数图,得筋=0.0 318,将4c和%代入方程(4),得0.0 3 x12.5 BC32 x 10 7 2=0.0 318 x142 6 x 10-3=uBC(5)2I BD在高位槽液面1-1和截面C-C 间列柏努利方程，并以截面C-C,作位能基准面，得2 2+g Z

36、|+=+g Z c+?+Z/j _c p 2 p 2其中，P i=P c=(表 压)%Q 0 zc=0 =1 I m将以上数据代入方程(6),整理得10 7,9 =Z%+s+Z勺i.c(7)j 2 c o 2=(“产 +切 春=0 3 x 云浙+0.5)等=2 3.15 4 (8)ABY hf B C=Asc-文=0.0 3x 12.5 限=5 说(9)乙 fB-c BC 人nC 2 32 x 10-3 2 BC-由连续性方程，可得a/j =UBCdlc+UBDdlD(10)其中4 =3 8机机，dBC=3 2mm,dBD=26 mm,代入方程(10)中，整理可得uAf.=0.7 8“+0.4

37、 6 9 加 (11)把 8 c=L 2 18Q 代入方程(11),得到IS%。把 uBC=1.21UBD.=L 15 3O代入方程(11)得到/。=L 6/n/s校 验 小：Re _=26x16 x 10：=*16 x 1 O,%。/九=0.0 0 5 8查得%。=0.0 33,与前面的假设4。=0.0 318不相符，需重新计算。以 ABD=0.0 33 代入计算，得B C=1.2 3%，UAB=L 16 B O代入方程(11)得到uBD=1.4 5 m/525校 验 以：R*=幽/=2 6 x 10 x 1.4 5 x 10：3万x 1 O,B D B D 1X 10-3查得%。=0.0

38、32 6,与 4。=0.0 33相符。uc=1 .23UD-1.2 3x 1.4 5 =1.7 8 m /sjr 3 14%c=丁*(32*10-3)2、3 16 x 36 0 0 =5.16，T?/Sn 3 14%。=4阴加=芋x(2 6 x l 0-3)2 x i 45X360 =2.77/?/S2 9.在。38加加x 2.5 制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2 0 C的甲苯，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，测压连接管中充满甲苯。现测得U管压差汁的读数为6 0 0 m m,试计算管中甲苯的流量为若干(k g/h)?解：2

39、0 时甲苯的密度P=8 6 7必/机=6.7 5 x l()TP a4/4=(/4)2 =(16.4 /33)2=0.2 4 7查本教材的图1-33,假设C=0.6 2 5%=C 0gR(Re(6.7 5 x 10原假设的C =0.6 2 5合理。%=u Ap=2.0 4 x-x(33x l。-3了 x 8 6 7 x 36 0 0 =5 4 2 7依/h，4第二章流体输送机械习题1.在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为26 m 3/h时，泵出口处压强表和入口处真空表的读数分别为15 2 k P a和24.7 k P a,轴功率为2.4 5 kW,转速为262900 r/m i n0若真空表

40、和压强表两测压口间的垂直距离为0.4 m,泵的进、出口管径相同，两测压口间管路流动阻力可忽略不计。试计算该泵的效率，并列出该效率下泵的性能。解：在真空表和压强表测压口处所在的截面1-7 和 2-2 响列柏努利方程,得4+含甘+pg 2g2 乙 2其中：Z2-Z=0.4 m =-2.4 7 x 1 O （表压）p2=L52X1（TPQ（表压）M1 =U2 Z /J-2=0则泵的有效压头为：乩=.石）+=。4 +咏 髻 皿=18强c 2 1 pg 103X9.81泵的效率1027 V26x l8.4 1x lQ33 600 x 102x 2.4 5nx lO O%=5 3.2%该效率下泵的性能为：

41、Q =26 m3/h =18.14 机 =5 3.2%N =2.45kW2.用某离心泵以4 0 m 3/h 的流量将贮水池中6 5 C 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。已知水在进入喷头之前需要维持 4 9 k P a 的表压强，喷头入口较贮水池水面高8 m。吸入管路和排出管路中压头损失分别为1 m和 5 m,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10L 3 3 k P a 计。解：在 贮 槽 液 面 与 喷 头 进 口 截 面 2-2,之间列柏努利方程，得z号十分-2+走亲2%H e=M +黄弋+2其中：A z =8

42、 m A p=49 kP a A w2=0 j-2=1 +5 =6m p=9 80kg/m327Hec 4 9x l038 d-98 0 x 9.8 1+6=19.1m根据。=4 0疝/,乩=19 1叫输送流体为水，在/S型水泵系列特性曲线上做出相应点，该点位于/S-8 0-6 5-1 2 5型泵弧线下方，故可选用（参见教材113页）,其转速为2900r/m i n,由教材附录24查得该泵的性能，Q=5 0 m h,He=20m ,=7 5%,N=6.3 k W,必需气蚀余量（N P S），=3.0加由附录七查得65。时，亿,=2.5 5 4 x 10。泵的允许安装高度Hg=Pa Pv-(N

43、PSH -H f 2P g1013 3 0-25 5 4 098 0.5 x 9.8 1-3.0-1=3.8 8加3.常压贮槽内盛有石油产品，其密度为7 60 kg/n A黏度小于2 0 c S t,在贮存条件下饱和蒸气压为8 0 k P a,现拟用65 Y-60B型油泵将此油品以1 5 m3/h的流量送往表压强为1 7 7 k P a的设备内。贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5m,吸入管路和排出管路的全部压头损失分别为1 m和4 m。试核算该泵是否合用。若油泵位于贮槽液面以下1.2 m处，问此泵能否正常操作？当地大气压按1 0 1.3 3 k P a 计。解：要核算此泵是否合用，应根

44、据题给条件计算在输送任务下管路所需压头的值，然后与泵能提供的压头数值比较。由本教材的附录2 4(2)查得6 5 Y-6 0 B泵的性能如下：Q -1 9.8/n3/h,He-38/M,r-2 9 5 0 r/m i n ,Ne=3.15kW,r)-5 5%,（N PSH）r =2.7m在贮槽液面i-r与输送管出口外侧截面2-2”同列柏努利方程，并以截面i-r为位能基准面，得2 2其中，马一4=5加 =0（表压）“2 =1 7 7攵（表压）=u2 028=1+4=5，2=760kg/机3将以上数值代入前述方程，得完成流体输送任务所需的压头为177x103H=5+-+5=33.74相 ”=38机

45、760 x9.81所需 流 量=1 5/u=0.49 x9.9 9 =4.9 m/sA校核雷诺数Re =业 唬=.5%9 1。=2.45 x 1。5,故C。是常数。1 x 1 0水在进口管路中的流速出=4.9x()2=1.2 2 5 /51 1 0 0气蚀 余 量(N P S)=2+P g 2 g_ (76 0-5 5 0)x 9.8 1 x 1 3.6 2 3 3 4.6 1.2 2 52103X9.81+2 x 9.8 1=2.6 9 m允许吸上真空度，乩=550*1 x9.81 x 13.6x 1 O=7.4 8?pg 103X9.815.用3 B 3 3 A 型离心泵从敞口水槽中将7(

46、TC清水输送到它处，槽内液面恒定。输水量为3 5 4 5 m3/h,在最大流量下吸入管路的压头损失为1 m,液体在吸入管路的动压头可忽略。试求离心泵的允许安装高度。当地大气压98.1 k P a。在输水量范围下泵的允许吸上真空度为6.4 m 和5.0 m。解：由附录查得操作条件下清水的饱和蒸汽压，将已知的 丁 =5 机换算后代2入(4 =q-端 便 可 求 出？。由附录可知 70 时p水=9 773 kg/府,A=3 1.1 6 4 x l O3P aH/+(-1 0)-(庄-0.2 4)0 H 2 0 g Pa1 0 0 0 x-PHu ,98.1 X 1 03,c、，3 1.1 6 4 x

47、 1()35 +(-1 0)-(-0.2 4)977.8 x 9.8 1 9.8 1 x l O31 0 0 0 x-977.8=2.0 3 7加由此可知泵的允许装高度为H,=s-畀一=2 3 0 7 1 0 =1.0 3 7加6.用离心泵从敞口贮槽向密闭高位槽输送清水，两槽液面恒定。输水量为304 0 m3/h 两槽液面间垂直距离为1 2 m,管 径 为0 2 ”x 4机机，管长(包括所有局部阻力的当量长度)为1 0 0 m,密闭高位槽内表压强为9.8 1 x l()4 p a,流动在阻力平方区，摩擦系数为0.0 1 5,试求：(1)管路特性方程；(2)泵的压头。解：(1)以贮槽液面为1-7

48、，并作为位能基准面，以高位槽液面为2-2;在和2-2,之间列柏努利方程，得”广加+组+竽pg 2 g J 其中：A z =1 2/n A p =98.1 x l 0 p”A 2=0代入上述数据可得H.=1 2 +9 8：1 X 10+Y Hf.2=2 2 +H,.,1 03X9.8 1 乙 2 乙 2管路摩擦阻力损失Z%=/+2吟=亚誓+Z乡 慧r=0.0 1 5 x-x-=1.6 8 9x 1()4Q；(Q；以“3/为单位)0.0 94 /x 0.0 94 2 x 9.8 1&”,=2 2 +1.6 90 x 1()4 0；(2)将。=4 0/3 6 0 0代入以/s为单位的计算式4 0H

49、=2 2 +1.6 90 x l 04x (-)2=2 4.b n3 6 0 07.用水对某离心泵做实验，得到下列各实验数据:。/(L/m in)01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0/m3 7.23 83 73 4.53 1.82 8.5泵输送液体的管路管径为76 m m x 4 mm、长 为3 5 5 m(包括局部阻力的当量长度)，吸入和排出空间为常压设备，两者液面间垂直距离为4.8 m,摩擦系数可取 为0.0 3。试求该泵在运转时的流量.若排出空间为密闭容器，其内压强为1 2 9.5k P a(表压)，再求此时泵的流量。被输送液体的性质与水的相似。解：(1)在贮水池液面和输

50、水管出口内侧列柏努利方程，得31其中：A z =4.8 m /=0%=9(0；以m3/s为单位)71 dp =0由此可得到管路特性方程:乩=4.8 +0.0 3 +_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ x _ _ _ _ _ _ _ _ _ _遮 _(76-4 x 2)x 1 0 3 2 g叫7 6-4 x 2)x l(f 3了=4.8 +1.68 42x 1()5。；(1 )泵的性能参数见表1。由表1的数据绘制如下的管路特性曲线，两曲线的焦点即为泵的工作点，此时。=6.67x 1 0-3毋/$即400L/m i n(2)在贮水池液面和管路出口液面上方之间列柏努利方程，得