大学课后习题解答.pdf

《大学课后习题解答.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学课后习题解答.pdf（58页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、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=138.6 kgf，s2/m4(3)某物质的比热容 O0.24BTU/(lb F)(4)传质系数 KG=34.2 kmol/(m2 h atm)(5)表面张力(T=74 dyn/cm(6)导热系数4=1 kcal/(m，h，)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 cm则 =0.00856cm-s100cmIm8.56 xl(T kg/(m-s)=

2、8.56 x IO-4 Pa-s（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138.6 必孚 乳 史 口 卜 L JL Ikgf IN.=1350kg/m（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 kgl F=-9则则C p=0.2 4B T U 1.0 5 5 k Jl i b1 Fl bF1 B T U JL 0.4 5 3 6 k g JI 5/9 =1.0 0 5 k J/(k g-)（4）传质系数基本物理量的换算关系为1 h=3600 s,1 atm=101.33 kPaKG=3 4.2k

3、m o ll hl at mm2 h-at m 3 6 0 0 s 1 0 1.3 3 k Pa=9.3 7 8 x l O_5 k m o l/(m2 s k Pa)（5）表面张力基本物理量的换算关系为1 dyn=lxlO_5N 1 m=100 an则cr =7 4dy n 1 x 1 0 5N 1 0 0 cmcmIdy nIm=7.4 x 1 0-2 N/m（6）导热系数基本物理量的换算关系为1 kcal=4.1868xlO3J,1 h=3600 s则2=1k cal l T4.1868X1()3J此m2 h Ik cal3 6 0 0 s=1.1 6 3 J/(m s-)=1.1 6

4、3 W/(m.)2.乱 堆 25cm拉西环的填料塔用于精储操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即“E=3.9A(2.7 8X1(T4G)B(12.010)C(0.3048ZO严纯PL式 中E等板高度，匕G 气相质量速度，l b/(Hh)；。一塔径，ft;Zo 每段(即两层液体分布板之间)填料层高度，ft;a相对挥发度，量纲为一；L 一液相黏度，CP；L液相密度，l b/ft3A、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。

5、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=0.3049mllb/(ft2-h)=1.356x IO 3 kg/(m2.s)(见 1)a量纲为一，不必换算l cp =l x l O Pa-s1l b=1 CO 32%.C02 7%C H.1 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=叱=加3生 世 业 逊 皿=246245而。1RT 8

6、.314x313各组分的质量：=40%XMH,=40%x 246245.4 x 2kg=197kg八=20%XMN=20%x 246245.4x28kg=1378.97kgN 2 I N 2*3加co=32%xMC0=32%x 246245.4x 28kg=2206.36kg加 8,=7%x M g,=7%x 246245.4x 44kg=758.44kg 小 vrl=1%，x A/CH=1%x 246245.4 x 16kg=39.4kg4 I vrl 4 d d2.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

7、：=叫 +m2=（60+60）kg=120kg匕=匕+匕=色+也=P Pi（60=0.157m3,=|ykg/m =76433 kg/n?流体静力学3.已知甲地区的平均大气压力为85.3 kP 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=（8 5.3 x l 05-2 0 x l 03）P a=6 5,3 k P a（2）真空表读数真空度二大气压-绝压=（1 0 1.3 3乂1 0 3 _6 5.3乂

8、1 0 同=3 6.0 3 1 4.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。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm的孔，其中心距罐底1000m m,孔盖用14 mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5Xl（）6 p a,问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3X 十pa）?解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm处的流体压力为p=p+硼=1 0 1.3 x l O3+9 6 0 x 9.8 1 x（9.5-1.0）P a=1.8 1 3 x 1 0 P a（绝 压）作用在孔盖上的总力为尸=（p-p J A=a.8

9、 1 3 x l 03-1 0 1.3 x l 0,）x x 0.7 6:N=3.6 2 7 x l 04N每个螺钉所受力为F.=3 9.5 x l 0 x-0.0 1 42N =6.0 9 3 x I 03N1 4因此n=F/Ft=3.6 2 7 x 1 04/(6.0 9 3 x 1 O )N =5,9 5 =6(个)v nI u习题5附图习题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/?尸500 mm,&=8O 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R3=100mm。试求A、8两点的表压力。解：（1）

10、4点的压力(2)PK=0 水 gR3+PgR2 =0 O O O X9.8 1 X0.1 +1 3 6 0 0 x 光，流道长度为L,两端压力降为他，试根据力的衡算导出（1）剪 应 力 丁 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 0,可近似认为两板无限宽，故有1 _._ ApT=（一 Ap 2yh）=y2bL L（1）（2）将牛顿黏性定律 代 入（1）得dudu Ap上式积分得“=+c2/JL(2)边 界 条 件 为 y=0,=0,代 入 式(2)中，得 C=-c=因此u=(y2-y)2/zL(3)

11、(3)故有 y=y。，w=wm a xP 2“max=一丁7%2/L再 将 式(3)写成(4)根据b 的定义，得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0.29 3。处，其中为管内半径；(2)剪应力沿径向为直线分布，且在管中心为零。解：(1)=1-(-)2=2b 1-(-)1L 41 c(1)当 M=Wb时，由 式(1 )得(?=14解得 r=0.707r由管壁面算起的距禺为y =r-r =r i-0,707r=0.293r(2)由-包对式(i)求导得d rd _ 1K故r =2 .f =f(3)在管中心处，r=0,故z=0。1

12、 7 .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/、巾“a I Rj试计算管内平均流速与最大流速之比u m ax。解：就，唉 卜 ).r r令-=y,则 =7?(1 y)R0=+(“,2血成-=unm1 8 .某液体以一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至二(%)(4)(心二 2，组=()2=4因此&L =(A)(2)(4)2=32 2-h.=(如产2 5=(bL)2 5=(2 X I f2 5=(0.5)-25=0.8414 Rei d2ub 2

13、4故 X=32X 0.84=26.91 9.用泵将2Xl()4kg/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25.9 X 1()3 p a 的真,J空度，高位槽液面上方为大气压。管道为“76 mmX4 m m 的钢管，总长为习题19附图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 m0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6.3x10“pa.s。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,间列机械能衡算方程，以截

14、面1-1为基准水平面，得g Z|+与+2+W0 =gz2+-+Xhf2 p 2 p(1)式中 Zi=O,&=17 m,Mb l 0w2 x 1 04,.,wh,=-=-；-m/s =1.4 3 m/s7r,2 3 6 0 0 x 0.7 8 5 x 0.0 6 82 x 1 0 7 3ld pP 1=-25.9X 103P a(),P 2=0(表)将以上数据代入式(1),并整理得叱=晨0-4)+冬+互a 动2 P=9.81 X 17+孚+2 5 潟 o+2、=192.0+24其中%=(几+生/+)写&=幺 =/6 8 x 1.4 3 x 1 0 7 3=1 65 6X 城 0.6 3 x W

15、e/d=0.0 0 4 4根据R e与 e/d值，查得2=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)：0.43X2 m=0.86 m标准弯头：2.2X5 m=llm故 丸=(0.03X 史+086+11+0 5+4)至、kg=25.74J/kg0.0 6 8 2于是 此=0 9 2.0 +2 5.7 4)J/k g =2 1 7.7 J/k g泵的轴功率为N=W 卬/=217.7x2x10w=1.73kWs c 3 6 0 0 x 0.7流体输送管路的计算2 0.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 nmm的钢质放水管相连，管路上装有 X,一个闸阀，

16、距管路入口端15 m处安 Q jh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 mo（1）当闸阀关闭时，测得H=600mm、/z=1500 mm；当闸阀部分开启时，测得R=400mm、/?=1400 mmo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（n?）?（2）当闸阀全开时，U管压差计测压处的压力为多少Pa（表压）。（闸阀全开时晨4 g 1 5,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 与测压点处截面2-2,间列机械能衡算方程，并通

17、过截面2-2,的中心作基准水平面，得“+争方警?z*（a）式中“二 0俵）1%=pHg gR-/?H,ogR=(1 3 6 0 0 X 9.8 1 X 0.4 -1 0 0 0 X 9.8 1 X 1.4)Pc i =3 9 6 3 0 Pa (表)b 2=。，Z2=。Z 1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（b）式中/?=1.5 m,R=0.6 m将已知数据代入式（b）得_ (0.0 2 5 X +0.5)=2.1 3M；a 2 0.1 2将以上各值代入式(a),即9.8 1 X6.6 6=+逊+2.1 3公2 1 0 0 0解得 Uh=3.1 3

18、 m/s水的流量为 Vs=36002Mb=(3 6 0 0 x 0.7 8 5 x O.l2 x 3,1 3)m 7 s =1.4 3 m 7 s(2)闸阀全开时测压点处的压力在截面i-r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，得阳+务片“+小?”（C）式中Z i=6.6 6 m,Z 3=0，ub=0,p i=3+,)y=0.0 2 5(言+1 5)+0.5 3=4.8 1”：2将以上数据代入式（C）,即9.8 1 X 6.6 6=+4.8 1 wb22解得ub=3.1 3 m/s再在截面i-r 与 2-2,间列机械能衡算方程，基平面同前,得“+多 片“+牛+骨

19、也7（d）式中 zi=6.6 6 m,Z 2=0，b i=。，讥 b 2=3.5 1 m/s,p i=O（表压力）Zk=（0.025牌+0.5）?J/kg=26.2j/kg将以上数值代入上式，则9.81 x 6.66=阻匚+且-+26.22 1000解得/?2=3.3 0 X 1 04Pa（表压）2 1.1 0 的水以5 0 0 1/m i n 的流量流经一长为3 0 0 m的水平管，管壁的绝对粗糙度为0.0 5 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p上式两端同除以加速度g,得立力=4/g=6 m （题给）pg即

20、=6 X 9.8 1 J/kg =5 8.5 6 J/kgd 2（a）旦=500 x10兀 j 2 r r 兀 j，-d 60 x J-将b代 入 式(a)，并简化得片=2.8 7 4 X K T4 2(b)2 与 Re及 e/d有关，采用试差法，设 2=0.021代 式(b),求出 t/=0.0904mo下面验算所设的A值是否正确：e/d =0.0 5 x 1 0 7 0.0 9 0 4 =0.0 0 0 5 5 3b=0.0 1 0 6 2/0.0 9 0 42 m/s =1.3 m/s10 水物性由附录查得p=1000 kg/m3,=130.77 X10-5 Pa sR e =/0.0

21、9 0 4 x l.3 x l0 0 0 0/(1 3 0.7 7 x l()T)=8.9 9 x l0 由e/d 及 R e,查得&0.021并IWJ于出水口 15 m。设水温为12,试求管路的输水量（n?/h）。解：在截面1T 和截面2-2,之间列柏努利方程式，得+y +Z|=+-y +2+/zfp 2 p 2p,=1.0 1 3 3 x l0sPa；p2=；1.0 1 3 3 x l05Pa Z2-Z,=1 5.0 m 产0=i(Z,-Z2)-/zf=9.8 x 1 5-/+X%+0 5/i+Y ie u；A +1.5 =2 9 4I d)_ 2 9 4 ”(1 7 9 2.4 5/1

22、+1.5)(1)米用试差法，假设的=2.5 7 m/s贝 端 如=空丝空=2 1。5H 1 2 4.2 3 x 1 0-5取管壁的绝对粗糙度为0.2 m m,则管壁的相对粗糙度为=0.0 0 1 9d 1 0 6查图1-2 2,得2 =0.0 2 4代 入 式(1)得，u2=2.5 7 m/s故假设正确，“2=2.57 m/s管路的输水量V=u2A=2.51 x x(0.1 1 4-2 x 0.0 0 42)x 3 6 0 0 m3/h =8 1.6 1 m3/h2 3.本题附图所示为一输水系统，高位槽的水面维持恒定，水分 开工 _别从BC与BD两支管排出,高位槽 小 卜液面与两支管出口间的距

23、离均为 1一L-1 1。A 3管段内径为38 m、长为58 习题23附图m；支管的内径为32 mm、长为12.5 m；5。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管段的摩擦系数丸均可取为0.03。试 计 算(1)当8D支管的阀门关闭时，5 c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(n?/h)?(5。支管的管壁绝对粗糙度，可取为0.15 m m,水的密度为lOOOkg/n?,黏度为 0.0 0 1 P a.s o)解：(1)当3。支管的阀门关闭时，支管的最大排水量在高位槽水面1-r与5 c支管出口内侧

24、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g4+号+gZ c+埠+庄+/2 P 2 p式中 zi=ll m,zc=0,wbi0,p=pc故 竽产9.81X U=107.9J/kg(a)Z%=Z+Z%,B C(b)a 2CQ“2=(0.0 3x-+0.5)-=23.1 5工0.0 38 2 MB(c)2Zk c=(0.0 3 x=5.86n；J)C 0,0 32 2 2 c(d)=(c)、(d)中，b,BC、即 2 均为未知数，且2 又为 b9的函数，可采用试差法求解。设b,80=1.45m/s,则Re =d uhp/n=626x1.45：1 0 0 0 =3 7 7 0 0=0.

25、0 0 581 x1 0 26查摩擦系数图得a=0.034。将丸与 b.BD代 入 式(b)得6.36；B 兜 意kg/n?=1.1 66kg/m1max=J型=J 2 x 1 5 9.7 4/1.1 6 6 m/s =1 6.5 5 m/:Remaxd uma Kp _ _ 0.3 x1 6.5 5 x1.1 6 6 -1.8 1 X1 0-5=3.1 9 8 x1 0 查 图 1-2 8,得=0.85%，u=0.85 nux=0.85 x 16.55 m/s=14.07 m/s唯=14.07 x 0.785 xO.32 x 1.166 kg/h=11.159 kg/h2 5.在内8 m m

26、 x 2.5 m m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di=33m m,则A jAt=（。/4）2 =（0.0164/0.033）2=0.247设ReRe。,由教材查图1-30得 Co=0.626,查附录得20 甲苯的密度为866 k g/n?,黏度为0.6X 10pa、甲苯在孔板处的流速为人=c l2邑g R片b -p)n/2x9.8

27、lx 0.6x(13600-866)/o,-=-6 2 6-m/s=8.24 m/s甲苯的流量为 Vs=3600MOAop=3600 x 8.24x-x 0.01642 kg/h=5427kg/h检 验 超 值，管内流速为x 8.24 m/s=2.04 m/sRe=d.uMp!n=0.033x2.04x8660.6x10-=9.72x10 Rec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 8 =X I O 3 m3/s流量送往高位槽中，管路长 而（包括局部阻力的当量长度）为2 0 m,t _ _管径为0.1 m,蜂蜜的流动特性服从事 L_J-三,习题2 6附图律 丁=o.

28、o 5愣）,密 度=1 2 5 0 k g/n r ,求泵应提供的能量（J/k g）o解：在截面1-1，和截面2-2,之间列柏努利方程式，得2 2+-r+gZl+WC=+-+Z2+/jfp 2 p 2P i =1.0 I 3 3 xl()5 p a；生=d.O 1 3 3 xl O S p a Z2-Z,=6.0 m i/,0 ；w,-0%=g(ZZ j +Z%=9.8x 6T=5 8.8一 喑/6.2 8 x1 0-3工1 4 n Jxo.rI 42=5 8.8-6 4 22 =6 4 K3 n +l4n28 T =6 4 x0.0 5 xpdn3 x().5 +l4 x0.5().8皿妙

29、5 TI 1 2 5 0 x().I0 50 R-1,5 i 3 9 8=3.2 xl 2.50-5-8-0 5=3.2 x 3.5 4 x-x 0.3 5 4 =0.0 0 4 51 2 5 01 2 5 0此=5 8.8 -6 4 A =(5 8.8-6 4 x 0.0 0 4 5)J/k g =5 8.5 1 J/k g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 9 m3/h,此时泵的压头为3 8 m。已知输油管内径为1 0 0 mm,摩擦系数为0.0 2；油品密度

30、为8 1 0 k g/m 3。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）。习 题1附图解（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%=K+Bq：由于启动离心泵之前P A中c,于是K =A Z +=0则H e=B q：又 e=3 8 mB=3 8/（3 9）2 h2/m5=2.5 X 10 2 h2/m5则 乩=2.5xio-2凌（%的单位为m/h）（2）输油管线总长度d 2gu=（箫3$=13 8 m/s于是/+/=空巴=2X9 8X（）.1X38m=19 6 0 me 加 0.

31、02xl.3822.用离心泵（转速为2 9 00r/m i n）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 0k Pa和2 2 0 k P 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8 0 mm,吸入管中流 动 阻 力 可 表 达 为=3.0“；（两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 0,9 8.1 k Pa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o=gZ|+券+段+将有关数据代入上式并整

32、理，得3.5H,2=60X10-2.5x9.81=35.481 1000W 1=3.18 4 m/s则 x o,O82 x 3.18 4 x 3 6 00)m3/h=5 7.61 m3/h(2)泵的扬程H =Ht+/,+h0=T(6 0+220)xl 0：+=2 9.04 m -_ 1000 x 9.8 1(3)泵的效率=2 2 2 1 2 2 2 x ioo%=68%1000P 3 6 00 x 1000 x 6.7在 指 定 转 速 下，泵 的 性 能 参 数 为：q=57.61 m3/h=29.04 m P=6 J kW 片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

33、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/h”=29.04 m P=6.7 kW(1)改送果汁改送果汁后，q,H不变，尸随,加大而增加，即(12 2 0、P,=P =6.7 x 1.2 2 k W=8.17 4 k W11000；(2)降低泵的转速根据比例定律，降低转速后有关参数为q=57.61 x|m 7 h =51.85 n?/hH=2 9.04 m =2 3.5 2 m(2 9 00)P=6.7x（空叫 kW=4.884kWV29（

34、X）J4.用离心泵（转速为2900r/min）将 20 的清水以60m3/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 mo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2=（3+M+，f g）乙g即P a Pg6 4 x 10，1000 x 9.8 1=Hs+0.6 1+2.4”，=3.5 1 m（2）输送55 c 清水的允许安装高度

35、55 清水的密度为985.7 kg/m3,饱和蒸汽压为15.733kPa则H，_（NPSH）-H g=（10075.733）10-$+0.5）-2.4 m=2.3 1 ms pg-9 8 5.7 x 9.8 1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。2Hgs =3H S 2 g -H(Q I=(5.3-0.6 1-2.4)=2.2 9 mI.V-I /泵的安装高度为2.0 mo6.用离

36、心泵将真空精储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 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 _NPSH_H(pg式中 P a-P-Opg贝 Hg=-(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4.26m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20 的清水对离心泵进行性能测试，测得g H数据如本题附表所示。习

37、题7附 表1在实验范围内，摩擦系数变化不大，管路特性方程为_Q.-(m3/min)00.10.20.30.40.5H/m37.238.03734.531.828.5乩=12+80。第（%的单位为m/min）试确定此管路中的外”和 P（片81%）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e，在同一坐标图中作qeHe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=0.455 m3/min,”=29.0 m,贝 ij 习 题 7 附 图 “海 山）p=叱=290X0.455X 10（）（）kw=2.66 kW10

38、2/60 x102x0.81习题7 附表2qj(m3/min)00.10.20.30.40.5He/m12.012.815.219.224.832.0注意：在低流量时，q”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区，管路特性方程为乩=8.8 +5.2 x l()5 q：(随的单位为 m%)单台泵的特性方程为W =2 8-4.2 x l 052 Q q 的单位为 m3/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q、H,进而计算P e。管路特性方程”e=8.8+5.2 x 1 0%；泵的特性方程”=2

39、8-4.2 x 1 0 5/联立两方程，得到=4.52X10 3 m3/s”=19.42 m贝 l l =19.42X4.52X10-3X1000X9.81W=861 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 1 0 5/=2 8 -4.2 x 1 0 5()2解得：=5.54X W3m3/s=19.95 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 )解得：=5.89 x 10 3 m3

40、/S=21.2 m3/h在本题条件下，两台泵串联可获得较大的输水量2L 2m3/ho10.采用一台三效单动往复泵，将敞口贮槽中密度为1200 kg/m3的粘稠液体送至表压为1.62X 1()3kPa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 mo已知泵的活塞直径为70 m m,冲程为225 m m,往复次数为200 mi n 泵的容积效率和总效率分别为0.96和 0.91。试求泵的流量、压头和轴功率。解(1)往复泵的实际流量3.q=3/a s 4=3x 0.9 6 x x o.O 72x 0.225x 200m/min=0.499m3/min(2)泵的扬程H =H=(8+1

41、-62x10-+4)m=149.6 mc 1200 x 9.81(3)泵的轴功率p =皿=149.6 x 049 9 x 1200k W=16.08 kW1 02 6 0 x 102x 0.9 111.用离心通风机将50 C、10L 3 kPa的空气通过内径为 600 m m,总 长 105 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 n/p a 的设备中。空气的输送量为1.5X104m3/h o 摩擦系数可取为0.0175。现库房中有一台离心通风机，其性能为：转 速 1450minL 风 量 1.6X 104m3/h,风压为L2X l（）4pa。试核算该风机是否合用。解：将操

42、作条件的风压和风量来换算库存风机是否合用。T=（P 2-PI）+，+PZ%pm=101300+粤 Pa=106300PaP=i.205x1 0 6 3 0 0 x kg/m3=1.147 kg/m3m 101330 323M =15O O Q X 1O 13O O 1 4.4 0 m/s色2 P 36 00 x-x 0.62x 106 3004 m 4则 H；=i x i o4+I.i 47x f o.o i 75x+i l x l -l P a=1 0 4 8 3 Pa I 0.6 J 2HT=I O483X-L L Pa=10967 Pa1.147库存风机的风量q=1.6X 104m3/h

43、,风压HT=1.2X104Pa均大于管路要求（e=1.5X104m3/h,HT=10967 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20,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=1一/上 丫 _1=l-0.06 x=0.7718T,=3 区丫=29 3x 9n K=548.9K(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1X =j 正丫=9；=3IP则

44、重复上面计算，得到1-Ao-1-0.06 3-1=0.9 2850.4Z=293X3L,K=401 K(3)压缩极限%=1-但 T-1=0IP解得 心 =55.71Pl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0.02 m2,殿 为0.02 m,实验测得电流表读数为0.5 A,伏特表读数为100 V,两侧表面温度分别为200 和50,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。=人”式中。=W=O.5xlOOW=5OWS=0.02m2,/,=

45、200,t2=50,L =0.02m将上述数据代入，可得A=QL=_002_ w/(m。(3)=0.333 W/(m-)S(G)0.02x(200-50)八，2.某平壁燃烧炉由一层400 mm厚的耐火砖和一层200mm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面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为4=0.8 +0.0 0 0 6 1,绝缘砖的导热系数为 4 =0.3+0.0003/,W/(m-)o 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2=2

46、=。(5-32)或0=“上上=a(5-32/7)式中 A=0.8+0.0006f=0.8+0.0006 x 15Q 0+/-=1.25+0.0003/h22,=0.3+0.0003r=0.3+0.0003 x=0.315+0.00015/2代入21、22得(1.25+0.00030 1 5 0-=(0.315+0.00015z)上恐0.4 0.2解之得t=t2=9774 =1.25+0.00031=(1.25+0.0003 x 977)W/(m.)=1.543 W/(m.)则 Q/S=1.543 x 1 5 0-9 7 7 W/m2=2017 W/m23.外径为159 m m 的钢管，其外依次

47、包扎A、B 两层保温材料，A 层保温材料的厚度为50 m m,导热系数为0.1 W/(m.),B 层保温材料的厚度为100 m m,导热系数为L OW/(m-),设 A 的内层温度和B 的外层温度分别为170 和40 C,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:Q/L=-2矶 q 2次 r2_2x3.14x(170-40)o jln159+2x50 1 m 159+2x(50+100)159 1.0159+100W/m=150 W/mA、B 两层互换位置后，热损失为,2Q/L=-In+-In 2 矶 r 2 成2 r22x3.14x(170-40)1

48、 159+2x50 I；159+2x(50+呵L O 0-159 0J 0 159+100W/m=131.5 W/m4.直径为57mmx3.5m 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10o 软木和保温灰的导热系数分别为0.043 W/(m.)和0.07 W/(m ),试求每米管长的冷损失量。解：此为两层圆筒壁的热传导问题，则Q/L=2n8 一 G)1 ,2.1 i r3 In +In 4八4 r22x3.14x(-120-10),I no-。叫皿。.。285+。.。4+。0.043 0.0285 0.

49、07 0.0285+0.04W/m=-24.53 W/m5.在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为25 mmx2.5 mm的钢管,其导热系数为45 W/(m-)o冷却水在管程流动，其对流传热系数为2 600 W/(m2.),热空气在壳程流动，其对流传热系数为52 W/(m2.)o试求基于管外表面积的总传热系数K,以及各分热阻占总热阻的百分数。设污垢热阻可忽略。查得钢的导热系数/l=45W/(m2-)b =2.5 m m&=2 5 m md.=(25-2 x 2.5)mm=20mm=25+20=22.5mmm 2-=.0.0 0 2 5 x 0.0 2 5 0.025 W/(m；)=50.

50、6 W/(m?，C)1 152-45x0.0225-2600 x0.02壳程对流传热热阻占总热阻的百分数为1/-x l0 0%=x l0 0%=-x 100%=97.3%&5 2管程对流传热热阻占总热阻的百分数为4/-xl00%=AK、d、.5 0.6 x 0.0 2 5 .p-x 1 0 0%=-x 1 0 0%=2.4%2 6 0 0 x 0.0 2管壁热阻占总热阻的百分数为b”-1%1 0 0%=/kbd K i巾 0.0 0 2 5 x 0.0 2 5 x 5 0.6 x 1 0 0%=-x 1 0 0%=0.3%4 5 x 0.0 2 2 56.在一传热面积为40 n?的平板式换热器