化工原理书课后习题答案.pdf

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1、绪论习题1)含水份52%的木材共120kg,经日光照晒，木材含水份降至25临 问：共失去水份多少千克？以上含水份均指质量百分数。木材木材 120(1-0.52)=(120-w)(1-0.25)照晒w=43.2kg2）以两个串联的蒸发器对N a O H水溶液予以浓缩，流程及各符号意义如图所示，F、G、E皆为N a O H水溶液的质量流量,x表示溶液中含N a O H的质量分数,W表示各蒸发器产生水蒸汽的质量流量。若V=x,=0.105 q=0.3 0,町：町问：跖、w?、E、x 1各为多少？Xo=O.105W2kg/sF=6.2K g/sW|kg/sX2=0.30E kg/sW1:W2=1:1.

2、15,X-(Wt),x wb w2,D,E=?对控制体I,N a O H物料衡算:FX O=EX2即 6.2X 0.105=EX 0.30 E=2.17 kg/sW,+W2=F-E=6.2-2.17=4.03 kgW,=4.03/2.15=1.87 kg/s ,W2=4.03-1.87=2.16 kg/s对控制体H,总的物料衡算：G=F-W1=6.2-1.87=4.33 kg/s-FX0=GX2即 6.2X 0.105=4.33xb xO.153)某连续操作的精储塔分离苯与甲苯。原料液含苯0.45(摩尔分率，下 同)，塔顶产品含苯0.9 4。已知塔顶产品含苯量占原料液中含苯量的9 5虬 问：塔

3、底产品中苯的浓度是多少？按摩尔分率计。解:塔顶产品-*D km ol/sXD=0.9 4原 料,F km ol/sXf=0.45精懵塔DXD Q.9 40.9 5=FX=F 0.45塔底产品-*W km ol/sXWD W/.y =0.445,y =0.545又q x 0.45=0 x 0.9 4+WX,BP0.45=0.45 x 0.9 4+0.545 x XwXw=0.04134)导热系数的S I单位是W/(m,),工程制单位是kcal/(m,h,)。试问Ik c a l/系 h,)相当于多少W/(m)?并写出其因次式。lkcal/(m.h.C)=?J/(m.s.)写出导热系数的因次式。V

4、lkcal=4.187X 103J,lh=3600s,kcal 4.187xl03 J 一日，Wm./z.C 3600 m.s.C m.(C令各基本因次为：M-质量，L-长度，T-温度，T-时间。导热系数因次式=M L)L=MLT-3T-xL.TT5)已知理想气体通用常数&=0-08205物理大气压升/(摩尔 K),试求采用J/(kmol K)时 R的数值。解：写出以J/(kmolk)的单位为理想气体通用常数R 之值。V I 物理大气压=1.0133 X lO Wm2,1 升=10/3物理大气压.，升 n n Q.n.1.0133x 1()5x 10-3 函/)/jx-=0.08205 x-；

5、-=8314-.R=0.08205 摩尔，K 10 kmolk kmol.K6)水蒸汽在空气中的扩散系数可用如下经验公式计算：c 1.46 xio-1 评p T4-441式 中 D扩散系数，英尺2/h；p-压强，a t m；T 绝对压强，试将上式改换成采用S I 单位的形式。各物理量采用的单位是：D-m7s,p-P a,T-Ko解:经验公式的单位换算：1.46X 10-4 T25-x-P T +441物理量扩散系数压强绝对温度原来单位英尺7ha t m R后来单位M7SP aKV I 英尺 2/h=0.304873600m7s=2.58X 10 5m7s,la t m=l.0133X 105p

6、a,温差 lk=l.8 Rz/1 、1.46x l0*(1.8T)25D(=z x2.58x 10-5 1 (1.87)+4414.0133x l05)c，9.218x 10-4(T，)2.5D-=-P T +2457)在冷凝器中蒸汽与冷却水间换热，当管子是洁净的，计算总传热系数的经验式为:1 =0.00040+式 中 K 总传热系数，Bt u/(ft2 h F)；u-水流速，f t/s。试将上式改换成采用S I 单位的形式。各物理量采用的单位是：K-W/(m,u m/so解：经验公式的单位换算:=0.00040+1-K 268 8lBUT/(ft2.h F)=5.678W/(m2.K),lf

7、t/s=0.3048m/s物理量传热系数流速原来单位BUT/ft2.h.F)ft/s后来单位W/(m2.K)m/s11=0.00040+K(l/5.678).-.=7.045x1 O-5+K268(7 0.3048)08139 37(严 第一章流体流动习题解答1某敞口容器内盛有水与油。如图。已知水及油的密度分别为1 0 0 0和8 6 0 kg/n?,解：h尸6 0 0 mln,h2=8 0 0 mm,问 H 为多少 mm?瓦=600m m,h2=8 0 0/z,/?水=lO Zrg/?,夕 油=S 6Q kg/m h=?8 6 0 x 9.8 1 x 0.6 0 +1 03x 9.8 1 x

8、 0.8 0 =1 03x 9.8 1/7h-1.3 2/n2.有一幢1 0 2层的高楼，每层高度为4 m。若在高楼范围内气温维持2 0 不变。设大气静止，气体压强为变量。地平面处大气压强为7 6 0 mmH g。试计算楼顶的大气压强，以mmH g为单位。解J d 产-p gd z -p=px 2 9/(8 3 1 4 x 2 9 3.2)=1.1 9 0 x 1 0-5 代入，得山包=9.8 1 x 1.1 9 0 x 1 0-5-飞I P 1。5/7 6 0)=-9.8 1 x 1.1 9 0X1 0-5X4 0 8 =-0.0 4 7 6 3,/.片=7 24.7 m m H g3.某水

9、池，水深4米，水面通大气，水池侧壁是铅垂向的。问：水池侧壁平面每3米宽度承受水的压力是多少N?外界大气压为latmo尸=3 1（玲+Q kg z）=3 x 1.0 1 3 x 1 0 5 x 4 +3 x 1（）3 X9.8 1X42/2 =1.4 5X1 054.4.外界大气压为latm,试按理想气体定律计算0.2 0 at（表压）、2 0 干空气的密度。空气分子量按2 9计。解:P M(1.0 1 3 x I Q5+0.2 0 x 0.8 1 x I Q4)x 2 98 3 1 4 x 2 9 3.2=A39K g/m35.5.有个外径为R z、内径为R为的空心球，由密度为P的材料制成。若

10、将该球完全淹没在某密度为P的液体中，若球能在任意位置停留，试求该球的外径与内径之比。设球内空气重量可略。解：（4/3）1（咫一R；）p g =（4/3）成R2/Rt=（1一夕/2）T/36.6.为放大以U形压差计测气体压强的读数，采用倾斜式U形压差计。如图。指示液是P =9 2 0 kg/m;i的乙醇水溶液。气体密度为1.2 0 kg/m:读数R=1 0 0 mm。问口与p2的差值是多少mmH g?解：P i-鸟=(g -0)g R sin 2 0 =(9 2 0 -1.2 0)x 9.8 1 x 0.1 sin 2 0 =3 0 8.3 P a=2.3 I mmH g 采用微差u 形压差计测

11、压差。如图。已知U 形管内直径d 为 6 mm,两扩大室半径均为8 0 n lm,压差计中用水和矿物油作指示液，密度分别为1 0 0 0 及 8 6 0 kg/m3。当管路内气体压强p 与外界大气压p。相等时，两扩大室油面齐平，U 形管两只管内油、水交界面亦齐平。现读得读数R=35 0 m m 试计算：(1)气体压强P(表)。(2)若不计扩大室油面高度差，算得的气体压强p是多少？(3)若压差计内只有水而不倒入矿物油，如一般U 形压差计，在该气体压强p 值下读数R 为多少？解：P -P。=-P jgR +P i gR(d/D p=(1 0 0 0 -8 6 0)x 9.8 1 x 0.35 +8

12、 6 0 x 9.8 1 x 0.35(6/1 6 0)2=4 8 4.8 P。P-P0 (p2-p JgR =(1 0 0 0-8 6 0)x 9.8 1 x 0.35 =4 8 0.7 PaP 4=q g H即4 8 4.8 =1 0 0 0 x 9.8 1/?o r.Ri =0.0 4 9 3m7.7.某倾斜的等径直管道内有某密度P 的液体流过。如图。在管道的A、B截面设置了两套U形压差计测压差，下测用的是一般U 形压差计，上测用的是复式U 形压差计，所用的指示液均为密度是Pi 的同一种液体。复式压差计中两段指示液之间的流体是密度为P 的流过管道内的液体。试求读数R 与 R?、艮,的关系

13、。解：(g -P)gR =3 -p)gR +(A -P)gR s/./?!=/?2+&9)将水银倒入到图示的均匀管径的U 形管内，水银高度l h=0.2 5 m。然后将水从左支管倒入，测得平衡后左支管的水面比右支管的水银面高出0.4 0 m。试计算U 形管内水与水银的体积比。习题9附图如图所示1 1 为等压面，；.p 尸 p:，p ,k g(Ri+RJ=p 水 银 g Rz1 03x (0.4+R2)=1 3.6X1 03R2R2=0.0 31 7 m7TV 水 银=4 d2(2 h1+L)71v*=Id 2(R+Rz)V 水 银/V.=(2 hi+L)/(R1+R2)=(2 x 0.2 5+

14、0.0 1 5)/(0.4+0.0 31 7)=1.1 91 0)一直立煤气管，在底部U 形压差计hi=1 2 0 m m,在 H=2 5 m 高处的U 形压差计h2=1 2 4.8 m m。U形管指示液为水。管外空气密度为1.2 8 k g/m 设管内煤气及管外空气皆静止，求管内煤气的密度。解:Pi-Pi =p *-g hi (1)p2p2=p 水-g h?(2)(1)减 ,得(Pi-p2)(Pi p2)=p *-g(hi-h2).(3)其中 p i p2=p wg H,p/p2=p 空.g H,代 入(3)式，得:p t r g Hp 空 g H=p *-g (hi -h2)即 煤=p 水

15、(一 )+空=1 03(0.1 2 0-0.1 2 4 8)/2 5+1.2 8=1.0 8 8 k g/m31 1 .以 2”的普通壁厚的水煤气钢管输送1 5 的清水，水在管内满流。已知水流速u=L5 m/s,求水的质量流量、质量流速和体积流量。解：管子，查得外径6 0，wn,壁厚横截面积A =(i/4)x(0.0 6 0-2 x 0.0 0 35)2 =2.2 0 6 x 1 0-3m2水的密度p =999K g/m3体积流量丫=A =1.5 x 2.2 0 6 x 1 0-3=3.30 9 x IO-机3/5质量流量W =UA p =1.5 x 2.2 0 7 6 x 1 0 3 x 9

16、 9 9 =3.30 6 Kg /s质量流速G =p =1.5 x 9 9 9 =1 4 9 9 依/(s-m2)1 2 .如图所小,质量为3.5 k g,面积为4 0 X 4 6 c m 2 的一块木板沿着涂有油的斜面等速向下滑动。已知 v=1.2 m/s,o =1.5 m m (油 膜 厚 度)。求滑油的粘度。V5m g s i n a =TAmg s i n a 5A T=A =3.5 x 9.8 1 x 1 3/(4 0 x 4 6 x 1 0 )=7 1.7 7 N/m2dv vT=)i sT8.-.p =V=7 1.7 7 x 1.5 x 1 0 7 1.2 =0.0 8 9 7

17、Pa-s13.以压缩空气将某液体自储槽压送到高度H=5.0 m、压强P2为2.5 a t （表压）的容器内，如图。已知液体密度P=1 8 0 0 k g/n?,流体的流动阻力为4.0 J/k g。问：所需的压缩空气压强口至少为多少a t （表压）？解：H=5.0 m,2 2 =2.5砧表),0 =1 8 0 0依/加3 h f=4.QJ/kg,Pi=?=gH+乙+?+Z(略去)p p 2 2?5 x9 x 104(表)=18 0 0(9.8 1x5.0+4.0)18 0 03.40 7 xl O5 Pa14.水以7 0 m h的流量流过倾斜的异径管通。如图。已知小管内径&=10 0 mm,大管

18、内径dB=15 0 mm,B、A截面中心点高度差h=0.3 m,U形压差计的指示液为汞。若不计A B段的流体流动阻力，试问:U形压差计哪一支管内的指使液液面较高？R为多少？解平+亨(P,3 产-1-P2(P,“)A(P,K)B=S p)g R-7 0/3 6 0 0 C，。，,7 0/3 6 0 0 ;U,=-=2.48 m/.v U&=-=1.10/n/.v(万/4)(0.15)2(万/4)(0.15)2由，式得生*P 2H n(13.6-1.0)xl 03x 9.8 1/?1,102-2.482即-;-=-103 2R=-0.0 20/n,nJ M，左支管内指示液位比右支管内的高。15.水

19、以6.4 X 10 m7 s的流量流经由小至大的管段内。如图。小管内径d,=20 mm,大管内径&=46 mm。欲测1、2两截面处水的压差，为取得较大的读数R,采用倒U形压差计。已知压差计内水面上空是P=2.5 k g/n?的空气，读数R=10 0 mm。求水由1至2截面的流动阻力h。解：U6.4x10“(1/4)(0.0 20)2=2.0 3 7 m/5,6.4x10 4 4,U、-O-3 8 5/n/.v2 3/4)(0.0 46)2()-()j =(p,-p)gR=(10 0 0 -2.5)X 9.8 1X 0.10 =9 7 8.5 Pa(巴)一(匕)2 U；-9 7 8.5 2.0

20、3 72-0.3 8 52-H-=-1-p U；103 2=1.0 2/依16 .水从喷嘴口 1-1截面垂直向上喷射至大气。Mo设在大气中流束截面保持圆形，已知喷嘴内直径ch=20 mm,出喷嘴口水流速5=15 m/s。问：在高于喷嘴出口 5 m处水流的直径是多大？忽略摩擦阻力。解：1 1与2-2之间列柏努利方程g z i+u,7 2+pi/p=g z2+u22/2+p2/pZ i =0,z2=5 m,pi =p2二.U i2/2=g z2+u22/2.15 7 2=9.81 X5+.72r.u2=11.26 m/s又，U i dJ =u2d22 门习题1 6附图.-.d,=(U i/)4=7

21、 15/11.26 xO.0 20 =0.0 23 1 m17 .高、低水库的水面高度差H=4 2 m,水流量为3 0 m3/s,水流的总阻力为4.5 0 140。如图。已知透平的效率n=0.7 8,试计算透平的输出功率。W：U i=u2=0,p产P2,z2=0,Z i=H=42m1 111 与 22 间列柏努利方程 HgZi+u：/2+pi/p+W、=gz2+u272+p2/p+ZhfWs=-gz,+Zhf/l=-9.81x42+4.5x9.81xl03/103 2*2=-368 J/kgNa=Ws-Vp=-368x30 x10=1.10 xl07 W.-.Nt=N-r|=1.10 xl07

22、x0.78=8.61xl06 W=8.61xl03 kW1 8.某水溶液在圆直、等径管内层流动。管内半径为R o设测点流速的探针头位置与管轴线的距离为r。问：测点相对位置八/R 为多少时该点的点流速等于平均流速？解：一般式：V=Vmax l-（r/?）2令八/R时，V,=t/=Vmax/2即嗫 ax/2=k./|/?=四/2=0.7071 9.以水平圆直管输送某油品。管 内 径 为 管 两 段 压 差 为一2 I。因管道腐蚀，拟更换管道。对新装管道要求如下：管长不变，管段压降为原来压降的0.7 5,而流量加倍设前后情况流体皆为层流。问：新管道内径dz与原来管内径小之比为多少？解：层流=3 2

23、丝oc=d2 d4/-P-=0.75=匕 x(、)4P 匕 d2.4=1.28d、2 0.在机械工程中常会遇到流体在两平行固体壁的间隙中作一维定态流动的情况。如图。设流动为层 流。设 间 隙 厚 为 2y0,试 证 流 体 沿 y 轴 向 点 流 速 呈 如 下 抛 物 线 规 律 分 布：r阁 川（一仍|_（一 L）=0解：对长度L,高度y,宽度为1 的流体元作受力与运动分析：dx dy即：dV=（-）-yd y V=+Cdx ju 4 dx 2i _ dP又卜=y,v=o,c=一（十93；-y2）dx2 1.粘度为l i,密度为P 的液体沿铅垂向平壁膜状流下。如图。设液体层流流动，液膜厚度

24、为6,p.g b，平壁宽度为B。试推导任一流动截面上液体点流速v 随 y 的变化规律，并证明平均流速 3 dv(B dx y)p g-(一 4-B-dx)=0解：取宽为B,长为dx ,高为y 的流体元作受力与运动分析：dy即：dV =ydyV =+C 2又y=0,C =b 2-2,-.V =A(d)2-y2)22 2)串联两管 1、2,d,=d2/2,L,=8 0 m,R e i=1 6 0 0,2 hn =0.5 4 m 液柱,E h =5 6 m m 液柱,求 L。局部阻力可略。4 V p _解：R e =Woe 7,R e R e,=d,/d2=1/2,R e,2=R e.,/2 =1

25、6 0 0/2 =8 0 0,两管内皆为层流7 T又，L hr=3 2|i u l /(p gd)o c 3 2)i V l /(4 d p gd)o c 1/d1S hf,2/E hfl l=(d/cQ&b/L 即 5 6/5 4 0 =(l/2)x l2/8 0.1.12=1 3 3 m2 3)原 p 尸 9 2 0 k g/m:内=1.3 0 P,现 p 2=8 6 0 k g/m：,，也=1.1 5 P,层流，W2/W1=l.3 0求：A pfi/A p f2 o 局部阻力不计。丝解：层流，A p r=3 2R U1 /d=3 2 p.W l /(4 d x p x d?)x P1.1

26、 5 9 2 0.,.A Pf.2 /A p r,i =(g2/gi)x (W s/W D x (p,/p2)=1.3 0 x l.3 0 x 8 6 0 =1.2 32 4)2 4)某牛顿型流体在圆、直、等径管内流动，在管截面上的速度分布可表达为v=2 4 y-2 0 0 y 式中：y一 截面上任一点至管壁的径向距离，m；v 一 该点的点流速，m/s0试求：(1)管半径中点处的流速。(2)管壁处的剪应力。该流体的粘度为0.0 4 5 P/s。解：若为层流，v =vK l x l-(r/R)-1 =vm a x(R r2)/=vm i l x(R r)(R+r)/R-=vm a sy(2 R

27、y)/R2=2 v 皿y/R vm a xy2/R 可见，该流型为层流2 v 皿 /R =2 4,vM X/R2=2 0 0,二式相除，得(k /R2)/(2%/R)=1/(2 R)=2 0 0/2 4.*.R =0.0 6 mi .y=0.0 6/2 =0.0 3 m,v =2 4 y-2 0 0 y2=(2 4 x 0.0 3)-(2 0 0 x 0.0 32)=0.5 4 m/si i.dv/dy=2 4-4 0 0 y,dv/dy|网=2 4T=p i(dv/dy),=o =0.0 4 5 x 2 4 =1.0 8 N/m22 5 )W=3 5 T/h,H=2 0 m,(p l 0 8

28、 x 4 m m,JJ.=2 8 4 0 cP,p =9 5 2 k g/m3,r|=5 0%,N=8 5 k W,求包括局部阻力当量管长的总管长。解：W =3 5 T/h=3 5 x l 03k g/hd=1 0 8-4 x 2 =1 0 0 m m =0.Im ,p =2 8 4 0 cP=2.8 4 Pa-sM =N r(=8 5 x l 03x 0.5 =4.2 5 x 1 0 WW8=Ne/W =4.2 5 x l 0 x 3 6 0 0/(3 5 x l 03)=4 3 7 1 J/k g1 1 与 2 2间列柏努利方程gZ i+u /2+p i/p+Ws=gz2+u27 2+p2

29、/p+Z hrZ i =0,z2=H =2 0 m,u,=u2=0,p 尸 p2Ws=gH+S hr.-.S hf=W s-gH =4 3 7 1-9.8 1 x 2 0 =4 1 7 5 J/k gV_ J L u =A=PA=35X107(3600X952X4 X0./)=1.3 0 m/sd up 0.1 0*1.3 0 x 9 5 2R e =2.8 4 =4 3.6 2 0 0 0 层流6 4 64_九=R e =4 3.6=1.4 7l +leV Z hr=Q d-u 7 2Ehf-d 4 1 7 5 x 0.1 0：.l+Yle=A-2/u =1.4 7 x 2/l.3 02=3

30、 3 6 m2 6 .某有毒气体需通过一管路系统。现拟用水在按1/2尺寸缩小的几何相似的模型管路系统中做实验予估实际气流阻力。实际气体流速为20.5m/s,密度为1.30k g/m;i,运动粘度为0.16 cm?/s。实验用水的密度为1000k g/n?,运动粘度为0.O l cn/s。为使二者动力相似，水流速应为多少？若模型实验测得流动阻力为15.2J/k g,实际气体的流动阻力是多少？欲满足动力相似，必须R,消=1 怖设气体管径为d,/X20.5A,(d/2)x U 水、即(0.16 气 O X H 水U 水=2.56m/s动力相似，必,水，Eu=吃 2f、h 15 2即(余)气=(一 齐

31、)水,Z气=97 4.7。/必2U.5 2.DO27 .某实验室拟建立流体通过圆直、等径管内的阻力测试装置，有两个方案，一个方案是采用20清水为工质，水流速不超过3.O m/s；另一方案以p=l a t m、20空 气（按干空气计）为工质，流速不超过25.O m/s,要求最大4 =10。问：两方案需要的管内径各为多少？若管子绝对粗糙度皆为0.1mm,二者管长与管内径之比都是150,采用以上算得的管径（需按无缝钢管选接近的规格），问：二者最大流速时管路阻力各为多少？方案一：p =1000kg/m3,ju=lCP,u=3.0m/s口 n 5 dx 3.0 x1000=10=-.a=0.0333？0

32、.001采用夕36x1 ,无缝钢管,e/d=0.1/34=2.9 4x10-3U=3.0机/s时，Re=0.034x3.0 xl03/10-3=1.02xl05查得 4=0.0274 2 2.Z hf=A-=0.0274x l5 0 x y =18.4J/方案二：p 1.205Ag/nr =1.81 x 10 5 Pa-s,u=25ml sDJ x 25x1.205R=10=-d=0.060m1.81x10-5采用68x3 ”,无缝钢管，/d=0.1/62=1.61x10-3U=25zn/s时，Re=0.062x25x 1.205/(1.81 x 10-5)=1.03x 105查得 2=0.0

33、24i ri2 252.Z hf=2-=0.024X150又3=1125J/kg2 8.试证明流体在圆管内层流时，动能校正系数a=2。解：。二万匕口77 4.（月一一流动面积，A=成2）层流：V=Vm m l-（r/R）2,U=VmJ 2T=念1Vmax1-(r/?)232rdr=f 1-(r/?)23rdr令 r/R =s i n。,贝 l J l (r/R)2=co s 2a 当=o,e=0；/=&6=万/2a=U3A A/2,Cos6O(Rsin0)(RCos0d0)二 2W需相U3Apr/2 rf Cos10-dCosO其中J：Coss0 07T/21/882 万(2Z7)3/?281

34、/3 兀.R?29.试按规律推导湍流的匚 值。匕=1 丫 2%汨 尸=2%的 f(1-r/R)%rd r令l-r/R =R(1 ),d r-R d x：.Vs=2Wm a x f X%R(1-x)(R dx)=2成2V m a x (x 7 -x 8/7)dx其中=-%157 7 i =2._ 1=反J 8 15 0 8 15 120则 U_ 匕 _ 2x 49 _ 49“m a x 成%”120 6 030.某牛顿型流体在圆、直、等径管内流动，管子内半径为50m m。在管截面上的流速分布可表达为y=20如“），式中：y 一截面上任一点至管壁的径向距离，m；v 该点的点流速，m/s0试求：（1

35、）流型；（2）最大点流速v 皿。R r解：设丫=(l-r/R)1/6=v 3(1)1/6=(k/胪).严,故该流型为湍流。又 V vm a x/Rl/6=vm a 60 x 3.5m m,d =53m mU=105/3600=3 2?/S,R=O.O 5 3 x 1.3 2 x 1 03/0.0 0 1 =7.0 x 1 047 1。-(0.0 5 3)2/d =0.2/5 3 =3.7 7 x 1 0-3,查得 4 =0.0 2 9 2截止阀（全开）J=6.4,闸 阀（全开）=0.1 7,9 0 标准弯头 J=0.7 5,突然缩小（4小/A大 0）le=1 7 mle=0.3 4 mle=1

36、.6 m户0.5七江 1.3 2 2 1 3 0 +0.3 4 +4 x 1 7 +1 4 x 1.6 1.3 22方法一：g =1.5 x-+0.0 2 9 2 x-x-2 0.0 5 3 2H=1 0.9 3 m130 1 3?2 1 3?2方法二：g =0.0292(0.17+4 x 6.4 +1 4 x 0.7 5+1.0.0 5 3 2 2W =9.7 1 m3 5.承第3 4题，若已知H=2 0 m,问水流量多少n?/h?角 能 设4 =0.0 2 99.8 1 x 2 0 =(1.5 +0.0 2 91 3 0 +0.3 4 +4 x l 7 +1 4 x l.6、U2 ,),U

37、=1.7 9 m/50.0 5 327?),=0.0 5 3 x 1.7 9 x 1 03/0.0 0 1 =9.4 9 x 1 0 ,/d =0.2 /5 3 =3.7 7 x 1 O 7 查得九=0029所设；l正确,计算有效。V=-(0.0 5 3)2 x 1.7 9 x 3 6 0 0 =1 4.2/n3/h43 6.有两段管路，管子均为内径2 0 m m、长8 m、绝对粗糙度0.2 m m的直钢管，其中一根管水平安装,另一根管铅垂向安装。若二者均输送2 0 清水，流速皆为1.1 5 m/s o竖直管内水由下而上流过。试比较两种情况管两端的额修正压强差与压强差。要用计算结果说明。解：R

38、 e =0.0 2 0 X 1.1 5 xl()3/0 0 0 1 =2.3 x1 0 4,/1 =0 2/2 0 =0.0 1,查得夭=0.0 4 0 5Q 1 1 0.0 4 1/(0.0 4 1)4(6.4 +0.0 41.20.0 1 5 75+1)屹%2(0.0 1 5 75)4+(9.81 x 1 1.4)+(6.4 +0.0 41.20.0 1 5 75+1)8匕2万 2(0.0 1 5 75尸化简，得1 5 3.0 4 -7.5 9 x 1()5(匕+%产=1 1 1.8+1.3 76 x 1()8匕2=i 4 1 l x。匕2经试差得:匕=1.0 3 5 x 1 0-3 m3

39、/5,匕=5.3 4 8x 1 0-4 3/54 0.用离心泵将水由水槽送至水洗塔内。水槽敞口。塔内表压为0.85 at。水槽水面至塔内水出口处垂直高度差2 2 m。已知水流量为4 2.5 m 7 h,泵对水作的有效功为3 2 1.5 J/k g,管路总长1 1 0 m （包括局部阻力当量管长），管子内径1 0 0 m m。试计算摩擦系数入值。解：1 1与2-2间列柏努利方程：gZ i+u i 72+p/p+W s=gz2+u272+p2/p+Eh i-Z i=0,z2=2 2 m,u=0,P i (表)=0V_ u2=A =4 2.5/(4 x 0.12X3 6 0 0)=1.5 0 m/s

40、p产 0.85 at=0.85 x 9.81 x l 04=8.3 4 x 1 0 P a.W=gz2+u172+p2/p+Ehf 即 3 2 1.5=9.81 x 2 2+1.5 0 72+8.3 4 x l O 71 O：!+Z hf.M =2 1.2 J/k gJ +le,1 1 02-2114 1.3 5 的水由高位槽经异径收缩管向下流动。如图。若不考虑流动阻力，为保证水在流经收缩管时不发生汽化现象，收缩管的管径应限制在多大尺寸以上？当地大气压为l atm,3 5 C的水的密度为99妹g/m,饱和蒸汽压为5.6 2 k P a。H=1 2 m,h=8m,d=1 5 0 m m （内直径

41、）。12 ,H习题4 1 附图解：1 “1 一1”至“3 3”列柏努利方程gz i+pi/p+u(72=gz3+p:i/p+u:i72 Pi=P3,Z3=0,Ui=0.u：j=J 2 gz i =72 x 9.81 x 1 2 =1 5.3 m/s2“2 2”至“3 3”列柏努利方程gz2+P 2/p+u272=gz:!+p:i/p+U32/22 截面刚液体汽化时,p2=5.6 2 k P a,则9.81 x 8+5.6 2X1 03/994+U272 =1.0 1 3 x 1 0 7994+1 5.32/2/.u2=1 6.4 m/s3 V u3d32=u2d22 即 1 5.3X1 5 0

42、2=1 6.4 d22/.d2=1 4 5 m m4 2.如附图所示,水泵抽水打进B、C 水槽。已知各管内径相等，且 A B 段、A C 段和0 A 段（不包括泵内阻力）的管道长与局部阻力当量管长之和+4相等。设摩擦系数入值皆相同，过程定态。求 及 的。0习题4 2 附图解：由“A f B”与“A f C”可列下式EAEc=a V；EA-EB=a VB2 EC-EB=a(VB2-VC2)代入数据：9.81 x(8.0-5.0)=a(V 2-Vc2)即：2 9.4 =a(VB2-VC2).(1)由“O f B”得W=EB+a(VC+VB)2+aVB2代入数据：1 5 0 =9.81 x 5.0+

43、a(VC+VB)2+aVB2即：1 0 1 =a(VC+VB)2+aVB2(2)1 0 1(2)/(1),得 2 9 4 =(VC+VB)2+VB2/(VB2-VC2)=(VC/VB+1)2+1 /1-(VC/VB)2解得：VC/VB=0.3 8 74 3.在“1 0 8 X4 m m 的圆直管内用毕托管测点流速。已知管内流体是平均分子量为3 5的混合气体,压强为2 0 0 m m 乩 0 （表压）,外界大气压为l atm,气温为3 2,气体粘度为0.0 2 cP。在测管轴心处 v 小时，U 形压差计读数R 为 1 0 m m,压差计指示液为水。问：管内气体流量是多少n?/h?解:(0.2 0

44、X1 03 X 9.8 1 +1.0 1 3X1 05)X3 58 3 1 4 x(2 7 3 +3 2)=1.4 3 k g /i n3丫 皿2(p.-p)gR/2(1 0 0 0 1.4 3)x 9.8 1 x 0.0 1 6V 1.4 3=W H m!sR m ax黑 祟 群 至=“7 x 叽 查 得 W=U =0.8 1 x 1 1.9 =9.4 8 z/sj rV=-x 0.12 x 9.4 8 x 3 6 0 0 =2 6 8/444.在内径为50 m m 的圆直管内装有孔径为2 5m m 的孔板，管内流体是2 5c清水。按标准测压方式以U 形压差计测压差，指示液为汞。测得压差计读

45、数R 为 50 0 硒，求管内水的流量。V =X(0.0 2 5)2 X0.6 2 (1 3.6 D;9.8 1 x 0.5=3.3 8 x 1。”,R”4X3.3 8X1 O-3 X9 9 7XK)O O%x 0.0 50 x 0.8 9 3 7=9.6 0 x l()4,?=0 2 5查的C。=0.6 2,原设正确，计算有效。4 5.某转子流量计，刻度是按常压、2 0 C空气实测确定的。现用于测常压下1 5c的氯气，读得刻度为2000已知转子的密度为2 6 0 0 k g/n?,问：氯气流量多少？击 在 1.013X105X71.N.3解：2 1 2=-r =3.0kg/tnc2 8 3

46、1 4 x(2 7 3 +1 5)Vr=2 0 0 0(2600-3.0)1.20=1 2 6 4/A3.0(2 6 0 0-1.2 0)4 6.已知某容器的容积V=0.0 5m：,内储压缩空气，空气密度为8.0 2 k g/n?。如图。在打开阀门时,空气以2 8 5m/s流速冲出，出口面积A=6 5m m 2。设容器内任时刻空气性质是均匀的。外界大气密度为1.2 k g/m3o求打开阀门的瞬时容器内空气密度的相对变化率。解 A -U -pydt=V -p,dp.dp 二 A U。,出 Vpi6 5x 1 0-x 2 8 5x 1.2 _9j 3x1Q,40.0 5x 8.0 2 第二章流体输

47、送机械习题解答1）某盛有液体的圆筒容器，容器轴心线为铅垂向，液面水平，如附图中虚线所示。当容器以等角速度3绕容器轴线旋转，液面呈曲而状。试证明：液面为旋转抛物面。以=。液相内某 一 点P=PQ+4警T（r,z）的压强式 中p为液体密度。解题给条件下回旋液相内满足的一般式为P+P-g z-r2=C（常量）取圆柱坐标如图，当Z=0,r=0,P=P0,V C=P0P心2p+p-gz-r=Po故回旋液体种，一般式为 一 液 面 为P=P。的等压面2 2PCD 2 0)2p-gz-r=0,Z =r2 2 g ,为旋转抛物面H _ 炉 R2 2g7V-R-又%=j Z 2万 r dr =型-r3dr-gp

48、：ho=4 g/.H=2 ho 某 一 点（r,Z）的压强P:,2 ,2 2尸=尸0-Z）2 2 g2）直径0.2 m、高 0.4 m的空心圆桶内盛满水，圆筒定该中心处开有小孔通大气，液面与顶盖内侧面齐平，如附图所示，当圆筒以8 0 0 r pm转速绕容器轴心线回旋，问：圆筒壁内侧最高点与最低点的液体压强各为多少？取圆柱坐标如图，当Z=0,r=0,P=P0,：.C=P0p c o2 2P +P-gz一 一 r=p0故回旋液体种，一般式为 一B点:Z=0,r=R=0.I m,c点:Z=-0.4 m,r=0,I m,Pc-Pn=-p-g Z+-r2=-1 0 0 0 x9.8 1 x(-0.4)+

49、(2 )2 x0.12=3.9 0 x 1 04P a2 2 6 03）以碱液吸收混合器中的C O?的流程如附图所示。已知：塔顶压强为0.4 5 a t （表压），碱液槽液面与塔内碱液出口处垂直高度差为1 0.5 m,碱液流量为1 0 m：/h,输液管规格是65 7 X 3.5 mm,管长共4 5 m（包括局部阻力的当量管长），碱液密度=粘度“=”产，管 壁 粗糙度试求：输送每千克质量碱液所需轴功，J/kg。输送碱液所需有效功率，W o%=+/K g解 P dl1 0/U=_ =1 4 1 m/s(0.0 5 0)2R =0.0 5 0 x1.4 1 x1 2 0 02 xl0-3=423x1

50、()4%=.%0 =4*1 0-3,查得2 =0 0 3%=9.8 1 x 1 0.5 +045x9.81x1()4+1 45+1 6 8 5 y/Ks 1 2 0 0 0.0 5 0 2%=xl2 0 0 xl6 8.5 =5 6 1.7 W N e =Yp s 3 6 0 04）在离心泵性能测定试验中，以2泵汲入口处真空度为2 2 0mm H g,以孔板流量计及U形压差计测流量，孔板的孔径为3 5 mm,采用汞为指示液，压差计读数=850E,孔流系数G =0.63,测得轴功率为i.9 2 kW,已知泵的进、出口截面间的垂直高度差为0.2 m。求泵的效率q。“1.2 X 9.8 1 X 1