天津大学化工原理第二版上册课后习题答案.pdf

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1、大学课后习题解答绪 论1.从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为S I单位。(1)(2)(3)(4)(5)(6)水的黏度 =0.008 5 6 g/(c m-s)密度 p=138.6 kgf s2/m某物质的比热容C k).24 B T U/(lb F)传质系数&=34.2 kmol/(m2-h a tm)表面张力o=7 4 d y n/c m导热系数4=1 kc a l/(m h,)解:(1)本题为物理量的单位换算。水的黏度基本物理量的换算关系为1 kg=1000 g,1 m=100 c m则 =0.008 5 6c m-s100c mI m8.5 6 X 10-4 kg/(m.s)=

2、8.5 6 x 1 O-4Pa.(2)密度基本物理量的换算关系为1 kgfM.8 1 N,1 N=1 kg-m/s2则i3H MI =i350k8/m3(3)从附录二查出有关基本物理量的换算关系为1 B T U=1.05 5 kJ,1 b=0.4 5 36 kg1=-9则cp=0.24BTU l 1.05 5 kjT liblb F 1 1 B T U 0.4 5 36 kg1 F5/9=1.005 kJ/(kg-)(4)传质系数基本物理量的换算关系为1 h=36 00 s,1 a tm=101.33 kPa则K=34.2kmolm2-h-a tmla tm101.33kPa=9.3 7 8

3、x 1 0 kmol/(m2-s-kPa)(5)表面张力 基本物理量的换算关系为1 d y n=lx lO*5N 1 m=100 c m/dyn f l xl O-N Kl O O cm -1 A_2 X T/(T=7 4 -=7.4 x 10 2 N/mc m J|_ 1 d y n J L I m(6)导热系数基本物理量的换算关系为1 kc a l=4.18 6 8 x lO3J,1 h=36 00 s则kc a ll T4.18 6 8 x l03j1|I hm2-h-l lkc a l J|_36 00s=1.16 3J/(m-s-)=1.16 3W/(m-)2.乱堆25 c m拉西环

4、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Hr=3.9/1(2.7 8 X 10-4 G(12.01 D)c(0.304 8 Z。严 必PL式 中 死 一 等 板 高 度，ft；G 气相质量速度，lb/(fPh)；。一塔径，ft；Z0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 液相黏度，c P；L液相密度，lb/足A.B、C为常数,对25 m m的拉西环，其数值分别为0.5 7、-0.1及1.24。试将上面经验公式中各物理量的单位均换算为S I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

5、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=0.304 9m1 lb/(ft2 h)=1.35 6 x 10 kg/(m2-s)(见 1)a量纲为一，不必换算I c p=lx lO_3Pa -s1 =1 W f 1kg Y328 03ft Y 1 60 1 k g/m2ft3 L ft3 J I 2.204 6 1b J L I m)(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

6、面以机为例：则/F=/；=/；x 3-8 03 ft=3.28 03/7；ft ft m同理 G =G7(l.35 6 x 10 3)=7 37.5 GZ0 =3.28 03。Zo=3.28 03Z；4=(以10一3)0 =p l 6.01=0.06 24 6：(3)将以上关系式代原经验公式，得3.28 03%=3.9x 0.5 7(2.7 8 x l()T x 7 37.5 GT(12.01x 3.28 03。产 x(0.304 8 X X 3.28 03Z；)a；%整理上式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即Hf=1.08 4 x 10 4 Ho.205 G 尸（39.4。）Zo，

7、/3”PL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:H z 40%、N2 20%,CO 32%、C02 7%C H%,大气压力为101.3 kPa,试计算气柜满载时各组分的质量。解：气柜满我时各气体的总摩尔数pV(101.3+5.5)x1000.0 x6000,一 ,=J=-mol=246245.4molRT 8.314x313各组分的质量：加 H,=40%XH,=40%x 246245.4 x2kg=197kg%，=20%M,XA7N,=20%x 246245.4x 28kg=1378.9

8、7kgmco=32%n,x Mco=32%x 246245.4x 28kg=2206.36kg加 co,=7%/x A/g,=7%x 246245.4 x 44kg=758.44kg加CH4=X CH4=l%x 246245.4x 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=120kgPx a60+710m3=0.157m/m =+kg/n?=764.33 kg/m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

9、.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=(85.3 xlO3-2 0 x l03)Pa=65.3kPa(2)真空表读数真空度=大气压-绝压=(101.33x 6 -65.3X103)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 ni的孔，其中心距罐底1000 mm,孔盖用14 m m 的钢制螺钉紧固。

10、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101.3X 1()3 Pa)?解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm处的流体压力为2=0+咫/7 =1 0 1.3 x 1 0 3 +9 6 0 x 9.8 1 x (9.5-1.0)P a =1.8 1 3 x l O3P a (绝压)作用在孔盖上的总力为F =(p _ p J 4=a.8 1 3 x l 05-1 0 1.3 x l 0J)x x 0.7 62N=3.6 2 7 x l 04N每个螺钉所受力为F.=3 9.5x 1 0 x -H-0.0 1 42N =6.0 9 3 x 1 03N14因此

11、n=F1F、=3.6 2 7 x 1 0 /(6.0 9 3 x N =5.9 5=6 (个)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&=50 0 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PA=2本 8 尺 3 +P求 g&2 =(1 0 0 0 x 9.8 1 x 0.1 +1 3 6 0 0 x 9.8 1 x 0.0 8)P a =1.1 6 5x l 04P a (表)(2)8点的压力PB=PA+

12、/M4=(1.1 6 5x 1 04+1 3 6 0(X 9.8 l x O.5)P a =7.8 3 6 x 1 04P 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，读数尺=1 0 0mm,力=8 0 0 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 0 1.3 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习题6附图根据流体静力学基本方程式，PN=PK则 P+P，kgh+P,kgR=PaP=P0-p g h-p*g R=(101.3 x IO3-1000 x

13、9.8x0.8-13600 x9.8x0.1)Pa=80.132kPa7.某工厂为了控制乙快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：0Rg/7=13.3h=3g)=l 33x10(100ft9.m=136n流体流动概述8.密度为1800 kg/n?的某液体经一内径为60 mm的管道输送到某处，若其平均流速为0.8 nV 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/Or?s)。解：八=uA=u d2=

14、0.8 x x 0.0 62 x3600m3/s=8.14m7hit 3 14w=uAp=u-d-p =0.8 x x 0.062 x 1000 kg/s=2.26 kg/s44G=up=0.8 x 1000 kg/(m2-s)=800 kg/(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/min。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 时，p-1069kg/m3,/=2.50 xl()-Pa-sJ =1.5cm=0.015mwb=10/(60 x7t/4

15、x0.0152 xI069)m/s=0.882m/sRe=也&=0.015 x 0.882 xl069/(2.5 X 1O-3)=5657 故为湍流。(2)用物理单位计算p=1069 g/cm 3,4 =0.025 g/(cm.s)d=1.5cm,uh=88.2c m/sRe=1.5x 88.2 x 1.069/0.025=5657A10.有一装满水的储槽，直 径 1.2 m,高 3 m。现山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劭与槽内水面高度z 的关系为：%=0.62 J2zg试 求 算（1）放 出1 n?水所需的时间（设水的密度为1 0 0 0 k g/m

16、3）；（2）又若槽中装满煤油，其它条件不变，放 出1 m，煤油所需时间有何变化（设煤油密度为8 0 0 k g/n?）?解：放 出I n?水后液面高度降至z/,则z,=z.-!-=（3-0.8 8 4 6）m=2.1 1 5 m0 0,7 8 5 X 1.22由质量守恒，得w_w+也=0，“=0 （无水补充）2 d e吗=put=0.62pA042g z（4为小孔截面积）M =pAZ（A为储槽截面积）故有 0.6 2 p 4 J 2 g z+=0即-fi=-Q 62 殳 da匹 A上式积分得 9 =（J _）（z，/2_ V 2）062折4=-,（3,/2-2.1 1 51/2）s=l 2 6

17、.4 s=2.1 m i n0.6 2 4 2 x9.8 1（0.0 4）1 1.如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7 m,水从0 1 0 8 mmX4 mm的管道中流出，管路出口高于地面1.5 m。已知水流经系统的能量损失可按E 产5.5/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）截面处水的平均流速；（2）水的流量（n?/h）。解：（1）4-4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g 4 +；“：,+a=g z?+；晨+乙+Z 42 p 2 p（1）式中 zi=7 m,的1 0，Pi=0 （表压）Z2=1.5 m,p2=0（表

18、压），如2=5.5 2代 入 式（1）得9.8 1 x7 =9.8 1 x1.5 +吴+5.5*ub=3.0 m/s(2)水的流量(以n?/h计)匕=N=3.0 x 笞 x(0.0 1 8-2 x 0.0 0 4)2=0.0 2 3 5 5 m3/s=8 4.7 8 m3/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 mmX 2.5 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

19、(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 48 两截面之间列机械能衡算方程gz1+；%+=gz:+；+乙+2总2 P 2 p式中 zi=Z2=0,wbl=3.0m/sWb2圉畸震)m/s=1.232m/sL Af=1.5 J/kgP-P1 uK=7+Z 4 =r 232 2一 空+1.5)J/kg=-0.866J/kg故 .L-1=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 a 流体密度为800 k g/n A

20、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。68 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A/和 截 面 之 间 列 柏 努 利 方 程 式，得出+,+gZ|+%=+g+g Z 2+Z 仅p 2 p 2px=1.0133xl05Pa；p2=1.21xlO5Pa；Z2-Z,=8.0m；九=70 J/kgV V 20/3600/八u2=-=-m/s=1.966 m/sA-d1 把 x(0.068-2x0.004)24 4习 题 13附图2 2W =(1.2 1-1.0

21、 1 3 3)x l 05 1.9 6 62 no on”-+-+9.8 x 8.0 +7 08 0 02=(2.4 6+1.9 3+7 8.4 +7 0)J/k g=1 7 5 J/k gM =2 0/3 6 0 0 x 8 0 0 x 1 7 3 W =7 6 8.9 WJ/k g1 4.本题附图所示的贮槽内径D=2 m,槽底与内径d0为3 2 mm的钢管相连，槽内无液体补充，其初始液面高度h 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 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=P K+

22、2 de(1)忆=0，叫以P(2)将式A M Ti dh-=D p（2）,（3）代 入 式（1）得T t ，2 万八2 d“八-dp +-D p-,D.d h人 +（7）ka0 a d在贮槽液面与管出口截面之间列机械能衡算方程(3)(4)即即或写成乡+与+2=g z#与+上+船2 P 2 p2 2g，7 =3+Z 4 =+2 0 z=2 0.5；,2 0.5 ,h =-u-9.8 1 b人=0.6 9 2新(5)式（4）与 式（5）联立，得“9 2筋+（喘喘=。即-5 6 4 5&=d dyhi.c.积分得0=0,h=h =2 m；0=6,=l m0=-5 6 4 5 x 2 1 1 -2叫=

23、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 m，且疣 M，流道长度为乙 两端压力降为切，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by o,可近似认为两板无限宽，故有?=上（-2yb）=-y2bLi L（2）将牛顿黏性定律代入（1）得duT=-U dydu A p4-=ydy L上式积分得(1)*V+C (2)2HL边 界 条 件 为y=0,=0,代 入 式(2)中，得 C=

24、-C=-y l2 心因此=a L(y 2 ；)(3)2/A(3)当尸,片m a x故有 m aIlxl dX=-c y y*o*U2/JL再 将 式(3)写成l-g）2（4）L 乂 根据b 的定义，得4=加/=2皿1弋）2成。21 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*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）u=u 1 （）2=2/1 （-）2（1）L彳 L彳 当 W=b 时,由 式（1）得解 得 尸=0.70 74由管壁面算起的距离为y =彳=彳0.70 7彳=0.2 9

25、3,;（2）由丁 =一 包 对 式（1）求导得dr故 2=2/伽.=4 b/(3)r2 r2在管中心处，r=0,故 r=0 1 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/、1/7m a x I R)试计算管内平均流速与最大流速之比/1 r aX。=则r =R(l-y)=+f 严，恤 2 兀 。一 y)Ay=2 侬/(严-)d y =0.8 1 7wm a x1 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m=p h,或p=九二*a 2Z 色=

26、(公 邑)四)2式中 A =2 ,必=(二)2=4丸 wb l d2因此 孕1 =今(2)(4户 3 2，工 隔4 4又 由 于 7=2当R e0-2 5(也 产 2 5=(.4%严=(2 Xa 网2 4 即2故=3 2 X 0.8 4=2 6.9：-)0 2 5=(0.5),2 5=0.8 411 9.用泵将2 X 1 0 4k g/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2 5.9 X I O?p a 的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为0 76 m m X 4 m m的钢管，总长为3 5 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

27、头。反应器内液面与管路出口的距离为17 m。若泵的效率为0.7,求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073 k g/n?,黏度为6.3x l O P a-S o 管壁绝对粗糙度可取为0.3 m m。）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，以截面1-1.为基准水平面，得g 4+华+且+吠 隹+学+乙+地2 P 2 p式中 Z|=0,ZT=1 m,z/hi O习 题 19附图(1)人22xl 04“3600 x0.785x0.068 x10734m/s=1.4 3m/spi=-25.9X 103P a (表)，夕 2=0(表)将以上数据代入式(1),并整理得叱=g(z

28、)+乎+功.2 P=9.81 X 17+”J 25.9x10、+4=192.0+九2 1073 4 乙 其中5=+空4+2?）竽&=皿=40.068x1,4 3x1073=l6 5 6 x 1q50.63x1 O 3e/d=0.0044根据R e 与 e/d 值，查得2=0.03,并山教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为闸 阀（全开）：0.4 3X 2 m =0.86 m标准弯头：2.2X 5 m=l 1 m故/7f=(O.O 3X35+0.86+11+0 5+4)14 30.0682J/k g=25.74 J/k g于是 匕=(192.0+25.74)J/k g=217.7 J/k g泵的

29、轴功率为,217.7x2x10、，N=W w/n=-W=1.73k Ws c 3600 x0.7流体输送管路的计算习题20附图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 m m 的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端1 5 m 处安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 m。(1)当闸阀关闭时,测得R=600mm、a=1500 m m；当闸阀部分开启时，测得R=4 00mm、6=14 00 m m。摩擦系数2 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

30、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P a (表压)。(闸阀全开时2心15,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1-r 与测压点处截面2-2间列机械能衡算方程，并通过截面2-2-的中心作基准水平面，得gz,+与+R=g z/4+必+Z*(a)2 p 2 p式中“=0(表)p2=pUig R-pU Mg R=(13600 x9.81x 0.4 -1000 x9.81xl.4)P a =39630P a (表)Z，b2=。，Z2=0Z|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pHg(Z+h

31、)=PHggR(b)式中 h=l.5 m,7?=0.6 m将已知数据代入式(b)得_ _(13600 x0.64 -1000-1.5 m =6.66m弓+=2.13d=(0.0 25 x 1+0.5)q =2.13”；将以上各值代入式(a),即9.8 1 X 6.6 6=+3理+2.132 10 0 0解得 wb=3.13m/s水的流量为 匕=36 0 0：/%=(36 0 0 x 0.7 8 5 x 0.12 x 3.13)m 7 s =1.43m/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2 P 2 p式中 z

32、j=6.6 6 m,Z 3=0,孙尸0，pi=p3I%+或)4=10025(-+15)+0.5 径=4.81”；d 2|_ 0.1 J 2将以上数据代入式(c),即9.81X 6.66=%./g=6m (题给)Pg即 工=处K =6 X 9.81 J/kg=58.56 J/kg-d 2(a)4陋空=0.0106犷6 0 x-(/24将“b代 入 式(a),并简化得5=2.874x10 7 九(b)4 与 R e及 e/d有关，采用试差法，设 2=0.021代 入 式(b),求出力0.0904m。下面验算所设的A值是否正确：e/d=0.05x10-/0.0904=0.000553ub=0.010

33、6,0.09042 m/s=L3m/s10 水物性山附录查得片 1000 kg/n?,=i30.77Xl(y5Pa-sRe=c/wbp/0.0904x 1.3x1000Q/(l 30.77 xl0-5)=8.99x104由 e/d 及 R e,查得 2=0.0 21故 d=0.0 9 0 4m =9 0.4m m2 2.如本题附图所示，自水塔将水送至车间，输送管路用例1 4 m m x 4 m m 的钢管，管路总长为19 0 m（包括管件与阀门的当量长度，但不包括进、出口损失）。水塔内水面维持恒定，并高于出水口 15 m。设水温为12 C,试求管路的输水量解:在截面1-1和截面2-2之间列柏努

34、利方程式,得2 2p 2 p 2习题22附图/?,=1.0 133x l 05P a；p2=1.0 133x l 05P a；Z2-Z=15.0 m；产 0半=g(4-Z?)-Z4 =9.8 x 15-4 杉+y+”=29 4_ I 29 4-%-(17 9 2.45 9 +1.5)采用试差法，假设2 =2.5 7 m/sJ).106X2.57X999.8=2 19 /32、4,*=(7)b 8 J，既/B=(五)Ub.B C将 式(e)代 入 式(b)得Z11 h ft/初b=23.15x0.5w?RC=11.58；月 DJJC t),Z C将 式(f)、(d)代 入 式(b),得=1 1.

35、58：BC+586 嗑。=17.44 嗑 bc=b,Bc，并以E 每值代入式(a),解得b,BC=2.45 m/s(a)(b)(c)(d)(e)(f)兀故 c=3600X-X 0.0322 X 2.45 m3/h=7.10 m3/h4（2）当所有阀门全开时，两支管的排水量根据分支管路流动规律，有+争 自+功.庆.=%+春+黄 2%.两支管出口均在同一水平面上，下游截面列于两支管出口外侧，于是上式可简化为。以=仅 士 尹+品1 2 5=(0.0 3 x-+l0.0 3 2皿=（急+D竽=侬9.2，+0.5）嗑。将值代入式C）中，得6.3 6：8 c=(2 6 9.2 2+0.5)；8O（b）分支

36、管路的主管与支管的流量关系为 力 8 b X6 =d Bcb.BC+BDUb、8。0.0 3 8 2%=0.0 3 22wbBC+0.0 2 6 S/b B D上式经整理后得=0.7 0 8 wb+0.4 6 9 b,8 o （c）在截面1 .与C-C同列机械能衡算方程，并以G C 为基准水平面，得g 4+,+g%+与+3+2/1 f（d）上式中 z i=l l m,z c=0,b i七0，Wb,c 0上式可简化为+=1 0 7.9 J/k g刖已算出 价=2 3.1 5；/月 Z4M=6.36ZM因此 2 3.1 5 L+6.3 6 嗑c =1 0 7.9在 式（b）、（C）（d）中,b/5

37、、b,8 C、b网）即2均为未知数，且丸又为b网）的函数，可采用试差法求解。设b,6 o=L 4 5 m/s,贝IJ_ ./0.2 6 x 1.4 5 x 1 0 0 0 ._ _A A,0.1 5 八3。Re=如b夕/4 =-xi0-3-=3 7 7 0 0 e/d=0.0 0 5 8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 z/；力。=（2 6 9.2 x 0.0 3 4 +0.5）x l,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 X1.7 9 +0.4 6 9 x 1

38、.4 5)m/s=1.9 5 m/s将be 外品值 代 入 式 左侧，即2 3.1 5 x l.9 52+6.3 6 x 1.7 92=1 0 8.4计算结果与式(d)右侧数值基本相符(1 0 8.4 1 0 7.9),故 W.B D 可以接受，于是两支管的排水量分别为KBC=3 6 0 0 x ；x 0.0 3 22 x 1.7 9 m /h =5.1 8 m /hKBC=3 6 0 0 x；x 0.0 2 62 x 1.4 5 m3/h =2.7 7 m3/h2 4.在内径为3 0 0 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2 0 ,真空度为50 0 P a,大气压力为

39、9 8.66X1()3 P a。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 k g/n?和 9 9 8 k g/m 3,测得的读数为1 0 0 mm。试求空气的质量流量(k g/h),解：AP=(/?A-pc)g 7?=(9 9 8-835)x 9.8 x 0.IP a =1 59.74P a查附录得，2 0 ,1 0 1.3 k P a 时空气的密度为1.2 0 3 k g/n?,黏度为1.81 x l(y 5p a.s,贝 l j 管中空气的密度为p =1.2 0 3 x 98北 3。5 k g/m，=1.1 66 k g/m3“max=J 型=J

40、2 x 1 59.74/1.1 66 m/s=1 6.55 m/sRe0.3x 1 6.55x 1.1 661.81 X1 05二 d%P=3.1 9 8x 1 0$查 图 1-2 8,得=0.85maxu=0.85曲=0.85 x 1 6.55 m/s=1 4.0 7 m/sW.=1 4.O 7x O.785x O.32x l.l 66k g/h =1 1.1 59 k g/h P2 5.在0 3 8 m m x 2.5m m 的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为1 6.4 mm,管中流动的是2 0 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

41、甲苯。现测得U管压差计的读数为60 0 mm,试计算管中甲苯的流量为多少(k g/h)?解：已知孔板直径4=1 6.4 mm,管径4=33 mm,则4/4 =(4/4)2 =(0.0 1 64/0.0 33)2 =0 2 47设ReRe。,由教材查图1-30 得 C=0.62 6,查附录得2 0 甲苯的密度为866 k g/n?,黏度为0.6X 1 0-3P a s,甲苯在孔板处的流速为。二Q产尸=0.62 6产巫耍匹西m/s=8.2 4m/sj r甲苯的流量为 匕=360 0。4/?=360 0 x8.2 4x-x 0.0 1 642 k g/h =542 7k g/h检 验 双 值，管内流

42、速为bl1 6.4 3-I x 8.2 4m/s=2.0 4m/s八 ,0.0 33x 2.0 4x 866 小 oRe d,p U=-=9.72 x 1 0 Rec,0.6x10-3 c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 8Xl(y 3m 3/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,管径为。m,蜂蜜的流动特性服从幕律.。恃密度=1 2 50 k g/n?,求泵应提供的能量(J/k g),解：在截面1-1 和截面2 -2 之间列柏努利方程式,得A+.+gz1 +=-+-+g Z2+/7rpx=1.0 1 33x l 0sP a；p2=1.

43、0 1 33x l 05P a；Z j-Z,=6.0 m；“产 0 ；2 0%=g(z?-4)+2%=9.8x 6-%/+生=5 8.8 T里d 2/、26.2 8x l”0.1；【4 J2=58.8-642A=64K3 +14w n-2I -8-1=64x 0.0 5 x1 pdn3x 0.5+14x 0.5 5 N Q0.5-2UU g0.5-l1 2 5O XO.10 5=3.2 x l 2.50-50.8-1 51 2 501 39 88 5=3.2X3.54X-x 0.354=0.0 0 451 2 50Wc=58.8-64/1 =(58.8-6 4 x 0.0 0 45)J/k g

44、 =58.5 IJ/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 m 3/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8 1 0 k g/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）。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H=K+Bq：由于启动离心泵之前PA=PC,于是K

45、 =A Z +包=0Pg则 H=Bq：又 乩=3 8 mB=3 8/（3 9）2 h2/m5=2.5 X 1 0-2 h2/m5则 上=2.5 x1 0%；（央的单位为m3/h）（2）输油管线总长度d 2 g m/s=1.3 8 m/s于是Au2 x9.8 1 x0,1 x3 80.0 2 x1.3 82m=l 9 6 0 m2.用离心泵（转速为2 9 0 0 r/mi 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 0 k P a 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 kW。泵吸入管和排出管内径均为8 0 m m,吸 入

46、 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 ,9 8.1 k P 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=g 4 +a+，+P L将有关数据代入匕式并整理，得3.5M.2=60X10-2.5X9.81=35.481000ux=3.184 m/s贝 ij X 0.082 x 3.184 x 3600)m3/h=57.61 m3/h(2)泵的扬程H=H i+2 +0 =（3）泵的效率=(60+220)x1()3

47、0 51000 x9.81,m=29.04m出 叱=29.04X57.61X 1000X9.81X1 Q()%=6 8%1000P3600 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：4=57.61 n?/h 27=29.04 m 尸=6.7 kW（1）改送果汁改送果汁后，q,不变，P

48、 随p 加大而增加，即（1220AP/=P =6.7x1.22kW=8.174kW11000J（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义()m3/h=51.85 m3/h斤=2904x(丝m=23.52m12900JP=6.7 x(kW=4.884kW12900J4.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 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，

49、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Pg=(4+5+%)6 4 x1 0?1 0 0 0 x9.8 1=q+0.6 1 +2.4Hg=3.5 i 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 _(NPSH)_Hf,=(1 0 0-15-7 3 3)X 103-(3.5 +0.5)-2.4 1 m=2.3 1 mg p g f(w 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

50、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.=HS-H g =(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