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 之 化 工 原 理（上 卜 天 津 大 学 化 工 学 院-柴 诚 敬 主 编 0 9化 工 2 班 制 作 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)水 的 黏 度“=0.00856 g/(cm-s)(2)密 度 p=138.6kgf s2/m4(3)某 物 质 的 比 热 容 C尸 0.24BTU/(lb，F)(4)传 质 系 数 KG=34.2 kmol/(m2，h，atm)(5)表 面 张 力 7=74 dyn/cm(6)导 热 系 数 4=1 kcal/(m，h，)解：本 题 为

2、 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=1000g,1 m=100 cm（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 kg，：lkSmZs2=i350kg/m3m J|_ lkgf J|_ IN（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 kglF=-9则 0.24BTU 1.055kJ 11b 1 FlbF 1 1BTU 0.4536kg JL 5/9=1

3、.005kJ/(kg-)(4)传 质 系 数 1 h=3600 s,基 本 物 理 量 的 换 算 关 系 为 1 atm=101.33 kPa则=34.2latm101.33kPa=9.378x1()7 kmol/(m2-s-kP a)（5）表 面 张 力 基 本 物 理 量 的 换 算 关 系 为 1 dyn=lxl0 5N 1 m=100 cm则=7 4r M F I X IO N T 100cm-cm J|_ Idyn Im _=7.4x10-2 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 _ T

4、 kcall T 4.1868x101|_m2-h-l IkcalIh3600s=1.163J/(ms)=1.163 W/(m.)2.乱 堆 25cm拉 西 环 的 填 料 塔 用 于 精 饿 操 作 时，等 板 高 度 可 用 下 面 经 验 公 式 计 算，即“E=3.9Z（2.78 x 10 G（12.01。厂（0.3048Z。严 丝 LP i式 中 H E 等 板 高 度，ft;G气 相 质 量 速 度，1b/（代 2%）；。一 塔 径，ft；Zo每 段（即 两 层 液 体 分 布 板 之 间）填 料 层 高 度，ft；a一 相 对 挥 发 度，量 纲 为 一；L-液 相 黏 度，CP

5、；PL液 相 密 度，lb/田 4、B、C 为 常 数，对 25 m m 的 拉 西 环,其 数 值 分 别 为 0.57、-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 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。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

6、，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）=1.356xl0-3 kg/（m2-s）（见 1）a 量 纲 为 一，不 必 换 算 lcp=lxlO Pa s 也 丫 1 k g 1 1、6.011 咖 2ft3 Lft3 JI 2.20461b JI Im J（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 面

7、以，E 为 例：则 E=巴=2 巴 x 2%=3.2803%ft ft m同 理 G=G7(1.356 X 10-3)=737.5G0=3.2803。Zo=3.2803Z；/L=K/(1X 10-3)PI=X/16.01=0.06246X(3)将 以 上 关 系 式 代 原 经 验 公 式，得 3.28037/；=3.9X 0.57(2.78X 107X 737.5G T(12.01X 3.28030/)X(0.3048 x X3.2803Z；)l/3f a靠;翁)整 理 上 式 并 略 去 符 号 的 上 标，便 得 到 换 算 后 的 经 验 公 式，即 HE=1.084 x 1 OY Z

8、（0.205G）m（39.4。产 Z0V 3 必 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%,C O 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 载 时 各 气 体 的 总 摩 尔 数 p V(101.3+5.5)x1000.0 x6000,n-mol=246245.4mol

9、RT 8.314x313各 组 分 的 质 量：%,=40%,x/%,=40%x 246245.4x2kg=197kg%,=20%M,xA fN,=20%x 246245.4x28kg=1378.97kgmc o=32%,x H o=32%x 246245.4x 28kg=2206.36kgmCOi=7%x M g 2=7%x 246245.4x 44kg=758.44kg加 CH4=X CH4=l%x 246245.4x 16kg=39.4kg2.若 将 密 度 为 830 k g/n?的 油 与 密 度 为 710 k g/n?的 油 各 60 k g混 在 一 起，试 求 混 合 油 的

10、 密 度。设 混 合 油 为 理 想 溶 液。解:mt-+m2-(60+60)kg=120kg匕=匕+匕 m.m,=+=P Pi(60=0.157m3Pm=+=y k g/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 101.33 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

11、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 l 03)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 k g/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 n i的 孔，其 中 心 距 罐 底 1000 mm,孔 盖 用 14 m m的 钢

12、 制 螺 钉 紧 固。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 101.3X1()3 Pa)?解：由 流 体 静 力 学 方 程，距 罐 底 1000 m m处 的 流 体 压 力 为=p+/7=101.3xltf+960 x9.81x(9.5-1.0)Pa=1.813xl03Pa(绝 压)作 用 在 孔 盖 上 的 总 力 为 F=(p _ p)A=Q.813X 10-101.3X 10,)X X0.762N=3.627X 104N每 个 螺 钉 所 受 力 为 7TF=39.5xl0 x-i-0.0142

13、N=6.093xl0,N14因 此=尸/4=3.627X 10t/(6.093x 105)N=5.95=6(个)习 题 4 附 图 习 题 5 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 4=500 mm,&=8 0 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&=100mm。试 求/、8 两 点 的 表 压 力。解：（1）/点 的 压 力 P A=pg/?3+P 走 gA2=（1000

14、 x 9.81 x 0.1+13600 x 9.81 x 0.08）Pa=1.165x 104Pa（表）（2）8 点 的 压 力 外=4+。才 期=（1.165x10+13600 x9.8lxO.5）Pa=7.836x 104Pa（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 火=100mm,/?=800 m m 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

15、 力 为 101.3 kPa,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根 据 流 体 静 力 学 基 本 方 程 式，PA=P A，则 P+P水 gh+PmgR=P aP=P p K g h-P g R=(101.3 x 103-1000 x 9.8 x 0.8-13600 x 9.8 x 0.1)Pa=80.132kPa7.某 工 厂 为 了 控 制 乙 块 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

16、 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：0kg/?=13.3h=13.3/(p4.g)=13.3x1000/(1000 x9.8)m=1习 题 7 附 图 流 体 流 动 概 述 8.密 度 为 1800 kg/n?的 某 液 体 经 一 内 径 为 60 m m的 管 道 输 送 到 某 处，若 其 平 均 流 速 为 0.8 m/s,求 该 液 体 的 体 积 流 量(n?/h)、质 量 流 量(k g/s)和 质 量 通 量 kgn?s)。解：儿=

17、0.8 x x 0.0 62x3600m 7s=8.14m 7hjr 3 4W s=Z p=w jd 2=0.8x 号 x 0.062 x 1000 kg/s=2.26 kg/sG-u p-0.8 x 1000 kg/(m2 s)=800kg/(m2-s)9.在 实 验 室 中，用 内 径 为 1.5 c m的 玻 璃 管 路 输 送 20 的 70%醋 酸。-知 质 量 流 量 为 lO k g/m in,试 分 别 用 用 S I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 S I单 位 计 算 查 附 录 70%醋 酸 在 20

18、 C 时，p=10 6 9 k g/m=2.5 0 x 1 0-Pa-sd=1.5cm=0.015mub=10/(60 x 7t/4x 0.0152 x 1069)m/s=0.882 m/sRe=也 g=0.015x 0.882 x 1069/(2.5 x 10 7)=5657 故 为 湍 流。(2)用 物 理 单 位 计 算/7=1069g/cm3,/z=0.025g/(cm-s)d=1.5cm,ub=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 由 槽 底 部 的 小 孔 向 外

19、排 水。小 孔 的 直 径 为 4 c m,测 得 水 流 过 小 孔 的 平 均 流 速 o与 槽 内 水 面 高 度 z 的 关 系 为：%=0.62yf2zg试 求 算(1)放 出 I n?水 所 需 的 时 间(设 水 的 密 度 为 1000 kg/m3)；(2)又 若 槽 中 装 满煤 油，其 它 条 件 不 变，放 出 In?煤 油 所 需 时 间 有 何 变 化（设 煤 油 密 度 为 800kg/n?）?解：放 出 In?水 后 液 面 高 度 降 至 为，则=z0-=（3-0.8846）m=2.115m 0.785X1.22由 质 量 守 恒，得 卬 _叫+。=0，W|=0

20、（无 水 补 充）-dew?=p 4 4=0-62p4&记（4 为 小 孔 截 面 积）M=pAZ（A 为 储 槽 截 面 积）故 有 0.623。J2gz+=0即=-0.62 A上 式 积 分 得。=2 _（W）（z 7 _ zf）0.62四 4=-广（31/2-2.1151/2）s=l 26.4s=2.1min0.6272x9.8110.04；11.如 本 题 附 图 所 示，高 位 槽 内 的 水 位 高 于 地 面 7 m,水 从 0108 m m X 4 m m 的 管 道 中 流 出，管 路 出 口 高 于 地 面 1.5m。已 知 水 流 经 系 统 的 能 量 损 失 可 按

21、E/7（=5.5V2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）A 4 截 面 处 水 的 平 均 流 速；（2）水 的 流 量（n?/h）。解：（1）A 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 2 P 2 p（1）式 中 Z=l m,bi。，“=0（表 压）Z2=1.5 m,p2=0（表 压）,b2=5.5.代 入 式（1）得 9.81x7=9.81x1.5+g；2+5.5；2人=3.0m/s(2)水 的 流 量(以 n?/h计)匕=b

22、2Z=3.0 x?x(0.018-2x0.004y=0.02355 m 7s=84.78 m 7 h习 题 11附 图 习 题 1 2附 图 12.20 C的 水 以 2.5 m/s的 平 均 流 速 流 经 038 mmX2.5 m m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(以 m

23、 m计)，并 在 本 题 附 图 中 画 出 两 玻 璃 管 中 水 面 的 相 对 位 置。解：在 4 8 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

24、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 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

25、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 1 3附 图 2 2z(1.21-1.0133)xl05 61.966,n o o n,(5)6=-5645x2l-2 叫=4676s=1.3h动 量 传 递 现 象 与 管 内 流 动 阻 力 15.某 不 可 压 缩 流 体 在 矩 形 截 面 的 管 道 中 作 维 定 态 层 流 流 动。设 管 道 宽 度 为 b,高 度 忆 e=L-8-0-

26、0-+-2-+9.8x8.0+70 JJ/kg=(2.46+1.93+78.4+70)J/kg=175 J/kgM=20/3600 x800 x173 W=768.9W14.本 题 附 图 所 示 的 贮 槽 内 径。=2 m,槽 底 与 内 径 4）为 32 m m 的 钢 管 相 连，槽 内 无 液 体 补 充，其 初 始 液 面 高 度 瓦 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 6 尸 20 J 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

27、m时 所 需 的 时 间。解：由 质 量 衡 算 方 程，得“，r dA/(1)忆=0,匕=%：4 0(2)d M 7C 7 田 7=_ D“P 60 4 60(2),(3)代 入 式(1)得 d：u,p-Dp=04 w 4 尸 d。Q、dh 八(3)将 式（4）d；在 贮 槽 液 面 与 管 出 口 截 面 之 间 列 机 械 能 衡 算 方 程 乡+冬+且=/+生+旦+2 用 2 p 2 p2 2即 g，=及+Z 4=+20w：=20.5”；或 写 成 让 科 9.81M=0.692靠 式（4）与 式（5）联 立，得 0 6 9 2 M（康 嚼=。即.5645*血 i.c.0=0,h=h=

28、2 m；9=0f h=m积 分 得2为，且 6）如 流 道 长 度 为 乙 两 端 压 力 降 为 电，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 byo,可 近 似 认 为 两 板 无 限 宽，故 有 1 z.x Az?7=(-Ap-2)心)=ZbL L(2)将 牛 顿 黏 性 定 律 代 入(1)得 duT-U.dydu Ap4-=ydy 上 式 积 分 得(1)=?+C（2

29、）2姓 边 界 条 件 为 尸 0,=0,代 入 式（2）中，得 C=-C=2 y；2/L因 此=组（/；）（3）（3）当 尸 见，W=2/max故 有 max=一 _-y02/JL再 将 式（3）写 成 1-（3（4）L 乂 根 据 b的 定 义，得 口 必=；口 皿 1一（上）必=，2A JJa A JJa y0 J 316.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 0.293八 处，其 中 八 为 管 内 半 径；（2）剪 应 力 沿 径 向 为 直 线

30、分 布,且 在 管 中 心 为 零。(1)当 tl=Ub时，由 式（1）得 解 得 r=0.7070由 管 壁 面 算 起 的 距 离 为 y=4 r=4 0.707，；=0.293/(2)由 丁=一 包 对 式（1）求 导 得 drd _ 2、故 7=组=生 沁 r2 r2在 管 中 心 处，r=0,故 T=0。17.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 试 计 算 管 内 平 均 流 速 与 最 大 流 速 之 比/“mx。令 1-=y,则 r=R(l-y)=M=+f 严 皿 2nR2(l-y)dy=2侬/(严 一 产)

31、dy=0.817wmax18.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 或 4=M/p=2a 2举=（冬 件）（与 2一 4 2 bl式 中 A=2,&=（位）2=4&wb i 2因 此 Z L=（4）（2）（4）2=32 4刀 4 4又 由 于 0.316Re025A=4=（出 严=（必 如 严=（2X_L严

32、5=（0.5）025=0,8414 Rei d2Uh2 4故=32X0.84=26.919.用 泵 将 2X104kg/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 25.9X IO?pa的 真 空 度，高 位 槽 液 面 上 方 为 大 气 压。管 道 为 076 m m X 4 m m的 钢 管，总 长 为 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 m。若 泵 的 效

33、 率 为 0.7,求 泵 的 轴 功 率。（已 知 溶 液 的 密 度 为 1073 kg/n?,黏 度 为 6.3x lOPa-So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 g4+华+且+吠 隹+学+乙+地 2 P 2 p式 中 Z|=0,ZT=1 m,z/hiO习 题 19附 图(1)人 22xl04“3600 x0.785x0.068x10734m/s=1.43m/spi=-25.9X 103Pa(表)，夕 2

34、=0(表)将 以 上 数 据 代 入 式(1),并 整 理 得 叱=g(z)+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=40.068x1,43x1073=l 6 5 6 x 1q50.63x1 O3e/d=0.0044根 据 Re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）：0.43X2 m=0.86 m标 准 弯 头：2.2X5 m=l 1m故/7f=(O.O3X35+0.86+11+0 5+4)1430.0

35、68 2J/kg=25.74J/kg于 是 匕=(192.0+25.74)J/kg=217.7 J/kg泵 的 轴 功 率 为,217.7x2x10、，N=W w/n=-W=1.73kWs c 3600 x0.7流 体 输 送 管 路 的 计 算习 题 20附 图 20.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

36、 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=400mm、6=1400 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 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 2 心 15,摩 擦 系 数

37、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=pUigR-pU MgR=(13600 x9.81x 0.4-1000 x9.81xl.4)Pa=39630Pa(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

38、方 程 知 pHg(Z+h)=PH ggR(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=(0.025x1+0.5)q=2.13”；将 以 上 各 值 代 入 式(a),即 9.81 X6.66=6+沙 吧+2.13 见 2 1000解 得=3.13m/s水 的 流 量 为 匕=3600：/%=(3600 x0.785x0.12 x3.13)m7s=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-

39、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 zj=6.66 m,Z3=0,孙 尸 0，pi=p3I%+或)4=10 0 2 5(-+15)+0.5 径=4.81”；d 2|_ 0.1 J 2将 以 上 数 据 代 入 式(c),即 9.81X6.66=%./g=6 m(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，

40、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=0.05x1()7/0.0904=0.000553ub=0.0106,0.09042 m/s=L3m/s10 水 物 性 山 附 录 查 得 片 1000 kg/n?,=i30.77X l(y5Pa-sRe=c/wbp/0.0904x 1.3x1000Q/(l 30.77 xl0-5)=8.99x104由 e/d 及 Re,查 得 2=0.021故 d=0.0904m=90.4mm22.如 本 题 附 图 所 示，自 水 塔 将 水 送 至 车 间，输 送 管 路 用 例

41、14mmx4mm的 钢 管，管 路 总 长 为 190 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 15m。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 利 方 程 式,得 2 2p 2 p 2习 题 22附 图/?,=1.0133xl05Pa；p2=1.0133xl05Pa；Z2-Z=15.0m；产 0半=g(4-Z?)-Z 4=9.8x15-4 杉+y+”=294_ I 294-%-(1792.459+1.5)采

42、用 试 差 法，假 设 2=2.57m/s J).106X 2.57X 999.8=2 19105 124.23x10 5取 管 壁 的 绝 对 粗 糙 度 为 0.2 mm,P0 7则 管 壁 的 相 对 粗 糙 度 为 二=-0.0019d 106查 图 1-22,得 A=0.024代 入 式(1)得，2=2.57 m/s(1)故 假 设 正 确，%=2.57m/s管 路 的 输 水 量 K=w2=2.57xx(0.114-2x0.0042)x3600m7h=81.61m3/h23.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 8

43、c 与 8。两 支 管 排 出，高 位 槽 液 面 与 两 支 管 出 口 间 的 距 离 均 为 W.A B 管 段 内 径 为 38m、长 为 58 m：B C 支 管 的 内 径 为 32 m m、长 为 12.5 m；8。支 管 的 内 径 为 2 6 m m、长 为 1 4 m,各 段 管 长 均 包 括 管 件 及 阀 门 全 开 时 的 当 量 长 度。4 8 与 8 c 管 段 的 摩 擦 系 数 几 均 可 取 为 0.03。试 计 算（1）当 8。支 管 的 阀 门 关 闭 时，8 c 支 管 的 最 大 排 水 量 为 多 少（0?小）；（2）当 所 有 阀 门 全 开

44、时，两 支 管 的 排 水 量 各 为 多 少（m3/h）?（8。支 管 的 管 壁 绝 对 粗 糙 度，可 取 为 0.15m m,水 的 密 度 为 lOOOkg/n?,黏 度 为 O.OOlPa-s。）解：（1）当 8。支 管 的 阀 门 关 闭 时，8 c 支 管 的 最 大 排 水 量 在 高 位 槽 水 面 i-r 与 8 c 支 管 出 口 内 侧 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 西+净+,=以+号+生+2 4式 中 Z|=ll m,zc=0,孙 1%0，P=Pc故 警+z 4=9.81X11=107.9J/kgZ

45、 九=Z 瓦 AB+Z hf,BCZ 3 足 苧 2a 2=(0.03x-+0.5)5=23.15：0.038 2 bE M=(0.03x 募)警=5.86黑 将 式(e)代 入 式(b)得 Z11 htf/初 b=23.15x0.5w?RC=11.58；月 DJJC t),Z C将 式(f)、(d)代 入 式(b),得=1 1.58：BC+5.86 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-X0.0322 X 2.45 m3/h=7.10 m3/h4（2）当 所 有

46、 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 12 5=(0.03x-+l0.032 皿=（急+D 竽=侬 9.2，+0.5）嗑。将 值 代 入 式 C）中，得 6.36：8 c=(269.22+0.5)；8O（b）分 支 管 路 的 主 管 与 支 管 的 流 量 关 系 为 力 8 b X 6=d B cb.BC+BDUb、8。0.0382%=0.032

47、2wb B C+0.026S/bBD上 式 经 整 理 后 得=0.708wb+0.469 b,8o(c)在 截 面 1.与 C-C同 列 机 械 能 衡 算 方 程，并 以 GC为 基 准 水 平 面，得 乡+鼻+包=-+争 立+Z 4(d)2 P 2 p上 式 中 Z|=ll m,zc=0,z/biO-Wb.cO上 式 可 简 化 为 Z%=Z G+Z%.=107.9 J/kg刖 已 算 出 XA-JO=23.15zr Z 仅=6.36；R 因 此 23.15 L+6.36 嗑 c=107.9在 式(b)、(c)(d)中,bX8、b,8C、b网)即 2 均 为 未 知 数，且 又 为 b,

48、8的 函 数，可 采 用 试 差 法 求 解。设 b,6o=L45m/s,贝 I JR_e=C.bP/4=-0-.-2-6x1.45x1000._A A,0.15 八 3。xi0-3-=37700 e/d=0.0058查 摩 擦 系 数 图 得 2=0.034。将 丸 与 b,BD代 入 式(b)得 6.36z/；=(269.2 x 0.034+0.5)xl,452解 得 wb.Bc=l.79m/s将 b,8。、b班 值 代 入 式（c）,解 得 b,AB=(0-708 X1.79+0.469 x 1.45)m/s=1.95 m/s将 b e 外 品 值 代 入 式 左 侧，即 23.15xl

49、.952+6.36x1.792=108.4计 算 结 果 与 式(d)右 侧 数 值 基 本 相 符(108.4107.9),故 W.BD可 以 接 受，于 是 两 支 管 的 排 水 量 分 别 为 KB C=3600 x；x 0.0322 x 1.79 m/h=5.18 m/hKB C=3600 x；x0.0262 x 1.45m3/h=2.77m3/h24.在 内 径 为 300 m m 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 20,真 空 度 为 500 Pa,大 气 压 力 为 98.66X1()3 Pa。测 速 管 插 入

50、 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 kg/n?和 998 kg/m3,测 得 的 读 数 为 100 m m。试 求 空 气 的 质 量 流 量(kg/h),解：A P=(/?A-pc)g7?=(998-835)x9.8 x 0.IPa=159.74Pa查 附 录 得，20,101.3 kPa时 空 气 的 密 度 为 1.203 kg/n?,黏 度 为 1.81xl(y5pa.s,贝 l j 管 中 空 气 的 密 度 为 p=1.203 x 98北 3。5 kg/m，=1.166 kg/m3“ma