大学科目《化工原理(第二版)》各章节课后习题答案.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/(c m-s)(2)密度-p=138.6 k g f，s2/m 4(3)某物质的比热容C p=0.24B TU/(l bF)(4)传质系数 KG=34.2 k m ol/(m 2，l ra tm)(5)表面张力(7=74dyn/c m(6)导热系数(=1 k c a l/(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 k g=1000 g,1 m=100 c m(2)密度基本物理量的换算关系为1 k g

2、 f=9.81 N,1 N=1 k g-m/s2则0 =138.69.81NIk g f1k g m/s2IN=1350k g/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=1.055 k J,1 b=0.4536 k gl F=-9则cp=0.24B T Ul b F1.055k j T l i b T 1F1 B T U 0.4536k g J|_ 5/9 =1.005k J/(k g.)(4)传质系数1 h=3600 s,基本物理量的换算关系为1 a tm=101.33 k Pa则KG=34.2k m olIhl a tmm2-h-a tm 3600s 101.33k

3、Pa=9.378x 10-5 k m ol/(m2-s-k Pa)(5)表面张力 基本物理量的换算关系为1 dyn=l xl O-5N 1 m=100 c m则r J dyn l xl(T5N T100c m 一 ,X T,c r=74-=7.4x10 2 N/mc m Idyn Im(6)导热系数基本物理量的换算关系为1 k c a l=4.1868x 103 J,1 h=3600 s则_ F k c a l l T 4.1868。IO J一|_ m2-h-l Ik c a lIh3600s=1.163 J/(m s)=1.163 W/(m -)2.乱堆25c m 拉西环的填料塔用于精储操作

4、时，等板高度可用下面经验公式计算，即“E=3.9 A(2.78 x I。-4 G)B(12.01D)c(0.3048Z0)l/3 必A.式 中HE等板高度，f t;G气相质量速度，l b/(ft2-h)；。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；M L 液相黏度，c P；L液相密度，l b/#A、B、C为常数，对 25 mm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S1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

5、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：(I)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=0.3049 ml l b/(ft2-h)=1.356 x IO-3 k g/(m2.s)(见 1)a量纲为一，不必换算l ep=1 xl O?Pa-s1k g Y32803ftY 1 6 Q 1ft L ftJ l 2.20461b J I 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。下面以”E为例：HEft=H m则 Htz=H E =H E x

6、 3,28()3tt=3.2803ft ft m同理 G =G/(1.35 6X10-3)=7 37 5G，0 =3.2803。Zo=3.2803Z；PL=pL/16.01=0.()6246/7；(3)将以上关系式代原经验公式，得3.2803%=3.9 x0.57(2.78*l()7 X 737.5G，)(12.01 x 3.2803。)x(0.3048 x x3.2803Z(；)l/3fa -1(X)0/l(0.0624Pj )整理上式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即=1.084 x 1O-4/4(O.2O5 G)O，(39.4 Z),24Z(),/3 也PL第一章流体流动流体的

7、重要性质1.某气柜的容积为6 000 m 3,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：上40%、4 20%、CO 32%、C02 7%CH,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pV (101.3+5.5)x1000.0 x 6000,n,=-L-mol=246245.4molRT 8.314x313各组分的质量：=40%a x 用小=40%x 246245.4 x 2kg=197kgm2=20%nt=20%x 246245.4 x 28kg=1378.97kgmco=32%x Mco=32%x

8、 246245.4 x 28kg=2206.36kgMeo,=7%q x Mco,=7%x 246245.4 x 44kg=758.44kg%叫=I%t=1%x 246245.4x 16kg=39.4kg2.若将密度为830 kg/n?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：=mx+吗=(仪)+6()kg=120kg匕=匕+匕=+也 =-P Pi60 6083O7+710m3=0.15711?Pm=，=|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

9、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 x 103-2 0 x 10)Pa=65.3kPa(2)真空表读数真空度=大气压-绝压=(101.33X103-6 5.3 x 103)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。在罐侧壁的下部有一直径为760 m m 的孔，其中心距罐底1000 mm,孔盖用14 mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的

10、工作压力为39.5X 106 p a,问至少需要几个螺钉(大气压力为101.3 X I。Pa)?解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm处的流体压力为p =p +p g/?=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 1 03P a (绝压)作用在孔盖上的总力为1 TF =(p-pa)A=(1.8 1 3 x l 03-1 0 1.3 x l 05)x-x 0.7 62N =3.6 2 7 x l O4N每个螺钉所受力为F =39.5X10X-0.0 1 42N=6.093X103N1 4因此n=F/Fl=3.6 2 7 x

11、 1 04/(6.0 9 3 x 1 03)N =5.9 5 a 6(个)ru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。读数分别为昭=5 0 0 m m,R 2=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R 3=1 0 0 m m。试求A、8两点的表压力。解：(1)A点的压力PA=+p汞gR?=(1(X)0 X 9.8 1 X ().1 +1 3 6(X)x 9.8 1 x 0.0 8)P a =1.1 6 5 x 1 04 P a (表)(2)8点的压力PB=PA+。成8与=(1.1 6 5 x

12、l O4+1 3 6 0 0 x 9.8 1 x O.5)P a =7.8 3 6 x I O4P 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R=1 0 0m m,/?=8 0 0 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根据流体静力学基本方程式，P*=PA，习题6附图则 P+P水 gh+P汞 g R =P aP=P.一P 水 g力-。乘 gR=(101.3 X10-1000 X 9.8 X

13、 0.8-13600 x 9.8 x 0.1)Pa=80.132kPa7.某工厂为了控制乙焕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总解：pgh=13.3h=13.3/（0 遥）=13.3 x 1000/（1000 x 9.8）m=1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 m/s,求该液体的体积流量(m3/h)、质量 流 量(k g/s)和质量通量 kg/(m?s)。

14、解：Vh=uA=u d2=0.8 x?x 0.062 x 3600 m7s=8.14m7hjr 3 14ws=uAp=u d2p =0.8 x x 0.062 x 1000 kg/s=2.26 kg/sG=up=0.8 x 1000 kg/(m2-s)=800kg/(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lOkg/mino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 S I单位计算查附录 70%醋酸在 20 时，p=1069kg/m3,=2.50 xlO 3Pa-sd=1.5cm=0.015mub=10

15、/(60 x 7t/4x0.0152 x 1069)m/s=0.882 m/sRe=%=0.015 x 0.882 x 1069/(2.5 x 10 3)=5657 故为湍流。(2)用物理单位计算p =1069 g/cm ,R=0.025 g/(cm-s)d=1.5cm,ub=88.2c m/sRe=1.5 x 88.2 x 1.069/0.025=565710.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排水。小孔的直径为4 c m,测得水流过小孔的平均流速与槽内水面高度z 的关系为：0=0.62y2zg试 求 算（1）放 出 1 n?水所需的时间（设水的密度为lO

16、OOkg/n?）；（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/m3）?解：放 出 In?水后液面高度降至z/,则z.=z-!一-=（3-0.8846）m=2.115m1 0 0.785 xl.22 由质量守恒，得卬 _ 卬+也=0，W|=0（无水补充）2 d0w2=pu“A 0.62 穴J2gz（A为小孔截面积）M=pAZ（A 为储槽截面积）故有 0.62圈,他 画+不 第=。即=_0.62&曲匹 A上 式 积 分 得 9=己）（z_ zF）0.62而 4=-,（3,/2-2.115V2）S=1 26.4S=2.1min0.6272x9.8

17、1 和，流道长度为L两端压力降为，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b y o,可近似认为两板无限宽，故有T=7 7（一 0 2）矽）=y2bL L（2）将牛顿黏性定律代入（1）得dur-U,一d ydu一 =一yd y L上式积分得“=J+c2juL(1)(2)边 界 条 件 为）=0,=0,代 入 式（2）中，得 C=-C =P 2因此(3)2f.iL当=o,(V-y：)(3)故有“max1 W=W m a x2十。再 将 式（3）写成(4)根据b的定义，得,=乩

18、 必=乱 2 1弋 尸dA=-3 umax1 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0.293八处，其中八为管内半径；（2）剪应力沿径向为直线分布,且在管中心为零。解：=,1-()2=2wb 1-()2r J|_ r当U=Ub时，由 式（1）得e=4解 得/=0.707彳由管壁面算起的距离为y =4 -r=4一0.707,;=0.293A;由 山，田 7=-/du对 式（1）求导得(1)(2)故.女=空 勺 (3)在管中心处，r=0,故 r=017.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-J i，%*I R)试计

19、算管内平均流速与最大流速之比/m a x。解：=+271r d-=+：(1一)u-2 n rd r令l-(=y,则r =R(l y)瓦=5 ：/271r d r =*ynunM 2nR2(1-y)d y =2“J：(严 一 严)d y =0.817 18.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 Pf 二 仅或 V/?f=A pf/p =2d 2Z 饱（2）（4）（也）2 h“4 d2 ubt式中 A =2,纽=（立）2=4d2 bi“2因此 81=（乙）（2

20、）（4=32左Z%4 4又 由 于a=2逆R e025&_=（也 严 5=（也产=（2 xl）0-25=（0.5）025=0.84 14 Re2 d2ub2 4故=32X 0.84=26.9/,Tl1 9.用泵将2X 104kg/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 103pa的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为。76 mmX4 mm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 o 若泵的效率为0.7,求泵的轴功率。（己知溶液的密度为1073kg/m3,黏度为6.3

21、x lOPa s,管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm。）解：在 反 应 器 液 面 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gz,+旦+卬4+咨 +汇 竽e/J=0.0044根 据 我 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：2.2X 5m=llm故 V h.=(0.03 X 35+S86ll+0.5+4)l lj/k g =25.74J/kg乙 0.068 2 c于是 明=(192.0+25.74)J/kg=217.7 J/kg泵的轴功率为、，,217.

22、7 x 2 x l04N =W w/n=-W=1.73kW3600 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1 0 0 mm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2 0 m o(1)当闸阀关闭时，测得/?=6 0 0 mm、h=1 5 0 0 mm；当闸阀部分开启时，测得R=4 0 0 m m、=1 4 0 0 mm。摩擦系数力可取为0.0 2 5,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

23、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L W1 5,摩擦系数仍可取0.0 2 5。)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，得的+牛+片g 争 夺 出 一式中 尸 0(表)(a)p2=p g R -P zogR =(1 3 6 0 0 x 9.8 1 x 0.4 -1 0 0 0 x 9.8 1 x 1.4)P a =3 9 6 3 0 P a (表)Hb2=0,Z2=0Z1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

24、知%。8(4+/2)=49 )式中 h=l.5 m,R=0.6 m将已知数据代入式(b)得 1 3 6 0 0 x 0.6Z，1 0 0 0-1.5 m =6.6 6 mZ 初 2 =(4+4吟=2.1=(0.0 2 5 X.+0.5)N=2.1将以上各值代入式(a),即9.8 1 X 6.6 6=+2.13 ub22 1 0 0 0解得 ub=3.1 3 m/s水的流量为 K =3 6 0 0；/现=(3 6 0 0 x 0.7 8 5 x 0.12 x 3.1 3)m 3/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，

25、并通过管中心线作基准平面,得g z,+牛+旦=g z 1牛+上+2*2 P 2 p式中 z i=6.6 6 m,Z 3=0,W bi=0,i=3Z 4 一 =(2 L +咎+S 鹿=1()0 2 5(W +1 5)+().5径=4.8 1 Ya 2|_ 0.1 J 2将以上数据代入式(c),即9.81 X 6.6 6=仁+4.81 ub22解得 ub=3.1 3 m/s再在截面1-1.与2-2间列机械能衡算方程，基平面同前，得84+3+且=84+争&+2 4一 2 P 2 p式中 z i=6.6 6 m,Z 2=0,Ub i b 2=3.5 1 m/s,p i=0 (表压力)Z k=o.O2

26、5 .+0.5)等 J/k g =2 6.2 J/k g将以上数值代入上式，则9.81 x 6.6 6 =至 匚 +上-+2 6.22 1 0 0 0解得 p2=3.3 0 X 1 04P a (表压)2 1.1 0 C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丛 二 Z h,P上式两端同除以加速度g，得-02=V 4/g=6 m(题给)PSj 2即 X 4=2 上 壬=6 X9.81 J/k g =5 8.5 6 J/

27、k g(a)K 5 0 0 x 1 0 3ub=:=-兀12/c 兀2d 6 0 x J24 4=0.0 1 0 6 2 J 将w代 入 式(a),并简化得d5=2.87 4 x 联 九(b)力与R e及e/d有关，采用试差法，设2=0.0 2 1代 入 式(b),求出d=0.0 9 0 4 m。下面验算所设的7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 3ub=0.0 1 0 6 2/0.0 9 0 42 m/s =1.3 m/s1 0 水物性由附录查得p=1 0 0 0 k g/m3,=1 3 0.7 7 X1 0-5 p a s=J b/

28、?/A 0.0 9 0 4 x l.3 x 1 0 0 0 0/(1 3 0.7 7 x 1 0 5)=8.99X104由 eld 及 R e,查得 z=0.0 2 1故 d-0.0 9 0 4 m =9 0.4 n r n2 2.如本题附图所示，自水塔将水送至车间，输送管路用a1 4 m m x 4 m m 的钢管，管路总长为1 9 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 1 5 m。设水温为1 2 C,试求管路的输水量（n P/h）。解:在截面1 一 1 和截面2 -2 之间列柏努利方程式,得旦+g4=J苧+眄+2%p 2 p 2习题2

29、 2 附图pt=1.0 1 3 3 x l 0sP a；p,=1.0 1 3 3 x l 05P a；Z2-Z,=1 5.0 m；w,=0掾=g(Z Zj-Z%=9.8x 1 5-J +0.5 日 /+=2 9 4_ 2 9 4 /(1 7 9 2.4 5/+1.5)(1)米用试差法，假设2 =2.5 7 m/s%=0.1 0 6 x 2.5 7 x 9 妙 8=2/9 x|0 5 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刍=匕 a 0.0 0 1 9d 1 0 6查图1-2 2,得A=0.0 2 4代 入 式(1)得，,=2.5 7 m/s故

30、假设正确，的 =2.5 7 m/s管路的输水量V=U2A=2.5 7 x?x(0.1 1 4-2 x 0.0 0 42)x 3 6 0 0 n f/h =81.6 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，水分别从B 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11管段内径为3 8m、长为5 8 m；B C支管的内径为3 2 mm、长 为 1 2.5 m；8。支管的内径为2 6 mm、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。A B 与 管 段 的 摩擦系数X 均可取为0.0 3。试 计 算（1）当 8力支管的阀门关闭时，B C 支管的

31、最大排水量为多少（n W h）；（2）当所有阀门全开时，两支管的排水量各为多少习题2 3附图（m3/h）?（3 0支管的管壁绝对粗糙度，可取为0.1 5mm,水的密度为l OOOk g/n?,黏度为QOOl P a-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 与 B 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gZ+=g Z c+当+式中 zi=l 1 m,z=0,H b i O,p=pc2故 +Z 4=9.81 XU=1 0 7.9 J/k gZ 4=2 hf,AB+Z%,B C=或)警a 2 ,M=()康 C=0-5喉

32、BC(a)(b)(c)(d)(e)Z 4/B=2 3.1 5 x 0.5 BC=1 1 .58 b 8c(f)将 式(f)、(d)代 入 式(b)，得X 4 =1 L58；8c +5.86 ；8c =1 7.44；8cb c=b.Bc,并 以 值 代 入 式(a),解得W b,Bc=2.45 m/s7 t故/c=36 0 0 X-X 0.0 322 X 2.45 m3/h=7.1 0 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2 2g Z f+乎 +改+Z%c =g Z o +-+立+Z脸2 P 2 p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

33、式可简化为,BC=乙 f,BDv L _/L +ZL e_L/Ub.BC*%,BC=(2-j-+7c O)三一=(0.0 3*+1)”竺=6.36 嗑 c0.0 32 2 田2I M=(2 忌+1)#=(2 6 9.2 2 +0.5)加U.UZ o 2将工品。/加 值 代 入 式(a)中，得6.36；8c =(2 6 9.2 4+0.5)；/切(b)分支管路的主管与支管的流量关系为VAB=VBC-VBDABUbAB=dB cb、BC+BD%、BD0.0 382 Hb=0.0 322wb BC+0.0 2 62Mb f i D上式经整理后得=0.70 8Mb n c+04 69%。(c)在截面1

34、-1,与GC间列机械能衡算方程，并以C-C为基准水平面，得的+净+旦=g zc+冬+&Z4 2 p 2 p上式中 zi=l 1 m,zc=0,H b i O,Mb.c O上式可简化为%=hfAB+Z Z iw c=1 0 7.9 J/k g前已算出 Z/?M B=23.15MB Z%C=6.36 嗑(：因此 2 3.1 5*0 +6.36”：伙.=1 0 7.9在 式(b)、(c)(d)中，灿/8、b,BC、即2均为未知数，且4又为“ba的函数,可采用试差法求解。设b,8Q=L45m/s,则R e=d ubp/1=0.2 6 x1.45x1 0 0 01 x1 0-3=3770 0=0.0 0

35、 582 6查摩擦系数图得7=0.0 34。将2与%BD代 入 式(b)得6.36“；BC=(2 6 9.2 x 0.0 34+0.5)x 1.452解得 b Bc =L79 m/s将b,6 C、b,6 值代入式(C),解得 b,AB=(0.70 8 x 1.79 +0.46 9 x 1.45)m/s =1.9 5 m/s将 的、“b,BC值代入式(d)左侧，即2 3.1 5 xl.9 52+6.36 x.792=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“b,BD 可以接受，于是两支管的排水量分别为VBC=36 0 0 x；x 0.0 322 x

36、1.79 m,/h =5.1 8 m/VBC=36 0 0 x；x 0.0 2 62 x 1.45 n?/h =2.77 m3/h2 4.在内径为30 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98.66X1 0 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83 5 k g/m 3 和 998k g/n?,测得的读数为1 0 0 mm。试求空气的质量流量(k g/h)。解：A P =(x?A-P c)gR=(998-83 5)x 9.8 x O.l P a =1 59.74 P a查附

37、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IS l x l O P a s ,则管中空气的密度为p=1.2 0 3 x 兜：6 k g/m 3 =1.1 66k g/m3unax=2 x 1 59.74/1.1 66 m/s =1 6.55 m/s/?em a x=必/=和 6$空166=3 J 98*I()5加 1.81 x 1 0 s查 图 1-2 8,得=0.85“m a xu=0.85wn m=0.85 x 1 6.55 m/s =1 4.0 7 m/s网=uA“丝=1 4.0 7 x 0.785 x 0.32 x 1.1 66 k

38、g/h =1 1.1 59 k g/h2 5.在姆8 mmx 2.5mm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d=1 6.4 mm,管径4=3 3 mm,则4/A=(4)2 =(0 0 1 64/0.0 3 3)2 =0.2 4 7设 戏/?外,由教材查图1-3 0 得 C=0.62 6,查附录得2 0 七甲苯的密度为866k g/n P,黏度为0.6 X l

39、O-P a s o 甲苯在孔板处的流速为=仁心3-P)=0 62 6竹9.81 X0.6XQ 3 6。-函m/s =8.2 4 m/s p V 866T T甲苯的流量为 K=3600uoAop =3600 x 8.24x-x 0.01642 kg/h=5427 kg/h2检验Re值，管内流速为Mb i16.43Tx8.24m/s=2.()4 m/s八 ,0.033 x 2.04 x 866 Re=d.u.p u=-7-=9.72x10 Re0.6x10-3 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6.28X 10-3m3/s 流量送往高位槽中，管路长(包括局部阻力的当量长度

40、)为20 m,管径为0.1 m,蜂蜜的流动特性服从幕律T=O.O5|du.0.5dy密度p=1250kg/m 3,求泵应提供的能量(J/kg)o解：在截面1-V 和截面2-2,之间列柏努利方程式,得-5 0v习题26 附图p=1.0133xl03Pa：p2=1.0133xl05Pa；Z2-Z=6.0m；产 0 ；2 B 0f Y6.28x10-3叫=g(Z Z j+W=9.8X6 T/+Z d 2=5&8-碎58.8-64A2=64K3 +14 一 28i=64x0.05 xp dn3x().5+14x0.50().862I 1250 x().I05A Q-l-5 i O Q Q=3.2x 1

41、2.5$-8-05=3.2x3.54x-x 0.354=0.004512501250叱=58.8-64/1=(58.8-6 4 x 0.0045)J/kg=58.51 J/kg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39 m3/h,此时泵的压头为38 mo已知输油管内径为100 m m,摩擦系数为0.02；油品密度为810 kg/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）。解：（1）管路特性方程甲、乙两地油罐液面分别取作1-1

42、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HC=K+Bq；由于启动离心泵之前PA=PC,于是K=AZ+包=0Pg则 He=Bq：又 H=H=38mB=38/（3 9-h2/m5=2,5 x 10 2 h2/m5则 乩=2.5x10-逮（次的单位为np/h）（2）输油管线总长度H=A d 2g于是393600 xO.Olj m/s=1.38 m/s2gdHAu22x9.81x0.1x380.02xl.382m=1960 mu=l+k2.用离心泵（转速为2900r/min）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60 kPa和 220 k P

43、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80 mm,吸 入 管 中 流 动 阻 力 可 表 达 为=3.。“：（“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20 C,98.1 kPa的条件下进行。试计算泵的流量、压头和效率。解：（I）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0 =g Z +将有关数据代入上式并整理，得6 0 x 1 033.5：=匕-2.5 x 9.8 1=3 5.4 81 0 0 0=3.1 8 4 m/s贝I =(-X 0.0 82 X 3.1 8 4

44、X 3 6 0 0)m3/h=5 7.6 1 m3/h(2)泵的扬程H=Ht+H2+ha=(6()+2 2()x。1 0 0 0 x 9.8 1+0.5 m=2 9.0 4 m（3）泵的效率H q#g _I 0 0 0 P 一2 9.0 4 x 5 7.6 1 x 1 0 0 0 x 9.8 13 6 0 0 x 1 0 0 0 x 6.7x 1 0 0%=6 8%在指定转速下，泵的性能参数为：行5 7.6 1 i rf/h ”=2 9.0 4 m P=6.7 kW=6 8%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

45、）改送密度为1 2 2 0 k g/n?的 果 汁（其他性质与水相近）；（2）泵的转速降至2 6 1 0 r/m i n。解：由习题 2 求得：q=5 7.6 1 mh 4=2 9.0 4 m P=6.7 kW（1）改送果汁改送果汁后，q,H不 变,P随0加大而增加，即（1 2 2 0、P=P =6.7 x 1.2 2 k W=8.1 7 4 k WV i o o o J（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 又26102900m3/h=51.85 m 7hW =2 9.0 4 m =2 3.5 2 m1 2 9 0 0 JP =6.7 x(k W =4.8 8 4

46、 k W1 2 9 0 0 )4 .用离心泵（转速为2 9 0 0 r/m i n）将2 0 的清水以6 0 m 3/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0.6 1 mo规定泵入口的真空度不能大于6 4 k P a 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1 0 0 k P a）；（2）若改送5 5 0 c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7+小即6 4 x 1 0 1 0 0 0 x 9.8 1=+0.6 1 +2.4Hs=3.5 1 m(2)输

47、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/m?,饱和蒸汽压为1 5.7 3 3 k P a则 H：=PP TN )。|二1(1 0 0 6 7 3 3”1 0 5 +0.5)2.4|m=2.3 mg 0 g e 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。H*=H 0-=(5.3-0.6 1-2.4)=2.2 9 m

48、泵的安装高度为2.0 m。6 .用离心泵将真空精循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1.4 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3=三二匹-N P S H-H gPg式中 P c,-Pv=0Pg则 Hx=-（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4.2 6 m 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

49、，用 2 0 的清水对离心泵进行性能测试，测得q ”数据如本题附表所示。习题7附 表 1_ a.-(m3/m i n)00.10.20.30.40.5H/m3 7.23 8.03 73 4.53 1.82 8.5在实验范围内，摩擦系数变化不大，管路特性方程为He=1 2+8 0.0 端(外的单位为m3/m i n)试确定此管路中的小和P（=8 1%）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g”曲线。同时计算出对应流量下管路所要求的Hc,在同一坐标图中作q。H。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q=0.4 5 5 n P/m i n,”=2

50、 9.0 m,贝lj2 9.0 x 0.4 5 5 x 1 ()0()6 0 x 1 0 2 x 0.8 1k W=2.6 6 kW1 0 2 7习题7附表2qc/(m3/m i n)00.10.20.30.40.5H e/m1 2.01 2.81 5.21 9.22 4.83 2.0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e=8.8 +5.2 x 1 0 5如（仇的单位为 m 3/s）单台泵的特性方程为W =28-4.2X105 72（q 的单位为 n P/s）试求泵的流量、压头和有效功率。解：联