1、1化工原理課后習題解答化工原理課后習題解答（夏清、陳常貴主編（夏清、陳常貴主編. .化工原理化工原理. .天津大學出版社天津大學出版社,2005.,2005.）第一章第一章流體流動流體流動1.某設備上真空表的讀數(shù)為 103 Pa,試計算設備內(nèi)的絕對壓強與表壓強。已知該地區(qū)大氣壓強為 103 Pa。 解：由 絕對壓強 = 大氣壓強 真空度 得到：設備內(nèi)的絕對壓強 P絕絕 = 103 Pa 103 Pa =103 Pa設備內(nèi)的表壓強 P表 = -真空度 = - 103 Pa 2在本題附圖所示的儲油罐中盛有密度為 960 / 的油品，油面高于罐底 m，油面上方為常壓。在罐側(cè)壁的下部有一直徑為 760

2、 mm 的圓孔，其中心距罐底 800 mm，孔蓋用14mm 的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作應力取為106 Pa ，問至少需要幾個螺釘分析：罐底產(chǎn)生的壓力不能超過螺釘?shù)墓ぷ鲬?即 P油 螺解：P螺 = ghA = 960 103 N螺 = 103n P油 螺 得 n 取 n min= 72 至少需要 7 個螺釘 3某流化床反應器上裝有兩個 U型管壓差計，如本題附圖所示。測得 R1 = 400 mm ， R2 = 50 mm，指示液為水銀。為防止水銀蒸汽向空氣中擴散，于右側(cè)的 U 型管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度 R3 = 50 mm。試求 AB 兩處的表壓強。分析：根據(jù)靜力學基本原

3、則，對于右邊的管壓差計，aa為等壓面，對于左邊的壓差計，bb為另一等壓面，分別列出兩個等壓面處的靜力學基本方程求解。解：設空氣的密度為 g，其他數(shù)據(jù)如圖所示 aa處 PA + ggh1 = 水gR3 + 水銀R2由于空氣的密度相對于水和水銀來說很小可以忽略不記即：PA = 103 + 103 = 103 Pa b-b處 PB + ggh3 = PA + ggh2 + 水銀gR1 PB = 103 + 103 =103Pa 4. 本題附圖為遠距離測量控制裝置，用以測定分相槽內(nèi)煤油和水的兩相界面位置。已知兩吹氣管出口的距離 H = 1m，U 管壓差計的指示液為水銀，煤油的密度為 820Kg。試求當

4、壓差計讀數(shù) R=68mm 時，相界面與油層的吹氣管出口距離。分析：解此題應選取的合適的截面如圖所示：忽略空氣產(chǎn)生的壓強，本題中 11和 44為等壓面，22和 33為等壓面，且 11和 22的壓強相等。根據(jù)靜力學基本方程列出一個方程組求解解：設插入油層氣管的管口距油面高 h 在 11與 22截面之間3P1 = P2 + 水銀gRP1 = P4 ，P2 = P3 且 P3 = 煤油gh ， P4 = 水g（H-h）+ 煤油g（h + h）聯(lián)立這幾個方程得到 水銀gR = 水g（H-h）+ 煤油g（h + h）-煤油gh 即水銀gR =水gH + 煤油gh -水gh 帶入數(shù)據(jù) 101 - 10 =

5、h1010)= 5用本題附圖中串聯(lián)管壓差計測量蒸汽鍋爐水面上方的蒸氣壓，管壓差計的指示液為水銀，兩管間的連接管內(nèi)充滿水。以知水銀面與基準面的垂直距離分別為：1，2=, 3=,4=。鍋中水面與基準面之間的垂直距離5=3m。大氣壓強a= 103。試求鍋爐上方水蒸氣的壓強。分析：首先選取合適的截面用以連接兩個管，本題應選取如圖所示的 11 截面，再選取等壓面，最后根據(jù)靜力學基本原理列出方程，求解解：設 11 截面處的壓強為1對左邊的管取-等壓面， 由靜力學基本方程 0 + 水g(h5-h4) = 1 + 水銀g(h3-h4) 代入數(shù)據(jù)0 + 103 = 1 + 103對右邊的管取-等壓面，由靜力學基

6、本方程1 + 水g(h3-h2) = 水銀g(h1-h2) + 代入數(shù)據(jù)1 + 103 103 + 103解著兩個方程 得0 = 105Pa6. 根據(jù)本題附圖所示的微差壓差計的讀數(shù)，計算管路中氣體的表壓強。壓差計中以油和水為指示液，其密度分別4為 9203 ,9983,管中油水交接面高度差 R = 300 ，兩擴大室的內(nèi)徑 D 均為 60 ，管內(nèi)徑為 6 。當管路內(nèi)氣體壓強等于大氣壓時，兩擴大室液面平齊。分析：此題的關鍵是找準等壓面，根據(jù)擴大室一端與大氣相通，另一端與管路相通，可以列出兩個方程，聯(lián)立求解解：由靜力學基本原則，選取 11為等壓面， 對于管左邊 表 + 油g(h1+R) = 1 對

7、于管右邊 2 = 水gR + 油gh2 表 =水gR + 油gh2 -油g(h1+R) =水gR - 油gR +油g（h2-h1） 當表= 0 時，擴大室液面平齊 即 （D/2）2（h2-h1）= （d/2）2R h2-h1 = 3 mm 表= 102Pa7.列管換熱氣 的管束由 121 根 的鋼管組成。空氣以 9m/s 速度在列管內(nèi)流動?？諝庠诠軆?nèi)的平均溫度為 50壓強為 196103Pa(表壓)，當?shù)卮髿鈮簽?03Pa試求： 空氣的質(zhì)量流量； 操作條件下，空氣的體積流量； 將的計算結果換算成標準狀況下空氣的體積流量。解：空氣的體積流量 S = uA = 9/4 2 121 = m3/s 質(zhì)

8、量流量 ws =S=S (MP)/(RT)= 29+196)/323=/s 換算成標準狀況 V1P1/V2P2 =T1/T2S2 = P1T2/P2T1 S1 = 273)/(101323) = m3/s8 .高位槽內(nèi)的水面高于地面 8m，水從 1084mm 的管道中流出，管路出口高于地面 2m。在本題特定條件下，水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按f = u2 計算，其中 u為水在管道的流速。試計算： AA 截面處水的流速；5 水的流量，以 m3/h 計。分析：此題涉及的是流體動力學，有關流體動力學主要是能量恒算問題，一般運用的是柏努力方程式。運用柏努力方程式解題的關鍵是找準截面和基準面，對于本題來說，

9、合適的截面是高位槽 11,和出管口 22,如圖所示，選取地面為基準面。解：設水在水管中的流速為 u ，在如圖所示的 11, ，22,處列柏努力方程Z1 + 0 + 1/= Z2+ 22 + 2/ + f （Z1 - Z2）g = u2/2 + 代入數(shù)據(jù) (8-2) = 7u2 , u = s換算成體積流量 VS = uA= /4 3600 = 82 m3/h 9. 20 水以 s 的流速流經(jīng) 38的水平管，此管以錐形管和另一 533m 的水平管相連。如本題附圖所示，在錐形管兩側(cè) A 、B 處各插入一垂直玻璃管以觀察兩截面的壓強。若水流經(jīng) A B 兩截面的能量損失為，求兩玻璃管的水面差（以計）

10、，并在本題附圖中畫出兩玻璃管中水面的相對位置。分析:根據(jù)水流過 A、B 兩截面的體積流量相同和此兩截面處的伯努利方程列等式求解解：設水流經(jīng)兩截面處的流速分別為 uA、 uB uAAA = uBAB uB = （AA/AB ）uA = （33/47）2 = s在兩截面處列柏努力方程Z1 + 122 + 1/ = Z2+ 222 + 2/ + f Z1 = Z2 （1-2）/ = f +（12-22）2 g（h1-h 2）= + /2 h1-h 2 = m = mm即 兩玻璃管的水面差為10.用離心泵把 20的水從貯槽送至水洗6塔頂部，槽內(nèi)水位維持恒定，各部分相對位置如本題附圖所示。管路的直徑均為

11、 76，在操作條件下，泵入口處真空表的讀數(shù)為10Pa,水流經(jīng)吸入管與排處管（不包括噴頭）的能量損失可分別按f,1=2u，hf,2=10u2計算，由于管徑不變，故式中 u 為吸入或排出管的流速/s。排水管與噴頭連接處的壓強為10Pa（表壓） 。試求泵的有效功率。分析：此題考察的是運用柏努力方程求算管路系統(tǒng)所要求的有效功率把整個系統(tǒng)分成兩部分來處理，從槽面到真空表段的吸入管和從真空表到排出口段的排出管，在兩段分別列柏努力方程。解：總能量損失hf=hf+，1hf，2 u1=u2=u=2u2+10u=12u在截面與真空表處取截面作方程： z0g+u02/2+P0/=z1g+u2/2+P1/+hf，1（

12、 P0-P1）/= z1g+u2/2 +hf，1 u=2m/s ws=uA=s 在真空表與排水管-噴頭連接處取截面 z1g+u2/2+P1/+We=z2g+u2/2+P2/+hf，2 We= z2g+u2/2+P2/+hf，2（ z1g+u2/2+P1/） =+（+）/10+102=kg Ne= Wews=11.本題附圖所示的貯槽內(nèi)徑 D 為 2，槽底與內(nèi)徑d0為 33mm 的鋼管相連，槽內(nèi)無液體補充，其液面高度 h0為 2m（以管子中心線為基準） 。液體在本題管內(nèi)流動時的全部能量損失可按hf=20u公式來計算，式中 u 為液體在管內(nèi)的流速 ms。試求當槽內(nèi)液面下降 1m 所需的時間。分析：此

13、題看似一個普通的解柏努力方程的題，分析題中槽內(nèi)無液體補充，則管內(nèi)流速并不是一個定值而是一個關于液面高度的函數(shù)，抓住槽內(nèi)和管內(nèi)的體積流量相等列出一個微分方程，積分求解。解：在槽面處和出口管處取截面 1-1，2-2 列柏努力方程 h1g=u2/2+hf =u2/2+20u2 u=1/2=2 槽面下降 dh，管內(nèi)流出 uA2dt 的液體 Adh=uA2dt=2A2dt7dt=A1dh/（2） 對上式積分：t=1.h12.本題附圖所示為冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)，鹽水的密度為1100kgm，循環(huán)量為 36m。管路的直徑相同，鹽水由A 流經(jīng)兩個換熱器而至 B 的能量損失為kg，由 B 流至A 的能量損失為 49J

14、kg，試求：（1）若泵的效率為 70%時，泵的抽功率為若干 kw（2）若 A 處的壓強表讀數(shù)為10Pa 時，B 處的壓強表讀數(shù)為若干 Pa分析：本題是一個循環(huán)系統(tǒng)，鹽水由 A 經(jīng)兩個換熱器被冷卻后又回到 A 繼續(xù)被冷卻，很明顯可以在 A-換熱器-B 和 B-A 兩段列柏努利方程求解。解：（1）由 A 到 B 截面處作柏努利方程 0+uA/2+PA/1=ZBg+uB2+PB+ 管徑相同得 uA=uB （PA-PB）/=ZBg+由 B 到 A 段，在截面處作柏努力方程B ZBg+uB2+PB/+We=0+uA+PA/+49 We=（PA-PB）/- ZBg+49=+49=kg WS=VS=36/3

15、6001100=11kg/s Ne= WeWS=11= 泵的抽功率 N= Ne /76%=（2）由第一個方程得（PA-PB）/=ZBg+得 PB=PA-（ZBg+）=10-1100(7+=104Pa13. 用壓縮空氣將密度為 1100kg/m3的腐蝕性液體自低位槽送到高位槽，兩槽的液位恒定。管路直徑均為60，其他尺寸見本題附圖。各管段的能量損失為f，AB=f，CD=u2，f，BC=。兩壓差計中的指示液均為水銀。試求當 R1=45mm，h=200mm 時：（1）壓縮空氣的壓強 P1為若干（2）U 管差壓計讀數(shù) R2為多少8解：對上下兩槽取截面列柏努力方程0+0+P1/=Zg+0+P2/+fP1=

16、 Zg+0+P2 +f =101100+1100（2u2+） =10+3498u在壓強管的 B，C 處去取截面，由流體靜力學方程得 PB+g（x+R1）=Pc +g（hBC+x）+水銀R1g PB+1100（+x）=Pc +1100（5+x）+10PB-PC=104Pa在 B，C 處取截面列柏努力方程 0+uB/2+PB/=Zg+uc2/2+PC/+f，BC 管徑不變，ub=u cPB-PC=（Zg+f，BC）=1100（+5）=104Pau=s壓縮槽內(nèi)表壓 P1=105Pa（2）在 B，D 處取截面作柏努力方程0+u2/2+PB/= Zg+0+0+f，BC+f，CDPB=（7+）1100=1

17、04PaPB-gh=水銀R2g104-1100=10R2R2=14. 在實驗室中,用玻璃管輸送 20的 70%醋酸.管內(nèi)徑為,流量為 10kg/min,用 SI 和物理單位各算一次雷諾準數(shù),并指出流型。 解：查 20，70的醋酸的密度 = 1049Kg/m3,粘度 = s用 SI 單位計算：d=10-2m,u=WS/(A)=sRe=du/=10-21049)/103)=103用物理單位計算：9=cm, u=WS/(A)=90cm/s,d=10-3PaS=10-3kg/(sm)=10-2g/scm-1 Re=du/=90/10-2)=103 103 4000此流體屬于湍流型15.在本題附圖所示的

18、實驗裝置中，于異徑水平管段兩截面間連一倒置 U 管壓差計，以測量兩截面的壓強差。當水的流量為10800kg/h 時，U 管壓差計讀數(shù) R 為 100mm，粗細管的直徑分別為 60與 45。計算：（1）1kg 水流經(jīng)兩截面間的能量損失。 （2）與該能量損失相當?shù)膲簭娊禐槿舾?Pa解：（1）先計算 A，B 兩處的流速： uA=ws/sA=295m/s，uB= ws/sB在 A，B 截面處作柏努力方程：zAg+uA2/2+PA/=zBg+uB2/2+PB/+hf1kg 水流經(jīng) A，B 的能量損失：hf= （uA2-uB2）/2+（PA- PB）/=（uA2-uB2）/2+gR/=kg （2）.壓強降

19、與能量損失之間滿足： hf=P/ P=hf=10 16. 密度為 850kg/m，粘度為 810-3Pas 的液體在內(nèi)徑為 14mm 的鋼管內(nèi)流動，溶液的流速為 1m/s。試計算：（1）淚諾準數(shù)，并指出屬于何種流型（2）局部速度等于平均速度處與管軸的距離；（3）該管路為水平管，若上游壓強為 14710Pa，液體流經(jīng)多長的管子其壓強才下降到10Pa 解：（1）Re =du/=（1410-31850）/（810-3）=10 2000 此流體屬于滯流型（2）由于滯流行流體流速沿管徑按拋物線分布，令管徑和流速滿足 y2 = -2p（u-um）10 當=0 時 ,y2 = r2 = 2pum p = r

20、2/2 = d2/8 當=平均=max= s 時, y2= - 2p（）= d2/8 = d2 即 與管軸的距離 r=10-3m (3)在 147103和103兩壓強面處列伯努利方程 u 12/2 + PA/ + Z1g = u 22/2 + PB/+ Z2g + f u 1 = u 2 , Z1 = Z2 PA/= PB/+ f損失能量f=（PA- PB）/=（147103）/850 =流體屬于滯流型摩擦系數(shù)與雷若準數(shù)之間滿足 =64/ Re又 f=（/d） u 2 =輸送管為水平管，管長即為管子的當量長度即：管長為17 . 流體通過圓管湍流動時，管截面的速度分布可按下面經(jīng)驗公式來表示：ur

21、=umax（y/R）1/7 ，式中 y 為某點與壁面的距離，及 y=Rr。試求起平均速度 u 與最大速度 umax的比值。分析：平均速度 u 為總流量與截面積的商，而總流量又可以看作是速度是 ur的流體流過2rdr 的面積的疊加 即：V=0R ur2rdr解：平均速度 u = V/A =0R ur2rdr/（R2）=0R umax（y/R）1/72rdr/（R2）= 2umax/R15/7 0R（R r）1/7rdr= u/ umax=18. 一定量的液體在圓形直管內(nèi)做滯流流動。若管長及液體物性不變，而管徑減至原有的111/2，問因流動阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來的若干倍解：管徑減少后流量不變u

22、1A1=u2A2而 r1=r2A1=4A2 u2=4u由能量損失計算公式f=（/d）（1/2u2）得f，1=（/d）（1/2u12） f，2=（/d）（1/2u22）=（/d） 8（u1）2=16f，1hf2 = 16 hf119. 內(nèi)截面為 1000mm1200mm 的矩形煙囪的高度為 30 A1m。平均分子量為 30kg/kmol，平均溫度為 400的煙道氣自下而上流動。煙囪下端維持 49Pa 的真空度。在煙囪高度范圍內(nèi)大氣的密度可視為定值，大氣溫度為 20，地面處的大氣壓強為10Pa。流體經(jīng)煙囪時的摩擦系數(shù)可取為，試求煙道氣的流量為若干 kg/h解：煙囪的水力半徑 r= A/= (1/2

23、(1+= 當量直徑 de= 4r= 流體流經(jīng)煙囪損失的能量 f=（/ de）u2/2 =(30/u2/2 = u2 空氣的密度 空氣= PM/RT = m3 煙囪的上表面壓強 (表壓) P上=-空氣gh = 30 = Pa煙囪的下表面壓強 (表壓) P下=-49 Pa煙囪內(nèi)的平均壓強 P= (P上+ P下)/2 + P0 = 101128 Pa由 = PM/RT 可以得到煙囪氣體的密度 = （3010-3101128）/（673） = Kg/m3在煙囪上下表面列伯努利方程 P上/= P下/+ Zg+f12 f= (P上- P下)/ Zg =(-49+/ 30 = = u2流體流速 u = m/

24、s質(zhì)量流量 s= uA= 1 = 104 Kg/h20. 每小時將 210kg 的溶液用泵從反應器輸送到高位槽。反應器液面上方保持10Pa 的真空讀，高位槽液面上方為大氣壓強。管道為的鋼管，總長為 50m，管線上有兩個全開的閘閥，一個孔板流量計（局部阻力系數(shù)為 4） ，5 個標準彎頭。反應器內(nèi)液面與管路出口的距離為 15m 。若泵效率為，求泵的軸功率。解： 流體的質(zhì)量流速 s = 2104/3600 = kg/s 流速 u =s/(A)=s 雷偌準數(shù) Re=du/= 165199 4000 查本書附圖 1-29 得 5 個標準彎頭的當量長度: 5= 2 個全開閥的當量長度: 2 = 局部阻力當

25、量長度 e= + = 假定 1/1/2=2 lg(d /) + = 2 lg(68/ + = 檢驗 d/(Re1/2) = 符合假定即 = 全流程阻力損失 =(+ e)/d u2/2 + u2/2 = (50+/(68103) + 42 = J/Kg 在反應槽和高位槽液面列伯努利方程得 P1/+ We = Zg + P2/+ We = Zg + (P1- P2)/+ = 15 + 103/1073 + 13 = J/Kg有效功率 Ne = Wes = = 103 軸功率 N = Ne/=103/ = 103W = 21. 從設備送出的廢氣中有少量可溶物質(zhì)，在放空之前令其通過一個洗滌器，以回收這

26、些物質(zhì)進行綜合利用，并避免環(huán)境污染。氣體流量為3600m/h，其物理性質(zhì)與 50的空氣基本相同。如本題附圖所示，氣體進入鼓風機前的管路上安裝有指示液為水的 U 管壓差計，起讀數(shù)為 30mm。輸氣管與放空管的內(nèi)徑均為 250mm，管長與管件，閥門的當量長度之和為 50m，放空機與鼓風機進口的垂直距離為 20m，已估計氣體通過塔內(nèi)填料層的壓強降為10Pa。管壁的絕對粗糙度可取，大氣壓強為10。求鼓風機的有效功率。解：查表得該氣體的有關物性常數(shù) = , =10-5Pas氣體流速 u = 3600/(36004/ = m/s質(zhì)量流量 s = uAs = 4/ = Kg/s流體流動的雷偌準數(shù) Re =

27、du/= 105 為湍流型所有當量長度之和 總=+e =50m 取時 /d = 250= 查表得 =所有能量損失包括出口,入口和管道能量損失 即: = u2/2 + 1u2/2 + 50/ u2/2 = 在 1-12-2 兩截面處列伯努利方程 u2/2 + P1/+ We = Zg + u2/2 + P2/ + We = Zg + (P2- P1)/+而 1-12-2 兩截面處的壓強差 P2- P1 = P2-水gh = 103 - 1033110314 = Pa We = W/Kg 泵的有效功率 Ne = Wes= = KW 22. 如本題附圖所示， ，貯水槽水位維持不變。槽底與內(nèi)徑為 10

28、0mm 的鋼質(zhì)放水管相連，管路上裝有一個閘閥，距管路入口端 15m 處安有以水銀為指示液的 U 管差壓計，其一臂與管道相連，另一臂通大氣。壓差計連接管內(nèi)充滿了水，測壓點與管路出口端之間的長度為 20m。 （1）.當閘閥關閉時，測得 R=600mm，h=1500mm；當閘閥部分開啟時，測的R=400mm，h=1400mm。摩擦系數(shù)可取，管路入口處的局部阻力系數(shù)為。問每小時從管中水流出若干立方米。 （2）.當閘閥全開時，U 管壓差計測壓處的靜壓強為若干（Pa，表壓） 。閘閥全開時le/d15，摩擦系數(shù)仍取。解: 根據(jù)流體靜力學基本方程, 設槽面到管道的高度為 x 水g(h+x)= 水銀gR 103

29、+x) = 103 x = 部分開啟時截面處的壓強 P1 =水銀gR -水gh = 103Pa 在槽面處和 1-1 截面處列伯努利方程 Zg + 0 + 0 = 0 + u2/2 + P1/ + 而= (+e)/d + u2/2 = u2 = u2/2 + + u2 u = s 體積流量 s= uA= /423600 = h 閘閥全開時 取 2-2,3-3 截面列伯努利方程 Zg = u2/2 + 2 + (15 +/d)u2/2 u = s15 取 1-13-3 截面列伯努利方程 P1/ = u2/2 + (15+/d)u2/2 P1 = 104Pa23. 10的水以 500L/min 的流

30、量流過一根長為 300m 的水平管，管壁的絕對粗糙度為。有6m 的壓頭可供克服流動阻力，試求管徑的最小尺寸。解:查表得 10時的水的密度 = m3 = 10-5 Pas u = Vs/A = 10-3/d2 f = 6 = Kg f=(/d) u2/2 =150 u2/d 假設為滯流 = 64/Re = 64/du Hfgf d10-3 檢驗得 Re = 2000 不符合假設 為湍流 假設 Re = 104 即 du/= 104 d =10-2m 則 /d = 查表得 = 要使fHfg 成立則 150 u2/d d10-2m24. 某油品的密度為 800kg/m，粘度為41cP，由附圖所示的

31、A 槽送至 B 槽，A 槽的液面比 B 槽的液面高出。輸送管徑為89（包括閥門當量長度） ，進出口損失可忽略。試求：（1）油的流量（m/h） ；（2）若調(diào)節(jié)閥門的開度，使油的流量減少 20%，此時閥門的當量長度為若干 m解： 在兩槽面處取截面列伯努利方程 u2/2 + Zg + P1/= u2/2 + P2/+ f P1= P216Zg = f= (/d) u2/2= (50/8210-3)u2/2 假設流體流動為滯流,則摩擦阻力系數(shù)=64/Re=64/du 聯(lián)立兩式得到 u =s 核算 Re = du/=1920 2000 假設成立油的體積流量 s=uA=/4(82103)23600 =h

32、調(diào)節(jié)閥門后的體積流量 s= (1-20)= m3/h 調(diào)節(jié)閥門后的速度 u=s 同理由上述兩式 = (/8210-3)2 =64/Re=64/du 可以得到 = 閥門的當量長度 e=-50 =25. 在兩座尺寸相同的吸收塔內(nèi)，各填充不同的填料，并以相同的管路并聯(lián)組合。每條支管上均裝有閘閥，兩支路的管長均為 5m（均包括除了閘閥以外的管件局部阻力的當量長度） ，管內(nèi)徑為 200mm。通過田料層的能量損失可分別折算為 5u1與 4u2，式中 u 為 氣體在管內(nèi)的流速 m/s ，氣體在支管內(nèi)流動的摩擦系數(shù)為。管路的氣體總流量為/s。試求：（1）兩閥全開時，兩塔的通氣量；（2）附圖中 AB 的能量損失

33、。分析：并聯(lián)兩管路的能量損失相等，且各等于管路 總的能量損失,各個管路的能量損失由兩部分組成，一是氣體在支管內(nèi)流動產(chǎn)生的，而另一部分是氣體通過填料層所產(chǎn)生的，即f=(e/d) u2/2f 填 而且并聯(lián)管路氣體總流量為個支路之和, 即 Vs= Vs1 + Vs2 解：兩閥全開時，兩塔的通氣量由本書附圖查得 d=200mm 時閥線的當量長度 e=150m f1=(1e1/d) u12/2 + 5 u12 =(50+150)/ u12/2 + 5 u12 f2=(2e2/d) u22/2 + 4 u12 = (50+150)/ u22/2 + 4 u12 17 f1=f2 u12/ u22= 即 u

34、1 = 又Vs= Vs1 + Vs2 = u1A1+ u2A2 , A1 = A2 =2/4= + u2) = u2=s u1A= m/s 即 兩塔的通氣量分別為 Vs1 = m3/s, Vs12= m3/s 總的能量損失 f=f1=f2 =155/ u12/2 + 5 u12 = u12 = J/Kg 26. 用離心泵將 20水經(jīng)總管分別送至A，B 容器內(nèi)，總管流量為 89m/h，總管直徑為1275mm。原出口壓強為105Pa，容器 B 內(nèi)水面上方表壓為 1kgf/cm，總管的流動阻力可忽略，各設備間的相對位置如本題附圖所示。試求：（1）離心泵的有效壓頭 H e；（2）兩支管的壓頭損失 Hf

35、，o-A ，Hf，o-B，。解：（1）離心泵的有效壓頭總管流速 u = Vs/A 而 A = 3600/4(117)210-6 u = s在原水槽處與壓強計管口處去截面列伯努利方程 Z0g + We = u2/2 + P0/+f 總管流動阻力不計f=0 We = u2/2 + P0/-Z0g =2 +105/ -2 =Kg 有效壓頭 He = We/g = 18 兩支管的壓頭損失在貯水槽和 表面分別列伯努利方程 Z0g + We = Z1g + P1/+ f1 Z0g + We = Z2g + P2/+ f2 得到兩支管的能量損失分別為f1= Z0g + We (Z1g + P1/) = 2

36、+ (16 + 0) =Kgf2=Z0g + We - (Z2g + P2/) =2 + (8 + 103/ = J/Kg壓頭損失 Hf1 = f1/g = m Hf2 = f2/g = 27. 用效率為 80%的齒輪泵將粘稠的液體從敞口槽送至密閉容器中，兩者液面均維持恒定，容器頂部壓強表讀數(shù)為 30103Pa。用旁路調(diào)節(jié)流量，起流程如本題附圖所示，主管流量為 14m3/h，管徑為 663mm，管長為 80m（包括所有局部阻力的當量長度） 。旁路的流量為 5m3/h，管徑為 32，管長為 20m（包括除閥門外的管件局部阻力的當量長度）兩管路的流型相同，忽略貯槽液面至分支點 o 之間的能量損失。

37、被輸送液體的粘度為 50mPas，密度為1100kg/m，試計算：（1）泵的軸功率（2）旁路閥門的阻力系數(shù)。解：泵的軸功率分別把主管和旁管的體積流量換算成流速主管流速 u = V/A = 14/3600(/4)(60)210-6 = m/s 旁管流速 u1 = V1/A = 5/3600(/4)(27)210-6 = m/s先計算主管流體的雷偌準數(shù) Re = du/= 假設成立即 D,C 兩點的流速 u1 = m/s , u2 = m/s BC 段和 BD 的流量分別為 VS,BC = 3210(/4)360021 = m3/s VS,BD = 2610(/4)3600 = m3/s 29.

38、在 38的管路上裝有標準孔板流量計，孔板的孔徑為，管中流動的是 20的苯，采用角接取壓法用 U 管壓差計測量孔板兩測的壓強差，以水銀為指示液，策壓連接管中充滿甲苯。測得 U 管壓差計的讀數(shù)為 600mm，試計算管中甲苯的流量為若干 kg/h解：查本書附表 20時甲苯的密度和粘度分別為 = 867 Kg/m3,= 10-3假設 Re = 104 當 A0/A1 = 33) = 時,查孔板流量計的 C0與 Re, A0/A1 的關系得到 C0 = 體積流量 VS = C0A02gR(A-)/ 1/2 = /4 10-6 2 m3/s流速 u = VS /A = m/s核算雷偌準數(shù) Re = du/

39、 = 104 與假設基本相符 甲苯的質(zhì)量流量 S = VS=10-38673600 = 5426 Kg/h 22第二章第二章 流體輸送機械流體輸送機械1 . 在用水測定離心泵性能的實驗中，當流量為 26m/h 時，泵出口處壓強表和入口處真空表的讀數(shù)分別為 152kPa 和，軸功率為，轉(zhuǎn)速為 2900r/min，若真空表和壓強表兩測壓口間的垂直距離為，泵的進出口管徑相同，兩測壓口間管路流動阻力可忽略 不計，試求該泵的效率，并列出該效率下泵的性能。解：取 20 時水的密度 = Kg/m 3 在泵出口和入口處列伯努利方程 u12/2g + P1/g + = u12/2g + P2/g + f + Z

40、 泵進出口管徑相同, u1 = u2 不計兩測壓口見管路流動阻力 f = 0 P1/g + = P2/g + Z = (P2- P1)/g + Z = + (152+103/ = m 該泵的效率 = QHg/N = 261033600) = .2. 用離心泵以 40m/h 的流量將貯水池中 65的熱水輸送到?jīng)鏊敚⒔?jīng)噴頭噴出而落入涼水池中，以達到冷卻的目的，已知水進入噴頭之前需要維持 49kPa 的表壓強，噴頭入口較貯水池水面高 6m，吸入管路和排出管路中壓頭損失分別為 1m 和 3m，管路中的動壓頭23可以忽略不計。試選用合適的離心泵并確定泵的安裝高度。當?shù)卮髿鈮喊从?。解：輸送的是清?

41、選用 B 型泵 查 65時水的密度 = Kg/m 3 在水池面和噴頭處列伯努利方程u12/2g + P1/g + = u12/2g + P2/g + f + Z取 u1 = u2 = 0 則 = (P2- P1)/g + f + Z = 49103/ + 6 + (1+4) = m Q = 40 m 3/h由圖 2-27 得可以選用 3B19A 2900 465時清水的飽和蒸汽壓 PV = 104Pa當?shù)卮髿鈮?a = P/g = 103 / = m查附表二十三 3B19A 的泵的流量: m 3/h為保證離心泵能正常運轉(zhuǎn),選用最大輸出量所對應的 S 即 S = 輸送 65水的真空度 S = S

42、 +(a-10)-( PV/103 1000/ =允許吸上高度 Hg = S - u12/2g -f,0-1 = 1 = 即 安裝高度應低于3常壓貯槽內(nèi)盛有石油產(chǎn)品，其密度為 760kg/m，粘度小于 20cSt，在貯槽條件下飽和蒸汽壓為 80kPa，現(xiàn)擬用 65Y-60B 型油泵將此油品以 15m流量送往表壓強為 177kPa 的設備內(nèi)。貯槽液面恒定，設備的油品入口比貯槽液面高 5m，吸入管路和排出管路的全部壓頭損失為1m 和 4m 。試核算該泵是否合用。若油泵位于貯槽液面以下處，問此泵能否正常操作當?shù)卮髿鈮喊从?解: 查附錄二十三 65Y-60B 型泵的特性參數(shù)如下 流量 Q = s, 氣

43、蝕余量h= m 揚程 H = 38 m24 允許吸上高度 Hg = (P0- PV)/g - h-f,0-1= m 揚升高度 Z = H -f,0-2 = 38 4 = 34m如圖在 1-1,2-2 截面之間列方程 u12/2g + P1/g + = u22/2g + P2/g + f,1-2 + Z 其中 u12/2g = u22/2g = 0 管路所需要的壓頭: e=(P2 P1)/g + Z + f,1-2 = Z = 34 m游品流量 Qm = 15 m3/s 2105 假設成立 u1= u2(d2 / d1)2 = m/s 允許氣蝕余量 h = (P1- P2)/g + u12/2g

44、25 P1 = Pa - P真空度 = Kpah = = m 允許吸上高度 Hg =(Pa- PV)/g - h-f 離心泵離槽面道路很短 可以看作f = 0 Hg =(Pa- PV)/g - h = 103/ = m5. 水對某離心泵做實驗，得到下列各實驗數(shù)據(jù)： Q，L/min 0 100 200 300 400 500H，m 38 37 送液體的管路系統(tǒng)：管徑為 764mm，長為 355m（包括局部阻力的當量長度） ，吸入和排出空間為密閉容器，其內(nèi)壓強為（表壓） ，再求此時泵的流量。被輸送液體的性質(zhì)與水相近。解: 根據(jù)管路所需要壓頭 e與液體流量 Qe的關系: e= K + BQe2而 K

45、 =Z + P/g 且 吸入排出空間為常壓設備, P = 0 K =Z = B = (+ e)/d 1/2g(60103A)2= 355 某型號的離心泵，其壓頭與流量的關系可表示為 H=18 - 106Q2（H 單位為 m，Q 單位為m/s） 若用該泵從常壓貯水池將水抽到渠道中，已知貯水池截面積為 100m，池中水深7m。輸水之初池內(nèi)水面低于渠道水平面 2m，假設輸水渠道水面保持不變，且與大氣相通。26管路系統(tǒng)的壓頭損失為 Hf=10 Q2（Hf單位為 m，Q 單位為 m/s） 。試求將貯水池內(nèi)水全部抽出所需時間。解: 列出管路特性方程 e= K + HfK= Z + P/g 貯水池和渠道均保

46、持常壓 P/g = 0K= Z e= Z + 106Q2 在輸水之初Z = 2me= 2 + 106Q2聯(lián)立 H=106Q2 ，解出此時的流量 Q = 410-3m3/s將貯水槽的水全部抽出 Z = 9me= 9 + 106Q2 再次聯(lián)立 H=106Q2 ，解出此時的流量 Q = 310-3m3/s 流量 Q 隨著水的不斷抽出而不斷變小 取 Q 的平均值 Q平均= （Q + Q）/2 = 10-3m3/s把水抽完所需時間 = V/ Q平均 = h7. 用兩臺離心泵從水池向高位槽送水，單臺泵的特性曲線方程為 H=251106Q 管路特性曲線方程可近似表示為 H=10+1106Q 兩式中 Q 的單

47、位為 m/s，H 的單位為 m。 試問兩泵如何組合才能使輸液量最大（輸水過程為定態(tài)流動）分析：兩臺泵有串聯(lián)和并聯(lián)兩種組合方法 串聯(lián)時單臺泵的送水量即為管路中的總量，泵的壓頭為單臺泵的兩倍；并聯(lián)時泵的壓頭即為單臺泵的壓頭，單臺送水量為管路總送水量的一半解：串聯(lián) He = 2H 10 + 1105Qe2 = 2(25-1106Q2) Qe= 10-2m2/s并聯(lián) Q = Qe/2 25-1106 Qe2 = 10 + 1105( Qe/2)2 Qe = 10-2m2/s27 總送水量 Qe= 2 Qe= 10-2m2/s 并聯(lián)組合輸送量大8 . 現(xiàn)采用一臺三效單動往復泵，將敞口貯罐中密度為 125

48、0kg/m的液體輸送到表壓強為 106Pa 的塔內(nèi)，貯罐液面比塔入口低 10m，管路系統(tǒng)的總壓頭損失為 2m，已知泵 活塞直徑為 70mm，沖程為 225mm，往復次數(shù)為 2001/min，泵的總效率和容積效率為和。試求泵的實際流量，壓頭和軸功率。解：三動泵理論平均流量 QT = 3ASnr = 3/4 2200 =min 實際流量 Q = QT = = m3/min 泵的壓頭 H = P/g + u2/2g + Hf + Z 取u2/2g = 0 =P/g + Hf + Z = 106/1250 + 2 + 10 = 軸功率 N = HQ/102 = Kw9 用一往復泵將密度為 1200kg

49、/m的液體從 A 池輸送到 B 槽中，A 池和 B 槽液面上方均 為大氣壓。往復泵的流量為 5m/h。輸送開始時，B 槽和 A 池的液面高度差為 10m。輸送過程中，A 池液面不斷下降，B 槽液面不斷上升。輸送管徑為 30mm，長為 15m（包括局部阻力當量長度） 。A 池截面積為 12m，B 槽截面積為。液體在管中流動時摩擦系數(shù)為。試求把25m液體從 A 池輸送到 B 槽所需的能量。解：列出此往復泵輸送的管路特性方程 e= K + BQe2 而 K = P/g + u2/2g + Z A，B 槽上方均大氣壓 P/g = 0 ，u2/2g = 0 在輸送開始時 ，h0= 10 m 輸送完畢后A

50、 池液面下降：25/12 = B 池液面上升： 25/ = m28 h = 10 + + = B =(+ e)/d 1/2g(3600A)2 = 15/ 1/(3600/422 = 輸送開始時管路的特性方程 e= 10 + 輸送完畢時管路的特性方程 e= + 取平均壓頭 平均=(e+e)/2 = （10 + + + ）/2 ，Qe=5 m3/s = 18 m 輸送所需要的時間 = V/Q = 25/5 = 5h =18000 輸送有效功率 Ne = HQg = 185/3600 1200 = 所需要的能量 W = Ne= 106 J = 5300KJ10. 已知空氣的最大輸送量為 14500k

51、g/h，在最大風量下輸送系統(tǒng)所需的風壓為1600Pa（以風機進口狀態(tài)級計） 。由于工藝條件的呀求。風機進口與溫度為 40，真空度為 196Pa 的設備相連。試選合適的離心通風機。當?shù)卮髿鈮簽?。解：輸送潔凈空氣應選用 4-72-11 型通風機 40，真空度為 196Pa 時空氣的密度 = MP/RT = m3 將輸送系統(tǒng)的風壓 HT按 HT = HT/ HT = 1600 = m 輸送的體積流量 Q = Qm/= 14500/ = m3/h 根據(jù)輸送量和風壓選擇 4-72-11 No 6c 型可以滿足要求 其特性參數(shù)為轉(zhuǎn)速(r/min)風壓(Pa)風量(m3/h) 效率() 功率（Kw） 200

52、0 14100 91 的空氣直接由大氣進入風機在通過內(nèi)徑為 800mm 的水平管道送到爐底，爐底表壓為10kPa?？諝廨斔土繛?20000m/h（進口狀態(tài)計） ，管長為 100m（包括局部阻力當量長度） ，管壁絕對粗糙度可取為。現(xiàn)庫存一臺離心通風機，其性能如下所示。核算此風機是否合用當?shù)卮髿鈮簽椤?29轉(zhuǎn)速，r/min 風壓，Pa風量，m/h1450 12650 21800解：輸送系統(tǒng)的風壓 HT= （Z2Z1）g + P2 P1 + （u22-u12）/2 + hf 水平管道輸送 ，Z2Z1= 0 ， （u22-u12）/2 = 0 空氣的流動速度 u = Q/A = 20000/（/4 3

53、600） = s 查本書附圖可得 15空氣的粘度 = 10-3Pas ，密度 = Kg/m3 Re = du/= 10-3 = /d = 800 = 根據(jù) Re-/d 圖可以得到其相對粗糙度 =hf =(+ e)/d u2/2=100/ 2= 輸送系統(tǒng)風壓 HT= P2 P1 + hf = 103 + = 50在出口灰塵中所占的質(zhì)量分率%16 25 29 20 7 2 1 在捕集的灰塵中所占的質(zhì)量分率% 11 20 3試求：（1）除塵效率（2）繪出該旋風分離器的粒級效率曲線。解：出口氣體中每小時產(chǎn)生的灰塵量：10-35000 = Kg 除塵效率 ： 0 = （ +） = = 86 計算出每一小

54、段范圍捏顆粒的粒級效率 P1 = （ + 16）= P2 = 11/（11 + 25）= P3 = （ + 29）= P4 = 86 P5 = P6 = P7 = 繪出粒級效率曲線如圖所示7.驗室用一片過濾面積為的濾葉對某種顆粒在水中的懸浮液進行實驗，濾葉內(nèi)部真空讀為500mmHg，過濾 5min 的濾液 1L，又過濾 5min 的濾液，若再過濾 5min 得濾液多少分析：此題關鍵是要得到虛擬濾液體積，這就需要充分利用已知條件，列方 方程求解解：虛擬濾液體積35由過濾方程式 V2 + 2VVe= KA2過濾 5min 得濾液 1L （110-3）2 + 210-3 Ve= KA25 過濾 10

55、min 得濾液 （10-3）2 + 210-3 Ve= KA210 由式可以得到虛擬濾液體積 Ve= 10-3 KA2= 過濾 15 分鐘假設過濾 15 分鐘得濾液 V V2 + 2VVe= KA2 V2 + 210-3V= 5 V = 10-3再過濾 5min 得濾液 V = 10-3 - 1.610-3 = 10-3 m3 8.以小型板框壓濾機對碳酸鈣顆粒在水中的懸浮液進行過濾實驗，測得數(shù)據(jù)列于本題附表中：已知過濾面積為，試求：（1）過濾壓強差為時的過濾常數(shù) K ,qe及 e(2)濾餅的壓縮指數(shù) s；（3）若濾布阻力不變，試寫出此濾漿在過濾壓強差為 196. 2k Pa 時的過濾方程式。解

56、： 過濾常數(shù) K ,qe及 e根據(jù) q2 + 2qqe = K ，和 q = V/A ， 帶入表中的數(shù)據(jù) （ / 93）2 + 2 qe / 93 = 50K （ / 93）2 + 2 qe93 = 660K 由兩式可得 qe = 10-3 K = 10-5qe2 = Ke e = qe2 / K = 濾餅的壓縮指數(shù) s同理在P = Kpa 時，由上式帶入表中數(shù)據(jù)得 （ / 93）2 + 2 qe / 93 = （ / 93）2 + 2 qe 93 = 233K 36得到 qe = 10-3 K = 10-5利用 lgK = （1-s）lgP + lg2k ，對壓強差為 Kpa 和 Kpa 時

57、的過濾常數(shù) K 取對數(shù)差得lg（K/K） = （1-s）lg（P/P）1- s = ， 即 壓縮指數(shù) s = 過濾方程式在過濾壓強差為時 lg（K/K） = （1-s）lg（P/P）lg（K） = lg（103/ 得 K= 10-5 qe = （qe + qe）/2 = （ + ）10-3/2 = 10-3qe2 = Ke e = qe2 / K = 10-3/10-5 = 過濾方程式為 （q + 10-3 ）2 = 10-5（ + ）9.在實驗室中用一個邊長的小型濾框?qū)?CaCO3顆粒在水中的懸浮液進行過濾實驗。料漿溫度為 19，其中 CaCO3固體的質(zhì)量分率為。測得每 1m3濾餅烘干后的質(zhì)

58、量為 1602kg。在過濾壓強差為 275800Pa 時所的數(shù)據(jù)列于本題附表： 過濾時間 濾液體積 V試求過濾介質(zhì)的當量濾液體積 Ve，濾餅的比阻 r，濾餅的空隙率 及濾餅顆粒的比表面積。已知 CaCO3顆粒的密度為 2930kg/m3，其形狀可視為圓球。解：由（V + Ve）2 = KA2（+e）兩邊微分得 2（V + Ve）dv = KA2d d/ dv = 2V/ KA2 + 2Ve/ KA2 計算出不同過濾時間時的 d/ dv 和 V ，將其數(shù)據(jù)列表如下37V/v122131383957 作出 d/ dv V 的曲線如圖10.用一臺 BMS50/810-25 型板框壓濾機過濾某懸浮液，

59、懸浮液中固體質(zhì)量分率為，固相密度為 2200kg/m3，液相為水。每 1m濾餅中含 500kg 水，其余全為固相。已知操作條件下的過濾常數(shù) K=10-5m/s，q=10m3/m2。濾框尺寸為 810mm810mm25mm,共 38 個框。試求：（1）過濾至濾框內(nèi)全部充滿濾渣所需的時間及所得的濾液體積：（2）過濾完畢用清水洗滌濾餅，求洗滌時間。洗水溫度及表壓與濾漿的相同。解：（1）濾框內(nèi)全部充滿濾渣濾餅表面積 A = （）2238 = m2 濾框容積 V總 = （）238 = m3 已知 1m3 的濾餅中 含水：500/1000 = m3 含固體： 1 = m3 固體質(zhì)量 ：2200 = 110

60、0 Kg設產(chǎn)生 1m3 的濾餅可以得到 m0 ，Kg（V0 ，m3）的濾液，則 = 1100/（1100 + 50 + m） m0 = 6313 Kg 濾液的密度按水的密度考慮V0 = m3 形成 m3 的濾餅即濾框全部充滿時得到濾液體積 V = = m3則過濾終了時的單位面積濾液量為 q = V/A = = m3 /m2qe2 = Ke e = qe2 / K = （10-3）2 / 10-5 = 由（q + qe）2 = K（+e）得所需的過濾時間為 = （q + qe）2 / K - e = （ + ）2/10-5 - 0.437638=249 s 洗滌時間Ve = qeA = 10-3