《化工原理》第四版第一章習(xí)題答案.pdf

1 緒緒緒緒論論論論 0 10 10 10 1 1m1m1m1m3 3 3 3水中溶解水中溶解 0 05kmol0 05kmol0 05kmol0 05kmol COCOCOCO2 2 2 2 試求溶液中試求溶液中 COCOCOCO2 2 2 2的摩爾分的摩爾分 數(shù) 水的密度為數(shù) 水的密度為 100kg m100kg m100kg m100kg m3 3 3 3 解解 水水 33 kg mkmol m 1000 1000 18 COCOCOCO2 2 2 2的摩爾分?jǐn)?shù)的摩爾分?jǐn)?shù) 4 0 05 8 99 10 1000 0 05 18 x 0 20 20 20 2 在壓力為 在壓力為 101325101325101325101325Pa 溫度為 溫度為 25252525 條件下 甲醇在空氣中條件下 甲醇在空氣中 達(dá)到飽和狀態(tài)達(dá)到飽和狀態(tài) 試求試求 1 1 1 1 甲醇的飽和蒸氣壓甲醇的飽和蒸氣壓 A p 2 2 2 2 空氣中甲醇的組成空氣中甲醇的組成 以摩爾分?jǐn)?shù)以摩爾分?jǐn)?shù) A y 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 質(zhì)量分?jǐn)?shù) A 濃度 濃度 A c 質(zhì)量濃度 質(zhì)量濃度 A表示 表示 解解 1 1 1 1 甲醇的飽和蒸氣壓甲醇的飽和蒸氣壓 A p lg 1574 99 7 19736 25238 86 A p 16 9 A pkPa 2 2 2 2 空氣中甲醇的組成空氣中甲醇的組成 摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù) 16 9 0 167 101 325 A y 質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0 167 32 0 181 0 167 3210 16729 A 濃度濃度 3 kmol m A A p c RT 3 16 9 6 82 10 8 314 298 質(zhì)量濃度質(zhì)量濃度 AAA c Mkg m 33 6 82 10320 218 0 30 30 30 3 1000kg1000kg1000kg1000kg 的電解液中含的電解液中含NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù) 10 10 10 10 NaCl的質(zhì)量分的質(zhì)量分 數(shù)數(shù) 10 10 10 10 2 H O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 80 80 80 80 用真空蒸發(fā)器濃縮 食鹽結(jié)晶分離后 用真空蒸發(fā)器濃縮 食鹽結(jié)晶分離后 的濃縮液中含的濃縮液中含NaOH50 50 50 50 NaCl2 2 2 2 2 H O48 48 48 48 均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù) 試求試求 1 1 1 1 水分蒸發(fā)量 水分蒸發(fā)量 2 2 2 2 分離的食鹽量 分離的食鹽量 3 3 3 3 食鹽分離后的濃縮液量 在全食鹽分離后的濃縮液量 在全 過程中 溶液中的過程中 溶液中的NaOH量保持一定 量保持一定 解解電解液電解液 1000kg1000kg1000kg1000kg濃縮液中濃縮液中 2 NaOH1000100010001000 0 l 100kg0 l 100kg0 l 100kg0 l 100kgNaOH 0 5 0 5 0 5 0 5 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 質(zhì)量分?jǐn)?shù) NaOH1000100010001000 0 l 100kg0 l 100kg0 l 100kg0 l 100kg NaCl 0 02 0 02 0 02 0 02 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 2 H O1000100010001000 0 8 800kg0 8 800kg0 8 800kg0 8 800kg 2 H O 0 48 0 48 0 48 0 48 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 在全過程中 溶液中在全過程中 溶液中NaOH量保持一定 為量保持一定 為 100kg100kg100kg100kg 濃縮液量為濃縮液量為 100 0 5200 kg 200kg200kg200kg200kg 濃縮液中 水的含量為濃縮液中 水的含量為 200200200200 0 48 96kg0 48 96kg0 48 96kg0 48 96kg 故水的蒸發(fā)量 故水的蒸發(fā)量為為 800 96 704kg800 96 704kg800 96 704kg800 96 704kg 濃 縮 液 中濃 縮 液 中 NaCl的 含 量 為的 含 量 為 200200200200 0 02 4kg0 02 4kg0 02 4kg0 02 4kg 故 分 離 的 故 分 離 的 NaCl量量 為為 100 4 96kg100 4 96kg100 4 96kg100 4 96kg 3 第一章第一章第一章第一章流體流動流體流動流體流動流體流動 流體的壓力流體的壓力 1 11 11 11 1 容器 容器 A A A A 中的氣體表壓為中的氣體表壓為 60kPa60kPa60kPa60kPa 容器 容器 B B B B 中的氣體真空度中的氣體真空度 為為 4 1 2 10PaPaPaPa 試分別求出 試分別求出 A A A A B B B B 二容器中氣體的絕對壓力為若干帕二容器中氣體的絕對壓力為若干帕 該該 處環(huán)境的大氣壓力等于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力 處環(huán)境的大氣壓力等于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力 解解標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力為 101 325kPa101 325kPa101 325kPa101 325kPa 容器容器 A A A A 的絕對壓力的絕對壓力 pkPa A 101 325 60161 325 容器容器 B B B B 的絕對壓力的絕對壓力 B pkPa 101 325 1289 325 1 21 21 21 2 某設(shè)備進(jìn)某設(shè)備進(jìn) 出口的表壓分別為出口的表壓分別為 12kPa 12kPa 12kPa 12kPa 和和 157kPa157kPa157kPa157kPa 當(dāng)?shù)卮螽?dāng)?shù)卮?氣壓力為氣壓力為 101 3kPa101 3kPa101 3kPa101 3kPa 試求此設(shè)備的進(jìn)試求此設(shè)備的進(jìn) 出口的絕對壓力及進(jìn)出口的絕對壓力及進(jìn) 出的壓出的壓 力差各為多少帕 力差各為多少帕 解解 進(jìn)口絕對壓力進(jìn)口絕對壓力 進(jìn) 101 3 1289 3 pkPa 出口絕對壓力出口絕對壓力 出 101 3157258 3 pkPa 進(jìn) 出口的壓力差進(jìn) 出口的壓力差 pkPapkPa 157 12 15712169 或 258 389 3169 流體的密度流體的密度 1 31 31 31 3 正庚烷和正辛烷混合液中 正庚烷的摩爾分?jǐn)?shù)為 正庚烷和正辛烷混合液中 正庚烷的摩爾分?jǐn)?shù)為 0 40 40 40 4 試 試 求該混合液在求該混合液在 20202020 下的密度 下的密度 解解正 庚 烷 的 摩 爾 質(zhì) 量 為正 庚 烷 的 摩 爾 質(zhì) 量 為 kg kmol100 正 辛 烷 的 摩 爾 質(zhì) 量 為 正 辛 烷 的 摩 爾 質(zhì) 量 為 kg kmol114 將摩爾分?jǐn)?shù)換算為質(zhì)量分?jǐn)?shù)將摩爾分?jǐn)?shù)換算為質(zhì)量分?jǐn)?shù) 4 正庚烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)正庚烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1 0 4 100 0 369 0 4 1000 6 114 正辛烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)正辛烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 2 10 3690 631 從附錄四查得從附錄四查得 20202020 下正庚烷的密度下正庚烷的密度 kg m 3 1 684 正辛烷的密度為 正辛烷的密度為 kg m 3 2 703 混合液的密度混合液的密度 3 1 696 0 3690 631 684703 m kg m 1 41 41 41 4 溫度溫度 20202020 苯與甲苯按苯與甲苯按 4 64 64 64 6 的體積比進(jìn)行混合的體積比進(jìn)行混合 求其混合求其混合 液的密度 液的密度 解解20202020 時 苯的密度為時 苯的密度為 3 879kg m 甲苯的密度為 甲苯的密度為 3 867kg m 混合液密度混合液密度 3 879 0 4867 0 6871 8 m kg m 1 51 51 51 5 有一氣柜 滿裝時可裝 有一氣柜 滿裝時可裝 3 6000m混合氣體 已知混合氣體各混合氣體 已知混合氣體各 組分的體積分?jǐn)?shù)為組分的體積分?jǐn)?shù)為 2224 HNCOCOCH 0 4 0 2 0 32 0 07 0 01 操作壓力的表壓為操作壓力的表壓為 5 5kPa5 5kPa5 5kPa5 5kPa 溫度為 溫度為 40404040 試求 試求 1 1 1 1 混合氣體在混合氣體在 操作條件下的密度 操作條件下的密度 2 2 2 2 混合氣體的量為多少混合氣體的量為多少kmol 解解 TKpkPa 27340313 101 35 5106 8 絕對壓力 混合氣體的摩爾質(zhì)量混合氣體的摩爾質(zhì)量 2 0 428 0 228 0 3244 0 0716 0 0118 6 m Mkg kmol 1 1 1 1 混合氣體在操作條件下的密度為混合氣體在操作條件下的密度為 m m pM kg m RT 3 106 8 18 6 0 763 8 314 313 2 2 2 2 混合氣體混合氣體 3 6000 Vm 摩爾體積為 摩爾體積為 m m M mkmol 3 18 6 0 763 混合氣體的量為混合氣體的量為 m m V nkmol M 6000 0 763 246 18 6 5 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué) 1 61 61 61 6 如習(xí)題如習(xí)題 1 61 61 61 6 附圖所示附圖所示 有一端封閉的管子有一端封閉的管子 裝入若干水后裝入若干水后 倒插入常溫水槽中倒插入常溫水槽中 管中水柱較水槽液面高管中水柱較水槽液面高出出 2m2m2m2m 當(dāng)?shù)禺?dāng)?shù)?大氣壓力為大氣壓力為 101010101 1 1 1 2kPa 2kPa 2kPa 2kPa 試求 試求 1 1 1 1 管子上端空間的管子上端空間的絕對絕對 壓力 壓力 2 2 2 2 管子上端空間的表壓 管子上端空間的表壓 3 3 3 3 管子上端空間管子上端空間的真的真 空度 空度 4 4 4 4 若將水換成四氯化碳 管中四氯化碳液若將水換成四氯化碳 管中四氯化碳液柱較柱較 槽的液面高出多少米 槽的液面高出多少米 解解管中水柱高出槽液面管中水柱高出槽液面 2m2m2m2m h h h h 2m2m2m2m 水柱 水柱 1 1 1 1 管子上端空間的絕對壓力管子上端空間的絕對壓力 絕 p 在水平面在水平面1 1 處的壓力平衡 有處的壓力平衡 有 絕 絕 大氣壓力 1012001000 9 81 281580 絕對壓力 pgh pPa 2 2 2 2 管子上端空間的表壓管子上端空間的表壓 表 p 表絕 大氣壓力 81580 10120019620 ppPa 3 3 3 3 管子上端空間的真空度管子上端空間的真空度 真 p 真表 1962019620 ppPa 4 4 4 4 槽內(nèi)為四氯化碳 管中液柱高度槽內(nèi)為四氯化碳 管中液柱高度 h ccl h h 4 水 常溫下四氯化碳的密度 從附錄四查得為常溫下四氯化碳的密度 從附錄四查得為 ccl kg m 4 3 1594 hm 1000 2 1 25 1594 1 71 71 71 7 在在 20202020 條件下條件下 在試管內(nèi)先裝入在試管內(nèi)先裝入 12cm12cm12cm12cm 高的水銀高的水銀 再在其再在其 上面裝入上面裝入 5cm5cm5cm5cm 高的水高的水 水銀的密度為水銀的密度為 3 13550kg m 當(dāng)?shù)卮髿鈮毫楫?dāng)?shù)卮髿鈮毫?01kPa 習(xí)題 1 6 附圖 6 試求試管底部的絕對壓力為多少試求試管底部的絕對壓力為多少 PaPaPaPa 解解水的密度水的密度 3 水 998 kg m 33 101 100 12 135500 05 9989 81117 4 10 pPa 1 81 81 81 8 如習(xí)題 如習(xí)題 1 81 81 81 8 附圖所示 容器內(nèi)貯有密度為附圖所示 容器內(nèi)貯有密度為 3 1250kg m的液體的液體 液面高度為液面高度為 3 2m3 2m3 2m3 2m 容器側(cè)壁上有兩根測壓管線容器側(cè)壁上有兩根測壓管線 距容器底的高度分別距容器底的高度分別 為為 2m2m2m2m 及及 1m1m1m1m 容器上部空間的壓力容器上部空間的壓力 表壓表壓 為為 29 4kPa29 4kPa29 4kPa29 4kPa 試求試求 1 1 1 1 壓差計(jì)讀數(shù)壓差計(jì)讀數(shù) 指示液指示液 密度為密度為 3 1400kg m 2 A 2 A 2 A 2 A B B B B 兩個彈簧壓力表兩個彈簧壓力表 的讀數(shù) 的讀數(shù) 解解容 器 上 部 空 間 的 壓 力容 器 上 部 空 間 的 壓 力 29 4 表壓 pkPa 液體密度液體密度 3 1250 kg m 指示液密度 指示液密度 3 0 1400 kg m 1 1 1 1 壓差計(jì)讀數(shù)壓差計(jì)讀數(shù) R R R R 在等壓面在等壓面 11 1 1 上 pp pphRg pphgRg phRgphgRg Rg 1 10 0 0 3 2 1 3 221 2 22 2 0 0 因g0 故0 R 2 2 2 2 A ppgPa 33 3 2 129 4 102 2 1250 9 8156 4 10 33 3 2229 4 101 2 1250 9 8144 1 10 B ppgPa 1 91 91 91 9 如習(xí)如習(xí)題題 1 1 1 1 9 9 9 9 附圖所示的測壓差裝置附圖所示的測壓差裝置 其其 U U U U 形壓差計(jì)的指示液為水銀形壓差計(jì)的指示液為水銀 其他管中皆為其他管中皆為 水水 若指示液讀數(shù)為若指示液讀數(shù)為150 Rmm 試求試求 A A A A B B B B 兩點(diǎn)兩點(diǎn) 習(xí)題 1 8 附圖 習(xí)題 1 9 附圖 7 的壓力差 的壓力差 解解等壓面等壓面 11 1 1 pp 1水 A ppHg 1汞水 0 5g B ppHRgR 由以上三式 得由以上三式 得 汞水 0 5 AB ppRgRg 已知已知 3 汞 0 15 13600 Rmkg m 0 15 13600 9 810 50 151000 9 81 AB pp 3 13 64 1013 64 PakPa 1 101 101 101 10 常溫的水在如習(xí)題常溫的水在如習(xí)題 1 101 101 101 10 附圖所示的管路中流動附圖所示的管路中流動 為測為測量量 A A A A B B B B 兩截面間的壓力差 安裝了兩個串聯(lián)的兩截面間的壓力差 安裝了兩個串聯(lián)的 U U U U 形管壓差計(jì) 指示液形管壓差計(jì) 指示液 為汞為汞 測壓用的連接管中充滿水測壓用的連接管中充滿水 兩兩 U U U U 形管的形管的 連接管中連接管中 充滿空氣充滿空氣 若測壓前兩若測壓前兩 U U U U 形壓差計(jì)形壓差計(jì) 的水銀液面為同一高度 試推導(dǎo)的水銀液面為同一高度 試推導(dǎo) A A A A B B B B 兩點(diǎn)的兩點(diǎn)的 壓力差壓力差 p與液柱壓力汁的讀數(shù)與液柱壓力汁的讀數(shù) 12 RR之間的關(guān)之間的關(guān) 系式 系式 解解設(shè)測壓前兩設(shè)測壓前兩 U U U U 形壓差計(jì)的水銀液面形壓差計(jì)的水銀液面 距輸水管中心線的距離為距輸水管中心線的距離為 H H H H 在等壓面在等壓面 22 處處 112 21汞水氣 22 A RRR ppHgRgg 2 22汞水 2 B R ppHgRg 因因 22 pp 由上兩式求得 由上兩式求得 習(xí)題 1 10 附圖 8 水氣 12汞 g 2 AB ppRR 因因 氣水 1 231 231 231 23 1 1 1 1 溫度為溫度為 20202020 流量為 流量為 4L s的水 在的水 在 mmmm 573 5的直的直 管中流動管中流動 試判斷流動類型試判斷流動類型 2 2 2 2 在相同的條件下在相同的條件下 水改為運(yùn)動黏度為水改為運(yùn)動黏度為 15 2 4 4cms的油 試判斷流動類型 的油 試判斷流動類型 解解 1 1 1 1 V dmqmsPa skg m 3333 0 05 4 10 1 005 10998 2 流速流速 V q um s d 3 22 4 10 2 038 0 05 44 雷諾數(shù)雷諾數(shù) Re 5 3 0 05 2 038 998 2 1 01 104000為湍流 1 005 10 du 2 2 2 2 vcmsms 242 4 44 4 10 雷諾數(shù)雷諾數(shù) Re 4 0 05 2 038 2322000為層流 4 4 10 du v 1 241 241 241 24 20202020 的水在的水在mmmm 2196的直管內(nèi)流動 試求 的直管內(nèi)流動 試求 1 1 1 1 管中水管中水 的流量由小變大 當(dāng)達(dá)到多少的流量由小變大 當(dāng)達(dá)到多少 ms 3 時 能保證開始轉(zhuǎn)為穩(wěn)定湍流 時 能保證開始轉(zhuǎn)為穩(wěn)定湍流 2 2 2 2 若管內(nèi)改為運(yùn)動黏度為若管內(nèi)改為運(yùn)動黏度為 cms 2 0 14的某種液體的某種液體 為保持層流流動為保持層流流動 管中最管中最 大平均流速應(yīng)為多少 大平均流速應(yīng)為多少 解解 1 1 1 1 水 水 20202020 33 998 2 1 005 100 207 kg mPa s dm Re 3 0 207998 2 4000 0 01945 1 005 10 duu um s 體量流量體量流量 2 243 0 2070 019456 54 10 44 V qd ums 2 2 2 2 242 0 140 14 10 cmsms Re du 4 0 207 2000 0 14 10 u 0 135 um s 管內(nèi)流體流動的摩擦阻力損失管內(nèi)流體流動的摩擦阻力損失 1 251 251 251 25 如習(xí)題如習(xí)題 1 251 251 251 25 附圖所示附圖所示 用用 U U U U 形管液柱壓差計(jì)測量等直徑形管液柱壓差計(jì)測量等直徑 管路從截面管路從截面 A A A A 到截面到截面 B B B B 的摩擦損失的摩擦損失 f h 若流體密度為 若流體密度為 指示液密 指示液密 度為度為 0 壓差計(jì)讀數(shù)為 壓差計(jì)讀數(shù)為R R R R 試推導(dǎo)出用讀數(shù) 試推導(dǎo)出用讀數(shù) R R R R 計(jì)計(jì) 算摩擦損失算摩擦損失 f h的計(jì)算式 的計(jì)算式 解解從截面從截面 A A A A 到截面到截面 B B B B 列伯努利方程 截列伯努利方程 截 習(xí)題 1 25 附圖 16 面面 A A A A 為基準(zhǔn)面 則得為基準(zhǔn)面 則得 AB fABf pp HghpppHpgh 1 液柱壓差計(jì)液柱壓差計(jì) 1 11 11 11 1 為等壓面為等壓面 AB pR gpHgRg 0 2 0 AB pppRgHg 由式由式 1 與式 2得得 0 f Rg h 此式即為此式即為用用U U U U形管壓差計(jì)測量流體在兩截面之間流動的摩擦損失形管壓差計(jì)測量流體在兩截面之間流動的摩擦損失 的計(jì)算式 的計(jì)算式 1 261 261 261 26 如習(xí)題如習(xí)題 1 261 261 261 26 附圖所示附圖所示 有有 573 5mmmm 的水平管與垂直管的水平管與垂直管 其中有溫度為其中有溫度為 20202020 的水流動的水流動 流速為流速為 3m s 在截面在截面 A A A A 與截面與截面 B B B B 處各安處各安 裝一個彈簧壓力表裝一個彈簧壓力表 兩截面的距離為兩截面的距離為 6m6m6m6m 管壁的相對粗糙度管壁的相對粗糙度 d 0 004 試問這兩個直管上的兩個彈簧壓力表讀數(shù)的差值是否相同 如果不試問這兩個直管上的兩個彈簧壓力表讀數(shù)的差值是否相同 如果不 同 試說明其原因 同 試說明其原因 如果用液柱壓差計(jì)測量壓力差 則如果用液柱壓差計(jì)測量壓力差 則 兩個直管的液柱壓力計(jì)的讀兩個直管的液柱壓力計(jì)的讀數(shù)數(shù)R R R R是否相是否相 同 指示液為汞 其密度為同 指示液為汞 其密度為 3 13600kg m 解解已知管內(nèi)徑已知管內(nèi)徑 0 05 dm 水的溫水的溫度度 t 20t 20t 20t 20 密度密度 3 998 2 kg m 黏度 黏度 3 1 004 10 Pa s 流速 流速 3 um s 雷諾數(shù)雷諾數(shù) Re 5 3 0 05 3 998 2 1 49 10 1 004 10 du 湍流湍流 管壁相對粗糙度管壁相對粗糙度 0 004 d 查得摩擦系數(shù)查得摩擦系數(shù) 0 0293 習(xí)題 1 26 附圖 17 這兩個直管的摩擦這兩個直管的摩擦阻力阻力損失相同 為損失相同 為 f l u hJkg d 22 63 0 029315 8 20 052 1 1 1 1 彈簧壓力表讀數(shù)之差值彈簧壓力表讀數(shù)之差值 水平管水平管 在在 A A A A B B B B 兩截面列伯努利方程兩截面列伯努利方程 AABB ABf pupu gZgZh 22 22 因因 ABAB ZZuu 故得 故得 998 2 15 81577015 77 ABf pphPakPa 垂直管垂直管 在在 A A A A B B B B 兩截面間列伯努利方程 以截面兩截面間列伯努利方程 以截面 A A A A 為基準(zhǔn)面 為基準(zhǔn)面 ABAB ZZLmuu 06 AB Bf pp gZh 998 2 9 81 6998 2 15 87453074 53 ABBf ppgZhPakPa 上述計(jì)算結(jié)果表明 垂直管的上述計(jì)算結(jié)果表明 垂直管的 AB pp大于水平管的大于水平管的 AB pp 這是因 這是因 為流體在垂直管中從下向上流動時 位能增大而靜壓能減小 為流體在垂直管中從下向上流動時 位能增大而靜壓能減小 2 U 2 U 2 U 2 U 形管液柱壓差計(jì)的讀數(shù)形管液柱壓差計(jì)的讀數(shù) R R R R 水平管與前面相同 由伯努利方程得水平管與前面相同 由伯努利方程得 ABf ppha 另從另從 U U U U 形管壓差計(jì)等壓面處力的平衡 求得形管壓差計(jì)等壓面處力的平衡 求得 汞 AB pR gpRg 18 AB pp Rb g 汞 由式由式 a與式與式 b 求得 求得 f h Rmmm g 汞 998 2 15 8 0 1276 汞柱127 6 汞柱 9 8113600998 2 垂直管與前面相同 由伯努利方程得垂直管與前面相同 由伯努利方程得 ABf ppgLhc 另從另從 U U U U 形管壓差計(jì)等壓面處力的平衡 求得形管壓差計(jì)等壓面處力的平衡 求得 汞 AB pR gpL gRg AB ppL g Rd g 汞 由式由式 與式cd 求得 求得 汞 f h R g 從上述推導(dǎo)可知 垂直管與水平管的液柱壓差計(jì)的讀數(shù)從上述推導(dǎo)可知 垂直管與水平管的液柱壓差計(jì)的讀數(shù) R R R R 相同相同 有了讀數(shù)有了讀數(shù) R R R R 值 就可以分別用式值 就可以分別用式 及式bd求得水平管及垂直管的求得水平管及垂直管的 AB pp 1 271 271 271 27 有一輸送水的等直徑 內(nèi)徑為 有一輸送水的等直徑 內(nèi)徑為d d d d 垂直管路 在相距 垂直管路 在相距H H H H 高度的兩截面間安裝一高度的兩截面間安裝一 U U U U 形管液柱壓差計(jì) 當(dāng)管內(nèi)水的流速為形管液柱壓差計(jì) 當(dāng)管內(nèi)水的流速為u時 時 測得壓差計(jì)中水銀指示液讀數(shù)為測得壓差計(jì)中水銀指示液讀數(shù)為R R R R 當(dāng)流速由當(dāng)流速由u增大到增大到 u時時 試求壓差試求壓差 計(jì)中水銀指示液讀數(shù)計(jì)中水銀指示液讀數(shù) R是是R R R R的多少倍的多少倍 設(shè)管內(nèi)水的流動處于粗糙管完設(shè)管內(nèi)水的流動處于粗糙管完 全湍流區(qū) 全湍流區(qū) 解解從習(xí)題從習(xí)題 2 252 252 252 25 與習(xí)題與習(xí)題 2 282 282 282 28 可知 可知 U U U U 形管液柱壓差計(jì)的讀數(shù)形管液柱壓差計(jì)的讀數(shù) R R R R 與兩截面間流體流動的摩擦損失與兩截面間流體流動的摩擦損失 f h成正比 即成正比 即 f Rh 19 又知道 在粗糙管完全湍流區(qū)為阻力平方區(qū) 即摩擦損失又知道 在粗糙管完全湍流區(qū)為阻力平方區(qū) 即摩擦損失 f h與流與流 體流速體流速u的平方成正比 的平方成正比 f hu 2 由上述分析可知由上述分析可知Ru 2 因此因此 22 22 Ruu RR Ruu 1 281 281 281 28 水的溫度為 水的溫度為 10101010 流量為 流量為330 L h 在直徑 在直徑 mmmm 573 5 長長 為為 100m100m100m100m 的直管中流動的直管中流動 此管為光滑管此管為光滑管 1 1 1 1 試計(jì)算此管路的摩擦損失試計(jì)算此管路的摩擦損失 2 2 2 2 若流量增加到若流量增加到990 L h 試計(jì)算其摩擦損失 試計(jì)算其摩擦損失 解解水在水在10101010 時的密度時的密度 3 999 7 kgm 黏度 黏度 Pa sdmlm 3 1 306 10 0 05 100 光滑管 光滑管 1 1 1 1 體積流量體積流量 V qL hmh 3 3300 33 流速流速 V q um s d 22 0 33 0 0467 360036000 05 44 雷諾數(shù)雷諾數(shù) Re 3 0 05 0 0467 999 7 1787層流 1 306 10 du 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù) Re 6464 0 0358 1787 摩擦損失摩擦損失 f l u hJkg d 22 1000 0467 0 0358 0 0781 20 052 2 2 2 2 體積流量體積流量 3 9900 99 V qL hmh 因流量是原來的因流量是原來的 3 3 3 3 倍 故流速倍 故流速 um s 0 0467 30 14 雷諾數(shù)雷諾數(shù)Re1787 35360 湍流湍流 對于光滑管 摩擦系數(shù)對于光滑管 摩擦系數(shù) 用用 BlasiusBlasiusBlasiusBlasius 方程式計(jì)算方程式計(jì)算 Re 0 250 25 0 31640 3164 0 037 5360 也可以從摩擦系數(shù)也可以從摩擦系數(shù) 與雷諾數(shù)與雷諾數(shù) ReReReRe 的關(guān)聯(lián)圖上光滑管曲線上查得 的關(guān)聯(lián)圖上光滑管曲線上查得 0 037 20 摩擦損失摩擦損失 22 1000 14 0 037 0 725 20 052 f l u hJkg d 1 291 291 291 29 試求下列換熱器的管間隙空間的當(dāng)量直徑 試求下列換熱器的管間隙空間的當(dāng)量直徑 1 1 1 1 如習(xí)如習(xí)題題 1 291 291 291 29 附圖附圖 a a a a 所示所示 套管式換熱器外管為套管式換熱器外管為mmmm 2199 內(nèi)管為內(nèi)管為mmmm 1144 2 2 2 2 如習(xí)題如習(xí)題 1 291 291 291 29 附圖附圖 b b b b 所示所示 列管式換熱器外殼內(nèi)徑為列管式換熱器外殼內(nèi)徑為 500mm500mm500mm500mm 列管列管 為為mmmm 252的管子的管子 174174174174 根根 習(xí)題習(xí)題 1 291 291 291 29 附圖附圖 解解 1 1 1 1 套管式換熱器 內(nèi)管外徑套管式換熱器 內(nèi)管外徑 1 0 114 dm 外管內(nèi)徑 外管內(nèi)徑 2 0 201 dm 當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑 21 0 2010 1140 087 e dddm 2 2 2 2 列管式換熱器列管式換熱器 外殼內(nèi)徑外殼內(nèi)徑 2 0 5 dm 換熱管外徑換熱管外徑 1 0 025 dm 根數(shù)根數(shù) 174 n根根 當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑 22 22 21 21 0 51740 025 4 40 0291 0 5174 0 025 e dnd dm dnd 1 301 301 301 30 常壓下 常壓下 35353535 的空氣 以的空氣 以 12m s12m s12m s12m s 的流速流經(jīng)的流速流經(jīng) 120m120m120m120m 長的水長的水 平管 管路截面為長方形 高平管 管路截面為長方形 高 300mm300mm300mm300mm 寬 寬 200mm200mm200mm200mm 試求空氣流動的 試求空氣流動的 摩擦損失 設(shè)摩擦損失 設(shè)0 0005 e d 解解空氣 空氣 36 35 1 147 18 85 10 tkg mPa s 流速 流速 12 um s 管路 管路 截面的高截面的高 ambm 0 3 寬 0 2 當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑 22 0 3 0 2 0 24 0 30 2 e ab dm ab 雷諾數(shù)雷諾數(shù) Re 5 6 0 24 12 1 147 1 75 10湍流 18 85 10 e d u 0 0005 查得 0 0192 120 e lm d 21 習(xí)題 1 31 附圖習(xí)題 1 32 附圖 摩擦損失摩擦損失 22 12012 0 0192691 20 242 f e l u hJkg d 1 311 311 311 31 把內(nèi)徑為把內(nèi)徑為 20mm20mm20mm20mm 長度為長度為 2m2m2m2m 的塑料管的塑料管 光滑管光滑管 彎成彎成 倒倒 U U U U 形形 作為虹吸管使用作為虹吸管使用 如習(xí)題如習(xí)題 1 311 311 311 31 附圖所示附圖所示 當(dāng)管內(nèi)充滿液體當(dāng)管內(nèi)充滿液體 一端插入液槽中 另一端就會使槽中的液體自動流出 液體密度為一端插入液槽中 另一端就會使槽中的液體自動流出 液體密度為 3 1000kg m 黏度為 黏度為1 mPa s 為保持穩(wěn) 為保持穩(wěn)態(tài)態(tài)流動 使槽內(nèi)液面恒定 要想使流動 使槽內(nèi)液面恒定 要想使 輸液量為輸液量為 mh 3 1 7 虹吸管出口端距槽內(nèi)液面的距離 虹吸管出口端距槽內(nèi)液面的距離h需要多少米 需要多少米 解解已知已知 33 0 02210 1dm lmkg mmPa s 體積流量 體積流量 3 1 7 V qmh 流速流速 2 2 1 7 3600 1 504 0 02 44 V q um s d 從液槽的液面至虹吸管出口截面之間列伯努利方程式從液槽的液面至虹吸管出口截面之間列伯努利方程式 以虹吸管以虹吸管 出口截面為基準(zhǔn)面出口截面為基準(zhǔn)面 22 22 ulu h gdg Re 4 3 0 02 1 504 1000 3 01 10湍流 1 10 du 光滑管光滑管 查得 查得 0 0235 管入口突然縮小 管入口突然縮小 0 5 U U U U 形管 回彎頭 形管 回彎頭 1 5 2 21 504 10 02350 51 50 617 0 022 9 81 hm 22 1 321 321 321 32 如習(xí)題如習(xí)題 1 321 321 321 32 附圖所示附圖所示 有黏度為有黏度為 1 7 mPa s 密度為密度為 3 765kg m 的液體的液體 從高位槽經(jīng)直徑為從高位槽經(jīng)直徑為mmmm 1144的鋼管流入表壓為的鋼管流入表壓為0 16 MPa的密閉的密閉 低位槽中 液體在鋼管中的流速為低位槽中 液體在鋼管中的流速為m 1s 鋼管的相對粗糙度 鋼管的相對粗糙度 0 002 d 管路上的閥門當(dāng)量長度管路上的閥門當(dāng)量長度50 e ld 兩液槽的液面保持不變兩液槽的液面保持不變 試求兩槽液面試求兩槽液面 的垂直距離的垂直距離 H H H H 解解在在高位槽液面至低位槽液面之間列伯努利方程計(jì)算高位槽液面至低位槽液面之間列伯努利方程計(jì)算 H H H H 以以低低 位槽液面為基準(zhǔn)面 位槽液面為基準(zhǔn)面 ppPauu 6 1212 0 表壓 0 16 10 兩槽流速 0 12 0 管內(nèi)流速1管徑0 106 ZH Zum sdm 液體密度液體密度 33 765 黏度1 7 10 kg mPa s 雷諾數(shù)雷諾數(shù) Re 4 3 0 106 1 765 4 77 10湍流 1 7 10 du 0 002 查得0 0267 d 管長管長30 160190 lm 閥門 閥門50 e l d 高位槽的管入口 高位槽的管入口0 5 低位槽管 低位槽管 出口出口 1 90909090 彎頭彎頭 0 75 2 2 2 e llpu H gdg 62 0 16 101901 0 0267500 510 7523 9 765 9 810 1062 9 81 m 1 331 331 331 33 如習(xí)題如習(xí)題 1 331 331 331 33 附圖所示附圖所示 用離心泵從河邊的吸水站將用離心泵從河邊的吸水站將 20202020 的河水送至水塔 水塔進(jìn)水口到河水水面的垂直高度為的河水送至水塔 水塔進(jìn)水口到河水水面的垂直高度為 34 5m34 5m34 5m34 5m 管路 管路 為為1144mmmm 的鋼管 管長的鋼管 管長 1800m1800m1800m1800m 包括全部管 包括全部管 路長度及管件的當(dāng)量長度路長度及管件的當(dāng)量長度 若泵的流量為若泵的流量為 mh 3 30 試求水從泵獲得的外加機(jī)械能為多少 鋼管的試求水從泵獲得的外加機(jī)械能為多少 鋼管的 相對粗糙度相對粗糙度 0 002 d 解解水在水在 20202020 時時 3 998 2 kg m 3 1 004 10Pa s 習(xí)題 1 33 附圖 23 0 106 1800 e dmllm 流量流量 3 30 V qmh 流速流速 22 30 3600 0 9448 0 106 44 V q um s d Re 4 3 0 106 0 9448 998 2 9 96 10 1 004 10 du 湍流湍流 查得查得 0 0252 摩擦阻力損失摩擦阻力損失 22 18000 9448 0 0252191 20 1062 e f ll u hJkg d 以河水水面為基準(zhǔn)面以河水水面為基準(zhǔn)面 從河水水面至水塔處的水管出口之間列伯從河水水面至水塔處的水管出口之間列伯 努利方程 努利方程 外加機(jī)械能外加機(jī)械能 22 2 0 9448 34 5 9 81191530 22 f u WZ ghJkg 1 341 341 341 34 如習(xí)題 如習(xí)題 1 341 341 341 34 附圖所示 在水塔的輸水管設(shè)計(jì)過程中附圖所示 在水塔的輸水管設(shè)計(jì)過程中 若若 輸水管長度由最初方案縮短輸水管長度由最初方案縮短 25 25 25 25 水塔高度不變水塔高度不變 試求水的流量將如試求水的流量將如 何變化 變化了百分之幾 水在管中的流動在阻力平方區(qū)何變化 變化了百分之幾 水在管中的流動在阻力平方區(qū) 且輸水管且輸水管 較長 可以忽略局部摩擦阻力損失及動壓頭 較長 可以忽略局部摩擦阻力損失及動壓頭 解解在水塔高度在水塔高度 H H H H 不變的條件下不變的條件下 輸水管長度縮短輸水管長度縮短 輸水管中的輸水管中的 水流量應(yīng)增大 水流量應(yīng)增大 從水塔水面至輸水管出口之間列伯努利方從水塔水面至輸水管出口之間列伯努利方程程 求得求得 2 2 f lu HH dg 因水塔高度因水塔高度 H H H H 不變不變 故管路的壓頭損失不故管路的壓頭損失不變變 管長縮短后的長度管長縮短后的長度 l與原來長度與原來長度l的關(guān)系的關(guān)系為為 0 75 ll 在流體阻力平方區(qū) 摩擦系數(shù)恒定不變 有在流體阻力平方區(qū) 摩擦系數(shù)恒定不變 有 習(xí)題 1 34 附圖 24 22 22 22 0 75 22 ff HH lul u dgdg l ul u dgdg 故流速的比值為故流速的比值為 1 1 155 0 75 u u 流量的比值為流量的比值為 1 155 V V q q 流量增加了流量增加了 15 5 15 5 15 5 15 5 管路計(jì)算管路計(jì)算 1 351 351 351 35 用 用1689mmmm 的鋼管輸送流量為的鋼管輸送流量為 60000kg h的原油 管長為的原油 管長為 100km 油管最大承受壓力為 油管最大承受壓力為 MPa15 7 已知 已知 50505050 時油的密度為時油的密度為 3 890kg m 黏度為黏度為181 mPa s 假設(shè)輸油管水平鋪設(shè)假設(shè)輸油管水平鋪設(shè) 其局部摩擦阻力損失忽略不計(jì)其局部摩擦阻力損失忽略不計(jì) 試問為完成輸油任務(wù) 中途需設(shè)置幾個加壓站 試問為完成輸油任務(wù) 中途需設(shè)置幾個加壓站 解解 m dmlkmqkg h 0 15 100 60000 3 3 890181 60000 3600 0 01873 890 V kg mmPa s qms 22 0 01873 1 06 0 15 44 V q um s d Re 3 0 15 1 06 890 782層流 181 10 du Re 6464 0 0818 782 因?yàn)槭堑戎睆降乃焦苈?其流體的壓力降為因?yàn)槭堑戎睆降乃焦苈?其流體的壓力降為 f l u phPaMPa d 232 7 100 101 06 890 0 0818 2 73 1027 3 20 152 油管最大承受壓力為油管最大承受壓力為 MPa15 7 加壓站數(shù)加壓站數(shù) 27 3 1 74 15 7 n 25 需設(shè)置需設(shè)置 2 2 2 2 級加壓 每級管長為級加壓 每級管長為 50km50km50km50km 每級的 每級的 27 3 213 65 pMPa 低于油管最大承受壓力 低于油管最大承受壓力 1 361 361 361 36 如習(xí)題 如習(xí)題 1 361 361 361 36 附圖所示 溫度為附圖所示 溫度為 20202020 的水 從水塔用的水 從水塔用 mmmm 1084鋼管 輸送到車間的低位槽中 低位槽與水塔的液面差鋼管 輸送到車間的低位槽中 低位槽與水塔的液面差為為 12m12m12m12m 管路長度為 管路長度為 150m150m150m150m 包括管件的當(dāng)量長度 包括管件的當(dāng)量長度 試求管路的輸水量 試求管路的輸水量 為多少為多少 3 m h 鋼管的相對粗糙度 鋼管的相對粗糙度 0 002 d 解解水 水 33 20 998 2 1 004 10 tkg mPa s 由伯努利方程 得管路的摩擦阻力損失為由伯努利方程 得管路的摩擦阻力損失為 12 9 81118 f hHgJkg 管內(nèi)水的流速管內(nèi)水的流速u未知 摩擦系數(shù)未知 摩擦系數(shù) 不能求出 本題屬于已知不能求出 本題屬于已知 lmdm 150 0 1 f dhJkg 0 002 118 求 求與 V uq的問題 的問題 lg 2 2 51 2 3 72 f f dh dl u lddh lg 3 2 0 1 1180 0022 51 1 004 10150 2 1503 70 1 998 22 0 1 118 2 55 m s 驗(yàn)算流動類型驗(yàn)算流動類型 Re 5 3 0 1 2 55 998 2 2 54 10湍流 1 004 10 du 體積流量體積流量 2 23 36000 12 55 360072 1 44 V qd umh 習(xí)題習(xí)題 1 361 361 361 36 附圖附圖習(xí)習(xí)題題 1 371 371 371 37 附圖附圖 26 1 371 371 371 37 如習(xí)題 如習(xí)題 1 371 371 371 37 附圖所示 溫度為附圖所示 溫度為 20202020 的水 從高位槽的水 從高位槽 A A A A 輸送到低位槽輸送到低位槽 B B B B 兩水槽的液位保持恒定 當(dāng)閥門關(guān)閉時水不流動 兩水槽的液位保持恒定 當(dāng)閥門關(guān)閉時水不流動 閥前與閥后的壓力表讀數(shù)分別為閥前與閥后的壓力表讀數(shù)分別為 80kPa80kPa80kPa80kPa 與與 30kPa30kPa30kPa30kPa 當(dāng)管路上的閥門在當(dāng)管路上的閥門在 一定的開度下 水的流量為一定的開度下 水的流量為 mh 3 1 7 試計(jì)算所需的管徑 輸水管的長 試計(jì)算所需的管徑 輸水管的長 度及管件的當(dāng)量長度共為度及管件的當(dāng)量長度共為 42m42m42m42m 管子為光滑管 管子為光滑管 本題是計(jì)算光滑管的管徑問題本題是計(jì)算光滑管的管徑問題 雖然可以用試差法計(jì)算雖然可以用試差法計(jì)算 但不但不 方 便 最 好 是 用 光 滑 管 的 摩 擦 系 數(shù) 計(jì) 算 式方 便 最 好 是 用 光 滑 管 的 摩 擦 系 數(shù) 計(jì) 算 式 Re0 25 0 3164 適 用 于 適 用 于 Re 35 2 5 1010 與與 2 2 f l u h d 及及 2 4 V q u d 推導(dǎo)一個推導(dǎo)一個與及 fV hqd之間的計(jì)算式之間的計(jì)算式 解解水在水在 33 20 時998 2 1 004 10 kg mPa s 水的流量水的流量 3 1 7 mh 管長及管件當(dāng)量長度 管長及管件當(dāng)量長度42 lm 閥門關(guān)閉時 壓力表可測得水槽離壓力表測壓點(diǎn)的距離閥門關(guān)閉時 壓力表可測得水槽離壓力表測壓點(diǎn)的距離與 AB HH 3 3 80 10 8 17 998 2 9 81 30 10 3 06 998 2 9 81 A A B B p Hm g p Hm g 兩水槽液面的距離兩水槽液面的距離 8 173 065 11 AB HHHm 以低位槽的液面為基準(zhǔn)面以低位槽的液面為基準(zhǔn)面 從高位槽從高位槽 A A A A 的液面到低位槽的液面到低位槽 B B B B 之間列之間列 伯努利方程 得管路的摩擦損失伯努利方程 得管路的摩擦損失 f h與與H的關(guān)系式為的關(guān)系式為 5 11 9 8150 1 f hHgJkg 對于水力光滑管 對于水力光滑管 f h與與 V q及及d之間的計(jì)算式為之間的計(jì)算式為 0 25 1 75 4 75 0 241 V f q hl d 0 25 1 75 4 75 0 241 V f q dl h 代入已知數(shù)代入已知數(shù) 27 0 25 31 75 4 75 1 004 101 7 3600 0 241 42 998 250 1 d 求得管內(nèi)徑為求得管內(nèi)徑為 0 0205 dm 驗(yàn)證驗(yàn)證Re范圍范圍 Re V qdu d 3 1 7 4 998 2 4 3600 29000 3 14 1 004 100 0205 湍流湍流 符合符合 計(jì)算式中規(guī)定的計(jì)算式中規(guī)定的Re范圍范圍 1 381 381 381 38 如習(xí)題如習(xí)題 1 381 381 381 38 附圖所示附圖所示 水槽中的水由水槽中的水由 管管 C C C C 與與 D D D D 放出 兩根管的出水口位于同一水平放出 兩根管的出水口位于同一水平面面 閥閥 門全開 各段管內(nèi)徑及管長 包括管件的當(dāng)量長度 分別為門全開 各段管內(nèi)徑及管長 包括管件的當(dāng)量長度 分別為 ABABABABBCBCBCBCBDBDBDBD d d d d502525mmmmmm 20711 e llmmm 試求閥門全開時試求閥門全開時 管管 C C C C 與管與管 D D D D 的流量之比值的流量之比值 摩擦系數(shù)均取摩擦系數(shù)均取 0 030 030 030 03 解解從水槽的水面至出水口之間列伯努利方程從水槽的水面至出水口之間列伯努利方程 以出水口的水平以出水口的水平 面為基準(zhǔn)面 得面為基準(zhǔn)面 得 22 22 CD fABfBCfABfBD uu HHHHH gg a a a a BCBCBCBC管的壓頭損失管的壓頭損失 eBCC fBC BC llu H dg 2 2 b b b b BDBDBDBD管的壓頭損失管的壓頭損失 2 2 eBDD fBD BD llu H dg c c c c 將式將式 與式代入式bca 得 得 習(xí)題 1 38 附圖 28 eBCeBD CD BCBD llll uu dd 22 11 eBD CBC eBC D BC ll ud ll u d 11 1 10 03 0 025 1 23 7 10 031 0 025 因因 BCBC dd 故流量之比值 故流量之比值 1 23 VCC VDD qu qu 1 391 391 391 39 有一并聯(lián)管路 輸送 有一并聯(lián)管路 輸送 20202020 的水 若總管中水的流量為的水 若總管中水的流量為 mh 3 9000 兩根并聯(lián)管的管徑與管長分別為 兩根并聯(lián)管的管徑與管長分別為 1122 5001400700800 dmm lm dmm lm 試求兩根并聯(lián)管中的流量各為若干 試求兩根并