化工原理第二版答案柴誠敬主編

1、緒論SI單位。1.從基本單位換算入手，將下列物理量的單位換算為(1 )水的黏度 口 =0.00856g/(cm s)(2) 密度 p =138.6kgf?s 2/m4(3) 某物質(zhì)的比熱容 C=0.24BTU/(lb?)(4) 傳質(zhì)系數(shù) K=34.2kmol/(m ?h?atm)(5 )表面張力 d =74dy n/cm(6 )導熱系數(shù) 入=1kcal/(m?h? C )解：本題為物理量的單位換算。(1) 水的黏度基本物理量的換算關(guān)系為1kg=1000g, 1m=100cm-g1kg 100cm4 打 、4冋I-0.008568.56 10 kg m s =8.56 10Pa s則| cm s

2、 1000g 1m(2) 密度基本物理量的換算關(guān)系為21kgf=9.81N , 1N=1kg?m/s=138.6=1350kg m3kgf s2 9.81N 1kg m s2 IL m4_1kgf _ 1N(3) 從附錄二查出有關(guān)基本物理量的換算關(guān)系為1BTU=1.055kJ , lb=0.4536kg則(4) 傳質(zhì)系數(shù)基本物理量的換算關(guān)系為1h=3600s, 1atm=101.33kPa則(5) 表面張力基本物理量的換算關(guān)系為_ 51dy n=1 x 10 N1m=100cm則、 I I:(6) 導熱系數(shù)基本物理量的換算關(guān)系為31kcal=4.1868 x 10 J, 1h=3600s則2

3、亂堆25cm拉西環(huán)的填料塔用于精餾操作時，等板高度可用下面經(jīng)驗公式計算，即 式中HE等板高度，ft ;G-氣相質(zhì)量速度，lb/(ft 2?h);D塔徑，ft ;Z0每段(即兩層液體分布板之間)填料層高度，ft ；a相對揮發(fā)度，量綱為一；一液相黏度，cP；pL液相密度，lb/ft 3A B C為常數(shù)，對25mm的拉西環(huán)，其數(shù)值分別為0.57、-0.1及1.24。試將上面經(jīng)驗公式中各物理量的單位均換算為SI單位。解：上面經(jīng)驗公式是混合單位制度，液體黏度為物理單位制，而其余諸物理量均為英制。經(jīng)驗公式單位換算的基本要點是：找出式中每個物理量新舊單位之間的換算關(guān)系，導出物理量“數(shù)字”的表達式,然后代入經(jīng)

4、驗公式并整理，以便使式中各符號都變?yōu)樗Ｍ膯挝?。具體換算過程如下：(1 )從附錄查出或計算出經(jīng)驗公式有關(guān)物理量新舊單位之間的關(guān)系為11b ft2 h =1.356 10Jkg m2 s (見 1)a量綱為一，不必換算1 lb3=1 他丫 丫3.2803和3 =16.01kg/m 2ft ft3.2.20461b. 1m(2) 將原符號加上以代表新單位的符號，導出原符號的“數(shù)字”表達式。下面以HE為例：則辦二血殊山 宓価=3.2803血ft ft m'l I / ”少 flu同理 G =G 1.356 10- =737.5G./I j / 11、汀(3) 將以上關(guān)系式代原經(jīng)驗公式，得整

5、理上式并略去符號的上標，便得到換算后的經(jīng)驗公式，即第一章流體流動流體的重要性質(zhì)1.某氣柜的容積為6000m3,若氣柜內(nèi)的表壓力為 5.5kPa，溫度為40C。已知各組分氣體的體積分數(shù)為：H240%N20% CO32% CQ7% CHd%大氣壓力為101.3kPa，試計算氣柜滿載時各組分的質(zhì)量。解：氣柜滿載時各氣體的總摩爾數(shù)山=pv = 101.3 5.5 1000.0 6000 mol = 246245.4mol RT8.314x313各組分的質(zhì)量：2 若將密度為830kg/m3的油與密度為710kg/m3的油各60kg混在一起，試求混合油的密度。設(shè)混合油為理想溶液。解：mt =mh m2 =

6、 60 60 kg = 120kg流體靜力學3. 已知甲地區(qū)的平均大氣壓力為85.3kPa，乙地區(qū)的平均大氣壓力為101.33kPa，在甲地區(qū)的某真空設(shè)備上裝有一個真空表，其讀數(shù)為20kPa。若改在乙地區(qū)操作，真空表的讀數(shù)為多少才能維持該設(shè)備的的絕對壓力與甲地區(qū)操作時相同？解：（1）設(shè)備內(nèi)絕對壓力I / f f I *絕壓=大氣壓-真空度=85.3 103 _20 103 Pa=65.3kPa（2）真空表讀數(shù)真空度=大氣壓-絕壓=101.33 1 03 - 65.3 1 03 Pa =36.03kPa4. 某儲油罐中盛有密度為 960kg/m3的重油（如附圖所示），油面最高時離罐底 9.5m,

7、油面上方與大氣相通。在 罐側(cè)壁的下部有一直徑為 760mm的孔，其中心距罐底 1000mm孔蓋用14mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作 壓力為39.5 x 106Pa,問至少需要幾個螺釘（大氣壓力為 101.3 x 103Pa）?解：由流體靜力學方程，距罐底1000mm處的流體壓力為作用在孔蓋上的總力為每個螺釘所受力為因此5. 如本題附圖所示， 流化床反應(yīng)器上裝有兩個U管壓差計。讀數(shù)分別為 R=500mm R=80mm指示液為水銀。u .'' 習題4附圖習題5附圖習題6附圖為防止水銀蒸氣向空間擴散，于右側(cè)的U管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度 F3=100mm試求A B

8、兩點的表壓力。解：（1） A點的壓力Pa =:水gRs?汞gR2 M1000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 Pa=1.165 104Pa （表）（2） B點的壓力6 如本題附圖所示，水在管道內(nèi)流動。為測量流體壓力，在管道某截面處連接 U管壓差計，指示液為水銀, 讀數(shù)R=100mm h=800mm為防止水銀擴散至空氣中，在水銀面上方充入少量水，其高度可以忽略不計。已知當 地大氣壓力為101.3kPa，試求管路中心處流體的壓力。解：設(shè)管路中心處流體的壓力為p根據(jù)流體靜力學基本方程式，Pa二Pa，則 p+ 匚水gh+ 二汞gR 二 Pa7 .某工廠為了控制乙炔發(fā)生爐內(nèi)的壓力不超過

9、 置，如本題附圖所示。液封的作用是，當爐內(nèi)壓力超 便從液圭寸管排出。試求此爐的安全液圭寸管應(yīng)插入槽內(nèi)13.3kPa （表壓），在爐外裝一安全液封管習題7附圖（又稱水封）裝 過規(guī)定值時，氣體 水面下的深度ho解：'-:水 gh =13.3流體流動概述38.密度為1800kg/m的某液體經(jīng)一內(nèi)徑為60mnm勺若其平均流速為0.8m/s ,求該液體的體積流量（m/h ）、2和質(zhì)量通量kg/（m s）。解：n 23.1423F3 JVh =uA=u-d2 =0.8 0.062 3 6 00 m3 sr8.14m3 h449.在實驗室中，用內(nèi)徑為1.5cm的玻璃管路輸送20 C的70%醋酸。SI

10、和厘米克秒單位計算該流動的雷諾數(shù)，并指出流動型態(tài)。解：（1）用SI單位計算查附錄 70%醋酸在 20C時，P =1069kg,m3，卩=2.50 x10Pa sUb =10/(60 汽 n 4 匯0.0152 漢 1069 /s = 0.882 m 's R-dUb-故為湍流。（2 ）用物理單位計算Id =1.5cm ,山=88.2cm s管道輸送到某處， 質(zhì)量流量（kg/s）已知質(zhì)量流量為 10kg/min。試分別用用=0.015 0.882 1069 2.5 10； 1=565710 .有一裝滿水的儲槽，直徑1.2m，高3m現(xiàn)由槽底部的小孔向外排水。小孔的直徑為4cm,測得水流過小

11、孔的平均流速U0與槽內(nèi)水面高度Z的關(guān)系為：試求算（1）放出1m水所需的時間（設(shè)水的密度為1000kg/m3）;（ 2）又若槽中裝滿煤油，其它條件不變，放出1m煤油所需時間有何變化（設(shè)煤油密度為800kg/m3）?解：放出1ni水后液面高度降至 Z1,則 由質(zhì)量守恒，得dM0，XM =：AZ（A為儲槽截面積）w2 _w1Wt =0 （無水補充）故有 0.62 汎.2gz ；A-dZ =0即 dZ 二 _0.62A°cH2gzA上式積分得 e =（_A）（zl2 _z12）0.6227 Ao管路出口高于地面 1.5m o11.如本題附圖所示，高位槽內(nèi)的水位高于地面 7m水從01O8mnX

12、4mmB勺管道中流出,習題14附圖已知水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按刀 hf=5.5計算，其中u為水 在管內(nèi)的平均流速 （m/s） o設(shè)流動為穩(wěn)態(tài)，試計算（1） A-A' 截面處水的平均流速；（2）水的流量（nf/h ）o 解：（1） A-A'截面處水的平均流速在高位槽水面與管路出口截面之間列機械能衡算方程，得gz1 +丄口：1 +=gz2+烏 +送hf （1）式中 Z1=7m Ub1 0, p1=0 （表壓）2Z2=1.5m, p2=0 （表壓）， Ub2=5.5 u代入式（1）得（2 ）水的流量（以 m/h計）習題11附圖習題12附圖12 . 20 C的水以2.5m/s的平均流速

13、流經(jīng) 0 38mnX 2.5mm的水平管，此管以錐形管與另一 0 53mm< 3mm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習題13附圖兩截面的壓力。若水流經(jīng) A、B兩截面間的能量損失為 1.5J/kg，求兩玻璃管 的水面差（以 mm計），并在本題附圖中畫出兩玻璃管中水面的相對位置。解：在A B兩截面之間列機械能衡算方程式中 Z1=Z2=0, ubi =3.0m s刀 hf=1.5J/kg故 P1 -5 =0.866/9.81m =0.0883m =88.3mm13 如本題附圖所示，用泵 2將儲罐1中的有機混合液送至精餾塔3的中部進行分離。已知儲罐內(nèi)液面

14、維持恒定，其上方壓力為1.0133 105Pa。流體密度為800kg/m3。精餾塔進口處的塔內(nèi)壓力為1.21 x105Pa,進料口高于儲罐內(nèi)的液面8m輸送管道直徑為 068mm 4mm進料量為20M5/h。料液流經(jīng)全部管道的能量損失為70J/kg，求泵的有效功率。解：在截面a-A 和截面B-B 之間列柏努利方程式，得0.21 1.0133 抑 05 1.9662We9.8 8.014本題附圖所示的貯槽內(nèi)徑D=2m槽底與內(nèi)徑do|( 800 2=2.46 1.93 78.4 70 J kg =175J kgNe =wSWe =20 3600 800 173W =768.9Whi為2m （以管子中

15、心線為基準）。液體在管內(nèi)流動時的為32mm的鋼管相連，槽內(nèi)無液體補充，其初始液面高度全部能量損失可按刀hf=20u2計算，式中的u為液體在管內(nèi)的平均流速（m/s）。試求當槽內(nèi)液面下降 1m時所需 的時間。解：由質(zhì)量衡算方程，得Wl =W2dM（ 1）drW； =0,W2 = nd02ub ；- ( 2)4dMdr= nD2rdh (3)4 dr2生 20u2 =20.5ub2或?qū)懗蒱 =2°59.812UbUb=0.692、h (5)將式（2）,（ 3）代入式（1）得即 ub+（D）2 黔0 （4）在貯槽液面與管出口截面之間列機械能衡算方程2即gh =學=（4）與式（5）聯(lián)立，得-5

16、645 -dh=d6 vhi.c. 9 =0, h=h1=2m 9 = 9 , h=1m 積分得 v -乃645 21 -212 S =4676s =1.3hb,高度2yo，且b»y。，流道動量傳遞現(xiàn)象與管內(nèi)流動阻力15 某不可壓縮流體在矩形截面的管道中作一維定態(tài)層流流動。設(shè)管道寬度為 長度為L,兩端壓力降為 p，試根據(jù)力的衡算導出（1）剪應(yīng)力t隨高度y （自中心至任意一點的距離）變化的關(guān)系式；（2）通道截面上的速度分布方程；（3）平均流速與最大流速的關(guān)系。解：（1）由于b>>y。,可近似認為兩板無限寬，故有1 A-ip（- p 2yb）y （1）2bLL（2）將牛頓黏性

17、定律代入（1 ）得 上式積分得uy2 C （2）2 -L邊界條件為y=°, u=0,代入式（2）中，得C=-C供y2因此心舟（y2?。?）(3) 當 y=yo, U=Umax故有Umax2y。再將式（3）寫成根據(jù)Ub的定義，得16.不可壓縮流體在水平圓管中作一維定態(tài)軸向?qū)恿髁鲃?，試證明（1）與主體流速u相應(yīng)的速度點出現(xiàn)在離管壁0.293 ri處，其中ri為管內(nèi)半徑；（2）剪應(yīng)力沿徑向為直線分布，且在管中心為零。I L i”!解：（1） U=Umax（l）22Ub.|1（ I （ 1）-匚-當U=Ub時，由式（1 ）得解得 r =0.707i由管壁面算起的距離為y円 -=匚-0.707

18、0.293 （2）.=du對式（1）求導得 dr=竺二兮土（3）皆2'21rA在管中心處，r=0,故t =0。17 .流體在圓管內(nèi)作定態(tài)湍流時的速度分布可用如下的經(jīng)驗式表達試計算管內(nèi)平均流速與最大流速之比u/ Umax。1 r1 R r 計7解：u -uz2 ndr =2 Mumax2 ndrtR2znV0l R 丿 max I I-令1 - y,貝V r =R(1 y)R18.某液體以一定的1 R111U 呂 0 Uz2 ndr 占 0 y1 x 2 衣(1 -y)dy = 2Umax 0(y17 - y87)dy =0.817Umax nRtJr1/2，問因流動阻力而產(chǎn)生的質(zhì)量流量

19、在水平直圓管內(nèi)作湍流流動。若管長及液體物性不變，將管徑減至原來的 能量損失為原來的多少倍？解：流體在水平光滑直圓管中作湍流流動時或hf pf / "= 1d 2'hf2 =（二）0）（均2T hf1人 d2 U b1式中勺=2, ub2=（巴）2=4d2u d2Ub2因此 ' hf2 =（丄）（2）（4） 2=32-17人竹-1v又由于譽'2 = （ Re1 嚴=（d1Ub1）0.25 = （ 2X 1 ）0.25=（ 0.5 ）1R©2d2%240.25=0.841- h故=32X 0.84=26.9Z hf!19.用泵將2X 104kg/h的溶液

20、自反應(yīng)器送至高位槽反應(yīng)器液面上方保持 25.9 x 103Pa的真空度，高位槽液面上方為大 氣壓。管道為76mnX 4mmt勺鋼管，總長為 35m,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）、五個標準彎頭。反應(yīng)器內(nèi)液面與管路出口的距離為17m若泵的效率為0.7 ,求泵的軸功率。（已知溶液的密度為 1073kg/m3,黏度為6.3 10-4Pa s。管 壁絕對粗糙度可取為 0.3mm=）解：在反應(yīng)器液面1-1，與管路出口內(nèi)側(cè)截面 2-2，間列機械能衡算方 程，以截面1-1，為基準水平面，得2 2gz U； P We =gz ：2 P：、hf （1）（見本題附圖）。習題19附圖式中

21、 Z1=0, Z2=17m, Ub1 0 p1=-25.9 x 103Pa（表）,p2=0（表） 將以上數(shù)據(jù)代入式（1），并整理得23=9.81 x 17+1.43_ + 25.9 10 +、21073hf =192.0+ ' g其中hf = （ ' + LLe +、2）Ub2_25=1.656 x 10Re 二曲=°.06843 丁7340.63 x10根據(jù)Re與e/d值，查得 入=0.03，并由教材可查得各管件、閥門的當量長度分別為閘閥（全開）：0.43 x 2m=0.86m 標準彎頭：2.2 x 5m=11m故' h =（0.03 x 35 0.86 1

22、1 +0.5+4）1.4320.068J kg =25.74J/kg于是 We = 192.0 25.74 J kg =217.7J kg泵的軸功率為217.7 2 104Ns=We w/ =W =1.73kW3600x0.7流體輸送管路的計算20如本題附圖所示，貯槽內(nèi)水位維持不變。槽的底部與內(nèi)徑為習題20附圖100mm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管壓差計，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直管長度為20mb（1）當閘閥關(guān)閉時，測得R=600mm h=1500mm當閘閥部分開啟時，測得R=400m

23、m h=1400mm摩擦系數(shù) 人可取為0.025，管路入口處的局部阻力系數(shù)取為 0.5。問每小時從管中流出多少水（ni）?0.025。）（2） 當閘閥全開時，U管壓差計測壓處的壓力為多少Pa（表壓）。（閘閥全開時Le/d - 15,摩擦系數(shù)仍可取解：（1）閘閥部分開啟時水的流量在貯槽水面1-1，與測壓點處截面2-2，間列機械能衡算方程，并通過截面2-2，的中心作基準水平面，得2 2gz1 +業(yè)+星=gz2 +呢 +卑吃h,2 （a）式中P1=0（表）Ub2=0, Z2=0乙可通過閘閥全關(guān)時的數(shù)據(jù)求取。當閘閥全關(guān)時，水靜止不動，根據(jù)流體靜力學基本方程知:H2°g（Z1 h）=匚HggR

24、 （ b）式中 h=1.5m, R=0.6m將已知數(shù)據(jù)代入式（b ）得將以上各值代入式（a），即23963029.81 X 6.66= ub +2.13 Ub2 1000解得 ub =3.13m s水的流量為 Vs =3600 nd2ub =3600 0.785 0.12 3.13 m3 s=1.43m3 s4（2）閘閥全開時測壓點處的壓力在截面1-1，與管路出口內(nèi)側(cè)截面 3-3，間列機械能衡算方程，并通過管中心線作基準平面，得2 2 gz1 吟吒二gz3 鄉(xiāng)埠3 （c）式中 Z1=6.66m, Z3=0, Ub1=0, p1=ps' hf,2 =（ - L d LeC）U；L= 0.

25、025（君 15） 0.5 Ub =4.81u2將以上數(shù)據(jù)代入式（c），即2 29.81 X 6.66= U_+4.81 Ub2解得 ub =3.13m s再在截面1-1，與2-2，間列機械能衡算方程，基平面同前，得2 2Ubl Piub2 p2 丄寸.（d ）g乙三丁胡乙t下hfi-2（d）式中 Zi=6.66m, Z2=0, Ubi ： 0, Ub2=3.51m/s , pi=0 （表壓力）將以上數(shù)值代入上式，則解得 p2=3.30 x 104Pa （表壓）21. 10C的水以5001/min的流量流經(jīng)一長為 300m的水平管，管壁的絕對粗糙度為 0.05mm有6m的壓頭可 供克服流動的摩

26、擦阻力，試求管徑的最小尺寸。解：由于是直徑均一的水平圓管，故機械能衡算方程簡化為上式兩端同除以加速度 g,得21 竺= hf /g=6m （題給）L2即 ' hf=，LUL=6X 9.81J/kg=58.56J/kg（a）d 2將Ub代入式（a），并簡化得d5 =2.874 10 A （b）入與Re及e/d有關(guān)，采用試差法，設(shè)入=0.021代入式（b），求出d=0.0904m。下面驗算所設(shè)的入值是否正確：10C水物性由附錄查得3-5P =1000kg/m , 口 =130.77 x 10 PaS由e/d及Re,查得入=0.021故 d =0.0904m = 90.4mm22 .如本題附

27、圖所示，自水塔將水送至車間，輸送管路用習題22附圖114mm 4mm的鋼管，管路總長為190m （包括管件與閥門的當量長度，但不包括進、出口損失）。水塔內(nèi)水面維持恒定，并高于出水口 15m設(shè)水溫為12 C,試求管路的輸水量（nf/h ）。解：在截面1-1 和截面2-2之間列柏努利方程式，得氏=莎（1） 1792.45'1.5采用試差法，假設(shè)u2 =2.57m s代入式（1）得，故假設(shè)正確，u2 = 2.57 m s管路的輸水量習題23附圖23.本題附圖所示為一輸水系統(tǒng)，高位槽的水面維持恒定，水分 別從BC與BD兩支管排出，高位槽液面與兩支管出口間的距離均 為11。AB管段內(nèi)徑為38m長

28、為58m BC支管的內(nèi)徑為32mm 長為12.5m； BD支管的內(nèi)徑為26mm長為14m,各段管長均包括 管件及閥門全開時的當量長度。AB與 BC管段的摩擦系數(shù)均可取為0.03。試計算（1）當BD支管的閥門關(guān)閉時，BC支管的最大排水量為多少（m/h）；（ 2）當所有閥門全開時，兩支管的 排水量各為多少（H7h）？（ BD支管的管壁絕對粗糙度，可取為 0.15mm,水的密度為 1000kg/m3,黏度為 0.001Pas。） 解：（1）當BD支管的閥門關(guān)閉時，BC支管的最大排水量C-C為基準平面得在高位槽水面1-1，與BC支管出口內(nèi)側(cè)截面 C-C間列機械能衡算方程，并以截面 式中 Z1=11m

29、Zc=O, Ub仟 0, p1=pc2故 虬 5=9.81 x 11=107.9J/kg（ a）2-h hf ,AB 亠hf , BC （ b）2(c)58Ub AB2= (0.03 : ： 0.5),=23.15u2ab0.0382 hf,BC=(0.0312.5 )0.032)2Ub,BC225.86山皿dBC2UbAB () Ub,BCdAB(d)(e)將式(e)代入式(b)得' hf,AB -23.15 0.5u：bc =11.58ubc (f)' | ' 將式(f )、( d)代入式(b),得UbC=Ub,Bc，并以刀hf值代入式（a）,解得Ub,Bc=2.4

30、5m/s故 VBc=3600X nx 0.032 2x 2.45m3/h=7.10m 3/h4. I 廠'（2）當所有閥門全開時，兩支管的排水量根據(jù)分支管路流動規(guī)律，有2 2gE專羋、hf/二gZD罟羋、山何（a）兩支管出口均在同一水平面上，下游截面列于兩支管出口外側(cè)，于是上式可簡化為 將' hf,Bc、' hf,BD值代入式（a）中，得6.36u2,bc =(269.2化+0.5)u2,bd (b)分支管路的主管與支管的流量關(guān)系為Vae=c+d上式經(jīng)整理后得Ub,AB =0.708Ub,Bc0.469Ub,BD (c)在截面1-1，與C-C間列機械能衡算方程，并以C-

31、C為基準水平面，得2 2 gw 匹匕二gzC 電匹、hf（ d）2r2J上式中 Zi=11m zc=0, Ub仟 0, Ub,c 0上式可簡化為前已算出 'h,AB =23.15uAB、h,BC =6.36u2，bc 因此 23.15U：ab +6.36u：bc =107.9在式（b）、（ c）、（ d）中，Ub,AB、Ub,BC、Ub, BD即入均為未知數(shù)，且 入又為Ub, BD的函數(shù)，可采用試差法求 解。設(shè) Ub, BD=1.45m/s，貝U查摩擦系數(shù)圖得入=0.034。將入與Ub,BD代入式（b）得解得 ub,BC =179m/sI"l r k 1/ ”廠!將Ub, B

32、C. Ub, BD值代入式（c），解得將Ub,AB Ub, BC值代入式（d）左側(cè)，即計算結(jié)果與式（d）右側(cè)數(shù)值基本相符（108.4 - 107.9 ），故Ub,BD可以接受，于是兩支管的排水量分別為24 .在內(nèi)徑為300mm的管道中，用測速管測量管內(nèi)空氣的流量。測量點處的溫度為20C，真空度為500Pa,大氣壓力為98.66 x 103Pa。測速管插入管道的中心線處。測壓裝置為微差壓差計，指示液是油和水，其密度分別 為835kg/m3和998kg/m3,測得的讀數(shù)為100mm試求空氣的質(zhì)量流量（kg/h ）。解： P 二A -C gR=：998 -835 9.8 0.1Pa =159.74P

33、a查附錄得，20C, 101.3kPa時空氣的密度為1.203kg/m 3,黏度為1.81 x 10-5Pa s，則管中空氣的密度為查圖1-28，得25.在38mm 2.5mm的管路上裝有標準孔板流量計，孔板的孔徑為16.4mm,管中流動的是20C的甲苯，采用角接取壓法用U管壓差計測量孔板兩側(cè)的壓力差，以水銀為指示液，測壓連接管中充滿甲苯。 現(xiàn)測得U管壓差計的讀數(shù)為600mm試計算管中甲苯的流量為多少（ kg/h ） ?解：已知孔板直徑 do=16.4mm,管徑d1=33mm貝U設(shè)RORe,由教材查圖1-30得C=0.626，查附錄得20 C甲苯的密度為 866kg/m3,黏度為0.6 x 1

34、0-3Pa - s。 甲苯在孔板處的流速為7、I |:甲苯的流量為 Vs ；3600%代 2=3600 8.24 n 0.01642 kg h =5427 kg h4檢驗Re值，管內(nèi)流速為 原假定正確。習題26附圖高位槽中，管蜂蜜的流動提供的能量得非牛頓型流體的流動26 .用泵將容器中的蜂蜜以6.28 x 10-3ni/s流量送往路長（包括局部阻力的當量長度）為20m,管徑為0.lm ,特性服從幕律=005ig巴 丁，密度 p =1250kg/m3,求泵應(yīng)'Idy 丿（J/kg ）。解：在截面1-1 和截面2-2之間列柏努利方程式,55p1 =1.0133 10 Pa； p2 =1.0

35、133 10 Pa； Z2 -Z1 =6.0m; u1 0 ; u2 : 0第二章流體輸送機械1 用離心油泵將甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情況如本題附圖所示。啟動泵之前A、C兩壓力表的讀數(shù)相等。啟動離心泵并將出口閥調(diào)至某開度時，輸油量為39mi/h，此時泵的壓頭為38m已知輸油管內(nèi)徑為100mm摩擦系數(shù)為0.02 ;油品密度為810kg/m3。試求（1）管路特性方程；（2）輸油管線的總長度（包括所有局部阻 力當量長度）。（1）管路特性方程 乙兩地油罐液面分別取作1-1 '與面，以水平管軸線為基準面，在兩 列柏努利方程，得到 啟動離心泵之前 pA=pc,于是K"Z+空=0P

36、g1 tL r If則 He 二 Bq；乙川I / /1 I r又 He = H = 38m解:甲、2-2截截面之間由于習題1附圖25 225B 二38/(39)泵的揚程 泵的效率也旦 空沁7空址叫°。 =68% 1000P3600 1000 6.73在指定轉(zhuǎn)速下，泵的性能參數(shù)為：q=57.61m/h H=29.04mP=6.7kWn =68% h/m =2.5 x 10 h/m則 He =2.5 10 2q； (qe 的單位為 nVh )（2）輸油管線總長度1.38m/sn 0.0120.02 1.382gdH =2 9.81 0.1 38m=1960m2.用離心泵（轉(zhuǎn)速為 290

37、0r/min ）進行性能參數(shù)測定實驗。在某流量下泵入口真空表和出口壓力表的讀數(shù)分別為60kPa和220kPa,兩測壓口之間垂直距離為0.5m，泵的軸功率為6.7kW。泵吸入管和排出管內(nèi)徑均為80mm吸入管中流動阻力可表達為S hf,0A=3.0u12 （ U1為吸入管內(nèi)水的流速，m/s）。離心泵的安裝高度為 2.5m，實驗是在20C, 98.1kPa的條件下進行。試計算泵的流量、壓頭和效率。解：（1）泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之間列柏努利方程式（池中水面為基準面），得到將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式并整理，得u1 =3.184 m/sn33則 q =(0.082 3.184 3600) m/

38、h=57.61m /h3對于習題2的實驗裝置，若分別改變?nèi)缦聟?shù)，試求新操作條件下泵的流量、壓頭和軸功率（假如泵的效率保持不變）。(1)(2)解:改送密度為1220kg/m3的果汁（其他性質(zhì)與水相近）； 泵的轉(zhuǎn)速降至 2610r/min。3由習題 2 求得：q=57.61m/hH=29.04mP=6.7kW（1 ）改送果汁改送果汁后，q, H不變，P隨p加大而增加，即（2）降低泵的轉(zhuǎn)速根據(jù)比例定律，降低轉(zhuǎn)速后有關(guān)參數(shù)為4. 用離心泵（轉(zhuǎn)速為 2900r/min ）將20C的清水以60m5/h的流量送至敞口容器。此流量下吸入管路的壓頭 損失和動壓頭分別為 2.4m和0.61m。規(guī)定泵入口的真空度

39、不能大于64kPa。泵的必需氣蝕余量為 3.5m。試求（1）泵的安裝高度（當?shù)卮髿鈮簽?00kPa）;（ 2）若改送55C的清水，泵的安裝高度是否合適。解：（1）泵的安裝高度在水池液面和泵入口截面之間列柏努利方程式（水池液面為基準面），得3二Hg 0.61 2.4即 _64_10_1000 9.81H g =3.51 m（2）輸送55C清水的允許安裝高度55 C清水的密度為 985.7kg/m 3,飽和蒸汽壓為15.733kPa貝U一(NPSH) _Hf,0=(100 -15.733)10(3.5 .0.5)_2.4 m=2.31m985.7 9.81原安裝高度（3.51m）需下降1.5m才能

40、不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。5. 對于習題4的輸送任務(wù)，若選用3B57型水泵，其操作條件下（55C清水）的允許吸上真空度為5.3m,試確定離心泵的安裝高度。解：為確保泵的安全運行，應(yīng)以55C熱水為基準確定安裝高度。泵的安裝高度為2.0m。6. 用離心泵將真空精餾塔的釜殘液送至常壓貯罐。塔底液面上的絕對壓力為32.5kPa（即輸送溫度下溶液的飽和蒸汽壓）。已知：吸入管路壓頭損失為1.46m，泵的必需氣蝕余量為 2.3m，該泵安裝在塔內(nèi)液面下3.0m處。試核算該泵能否正常操作。解：泵的允許安裝高度為 式中Pa 匹=0 則 H g = -(2.3 0.5) 1.46m =-4.26my泵的允許安裝位置應(yīng)在塔內(nèi)液

41、面下4.26m處，實際安裝高度為-3.0m，故泵在操作時可能發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。為安全運行，離心泵應(yīng)再下移1.5m。7 .在指定轉(zhuǎn)速下，用 20 C的清水對離心泵進行性能測試，測得qH數(shù)據(jù)如本題附表所示。習題7附表1q300.10.20.30.40.5(m /mi n)H/m37.238.03734.531.828.5在實驗范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)變化不大，管路特性方程為23He =1280.0qe（qe的單位為 m/min ）試確定此管路中的 q、H和R n =81%） 習題7附圖解：該題是用作圖法確定泵的工驗數(shù)據(jù)作出qH曲線。同時計算出對 要求的H，在同一坐標圖中作 qeHb 圖所示。兩曲線的交點 M即

42、泵在此管路中3讀得 q=0.455m /min , H=29.0m，則作點。由題給實qH應(yīng)流量下管路所M曲線，如本題附 1qeHb的工作點，由圖、.3習題7附圖q/(m /min)p 二 Hqs： =29.0 0.455 1000 kW=2.66kW102 60 102 0.81習題7附表2qe/(m 3/mi n)00.10.20.30.40.5H/m12.012.815.219.224.832.0注意：在低流量時，qH曲線出現(xiàn)峰值。！ |&用離心泵將水庫中的清水送至灌溉渠，兩液面維持恒差8.8m，管內(nèi)流動在阻力平方區(qū)，管路特性方程為523He =8.8 5.2 10 qe （qe的

43、單位為 m/s ）I -單臺泵的特性方程為523H =28 -4.2 匯10 q （q 的單位為 m/s ）'- I I試求泵的流量、壓頭和有效功率。解：聯(lián)立管路和泵的特性方程便可求泵的工作點對應(yīng)的q、H進而計算 R。管路特性方程He =8.8 5.2 105q2 泵的特性方程 H =28 -4.2 105q233聯(lián)立兩方程，得到 q=4.52 X 10 m/s H=19.42m則 Pe =Hq"g =19.424.52 10 1000 9.81W=861W8相同）組合操作，試9對于習題8的管路系統(tǒng)，若用兩臺規(guī)格相同的離心泵（單臺泵的特性方程與習題 求可能的最大輸水量。解：本

44、題旨在比較離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)的效果。(1) 兩臺泵的并聯(lián)解得：q=5.54 x 10-3m/s=19.95m 3/h(2) 兩臺泵的串聯(lián)解得：q=5.89 x 10-3m/s=21.2m 3/h321.2m /h。在本題條件下，兩臺泵串聯(lián)可獲得較大的輸水量10 .采用一臺三效單動往復泵，將敞口貯槽中密度為 槽中，兩容器中液面維持恒差 8m,管路系統(tǒng)總壓頭損失為 次數(shù)為200min-1，泵的容積效率和總效率分別為 0.96和解：(1)往復泵的實際流量1200kg/m3的粘稠液體送至表壓為1.62 x 103kPa的高位4葉已知泵的活塞直徑為 70mm沖程為225mm往復 0.91。試求泵的流量、

45、壓頭和軸功率。n33q =3 vASq =3 0.96： _： 0.072 0.225 200m/min=0.499m /min4泵的揚程H =He =(8+ 1.62 刈0+4) m=149.6m1200x9.81泵的軸功率Hqs149.6 °.499 1200 kW=16.08kWP 10260 102 0.9111.用離心通風機將的水平管道送至某表壓為中有一臺離心通風機，其性能為：轉(zhuǎn)速 用。50C、101.3kPa的空氣通過內(nèi)徑為 600mm總長105m (包括所有局部阻力當量長度)44 31 x 10 Pa的設(shè)備中?？諝獾妮斔土繛?.5 x 10m/h。摩擦系數(shù)可取為 0.0

46、175。現(xiàn)庫房-14 3 /1450min，風量1.6 x 10 m/h，風壓為1.2 x 10 Pa。試核算該風機是否合解：將操作條件的風壓和風量來換算庫存風機是否合用。Pm = 101300 +1 漢104Pa=106300Pa3.對2題中的降塵室與含塵氣體，在427C下操作，若需除去的最小顆粒粒徑為10卩m試確定降塵室內(nèi)隔106300293|/33咕=1.205kg/m =1.147kg/m101330 323u = Mpv _15000 101300m/s=14.40m/snd2pm3600 n 0.62 10630044"'1f則 Ht = 1 1041.1470.

47、01 75IL105+10.614.4022Pa=10483PaHt =10483 丄乙 Pa=10967Pa1.147._._ 一43.-443庫存風機的風量 q=1.6 x 10 m/h，風壓Ht=1.2 x 10 Pa均大于管路要求(qe=1.5 x 10 m/h , Hr=10967Pa)，故風機合用。12 有一臺單動往復壓縮機，余隙系數(shù)為0.06，氣體的入口溫度為 20C，絕熱壓縮指數(shù)為 1.4，要求壓縮比為9,試求(1)單級壓縮的容積系數(shù)和氣體的出口溫度；(2)兩級壓縮的容積系數(shù)和第一級氣體的出口溫度；(3)往復壓縮機的壓縮極限。解：(1)單級壓縮的容積系數(shù)和氣體的出口溫度k丄心K

48、叱T2 =T1 匹=293 汶 91.4 K=548.9Kg丿(2 )兩級壓縮的容積系數(shù)和第一級氣體出口溫度 改為兩級壓縮后，每級的壓縮比為則重復上面計算，得到0.4壬=293 31 K=401K(3)壓縮極限解得 21=55.71Pi第三章非均相混合物分離及固體流態(tài)化1 .顆粒在流體中做自由沉降，試計算(1)密度為2650kg/m3,直徑為0.04mm的球形石英顆粒在 20C空氣/、” r I 十 / i 1丁中自由沉降，沉降速度是多少？ (2)密度為2650kg/m3,球形度 =0.6的非球形顆粒在20C清水中的沉降速度為0.1m/s，顆粒的等體積當量直徑是多少？ (3)密度為7900kg

49、/m3，直徑為6.35mm的鋼球在密度為 1600kg/m3的液體中沉降150mm所需的時間為7.32s，液體的黏度是多少？解：(1)假設(shè)為滯流沉降，則：查附錄 20C 空氣 亍=1.205kg/m3 , J =1.81 10Pa s，所以，核算流型：所以，原假設(shè)正確，沉降速度為0.1276m/s。(2 )采用摩擦數(shù)群法依© =0.6，匕 Re=431.9，查出：r$=0.3，所以：(3 )假設(shè)為滯流沉降，得：其中 Ut 二h J -0.15 7.32 m s = 0.02049m s將已知數(shù)據(jù)代入上式得：核算流型32.用降塵室除去氣體中的固體雜質(zhì)，降塵室長5m,寬5m,高4.2m,

50、固體雜質(zhì)為球形顆粒，密度為3000kg/m。氣體的處理量為 3000 (標準)nf/h。試求理論上能完全除去的最小顆粒直徑。(1) 若操作在20C下進行，操作條件下的氣體密度為1.06kg/m 3,黏度為1.8 x 10-5Pa?s。(2) 若操作在420C下進行，操作條件下的氣體密度為0.5kg/m3，黏度為3.3 x 10-5Pa?s。解：(1)在降塵室內(nèi)能夠完全沉降下來的最小顆粒的沉降速度為：設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則：核算流型：5原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為1.985 x 10-(2)計算過程與(1)相同。完全能夠沉降下來的最小顆粒的沉降速度為：設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則：核算

51、流型：原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為4.132 x 10-5m=板的間距及層數(shù)。解：取隔板間距為 h,令則 h = Lut （1）u10 um塵粒的沉降速度 由（1）式計算h h =5 4.954 10-m = 0.244m0.1017層數(shù)n = H 4217.2取18層h 0.244核算顆粒沉降雷諾數(shù)：核算流體流型：4 在雙錐分級器內(nèi)用水對方鉛礦與石英兩種粒子的混合物進行分離。操作溫度下水的密度：=996.9kg/m 3,33黏度 =0.8973 X 10 Pa?s。固體顆粒為棱長 0.080.7mm的正方體。已知：方鉛礦密度：“ =7500kg/m，石英礦密度息=2650kg

52、/m 。假設(shè)粒子在上升水流中作自由沉降，試求（1 ）欲得純方鉛礦粒，水的上升流速至少應(yīng)為多少？ （2）所得純方鉛礦粒的尺寸范圍。解：（1）水的上升流速為了得到純方鉛礦粒，應(yīng)使全部石英粒子被溢流帶出，因此，水的上升流速應(yīng)等于 或略大于最大石英粒子的自由沉降速度。對于正方體顆粒，應(yīng)先算出其當量直徑和球形度。設(shè)I代表棱長，VP代表一個顆粒的體積。顆粒的當量直徑為因此，顆粒的球形度，用摩擦數(shù)群法計算最大石英粒子的沉降速度，即已知s =0.806，由圖3-3查得Re=70,則所以水的上升流速應(yīng)取為0.07255m/s或略大于此值。（2）純方鉛礦粒的尺寸范圍所得到的純方鉛礦粒中尺寸最小者應(yīng)是沉降速度恰好等

53、于0.07255m/s的粒子。用摩擦數(shù)群法計算該粒子的當量直徑：已知s =0.806，由圖3-3查得Re=30,則與此當量直徑相對應(yīng)的正方體棱長為所得純方鉛礦粒的棱長范圍為0.30.7mm=5.用標準型旋風分離器處理含塵氣體，氣體流量為0.4m3/s、黏度為3.6 X 10-5Pa?s、密度為0.674kg/m 3,'I '3.氣體中塵粒的密度為 2300kg/m。若分離器圓筒直徑為 0.4m, （1）試估算其臨界粒徑、分割粒徑及壓力降。（2）現(xiàn)在工藝要求處理量加倍，若維持壓力降不變，旋風分離器尺寸需增大為多少？此時臨界粒徑是多少？（3）若要維持原來的分離效果（臨界粒徑），應(yīng)采取什么措施？解：臨界直徑d = I 9旳c dNePsUi式中 B 二D 二04 =0.1m , h 二D/244Ne=5將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得分割粒徑為壓強降為（2） 巾，5不變