天大化工原理第3版課后習題答案1-3章

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上第一章 流體流動流體的重要性質1某氣柜的容積為6 000 m3，若氣柜內的表壓力為5.5 kPa，溫度為40 。已知各組分氣體的體積分數為：H2 40%、 N2 20%、CO 32%、CO2 7%、CH4 1%，大氣壓力為 101.3 kPa，試計算氣柜滿載時各組分的質量。解：氣柜滿載時各氣體的總摩爾數各組分的質量： 2若將密度為830 kg/ m3的油與密度為710 kg/ m3的油各60 kg混在一起，試求混合油的密度。設混合油為理想溶液。解： 流體靜力學3已知甲地區(qū)的平均大氣壓力為85.3 kPa，乙地區(qū)的平均大氣壓力為101.33 kPa，在甲地區(qū)的某真空設備

2、上裝有一個真空表，其讀數為20 kPa。若改在乙地區(qū)操作，真空表的讀數為多少才能維持該設備的的絕對壓力與甲地區(qū)操作時相同？ 解：（1）設備內絕對壓力 絕壓=大氣壓-真空度= （2）真空表讀數 真空度=大氣壓-絕壓= 4某儲油罐中盛有密度為960 kg/m3的重油（如附圖所示），油面最高時離罐底9.5 m，油面上方與大氣相通。在罐側壁的下部有一直徑為760 mm的孔，其中心距罐底1000 mm，孔蓋用14 mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作壓力為39.5×106 Pa，問至少需要幾個螺釘（大氣壓力為101.3×103 Pa）？ 解：由流體靜力學方程，距罐底1000 mm處的

3、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 習題5附圖 習題4附圖 5如本題附圖所示，流化床反應器上裝有兩個U管壓差計。讀數分別為R1=500 mm，R2=80 mm，指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴散，于右側的U管與大氣連通的玻璃管內灌入一段水，其高度R3=100 mm。試求A、B兩點的表壓力。習題6附圖 解：（1）A點的壓力 （2）B點的壓力 6如本題附圖所示，水在管道內流動。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R=100 mm，h=800 mm。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101.3

4、kPa，試求管路中心處流體的壓力。解：設管路中心處流體的壓力為p根據流體靜力學基本方程式，則 7某工廠為了控制乙炔發(fā)生爐內的壓力不超過13.3 kPa（表壓），在爐外裝一安全液封管（又稱水封）裝置，如本題附圖所示。液封的作用是，當爐內壓力超過規(guī)定值時，氣體便從液封管排出。試求此爐的安全液封管應插入槽內水面下的深度h。習題7附圖解：流體流動概述8. 密度為1800 kg/m3的某液體經一內徑為60 mm的管道輸送到某處，若其平均流速為0.8 m/s，求該液體的體積流量（m3/h）、質量流量（kg/s）和質量通量kg/(m2·s)。解： 9在實驗室中，用內徑為1.5 cm的玻璃管路輸送2

5、0 的70%醋酸。已知質量流量為10 kg/min。試分別用用SI和厘米克秒單位計算該流動的雷諾數，并指出流動型態(tài)。 解：（1）用SI單位計算查附錄70%醋酸在20 時， 故為湍流。 （2）用物理單位計算 ， 10有一裝滿水的儲槽，直徑1.2 m，高3 m?，F(xiàn)由槽底部的小孔向外排水。小孔的直徑為4 cm，測得水流過小孔的平均流速u0與槽內水面高度z的關系為： 試求算（1）放出1 m3水所需的時間（設水的密度為1000 kg/m3）；（2）又若槽中裝滿煤油，其它條件不變，放出1m3煤油所需時間有何變化（設煤油密度為800 kg/m3）？ 解：放出1m3水后液面高度降至z1，則 由質量守恒，得 ，

6、 （無水補充） (A為儲槽截面積)故有 即 上式積分得 11如本題附圖所示，高位槽內的水位高于地面7 m，水從108 mm×4 mm的管道中流出，管路出口高于地面1.5 m。已知水流經系統(tǒng)的能量損失可按hf=5.5u2計算，其中u為水在管內的平均流速（m/s）。設流動為穩(wěn)態(tài)，試計算（1）A-A'截面處水的平均流速；（2）水的流量（m3/h）。 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 （1）式中 z1=7 m，ub10，p1=0（表壓） z2=1.5 m，p2=0（表壓），ub2 =5.5 u2代入式（1）得 （2）水

7、的流量（以m3/h計） 習題11附圖 習題12附圖1220 的水以2.5 m/s的平均流速流經38 mm×2.5 mm的水平管，此管以錐形管與另一53 mm×3 mm的水平管相連。如本題附圖所示，在錐形管兩側A、B處各插入一垂直玻璃管以觀察兩截面的壓力。若水流經A、B兩截面間的能量損失為1.5 J/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， hf=1.5 J/kg 習題13附圖 故 13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。已知儲罐內液面

8、維持恒定，其上方壓力為1. Pa。流體密度為800 kg/m3。精餾塔進口處的塔內壓力為1.21105 Pa，進料口高于儲罐內的液面8 m，輸送管道直徑為68 mm 4 mm，進料量為20 m3/h。料液流經全部管道的能量損失為70 J/kg，求泵的有效功率。解：在截面和截面之間列柏努利方程式，得 習題14附圖14本題附圖所示的貯槽內徑D=2 m，槽底與內徑d0為32 mm的鋼管相連，槽內無液體補充，其初始液面高度h1為2 m（以管子中心線為基準）。液體在管內流動時的全部能量損失可按hf=20 u2計算，式中的u為液體在管內的平均流速（m/s）。試求當槽內液面下降1 m時所需的時間。 解：由質

9、量衡算方程，得 （1） （2） （3）將式（2），（3）代入式（1）得 即 （4）在貯槽液面與管出口截面之間列機械能衡算方程 即 或寫成 （5）式（4）與式（5）聯(lián)立，得 即 i.c. =0，h=h1=2 m；=，h=1m 積分得 動量傳遞現(xiàn)象與管內流動阻力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。設管道寬度為b，高度2y0，且b>>y0，流道長度為L，兩端壓力降為，試根據力的衡算導出（1）剪應力隨高度y（自中心至任意一點的距離）變化的關系式；（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系。 解：（1）由于b>>y0 ,可近似認為兩板無限寬

10、，故有 （1） （2）將牛頓黏性定律代入（1）得 上式積分得 （2）邊界條件為 y=0，u=0，代入式（2）中，得 C=-因此 （3）（3）當y=y0，u=umax故有 再將式（3）寫成 （4）根據ub的定義，得 16不可壓縮流體在水平圓管中作一維定態(tài)軸向層流流動，試證明（1）與主體流速u相應的速度點出現(xiàn)在離管壁0.293ri處，其中ri為管內半徑；（2）剪應力沿徑向為直線分布，且在管中心為零。 解：（1） （1）當u=ub 時，由式（1）得 解得 由管壁面算起的距離為 （2）由 對式（1）求導得 故 （3）在管中心處，r=0，故=0。17流體在圓管內作定態(tài)湍流時的速度分布可用如下的經驗式表達

11、試計算管內平均流速與最大流速之比u /umax。解：令 18某液體以一定的質量流量在水平直圓管內作湍流流動。若管長及液體物性不變，將管徑減至原來的1/2，問因流動阻力而產生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 =/= =（式中 =2 ，=（）2 =4因此 =32又由于 =（=（=（2×=（0.5）0.25=0.841故 =32×0.84=26.9 習題19附圖 19用泵將2×104 kg/h的溶液自反應器送至高位槽（見本題附圖）。反應器液面上方保持25.9×103 Pa的真空度，高位槽液面上方為大氣壓。管道為76 m

12、m×4 mm的鋼管，總長為35 m，管線上有兩個全開的閘閥、一個孔板流量計（局部阻力系數為4）、五個標準彎頭。反應器內液面與管路出口的距離為17 m。若泵的效率為0.7，求泵的軸功率。（已知溶液的密度為1073 kg/m3，黏度為6.310-4 Pas。管壁絕對粗糙度可取為0.3 mm。） 解：在反應器液面1-1，與管路出口內側截面2-2，間列機械能衡算方程，以截面1-1，為基準水平面，得 （1）式中 z1=0，z2=17 m，ub10 p1=-25.9×103 Pa (表)，p2=0 (表) 將以上數據代入式（1），并整理得 =9.81×17+=192.0+其中

13、 =（+） =1.656×105 根據Re與e/d值，查得=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）： 0.43×2 m =0.86 m 標準彎頭： 2.2×5 m =11 m故 =(0.03×+0.5+4)=25.74J/kg于是 泵的軸功率為 =1.73kW流體輸送管路的計算 習題20附圖 20如本題附圖所示，貯槽內水位維持不變。槽的底部與內徑為100 mm的鋼質放水管相連，管路上裝有一個閘閥，距管路入口端15 m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。壓差計連接管內充滿了水，測壓點與管路出口端之間

14、的直管長度為20 m。 （1）當閘閥關閉時，測得R=600 mm、h=1500 mm；當閘閥部分開啟時，測得R=400 mm、h=1400 mm。摩擦系數可取為0.025，管路入口處的局部阻力系數取為0.5。問每小時從管中流出多少水（m3）？ （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/d15，摩擦系數仍可取0.025。） 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 （a）式中 p1=0(表) ub2=0，z2=0 z1可通過閘閥全關時的數據求取。當閘閥全關時，水靜止

15、不動，根據流體靜力學基本方程知 （b）式中 h=1.5 m, R=0.6 m將已知數據代入式（b）得 將以上各值代入式（a），即 9.81×6.66=+2.13 ub2 解得 水的流量為 （2）閘閥全開時測壓點處的壓力在截面1-1，與管路出口內側截面3-3，間列機械能衡算方程，并通過管中心線作基準平面，得 （c）式中 z1=6.66 m，z3=0，ub1=0，p1=p3 =將以上數據代入式（c），即 9.81×6.66=+4.81 ub2解得 再在截面1-1，與2-2，間列機械能衡算方程，基平面同前，得 （d）式中 z1=6.66 m，z2=0，ub10，ub2=3.51

16、m/s，p1=0（表壓力） 將以上數值代入上式，則 解得 p2=3.30×104 Pa（表壓）2110 的水以500 l/min的流量流經一長為300 m的水平管，管壁的絕對粗糙度為0.05 mm。有6 m的壓頭可供克服流動的摩擦阻力，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 =/g=6 m（題給）即 =6×9.81 J/kg =58.56 J/kg （a） 將ub代入式（a），并簡化得 （b） 與Re及e/d有關，采用試差法，設=0.021代入式（b），求出d=0.0904m。 下面驗算所設的值是否正確： 10

17、 水物性由附錄查得 =1000 kg/m3，=130.77×10-5 Pa 由e/d及Re，查得=0.021故 習題22附圖 22如本題附圖所示，自水塔將水送至車間，輸送管路用mm的鋼管，管路總長為190 m（包括管件與閥門的當量長度，但不包括進、出口損失）。水塔內水面維持恒定，并高于出水口15 m。設水溫為12 ，試求管路的輸水量（m3/h）。 解：在截面和截面之間列柏努利方程式，得 （1）采用試差法，代入式（1）得，故假設正確，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 。A

18、B管段內徑為38 m、長為58 m；BC支管的內徑為32 mm、長為12.5 m；BD支管的內徑為26 mm、長為14 m，各段管長均包括管件及閥門全開時的當量長度。AB與BC管段的摩擦系數均可取為0.03。試計算（1）當BD支管的閥門關閉時，BC支管的最大排水量為多少（m3/h）；（2）當所有閥門全開時，兩支管的排水量各為多少（m3/h）？（BD支管的管壁絕對粗糙度，可取為0.15 mm，水的密度為1000 kg/m3，黏度為。） 解：（1）當BD支管的閥門關閉時，BC支管的最大排水量 在高位槽水面1-1，與BC支管出口內側截面C-C,間列機械能衡算方程，并以截面C-C,為基準平面得 式中

19、z1=11 m，zc=0，ub10，p1=pc故 =9.81×11=107.9J/kg （a） （b） （c） （d） （e）將式（e）代入式（b）得 （f）將式（f）、（d）代入式（b）,得 ubC=ub,BC，并以hf值代入式（a），解得 ub,BC=2.45 m/s故 VBC=3600××0.0322×2.45 m3/h=7.10 m3/h （2）當所有閥門全開時，兩支管的排水量根據分支管路流動規(guī)律，有 （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，于是上式可簡化為 將值代入式（a）中，得 （b） 分支管路的主管與支管的流量關系為

20、VAB=VBC+VBD 上式經整理后得 （c）在截面1-1，與C-C間列機械能衡算方程，并以C-C為基準水平面，得 （d）上式中 z1=11 m，zC=0，ub10，ub, C0上式可簡化為 前已算出 因此 在式（b）、（c）、（d）中，ub,AB、ub,BC、ub,BD即均為未知數，且又為ub,BD的函數，可采用試差法求解。設ub,BD=1.45 m/s，則 查摩擦系數圖得=0.034。將與ub,BD代入式（b）得 解得 將ub,BC、ub,BD值代入式（c），解得 將ub,AB、ub,BC值代入式（d）左側，即 計算結果與式（d）右側數值基本相符（108.4107.9），故ub,BD可以接

21、受，于是兩支管的排水量分別為 24在內徑為300 mm的管道中，用測速管測量管內空氣的流量。測量點處的溫度為20 ，真空度為500 Pa，大氣壓力為98.66×103 Pa。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835 kg/m3和998 kg/m3 ，測得的讀數為100 mm。試求空氣的質量流量（kg/h）。解： 查附錄得，20 ，101.3 kPa時空氣的密度為1.203 kg/m3，黏度為1.81×10-5 Pa，則管中空氣的密度為查圖1-28，得 25在mm的管路上裝有標準孔板流量計，孔板的孔徑為16.4 mm，管中流動的是20

22、 的甲苯，采用角接取壓法用U管壓差計測量孔板兩側的壓力差，以水銀為指示液，測壓連接管中充滿甲苯?，F(xiàn)測得U管壓差計的讀數為600 mm，試計算管中甲苯的流量為多少（kg/h）？ 解：已知孔板直徑do=16.4 mm，管徑d1=33 mm，則 設Re>Reo，由教材查圖1-30得Co=0.626，查附錄得20 甲苯的密度為866 kg/m3，黏度為0.6×10-3 Pa·s。甲苯在孔板處的流速為 甲苯的流量為 檢驗Re值，管內流速為 原假定正確。習題26附圖非牛頓型流體的流動26用泵將容器中的蜂蜜以6.28×10-3 m3/s流量送往高位槽中，管路長（包括局部阻

23、力的當量長度）為20 m，管徑為0.l m，蜂蜜的流動特性服從冪律，密度=1250 kg /m3，求泵應提供的能量（J /kg）。解：在截面和截面之間列柏努利方程式，得；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兩壓力表的讀數相等。啟動離心泵并將出口閥調至某開度時，輸油量為39 m3/h，此時泵的壓頭為38 m。已知輸油管內徑為100 mm，摩擦系數為0.02；油品密度為810 kg/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）。習題1 附圖解：（1）管路特性方程甲、乙兩地油罐液面分別取作1-1與

24、2-2截面，以水平管軸線為基準面，在兩截面之間列柏努利方程，得到 由于啟動離心泵之前pA=pC,于是=0則 又 mh2/m5=2.5×102 h2/m5則 （qe的單位為m3/h）（2）輸油管線總長度m/s=1.38 m/s于是 m=1960 m2用離心泵（轉速為2900 r/min）進行性能參數測定實驗。在某流量下泵入口真空表和出口壓力表的讀數分別為60 kPa和220 kPa，兩測壓口之間垂直距離為0.5 m，泵的軸功率為6.7 kW。泵吸入管和排出管內徑均為80 mm，吸入管中流動阻力可表達為（u1為吸入管內水的流速，m/s）。離心泵的安裝高度為2.5 m，實驗是在20 ，98

25、.1 kPa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），得到將有關數據代入上式并整理，得m/s則 m3/h=57.61 m3/h(2) 泵的揚程(3) 泵的效率=68%在指定轉速下，泵的性能參數為：q=57.61 m3/h H=29.04 m P=6.7 kW =68%3對于習題2的實驗裝置，若分別改變如下參數，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）改送密度為1220 kg/m3的果汁（其他性質與水相近）；（2）泵的轉速降至2610 r/min。解：由習題2求得：q=57.6

26、1 m3/h H=29.04 m P=6.7 kW（1）改送果汁改送果汁后，q，H不變，P隨加大而增加，即 (2) 降低泵的轉速根據比例定律，降低轉速后有關參數為 4用離心泵（轉速為2900 r/min）將20 的清水以60 m3/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2.4 m和0.61 m。規(guī)定泵入口的真空度不能大于64 kPa。泵的必需氣蝕余量為3.5 m。試求（1）泵的安裝高度（當地大氣壓為100 kPa）；（2）若改送55 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），得即 m（2）輸送55

27、 清水的允許安裝高度55 清水的密度為985.7 kg/m3，飽和蒸汽壓為15.733 kPa則 =m=2.31m原安裝高度（3.51 m）需下降1.5 m才能不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。5對于習題4的輸送任務，若選用3B57型水泵，其操作條件下（55 清水）的允許吸上真空度為5.3 m，試確定離心泵的安裝高度。解：為確保泵的安全運行，應以55 熱水為基準確定安裝高度。泵的安裝高度為2.0 m。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32.5 kPa(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1.46 m，泵的必需氣蝕余量為2.3 m，該泵安裝在塔內液面下3.0 m

28、處。試核算該泵能否正常操作。解：泵的允許安裝高度為式中 則 泵的允許安裝位置應在塔內液面下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，離心泵應再下移1.5 m。7在指定轉速下，用20 的清水對離心泵進行性能測試，測得qH數據如本題附表所示。習題7 附表1 q (m3/min)00.10.20.30.40.5H /m37.238.03734.531.828.5在實驗范圍內，摩擦系數變化不大，管路特性方程為（qe的單位為m3/min）試確定此管路中的q、H和P(=81%)習題7 附圖qeHeMqH解：該題是用作圖法確定泵的工作點。由題給實驗數據作出qH曲線。同時

29、計算出對應流量下管路所要求的He，在同一坐標圖中作qeHe曲線，如本題附圖所示。兩曲線的交點M即泵在此管路中的工作點，由圖讀得q=0.455 m3/min，H=29.0 m，則習題7 附圖 q / (m3/min)kW=2.66 kW習題7 附表2qe / (m3/min)00.10.20.30.40.5He /m12.012.815.219.224.832.0注意：在低流量時，qH曲線出現(xiàn)峰值。8用離心泵將水庫中的清水送至灌溉渠，兩液面維持恒差8.8 m，管內流動在阻力平方區(qū)，管路特性方程為 （qe的單位為m3/s）單臺泵的特性方程為 （q的單位為m3/s）試求泵的流量、壓頭和有效功率。 解

30、：聯(lián)立管路和泵的特性方程便可求泵的工作點對應的q、H，進而計算Pe。管路特性方程 泵的特性方程 聯(lián)立兩方程，得到 q=4.52×103 m3/s H=19.42 m則 W=861 W9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8相同）組合操作，試求可能的最大輸水量。解：本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=5.54×103 m3/s=19.95 m3/h(2) 兩臺泵的串聯(lián)解得： q=5.89×103 m3/s=21.2 m3/h在本題條件下，兩臺泵串聯(lián)可獲得較大的輸水量21.2 m3/h。10采用一臺三效

31、單動往復泵，將敞口貯槽中密度為1200 kg/m3的粘稠液體送至表壓為1.62×103 kPa的高位槽中，兩容器中液面維持恒差8 m，管路系統(tǒng)總壓頭損失為4 m。已知泵的活塞直徑為70 mm，沖程為225 mm，往復次數為200 min-1，泵的容積效率和總效率分別為0.96和0.91。試求泵的流量、壓頭和軸功率。解：（1）往復泵的實際流量m3/min=0.499 m3/min(2)泵的揚程m=149.6 m(3)泵的軸功率kW=16.08 kW11用離心通風機將50 、101.3 kPa的空氣通過內徑為600 mm，總長105 m（包括所有局部阻力當量長度）的水平管道送至某表壓為1

32、×104 Pa的設備中?？諝獾妮斔土繛?.5×104 m3/h。摩擦系數可取為0.0175?，F(xiàn)庫房中有一臺離心通風機，其性能為：轉速1450 min-1，風量1.6×104 m3/h，風壓為1.2×104 Pa。試核算該風機是否合用。解：將操作條件的風壓和風量來換算庫存風機是否合用。Pa=Pakg/m3=1.147 kg/m3m/s=14.40 m/s則 Pa=10483 PaPa=10967 Pa庫存風機的風量q=1.6×104 m3/h，風壓HT=1.2×104 Pa均大于管路要求（qe=1.5×104 m3/h，HT=

33、10967 Pa），故風機合用。12有一臺單動往復壓縮機，余隙系數為0.06，氣體的入口溫度為20 ，絕熱壓縮指數為1.4，要求壓縮比為9，試求（1）單級壓縮的容積系數和氣體的出口溫度；（2）兩級壓縮的容積系數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和氣體的出口溫度K=548.9K（2）兩級壓縮的容積系數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K=401 K（3）壓縮極限即 解得 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2 650 kg/m3，直徑為0.04 mm的球形石英顆粒在20

34、空氣中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度為2 650 kg/m3，球形度的非球形顆粒在20 清水中的沉降速度為0.1 m/ s，顆粒的等體積當量直徑是多少？（3）密度為7 900 kg/m3，直徑為6.35 mm的鋼球在密度為1 600 kg/m3的液體中沉降150 mm所需的時間為7.32 s，液體的黏度是多少？解：（1）假設為滯流沉降，則 查附錄20 空氣，所以核算流型 所以，原假設正確，沉降速度為0.1276 m/s。（2）采用摩擦數群法依，查出：，所以（3）假設為滯流沉降，得 其中 將已知數據代入上式得 核算流型 2用降塵室除去氣體中的固體雜質，降塵室長5 m，寬5 m，高4.2 m

35、，固體雜質為球形顆粒，密度為3000 kg/m3。氣體的處理量為3000（標準）m3/h。試求理論上能完全除去的最小顆粒直徑。（1）若操作在20 下進行，操作條件下的氣體密度為1.06 kg/m3，黏度為1.8×10-5 Pas。（2）若操作在420 下進行，操作條件下的氣體密度為0.5 kg/m3，黏度為3.3×10-5 Pas。解：（1）在降塵室內能夠完全沉降下來的最小顆粒的沉降速度為 設沉降在斯托克斯區(qū)，則 核算流型 原設滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為1.985×10-5 m。（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 設沉

36、降在斯托克斯區(qū)，則 核算流型 原設滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為4.132×10-5 m。3對2題中的降塵室與含塵氣體，在427 下操作，若需除去的最小顆粒粒徑為10 m，試確定降塵室內隔板的間距及層數。解：取隔板間距為h，令 則 （1） 10 m塵粒的沉降速度 由（1）式計算h 所以 層數取18層 核算顆粒沉降雷諾數 核算流體流型 4在雙錐分級器內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r996.9 kg/m3，黏度m0.897 3×10-3 Pas。固體顆粒為棱長0.080.7mm的正方體。已知：方鉛礦密度rs17 500 kg/m3，石

37、英礦密度rs22 650 kg/m3。假設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，應使全部石英粒子被溢流帶出，因此，水的上升流速應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 ，應先算出其當量直徑和球形度。設l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群法計算最大石英粒子的沉降速度，即 已知=0.806，由圖3-3查得，則所以水的上升流速應取為0.07255 m/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

38、應是沉降速度恰好等于0.07255 m/s的粒子。用摩擦數群法計算該粒子的當量直徑： 已知 =0.806，由圖3-3查得Ret=30，則與此當量直徑相對應的正方體棱長為所得純方鉛礦粒的棱長范圍為0.30.7 mm。5用標準型旋風分離器處理含塵氣體，氣體流量為0.4 m3/s、黏度為3.6×10-5 Pas、密度為0.674 kg/m3，氣體中塵粒的密度為2 300 kg/m3。若分離器圓筒直徑為0.4 m，(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）

39、，應采取什么措施？解：臨界直徑式中 ， Ne=5 將有關數據代入，得 分割粒徑為 壓強降為 （2）不變所以，處理量加倍后，若維持壓力降不變，旋風分離器尺寸需增大，同時臨界粒徑也會增大，分離效率降低。（3）若要維持原來的分離效果（臨界粒徑），可采用兩臺圓筒直徑為0.4 m的旋風分離器并聯(lián)使用。6在實驗室里用面積0.1 m2的濾葉對某懸浮液進行恒壓過濾實驗，操作壓力差為67 kPa，測得過濾5 min后得濾液1 L，再過濾5 min后，又得濾液0.6 L。試求，過濾常數，并寫出恒壓過濾方程式。解：恒壓過濾方程為 由實驗數據知 ， ， 將上兩組數據代入上式得 解得 所以，恒壓過濾方程為 或 7用10

40、個框的板框過濾機恒壓過濾某懸浮液，濾框尺寸為635 mm×635 mm×25 mm。已知操作條件下過濾常數為， 濾餅與濾液體積之比為v=0.06。試求濾框充滿濾餅所需時間及所得濾液體積。解：恒壓過濾方程為，代入恒壓過濾方程得 8在0.04 m2的過濾面積上以1×10-4 m3/s的速率進行恒速過濾試驗，測得過濾100 s時，過濾壓力差為3×104 Pa；過濾600 s時，過濾壓力差為9×104 Pa。濾餅不可壓縮。今欲用框內尺寸為635 mm×635 mm×60 mm的板框過濾機處理同一料漿，所用濾布與試驗時的相同。過濾開始時，以與試驗相同的濾液流速進行恒速過濾，在過濾壓強差達到6×104 Pa時改為恒壓操作。每獲得1 m3濾液所生成的濾餅體積為0.02 m3。試求框內充滿濾餅所需的時間。 解：第一階段是恒速過濾，其過濾時間與過濾壓差之間的關系可表示為 板框過濾機所處理的懸