(完整版)化工原理(第二版)上冊(cè)課后習(xí)題答案完整版柴誠(chéng)敬主編

1、8大學(xué)課后習(xí)題解答之化工原理(上)-天津大學(xué)化工學(xué)院-柴誠(chéng)敬主編緒 論1. 從基本單位換算入手，將下列物理量的單位換算為SI單位。(1 )水的黏度 尸0.00856 g/(cm s)(2) 密度 p138.6 kgf 公/m4(3) 某物質(zhì)的比熱容 Cp=0.24 BTU/(lb °F )(4) 傳質(zhì)系數(shù) Kg=34.2 kmol/(m 2/h/atm)(5) 表面張力產(chǎn)74 dyn/cm(6) 導(dǎo)熱系數(shù) 入=1 kcal/(m?i?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1 kg=1000 g , 1 m=100 cm0.00856亠如遊cm s 1

2、000g 1m8.56 10 4 kg. m s 8.56 10 4Pa s(2)密度基本物理量的換算關(guān)系為1 kgf=9.81 N , 1 N=1 kg ?n/s2138.6辿 1kg ms2m 1kgf 1N1350 kg m3(3 )從附錄二查出有關(guān)基本物理量的換算關(guān)系為1 BTU=1.055 kJ , l b=0.4536 kg10F 5oCcp 0.24 BTU上plb F 1BTU 0.4536kg5 9 C1.005 kJ kg C(4)傳質(zhì)系數(shù)基本物理量的換算關(guān)系為1 h=3600 s, 1 atm=101.33 kPa則kmol1h 1atm, -2Kg 34.2 -9.37

3、8 10 kmol. m s kPam2 h atm 3600s 101.33kPa(5)表面張力基本物理量的換算關(guān)系為1 dyn=1 10 - N 1 m=100 cm則一 dyn 1 10 5N 100cm74cm 1dyn 1m7.4 10 2 N m(6)導(dǎo)熱系數(shù) 基本物理量的換算關(guān)系為1 kcal=4.1868 1破J, 1 h=3600 s則kcall 4.1868 103J 1h2m h C 1kcal 3600s1.163J m s C 1.163W m C2. 亂堆25cm拉西環(huán)的填料塔用于精餾操作時(shí)，等板高度可用下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即3.9A 2.78 10 4 G12.01

4、D0.3048Z。式中 He等板高度，ft ；G氣相質(zhì)量速度，lb/(ft鈿)；D 塔徑，ft ；Z0每段(即兩層液體分布板之間)填料層高度，ft;L相對(duì)揮發(fā)度，量綱為一；仏一液相黏度，cP;P 液相密度，lb/ft3A、B、C為常數(shù)，對(duì)25 mm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(yàn)公式中各物理量的單位均換算為SI單位。解：上面經(jīng)驗(yàn)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(yàn)公式單位換算的基本要點(diǎn)是：找出式中每個(gè)物理量新舊單位之間的換算關(guān)系，導(dǎo)出物理量“數(shù)字”的表達(dá)式，然后代入經(jīng)驗(yàn)公式并整理，以便使式中各符號(hào)都變?yōu)樗Ｍ膯挝弧＞唧w換算過(guò)

5、程如下：(1 )從附錄查出或計(jì)算出經(jīng)驗(yàn)公式有關(guān)物理量新舊單位之間的關(guān)系為1ft 0.3049m 11b. ft2 h 1.356 10 3 kg m2 s （見(jiàn) 1）a量綱為一，不必?fù)Q算1cp 1 10 3Pa slblb 1kg3.2803ft 3213=13=16.01 kg/mftft2.2046lb 1m將原符號(hào)加上以代表新單位的符號(hào)，導(dǎo)出原符號(hào)的“數(shù)字”表達(dá)式。下面以He為例：H Eft H E m3.2803H Emm 3.2803ftH e H e H e _ftft m同理 G G 1.356 10 3737.5GD 3.2803DZ03.2803Z0LL.110L. 16.0

6、10.06246 L將以上關(guān)系式代原經(jīng)驗(yàn)公式，得3.2803H E 3.9 0.57 2.78 10-0.1737.5G12.01 3.2803D1.240.30483.2803Z。131000 L0.0624 L整理上式并略去符號(hào)的上標(biāo)，便得到換算后的經(jīng)驗(yàn)公式，即He 1.084 10 4 A 0.205G -0.1 39.4D 1.24Z。13-L第一章流體流動(dòng)流體的重要性質(zhì)1.某氣柜的容積為 6 000 m3，若氣柜內(nèi)的表壓力為5.5 kPa,溫度為40 C。已知各組分氣體的體積分?jǐn)?shù)為：H2 40%、 N2 20%、CO32%、CO 7%、CH4 1%，大氣壓力為 101.3 kPa，試

7、計(jì)算氣柜滿載時(shí)各組分的質(zhì)量。解：氣柜滿載時(shí)各氣體的總摩爾數(shù)pV ntRT各組分的質(zhì)量：101.3 5.51000.0 6000mol 246245.4mol8.314 313mH240% ntMh240%246245.42 kg197 kgmN220%ntM N 220%246245.428kg1378.97kgmco32% ntM CO32%246245.428kg2206.36 kgmCO 27%mM CO 27%246245.444kg758.44kgmCH 41%mM CH 41%246245.416kg39.4kg2.若將密度為830 kg/ m3的油與密度為710 kg/ m3的油

8、各60 kg混在一起，試求混合油 的密度。設(shè)混合油為理想溶液。解： mt mt m260 60 kg 120kgVtV v2匹m260603m 0.157m12830! 710mmt120kg . m3764.33 kg m3Vt0.157流體靜力學(xué)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(shè)備上裝有一個(gè)真空表，其讀數(shù)為20 kPa。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(duì)壓力與甲地區(qū)操作時(shí)相同？解：（1）設(shè)備內(nèi)絕對(duì)壓力絕壓=大氣壓-真空度=85.3 1 0320 1 03 Pa 65.3kPa（2）真

9、空表讀數(shù)真空度=大氣壓-絕壓=101.33 1 0 365.3 1 03 Pa 36.03kPa4某儲(chǔ)油罐中盛有密度為960 kg/m3的重油（如附圖所示），油面最高時(shí)離罐底 9.5 m，油面上方與大氣相通。在罐側(cè)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39.5X 106 Pa，問(wèn)至少需要幾個(gè)螺釘（大氣壓力為 101.3X 103 Pa）?解：由流體靜力學(xué)方程，距罐底1000 mm處的流體壓力為p p gh 101.3 103 960 9.81 (9.5 1.0) Pa 1.813 103Pa(絕壓)作用在孔蓋上的

10、總力為/33 n24F (p pa)A=(1.813 10 -101.3 103)0.76 N =3.627 10 N4每個(gè)螺釘所受力為n23F139.5 100.014 N 6.093 10 N4因此n F. F 3.627 104； 6.093 103 N 5.95 6(個(gè))5如本題附圖所示，流化床反應(yīng)器上裝有兩個(gè)U管壓差計(jì)。讀數(shù)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(kuò)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R3=100 mm。試求A、B兩點(diǎn)的表壓力。解：(1) A點(diǎn)的壓力pA水gR3汞gR2 1000 9.81 0.1 13600 9

11、.81 0.08 Pa 1.165 104Pa (表)(2) B點(diǎn)的壓力Pb Pa汞 gR1.165 104 13600 9.81 0.5 Pa 7.836 1 04Pa(表)6如本題附圖所示，水在管道內(nèi)流動(dòng)。為測(cè)量流體壓力，在管道某截面處連接 U管壓差計(jì)，指示液為水銀，讀數(shù)R=100mm, h=800 mm。為防止水銀擴(kuò)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(jì)。已知當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?01.3 kPa,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(xué)基本方程式，pApA則p+水gh+汞gR Pap Pa水 gh 汞 gR101.3 1031000 9.8 0.

12、813600 9.8 0.1 Pa 80.132kPa7 .某工廠為了控制乙炔發(fā)生爐內(nèi)的壓力不超過(guò)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(dāng)爐內(nèi)壓力 超過(guò)規(guī)定值時(shí)，氣體便從液封管排出。試求此爐的安 全液封管應(yīng)插入槽內(nèi)水面下的深度ho解：水 gh 13.3h 13.3 水 g 13.3 1000 1000 9.8 m流體流動(dòng)概述8. 密度為1800 kg/m3的某液體經(jīng)一內(nèi)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(zhì)量流量（kg/s）和質(zhì)量通量kg/（m 2 s）。解:必 uA 怕2 0

13、.8 攀 0.062 3600m3 s 814m3hWsuAu nd240.8 314 0.062 1000kg s 2.26 kg s40.8 1000kg m2 s800kg m2 s9. 在實(shí)驗(yàn)室中，用內(nèi)徑為1.5 cm的玻璃管路輸送20 C的70%醋酸。已知質(zhì)量流量為10 kg/min。試分別用用SI和厘米克秒單位計(jì)算該流動(dòng)的雷諾數(shù)，并指出流動(dòng)型態(tài)。查附錄70%醋酸在20 C時(shí),解：（1 ）用SI單位計(jì)算1069 kg/m3,2.50 10 3Pa sd 1.5cm0.015mUb 10 60 n 4 0.01521069 m s 0.882 m srl 11故為湍流。Re 0.015

14、 0.882 1069 2.5 10 35657（2 ）用物理單位計(jì)算1069 g cm3 ,0.025 g cm sd 1.5cm , ub 88.2cm sRe1.5 88.2 1.069 0.025 565710. 有一裝滿水的儲(chǔ)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(cè)得水流過(guò)小孔的平均流速U0與槽內(nèi)水面高度z的關(guān)系為：u00.62 2zg試求算（1）放出1 m3水所需的時(shí)間（設(shè)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(shí)間有何變化（設(shè)煤油密度為800 kg/m3）?解：放出1m3水后液面高度降

15、至 乙，則Ziz。123 0.8846 m 2.115m0.785 1.2由質(zhì)量守恒,W2Wi（無(wú)水補(bǔ)充）U0A00.62 A . 2gz（A為小孔截面積）故有0.62dz2gz上式積分得AZ （A為儲(chǔ)槽截面積）A。. 2gz A史 0d0.62%A（£）（z01 20.62、, 2g AoZi12）91 2 1 20.62 2 9.81 0-0432.115 s 126.4s 2.1min11. 如本題附圖所示，高位槽內(nèi)的水位高于地面7 m，水從0 108 mm X 4 mm的管道中流出，管路出口高于地面1.5 m。已知水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按刀hf=5.5u式中Z1=7 m ,

16、Ub1 0, p1=0 （表壓）Z2=1.5 m , p2=0 （表壓）,ub2 =5.5 u2代入式（1）得1 2 29.81 79.81 1.5 ub2 5.5ub22Ub 3.0 m s（2 ）水的流量（以m3/h計(jì)）3.1423 f3 /Vs Ub2A 3.00.018 2 0.0040.02355m3 s 84.78m h4計(jì)算，其中u為水在管內(nèi)的平均流速（m/s）。設(shè)流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)，試計(jì)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(jī)械能衡算方程，得1 2gzUb12P1gz2

17、1 2Ub22_P1hf習(xí)題12附圖12. 20 C的水以2.5 m/s的平均流速流經(jīng) 0 38 mm X 2.5 mm的水平管，此管以錐形管 與另一 0 53 mm X 3 mm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力。若水流經(jīng)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(jì)），并在本題附圖中畫(huà)出兩玻璃管中水面的相對(duì)位置。解：在A、B兩截面之間列機(jī)械能衡算方程1 2 P1gz1Ub121 2gZ2 2Ub2式中Zl = Z2=0 ,Ub13.0m sU b2 Ub1A2Ub1d2d；22.5 °.°

18、38 °.0025 2 ms 1.232ms0.053 0.003 2刀 hf=1.5 J/kg2P1P2 u Ub2Ub2:22Ub1hf1.23222.5221.5 J kg 0.866J kgP1一P20.866 9.81mg13.如本題附圖所示，用泵餾塔3的中部進(jìn)行分離。已知儲(chǔ)罐內(nèi)液面維持恒定，其上方壓力為1.0133 105 Pa。流體密度為800 kg/m3。精餾塔進(jìn)口處的塔內(nèi)壓力 為1.21 105 Pa,進(jìn)料口高于儲(chǔ)罐內(nèi)的液面 8 m，輸送管道直徑為68 mm4 mm，進(jìn)料量為20 m3/h。料液流經(jīng)全部管道的能量損失為70 J/kg，求泵的有效功率。解：在截面A-A

19、和截面2U1 gZ1 We2P1P1U1U2We0.0883m 88.3mm2將儲(chǔ)罐1中的有機(jī)混合液送至精B-B之間列柏努利方程式,2p 也 gZ221.0133 105 Pa; p2 1.21 105Pa;0；P2hf 70 J kg20 3600hf8.0m;習(xí)題13附圖nd2P13.140.068422U2 U1 g Z 2 g Z2m s1.966 m s2 0.004hf211We1.21 1.0133 109.8 8.0 70 J kg 28002.46 1.93 78.4 70 J kg 175J kgNe wsWe 20 3600 800 173W768.9W14.本題附圖所示

20、的貯槽內(nèi)徑D=2 m，槽底與內(nèi)徑d0為32 mm的鋼管相連，槽內(nèi)無(wú)液體補(bǔ)充，其初始液面高度h1為2 m （以管子中心線為基準(zhǔn)）。液體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的全部能量損失可按刀hf=20 u2計(jì)算，式中的u為液體在 管內(nèi)的平均流速（m/s）。試求當(dāng)槽內(nèi)液面下降 1 m 時(shí)所需的時(shí)間。解：由質(zhì)量衡算方程，得dMdW1(1)習(xí)題14附圖W10, W；(2)將式dMd(2)，( 3)dh dn f 2D4代入式（1 ）得(3)13nd0ub4(4)/D、2 dhdo% F 丁在貯槽液面與管出口截面之間列機(jī)械能衡算方程gZigh2ub122u2Pihfgz；2Ub2P220u；hf20.5ub或?qū)懗?0.59.8

21、12UbUb0.692 h(5)式（4）（5）聯(lián)立，得°692 "（孟牛與式5645 dh d,hi.c.9=0, h=hi=2 m ; 9= 0,h=1m積分得5645 21212 s 4676s 1.3hb,高度動(dòng)量傳遞現(xiàn)象與管內(nèi)流動(dòng)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(dòng)。設(shè)管道寬度為2yo,且b>>yo，流道長(zhǎng)度為L(zhǎng),兩端壓力降為p，試根據(jù)力的衡算導(dǎo)出（1）剪應(yīng)力t隨高度y （自中心至任意一點(diǎn)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>>yo ,可近似認(rèn)為兩板無(wú)限

22、寬，故有1 ）得1(P 2yb)2bL(2)將牛頓黏性定律代入(dUdydU pydy L(1)上式積分得(2)邊界條件為y=0，u=0，代入式2）中，得 C=-CP 2 ny°因此匕(y2 y：)2 L(3)故有(3)Umaxy=yo， U= Umax P22Ly°再將式（3）寫(xiě)成UUmax中2(4)根據(jù)Ub的定義，得2Umax31 1U bUdAUmaxb aa aa max16.不可壓縮流體在水平圓管中作一維定態(tài)軸向?qū)恿髁鲃?dòng)，試證明（1）與主體流速U相應(yīng)的速度點(diǎn)出現(xiàn)在離管壁0.293ri處，其中ri為管內(nèi)半徑；（2）剪應(yīng)力沿徑向?yàn)橹本€分布，且在管中心為零。解：(1)

23、U Umax 1 (匚)22Ub 1r(r)2 ri(1)當(dāng)U=Ub時(shí)，由式（1）得(匚 r1 2ri2解得 r 0.707ri由管壁面算起的距離為y ri rri 0.707r 0.293h(2)由竺對(duì)式（1）求導(dǎo)得dr15(3)dudr2umaxU max2i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(shí)的速度分布可用如下的經(jīng)驗(yàn)式表達(dá)Uz17max解：u1 Rn2 0uz2 ndr1盲Rr1701"RUmax2 ndr令1rR y，則 r R(1y)u1 RR 0Uz2 ndr1nR210y17Umax2nR2(11y)dy 2Umax 0(y17y87)dy試計(jì)

24、算管內(nèi)平均流速與最大流速之比U/Umax。18.某液體以一定的質(zhì)量流量在水平直圓管內(nèi)作湍流流動(dòng)。若管長(zhǎng)及液體物性不變,減至原來(lái)的1/2，問(wèn)因流動(dòng)阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來(lái)的多少倍？0.817Umax將管徑解：流體在水平光滑直圓管中作湍流流動(dòng)時(shí)Pf =hf或式中因此I2LUbdhf22d 1U b2 2d (丄 XT")2 hf11d2U b1d1 =2 ,墜=() 2 =4 d2'山1d2hf2hf1= ()(2)(4)2=32又由于0.316Re0.25=(臉)0.25=(如)0.25=( 2X 丄嚴(yán)=(0.5) 0.25=0.8411Re2d2Ub24hf2=32 X 0

25、.84=26.9hf117gz;Ub1"2P1gz.2Ub22hf(1)19. 用泵將2X 104 kg/h的溶液自反應(yīng)器送至高位槽（見(jiàn)本題附圖）。反應(yīng)器液面上方保持 25.9 x 103 Pa的真空度，高位槽液面上方為大氣壓。管道為 76 mm x 4 mm的鋼管，總長(zhǎng)為35 m，管線上有兩個(gè)全開(kāi)的閘閥、一個(gè) 孔板流量計(jì)（局部阻力系數(shù)為4）、五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。反應(yīng)器內(nèi)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6.3 10-4 Pas。管壁絕對(duì)粗糙度可取為0.3 mm。）解：在反應(yīng)器液面1-1與管路出口內(nèi)側(cè)截面 2-

26、2間 列機(jī)械能衡算方程，以截面 1-1，為基準(zhǔn)水平面，得22式中Z1=0, z2=17 m , ub1 0w2 104fUb22ms 1.43 m s_d23600 0.785 0.0682 1073 '4p1=-25.9x 103 Pa （表）,p2=0 （表）將以上數(shù)據(jù)代入式（1）,并整理得2Ub2P2 Pl.We g(Z2 乙)一-hf2=9.81 x 17+21.4323+ 25.9 10 +1073hf =192.0+hf其中Le+d2Ub22hf =(Re0.068 1.43 10730.63 10=1.656 x 105e d 0.0044根據(jù)Re與e/d值，查得；=0.

27、03，并由教材可查得各管件、閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度分別為閘閥（全開(kāi)）：0.43 x 2 m =0.86 m標(biāo)準(zhǔn)彎頭：2.2 x 5 m =11 m故hf =（0.03x 35 0.86 11 +0.5+4） !J kg =25.74J/kg0.068 2We192.0 25.74 J kg 217.7J kg泵的軸功率為Ns=we w/流體輸送管路的計(jì)算217.7 2 1043600 0.7W =1.73kWPa （表壓）。（閘閥全開(kāi)時(shí) Le/d20. 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100 mm的鋼質(zhì)放水管相連，管路上裝有一 個(gè)閘閥，距管路入口端 15 m處安有以水銀為指示液的

28、U管壓差計(jì)，其一臂與管道相連，另一臂通大氣。壓差計(jì) 連接管內(nèi)充滿了水，測(cè)壓點(diǎn)與管路出口端之間的直管長(zhǎng) 度為20 m。（1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)，測(cè)得 R=600 mm、h=1500 mm ； 當(dāng)閘閥部分開(kāi)啟時(shí)，測(cè)得R=400 mm、h=1400 mm。摩擦系數(shù) 可取為0.025,管路入口處的局部阻力系數(shù)取為 0.5。問(wèn)每小時(shí)從管中流出多少水（m3）？（2）當(dāng)閘閥全開(kāi)時(shí)，U管壓差計(jì)測(cè)壓處的壓力為多少15,摩擦系數(shù)仍可取 0.025。）解：（1）閘閥部分開(kāi)啟時(shí)水的流量在貯槽水面1-1,與測(cè)壓點(diǎn)處截面基準(zhǔn)水平面，得2Ub1Pigz22Ub22P22-2，間列機(jī)械能衡算方程，并通過(guò)截面hf, 22-2,的中心

29、作（a）(b)6.66m2)UT2.13u：(0.025 150.12Ub20.5)2.13ub2式中 P1=0（表）P2HggRH2OgR 13600 9.81 0.4 1000 9.81 1.4 Pa 39630Pa (表)Ub2=0, Z2=0Z1可通過(guò)閘閥全關(guān)時(shí)的數(shù)據(jù)求取。當(dāng)閘閥全關(guān)時(shí)，水靜止不動(dòng)，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方 程知H2cg(z1h) HggR式中 h=1.5 m, R=0.6 m將已知數(shù)據(jù)代入式（b）得13600 0.61.5 m1000將以上各值代入式（a）,即29.81 X 6.66=2396301000+2.132Ub解得 ub 3.13m s水的流量為 V 3600n

30、d2Ub3600 0.785 0.12 3.13 m3 s 1.43m3 s4（2）閘閥全開(kāi)時(shí)測(cè)壓點(diǎn)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(jī)械能衡算方程，并通過(guò)管中心線作基準(zhǔn)平面， 得22gZ1 如 R gz 亞直hf, 3（ C）式中22Z1=6.66 m , Z3=0, Ub1=0, p1=p32 2L Leu b35Uh2hf,i 3(e c)£= 0.025(15) 0.5-4.81u2d20.12將以上數(shù)據(jù)代入式(c),即29.81 X 6.66=U+4.81 Uh22解得 uh 3.13m s再在截面1-1，與2-2，間列機(jī)械能衡算方程，基平面同前，得22

31、(d)Ub1P1Ub2P2gzgz2hf,222式中Z1=6.66 m , z2=0, ub1 0, ub2=3.51 m/s , p1=0 (表壓力)hf,120.025150.10.53.5122J kg26.2J kg將以上數(shù)值代入上式，則9.81 6.663.5122P2100026.2解得P2=3.30X 104 Pa (表壓)21. 10 C的水以500 l/min的流量流經(jīng)一長(zhǎng)為 300 m的水平管，管壁的絕對(duì)粗糙度為 0.05 mm。有6 m的壓頭可供克服流動(dòng)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(jī)械能衡算方程簡(jiǎn)化為P1P2hf即(a)UbVs3500

32、 100.01062dnd260 nd2將Ub代入式d5a),并簡(jiǎn)化得2.874 10 4上式兩端同除以加速度g,得_P2 =hf /g=6 m (題給)g2hf = -生=6 X 9.81 J/kg =58.56 J/kgd 2(b)入與Re及e/d有關(guān)，采用試差法，設(shè)Q0.021代入式（b）,求出d=0.0904m。下面驗(yàn)算所設(shè)的入值是否正確：e d 0.05 100.0904 0.000553 ub 0.01062 0.09042 m s 1.3m s10 C水物性由附錄查得p1000 kg/m 3,尸130.77 X 10-5 Pa sRe dub 0.0904 1.3 10000 1

33、30.77 10 58.99 104由 e/d 及 Re,查得 A=0.021故d 0.0904m 90.4mm22.如本題附圖所示，自水塔將水送至車間，輸送管路用114mm 4mm的鋼管，管路總長(zhǎng)為190 m （包括管件與閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度， 但不包括進(jìn)、出口損失）。水塔 內(nèi)水面維持恒定，并高于出水口 15 m。設(shè)水溫為12 C, 試求管路的輸水量（m3/h）。解：在截面1 1和截面22之間列柏努利方程式，得22臼牛9乙R號(hào)gZ2hf2255»1.0133 10 Pa； p21.0133 10 Pa；g乙 Z2hf9.8 15-T77TT7T習(xí)題22附圖Z2 Z115.0m； U10l

34、e0.52U27424U2I 2941792.451.5(1)2U2e 1.5294d則Re采用試差法， 假設(shè)U22.57 ms°.106 257 9誓 2.19 105 124.23 10取管壁的絕對(duì)粗糙度為0.2 mm,e 0 2則管壁的相對(duì)粗糙度為 e 020.0019d 106查圖1-22，得0.024代入式(1)得,u22.57m s故假設(shè)正確，u22.57 m s管路的輸水量3.1423 /3V U2A 2.570.114 2 0.0042 3600m3 h 81.61m3 h23 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

35、面與兩支管出口間的距離均為 m、長(zhǎng)為58 m; BC支管的內(nèi)徑為BD支管的內(nèi)徑為26 mm、長(zhǎng)為14 m，各段管長(zhǎng)均包 括管件及閥門(mén)全開(kāi)時(shí)的當(dāng)量長(zhǎng)度。 擦系數(shù) 均可取為0.03o試計(jì)算（1）當(dāng)BD支管的閥 門(mén)關(guān)閉時(shí)，BC支管的最大排水量為多少（m3/h） （2） 當(dāng)所有閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，兩支管的排水量各為多少（m3/h）?（ BD支管的管壁絕對(duì)粗糙度，可取為0.15mm，水的密度為 1000 kg/m3，黏度為0.001Pas。）解：（1）當(dāng)BD支管的閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，BC支管的最大排水量 在高位槽水面 為基準(zhǔn)平面得AB與BC管段的摩習(xí)題23附圖11 o AB管段內(nèi)徑為3832 mm、長(zhǎng)為 12.5 m；

36、1-1,與BC支管出口內(nèi)側(cè)截面 C-C，間列機(jī)械能衡算方程，并以截面C-C，式中將式將式2Ub1 gz1-2ubCPc.gzc -hf2Z1 = 112 ubC2Zc=O , Ub1 0 , pi = pchf =9.81 x 11=107.9J/kg(a)hfhf,ABhf,BCh,ABhf ,BC(LLed58 (0.03 0.0382u b,ABC)W2一 -u b,AB20.5)223.15ub,AB(b)(c)212.5、ub,BC (0.03)0.03225.86Ub,BC(d)/dBC2ub,AB( 丿 ub,BCdAB(e)代入式(b)得hf,AB 23.1520.5Ub,Bc

37、（f）、（d）代入式（b) ,得2hf 11.58jb, bc2Ub,AB11.58ub,BC5.86ub,Bc4 22ub,BC 0.5ub,BC217.44ub,BCUbc=ub,Bc，并以刀hf值代入式（a）,解得ub,Bc=2.45 m/snVbc=3600 xx 0.0322x 2.45 m3/h=7.10 m3/h4（2）當(dāng)所有閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，兩支管的排水量根據(jù)分支管路流動(dòng)規(guī)律，有2 2 ubCPc匚ub,DPd.gZC2hf,BCgZD 2Abd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(jiǎn)化為(e)(a)26hf,BC:,BD28hf,BCLLedUb,BCc

38、D ) _2(0.0312.50.0322Ub,BC""2-26.36ub,BC214ubBDhf,BD0.5)Ub,BD(一1)D (269.20.026 2將hf,BC、hf,BD值代入式(a)中，得2 26.36Ub,BC (269.20.5U,bd(b)分支管路的主管與支管的流量關(guān)系為Vab=Vbc+Vbd2 2 2 dABUb ,ABdBcUb,BCdBDUbBD2 2 20038 Ub,AB 0032 Ub,BC 0026 Ub,BD上式經(jīng)整理后得Ub,AB°708 U b,BC °469 Ub, BD( C)在截面1-1,與C-C間列機(jī)械能

39、衡算方程，并以C-C'為基準(zhǔn)水平面，得2 .2gz 學(xué) R gzc 亍&hf( d)上式中Z1=11 m, zc=0, Ub忤 0, Ub, c 0上式可簡(jiǎn)化為hfhf,ABhf,BC 107.9J kg前已算出hf,AB 23.15UbABn,BC 6.36Ub,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=1.45 m/s，則c>0.26 1.45 1000 “rec j 0.15 門(mén)“Re dUb337700 e d

40、0.00581 10 26查摩擦系數(shù)圖得0.034。將入與Ub,BD代入式(b)得6.36u；,bc 269.2 0.0340.51.452解得 ub,BC 1.79 m/s將Ub,BC、Ub,BD值代入式(C),解得ub,AB 0.708 1.790.469 1.45 ms 1.95m/s將Ub,AB、Ub,BC值代入式（d ）左側(cè)，即23.15 1.9526.36 1.792108.4計(jì)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Vbc3600n40.03221.79m3. h5.18m【hVbc3600n40.02621.45

41、 m3. h2.77m3 h24.在內(nèi)徑為300 mm的管道中，用測(cè)速管測(cè)量管內(nèi)空氣的流量。測(cè)量點(diǎn)處的溫度為20 C,真空度為500 Pa,大氣壓力為98.66 x 103 Pa。測(cè)速管插入管道的中心線處。測(cè)壓裝 置為微差壓差計(jì)，指示液是油和水，其密度分別為835 kg/m3和998 kg/m3，測(cè)得的讀數(shù)為100 mm。試求空氣的質(zhì)量流量（kg/h ）。解： P A C gR 998 8359.8 0.1Pa 159.74Pa查附錄得，20 C, 101.3 kPa時(shí)空氣的密度為 1.203 kg/m3,黏度為1.81 X0-5 Pa s，則管 中空氣的密度為98.66 0.5 f 3>

42、; 31.203kg m31.166kg m3101.3umax l 2 P . 2 159.74 1.166 m s 16.55m sR Om axdumax0.3 16.55 1.16651.81 10-53.198 1034查圖1-28, 得0.85Umaxu 0.85umax 0.85 16.55m s 14.07m suA14.07 0.785 0.321.166kg h 11.159kg h25.在38mm 2.5mm的管路上裝有標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，孔板的孔徑為16.4 mm，管中流動(dòng)的是20 C的甲苯，采用角接取壓法用 U管壓差計(jì)測(cè)量孔板兩側(cè)的壓力差，以水銀為指示液，測(cè)壓連接管中充滿

43、甲苯?，F(xiàn)測(cè)得U管壓差計(jì)的讀數(shù)為600 mm，試計(jì)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，貝UAo . Ado d 20.0164 0.033 2 0.247設(shè)Re>Reo，由教材查圖1-30得Co=0.626，查附錄得20 C甲苯的密度為 866 kg/m3,黏度為0.6x 10-3 Pas。甲苯在孔板處的流速為u。Co 2gR A0.626 2 98 丁。866 ms 8.24ms甲苯的流量為 Vs 3600u°A。檢驗(yàn)Re值，管內(nèi)流速為3600 8.24 n 0.01642kg h 5427 kg hUbi216.4

44、"33"8.24m s 2.04m sRe diUbi°°33 仝“ 8669.72 1040.6 10Rec原假定正確。非牛頓型流體的流動(dòng)26 .用泵將容器中的蜂蜜以6.28 x 10-3 m3/s流量送往高位槽中，管路長(zhǎng)（包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）為 20 m,管徑為0.l m，蜂蜜的流動(dòng)特性服從幕律0.05 巴 dy0.5密度 尸1250 kg /m3,求泵應(yīng)提供的能量（J /kg）。解：在截面11和截面22之間列柏努利方程式,P12Ul7g乙WeP2U22 gZ2hf習(xí)題26附圖P11.0133 105 Pa; p21.0133 105Pa； Z2

45、 乙6.0m； u10 ; u2Weg Z2Z1lle U；58.8d258.8hf9.8 6203.1420.1240.126426.28 1030.54n64 0.053 0.5 14 0.50.80.5 280.5 11250 0.10.50.53.2 12.50.8 1.512508 053.2 3.54 1398 0.354 0.00451250We 58.8 6458.8 64 0.0045 J kg 58.51J kg第二章流體輸送機(jī)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(dòng)泵之前A、C兩壓力表的讀數(shù)相等。啟動(dòng)離心泵并將出口閥調(diào)至某開(kāi)度時(shí)，輸油量為

46、39 m3/h，此時(shí)泵的壓頭為 38 m。已知輸油管內(nèi)徑為100 mm，摩擦系數(shù)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(zhǎng)度（包括所有局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度）。3936002.2gdH2u用離心泵（轉(zhuǎn)速為le和出口壓力表的讀數(shù)分別為2 9.81 0.1 382m=1960 m0.02 1.3822900 r/min ）進(jìn)行性能參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)。在某流量下泵入口真空表60 kPa和220 kPa,兩測(cè)壓口之間垂直距離為0.5 m，泵的軸功解：（1）管路特性方程甲、乙兩地油罐液面分別取作1-1'與2-2'截面，以水平管軸線為基準(zhǔn)面，在兩截面之間列

47、柏努利方程，得到2He K Bqe由于啟動(dòng)離心泵之前 PA=pC,于是K Z =0g則He Bq率為6.7 kW。泵吸入管和排出管內(nèi)徑均為 80 mm，吸入管中流動(dòng)阻力可表達(dá)為（U1為吸入管內(nèi)水的流速，m/s）。離心泵的安裝高度為 2.5 m，實(shí)驗(yàn)是在20 C, 98.1 kPa的條件下進(jìn)行。試計(jì)算泵的流量、壓頭和效率。又He H 38 m38/(39)2 h2/m5=2.5 x 10- 2 h2/m5He2.5 10 2q2 ( qe 的單位為 m3/h)（2）輸油管線總長(zhǎng)度l Je_U d 2gn0.01m/s=1.38 m/s42hf,0 13.0u120 gZ1旦毎hf,o 1將有關(guān)數(shù)

48、據(jù)代入上式并整理,60103門(mén)2.5 10003.5uj9.8135.48u13.184 m/sn 2q (0.082 3.1844泵的揚(yáng)程3600) m3/h=57.61 m3/h解：（1）泵的流量，得到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(zhǔn)面）3ho(60 220) 10 0.5 m 29.04m泵的效率Hqs g1000P1000 9.8129.04 57.61 1000 9.81 100%=68% 3600 1000 6.7n=68%在指定轉(zhuǎn)速下，泵的性能參數(shù)為：q=57.61 m3/h H=29.04 m P=6.7 kWO改送密度為1220 kg/m3的果汁（其他性質(zhì)與水相近）； 泵的轉(zhuǎn)速降至 2610 r/min。由習(xí)題 2 求得：q=57.61 m3/h H=29.04 m P=6.7 kW改送果汁3對(duì)于習(xí)題2的實(shí)驗(yàn)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：（1）改送果汁后，q, H不變，P隨p加大而增加，即1220 P P6.7 1.22kW=8.174kW1000（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q 57.61m3 h 51.85m3 h290022610H 29.04m 23.52 m290032610P 6.7kW 4.884kW2900