化工原理上冊課后習(xí)題及答案

1、 PAGE PAGE 13第一章:流體流淌二、本章思考題11 何謂抱負(fù)流體？實際流體與抱負(fù)流體有何區(qū)分？如何體現(xiàn)在伯努利方程上？12 ?真空度與確定壓力、大氣壓力有什么關(guān)系？流體靜力學(xué)方程式有幾種表達形式？它們都能說明什么問題？應(yīng)用靜力學(xué)方程分析問題時如何確定等壓面？如何利用柏努利方程測量等直徑管的機械能損失？測量什么量？如何計算？在機械能損失時 ,直管水平安裝與垂直安裝所得結(jié)果是否相同? 1-5 如何推斷管路系統(tǒng)中流體流淌的方向？16 何謂流體的層流流淌與湍流流淌？如何推斷流體的流淌是層流還是湍流？17 肯定質(zhì)量流量的水在肯定內(nèi)徑的圓管中穩(wěn)定流淌，當(dāng)水溫上升時Re將如何變化?18 何謂牛頓粘

2、性定律？流體粘性的本質(zhì)是什么？19 何謂層流底層？其厚度與哪些因素有關(guān)？110 摩擦系數(shù) 與雷諾數(shù)Re 及相對粗糙度 /d 4 個區(qū)域.每個區(qū)域中, 與哪些因素有關(guān)？哪個區(qū)域的流體摩擦損失hf 與流速u hf 與u 2成正比？光滑管流淌時的摩擦損失hf 與u 的幾次方成正比？111 ?112 在用皮托測速管測量管內(nèi)流體的平均流速時,平均流速？三、本章例題1-1 如本題附圖所示，用開口液柱壓差計測量敞口貯槽中油品排放量.已知貯槽直徑 D 為 3m，油品密度為 900kg/m3。壓差計右側(cè)水銀面上灌有槽內(nèi)的油品，其高度為h1.已測得當(dāng)壓差計上指示劑讀數(shù)為R1 時，貯槽內(nèi)油面與左側(cè)水銀面間的垂直距離

3、為H1。試計算當(dāng)右側(cè)支管內(nèi)油面對下移動30mm后,貯槽中排放出油品的質(zhì)量。mpapmpapHaH1Dhh1R11C30mm 排放量.首先應(yīng)了解槽內(nèi)液面下降后壓差計中指示劑讀數(shù)的變化狀況，然后再尋求壓差計中油面下移高度與槽內(nèi)油面下移高度間的關(guān)系.設(shè)壓差計中油面下移h 附圖下移 H 高度.不管槽內(nèi)油面如何變化,壓差計右側(cè)支管中油品及整個管內(nèi)水銀體積沒有變化。故當(dāng)壓差計中油面下移h h1,但因右側(cè)水銀面也隨之下移h，而左側(cè)水銀面必上升(2h)(H1-h 后，選左側(cè)支管油與水銀交界面為參考面m，再在右側(cè)支管上找出等n（圖中未畫出m 及n 面)，該兩面上的表壓強分別為：p (H H h)gm10(0 為

4、油品密度）p h n1g (R12h)gHgp p因 mn ，由上二式得：(HH h) g10h g (R102h)gHg（1）上式中第一項H g h 101g R gHg(2）將式():H Hg0013600kg/m3取H00(213600,0)知值代入上式：H 0.8767m900壓差計右側(cè)30mm0。8767m，油品排放量為:D2H432 0.8767900 5574kg4d例12直徑D 為3m 的貯水槽下部與直徑 0 為40mm的水平輸送管相連管路上裝有一個閘閥，閘閥上游設(shè)有水銀液柱壓差計，開口管水銀面上方有一段R 為 20mm 的清水。當(dāng)閥門全關(guān)時，壓差計上讀數(shù)R 740mm，左側(cè)指

5、示劑液面與水管中心線間的垂直距離h 1m,不包h 40u2h括管子出口損失的系統(tǒng)阻力用閱歷公式 f計算。式中 f 為流淌系數(shù)的總摩擦阻力,J/kg,u 為水在管路中的流速，m/s24m3 需經(jīng)受若干時間.DHDH1dhRR由題意知流淌過程中槽內(nèi)水面不斷下降，故本題屬于不行壓縮流體作非定態(tài)流淌系統(tǒng)。液面高度隨流淌時間增加而漸漸降低，管中水的流速隨液面下降而漸漸減小。在微分時間內(nèi)列全系統(tǒng)的物料衡算,可求得液體高度隨時間變化的微分關(guān)系，再列瞬間的柏努利方程式可以獲得液體在輸送管內(nèi)流速隨1-2 附圖液面高度的變化關(guān)系.聯(lián)立微分式和瞬間的柏努利式即可求出排水時間.122以水平管的中心線為基準(zhǔn)面，另初始液

6、面與基準(zhǔn)面間的垂直距離為H ，放出 24m3 水后的最終液面與基準(zhǔn)面間的垂直距離為H （圖中未畫出)。用靜力學(xué)基本方程式先求出H ，再用貯槽體積、H 。當(dāng)閥門全關(guān)時,R=0。74m，按常規(guī)的方法在壓差計上確定等壓參考面,可得122(H h)1g Rh RgHg取g =1000kg/m3、=13600 kg/m3，故：H2OHg（H1+1）1000=0。021000+0。7413600 解得H1=9.084m24m3 水后液面高度為：24H2 (3)24 5.687m實際上本題是計算貯槽液面由9084m 降到5687m d 秒內(nèi)液面下降高度為dH ，管中瞬間流速為u ，在d 時間內(nèi)列全系統(tǒng)水的體

7、積衡算：V d V10d dVA式中V1水的瞬間加入量,m3/s；V 水的瞬間排出量，m3/s；0dVd 時間內(nèi)，水在槽中的積累量，m3。A式中各項為：V =01V =d 2u040VdA d 2ud 40D2dH4D整理得d (Dd0dH（1)u上式中瞬間液面高度H 與瞬間速度u 11（圖中未畫出）及管出口內(nèi)側(cè)截面2 2 間列瞬間柏努利方程式，以水平管中心線為基準(zhǔn)面:pu 2pu 2gz1 1 gz2 2h12f ,12式中z H1z02p0（表壓) p1 0(表壓）u0 uu（瞬間速度)12hf,12 40u2u29.81H 22H或u 0.4922H（2）將式(2代入式1：0.4922H

8、d ( D )2dH0.4922Hd00.4922H或d (3)2dH0.4922H11430 dH0.04H積分上式的邊界條件為:H 0 H9.084m11 s H22 5.687m 2 d 11430 2H2HdHH20H1H1H211430H1H2)H19.0849.084114302(9.08414380s 4hH 5.6872例13流體在管內(nèi)的汽化用虹吸管將水從水池中吸出,水池液面與虹吸管出口的垂直距離z 5m，管路最高點與水面的垂直距離為 2m， 虹吸管出口流速及虹吸管最高點壓強 各為多少？若將虹吸管延長，使池中z 8m，Ch 2m112z 5mz8m出口流速有何變化？（水溫為 3

9、0，大氣壓為 101。3kPa，水按抱負(fù)流體處理。解：(1)11、12 之間的機械能守恒式221-3 附圖得2gz22gz29.81529.9m/s1-1 CC 之間的機械能守恒式，并考慮到uCu可得2p pCau2C2a g(h z)=1。01310510009。817=3。27104Pa（2）虹吸管延長后,假定管內(nèi)流體仍保持連續(xù)狀態(tài),由斷面 1-1 和22之間的機械能守恒式得2gzu 2gz2p pu 2Cg(zh)Ca2a=1。013105-10009。8110=3。30103Pa因p小于水在30的飽和蒸汽壓p=4242Pa，故在最高點C 四周將消滅汽化現(xiàn)象。此時,CCV點壓強不再按機械

10、能守恒式的規(guī)律變化,而保持為流體的飽和蒸汽壓不變。因此，在斷面 11 和22間,機械能守恒式不適用，算出的u 11 CC 之間,流體照舊是連續(xù)2的，C 1-1 CC 之間列出機械能守恒式求出:2(pa 2(pa pV g)2(1.013104242510009.812)C12.4m/s出口流速u u .2C14 阻力損失與勢能的消耗高位槽水面距管路出口的垂直距離保持為5m不變，水面上方的壓強為4.09510P（表壓管路直徑為20mm長度為24m包括管件的當(dāng)量長度0.0試求： (1)當(dāng)閥門全開（ 6.4)時，管路的阻力損失為多少？阻力損失為出口動能的多少倍?(2）假定 數(shù)值不變,當(dāng)閥門關(guān)小 20

11、)時，管路的出口動能和阻力損失有何變化？（1）在斷面1和2-2之間列機械能衡算式pu 2pu 21P015m21-4 附圖2gz1 1 gz2 1P015m21-4 附圖21222fp (gz1 1 )(gz2 u u212hf若取大氣壓強和管出口高度為基準(zhǔn)，并忽視容器內(nèi)的流速(即u1 0 ）,則pu 2lu 20 gH 02(d)220gH p0u 29.8154.905 104100023.1J /kg21 l 10.02 246.4 HYPERLINK l _TOC_250000 d0.02lu 2h ()2 (246.4)3.1 95J /Kgfd2或h u 2 (4.905104 5

12、9.81)3.195J /kg2f2hf21000l 0.02 246.4 30.4（倍）u 2d0.0222此結(jié)果表明，實際流體在管內(nèi)流淌時，阻力損失和動能的增加是造成流體勢能削減的兩個緣由.但對于通常管路，動能增加是一個可以忽視的小量，而阻力損失是使勢能減小的主要緣由.換言 之，阻力損失所消耗的能量是由勢能供應(yīng)的。(2）當(dāng) 20時gH p09.815 4.905 104u 2100022.2J /kg21 l 10.02 2420d0.02h u 22 (9.815 4.905104 )2.2 95.9J /kgf21000與（1）比較,當(dāng)閥門關(guān)小時,出口動能削減而阻力損失略有增加，但是，

13、絕不行因此而誤會為阻力所消耗的能量是由動能供應(yīng)的。實際上,動能的增加和阻力損失皆由勢能供應(yīng),當(dāng)閥門關(guān)小時，由于損 失的能量增加使得動能削減了。15 虹吸管頂部的最大安裝高度90熱水引出,2mAB 5m，管段BC 10m（皆包括局部阻力的當(dāng)量長度)20mm,0。02。若要保證管（90701104Pa）解:11 2-2 之間列機械能橫算式，可求得管內(nèi)流速BBhPa11H 2mA2Pa2CBBhPa11H 2mA2Pa2C2gH ld29.8120.02 150.02pB p11 和斷面B-BVp之間列機械能橫算式,可求出B 點最大安裝高度為p2h pa V (1lAB ) u2maxggd2g1-

14、5 附圖10.337.011045)1.622 2.38m9.8110000.0219.6虹吸管是實際工作中經(jīng)常遇到的管道，為使吸液管正常工作，安裝時必需留意兩點（1）吸管頂部的安裝高度不宜過大;（2）在入口側(cè)管路(圖中AB 段）的阻力應(yīng)盡可能小.16 使用同一水源各用戶間的相互影響從自來水總管引一支路 AB 向居民樓供水,在端點 B 分成兩路各通向一樓和二樓。已知管段AB、BC BD 的長度(包括管件的當(dāng)量長度）100m、10m 20m30mm，直管阻0。03,兩支路出口各安裝球心閥.3。43105Pa（表壓)試求：(1)當(dāng)一樓閥門全開（ 6.4）,高度為D225mCB1D225mCB111

15、-6 附圖流量為多少?總管（2）若將一樓閥門關(guān)小，使其流量減半,二樓最大流量為多少？A（1)首先推斷二樓是否有水供應(yīng),BD 流量為零,A 和11 之間列機械能衡算式pu 2llu 2A1( ABBC )1A2d22p/ lAB l2p/ lAB lBCdA 123.43105 /10000.0310010 6.410.031在斷面A 與B 之間列機械能衡算式,得plBABAu 23.431051002.422 1000(0.03 4.8 m 5mggd2g9.810.0329.81此結(jié)果表明二樓無水供應(yīng)。此時管路AB 內(nèi)的流量為d2uV4 0.7850.032 2.42 1.71103 m3

16、/s（2)設(shè)一樓流量減半時二樓流量為q此V2時管段AB 內(nèi)的流速為qV4(qVu 2V )4q1 1.414103q1.2122ud2d22V 2u管段BD 內(nèi)的流速為4qVuV2d24qV0.231.414103 qV2在斷面A 2-2 之間列機械能衡算式up2upA gz 2l(lBD )u222d2d23.43105 9.8150.03100(1.414103 q2210000.032+(0.03200.03(1.414103)2 q22V222.55108 qV23.42105 qV2442.2 03.42105 (3.42105 3.42105 (3.42105 )2 42.5510

17、8 442.2V2 8.07104 m3 / s對于通常的分支管路,總管阻力既不行忽視也不占主導(dǎo)地位,此時,轉(zhuǎn)變支路的數(shù)目或阻力，對總流量及各支路間流量的安排皆有影響.例17提高流量安排均勻性的代價1、2 1m 8m 的固體顆粒，并以相同的管路并聯(lián)組合，兩5m,200mm0。02，每支管安裝一閘門閥，容器 1 和 2108.0。3m3/s，試求:（1)當(dāng)兩閥門全開時,兩支路的流量比和并聯(lián)管路的阻力損失；（2)C化？ 20 時，兩支路的流量比及并聯(lián)管路的阻力損失有何變DBCDBCDAd 2u4 d2u q42Vuu14qVq240.3 9.55(1）123.14160.22因并聯(lián)管路阻力損失相等

18、，由機械能衡算式得 l du 22Dd12u 2l 2d1C1-7 附圖(1）當(dāng)兩閥門全開0.020.025/0.280.170.025/0.2100.171 0.9(2）u29.55由式(1)、式（2)得u20.9 5.03m/su 9.555.03 4.52m/s1并聯(lián)管路的阻力損失為h (0.02580.17)5.032109.5J /kgf0.22（2）當(dāng)兩閥門同時關(guān)小0.020.025/0.28200.025/0.210201 0.97（3）u29.55由式（1)、式（3）得u2 1 0.97 4.85m/su 9.554.85 4.7m/s1并聯(lián)管路的阻力損失為h (0.0258

19、20) 4.852 335.2J /kgf0.22,可提高流量安排的均勻性,其代價仍舊是能量的消耗。18 U 形管壓差計水從傾斜直管中流過,在斷面 A 和 B 之間接一空氣壓差計，其讀數(shù) R=10mm，兩測壓點垂直距離12RhAhBBH12RhAhBBHAzzAB(1)A、B 兩點的壓差等于多少?（2）830kg/m3 的煤油作指示液，壓差計讀數(shù)為多少？管路水平放置而流量不變,壓差計讀數(shù)及兩點的壓差有何變化？解：首先推導(dǎo)計算公式。因空氣是靜止的，1-8 附圖z=0故p p 即12pgh p g(h R) gRABB1pgh pgh gR( )AABB1在等式兩邊皆加以 gHp g(H h )

20、p g(H h ) gR( )AABB1(pgz)(pgz) gR( )AABB1pp gR( )AB1（1）若忽視空氣柱的重量,則pp gR( ) 9.810.011000 98.1PaAB1p pA ppAg(zAz) 98.110009.810.3 3.04103 PaB（2) 若接受煤油作指示液，壓差計讀數(shù)為pp98.1ABR g(AB )1 9.81(1000830) 5.88102 m 58.8mm（3）若管路流量不變, pp不變，則壓差計讀數(shù)R 亦不變。又因管路水平放置，zz 0，ABAB故p pA ppA一般U 形管壓差計所用的指示液的密度大于被測流體的密度, 則必需接受倒U

21、形管壓差計。最常用的倒U 形管壓差計是以空氣作為指示劑，稱為空氣壓差計。19 管內(nèi)流量與所需勢能差的關(guān)系（1)用壓縮空氣將密閉容器中的苯沿直徑為50mm 10 分鐘可將容器內(nèi) 1。8m3 的苯排空。問欲將輸送時間縮短一半，管路兩端的勢能差須增加多少倍？（已知200。5mm）.（2）用壓縮空氣將容器中的甘油沿直徑為10mm 的管道送至高位槽，甘油溫度為60,管內(nèi)流量為0。05103m3/s.若將流量提高一倍，管道兩端的勢能差須增加多少倍？解：(1）20時苯的密度 884kg /m3，粘度 0.67103 Pas ，管內(nèi)流速為4V41.8u 1.53m/sd2 6003.140.052 600du

22、8840.051.53則Re 1.011050.67103 0.5 0.01d50,流速u 增加一倍,直管阻力系數(shù)不變，故( l ) u2p d2u2 4（倍)p( l ) u2u2d2(2)60時的甘油的密度 1260kg /m3 ,粘度 0.1Pas,管內(nèi)流速為q445105qu V 0.64m/sd23.140.012則Re du 12600.010.64 80.2 20000.1流量增加一倍,流速u 增加一倍，但流淌形態(tài)仍為層流，故p u 2（倍）pu明顯，在層流條件下，所需勢能差與管內(nèi)流速(或流量）成正比;而在湍流條件下，所需勢能與流速(或流量）的平方成正比。例110無外加功簡潔輸送

23、管路計算問題的自由度在附圖所示的管路中，管長l 20m，管徑d 53mm，管壁粗糙度 0.5mm，高位槽液面距管路出口的垂直距離H=4m,管路中有一個標(biāo)準(zhǔn)直角彎頭,1/2 開的閘門閥.20,管pa 1AHBC2內(nèi)流速為 0。pa 1AHBC220水的粘度 1103 Pas110000.0530.5Re1103 2.65104 0.50.00943d53查得 0.0381-10 附圖 ABC 0.50.75 4.5 5.75h ( l )u2 (0.038205.75) 0.52 2.5J /kgfd20.0532方法二：若取管路出口高度及大氣壓為基準(zhǔn)，槽內(nèi)每千克水的總機械能為p gz 9.81

24、4 39.2J /kg此能量除微小部分轉(zhuǎn)化為動能外,其余皆損失掉，即hp u2 39.2 0.52J /kgf22明顯,兩種方法所求出的結(jié)果是沖突的.對于無外加功簡潔輸送管路的計算問題，只有以下三式可用:物料衡算式qVd2u4機械能衡算式1gz pgz1 p2 ( l 1)u21d2 fdu直管阻力系數(shù)計算式(d , )三個方程只能聯(lián)立求解三個未知數(shù),其余變量必需給定.若給定獨立變量數(shù)目少于方程式組的自由度 即方程式組所含變量數(shù)與方程式之差，問題無確定解；若給定獨立變量數(shù)多于方程式自由度，必導(dǎo)致相互沖突的計算結(jié)果.本例即屬于后一種狀況。按題目給定管路狀況,管內(nèi)流速必不為 0。5m/s，1。95

25、 m/s（1-11)111 在肯定勢能差下管路輸送力量的計算110 20的水，閘門閥1/2 開（ C 4.5)，管內(nèi)流量為多少?若將閥門全開C 0.17 ）,管內(nèi)流量為多少?1/2 開時,假設(shè)管內(nèi)流淌已進入充分湍流區(qū)，由d 0.5 0.0094353查得 0.037在斷面11 和22 之間列機械能衡算式（參見例110 附圖，可得2gH1 l d12gH1 l d10.03729.814200.0530.50.754.5管內(nèi)雷諾數(shù)為Re du10000.0531.951.031051103依據(jù)阻力系數(shù)線圖，由Re 和 / d 可知管內(nèi)流淌已進入充分湍流區(qū),以上計算結(jié)果有效。此時管內(nèi)流量為q d2

26、u V4 0.0532 1.95 4.3103 m3 / s4當(dāng)閥門全開時，流速增加，管內(nèi)流淌必處于充分湍流區(qū)， 0.037 ，管內(nèi)流速為2gH1 l d12gH1 l d10.03729.814200.0530.50.750.17管內(nèi)流量為qVd2u40.0532 2.19 4.83103 m3 / s4本例管路狀況已知,一個格外簡單的非線性函數(shù)關(guān)系式，當(dāng)管內(nèi)流量與流速為待求變量時 ,必需用試差法或迭代法來計算。手算時，可按以下步驟進行試差：假定管內(nèi)流淌已進入充分湍流區(qū),由 /d 查出;依據(jù)值，由機械能衡算式計算流速u ;據(jù)此u 值算出Re，由Re 和 /d 查出新的值，以檢驗是否需要再次計

27、算.由于大多數(shù)化工管路的流淌是處于或接近于充分湍流區(qū),故經(jīng)一、二次試差便可得到足夠精確的結(jié)果。選擇題、填空題11 當(dāng)不行壓縮抱負(fù)流體在水平放置的變徑管路中作穩(wěn)定的連續(xù)流淌時,在管子直徑縮小的地方,其靜壓力()（A）不變 (B）增大（C）減?。―)不確定12 水在內(nèi)徑肯定的圓管中穩(wěn)定流淌，若水的質(zhì)量流量保持恒定，當(dāng)水溫上升時，Re 值將（ ).（A）不變 (B)增大(C）減小(D)不確定13 層流與湍流的本質(zhì)區(qū)分是:（ ）.（A）湍流流速大于層流流速； （B)流淌阻力大的為湍流;（C）層流的雷諾數(shù)小于湍流的雷諾數(shù)；（D）層脈動，而湍流有徑向脈動。14 如圖所示,水流過一段等徑水平管子，在A、B

28、兩處2放置相同壓差計（測壓點等高)，其讀數(shù)分別為R1,R ，2則(。（ARR2（B)R=R2(）R12(D) 2= +21-5 如圖所示的并聯(lián)管路，各支管及其總管阻力間的關(guān)系為(）.題4 附圖r1（A） (hf)A1B(hf)；A2B（B)(h )fAB(hf)A1B(hf);A2Bf(C)(h )fAB(h)fA1Bf (hff)；A2B5 附圖(D）(h )(fABh )(fA1Bh )；fA2B16 在皮托管工作時，測壓孔正對流體流淌方向所測壓力代表該處的(）.此時側(cè)壁小孔所測壓力代表該處的（)。（A）動壓，靜壓;（B）動壓,動壓與靜壓之和； （C）動壓與靜壓之和，靜壓;(D)靜壓,動壓

29、與靜壓之和.17 某流體在圓形直管中作滯流流淌時,其速度分布是（）曲線，其管中心最大流速為平均流速的（）倍，摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re 的關(guān)系為（）.18 在湍流摩擦系數(shù)的試驗爭辯中，接受因次分析法的目的是（。在阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù) 只與（）有關(guān).19 流速增加一倍后流體在圓管內(nèi)仍作層流流淌，則流淌阻力損失為原來的（）倍。110如圖所示容器內(nèi)盛有油、水兩種液體，點A 位于油水分界的油側(cè)，點B 位于水側(cè)，試推斷A、B 兩流體質(zhì)點的總勢能差( B )0（，。A14 PAGE PAGE 20A油A油水BZ=0d圖所示,水從內(nèi)徑d 的1d管21.10 附圖h1h2hh1h2h3d21AB管段流向內(nèi)徑為段 ，

30、 已 知d2d，d211管段流體流淌的速度頭為 0.8m h1 0.7m ，忽視流經(jīng) AB 段的能量損失,h2 1.3m，h1.5m。3圖示管路裝有A、B 兩個閥門，試推斷:p1p2p3p4（1p1p2p3p43p1 變大p2 變小p3變小,4 變小p2-p ）變小(變3大,變小，不變；（2）A 閥門不變，B 閥門開大3 3（,變小，不變；(3）A 閥門開大，B 閥門不變大AB題 1.12附圖p1 p2p34 （p12變小,(2p3) 變大（變小，不變；（4）A 閥門不變，B 閥門關(guān)小3p1 p2p3,4 （p ）變小（。3H113 H論將閥門開大或關(guān)小時，管內(nèi)流量q,管內(nèi)總阻力損失V直管阻力

31、損失h和局部阻力損失h有何變化,并以箭頭f1f 2文字在下表中予以表達(設(shè)水槽液位差H 恒定)。題 1.13 附圖h，f或適當(dāng)總阻力損失 直管阻力損失局部阻力損失流量qVhhhff 1f 2閥開大閥開大不變閥關(guān)小不變推斷題114 粘性是流體的物性之一，無論是靜止的還是流淌的流體都具有粘性（)115 盡管粘性是流體的物性之一，但只有流淌的流體才考慮粘性的影響，對靜止的流體可不考慮粘性的影響。(）1-16 U 型壓差計測量的是兩截面間靜壓強之間的差值.（）117 轉(zhuǎn)子流量計工作時轉(zhuǎn)子受到兩個力的作用,一個是重力,另一個的浮力.（）118 孔板流量計工作時,流體在流過孔板前后的靜壓強差不變（)119

32、 轉(zhuǎn)子流量計工作時,流體作用在轉(zhuǎn)子上下兩截面的靜壓強差不變（）120 降低溫度液體的粘度增加.( )121 上升溫度氣體的粘度增加。( ）計算題122 合成氨廠造氣車間，為防止氣柜中的煤氣倒流至間歇操作的煤氣發(fā)生爐內(nèi)，在管路中裝有水封箱，若管路進口垂直距離為 2m，氣柜和發(fā)生爐的壓差為多少才可能不發(fā)生倒流現(xiàn)象。答：19。6kPa123 d1=20mm，浮子與圓閥孔之間由鋼絲相連,固定距離L=150mm，浮子d2=100mm，圓閥與浮子總質(zhì)量G=0.1kg。試求液位高H 為多少時圓閥剛好開啟?答：0。17m煤氣發(fā)生爐煤氣發(fā)生爐去氣柜H=2m水封箱d2Ld11.22 附圖1.23 附圖1-24 在

33、直徑D=40mm 10mm，喉部接一細(xì)管，細(xì)管一端浸入池水中。已知管內(nèi)水的流量為1。26103m3/s，池水沿細(xì)管上升1。5m，若不計阻力損失，文丘里管入口斷面的壓強為多少?答：2。14105Pa125 1m 8m 的垂直管,若不計阻力損失，試求以下幾種狀況下管內(nèi)流速及管路入口斷面A 的壓強:容器內(nèi)的壓強為大氣壓;9。81104Pa;4。095104Pa 的真空度；容器內(nèi)的壓強為大氣壓，但垂直管延長至20m（水溫為 20).答（1)13.322.9kPa213m/s,29kP（3)86m/s,22.9kPa175m/s,33 kPD1.5mD1.5mPaP01mA8m題1.24 附圖題1.25

34、 附圖1-26 在容器側(cè)壁開始終徑為d=20mm 05m，試求：（1）通過小孔流出的水量（小孔的流量系數(shù)為0。61);（2）在小孔處接一長度L=0.5m 的水平短管,直管阻力系數(shù) 0.025，水的流量有何變化？（3）3m, 0.025，水的流量為多少？（4)試說明以上三種狀況流量變化的緣由，并計算水平管為多長時,其流量剛好與小孔流量相等？答：(1)6.010-4m3/s;(2）6.75104m3/s；(3）4.29104m3/s；(4）孔流系數(shù) C0 是綜合考慮了縮脈,能量損失等多種因素的校正系數(shù)，是由試驗測定的.上述計算結(jié)果表明直接小孔流出的水流由于縮 脈，摩擦等因素其能量是很大的,0。95

35、m 短管的阻力損失127 A B 水池輸水，已知各段管長均為l 100m100mm ,上SA 100m2 SB 80m2 ，HA=10m ，HB=4m 。忽視各種局部阻力，為使上游水池水位下降1m ,需多少時間？（設(shè)阻力系數(shù)均為0.027372.6128 l 28md 120mm 0.2mm,300K的空氣,已知管內(nèi)質(zhì)量流量為 0.02kg/s,出口端壓強為 137.3Pa，求管路入口端壓強為多少?答:1。07kPapapa0.5mLAlllB題 1.26 附圖題 1.27 附圖129 200mm300mm155m （e=0.1mm),然后排至大氣中，體積流量為0。5m3/s。大氣壓力為 75

36、0mmHg,溫度為 15。求鼓風(fēng)機的功率，設(shè)其效率0.6。答：0.5kW1-30 20下將苯液從貯槽中用泵送到反應(yīng)器，經(jīng)過長40m 572。5mm 的鋼管,管路上有兩90彎頭，一個標(biāo)準(zhǔn)閥(1/2 開啟計算。管路出口在貯槽的液面以上12m。貯槽與大氣相通，而反應(yīng)器是在 500kpa 下操作。若要維持 0。5L/s 0。5。答:605W13130200mm 長 20m 的管,然后在并聯(lián)的管內(nèi)分成兩段，兩150mm,40m80m200mm 30m 的管，最終排到大氣。若空氣在200mm 管內(nèi)的流速為 10m/s，求在兩段并聯(lián)管內(nèi)的流速各為多少，又求風(fēng)機出口的空氣壓力為多少。答:u1=7.37m/s，

37、u2=10。41m/s；風(fēng)機出口p=65mmH2O1-32 一酸貯槽通過管道向下方的反應(yīng)器送酸，槽內(nèi)液面在管出口以上2.5m。管路由382。5mm無縫鋼管組成,全長(包括管件的當(dāng)量長度）為 25m。粗糙度取為 0.15mm.貯槽內(nèi)及反應(yīng)器內(nèi)均為大氣壓。求每分鐘可送酸多少m3=1650kg/m3=12cP.答：0.068m3/min其次章：流體輸送機械21 離心泵在啟動前，為什么泵殼內(nèi)要灌滿液體?啟動后，液體在泵內(nèi)是怎樣提高壓力的？泵入口的壓力處于什么狀態(tài)?22 離心泵的特性曲線有幾條?其曲線外形是什么樣子？離心泵啟動時，為什么要關(guān)閉出口閥門？在測定離心泵的揚程與流量的關(guān)系時，當(dāng)離心泵出口管路上

38、的閥門開度增大后，泵出口壓力及進口處的液體壓力將如何變化？離心泵操作系統(tǒng)的管路特性方程是怎樣推導(dǎo)的？它表示什么與什么之間的關(guān)系？25 離心泵的工作點是怎樣確定的?流量的調(diào)整有哪幾種常用的方法？26 何謂離心泵的氣蝕現(xiàn)象？如何防止發(fā)生氣蝕？27 影響離心泵最大允許安裝高度的因素有哪些？2-8 什么是液體輸送機械的揚程（或壓頭）？離心泵的揚程與流量的關(guān)系是怎樣測定的？液體的流量、泵的轉(zhuǎn)速、液體的黏度對揚程有何影響？29 H H0kqV2H0與k 的大小，受哪些因素的影響？三、本章例題2-1 某油田通過30015mm的水平鋼管將原油輸送至煉油廠。管路總長為1.6105m，輸油量要求為 250103k

39、g/h0。187Pas，密度為 890kg/m3.該油管的局部阻力可忽視，現(xiàn)打算接受一種雙吸五級油泵，此泵在適宜工作范圍內(nèi)的性能列于本例附表1 中.1Q/（m3/h）200240280320H/m500490470425注:表中數(shù)據(jù)已作粘度校正。試求在整個輸油管路上共需幾個泵站？實際輸送量為若干kg/h。250103解：油的體積流量Q=管內(nèi)流速u=890=280。9m3/h=1。363m/sduRe=36000.7850.272 0.271.363890 =17512000 為滯流187103因原油在直管內(nèi)作滯流流淌，故：p管路壓頭損失H=32ul 32187103 160103 1.363f

40、gd2g0.272 8909.81=2050m1 單臺泵的特性數(shù)據(jù)查出：當(dāng)Q=280。9m3/h 時，H=467。5m2050初估泵系數(shù)n= 467.5 =4。3855 個泵站。依據(jù)串聯(lián)原理,5 5 倍，計算出數(shù)據(jù)2中.2Q/(m3/h）200240280320H/m2500245023502125將以上數(shù)據(jù)標(biāo)繪在本題附圖中得泵的 串聯(lián)合成特性 曲線。H/m2400He=7.302Qe管路特性曲線方程為:He=Hf=2200M2000180016005 臺泵串聯(lián)線e32l 32l Qe d2 360041400200240280320Q/（m3/h）2-1 附圖32187103 160103

41、Q=e=7.302Qe20.274 8909.810.7853600將此管路特性曲線方程標(biāo)繪在本題附圖中，得泵的串聯(lián)合成特性曲線。管路特性曲線與泵合成特性曲線的交點,即為工作點,其對應(yīng)的流量、壓頭分別為:QM=305m3/hHM=2230m 故實際輸油量為Wh=305890=271103kg/h例2-2某水泵性能參數(shù)列于本題附表1 中。現(xiàn)有兩個管路系統(tǒng)，他們的管路特性方程分別為：He=15+0。077Qe2 及He=15+0。88 Qe2為提高管路系統(tǒng)的供水量，每條管路系統(tǒng)均用兩臺相同的泵進行組合操作，試比較各個管路系統(tǒng)泵的最佳組合方式及最大流量為若干。1Q/(L/s）01357911H/m3

42、3。834.734。631。727。421。815解：先按題給已知數(shù)據(jù)畫出單臺泵的特性曲線 M1M ，按壓頭不變流量加倍的原則，畫出二臺泵并2聯(lián)時的合成特性曲線AC，又按流量不變壓頭加倍的原則，畫出二臺泵串聯(lián)時的合成特性曲線DB.1對于第一種管路系統(tǒng)He=15+0.077Qe2 計算出不同Qe 下對應(yīng)He,計算結(jié)果列于本題附表2 中，然后在本題附圖中畫出管路特性曲線ABM 。12Q/（L/s）1357911He/m15。07715.6916。9318。7721.2424.32由圖可讀出泵并聯(lián)時的工作點AQA=13.1L/s泵串聯(lián)時的工作點BQB=11.6 L/s單臺泵工作點M1QM=9。2 L

43、/s,用兩臺泵并聯(lián)組合，可13。1 L/s。ee對于其次種管路系統(tǒng),按He=15+088 Q 2 計算出不同Q 下對應(yīng)的H 3,然后在本題附圖中畫出管路特性曲線DCM2ee3Q/（L/s)He/m115。88322.92537。0758.12986。28串DH串DHe=15+0.88Qe2CM2AHe=15+0.077Qe2BM1單臺泵70的流量QC=4。7 L/s。60泵串聯(lián)時的工作點 D 的流量50QD=6。8 L/s40單臺泵操作時其工作點 M2 的30流量QM2=4.45 L/s。20由此可見,對于管路特性曲線1001234567821101112132-2 附圖 PAGE PAGE

44、30較陡的高阻管路，用二臺泵串聯(lián)可獲得較大的流量，最大流量為68 L/s。例23在圖示管路中裝有一臺離心泵,離心泵的特性曲線方程為He 407.2104 qV2 （式中q的單位用 m3/s表示，He 的單位用 m表示)，管路兩端的位差z 10m ，壓差Vp 9.51104 Pa 。用此管路輸送清水時,10103m3/s，且管內(nèi)流淌已進入阻力平方區(qū).若用此管路輸送密度為 1200kg/m3 的堿液,閥門開度及管路兩端條件皆維持不變,試求堿液的流量和2Pa10m2Pa10m11Pa解：聯(lián)立管路兩端之間的機械能衡算式與泵特性方程可得2He z gKq 2V 407.2104 q 2V據(jù)題意,1010

45、3m3/s 時，泵的壓頭為He 407.2104 0.012 32.8m 故Hez p/ gK 32.810 9.8110410009.811.281052-3附圖q 20.012V因流淌進入阻力平方區(qū),且閥門開度不變，用此管路輸送堿液K 值不變,此時的管路特性方程可由兩端面之間的機械能衡算式求得：9.8110 4He z gKqV10 1200 9.811.28 105 qV 18.3 1.28 105 q2V而泵特性方程與流體密度無關(guān),由泵和管路特性方程聯(lián)立18.31.28105 q 2V 407.2104 qV2得qV 10.4103 m3 / sHe 18.31.28105 (10.4

46、103)2 32.2m離心泵的有效功率為P gH qeeV12009.8132.210.4103 3942W當(dāng)此管路輸送水時,q10103 m3 /s ，H 407.2104 (10103)2Ve32.8mP gH qeeV10009.8132.810103 3218W從本例計算結(jié)果可以看出，用同樣的管路和離心泵輸送密度較大的液體，流量不會降低（如管路兩端壓強相同p 0 ，壓頭、流量與流體密度無關(guān)。但離心泵的功率與密度成正比，需留意防止電機過載.2-4 294K101.33kPa1700m3/h 的空氣.現(xiàn)用一臺離心通風(fēng)機，從溫度為366.3K、壓強為98。9kPa 的靜止空間吸入空氣，由風(fēng)機

47、排出的空氣溫度不變，102.6kPa46m/s60%，試計算風(fēng)機的軸功率.解：風(fēng)機前后壓強變化與吸入壓強之比為:p p2p198.9 3.74% 20%98.9空氣雖為可壓縮氣體，但由上式計算結(jié)果知，可將空氣當(dāng)作不行壓縮流體處理。用平均壓強計算空氣的平均密度:pp1 p2p (102.698.9)103 100.8kPam2229100.8273 0.96kg/m3m22.4101.33366.3要求輸送空氣的摩爾流量為:1700 70.45kmol/h 294273以上流量換算成吸入狀態(tài)下的體積流量為:101.33366.3 2169m3/h98.9273風(fēng)機操作條件下的風(fēng)壓u20.9646

48、2H (P P) (102.698.9)103 T2122=4715Pa風(fēng)機的軸功率 N HTQ471521694.73kW1000360010000.6025 氣體密度對風(fēng)機流量的影響4905Pa 的鍋爐燃燒室,通風(fēng)機的特性曲線如圖所示。（氣溫為20,大氣壓為101.3kPa) 24kg/s,且流淌已進入aAaA21阻力-20，大氣壓不變，此管路中的氣體流量為多少？0122-5 附圖3q/(m3 /s)V, 1.2kg / m3。通風(fēng)機在夏季的體積流量2.4qV1.2 2m3 /s由通風(fēng)機特性曲線查得， 此時風(fēng)機產(chǎn)生的風(fēng)壓力為 p T 2.5kPa 。 通風(fēng)機的工作點（q 2m3 /s, p

49、 VT 2.5kPa）必落在下列管路特性曲線上,故lu2 (pT2 p )() 490.5 Kq21d2V由此式可求得系數(shù)K pT 2500490.5 418.6 q 21.222在冬季，空氣密度為1.4kg / m322.427320因管內(nèi)流淌已進入阻力平方區(qū),K 值不變,故在冬季管路所需要的風(fēng)壓與流量的關(guān)系為p pTp Kq 21V 490.5418.6q 2V將上式左端換算成試驗條件下的風(fēng)壓，則p p 490.5418.6q 2TTV1.2p 490.5 418.6q 2 490.5 418.61.2q 2TVp 420.4502.3q 2TV1.4VA 即泵在冬季的工作點。由點A 可知

50、,2。03m3/s2。031.4=2.84kg/s.與夏季相比，質(zhì)量流量增加了 18.3%2.4從今例可以看出,當(dāng)氣體的壓縮性可以忽視時,氣體輸送管路計算與液體輸送管路相同，也是聯(lián) 立求物料衡算式、機械能衡算式、阻力系數(shù)計算式和泵特性曲線方程式。所不同的是通風(fēng)機的特性曲線是以單位體積氣體為基準(zhǔn)表示的，與氣體密度有關(guān).因此,當(dāng)被輸送氣體不是在常溫常壓下的空 氣時，管路特性曲線應(yīng)事先加以換算。,質(zhì)量流量可能顯著增加。例2-6依據(jù)輸送任務(wù)確定管徑與相應(yīng)的離心泵10103 m3 /s 的流量送至高位13 50 90彎頭 2 個，全開閘門閥一個，入口底閥一個（ 8，試在常用流速范圍內(nèi)選擇兩個流速，算管徑

51、并選用適當(dāng)?shù)谋?解：本例屬設(shè)計型問題.在設(shè)計型問題中泵確定,泵的特性曲線方程未知,故只有以下三式可槽，高路內(nèi)有papa13mpaA尚未2-6 附圖用：物料衡算式qVd2u4能量衡算式pz1 H z p2 ( l ) up21ge2gd2g直管阻力系數(shù)計算式11.742log(2 d18.7)在以上三式中，含有qV、u 、He、 z 、z1p p1、l、d 、 和 12 個變量，其中已知qV、lz z1p p1、和 (隨管材的選擇而定設(shè)計者選擇不同的流速u ,計算管徑d 和所需壓頭H，然后依據(jù)流量和壓頭選用相應(yīng)的泵，并從中選出e最優(yōu)的方案。依據(jù)水在管內(nèi)的常用流速（13m/s)范圍,選擇以下兩種流

52、速進行計算: (1）選擇u 2m/s,則4quV40.01 4quV40.01 2依據(jù)產(chǎn)品規(guī)格，接受893.5熱軋鋼管d =82mm，管壁粗糙度取 =0。2mm,管內(nèi)流速為Vu4q40.011.9m/sVd2 0.0822du10000.0821.9Re 1.56105 、1103 0.2 0.0024d82查得 0.026.管路所需壓頭為Hep (l ) u2gd2g13(0.02650820.750.171)1.9217.9m0.08229.81依據(jù)q10103 m3 /s ，H17.9m，可選用IS8065-125 型水泵。Ve（2)選擇u3m/s ,則40.01 3d40.01 3接受

53、703熱軋鋼管d 64mm 0.2mm，則40.01u 0.0642 3.1m/sRe3.11031.98105 0.2 0.0031 , 0.026d64H13(0.02650820.750.171)3.12 28.1me0.06419.6依據(jù)q10103 m3 /s ，H 28.1m，可選用IS8065160 型水泵。Ve兩種管徑所需壓頭之比為 28.1/17.9=1。57，明顯，接受較大管徑可減小能耗。但到底選擇哪一個方案,者為佳。例2-7輸送管路對外加功的需求在圖示管路中裝有離心泵，吸入管直徑d1 80mm ，長l1 6m，阻力系數(shù)1 0.02，壓出管直徑d 60mm,長l13m，阻力

54、系數(shù) 0.03，在壓出管E 處裝有閥門，其局部阻力系數(shù)222 6.4，E管路兩端水面高度差H=10m，泵進口22m，管內(nèi)流量為12103 m3 /s .試求:（1)每千克流體需從離心泵獲得多少機械能?2paGHBp2paGHBpaC2mDEFCD各為多少?(3）假如是高位槽中的水沿同樣管路向下流出，管內(nèi)流量不變，問是否需要安裝離心泵？1泵吸入管內(nèi)的流速為11A2-7 附圖q4qVu吸 d2V1 412103 2.39m/s0.082d20.082泵壓出管內(nèi)的流速為 u壓1 ud222.39 4.24m/s0.06211 2-2 之間列機械能衡算式，并移項整理得：p u2 u2克服阻力損失所需能

55、量hf仍舊是由勢能直接供應(yīng)的.he21 21 h2f ,12p p 21 gH 9.8110 98.1J /kgu221h( l1u21 02)u l2 )u2吸壓f ,12吸壓1 dAB212 dE2FG2(0.0260.50.75) 2.392 (0.03 136.40.751) 4.2420.0820.062139.5J /kgh 98.1139.5 237.6J /kge從以上計算結(jié)果可以看出，流體所獲得的外加功主要用于克服管路阻力和增加流體的勢能。對于通常管路,動能增加項很小,可以忽視不計.(2）11 11 和CC 之間列機械能衡算式可得Cu吸2ppa gzCu吸2c21.01310

56、5 9.812 2.392 10002(0.0260.50.75) 2.392 71J /kg0.082p 7.1104 PaC在斷面DD 22 之間列機械能衡算式可得pD g(zz) pa h2u壓u 9.8181.013105 2Df ,D221000(0.03136.40.7511) 4.242 302.5J /kg0.062p 3.025105 PaD在斷面CC 和DD 之間機械能衡算式得Ch pD pCe2u壓uu吸2 pD pCC302.571 231.5J /kg此結(jié)果表明，輸送機械能對流體做功的最終結(jié)果主要是增加了流體的壓強能。（3）22 11 之間列機械能衡算式，可求出沿同一

57、管路（無泵）輸送同樣流量所需要的勢能差為phlf ,2Df ,C1u2lu2(2 )壓1 )吸2 dGFE221 dBA21 (0.03 130.50.756.4) 4.242 (0.0260.751) 2.3920.0620.082136.5J /kg管路兩端流體的實際勢能差為p gH 9.8110 98.1J /kg因p/ p需輸送機械供應(yīng). 四、本章習(xí)題 選擇題、填空題/ ，所以單靠勢能差不足以克服管路在規(guī)定流量下的阻力，所差部分需要21 用離心泵從水池抽水到水塔中，設(shè)水池和塔液面維持恒定，若離心泵在正常操作范圍內(nèi)工作，開大出口閥將導(dǎo)致( 。（A） 送水量增加，泵的壓頭下降;（B)送水量

58、增加,泵的壓頭增大;（C） 送水量增加，泵的軸功率不變； （D）送水量增加，泵的軸功率下降。22 某離心泵在運行半年后，發(fā)覺有氣縛現(xiàn)象，應(yīng)（ 。（A）降低泵的安裝高度;(B）停泵，向泵內(nèi)灌液; (C）檢查出口管路阻力是否過大；（D)檢查進口管路是否泄漏。2-3 從低位槽向高位槽輸水，單臺泵可在高效區(qū)工作。若輸送管路較長，且輸送管路布置不變，再并聯(lián)一臺相同泵,則（）.（A）兩泵均在高效區(qū)工作； （B)僅新裝泵在高效區(qū)工作；（C）僅原裝泵在高效區(qū)工作； （D）兩泵均不在原高效區(qū)工作。24 開大離心泵的出口閥，離心泵的出口壓力表讀數(shù)將（）.（A）增大; （B)減小； （C）先增大后減小； （D）先減

59、小后增大.25 若離心泵啟動后卻抽不上水來，可能的緣由是：(）.（A)開泵時出口閥未關(guān)閉; （B）離心泵發(fā)生了氣縛現(xiàn)象;(C)（D） 進口閥未開26 輸送系統(tǒng)的管路特性方程可表示為H=A+BQ2，則(。(A只包括單位質(zhì)量流體需增加的位能（A 包括單位質(zhì)量流體需增加的位能和靜壓能）BQ2 代表管路系統(tǒng)的局部阻力損失；(D）BQ2 代表單位質(zhì)量流體需增加的動能.27 在測量離心泵特性曲線試驗中管路特性曲線可寫為H=A+BQ2,當(dāng)管路循環(huán)且出口端插入循環(huán)水槽液面下,則A 值（。大于零; （B）小于零； (C)等于零； （D）不確定。28 由離心泵和某一管路組成的輸送系統(tǒng)，其工作點(）.由泵銘牌上的流

60、量和揚程所打算； (B)由泵的特性曲線所打算;（C）即泵的最大效率所對應(yīng)的點； (D）是泵的特性曲線與管路特性曲線的交點.在測定離心泵特性曲線的試驗中，啟動泵后，出水管不出水，泵進口處真空表指示真空度很, 某同學(xué)正確地找到緣由并排解了故障。你認(rèn)為可能的緣由是（)。(A）水溫太高; (B）真空表損壞; （C）吸入管堵塞； （D)排出管堵塞。測定離心泵特性曲線試驗管路中，壓強最低的是(）(A）吸入口處;（B)泵殼靠近吸入口一側(cè)；（C）葉輪入口處;（D）泵殼出口端。離心泵與往復(fù)泵的啟動與流量調(diào)整不同之處是離心泵（往復(fù)泵（)。212 用離心泵將水池中水送至常壓水塔,若在離心泵正常操作范圍內(nèi)將出口閥開大