化工原理答案(天津大學(xué)版)

化工原理談后習(xí)題解答

（夏清、陳常貴主編.化工原理.天津大學(xué)出版社2005.）TOC\o"1-5"\h\z第一章流體流動(dòng) 3第二章流體輸送機(jī)械 2 3第三章機(jī)械分離和固體流態(tài)化 .32第四章 傳熱 4 2第五章 蒸館 5 6第六章 吸收 6 5第七章 干燥 7 0第一章 流體流動(dòng).某設(shè)備上真空表的讀數(shù)為13.3X103pa,試計(jì)算設(shè)備內(nèi)的絕對(duì)壓強(qiáng)與表壓強(qiáng)。已知該地區(qū)大氣壓強(qiáng)為98.7X103Pa。解：由絕對(duì)壓強(qiáng)=大氣壓強(qiáng)-真空度得到：設(shè)備內(nèi)的絕對(duì)壓強(qiáng)P結(jié)=98.7X103Pa-13.3XlCpPa=8.54X103Pa設(shè)備內(nèi)的表壓強(qiáng)P表=-真空度=-13.3X103Pa取為39.23X106pa,.在本題附圖所示的儲(chǔ)油罐中盛有密度為960kg/irf的油品，油面高于罐底6.9m,油面上方為常壓。在罐側(cè)壁的下部有一直徑為760mm的圓孔，其中心距罐底800mm,孔蓋用14mm取為39.23X106pa,問至少需要幾個(gè)螺釘？分析：罐底產(chǎn)生的壓力不能超過螺釘?shù)墓ぷ鲬?yīng)力即

解：P姆=e^iXA=960X9.81X(9.6-0.8)X3.14X0.762150.307X103N。垛=39.03X103X3.14X0.0142XnP<aid得n>6.23取nmin=7至少需要7個(gè)螺釘習(xí)噩3附圖.某流化床反應(yīng)器上裝有兩個(gè)U型管壓差計(jì)，如本題附圖所示。測(cè)得R]=400

mm,R2=5習(xí)噩3附圖U型管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度R3=50mm。試求A、B兩處的表壓強(qiáng)。分析：根據(jù)靜力學(xué)基本原則，對(duì)于右邊的U管壓差計(jì)，a-a為等壓面，對(duì)于左邊的壓差計(jì)b-b'為另一等壓面，分別列出兩個(gè)等壓面處的靜力學(xué)基本方程求解。解：設(shè)空氣的密度為&,其他數(shù)據(jù)如圖所示a-a處Pa+。射]=。水鼻3+。水松冰2由于空氣的密度相對(duì)于水和水銀來說很小可以忽略不記即：PA=1.0X103X9.81X0.05+13.6X103X9.81X0.05=7.16X103Pab-b處PB+QggJij=PA+Qgg^z+6*ttgR-iPB=13.6X1(PX9.81X0.4+7.16X103=6.05XICPPa4.本題附圖為遠(yuǎn)距離測(cè)量控制裝置，用以測(cè)定分相槽內(nèi)煤油和水的兩相界面位置。已知兩吹氣管出口的距離H=Im,U管壓差計(jì)的指示液為水銀，煤油的密度為820Kg/nf。試求當(dāng)壓差計(jì)讀數(shù)R=68mm時(shí)，相界面與油層的吹氣管出口距離h。分析：解此題應(yīng)選取的合適的截面如圖所示：忽略空氣產(chǎn)生的壓強(qiáng)，本題中—1'和4—4'為等壓面，2—2'和3-3'為等壓面，且1—1'和2—2'的壓強(qiáng)相等＜

根據(jù)靜力學(xué)基本方程列出一個(gè)方程組求解解：設(shè)插入油層氣管的管口距油面高Ah在1一1'與2—2'截面之間Pi=P2+。水《.郵,Pi=P,>P2=P3且P3=。堞/即，P4=e*g(H-h)+e?>*g(Ah+h)聯(lián)立這幾個(gè)方程得到e*?gR=e*g(H-h)+eg(Ah+h)-。烽/必"即0水fligR=O琳gH+。燧淌妙水圓 帶入數(shù)據(jù)1.03Xl(PXl-13.6X1CPX0.068=h(1.0X1(?-0.82X103)h=0.418m5.用本題附圖中串聯(lián)U管壓差計(jì)測(cè)量蒸汽鍋爐水面上方的蒸氣壓，U管壓差計(jì)的指示液為水銀，兩U管間的連接管內(nèi)充滿水。以知水銀面與基準(zhǔn)面的垂直距離分別為：hi=2.3m,h2=1.2m,h3=2.5m,h4=1.4m0鍋中水面與基準(zhǔn)面之間的垂直距離h5=3m。大氣壓強(qiáng)p產(chǎn)99.3X103paO試求鍋爐上方水蒸氣的壓強(qiáng)P。4題5附圖分析：首先選取合適的截面用以連接兩個(gè)U4題5附圖截面，再選取等壓面，最后根據(jù)靜力學(xué)基本原理列出方程，求解解：設(shè)1—1截面處的壓強(qiáng)為Pi對(duì)左邊的U管取a-a等壓面，由靜力學(xué)基本方程Po+。*g(h5-h4)=P1+Q 的3上0代入數(shù)據(jù)Po+1.0X103X9.81X(3-1.4)=P1+13.6義103X9.81X(2.5-1.4)對(duì)右邊的U管取b-b等壓面，由靜力學(xué)基本方程P1+&水的3$2)=2水保虱年上2)+Pa代入數(shù)據(jù)Pj+1.0X103X9.81X(2.5-1.2)=13.6XIC^X9.81X(2.3-1.2)+99.3X103解著兩個(gè)方程得P0=3.64X105Pa6.根據(jù)本題附圖所示的微差壓差計(jì)的讀數(shù)，計(jì)算管路中氣體的表壓強(qiáng)p。壓差計(jì)中以油和水為指示液，其密度分別為920kg/m3,998kg/nP,U管中油、水交接面高度差R=300mm,兩擴(kuò)大室的內(nèi)徑D均為60mm,U管內(nèi)徑d為6mm。當(dāng)管路內(nèi)氣體壓強(qiáng)等于大氣壓時(shí)，兩擴(kuò)大室液面平齊。分析：此題的關(guān)鍵是找準(zhǔn)等壓面，根據(jù)擴(kuò)大室一端與大氣相通，另一端與管路相通，可以列出兩個(gè)方程，聯(lián)立求解解：由靜力學(xué)基本原則，選取1-1'為等壓面，對(duì)于U管左邊P*+。淌g(h1+R)=Pi對(duì)于u管右邊P2=e*gR+e,*gh2p*=e*gR+e*gh2-e*g(h(+R)=。水鼻-。*gR+Ziig(h2-hi)當(dāng)p*=0時(shí)，擴(kuò)大室液面平齊即兀(D/2)T~IZ 8.高位槽內(nèi)的水面高于地面8m,水從608X4mmT~IZ 8.高位槽內(nèi)的水面高于地面8m,水從608X4mm的管道中流出，管路出口高于i >地面2m。在本題特定條件下，水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按￡hf=6.5I?計(jì)算，jir—J ￡目 其中u為水在管道的流速。試計(jì)算：AJH8KH (1)A—A,截面處水的流速；⑵水的流量，以n?/h計(jì)。h2-hj=3mmpi=2.57X102Pa7.列管換熱氣的管束由121根(pX2.5mm的鋼管組成?？諝庖?tn/s速度在列管內(nèi)流動(dòng)?？諝庠诠軆?nèi)的平均溫度為50℃、壓強(qiáng)為igexiEa(表壓)，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8.7X10^2試求：⑴空氣的質(zhì)量流量；⑵操作條件下，空氣的體積流量；⑶將(2)的計(jì)算結(jié)果換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣的體積流量。解：空氣的體積流量 Vs=uA=9Xjt/4X0.022X121=0.342m3/s質(zhì)量流量 ws=VSQ=VsX(MP)/(RD=0.342X[29X(98.7+196)]/[8.315X323]=1.09kg/s換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況V|P1/V2P2=7/12VS2=P1T2/P2T1XVSi=(294.7X273)/(101X323)X0.342=0.843m分析：此題涉及的是流體動(dòng)力學(xué)，有關(guān)流體動(dòng)力學(xué)主要是能量恒算問題，一般運(yùn)用的是柏努力方程式。運(yùn)用柏努力方程式解題的關(guān)鍵是找準(zhǔn)截面和基準(zhǔn)面，對(duì)于本題來說，合適的截面是高位槽1一分析：此題涉及的是流體動(dòng)力學(xué)，有關(guān)流體動(dòng)力學(xué)主要是能量恒算問題，一般運(yùn)用的是柏努力方程式。運(yùn)用柏努力方程式解題的關(guān)鍵是找準(zhǔn)截面和基準(zhǔn)面，對(duì)于本題來說，合適的截面是高位槽1一1和出管口2—2,如圖所示，選取地面為基準(zhǔn)面。解：設(shè)水在水管中的流速為U,在如圖所示的1—r,2—2,處列柏努力方程Zig+0+P(/e=Z2g+u?/2+P2/q+Shf(Z1-Z2)g=u2/2+6.5u2 代入數(shù)據(jù)(8-2)X9.81=7u2,u=2.9m/s換算成體積流量Vs=uA=2.9Xn/4X0.12X3600=82m7h.20℃水以2.5m/s的流速流經(jīng)938X2.5mm的水平管，此管以錐形管和另一（p53X3m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強(qiáng)。若水流經(jīng)A、B兩截面的能量損失為1.5J/kg,求兩玻璃管的水面差（以mm計(jì)），并在本題附圖中畫出兩玻璃管中水面的相對(duì)位置。分析:根據(jù)水流過A、B兩截面的體積流量相同和此兩截面處的伯努利方程列等式求解習(xí)*9附國解：設(shè)水流經(jīng)A、B兩截面處的流速分別為％、u習(xí)*9附國UaAa=UbAb/.uB=(Aa/Ab)uA=(33/47)2X2.5=1.23m/s在A、B兩截面處列柏努力方程Z】g+u//2+P1/e=Z2g+u22/2+Pz/p+Ehf"<>Z]=Z2(P1-P2)/°=Zhf+(u12-u22)/2g(hrh2)=1.5+(1.232-2.52)/2hrh2=0.0882m=88.2mm即兩玻璃管的水面差為88.2mm.用離心泵把20℃的水從貯槽送至水洗塔頂部，槽內(nèi)水位維持恒定，各部分相對(duì)位置如本題附圖所示。管路的直徑均為中76X2.5mm,在操作條件下，泵入口處真空表的讀數(shù)為24.66XlCPp當(dāng)水流經(jīng)吸入管與排處管（不包括噴頭）的能量損失可分別按￡%1=2小，￡hf2=10u2計(jì)算，由于管徑不變，故式中u為吸入或排出管的流速m/s。排水管與噴頭連接處的壓強(qiáng)為98.07X103Pa（表壓）。試求泵的有效功率。分析：此題考察的是運(yùn)用柏努力方程求算管路系統(tǒng)所要求的有效功率把整，

系統(tǒng)分成兩部分來處理，從槽面到真空表段的吸入管和從真空表到排出口段的排出管，在兩段分別列柏努力方程。解：總能量損失￡hf=￡hf+,i￡hf,2Uj=U2=u—2u24~1Ou2-12u2在截面與真空表處取截面作方程:zog+uoVz+Po/e=z在截面與真空表處取截面作方程:zog+uoVz+Po/e=z1g4-u2/2+p1/e+Ehf,i(Po-Pi)/e=Zig^u2/2+Ehf1.*.u=2m/s「?w5=uAQ=7.9kg/：在真空表與排水管-噴頭連接處取截面 21g4-u2/2+P1/e+W=z2g+u72+P2/e+Ehf2(Po-Pi)/e=Zig^u2/2+Ehf1.*.u=2m/s「?w5=uAQ=7.9kg/：在真空表與排水管-噴頭連接處取截面 21g4-u2/2+P1/e+W=z2g+u72+P2/e+Ehf2.*.We=Z2g+u2/2+P2/e+Lhf2-(Z]g+u2/2+P[/Q)=12.5X9.81+(98.07+24.66)/998.2X103+10X22=285.97J/kgNe=Wew=285.97X7.9=2.26kw11.本題附圖所示的貯槽內(nèi)徑D為2m,槽底與內(nèi)徑6為33mm的鋼管相連,槽內(nèi)無液體補(bǔ)充，其液面高度%為2m（以管子中心線為基準(zhǔn)）。液體在本題1L=管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的全部能量損失可按￡勺26?公式來計(jì)算，式中u為液體在管內(nèi)莖一的流速m/s。試求當(dāng)槽內(nèi)液面下降1m所需的時(shí)間。分析：此題看似一個(gè)普通的解柏努力方程的題，分析題中槽內(nèi)無液體補(bǔ)充,11附圖則管內(nèi)流速并不是一個(gè)定值而是一個(gè)關(guān)于液面高度的函數(shù)，抓住槽內(nèi)和管內(nèi)的體積流量相等列出一個(gè)微分方程，積分求解。解：在槽面處和出口管處取截面1-1,2-2列柏努力方程hig=u2/2+￡hf=u2/2+20u2u=(0.48h)1/2=0.7h1/2槽面下降dh,管內(nèi)流出uA/t的液體Adh=uA2dt=0.7h1/2A2dt，dt=Aidh/(A20.7h1/2)對(duì)上式積分：t=1.8.h12.本題附圖所示為冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)，鹽水的密度為UOOkg/m，，循環(huán)量為36m3。管路的直徑相同，鹽水由A流經(jīng)兩個(gè)換熱器而至B的能量損失為98.1J/kg,由B流至A的能量損失為49J/kg,試求：（1）若泵的效率為70%時(shí)，泵的抽功率為若干kw?（2）若A處的壓強(qiáng)表讀數(shù)為245.2Xl（FPa時(shí)，B處的壓強(qiáng)表讀數(shù)為若干Pa?分析：本題是一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，鹽水由A經(jīng)兩個(gè)換熱器被冷卻后又回到A繼續(xù)被冷卻，很明顯可以在A-換熱器-B和B-A兩段列柏努利方程求解。解：(1)由A到B截面處作柏努利方程0+uA2/2+PA/e1=ZBg+uB2/2+PB/e+9.81管徑相同得Ua=Ub(Pa*Pb)/p=ZBg+9.81由B到A段，在截面處作柏努力方程B ZBg+uB2/2+PB/e+We=0+uA2+PA/e+49.,.W=(PA-PB)/e-ZBg4-49=98.1+49=147.1J/kg..Ws=Vse=36/3600X1100=llkg/sNe=WeXWs=147.1Xll=1618.1w泵的抽功率N=Ne/76%=2311.57W=2.31kw(2)由第一個(gè)方程得(Pa-Pb)/o=Zb”9.81得Pb=Pa-Q(Zug+9.81)=245.2X1(P-11OOX(7X9.81+98.1)=6.2X104Pa13.用壓縮空氣將密度為IWOkg/nP的腐蝕性液體自低位槽送到高位槽，兩槽的液位恒定。管路直徑均為4>60X3.5mm,其他尺寸見本題附圖。各管段的能量損失為￡L,.=￡hf,8=1?,Ehf,bc=1.18u2o兩壓差計(jì)中的指示液均為水銀。試求當(dāng)R=45mm,h=200mm時(shí)：（1）壓縮空氣的壓強(qiáng)P1為若干？（2）U管差壓計(jì)讀數(shù)R2為多少？解：對(duì)上下兩槽取截面列柏努力方程0+0+Pi/yZg+O+P?/2+兄hf.?.Pi=Zgp+O+P?+q￡hf=10X9.81X1100+1100(2u2+1.18u2)=107.91X103+3498u2在壓強(qiáng)管的B,C處去取截面，由流體靜力學(xué)方程得PB+eg(x+R。=pc+eg(Hbc+x)+q*銀RgPb+1100X9.81X(0.045+x)=PC+1100X9.81X(5+x)+13.6XKPX9.81X0.045PB.pc=5.95X104Pa

在B,C處取截面列柏努力方程0+ub2/2+Pb/^Zg+^^+Pc/e+E：hf,BC?.管徑不變，...！=―PB-Pc=e(Zg+Ehf,bc)=1100X(1.18u2+5X9.81)=5.95X104Pau=4.27m/s壓縮槽內(nèi)表壓Pi=1.23X105pa(2)在B,D處取截面作柏努力方程0+u?/2+Pb/q=Zg+O+O+XJhf,bc+￡hf,a,PB=(7X9.81+1.18u2+u2-0.5u2)X1100=8.35X104PapB-e^i=e水相R2g8.35X104-l100X9.81X0.2=13.6X103X9.81XR2R2=609.7mm14.在實(shí)驗(yàn)室中,用玻璃管輸送20℃的70%醋酸.管內(nèi)徑為1.5cm,流量為10kg/min,用SI和物理單位各算一次雷諾準(zhǔn)數(shù),并指出流型。解：查20℃,70%的醋酸的密度°=1049Kg/m3,粘度p=2.6mPa-s用SI單位計(jì)算：d=1.5X10-2tn,u=Ws/(eA)=0.9m/sRe=due/^=(1.5X10々X0.9X1049)/(2.6X103)=5.45X103用物理單位計(jì)算：g=1.049g/cm3,u=Ws/(gA)=90cm/s,d=1.5cmH=2.6X103Pa?S=2.6X103kg/(s?m)=2.6X10-2g/s，cm，/.Re=due/g=(1.5X90X1.049)/(26XIO2)=5.45X103V5.45X103>4000...此流體屬于湍流型15.在本題附圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置中，于異徑水平管段兩截面間連一倒置U管壓差計(jì)，以測(cè)量兩截面的壓強(qiáng)差。當(dāng)水的流量為10800kg/h時(shí)，U管壓差計(jì)讀數(shù)R為100mm,粗細(xì)管的直徑分別為中60X3.5mm與①45X3.5mm。計(jì)算：(1)1kg水流經(jīng)兩截面間的能量損失。(2)與該能量損失相當(dāng)?shù)膲簭?qiáng)降為若干Pa?解：(1)先計(jì)算A,B兩處的流速：uA=ws/esA=295m/s,uB=ws/gsB在A,B截面處作柏努力方程：zAff1'UA2/2+PA/e=ZBg+UB2/2+PB/e+Shf.?.1kg水流經(jīng)A,B的能量損失：￡hf=(ua2-ub2)/2+(PA-PB)/q=(ua2-ub2)/2+ggR/g=4.41J/kg(2).壓強(qiáng)降與能量損失之間滿足：￡hf=AP/。.-.△P=eE；hf=4.41X103.密度為850kg/m3,粘度為8X10-3Pa-s的液體在內(nèi)徑為14mm的鋼管內(nèi)流動(dòng)，溶液的流速為lm/s。試計(jì)算：(1)淚諾準(zhǔn)數(shù)，并指出屬于何種流型？(2)局部速度等于平均速度處與管軸的距離；(3)該管路為水平管，若上游壓強(qiáng)為147Xl(FPa,液體流經(jīng)多長的管子其壓強(qiáng)才下降到127.5Xl(FPa?解：⑴Re=dug/?=(14X10-3X1X850)/(8X10-3)=1.49X1(P>2000...此流體屬于滯流型(2)由于滯流行流體流速沿管徑按拋物線分布，令管徑和流速滿足/=-2?(u-uj當(dāng)u=0時(shí),y2=r2=2Ptimp=?/2=d2/8當(dāng)u=u+J15=0.5um?=0.5m/s時(shí)，產(chǎn)-2p(0.5-1)=d2/8=0.125d2.?.即與管軸的距離r=4.95X103m(3)在147X103和127.5X1(P兩壓強(qiáng)面處列伯努利方程uJ/2+PA/Q+Zjg=U22/2+Pb/q+Z2g+22hf■U1=U2,Z]=Z2Pa/2=Pb/a+￡hf損失能量h產(chǎn)(PA-PB)/q=(147X103-127.5X103)/850=22.94...流體屬于滯流型摩擦系數(shù)與雷若準(zhǔn)數(shù)之間滿足入=64/Re又YhLAX(i/d)X0.5u2.,.i=14.95m.?輸送管為水平管，，管長即為管子的當(dāng)量長度即：管長為14.95m.流體通過圓管湍流動(dòng)時(shí)，管截面的速度分布可按下面經(jīng)驗(yàn)公式來表示：u^u1Ml(y/R)1/7,式中y為某點(diǎn)與壁面的距離，及y=R~to試求起平均速度u與最大速度的比值。分析：平均速度u為總流量與截面積的商，而總流量又可以看作是速度是明的流體流過2nrdr的面積的疊加即：V=/?？冢2nrdr解：平均速(itR2)=/oRum?(y/R)1/7X2nrdr/(itR2)=2%JR"〃"(R-r)”7r出=0-82u1nliu/u1n"=0.82.一定量的液體在圓形直管內(nèi)做滯流流動(dòng)。若管長及液體物性不變，而管徑減至原有的1/2,問因流動(dòng)阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來的若干倍？解：?.?管徑減少后流量不變..U[A]=U2A2而Aj-4A2..Uz=4u由能量損失計(jì)算公式Eh產(chǎn)QG/d)X(l/2u2)得￡hf,i=—(t/d)X(l/2u12)￡hf,2=入?(t/d)X(1/2u22)=1?(t/d)X8(uj2二16￡hf,i??%2=16ha19.內(nèi)截面為lOOOmmXl200mm的矩形煙囪的高度為30A1m。平均分子量為30kg/kmol,平均溫度為400℃的煙道氣自下而上流動(dòng)。煙囪下端維持49Pa的真空度。在煙囪高度范圍內(nèi)大氣的密度可視為定值，大氣溫度為20℃,地

面處的大氣壓強(qiáng)為101.33Xl(rpa。流體經(jīng)煙囪時(shí)的摩擦系數(shù)可取為0.05,試求煙道氣的流量為若干kg/h?解：煙囪的水力半徑 tH=A/n=(1X1.2)/2(l+1.2)=0.273m當(dāng)量直徑 4=4rH=1.109m流體流經(jīng)煙囪損失的能量￡h產(chǎn)外(1/ ?u2/2=0.05X(30/1.109)Xu2/2=0.687u2空氣的密度e4^=PM/RT=1.21Kg/m3煙囪的上表面壓強(qiáng)(表壓)P上=-0交%妙1=1.21X9.81X30=-355.02Pa煙囪的下表面壓強(qiáng)(表壓)Pt=-49Pa煙囪內(nèi)的平均壓強(qiáng)P=(Pi+Pt)/2+Po=101128Pa由e=PM/RT可以得到煙囪氣體的密度q=(30X10-3X101128)/(8.314X673)=0.5422Kg/m3在煙囪上下表面列伯努利方程P上/。=Pt/q+Zg+Ehf.?.EhFfPi-PTVe-zg=(-49+355.02)/0.5422-30X9.81=268.25=0.687u2流體流速 u=19.76m/s質(zhì)量流量ws=uAg=19.76X1X1.2X0.5422=4.63X104Kg/h習(xí)題20酎圖20.每小時(shí)將2Xl(Fkg的溶液用泵從反應(yīng)器輸送到高位槽。反應(yīng)器液面上方保持26.7Xl(PPa的真空讀，高位槽液面上方為大氣壓強(qiáng)。管道為的鋼管，總長為50m,管線上有兩個(gè)全開的閘閥，一個(gè)孔板流量計(jì)(局部阻力系數(shù)為4),5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15mo若泵效率為0.7,習(xí)題20酎圖解：流體的質(zhì)量流速ws=2X1073600=5.56kg/s流速u=ws/(Ae)=1.43m/s

雷偌準(zhǔn)數(shù)Re=due/g=165199>4000查本書附圖1-29得5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭的當(dāng)量長度:5X2.1=10.5m2個(gè)全開冏的當(dāng)量長度:2X0.45=0.9m，局部阻力當(dāng)量長度Eie=10.5+0.9=11.4m假定1/*2=2lg(d/e)+1.14=2lg(68/0.3)+1.14.,.X=0.029檢驗(yàn)d/(eXReXX,/2)=0.008>0,005，符合假定即入=0.029全流程阻力損失 Eh=XX(i+￡U/dXu2/2+(Xu2/2=[0.029X(50+11.4)/(68X103)+4]X1.432/2=30.863J/Kg在反應(yīng)槽和高位槽液面列伯努利方程得P/q+We=Zg+P2/g+￡hWe=Zg+(Pt-PJ/q+22h=15X9.81+26.7X1071073+30.863=202.9J/Kg有效功率Ne=WeXws=202.9X5.56=1.128X103軸功率N=Ne/r|=1.128X1070.7=1.61X10^=1.61KW習(xí)題21附圖I-21.從設(shè)備送出的廢氣中有少量可溶物質(zhì)，在放空之前令其通過一個(gè)洗滌器，以回收這些物質(zhì)進(jìn)行綜合利用，并避免環(huán)境污染。氣體流量為3600m3/h,其物理性質(zhì)與50℃的空氣基本相同。如本題附圖所示，氣體進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)前的管路上安裝有指示液為水的U管壓差計(jì)，起讀數(shù)為30mm。輸氣管與放空管的內(nèi)徑均為250mm,管長與管件，閥門的當(dāng)量長度之和為50m,放空機(jī)與鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口的垂直距離為20m,已估計(jì)氣體通過塔內(nèi)填料層的壓強(qiáng)降為1.96X13Pa。管壁的絕對(duì)粗糙度可取0.15mm,習(xí)題21附圖I-101.33XI伊。求鼓風(fēng)機(jī)的有效功率。解：查表得該氣體的有關(guān)物性常數(shù)-1.093,p=1.96Xl(y5pa.氣體流速u=3600/(3600X4/nX0.252)=20.38m/s

質(zhì)量流量w,=uAs=20.38X4/JtX0.252X1.093=1.093Kg/s流體流動(dòng)的雷偌準(zhǔn)數(shù)Re=due/^=2.84X105為湍流型所有當(dāng)量長度之和 i總=i+Eie=50me取0.15時(shí)e/d=0.15/250=0.0006查表得1=0.0189所有能量損失包括出口,入口和管道能量損失即：￡h=0.5Xu2/2+1Xu2/2+(0.0189X50/0.25)-u2/2=1100.66在1-1、2-2兩截面處列伯努利方程u2/2+Pi/°+We=Zg+u2/2+P2/e+￡hWe=Zg+(P2-Pi)/g+X：h而1-1、2-2兩截面處的壓強(qiáng)差P2-Pi=P2-e=1.96X103-103X9.81X31X1031665.7Pa.,.We=2820.83W/Kg習(xí)題22附圖泵的有效功率Ne=WeXw=3083.2W=3習(xí)題22附圖22.如本題附圖所示，，貯水槽水位維持不變。槽底與內(nèi)徑為100mm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15m處安有以水銀為指示液的U管差壓計(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長度為20m。.當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)，測(cè)得R=600mm,h=1500mm；當(dāng)閘閥部分開啟時(shí)，測(cè)的R=400mm,h=1400mmo摩擦系數(shù)可取0.025,管路入口處的局部阻力系數(shù)為0.5。問每小時(shí)從管中水流出若干立方米。.當(dāng)閘閥全開時(shí)，U管壓差計(jì)測(cè)壓處的靜壓強(qiáng)為若干(Pa,表壓)。間閥全開時(shí)L/d=15,摩擦系數(shù)仍取0.025。解:⑴根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程，設(shè)槽面到管道的高度為x。術(shù)g(h+x)=。水粒gR103X(1,5+x)=13.6X103X0.6x=6.6m部分開啟時(shí)截面處的壓強(qiáng)Pt=e*ttgR-Q*gh=39.63X103Pa在槽面處和1-1截面處列伯努利方程Zg+0+0=o+u2/2+Pj/e+Z3h而Eh=[XO+EQ/d+C?u2/2=2.125u26.6X9.81=u2/2+39.63+2.125u2u=3.09/s體積流量w,=uAe=3.09X7t/4X(0.1)2X3600=87.41m3/h(2)間閥全開時(shí)取2-2,￡3截面列伯努利方程Zg=u2/2+0.5u2/2+0.025X(15+t/d)u2/2u=3.47m/s取1-1、￡3截面列伯努利方程Pt7e=u2/2+0.025X(15+"如/2.?.Pi'=3.7X104Pa23.10℃的水以500L/min的流量流過一根長為300m的水平管，管壁的絕對(duì)粗糙度為0.05。有6m的壓頭可供克服流動(dòng)阻力，試求管徑的最小尺寸。解:查表得10℃時(shí)的水的密度。=999.7Kg/m3(X=130.77XIO-5Pa-su=Vs/A=10.85X10-7d2￡hf=6X9.81=58.80/Kg￡h(=Q?i/d)u2/2=X-150u2/d假設(shè)為滯流入=64/Re=64ji/dueH(g>￡hf.,?d<1.5X10-3檢驗(yàn)得Re=7051.22>2000不符合假設(shè)???為湍流假設(shè)Re=9.7X104即duQ/g=9.7X104.,.d=8.34X102m則e/d=0.0006查表得X=0.021要使EhfWH1g成立則X-150u2/d<58.86

d>1.82X10-d>1.82X10-2mJIM24iWlfl24.某油品的密度為SOOkg/n?,粘度為41cP,由附圖所示的A槽送至B槽,A槽的液面比B槽的液面高出1.5m。輸送管徑為中89X3.5mmJIM24iWlfl（包括閥門當(dāng)量長度），進(jìn)出口損失可忽略。試求：（1）油的流量（m3/h）；（2）若調(diào)節(jié)閥門的開度，使油的流量減少20%,此時(shí)閥門的當(dāng)量長度為若干m?解：⑴在兩槽面處取截面列伯努利方程u2/2+Zg+Pt/Q=u2/2+P2/e+Ehf???Pi=P2Zg=E；hf=X?(i/d)-u2/21.5X9.81=X?(50/82X103)-u2/2 ①假設(shè)流體流動(dòng)為滯流，則摩擦阻力系數(shù)X=64/Re=64g/due ②聯(lián)立①②兩式得到u=1.2m/s 核算Re=due/n=1920<2000假設(shè)成立油的體積流量u=uA=1.2Xn/4(82X103)2X3600=22.8m3/h⑵調(diào)節(jié)閥門后的體積流量 to；=22.8X(1-20%)=18.24m3/h調(diào)節(jié)閥門后的速度u=0.96m/s同理由上述兩式1.5X9.81=口(1/82*10可?0.962/2A.=64/Re=64g/dug可以得到i=62.8m閥門的當(dāng)量長度％=i-50=12.8m習(xí)題25附圖25.在兩座尺寸相同的吸收塔內(nèi)，各填充不同的填料，并以相同的管路并聯(lián)組合。每條支管上均裝有閘閥，兩支路的管長均為5m（均包括除了閘閥以外的管件局部阻力的當(dāng)量長度），管內(nèi)徑為200mm。通過田料層的能量損失可分別折算為5U1?與4u22,式中u為氣體在管內(nèi)的流速m/s,氣體在支管內(nèi)流動(dòng)的摩擦系數(shù)為0.02。管路的氣體總流量為0.3m3/s.試求：（1）兩閥全開時(shí)，兩塔的通氣量；（2）附圖中AB習(xí)題25附圖分析：并聯(lián)兩管路的能量損失相等，且各等于管路總的能量損失，各個(gè)管路的能量損失由兩部分組成，一是氣體在支管內(nèi)流動(dòng)產(chǎn)生的，而另一部分是氣體通過填料層所產(chǎn)生的，即Ah產(chǎn)入?（i+￡%/d）-u2/2+hf嫌而且并聯(lián)管路氣體總流量為個(gè)支路之和，即V*=V“+Vq

解：（1）兩閥全開時(shí)，兩塔的通氣量由本書附圖1—29查得d=200mm時(shí)閥線的當(dāng)量長度ie=150tn￡hn=A?(u+22iei/d)?u，/2+5u/=0.02X(50+150)/0.2?u//2+5u/￡hQ=X?(w+ZUd)?u22/2+4“=0.02X(50+150)/0.2-u22/2+4u,2?-￡h(i=￡hc.?.^7?22=11-75/12.75即5=0.9602又尸V”+V,2=U[Ai+u2A2,Aj=A2=(0.2)2jc/4=0.01jt=(0.96u2+u/0.017t=0.3u2=4.875m/s u1A=4.68m/s即 兩塔的通氣量分別為V”=0.147m3/s,V512=0.153n?/s（2）總的能量損失Ehf=Ehfl=EhQ=0.02X155/0.2?u，/2+5u,2=12.5u,2=279.25J/Kg.用離心泵將20℃水經(jīng)總管分別送至A,B容器內(nèi)，總管流量為89m/h=總管直徑為4）127X5mm?原出口壓強(qiáng)為1.93X105Pa,容器B內(nèi)水面上方表壓為Ikgf/cmz,總管的流動(dòng)阻力可忽略，各設(shè)備間的相對(duì)位置如本題附圖所示。試求：（1）離心泵的有效壓頭H。；（2）兩支管的壓頭損失Hf,m,Hf_0.Bo解：（1）離心泵的有效壓頭總管流速口=V./A而A=3600Xjt/4X(117)2XIO-6u=2.3m/s在原水槽處與壓強(qiáng)計(jì)管口處去截面列伯努利方程Zog+We=u2/2+P0/q+Ehf：總管流動(dòng)阻力不計(jì)￡h尸0

We=u2/2+Po/e-Zog=2.32/2+1.93X107998.2-2X9.81=176.38J/Kg有效壓頭He=We/g=17.98m⑵兩支管的壓頭損失在貯水槽和A、B表面分別列伯努利方程Zog+We=Z1g+P1/e+EhflZog+We=Z2g+P2/e+Ehe得到兩支管的能量損失分別為Ehn=Zog+We-(Zig+PJ6=2X9.81+176.38-(16X9.81+0)=39.04J/KgEh^Zog+We-CZ^+P^e)=2X9.81+176.38-(8X9.81+101.33X107998.2)=16.0J/Kg，壓頭損失Hn=Ehn/g=3.98mH(2=EhJg=1.63m習(xí)腦27附圖.用效率為80%的齒輪泵將粘稠的液體從敞口槽送至密閉容器中，兩者液面均維持恒定，容器頂部壓強(qiáng)表讀數(shù)為30X103pa。用旁路調(diào)節(jié)流量，起流程如本題附圖所示，主管流量為14m3/h,管徑為cp66X3mm,管長為80m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長度）。旁路的流量為5m3/h,管徑為①32X2.5mm,管長為20m習(xí)腦27附圖支點(diǎn)。之間的能量損失。被輸送液體的粘度為50mPa-s,密度為1100kg/m\試計(jì)算：（1）泵的軸功率（2）旁路閥門的阻力系數(shù)。解：⑴泵的軸功率分別把主管和旁管的體積流量換算成流速主管流速 u=V/A=14/[3600XS/4）X（60）2X10〉=1.38m/s旁管流速ui=V/A=5/[3600X(n/4)X(27)2X10力

=2.43m/s先計(jì)算主管流體的雷偌準(zhǔn)數(shù)Re=due/g=1821.6<2000屬于滯流摩擦阻力系數(shù)可以按下式計(jì)算X=64/Re=0.03513在槽面和容器液面處列伯努利方程We=Z2g+P2/e+Ehf=5X9.81+30X1071100+0.03513X1.382X80/(60X103)=120.93J/Kg主管質(zhì)量流量 w,=uAe=1.38X(jt/4)X(60)2X1100=5.81Kg/s泵的軸功率 Ne/r]=WeX⑥/n=877.58W=0.877KW⑵旁路閥門的阻力系數(shù)旁管也為滯流其摩擦阻力系數(shù)1=64/Re1=0.04434有效功We=0+u//2+0+Ehf=u，/2+X?u//2,20/dj+e?u，/2旁路閥門的阻力系數(shù)e=(We-U172"u"2-20/d>2/u/=7.11.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為11m,AB段內(nèi)徑為38mm，長為58m;BC支管內(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(shí)的當(dāng)量長度。AB與BC管的摩擦系數(shù)為0.03。試計(jì)算：(1)當(dāng)BD支管的閥門關(guān)閉時(shí)，BC支管的最大排水量為若干m3/h?⑵當(dāng)所有的閥門全開時(shí)，兩支管的排水量各為若干m3/h?BD支管的管壁絕對(duì)粗糙度為0.15mm,水的密度為1000kg/m3,粘度為0.001Pa-s?分析：當(dāng)BD支管的閥門關(guān)閉時(shí)，BC管的流量就是AB總管的流量；當(dāng)所有的閥門全開時(shí)，AB總管的流量應(yīng)為BC,BD兩管流量之和。而在高位槽內(nèi)，水流速度可以認(rèn)為忽略不計(jì)。解：(1)BD支管的閥門關(guān)閉

u<)k382/4=U]u<)k382/4=U]兀32?/4分別在槽面與C-C,B-B截面處列出伯努利方程0+0+Zog=u，/2+0+0+￡hw0+0+Zig=Uq2/2+0+0+Eh3而￡hsc=入?岫/6)?甫/2+"(iBc/d)?u，2=0.03X(58000/38)XUo2/2+0.03?(12500/32)Xu，2=22.89 +5.86u/￡hf^AB=^-*(1Ab/d0)-%2/2=0.03X(58000/38)Xv^/2=22.89uq20=2.46m/sBC支管的排水量VS,BC=UiA=7.1m7s(2)所有的閥門全開Vs1AB=Vs3c+VS>BDUqAoMUjA,+11內(nèi) Uo7t382/4=^7：322/4+u2n262/4u<)382=Ut322+U2262 ①假設(shè)在BD段滿足l/?〃=21g(d/e)+1.14.,.XD=0.0317同理在槽面與C-CQ-D截面處列出伯努利方程Zog=Uj2/2+Zjhsc=ut2/2+X?(iAB/do)-Uo2/2+入?能/(11)-U12/2②Zog=4/2+￡h35=%2/2+V(iAB/d0),u()2/2_*-^d*(1bd/<^2)'叫2/2 ③聯(lián)立①②③求解得到 u,=1.776m/s,u2=1.49m/s核算Re=due/|i=26XIO-3X1.49X103/0.001=38.74X103(d/e)/ReX,72=0.025>0.005.?.假設(shè)成立即D.C兩點(diǎn)的流速J=1.776m/s,u2=1.49m/s/.BC段和BD的流量分別為Vs3c=32X10X(n/4)X3600X1.776=5.14m3/sVS3D=26X10X(jt/4)X3600X1.49=2.58m7s29.在中38X2.5mm的管路上裝有標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，孔板的孔徑為16.4mm,管中流動(dòng)的是200c的苯，采用角接取壓法用U管壓差計(jì)測(cè)量孔板兩測(cè)的壓強(qiáng)差，以水銀為指示液，策壓連接管中充滿甲苯。測(cè)得U管壓差計(jì)的讀數(shù)為600mm,試計(jì)算管中甲基的流量為若干kg/h?解：查本書附表20℃時(shí)甲苯的密度和粘度分別為6=867Kg/m34x=0.675X10-3假設(shè)Re=8.67X10，當(dāng)'/Ai=(16.4/33)=0.245時(shí)渣孔板流量計(jì)的C。與Re,KJA、的關(guān)系得到Co=0.63體積流量Vs=CAPgRCQA-Q)/Q]'/2=0.63Xn/4X16.42X1(T6X[2X9.81X0.6X(13.6-0.867)/0.867]1/2=1.75X103m7s流速u=Vs/A=2.05m/s核算雷偌準(zhǔn)數(shù)Re=dug/”=8.67X10，與假設(shè)基本相符甲苯的質(zhì)量流量Ws=Vsq=1.75X103X867X3600=5426Kg/h第二章流體輸送機(jī)械1.在用水測(cè)定離心泵性能的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)流量為26m3/h時(shí)，泵出口處壓強(qiáng)表和人口處真空表的讀數(shù)分別為152kPa和24.7kPa,軸功率為2.45kw,轉(zhuǎn)速為2900r/min,若真空表和壓強(qiáng)表兩測(cè)壓口間的垂直距離為0.4m,泵的進(jìn)出口管徑相同，兩測(cè)壓口間管路流動(dòng)阻力可忽略不計(jì)，試求該泵的效率，并列出該效率下泵的性能。解：取20t時(shí)水的密度e=998.2Kg/m3在泵出口和入口處列伯努利方程Ui2/2g+P/og+H=U]2/2g+P2/Qg+Hf+Z1.泵進(jìn)出口管徑相同，U]=U2不計(jì)兩測(cè)壓口見管路流動(dòng)阻力Hf=0P/°g+h=p2/eg+zH=(P2-Pl)/eg+Z=0.4+(152+24.7)X107998.2X9.8=18.46m該泵的效率7]=QHeg/N=26X18.46X998.2X9.8/(2.45X103X3600)=532%2.用離心泵以40mVh的流量將貯水池中65℃的熱水輸送到?jīng)鏊?，并?jīng)噴頭噴出而落入涼水池中，以達(dá)到冷卻的目的，已知水進(jìn)入噴頭之前需要維持49kPa的表壓強(qiáng)，噴頭人口較貯水池水面高6m,吸入管路和排出管路中壓頭損失分別為1m和3m,管路中的動(dòng)壓頭可以忽略不計(jì)。試選用合適的離心泵并確定泵的安裝高度。當(dāng)?shù)卮髿鈮喊?01.33kPa計(jì)。解：；輸送的是清水選用B型泵查65℃時(shí)水的密度q=980.5Kg/m3在水池面和噴頭處列伯努利方程u//2g+P[/°g+H=u,2/2g+P2/gg+Hf+Z取5=%=0則H=(P2-Pi)/Qg+乩+z=49X107980.5X9.8+6+(1+4)=15.1mQ=40m3/h由圖2-27得可以選用3B19A2900465℃時(shí)清水的飽和蒸汽壓Pv=2.544X104Pa當(dāng)?shù)卮髿鈮篐a=P/eg=lOUaxK^^S.ZX^l=10.35tn查附表二十三3B19A的泵的流量:29.5—48.6m3/h為保證離心泵能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，選用最大輸出量所對(duì)應(yīng)的H；即H；=4.5m輸送65℃水的真空度網(wǎng)=[Hs+應(yīng)-10)-。丫/9.81X103-0.24)]1000/e—2.5tn???允許吸上高度Hg=國-U12/2g-H仰=2.5-1=1.5m即安裝高度應(yīng)低于1.5m3.常壓貯槽內(nèi)盛有石油產(chǎn)品，其密度為760kg/m3，粘度小于20cSt,在貯槽條件下飽和蒸汽壓為80kPa,現(xiàn)擬用65Y-60B型油泵將此油品以15m3流量送往表壓強(qiáng)為177kPa的設(shè)備內(nèi)。貯槽液面恒定，設(shè)備的油品人口比貯槽液面高5m,吸入管路和排出管路的全部壓頭損失為1m和4m。試核算該泵是否合用。若油泵位于貯槽液面以下1.2m處，問此泵能否正常操作？當(dāng)?shù)卮髿鈮喊?01.33kPa計(jì).解：查附錄二十三65Y-60B型泵的特性參數(shù)如下流量Q=19.8m3/s,氣蝕余量△h=2.6m揚(yáng)程H=38m允許吸上高度Hg=(Po-Pv)/Qg-=-0.74m>-1.2揚(yáng)升高度Z=H-Hf>0.2=38-4=34m如圖在1-122截面之間列方程u//2g+Pi/eg+H=u22/2g+P2/eg+H12+AZ其中Ui2/2g=U22/2g=0管路所需要的壓頭:乩=(?2-Pi)/eg+AZ+Hf>2=33.74m<Z=34m游品流量0m=15m3/s<Q=19.8m3/s離心泵的流量，揚(yáng)升高度均大雨管路要求，且安裝高度有也低于最大允許吸上高度因此>能正常工作4.用例2-2附圖所示的管路系統(tǒng)測(cè)定離心泵的氣蝕性能參數(shù)，則需在泵的吸入管路中安裝調(diào)節(jié)閥門。適當(dāng)調(diào)節(jié)泵的吸入和排出管路上兩閥門的開度，可使吸入管阻力增大而流量保持不變。若離心泵的吸入菅直徑為100mm,排出管直徑為50mm,孔板流量計(jì)孔口直徑為35mm,測(cè)的流量計(jì)壓差計(jì)讀數(shù)為0.85mHg吸入口真空表讀數(shù)為550mmHg時(shí)，離心泵恰發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。試求該流量下泵的允許氣蝕余量和吸上真空度。已知水溫為20℃,當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?60mmHgo解：確定流速Aj/Azydo/djz：(35/50)2=0.49查20℃時(shí)水的有關(guān)物性常數(shù)g=998.2Kg/m3,[i=100.5X10-5,PV=2.3346Kpa假設(shè)Co在常數(shù)區(qū)查圖1-33得Co=0.694則%=Co[2R(eA-e)g/e]1/2=10.07m/su2=O.49uo=4.93m/s核算:Re=d2u2Q/誄=2.46X105>2X105，假設(shè)成立5=u2(d2/dp=1.23m/s允許氣蝕余量 Ah=(PrPJ/pg+u//2gP尸Pa?P真空度=28.02Kpa△h=(28.02-2.3346)X107998.2X9.81—2.7m允許吸上高度 Hg=(Pa-Pv)/Qg-Ah-EHf???離心泵離槽面道路很短可以看作XHf=OHg=(pa-pv)/eg-△h=(101.4-2.3346)X107(998.2X9.81)-2.7=7.42m.水對(duì)某離心泵做實(shí)驗(yàn)，得到下列各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):Q,L/min0100200300400500H,m37.2383734.531.828.5送液體的管路系統(tǒng)：管徑為中76X4mm,長為355m(包括局部阻力的當(dāng)量長度)，吸入和排出空間為密閉容器，其內(nèi)壓強(qiáng)為129.5kPa(表壓)，再求此時(shí)泵的流量。被輸送液體的性質(zhì)與水相近。解:⑴根據(jù)管路所需要壓頭H。與液體流量Q。的關(guān)系：H^K+BQ/而K=4Z+aP/eg且吸入排出空間為常壓設(shè)備,△P=0.,.K=AZ=4.8B=X?(t+EQ/d?l/2g(60X103A)2=(0.03X355/0.068)/2X9.81(0.0682X兀X60X103/4)2=1.683XW4管道特性方程為:凡=4.8+1.683X10^Qe2由下列數(shù)據(jù)繪出管道特性曲線H-QeQe工/min0100200300400500K/n4.86.4811.5319.9531.7346.88繪出離心泵的特性曲線H-Q于同一坐標(biāo)系中，如圖所示：兩曲線的交點(diǎn)即為該泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流量，泵的流量為400L/min⑵若排出空間為密閉容器，則K=AZ+AP/gg=4.8+129.5X107998.2X9.81=1.802?.?而B的值保持不變管路的特性方程為此=18.02+1.683X10"*Qc2重新繪出管路的特性曲線和泵的特性曲線QeL/min0100200300400500Hw18.0219.7024.7533.1744.9560.10可以得到泵的流量為310L/min.某型號(hào)的離心泵，其壓頭與流量的關(guān)系可表示為H=18-0.6X106Q2（H單位為tn,Q單位為m3/s）若用該泵從常壓貯水池將水抽到渠道中，已知貯水池截面積為lOOn?,池中水深7m。輸水之初池內(nèi)水面低于渠道水平面2m,假設(shè)輸水渠道水面保持不變，且與大氣相通。管路系統(tǒng)的壓頭損失為Hf=0.4X10Q2（印單位為m,Q單位為nP/s）。試求將貯水池內(nèi)水全部抽出所需時(shí)間。解：列出管路特性方程H0=K+HfK=AZ+AP/gg?.?貯水池和渠道均保持常壓.?.△P/eg=o.,.K=AZ.,.Hc=AZ+0.4X106Q2在輸水之初=2m.?.He=2+0.4X106Q2MiH^S-O.fiXl^Q2,解出此時(shí)的流量Q=4Xl（y3m3/s將貯水槽的水全部抽出△Z=9m.,.He=9+0.4X106Q'2再次聯(lián)立H=184）.6X106Q2,解出此時(shí)的流量Q'=3X10-3m3/s流量Q隨著水的不斷抽出而不斷變小取Q的平均值Q平為=（Q+Q）/2=3.5X10-3m7s把水抽完所需時(shí)間t=V/Q平均=55.6h7.用兩臺(tái)離心泵從水池向高位槽送水，單臺(tái)泵的特性曲線方程為H=25—1X106Q2管路特性曲線方程可近似表示為H=1O+1X1O6Q2兩式中Q的單位為m3/s,H的單位為m。試問兩泵如何組合才能使輸液量最大？（輸水過程為定態(tài)流動(dòng)）分析：兩臺(tái)泵有串聯(lián)和并聯(lián)兩種組合方法 串聯(lián)時(shí)單臺(tái)泵的送水量即為管路中的總量，泵的壓頭為單臺(tái)泵的兩倍；并聯(lián)時(shí)泵的壓頭即為單臺(tái)泵的壓頭，單臺(tái)送水量為管路總送水量的一半解：①串聯(lián)HC=2H10+IX105Qe2=2X（25-1X106Q2）/.Qe=0.436X102m2/s②并聯(lián)Q=Q0/2Qc=0.383X10-2m2/s總送水量Q；=2Qe=0.765X10-2m2/s.1?并聯(lián)組合輸送量大8.現(xiàn)采用一臺(tái)三效單動(dòng)往復(fù)泵，將敞口貯罐中密度為1250kg/m3的液體輸送到表壓強(qiáng)為1.28X10^2的塔內(nèi)，貯罐液面比塔入口低10m,管路系統(tǒng)的總壓頭損失為2m,已知泵活塞直徑為70mm,沖程為225mm,往復(fù)次數(shù)為2001/min,泵的總效率和容積效率為0.9和0.95。試求泵的實(shí)際流量，壓頭和軸功率。解：三動(dòng)泵理論平均流量Qt=3Asl1r=3Xjt/4X(0.07)2X0.025X200=0.52m3/min實(shí)際流量Q=t]Qt=0.95X0.52=0.494m7min泵的壓頭H=AP/eg+Au2/2g+ZHf+Z取△u2/2g=0=△P/pg+ZHf+Z=1.28X1071250X9.81+2+10=116.38m軸功率N=HQe/1027]=13.05Kw9.用一往復(fù)泵將密度為1200kg/m3的液體從A池輸送到B槽中，A池和B槽液面上方均為大氣壓。往復(fù)泵的流量為5m3/h。輸送開始時(shí)，B槽和A池的液面高度差為10m。輸送過程中，A池液面不斷下降，B槽液面不斷上升。輸送管徑為30mm,長為15m(包括局部阻力當(dāng)量長度)。A池截面積為12mB槽截面積為4.15m2。液體在管中流動(dòng)時(shí)摩擦系數(shù)為0.04?試求把25m3液體從A池輸送到B槽所需的能量。解：列出此往復(fù)泵輸送的管路特性方程He=K+BQe2而K=AP/eg+Au2/2g+Z「A,B槽上方均大氣壓??.△P/eg=0,Au2/2g=0在輸送開始時(shí)，ho=10m輸送完畢后A池液面下降：25/12=2.01mB池液面上升：25/4.15=6.1mB=X?(t+EQ/d?l/2g(3600A)2=0.4X15/0.03X1/[(3600Xk/4X0.032)2X2X9.81]=0.157輸送開始時(shí)管路的特性方程 乩=10+0.157Q2輸送完畢時(shí)管路的特性方程 H；=18.4+0.157Qe2取平均壓頭H平均=(He+H)/2=(10+0.157Qe2+8.4+0.157Qe2)/2,Qe=5m3/s=18m輸送所需要的時(shí)間t=V/Q=25/5=5h=18000輸送有效功率Nc=HQeg=18X5/3600X1200X9.81=294.3所需要的能量W=N=t=5.3X106j=5300KJ10.已知空氣的武大輸送量為14500kg/h,在最大風(fēng)量下輸送系統(tǒng)所需的風(fēng)壓為1600Pa(以風(fēng)機(jī)進(jìn)口狀態(tài)級(jí)計(jì))。由于工藝條件的呀求。風(fēng)機(jī)進(jìn)口與溫度為40℃,真空度為196Pa的設(shè)備相連。試選合適的離心通風(fēng)機(jī)。當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?3.3kPao解：輸送潔凈空氣應(yīng)選用4-72-11型通風(fēng)機(jī)40℃，真空度為196Pa時(shí)空氣的密度 6=MP/RT=1.04Kg/m3將輸送系統(tǒng)的風(fēng)壓Ht按Ht=HT'e/e'Ht=1600X1.2/1.04=1850.72m輸送的體積流量Q=1/。=14500/1.04=13942.31m3/h根據(jù)輸送量和風(fēng)壓選擇4-72-11No6c型可以滿足要求其特性參數(shù)為轉(zhuǎn)速(r/min)風(fēng)壓(Pa)風(fēng)量(n?/h)效率(%)功率(Kw)20001941.8141009110.011.15P的空氣直接由大氣進(jìn)入風(fēng)機(jī)在通過內(nèi)徑為800tnm的水平管道送到爐底，爐底表壓為10kPao空氣輸送量為20000m/h(進(jìn)口狀態(tài)計(jì))，管長為100m(包括局部阻力當(dāng)量長度)，管壁絕對(duì)粗糙度可取為0.3mm。現(xiàn)庫存一臺(tái)離心通風(fēng)機(jī)，其性能如下所示。核算此風(fēng)機(jī)是否合用？當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.33kPa。轉(zhuǎn)速，r/min風(fēng)壓，Pa風(fēng)量，m3/h14501265021800解：輸送系統(tǒng)的風(fēng)壓Ht=(Z2-Zj)Qg+P2-Pi+(u22-U12)/2+gZhf???水平管道輸送,AZz-Z^O,(u22-u,2)/2=0空氣的流動(dòng)速度口=()/人=20000/(n/4?0.82X3600)=11.06m/s查本書附圖可得15℃空氣的粘度pi=L79Xl(y3pa?s,密度°=1.226Kg/nPRe=due/n=0.8X1.226X11.06/1.79X10J=6059.1e/d=0.3/800=0.000375根據(jù)Re-e/d圖可以得到其相對(duì)粗糙度入=0.0365.-.Ehf=X?(i+EQ/d?u2/2=0.0365X100/0.8X11.062/2=279.1輸送系統(tǒng)風(fēng)壓ht'=p2-pt+enif=10.8X103+1.226X279.1=11142.12Pa<12650Pa且Q=20000<21800，此風(fēng)機(jī)合用12.某單級(jí)雙缸雙動(dòng)空氣壓縮機(jī)，活塞直徑為300mm,沖程為200mm,每分鐘往復(fù)480次。壓縮機(jī)的吸氣壓強(qiáng)為9.807X104Pa,排氣壓強(qiáng)為34.32XI04Pao試計(jì)算該壓縮機(jī)的排氣量和軸功率。假設(shè)汽缸的余隙系數(shù)為8%,排氣系數(shù)為容積系數(shù)的85%,絕熱總效率為0.7?？諝獾慕^熱指數(shù)為1.4。解：雙缸雙動(dòng)壓縮機(jī)吸氣量Y，血=(4A-a)S&活桿面積與活塞面積相比可以略去不計(jì)/.吸收量V.=4Asn,=4Xn/4X0.32X0.2X480=27.13m3/tnin壓縮機(jī)容積系數(shù)％=l-e[(P2/Pt)1/r-l]=1-0.08[(34.32/9.80)=0.8843%=0.85從=0.7516排氣量Vmin=xd?vmin'=20.39m7tnin實(shí)際壓縮功率Na=P1Vmin?k/(k?1)[(P2/P1y/(Z)-1]=50.19Kw該壓縮機(jī)的軸功率N=Na/*=50.19/0.7=71.7Kw13.用三級(jí)壓縮把20°C的空氣從98.07X103kpa壓縮到62.8X10^2。設(shè)中間冷卻器能把送到最后一級(jí)的空氣冷卻到20℃,各級(jí)壓縮比相同。試求：(1).在各級(jí)的活塞沖程及往復(fù)次數(shù)相同情況下，各級(jí)汽缸直徑比。(2)三級(jí)壓縮消耗的理論功(按絕熱過程考慮。空氣絕熱指數(shù)為1.4,并以1kg計(jì))。分析：多級(jí)壓縮機(jī)的工作原理：每一級(jí)排出口處的壓強(qiáng)多時(shí)上一級(jí)的四倍，因此每一級(jí)空氣的流量為上一次的0.25倍解：⑴各級(jí)的活塞沖程及往復(fù)次數(shù)相同壓縮機(jī)總的壓縮比x=(Pz/H)"3=4V,：V2：V3=At:A2:A3=16：4：1⑵20℃時(shí)lKg空氣的體積％=rnRT/MP=1X8.315X293/(29X98.07)

=0.8566m3根據(jù)W=PM-ix/(x-1)?[(P2/P1)”"吟1]=98.07X10X0.8566X3X1.4/0.4X(404/14-l)=428.7iq第三章機(jī)械分離和固體流態(tài)化第三章.試樣500g,作為篩分分析，所用篩號(hào)及篩孔尺寸見本題附表中第一，二列， 篩析后稱取各號(hào)篩面的顆粒截留量于本題附表中第三列，試求顆粒群的平均直徑。篩號(hào)篩孔尺寸，mm截留面，g篩號(hào)篩孔尺寸>mm截留面，g101.6510650.20860.0141.16820.01000.14730.0200.83340.01500.10415.0280.58980.02000.07410.0350.4171302700.0535.0480.295110共計(jì)500解：先計(jì)算篩分直徑小=(d10+d14)/2=1.4095,d2=(di,+dQ/2=1.084同理可以計(jì)算出d3=0.711,d4=0.503,d5=0.356,a=0.252d7=0.1775,d8=0.1225,d,=0.089,d10=0.0635根據(jù)顆粒平均比表面積直徑公式1/《=l/GEG/d得到l/G￡G/d=1/500(20/1.4095+40/1.084+80/0.711+130/0.503+110/0.356+60/0.252+30/0.1775+15/0.1255+10/0.089+5/0.0635)=2.899顆粒平均直徑相當(dāng)于平均比表面積直徑，即顆粒平均直徑d=da=1/2.899=0.345.密度為2650kg/m3的球型石英顆粒在20℃空氣中自由沉降，計(jì)算服從斯托克斯公式的最大顆粒直徑及服從牛頓公式的最小顆粒直徑。解：（1）服從斯托克斯公式查有關(guān)數(shù)據(jù)手冊(cè)得到20℃時(shí)空氣的密度0=1.205Kg/m3,粘度ji=1.81X10-5Pa's要使顆粒服從斯托克斯公式，必須滿足Re<1即Re=du,e/)i<1,而5=<12(&-0)g/18g由此可以得到d3<18u2/(&-Q)Qg???最大顆粒直徑<u=[18u2/(&-e)國“3=[18X(1.81X10解：假設(shè)沉降在滯流區(qū)，按(Q「Q)解：假設(shè)沉降在滯流區(qū)，按(Q「Q)g/18H計(jì)算其沉降速度11t=(8X10?2X(4000-0.5)X9.8/(18X3.4X10s)=41X104m/s核算<1,符合假設(shè)的滯流區(qū)=0.573XlO^rn=57.3呵要使顆粒服從牛頓公式，必須滿足103<Re<2X103即103<Re=dutg/n<2X103,而u(=1.74]d(qs-q)g/g]由此可以得到 d3>10把標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)能力換算成47℃時(shí)的生產(chǎn)能力n7[1.742e把標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)能力換算成47℃時(shí)的生產(chǎn)能力最小直徑dmin=0.001512m=1512pm3.在底面積為40m2的除塵室內(nèi)回收氣體中的球形固體顆粒。氣體的處理量為3600m3/h,固體的密度a=3600kg/m3,操作條件下氣體的密度e=1.06kg/m3,粘度為3.4Xl()-5pa?s。試求理論上完全除去的最小顆粒直徑。解：根據(jù)生產(chǎn)能力計(jì)算出沉降速度u.=Vs/bt=3600/40m/h=0.025m/s假設(shè)氣體流處在滯流區(qū)則可以按又=矛(Q-0)g/18日進(jìn)行計(jì)算d2=18"(&-。)g?u,可以得到d=0.175XIO"m核算RendQe/卜<1,符合假設(shè)的滯流區(qū)...能完全除去的顆粒的最小直徑d=0.175X10-一多層降塵室除去爐氣中的礦塵。礦塵最小粒徑為叩m,密度為4000kg/m3一多層降塵室除去爐氣中的礦塵。礦塵最小粒徑為叩m,密度為4000kg/m3。除塵室長4.1m,寬1.8m,高4.2m,氣體溫度為427℃,粘度為3.4Pa?s,密度為OSkg/n?。若每小時(shí)的爐氣量為2160標(biāo)準(zhǔn)nP,試確定降塵室內(nèi)隔板的間距及層數(shù)。Vs=V(273+427)/273=5538.46m7h由 (n-1)得n=V,/blu,-1=5538.46/(4.1X1.8X41X10?X3600)-1=50.814-1=49.8取n=50層，板間距△h=H/(n+1)=4.2/51=0.0824m=82.4mm.含塵氣體中塵粒的密度為2300kg/m3,氣體流量為1000m3/h,粘度為3.6XlOTa”密度為0.674kg/m3,采用如圖3-8所示的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器進(jìn)行除塵。若分離器圓筒直徑為0.4m,試估算其臨界直徑，分割粒徑及壓強(qiáng)降。解：(1)臨界直徑選用標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器Ne=5,1=8.0B=D/4,h=D/2由V,=bhiij得Bh=D/4-D/2=V,/qV8VJDZ根據(jù)&=[9四/(作1出口)]1/2計(jì)算顆粒的臨界直徑4=[9X3.6X10X0.25X0.4/(3.14X5X2300X13.889)],/2=8.04X10-6tn=8.04nm(2)分割粒徑根據(jù)dM=0.27^/11.(6s-e)],/2計(jì)算顆粒的分割粒徑dso=0.27[3.6X105X0.4/(13.889X2300)]1/2=0.00573X10-3m=5.73gm(3)壓強(qiáng)降根據(jù)△P=~QUi2/2計(jì)算壓強(qiáng)降A(chǔ)P=8.0X0.674X13.88972=520Pa.風(fēng)分離器出口氣體含塵量為0.7X103kg/標(biāo)準(zhǔn)n?,氣體流量為5000標(biāo)準(zhǔn)nP/h,每小時(shí)捕集下來的灰塵量為21.5kg。出口氣體中的灰塵粒度分布及捕集下來的灰塵粒度分布測(cè)定結(jié)果列于本題附圖表中：粒徑范圍0-55-1010-2020-3030-4040-50>50在出口灰塵中所占的質(zhì)量分率％162529207 2 1在捕集的灰塵中所占的質(zhì)量分率％4.41126.62018.7 11.3 3試求：(1)除塵效率(2)繪出該旋風(fēng)分離器的粒級(jí)效率曲線。解：出口氣體中每小時(shí)產(chǎn)生的灰塵量：0.7X10-3X5000=2.35Kg除塵效率：7]o=21.5/(21.5+3.5)=0.86=86%計(jì)算出每一小段范圍捏顆粒的粒級(jí)效率小1=21.5X4.4/(21.5X4.4+3.5X16)=62.8%71Pz=21.5X11/(21.5X11+3.5X25)=73.0%rip3=21.5X26.6/(21.5X26.6+3.5X29)=84.93%t]p4=86% 小5=94.26%71Ps=97.2% 小7=94.85%繪出粒級(jí)效率曲線如圖所示.驗(yàn)室用一片過濾面積為O.lri?的濾葉對(duì)某種顆粒在水中的懸浮液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，濾葉內(nèi)部真空讀為500mmHg,過濾5min的濾液1L,又過濾5tnin的濾液0.6L,若再過濾5tnin得濾液多少？分析：此題關(guān)鍵是要得到虛擬濾液體積，這就需要充分利用已知條件，列方 方程求解解：⑴虛擬濾液體積由過濾方程式V2+2We=KA'e過濾5min得濾液1L(1X10°)2+2X10-3Ve=KA2X5 ①過濾lOmin得濾液1.6L(1.6X103)2+2X1.6XW3Vc=KA2X10 ②由①②式可以得到虛擬濾液體積Ve=0.7X103KA2=0.396⑵過渡15分鐘假設(shè)過濾15分鐘得濾液VV2+2VVe=KA2?'V7+2X0.7X10W=5X0.396V=2.073Xl(r3再過濾5min得濾液V=2.073XIO-3-1.6XIO-3=0.473XIO3m30.473L.以小型板框壓濾機(jī)對(duì)碳酸鈣顆粒在水中的懸浮液進(jìn)行過濾實(shí)驗(yàn)，測(cè)得數(shù)據(jù)列于本題附表中：已知過濾面積為0.093m2,試求：(1)過濾壓強(qiáng)差為103.0kPa時(shí)的過濾常數(shù)K4及①⑵濾餅的壓縮指數(shù)s；(3)若濾布阻力不變，試寫出此濾漿在過濾壓強(qiáng)差為196.2kPa時(shí)的過濾方程式。解：⑴過濾常數(shù)K,q。及出根據(jù)q2+2qq°=K8, = ,帶入表中的數(shù)據(jù)(2.27/93)2+2qeX2.27/93=50K ①(9.1/93)2+2qeX9.1/93=660K ②由①(2)兩式可得qc=3.81X10-3K=1.06XIO5".,qe2=K9e/.0e=qe2/K=0.929(2)濾餅的壓縮指數(shù)s同理在4P=343.4Kpa時(shí)，由上式帶入表中數(shù)據(jù)得(2.27/93)2+2q；X2.27/93=17.1K1 ③(9.1/93)2+2qeX9.1/93=233K' ④得到qc=3.1X103K=4.37XW5利用IgK=(1-s)IgAP+lg2k,對(duì)壓強(qiáng)差為103.0Kpa和343.4Kpa時(shí)的過濾常數(shù)K取對(duì)數(shù)差得lg(K/K)=(1-s)1g(AP/AP')s=0.8532,即壓縮指數(shù)s=0.1468⑶過濾方程式在過濾壓強(qiáng)差為196.2Kpa時(shí)lg(K/K")=(1-s)lg(AP/AP").,.lg(1.564/K")=0.8532Xlg(103/196.2"得K"=2.71XIO-5q；=(q；+q；)/2=(3.81+3.1)X103/2=3.5X103?.,qe2=K9C/.9；=qj/K=3.5X1072.71XIO5=0.452，過濾方程式為(q+3.5X10,)2=2.71Xl(r5(6+0.452)9.在實(shí)驗(yàn)室中用一個(gè)邊長0.162m的小型濾框?qū)aCO3顆粒在水中的懸浮液進(jìn)行過濾實(shí)驗(yàn)。料漿溫度為19℃,其中CaCC)3固體的質(zhì)量分率為0.0723o測(cè)得每In?濾餅烘干后的質(zhì)量為1602kg。在過濾壓強(qiáng)差為275800Pa時(shí)所的數(shù)據(jù)列于本題附表：過濾時(shí)間。1.84.27.511.215.420.526.733.441.048.857.767.277.388.7濾液體積V0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.8試求過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積V。，濾餅的比阻r,濾餅的空隙率e及濾餅顆粒的比表面積a。已知CaCC)3顆粒的密度為2930kg/m3,其形狀可視為圓球。解：由(V+VJ2=KA2(0+6e)兩邊微分得2(V+Vc)dv=KA2de血/dv=2V/KA2+2Ve/KA2計(jì)算出不同過濾時(shí)間時(shí)的d*dv和V,將其數(shù)據(jù)列表如下V0.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.8△6/Av1216.518.52125.23133.5383944.547.550.557作出d0/dv-V的曲線如圖10.用一臺(tái)BMS50/810-25型板框壓濾機(jī)過濾某懸浮液，懸浮液中固體質(zhì)量分率為0.139,固相密度為2200kg/m3,液相為水。每1m，濾餅中含500kg水，其余全為固相。已知操作條件下的過濾常數(shù)K=2.72X10-5m/s,q=3.45X10m7m2o濾框尺寸為810mmX810mmX25mm，共38個(gè)框。試求：(1)過濾至濾框內(nèi)全部充滿濾渣所需的時(shí)間及所得的濾液體積：(2)過濾完畢用0.8m清水洗滌濾餅，求洗滌時(shí)間。洗水溫度及表壓與濾漿的相同。解：(1)濾框內(nèi)全部充滿濾渣濾餅表面積A=(0.81)2x2X38=49.86n?濾框容積、”(0.81)2X0.025X38=0.6233m3已知In?的濾餅中含水：500/1000=0.5m3含固體：1-0.5=0.5m3固體質(zhì)量：0.5X2200=1100Kg設(shè)產(chǎn)生In?的濾餅可以得到四，Kg(Vo,m3)的濾液，則0.139=1100/(1100+50+m)/.mo=6313Kg濾液的密度按水的密度考慮Vo=0.314m3形成0.6233n?的濾餅即濾框全部充滿時(shí)得到濾液體積V=6.314X0.6233=3.935m3則過濾終了時(shí)的單位面積濾液量為q=V/A=3.935/49.86=0.07892m3/m2,.,qe2=K9e.?.a=q//K=(3.45XIO-3)72.72XIO-5=0.4376由(q+q,)2=K(0+0e)得所需的過濾時(shí)間為0=(q+qe)2/K-0e=(0.07892+0.00345)2/2.72Xl(y5-0.4376=249s⑵洗滌時(shí)間Ve