化工原理(上冊)答案Word版

整理為word格式整理為word格式整理為word格式某設備上真空表的讀數(shù)為13.3×103Pa,試計算設備內(nèi)的絕對壓強與表壓強。已知該地區(qū)大氣壓強為98.7×103Pa。解：由絕對壓強=大氣壓強–真空度得到：設備內(nèi)的絕對壓強P絕=98.7×103Pa-13.3×103Pa=8.54×103Pa設備內(nèi)的表壓強P表=-真空度=-13.3×103Pa2．在本題附圖所示的儲油罐中盛有密度為960㎏/?的油品，油面高于罐底6.9m，油面上方為常壓。在罐側壁的下部有一直徑為760mm的圓孔，其中心距罐底800mm，孔蓋用14mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作應力取為39.23×106Pak問至少需要幾個螺釘？分析：罐底產(chǎn)生的壓力不能超過螺釘?shù)墓ぷ鲬碢油≤σ螺解：P螺=ρgh×A=960×9.81×(9.6-0.8)×3.14×0.762=150.307×103Nσ螺=39.03×103×3.14×0.0142×n,P油≤σ螺得n≥6.23取nmin=7至少需要7個螺釘3．某流化床反應器上裝有兩個U 型管壓差計，如本題附圖所示。測得R1=400mm，R2=50mm，指示液為水銀。為防止水銀蒸汽向空氣中擴散，于右側的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。分析：根據(jù)靜力學基本原則，對于右邊的Ｕ管壓差計，a–a′為等壓面，對于左邊的壓差計，b–b′為另一等壓面，分別列出兩個等壓面處的靜力學基本方程求解。解：設空氣的密度為ρg，其他數(shù)據(jù)如圖所示a–a′處PA+ρggh1=ρ水gR3+ρ水銀ɡR2由于空氣的密度相對于水和水銀來說很小可以忽略不記即：PA=1.0×103×9.81×0.05+13.6×103×9.81整理為word格式整理為word格式整理為word格式×0.05=7.16×103Pab-b′處PB+ρggh3=PA+ρggh2+ρ水銀gR1PB=13.6×103×9.81×0.4+7.16×103=6.05×103Pa4.本題附圖為遠距離測量控制裝置，用以測定分相槽內(nèi)煤油和水的兩相界面位置。已知兩吹氣管出口的距離H=1m，U管壓差計的指示液為水銀，煤油的密度為820Kg／?。試求當壓差計讀數(shù)R=68mm時，相界面與油層的吹氣管出口距離ｈ。分析：解此題應選取的合適的截面如圖所示：忽略空氣產(chǎn)生的壓強，本題中1－1′和4－4′為等壓面，2－2′和3－3′為等壓面，且1－1′和2－2′的壓強相等。根據(jù)靜力學基本方程列出一個方程組求解解：設插入油層氣管的管口距油面高Δh在1－1′與2－2′截面之間P1=P2+ρ水銀gR∵P1=P4，P2=P3且P3=ρ煤油gΔh，P4=ρ水g（H-h）+ρ煤油g（Δh+h）聯(lián)立這幾個方程得到ρ水銀gR=ρ水g（H-h）+ρ煤油g（Δh+h）-ρ煤油gΔh即ρ水銀gR=ρ水gH+ρ煤油gh-ρ水gh帶入數(shù)據(jù)1.03×103×1-13.6×103×0.068=h(1.0×103-0.82×103)ｈ=0.418ｍ5．用本題附圖中串聯(lián)Ｕ管壓差計測量蒸汽鍋爐水面上方的蒸氣壓，Ｕ管壓差計的指示液為水銀，兩Ｕ管間的連接管內(nèi)充滿水。以知水銀面與基準面的垂直距離分別為：ｈ1﹦2.3m，ｈ2=1.2m,ｈ3=2.5m,ｈ4=1.4m。鍋中水面與基準面之間的垂直距離ｈ5=3m。大氣壓強ｐa=99.3×103ｐａ。試求鍋爐上方水蒸氣的壓強Ｐ。整理為word格式整理為word格式整理為word格式分析：首先選取合適的截面用以連接兩個Ｕ管，本題應選取如圖所示的1－1截面，再選取等壓面，最后根據(jù)靜力學基本原理列出方程，求解解：設1－1截面處的壓強為Ｐ1對左邊的Ｕ管?。?ａ等壓面，由靜力學基本方程Ｐ0+ρ水g(h5-h4)=Ｐ1+ρ水銀g(h3-h4)代入數(shù)據(jù)Ｐ0+1.0×103×9.81×(3-1.4)=Ｐ1+13.6×103×9.81×(2.5-1.4)對右邊的Ｕ管?。?ｂ等壓面，由靜力學基本方程Ｐ1+ρ水g(h3-h2)=ρ水銀g(h1-h2)+ｐａ代入數(shù)據(jù)Ｐ1+1.0×103×9.81×﹙2.5-1.2﹚=13.6×103×9.81×﹙2.3-1.2﹚+99.3×103解著兩個方程得Ｐ0=3.64×105Pa6.根據(jù)本題附圖所示的微差壓差計的讀數(shù)，計算管路中氣體的表壓強ｐ。壓差計中以油和水為指示液，其密度分別為920㎏／ｍ3,998㎏／ｍ3,Ｕ管中油﹑水交接面高度差R=300ｍｍ，兩擴大室的內(nèi)徑D為60ｍｍ，Ｕ管內(nèi)徑ｄ為6ｍｍ。當管路內(nèi)氣體壓強等于大氣壓時，兩擴大室液面平齊。分析：此題的關鍵是找準等壓面，根據(jù)擴大室一端與大氣相通，另一端與管路相通，可以列出兩個方程，聯(lián)立求解解：由靜力學基本原則，選取1－1‘為等壓面，對于Ｕ管左邊ｐ表+ρ油g(h1+R)=Ｐ1對于Ｕ管右邊Ｐ2=ρ水gR+ρ油gh2ｐ表=ρ水gR+ρ油gh2-ρ油g(h1+R)=ρ水gR-ρ油gR+ρ油g（h2-h1）當ｐ表=0時，擴大室液面平齊即π （D/2）2（h2-h1）=π（d/2）2R整理為word格式整理為word格式整理為word格式h2-h1=3mmｐ表=2.57×102Pa7.列管換熱氣的管束由121根φ×2.5mm的鋼管組成。空氣以9m/s速度在列管內(nèi)流動?？諝庠诠軆?nèi)的平均溫度為50℃﹑壓強為196×103Pa(表壓)，當?shù)卮髿鈮簽?8.7×103Pa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⑵的計算結果換算成標準狀況下空氣的體積流量。解：空氣的體積流量ＶS=uA=9×π/4×0.022×121=0.342m3/s質(zhì)量流量ws=ＶSρ=ＶS×(MP)/(RT)=0.342×[29×(98.7+196)]/[8.315×323]=1.09㎏/s換算成標準狀況V1P1/V2P2=T1/T2ＶS2=P1T2/P2T1×ＶS1=(294.7×273)/(101×323)×0.342=0.843m3/s8.高位槽內(nèi)的水面高于地面8m，水從φ108×4mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。在本題特定條件下，水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按∑ｈf=6.5u2計算，其中u為水在管道的流速。試計算：⑴A—A'截面處水的流速；⑵水的流量，以m3/h計。分析：此題涉及的是流體動力學，有關流體動力學主要是能量恒算問題，一般運用的是柏努力方程式。運用柏努力方程式解題的關鍵是找準截面和基準面，對于本題來說，合適的截面是高位槽1—1,和出管口2—2,,如圖所示，選取地面為基準面。解：設水在水管中的流速為u，在如圖所示的1—1,，2—2,處列柏努力方程Z1ｇ+0+Ｐ1/ρ=Z2ｇ+ｕ2／2+Ｐ2/ρ+∑ｈf（Z1-Z2）g=u2/2+6.5u2代入數(shù)據(jù)(8-2)×9.81=7u2,u=2.9m/s換算成體積流量VS=uA=2.9×π/4×0.12×3600=82m3/h9.20℃水以2.5m/s的流速流經(jīng)φ38×2.5mm的水平管，此管以錐形管和另一φ53×3m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強。若水流經(jīng)A整理為word格式整理為word格式整理為word格式﹑B兩截面的能量損失為1.5J/㎏，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。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解：設水流經(jīng)Ａ﹑Ｂ兩截面處的流速分別為uA、uBuAAA=uBAB∴uB=（AA/AB）uA=（33/47）2×2.5=1.23m/s在Ａ﹑Ｂ兩截面處列柏努力方程Z1ｇ+ｕ12／2+Ｐ1/ρ=Z2ｇ+ｕ22／2+Ｐ2/ρ+∑ｈf∵Z1=Z2∴（Ｐ1-Ｐ2）/ρ=∑ｈf+（ｕ12-ｕ22）／2g（h1-h2）=1.5+(1.232-2.52)/2h1-h2=0.0882m=88.2mm 即兩玻璃管的水面差為88.2mm10.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，各部分相對位置如本題附圖所示。管路的直徑均為Ф76×2.5mm，在操作條件下，泵入口處真空表的讀數(shù)為24.66×103Pa,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∑ｈf,1=2u2，∑hf,2=10u2計算，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為98.07×103Pa（表壓）。試求泵的有效功率。分析：此題考察的是運用柏努力方程求算管路系統(tǒng)所要求的有效功率把整個系統(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+，1∑hf，2u1=u2=u=2u2+10u2=12u2整理為word格式整理為word格式整理為word格式在截面與真空表處取截面作方程：z0g+u02/2+P0/ρ=z1g+u2/2+P1/ρ+∑hf，1（P0-P1）/ρ=z1g+u2/2+∑hf，1∴u=2m/s∴ws=uAρ=7.9kg/s在真空表與排水管-噴頭連接處取截面z1g+u2/2+P1/ρ+We=z2g+u2/2+P2/ρ+∑hf，2∴We=z2g+u2/2+P2/ρ+∑hf，2—（z1g+u2/2+P1/ρ）=12.5×9.81+（98.07+24.66）/998.2×103+10×22=285.97J/kgNe=Wews=285.97×7.9=2.26kw11.本題附圖所示的貯槽內(nèi)徑D為2ｍ，槽底與內(nèi)徑d0為33mm的鋼管相連，槽內(nèi)無液體補充，其液面高度h0為2m（以管子中心線為基準）。液體在本題管內(nèi)流動時的全部能量損失可按∑hf=20u2公式來計算，式中u為液體在管內(nèi)的流速m／s。試求當槽內(nèi)液面下降1m所需的時間。分析：此題看似一個普通的解柏努力方程的題，分析題中槽內(nèi)無液體補充，則管內(nèi)流速并不是一個定值而是一個關于液面高度的函數(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h1g=u2/2+∑hf=u2/2+20u2∴u=(0.48h)1/2=0.7h1/2槽面下降dh，管內(nèi)流出uA2dt的液體∴Adh=uA2dt=0.7h1/2A2dt∴dt=A1dh/（A20.7h1/2）對上式積分：t=1.⒏h12.本題附圖所示為冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)，鹽水的密度為1100kg／m3，循環(huán)量為36m3。管路的直徑相同，鹽水由A流經(jīng)兩個換熱器而至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，泵的抽功率為若干kw？（2）若A處的壓強表讀數(shù)為245.2整理為word格式整理為word格式整理為word格式×103Pa時，B處的壓強表讀數(shù)為若干Pa？分析：本題是一個循環(huán)系統(tǒng)，鹽水由A經(jīng)兩個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/ρ1=ZBg+uB2／2+PB／ρ+9.81管徑相同得uA=uB∴（PA-PB）/ρ=ZBg+9.81由B到A段，在截面處作柏努力方程BZBg+uB2／2+PB/ρ+We=0+uA2+PA/ρ+49∴We=（PA-PB）/ρ-ZBg+49=98.1+49=147.1J/kg∴WS=VSρ=36/3600×1100=11kg/sNe=We×WS=147.1×11=1618.1w泵的抽功率N=Ne/76%=2311.57W=2.31kw（2）由第一個方程得（PA-PB）/ρ=ZBg+9.81得PB=PA-ρ（ZBg+9.81）=245.2×103-1100×(7×9.81+98.1)=6.2×104Pa13.用壓縮空氣將密度為1100kg/m3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ф60×3.5mm，其他尺寸見本題附圖。各管段的能量損失為∑ｈf，AB=∑ｈf，CD=u2，∑ｈf，BC=1.18u2。兩壓差計中的指示液均為水銀。試求當R1=45mm，h=200mm時：（1）壓縮空氣的壓強P1為若干？（2）U管差壓計讀數(shù)R2為多少？解：對上下兩槽取截面列柏努力方程0+0+P1/ρ=Zg+0+P2/ρ+∑ｈf∴P1=Zgρ+0+P2+ρ∑ｈf=10×9.81×1100+1100（2u2+1.18u2）=107.91×103+3498u2在壓強管的B，C處去取截面，由流體靜力學方程得PB+ρg（x+R1）=Pc+ρg（hBC+x）+ρ水銀R1gPB+1100×9.81×（0.045+x）=Pc+1100×9.81×（5+x）+13.6×103×9.81×0.045整理為word格式整理為word格式整理為word格式PB-PC=5.95×104Pa在B，C處取截面列柏努力方程0+uB2/2+PB/ρ=Zg+uc2/2+PC/ρ+∑ｈf，BC∵管徑不變，∴ub=ucPB-PC=ρ（Zg+∑ｈf，BC）=1100×（1.18u2+5×9.81）=5.95×104Pau=4.27m/s壓縮槽內(nèi)表壓P1=1.23×105Pa（2）在B，D處取截面作柏努力方程0+u2/2+PB/ρ=Zg+0+0+∑ｈf，BC+∑ｈf，CDPB=（7×9.81+1.18u2+u2-0.5u2）×1100=8.35×104PaPB-ρgh=ρ水銀R2g8.35×104-1100×9.81×0.2=13.6×103×9.81×R2R2=609.7mm14.在實驗室中,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數(shù),并指出流型。解：查20℃，70％的醋酸的密度ρ=1049Kg/m3,粘度μ=2.6mPa·s用SI單位計算：d=1.5×10-2m,u=WS/(ρA)=0.9m/s∴Re=duρ/μ=(1.5×10-2×0.9×1049)/(2.6×103)=5.45×103用物理單位計算：ρ=1.049g/cm3,u=WS/(ρA)=90cm/s,d=1.5cmμ=2.6×10-3Pa?S=2.6×10-3kg/(s?m)=2.6×10-2g/s?cm-1∴Re=duρ/μ=(1.5×90×1.049)/(2.6×10-2)=5.45×103∵5.45×103>4000∴此流體屬于湍流型15.在本題附圖所示的實驗裝置中，于異徑水平管段兩截面間連一倒置U管壓差計，以測量兩截面的壓強差。當水的流量為10800kg/h時，U管壓差計讀數(shù)R為100mm，粗細管的直徑分別為整理為word格式整理為word格式整理為word格式Ф60×3.5mm與Ф45×3.5mm。計算：（1）1kg水流經(jīng)兩截面間的能量損失。（2）與該能量損失相當?shù)膲簭娊禐槿舾蒔a？解：（1）先計算A，B兩處的流速：uA=ws/ρsA=295m/s，uB=ws/ρsB在A，B截面處作柏努力方程：zAg+uA2/2+PA/ρ=zBg+uB2/2+PB/ρ+∑hf∴1kg水流經(jīng)A，B的能量損失：∑hf=（uA2-uB2）/2+（PA-PB）/ρ=（uA2-uB2）/2+ρgR/ρ=4.41J/kg（2）.壓強降與能量損失之間滿足：∑hf=ΔP/ρ∴ΔP=ρ∑hf=4.41×10316.密度為850kg/m3，粘度為8×10-3Pa·s的液體在內(nèi)徑為14mm的鋼管內(nèi)流動，溶液的流速為1m/s。試計算：（1）淚諾準數(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，若上游壓強為147×103Pa，液體流經(jīng)多長的管子其壓強才下降到127.5×103Pa？解：（1）Re=duρ/μ=（14×10-3×1×850）/（8×10-3）=1.49×103>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y2=-2p（u-um）當ｕ=0時,y2=r2=2pum∴p=r2/2=d2/8當ｕ=ｕ平均=0.5ｕmax=0.5m/s時,y2=-2p（0.5-1）=d2/8=0.125d2∴即與管軸的距離r=4.95×10-3m(3)在147×103和127.5×103兩壓強面處列伯努利方程u12/2+PA/ρ+Z1g=u22/2+PB/ρ+Z2g+∑ｈf∵u1=u2,Z1=Z2∴PA/ρ=PB/ρ+∑ｈf整理為word格式整理為word格式整理為word格式損失能量ｈf=（PA-PB）/ρ=（147×103-127.5×103）/850=22.94∵流體屬于滯流型∴摩擦系數(shù)與雷若準數(shù)之間滿足λ=64/Re又∵ｈf=λ×（ι/d）×0.5u2∴ι=14.95m∵輸送管為水平管，∴管長即為管子的當量長度即：管長為14.95m17.流體通過圓管湍流動時，管截面的速度分布可按下面經(jīng)驗公式來表示：ur=umax（y/R）1/7，式中y為某點與壁面的距離，及y=R—r。試求起平均速度u與最大速度umax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ur的流體流過2πrdr的面積的疊加即：V=∫0Rur×2πrdr解：平均速度u=V/A=∫0Rur×2πrdr/（πR2）=∫0Rumax（y/R）1/7×2πrdr/（πR2）=2umax/R15/7∫0R（R–r）1/7rdr=0.82umaxu/umax=0.8218.一定量的液體在圓形直管內(nèi)做滯流流動。若管長及液體物性不變，而管徑減至原有的1/2，問因流動阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來的若干倍？解：∵管徑減少后流量不變∴u1A1=u2A2而r1=r2∴A1=4A2∴u2=4u由能量損失計算公式∑ｈf=λ?（ι/d）×（1/2u2）得∑ｈf，1=λ?（ι/d）×（1/2u12）∑ｈf，2=λ?（ι/d）×（1/2u22）=λ?（ι/d）×8（u1）2=16∑ｈf，1∴hf2=16hf119.內(nèi)截面為1000mm×1200mm的矩形煙囪的高度為30A1m。平均分子量為30kg/kmol，平均溫度為400整理為word格式整理為word格式整理為word格式℃的煙道氣自下而上流動。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℃，地面處的大氣壓強為101.33×103Pa。流體經(jīng)煙囪時的摩擦系數(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rН=A/п=(1×1.2)/2(1+1.2)=0.273m當量直徑de=4rН=1.109m流體流經(jīng)煙囪損失的能量∑ｈf=λ?（ι/de）·u2/2=0.05×(30/1.109)×u2/2=0.687u2空氣的密度ρ空氣=PM/RT=1.21Kg/m3煙囪的上表面壓強(表壓)P上=-ρ空氣gh=1.21×9.81×30=-355.02Pa煙囪的下表面壓強(表壓)P下=-49Pa煙囪內(nèi)的平均壓強P=(P上+P下)/2+P0=101128Pa由ρ=PM/RT可以得到煙囪氣體的密度ρ=（30×10-3×101128）/（8.314×673）=0.5422Kg/m3在煙囪上下表面列伯努利方程P上/ρ=P下/ρ+Zg+∑ｈf∴∑ｈf=(P上-P下)/ρ–Zg=(-49+355.02)/0.5422–30×9.81=268.25=0.687u2流體流速u=19.76m/s質(zhì)量流量ωs=uAρ=19.76×1×1.2×0.5422=4.63×104Kg/h20.每小時將2×103kg的溶液用泵從反應器輸送到高位槽。反應器液面上方保持26.7×103Pa的真空讀，高位槽液面上方為大氣壓強。管道為的鋼管，總長為50m，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），5個標準彎頭。反應器內(nèi)液面與管路出口的距離為15m。若泵效率為0.7，求泵的軸功率。整理為word格式整理為word格式整理為word格式解：流體的質(zhì)量流速ωs=2×104/3600=5.56kg/s流速u=ωs/(Aρ)=1.43m/s雷偌準數(shù)Re=duρ/μ=165199>4000查本書附圖1-29得5個標準彎頭的當量長度:5×2.1=10.5m2個全開閥的當量長度:2×0.45=0.9m∴局部阻力當量長度∑ιe=10.5+0.9=11.4m假定1/λ1/2=2lg(d/ε)+1.14=2lg(68/0.3)+1.14∴λ=0.029檢驗d/(ε×Re×λ1/2)=0.008>0.005∴符合假定即λ=0.029∴全流程阻力損失∑ｈ=λ×(ι+∑ιe)/d×u2/2+ζ×u2/2=[0.029×(50+11.4)/(68×103)+4]×1.432/2=30.863J/Kg在反應槽和高位槽液面列伯努利方程得P1/ρ+We=Zg+P2/ρ+∑ｈWe=Zg+(P1-P2)/ρ+∑ｈ=15×9.81+26.7×103/1073+30.863=202.9J/Kg有效功率Ne=We×ωs=202.9×5.56=1.128×103軸功率N=Ne/η=1.128×103/0.7=1.61×103W=1.61KW21.從設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洗滌器，以回收這些 物質(zhì)進行綜合利用，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，氣體進入鼓風機前的管路上安裝有指示液為水的U管壓差計，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，閥門的當量長度之和為50m，放空機與鼓風機進口的垂直距離為20m，已估計氣體通過塔內(nèi)填料層的壓強降為1.96整理為word格式整理為word格式整理為word格式×103Pa。管壁的絕對粗糙度可取0.15mm，大氣壓強為101.33×103。求鼓風機的有效功率。解：查表得該氣體的有關物性常數(shù)ρ=1.093,μ=1.96×10-5Pa·s氣體流速u=3600/(3600×4/π×0.252)=20.38m/s質(zhì)量流量ωs=uAs=20.38×4/π×0.252×1.093=1.093Kg/s流體流動的雷偌準數(shù)Re=duρ/μ=2.84×105為湍流型所有當量長度之和ι總=ι+Σιe=50mε取0.15時ε/d=0.15/250=0.0006查表得λ=0.0189所有能量損失包括出口,入口和管道能量損失即:∑ｈ=0.5×u2/2+1×u2/2+(0.0189×50/0.25)·u2/2=1100.66在1-1﹑2-2兩截面處列伯努利方程u2/2+P1/ρ+We=Zg+u2/2+P2/ρ+∑ｈWe=Zg+(P2-P1)/ρ+∑ｈ而1-1﹑2-2兩截面處的壓強差P2-P1=P2-ρ水gh=1.96×103-103×9.81×31×103=1665.7Pa∴We=2820.83W/Kg泵的有效功率Ne=We×ωs=3083.2W=3.08KW22.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，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長度為20m。整理為word格式整理為word格式整理為word格式（1）.當閘閥關閉時，測得R=600mm，h=1500mm；當閘閥部分開啟時，測的R=400mm，h=1400mm。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。問每小時從管中水流出若干立方米。（2）.當閘閥全開時，U管壓差計測壓處的靜壓強為若干（Pa，表壓）。閘閥全開時le/d≈15，摩擦系數(shù)仍取0.025。解:⑴根據(jù)流體靜力學基本方程,設槽面到管道的高度為xρ水g(h+x)=ρ水銀gR103×(1.5+x)=13.6×103×0.6x=6.6m部分開啟時截面處的壓強P1=ρ水銀gR-ρ水gh=39.63×103Pa在槽面處和1-1截面處列伯努利方程Zg+0+0=0+u2/2+P1/ρ+∑ｈ而∑ｈ=［λ(ι+Σιe)/d+ζ］·u2/2=2.125u2∴6.6×9.81=u2/2+39.63+2.125u2u=3.09/s體積流量ωs=uAρ=3.09×π/4×(0.1)2×3600=87.41m3/h⑵閘閥全開時取2-2,3-3截面列伯努利方程Zg=u2/2+0.5u2/2+0.025×(15+ι/d)u2/2u=3.47m/s取1-1﹑3-3截面列伯努利方程P1'/ρ=u2/2+0.025×(15+ι'/d)u2/2∴P1'=3.7×104Pa23.10℃的水以500L/min的流量流過一根長為300m的水平管，管壁的絕對粗糙度為0.05。有6m的壓頭可供克服流動阻力，試求管徑的最小尺寸。解:查表得10℃時的水的密度ρ=999.7Kg/m3μ=130.77×10-5Pa·su=Vs/A=10.85×10-3/d2∵∑ｈf=6×9.81=58.86J/Kg整理為word格式整理為word格式整理為word格式∑ｈf=(λ·ι/d)u2/2=λ·150u2/d假設為滯流λ=64/Re=64μ/duρ∵Hfg≥∑ｈf∴d≤1.5×10-3檢驗得Re=7051.22>2000∴不符合假設∴為湍流假設Re=9.7×104即duρ/μ=9.7×104∴d=8.34×10-2m則ε/d=0.0006查表得λ=0.021要使∑ｈf≤Hfg成立則λ·150u2/d≤58.86d≥1.82×10-2m24.某油品的密度為800kg/m3，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ф89×3.5mm（包括閥門當量長度），進出口損失可忽略。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%，此時閥門的當量長度為若干m？解：⑴在兩槽面處取截面列伯努利方程u2/2+Zg+P1/ρ=u2/2+P2/ρ+∑ｈf∵P1=P2Zg=∑ｈf=λ·(ι/d)·u2/21.5×9.81=λ?(50/82×10-3)·u2/2①假設流體流動為滯流,則摩擦阻力系數(shù)λ=64/Re=64μ/duρ②聯(lián)立①②兩式得到u=1.2m/s核算Re=duρ/μ=1920<2000假設成立油的體積流量ωs=uA=1.2×π/4(82×103)2×3600=22.8m3/h⑵調(diào)節(jié)閥門后的體積流量ωs'=22.8×(1-20％)=18.24m3/h整理為word格式整理為word格式整理為word格式調(diào)節(jié)閥門后的速度u=0.96m/s同理由上述兩式1.5×9.81=λ?(ι/82×10-3)·0.962/2λ=64/Re=64μ/duρ可以得到ι=62.8m∴閥門的當量長度ιe=ι-50=12.8m25.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5u12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，兩塔的通氣量；（2）附圖中AB的能量損失。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,各個管路的能量損失由兩部分組成，一是氣體在支管內(nèi)流動產(chǎn)生的，而另一部分是氣體通過填料層所產(chǎn)生的，即∑ｈf=λ·(ι＋∑ιe/d)·u2/2＋ｈf填而且并聯(lián)管路氣體總流量為個支路之和,即Vs=Vs1+Vs2解：⑴兩閥全開時，兩塔的通氣量由本書附圖１－２９查得d=200mm時閥線的當量長度ιe=150m∑ｈf1=λ·(ι1＋∑ιe1/d)·u12/2+5u12=0.02×(50+150)/0.2·u12/2+5u12∑ｈf2=λ·(ι2＋∑ιe2/d)·u22/2+4u12=0.02×(50+150)/0.2·u22/2+4u12∵∑ｈf1=∑ｈf2∴u12/u22=11.75/12.75即u1=0.96u2又∵Vs=Vs1+Vs2=u1A1+u2A2,A1=A2=(0.2)2π/4=0.01π =(0.96u2+u2)?0.01π=0.3∴u2=4.875m/su1A=4.68m/s整理為word格式整理為word格式整理為word格式即兩塔的通氣量分別為Vs1=0.147m3/s,Vs12=0.153m3/s⑵總的能量損失∑ｈf=∑ｈf1=∑ｈf2 =0.02×155/0.2·u12/2+5u12=12.5u12=279.25J/Kg26.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/h3，總管直徑為ф127×5mm。原出口壓強為1.93×105Pa，容器B內(nèi)水面上方表壓為1kgf/cm2，總管的流動阻力可忽略，各設備間的相對位置如本題附圖所示。試求：（1）離心泵的有效壓頭He；（2）兩支管的壓頭損失Hf，o-A，Hf，o-B，。解：（1）離心泵的有效壓頭總管流速u=Vs/A而A=3600×π/4×(117)2×10-6u=2.3m/s在原水槽處與壓強計管口處去截面列伯努利方程Z0g+We=u2/2+P0/ρ+∑ｈf∵總管流動阻力不計∑ｈf=0We=u2/2+P0/ρ-Z0g=2.32/2+1.93×105/998.2-2×9.81=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Α﹑Β表面分別列伯努利方程Z0g+We=Z1g+P1/ρ+∑ｈf1Z0g+We=Z2g+P2/ρ+∑ｈf2得到兩支管的能量損失分別為∑ｈf1=Z0g+We–(Z1g+P1/ρ)=2×9.81+176.38–(16×9.81+0)=39.04J/Kg整理為word格式整理為word格式整理為word格式∑ｈf2=Z0g+We-(Z2g+P2/ρ)=2×9.81+176.38–(8×9.81+101.33×103/998.2)=16.0J/Kg∴壓頭損失Hf1=∑ｈf1/g=3.98mHf2=∑ｈf2/g=1.63m27.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，容器頂部壓強表讀數(shù)為30×103Pa。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φ66×3mm，管長為80m（包括所有局部阻力的當量長度）。旁路的流量為5m3/h，管徑為Φ32×2.5mm，管長為20m（包括除閥門外的管件局部阻力的當量長度）兩管路的流型相同，忽略貯槽液面至分支點o之間的能量損失。被輸送液體的粘度為50mPa·s，密度為1100kg/m3，試計算：（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/[3600×(π/4)×(60)2×10-6]=1.38m/s旁管流速u1=V1/A=5/[3600×(π/4)×(27)2×10-6]=2.43m/s先計算主管流體的雷偌準數(shù)Re=duρ/μ=1821.6<2000屬于滯流摩擦阻力系數(shù)可以按下式計算λ=64/Re=0.03513在槽面和容器液面處列伯努利方程We=Z2g+P2/ρ+∑ｈf=5×9.81+30×103/1100+0.03513×1.382×80/(60×10-3)=120.93J/Kg整理為word格式整理為word格式整理為word格式主管質(zhì)量流量ωs=uAρ=1.38×(π/4)×(60)2×1100=5.81Kg/s泵的軸功率Ne/η=We×ωs/η=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)λ1=64/Re1=0.04434有效功We=0+u12/2+0+∑ｈf=u12/2+λ·u12/2·20/d1+ε?u12/2∴旁路閥門的阻力系數(shù)ε=(We-u12/2-λ·u12/2·20/d1)-2/u12=7.1128．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的當量長度。AB與BC管的摩擦系數(shù)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若干m3/h？(2)當所有的閥門全開時，兩支管的排水量各為若干m3/h？BD支管的管壁絕對粗糙度為0.15mm，水的密度為1000kg/m3，粘度為0.001Pa·s。分析：當BD支管的閥門關閉時，BC管的流量就是AB總管的流量；當所有的閥門全開時，AB總管的流量應為BC，BD兩管流量之和。而在高位槽內(nèi)，水流速度可以認為忽略不計。解:（1）BD支管的閥門關閉VS,AB=VS,BC即u0A0=u1A1u0π382/4=u1π322/4∴u0=0.71u1分別在槽面與C-C,B-B截面處列出伯努利方程0+0+Z0g=u12/2+0+0+∑ｈf,AC0+0+Z1g=u02/2+0+0+∑ｈf,AB整理為word格式整理為word格式整理為word格式而∑ｈf,AC=λ?(ιAB/d0)·u02/2+λ?(ιBC/d1)·u12/2=O.03×(58000/38)×u02/2+0.03·(12500/32)×u12/2=22.89u02+5.86u12∑ｈf,AB=λ?(ιAB/d0)·u02/2=O.03×(58000/38)×u02/2=22.89u02∴u1=2.46m/sBC支管的排水量VS,BC=u1A1=7.1m3/s⑵所有的閥門全開VS,AB=VS,BC+VS,BDu0A0=u1A1+u2A2u0π382/4=u1π322/4+u2π262/4u0382=u1322+u2262①假設在BD段滿足1/λ1/2=2lg(d/ε)+1.14∴λD=0.0317同理在槽面與C-C,D-D截面處列出伯努利方程Z0g=u12/2+∑ｈf,AC=u12/2+λ?(ιAB/d0)·u02/2+λ?(ιBC/d1)·u12/2②Z0g=u22/2+∑ｈf,AD=u22/2+λ?(ιAB/d0)·u02/2+λD?(ιBD/d2)·u22/2③聯(lián)立①②③求解得到u1=1.776m/s,u2=1.49m/s核算Re=duρ/μ=26×10-3×1.49×103/0.001=38.74×103(d/ε)/Reλ1/2=0.025>0.005∴假設成立即D,C兩點的流速u1=1.776m/s,u2=1.49m/s∴BC段和BD的流量分別為VS,BC=32×10×(π/4)×3600×1.776=5.14m3/sVS,BD=26×10×(π/4)×3600×1.49=2.58m3/s整理為word格式整理為word格式整理為word格式29.在Φ38×2.5mm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20℃的苯，采用角接取壓法用U管壓差計測量孔板兩測的壓強差，以水銀為指示液，策壓連接管中充滿甲苯。測得U管壓差計的讀數(shù)為600mm，試計算管中甲苯的流量為若干kg/h？解：查本書附表20℃時甲苯的密度和粘度分別為ρ=867Kg/m3,μ=0.675×10-3假設Re=8.67×104當A0/A1=(16.4/33)=0.245時,查孔板流量計的C0與Re,A0/A1的關系得到C0=0.63體積流量VS=C0A0[2gR(ρA-ρ)/ρ]1/2=0.63×π/4×16.42×10-6×[2×9.81×0.6×(13.6-0.867)/0.867]1/2=1.75×10-3m3/s流速u=VS/A=2.05m/s核算雷偌準數(shù)Re=duρ/μ=8.67×104與假設基本相符∴甲苯的質(zhì)量流量ωS=VSρ=1.75×10-3×867×3600=5426Kg/h第二章流體輸送機械1.在用水測定離心泵性能的實驗中，當流量為26m3/h時，泵出口處壓強表和入口處真空表的讀數(shù)分別為152kPa和24.7kPa，軸功率為2.45kw，轉速為2900r/min，若真空表和壓強表兩測壓口間的垂直距離為0.4m，泵的進出口管徑相同，兩測壓口間管路流動阻力可忽略不計，試求該泵的效率，并列出該效率下泵的性能。解：取20℃時水的密度ρ=998.2Kg/m3在泵出口和入口處列伯努利方程u12/2g+P1/ρg+Η=u12/2g+P2/ρg+Ηf+Z∵泵進出口管徑相同,u1=u2不計兩測壓口見管路流動阻力Ηf=0∴P1/ρg+Η=P2/ρg+ZΗ=(P2-P1)/ρg+Z=0.4+(152+24.7)×103/998.2×9.8=18.46m整理為word格式整理為word格式整理為word格式該泵的效率η=QHρg/N=26×18.46×998.2×9.8/(2.45×103×3600)=53.2.﹪2.用離心泵以40m3/h的流量將貯水池中65℃的熱水輸送到?jīng)鏊敚⒔?jīng)噴頭噴出而落入涼水池中，以達到冷卻的目的，已知水進入噴頭之前需要維持49kPa的表壓強，噴頭入口較貯水池水面高6m，吸入管路和排出管路中壓頭損失分別為1m和3m，管路中的動壓頭可以忽略不計。試選用合適的離心泵并確定泵的安裝高度。當?shù)卮髿鈮喊?01.33kPa計。解：∵輸送的是清水∴選用B型泵查65℃時水的密度ρ=980.5Kg/m3在水池面和噴頭處列伯努利方程u12/2g+P1/ρg+Η=u12/2g+P2/ρg+Ηf+Z取u1=u2=0則 Η=(P2-P1)/ρg+Ηf+Z=49×103/980.5×9.8+6+(1+4)=15.1m∵Q=40m3/h由圖2-27得可以選用3B19A2900465℃時清水的飽和蒸汽壓PV=2.544×104Pa當?shù)卮髿鈮害=P/ρg=101.33×103/998.2×9.81=10.35m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轉,選用最大輸出量所對應的ΗS'即ΗS'=4.5m輸送65℃水的真空度ΗS=[ΗS'+(Ηa-10)-(PV/9.81×103–0.24)]1000/ρ=2.5m∴允許吸上高度Hg=ΗS-u12/2g-Ηf,0-1=2.5–1=1.5m即安裝高度應低于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流量送往表壓強為177kPa的設備內(nèi)。貯槽液面恒定，設備的油品入口比貯槽液面高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?shù)卮髿鈮喊?01.33kPa計.整理為word格式整理為word格式整理為word格式解: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揚程H=38m允許吸上高度Hg=(P0-PV)/ρg-△h-Ηf,0-1=-0.74m>-1.2揚升高度Z=H-Ηf,0-2=38–4=34m如圖在1-1,2-2截面之間列方程u12/2g+P1/ρg+Η=u22/2g+P2/ρg+Ηf,1-2+△Z其中u12/2g=u22/2g=0管路所需要的壓頭:Ηe=(P2–P1)/ρg+△Z+Ηf,1-2=33.74m<Z=34m游品流量Qm=15m3/s<Q=19.8m3/s離心泵的流量,揚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。若離心泵的吸入管直徑為100mm，排出管直徑為50mm，孔板流量計孔口直徑為35mm，測的流量計壓差計讀數(shù)為0.85mHg吸入口真空表讀數(shù)為550mmHg時，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?shù)卮髿鈮簽?60mmHg。解:確定流速A0/A2=(d0/d2)2=(35/50)2=0.49查20℃時水的有關物性常數(shù)ρ=998.2Kg/m3,μ=100.5×10-5,PV=2.3346Kpa假設C0在常數(shù)區(qū)查圖1-33得C0=0.694則u0=C0[2R(ρA-ρ)g/ρ]1/2=10.07m/su2=0.49u0=4.93m/s核算:Re=d2u2ρ/μ=2.46×105>2×105∴假設成立u1=u2(d2/d1)2=1.23m/s允許氣蝕余量△h=(P1-P2)/ρg+u12/2g整理為word格式整理為word格式整理為word格式P1=Pa-P真空度=28.02Kpa△h=(28.02-2.3346)×103/998.2×9.81=2.7m允許吸上高度Hg=(Pa-PV)/ρg-△h-∑Ηf∵離心泵離槽面道路很短可以看作∑Ηf=0∴Hg=(Pa-PV)/ρg-△h=(101.4–2.3346)×103/(998.2×9.81)–2.7=7.42m5.水對某離心泵做實驗，得到下列各實驗數(shù)據(jù)：Q，L/min0100200300400500H，m37.2383734.531.828.5 送液體的管路系統(tǒng)：管徑為ф76×4mm，長為355m（包括局部阻力的當量長度），吸入和排出空間為密閉容器，其內(nèi)壓強為129.5kPa（表壓），再求此時泵的流量。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Ηe與液體流量Qe的關系:Ηe=K+BQe2而K=△Z+△P/ρg且吸入排出空間為常壓設備,△P=0∴K=△Z=4.8B=λ?(ι+Σιe)/d·1/2g(60×103A)2=(0.03×355/0.068)/2×9.81(0.0682×π×60×103/4)2=1.683×10-4∴管道特性方程為:Ηe=4.8+1.683×10-4Qe2由下列數(shù)據(jù)繪出管道特性曲線Ηe--QeQe,L/min0100200300400500Ηe,m4.86.4811.5319.9531.7346.88繪出離心泵的特性曲線H--Q于同一坐標系中,如圖所示:兩曲線的交點即為該泵在運轉時的流量∴泵的流量為400L/min⑵若排出空間為密閉容器,整理為word格式整理為word格式整理為word格式則K=△Z+△P/ρg=4.8+129.5×103/998.2×9.81=1.802∵而B的值保持不變∴管路的特性方程為Ηe=18.02+1.683×10-4Qe2重新繪出管路的特性曲線和泵的特性曲線Qe,L/min0100200300400500Ηe,m18.0219.7024.7533.1744.9560.10可以得到泵的流量為310L/min6.某型號的離心泵，其壓頭與流量的關系可表示為H=18-0.6×106Q2（H單位為m，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100m2，池中水深7m。輸水之初池內(nèi)水面低于渠道水平面2m，假設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=0.4×10Q2（Hf單位為m，Q單位為m3/s）。試求將貯水池內(nèi)水全部抽出所需時間。解:列出管路特性方程Ηe=K+HfK=△Z+△P/ρg∵貯水池和渠道均保持常壓∴△P/ρg=0∴K=△Z∴Ηe=△Z+0.4×106Q2在輸水之初△Z=2m∴Ηe=2+0.4×106Q2聯(lián)立H=18-0.6×106Q2，解出此時的流量Q=4×10-3m3/s將貯水槽的水全部抽出△Z=9m∴Ηe=9+0.4×106Q'2再次聯(lián)立H=18-0.6×106Q2，解出此時的流量Q'=3×10-3m3/s∵流量Q隨著水的不斷抽出而不斷變小∴取Q的平均值Q平均=（Q+Q'）/2=3.5×10-3m3/s把水抽完所需時間τ=V/Q平均=55.6h7.用兩臺離心泵從水池向高位槽送水，單臺泵的特性曲線方程為H=25—1×106Q2管路特性曲線方程可近似表示為H=10+1×106Q2兩式中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）分析：兩臺泵有串聯(lián)和并聯(lián)兩種組合方法串聯(lián)時單臺泵的送水量即為管路中的總量，泵的壓頭為單臺泵的兩倍；并聯(lián)時泵的壓頭即為單臺泵的壓頭，單臺送水量為管路總送水量的一半整理為word格式整理為word格式整理為word格式解：①串聯(lián)He=2H10+1×105Qe2=2×(25-1×106Q2)∴Qe=0.436×10-2m2/s②并聯(lián)Q=Qe/225-1×106×Qe2=10+1×105(Qe/2)2∴Qe=0.383×10-2m2/s總送水量Qe'=2Qe=0.765×10-2m2/s∴并聯(lián)組合輸送量大8.現(xiàn)采用一臺三效單動往復泵，將敞口貯罐中密度為1250kg/m3的液體輸送到表壓強為1.28×106Pa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。試求泵的實際流量，壓頭和軸功率。解：三動泵理論平均流量QT=3ASnr=3×π/4×(0.07)2×0.025×200=0.52m3/min實際流量Q=ηQT=0.95×0.52=0.494m3/min泵的壓頭H=△P/ρg+△u2/2g+ΣHf+Z取△u2/2g=0=△P/ρg+ΣHf+Z=1.28×106/1250×9.81+2+10=116.38m軸功率N=HQρ/102η=13.05Kw9．用一往復泵將密度為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。往復泵的流量為5m3/h。輸送開始時，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（包括局部阻力當量長度）。A池截面積為12m2，B槽截面積為4.15m2。液體在管中流動時摩擦系數(shù)為0.04。試求把25m3液體從A池輸送到B槽所需的能量。解：列出此往復泵輸送的管路特性方程Ηe=K+BQe2而K=△P/ρg+△u2/2g+Z∵A，B槽上方均大氣壓∴△P/ρg=0，△u2/2g=0在輸送開始時，h0=10m整理為word格式整理為word格式整理為word格式輸送完畢后 A池液面下降：25/12=2.01mB池液面上升：25/4.15=6.1m∴h=10+2.01+6.1=18.11mB=λ?(ι+Σιe)/d·1/2g(3600A)2=0.4×15/0.03×1/[(3600×π/4×0.032)2×2×9.81]=0.157輸送開始時管路的特性方程Ηe=10+0.157Qe2輸送完畢時管路的特性方程Ηe'=18.4+0.157Qe2取平均壓頭Η平均=(Ηe+Ηe')/2=（10+0.157Qe2+8.4+0.157Qe2）/2，Qe=5m3/s=18m輸送所需要的時間τ=V/Q=25/5=5h=18000輸送有效功率Ne=HQρg=18×5/3600×1200×9.81=294.3所需要的能量W=Neτ=5.3×106J=5300KJ10.已知空氣的最大輸送量為14500kg/h，在最大風量下輸送系統(tǒng)所需的風壓為1600Pa（以風機進口狀態(tài)級計）。由于工藝條件的呀求。風機進口與溫度為40℃，真空度為196Pa的設備相連。試選合適的離心通風機。當?shù)卮髿鈮簽?3.3kPa。解：輸送潔凈空氣應選用4-72-11型通風機40℃，真空度為196Pa時空氣的密度ρ'=MP/RT=1.04Kg/m3將輸送系統(tǒng)的風壓HT'按HT=HT'ρ/ρ'HT=1600×1.2/1.04=1850.72m輸送的體積流量Q=Qm/ρ=14500/1.04=13942.31m3/h根據(jù)輸送量和風壓選擇4-72-11No6c型可以滿足要求其特性參數(shù)為轉速(r/min)風壓(Pa)風量(m3/h)效率(％)功率（Kw）20001941.8141009110.011.15℃的空氣直接由大氣進入風機在通過內(nèi)徑為800mm的水平管道送到爐底，爐底表壓為10kPa?？諝廨斔土繛?0000m/h（進口狀態(tài)計），管長為100m（包括局部阻力當量長度），管壁絕對粗糙度可取為0.3mm?，F(xiàn)庫存一臺離心通風機，其性能如下所示。核算此風機是否合用？當?shù)卮髿鈮簽?01.33kPa。整理為word格式整理為word格式整理為word格式轉速，r/min風壓，Pa風量，m3/h14501265021800解：輸送系統(tǒng)的風壓HT'=（Z2–Z1）ρg+P2–P1+（u22-u12）/2+ρΣhf∵水平管道輸送，∴Z2–Z1=0，（u22-u12）/2=0空氣的流動速度u=Q/A=20000/（π/4·0.82×3600）=11.06m/s查本書附圖可得15℃空氣的粘度μ=1.79×10-3Pa·s，密度ρ=1.226Kg/m3Re=duρ/μ=0.8×1.226×11.06/1.79×10-3=6059.1ε/d=0.3/800=0.000375根據(jù)Re-ε/d圖可以得到其相對粗糙度λ=0.0365∴Σhf=λ?(ι+Σιe)/d?u2/2=0.0365×100/0.8×11.062/2=279.1輸送系統(tǒng)風壓HT'=P2–P1+ρΣhf=10.8×103+1.226×279.1=11142.12Pa<12650Pa且Q=20000〈21800∴此風機合用12.某單級雙缸雙動空氣壓縮機，活塞直徑為300mm，沖程為200mm，每分鐘往復480次。壓縮機的吸氣壓強為9.807×104Pa，排氣壓強為34.32×104Pa。試計算該壓縮機的排氣量和軸功率。假設汽缸的余隙系數(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：雙缸雙動壓縮機吸氣量Vmin=（4A-a）snr活桿面積與活塞面積相比可以略去不計∴吸收量Vmin'=4Asnr=4×π/4×0.32×0.2×480=27.13m3/min壓縮機容積系數(shù)λ0=1-ε[(P2/P1)1/r-1]=1-0.08[（34.32/9.80）1/1.4-1]=0.8843λd=0.85λ0=0.7516∴排氣量Vmin=λd?Vmin'=20.39m3/min實際壓縮功率Na=P1Vmin·к/（к-1）[(P2/P1)κ/(κ-1)–1]=50.19Kw該壓縮機的軸功率N=Na/ηa=50.19/0.7=71.7Kw13.用三級壓縮把20℃的空氣從98.07×103kPa壓縮到62.8×105Pa。設中間冷卻器能把送到最后一級的空氣冷卻到20整理為word格式整理為word格式整理為word格式℃，各級壓縮比相同。試求：（1）.在各級的活塞沖程及往復次數(shù)相同情況下，各級汽缸直徑比。（2）三級壓縮消耗的理論功（按絕熱過程考慮?？諝饨^熱指數(shù)為1.4，并以1kg計）。分析：多級壓縮機的工作原理：每一級排出口處的壓強多時上一級的四倍，因此每一級空氣的流量為上一次的0.25倍解：⑴各級的活塞沖程及往復次數(shù)相同壓縮機總的壓縮比χ=（P2/P1）1/3=4 V1：V2：V3=A1：A2：A3=16：4：1⑵20℃時1Kg空氣的體積V1=mRT/MP=1×8.315×293/(29×98.07)=0.8566m3根據(jù)W=P1V1·iκ/（κ-1）·[(P2/P1)(к-1)/iк-1]=98.07×10×0.8566×3×1.4/0.4×（40.4/1.4-1）=428.7KJ1.試樣500g，作為篩分分析，所用篩號及篩孔尺寸見本題附表中第一，二列，篩析后稱取各號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。篩號篩孔尺寸，mm截留面，g篩號篩孔尺寸,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500解：先計算篩分直徑d1=（d10+d14）/2=1.4095，d2=（d14+d20）/2=1.084同理可以計算出d3=0.711，d4=0.503，d5=0.356，d6=0.252d7=0.1775，d8=0.1225，d9=0.089，d10=0.0635根據(jù)顆粒平均比表面積直徑公式1/da=1/GΣGi/d得到1/GΣGi/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整理為word格式整理為word格式整理為word格式顆粒平均直徑相當于平均比表面積直徑，即顆粒平均直徑d=da=1/2.899=0.3452.密度為2650kg/m3的球型石英顆粒在20℃空氣中自由沉降，計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數(shù)據(jù)手冊得到20℃時空氣的密度ρ=1.205Kg/m3，粘度μ=1.81×10-5Pa·s要使顆粒服從斯托克斯公式，必須滿足Re〈1即Re=dutρ/μ〈1，