《化工原理》第四版習(xí)題答案解析

#摩擦損失Ehf的計(jì)算式。解從截面A到截面B列伯努利方程,截面A為基準(zhǔn)面，則得J=Hg+^~s~+Eh Ap=pPP/ %-p=Hpg+PEh

B f()液柱壓差計(jì)1-1為等壓面p+RPg=p+HPg+RPg()Ap=p-p=R(PAB-P)g+HPg由式()與式()得EhfR(P-P)g此式即為用U形管壓差計(jì)測量流體在兩截面之間流動的摩擦損失的計(jì)算式?！?-26】如習(xí)題1-26附圖所示，有0mmx.mm的水平管與垂直管其中有溫度為20℃的水流動，流速為m/s。在截面A與截面B處各安裝一個彈簧壓力表，兩截面的距離為6m,管壁的相對粗糙度。試問這兩個直管上的兩個彈簧壓力表讀數(shù)的差值是否相同？如果不同，試說明其原因。如果用液柱壓差計(jì)測量壓力差，則兩個直管的液柱壓力計(jì)的讀數(shù)R是否相同？指示液為汞，其密度為kg/m。解已知管內(nèi)徑d=.水的溫度t=20℃密度P= ?kg/m雷諾數(shù)Re=duP湍流管壁相對粗糙度d一—一，入一查得摩擦系數(shù)==.這兩個直管的摩擦阻力損失相同(1)彈簧壓力表讀數(shù)之差值①水平管在A、B兩截面列伯努利方程gZA4因ZA=ZBuA=uB,故得PA-PbJ/kgPa=kPa0=習(xí)題1-26附圖②垂直管在A、B兩截面間列伯努利方程，以截面A為基準(zhǔn)面，,ZB=L=6m,u=uApA-P=PgZ+PhPA

PgZB+P+hPfPa=kPa上述計(jì)算結(jié)果表明，垂直管的上述計(jì)算結(jié)果表明，垂直管的p-p大于水平管的pAB-p。這是因?yàn)榱黧w在垂直管中從下向上流動時，位能增大而靜壓能減小。B(2)U形管液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R①水平管與前面相同，由伯努利方程得pA-pPhf另從u形管壓差計(jì)等壓面處力的平衡，求得+RPg=p+RP(b(b)g(P汞-P)由式(a)與式(b)，求得Ph

f

gPh

f

g(P-P)

汞1x(.28)m汞柱=.67mm汞柱(c(c)另從u形管壓PA-PB=PgL+Ph差計(jì)等壓面處力的平衡，求得PA+RPg=PB+LPg+RP汞g(d)P-p-LP(d)R= B g(P-P)汞由式(c)與式(d)求得Ph

f——

g(P-P)

汞從上述推導(dǎo)可知，垂直管與水平管的液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R相同。有了讀數(shù)R值，就可以分別用式0)及式(d)求得水平管及垂直管從上述推導(dǎo)可知，【1-27】有一輸送水的等直徑(內(nèi)徑為d)垂直管路，在相距H高度的兩截面間安裝一U形管液柱壓差計(jì)。當(dāng)管內(nèi)水的流速為u時，測得壓差計(jì)中水銀指示液讀數(shù)為R。當(dāng)流速由u增大到u'時，試求壓差計(jì)中水銀指示液讀數(shù)R)是R的多少倍。設(shè)管內(nèi)水的流動處于粗糙管完全湍流區(qū)。解從習(xí)題2-25與習(xí)題2-28可知，U形管液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R與兩截面間流體流動的摩擦損失”7成正比，即火0c”/又知道，在粗糙管完全湍流區(qū)為阻力平方區(qū)，即摩擦損失與流體流速的平方成正比由上述分析可知因此R',uR'=R——【1-28］水的溫度為10℃,流量為L0在直徑mmx.mm、長為100m的直管中流動。此管為光滑管。（1）試計(jì)算此管路的摩擦損失；（2）若流量增加到L0試計(jì)算其摩擦損失。解水在10℃時的密度光滑管。（1）體積流量流速雷諾數(shù)Re=摩擦系數(shù)摩擦損失（2）體積流量x2ddupRe因流量是原來的3倍雷諾數(shù)Re=故流速湍流對于光滑管，摩擦系數(shù)也可以從摩擦系數(shù)摩擦損失m/s層流J/kg用Blasius方程式計(jì)算).與雷諾數(shù)Re的關(guān)聯(lián)圖上光滑管曲線上查得J/kg【1-29］試求下列換熱器的管間隙空間的當(dāng)量直徑：（1）如習(xí)題1-29附圖（a）所示，套管式換熱器外管為mmxmm;（2）如習(xí)題1-29附圖（b）所示，列管式換熱器外殼內(nèi)徑為500mm,列管為mmxmm內(nèi)管為mmxmm的管子174根。內(nèi)富外管n/皆子外荒u（a）塞官衣攫護(hù)器習(xí)題1-29附圖解 （1）套管式換熱器，內(nèi)管外徑外管內(nèi)徑當(dāng)量直徑（2）列管式換熱器，外殼內(nèi)徑換熱管外徑根數(shù)當(dāng)量直徑汽/,—(d-nd)汽(d+nd)【1-30】常壓下35℃的空氣，以12m/s的流速流經(jīng)120m長的水平管。管路截面為長方形高300mm，寬200mm，試求空氣流動的摩擦損失，設(shè)kg/m管路截面的高當(dāng)量直徑雷諾數(shù)Re=ab摩擦損失湍流J/kg【1-31】把內(nèi)徑為20mm、長度為2m的塑料管（光滑管），彎成倒U形，作為虹吸管使用。如習(xí)題1-31附圖所示，當(dāng)管內(nèi)充滿液體一端插入液槽中另一端就會使槽中的液體自動流出。液體密度為kg/m黏度為。為保持穩(wěn)態(tài)流動，使槽內(nèi)液面恒定。要想使輸液量為虹吸管出口端距槽內(nèi)液面的距離h需要多少米？解已知kg/mNmPa?s體積流量qV流速m/s從液槽的液面至虹吸管出口截面之間列伯努利方程式以虹吸管出口截面為基準(zhǔn)面光滑管，查得U形管（回彎頭）Re=dup管入口突然縮小湍流h=習(xí)題1-31附圖習(xí)題1-32附圖［1-32］如習(xí)題1-32附圖所示，有黏度為.mPa-s、密度為kg/m的液體，從高位槽經(jīng)直徑為mtnxmtn的鋼管流入表壓為的密閉低位槽中。液體在鋼管中的流速為m/s鋼管的相對粗糙度E/d管路上的閥門當(dāng)量長度0兩液槽的液面保持不變，試求兩槽液面的垂直距離Ho在高位槽液面至低位槽液面之間列伯努利方程計(jì)算H以低位槽液面為基準(zhǔn)面。（表壓）,夕Pa,兩槽流速=II=H,Z，管內(nèi)流速液體密度kg/m-Pa-s雷諾數(shù)Re=dup管長湍流,查得x=.閥門高位槽的管入口低位槽管出口90°彎頭g（【1-33］如習(xí)題1-33附圖所示m4Xmm的鋼管，管長為多少？鋼管的相對粗糙度解水在20℃時用離心泵從河邊的吸水站將20℃的河水送至水塔。水塔進(jìn)水口到河水水面的垂直高度為34.5m。管路為1800m,包括全部管路長度及管件的當(dāng)量長度。若泵的流量為m/h,試求水從泵獲得的外加機(jī)械能m,流量流速Re=dup查得湍流摩擦阻力損失J/kg以河水水面為基準(zhǔn)面，從河水水面至水塔處的水管出口之間列伯努利方程。習(xí)題1-33附圖外加機(jī)械能W=Zg+—+Yh=.X.+- + =J1kg【1-34］如習(xí)題1-34附圖所示，在水塔的輸水管設(shè)計(jì)過程中，若輸水管長度由最初方案縮短25%,水塔高度不變，試求水的流量將如何變化？變化了百分之幾？水在管中的流動在阻力平方區(qū)，且輸水管較長，可以忽略局部摩擦阻力損失及動壓頭。解在水塔高度H不變的條件下，輸水管長度縮短，輸水管中的水流量應(yīng)增大。從水塔水面至輸水管出口之間列伯努利方程，求得因水塔高度H不變，故管路的壓頭損失不變。管長縮短后的長度1,與原來長度1的關(guān)系為1在流體阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)恒定不變，有九'=X故流速的比值為EH'=EHf f\o"CurrentDocument"i,1' (u') 、1 uX =X \o"CurrentDocument"d g d g習(xí)題1-34附圖A.1(U)X dg.1u=X dg流量的比值為~= .流量增加了15.5%qV管路計(jì)算【1-35］用0 m8Xmm的鋼管輸送流量為kg/0的原油，管長為km,油管最大承受壓力為.MPa。已知50℃時油的密度為 kg/m,黏度為mPaF。假設(shè)輸油管水平鋪設(shè)，其局部摩擦阻力損失忽略不計(jì)，試問為完成輸油任務(wù)，中途需設(shè)置幾個加壓站？km,q=kg/hmp= kg/m,日=mPa-s/ /q= .m3sVq_ . /u=—L= =.m/s\o"CurrentDocument"汽， 汽—d —x.「 dup .x.xRe=-= 日 x-層流因?yàn)槭堑戎睆降乃焦苈?，其流體的壓力降為X=—=ReAp=pZh=pXx Pa=MPa5Pa，低于油管最大承受壓力。【1-36］如習(xí)題1-365Pa，低于油管最大承受壓力?！?-36］如習(xí)題1-36附圖所示，溫度為20℃的水從水塔用0m8xmm鋼管，輸送到車間的低位槽中，低位槽與水塔的液面差為12m,管路長度為150m（包括管件的當(dāng)量長度）。試求管路的輸水量為多少m3/h，鋼管的相對粗糙度￡/d=.油管最大承受壓力為?MPa加壓站數(shù)n=需設(shè)置2級加壓，每級管長為50km,每級的Ap=解水，t=由伯努利方程得管路的摩擦阻力損失為J/kg管內(nèi)水的流速u未知，摩擦系數(shù)入不能求出。本題屬于已知m、d求驗(yàn)算流動類型dupRe= 體積流量 qV=-d湍流/h.m=℃x(.)習(xí)題1-36附圖習(xí)題1-37附圖【1-37］如習(xí)題1-37附圖所示，溫度為20℃的水，從高位槽A輸送到低位槽B,兩水槽的液位保持恒定。當(dāng)閥門關(guān)閉時水不流動，閥前與閥后的壓力表讀數(shù)分別為80kPa與30kPa。當(dāng)管路上的閥門在一定的開度下，水的流量為1m3h，試計(jì)算所需的管徑。輸水管的長度及管件的當(dāng)量長度共為42m,管子為光滑管。X本題是計(jì)算光滑管的管徑問題。雖然可以用試差法計(jì)算，但不方便。最好是用光滑管的摩擦系數(shù)計(jì)算式==Re （適用于<Re<Eh=X解水在℃時p=水的流量管長及管件當(dāng)量長度dd閥門關(guān)閉時，壓力表可測得水槽離壓力表測壓點(diǎn)的距離推導(dǎo)一個-Pa?s兩水槽液面的距離以低位槽的液面為基準(zhǔn)面對于水力光滑管代入已知數(shù)求得管內(nèi)徑為驗(yàn)證Re范圍Re―dup之間的計(jì)算式。符合入計(jì)算式中規(guī)定的Re【1-38】pApB從高位槽A的液面到低位槽B之間列伯努利方程得管路的摩擦損失J/kgqv及范圍之間的計(jì)算式為qv-如習(xí)題1-38附圖所示，水槽中的水由管C與D放出門全開。各段管內(nèi)徑及管長（包括管件的當(dāng)量長度）分別為ABBCBDmmmm的關(guān)系式為湍流兩根管的出水口位于同一水平面mm■K5習(xí)題1-38附圖試求閥門全開時，管C與管D的流量之比值，摩擦系數(shù)均取0.03。解從水槽的水面至出水口之間列伯努利方程，以出水口的水平面為基準(zhǔn)面，得u2H=—2gTH+ZHfAB fBCu2=—D+ZH+ZH2g fAB fBD（a）BC管的壓頭損失BD管的壓頭損失，口、(i+1ruHH=Ae-^CCfBCd 2gBCV口)(+1)_uAH=A e-^BD DfBDd 2gBD（b）（c）將式（b）與式（。）代入式（a）,得」_?(1+1)寸+A eBCudCBC

,2(1+1)，二+A e~BDudDBDL(i+1”1+A eBD+u dC= BC=UD1+A^dp~BC1+BCqu因dRC=dR,，故流量之比值丁 ~T~=.BCBC quVD Dd=50m0m,1=【d=50m0m,1=00=mm，1=m。試求兩根并聯(lián)管中的流量各為若干？管壁絕對粗糙度為.mm解用試差法求解，設(shè)各支管的流體流動處于完全湍流粗糙管的阻力平方區(qū)。兩根支管的相對粗糙度分別為8dA 0017A7從教材的圖1-28查得A=. ，A7總流量qV= m0h支管1的流量3m37/h=0.59m3/s5+05.支管2的流量qq= 5+6m33/h=1.9m13/s下面核算九值Re=a=d.4.￡=取N 巴dNndN水在20℃時，P= 2g/m口=.x-Pa-s

Re=X6Re9XRe5XReReX6X6從圖上查得XRe=X6Re9XRe5XReReX6X6從圖上查得X49X5X與原假設(shè)相同。從圖上查得與原假設(shè)的接近。故以上計(jì)算結(jié)果正確?！?-40【1-40】在管徑0Pam5mX8mm的管路中心處安裝皮托測速管，測量管路中流過的空氣流量?？諝鉁囟葹?1℃，壓力為Pa解空氣溫度T―+1—2K,絕對壓力P—14kP7a，空氣的密度為-PM-P———X—.kg/mRT8.31X429R—R'sina—2sin=.mm—.8m7X（絕對壓力）。用斜管壓差計(jì)測量，指示液為水，讀數(shù)為200mm，傾斜角度為20度。試計(jì)算空氣的質(zhì)量流量。水的密度P=kg/mumax.78umax.78m/sduP 0.30X927.8X1.74Re= max-= =.Xmax |1 .X-u查得丁一umax兀 兀一空氣質(zhì)量流量qm_ duP—X(0 )X.X. —.kg/s【1-