化工原理第二版楊祖榮主編課后習(xí)題答案

化工原理第二版楊祖榮主編課后習(xí)題答案90794

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1.某煙道氣的組成為C0213%,N276%,H2011%(體積%),

試求此混合氣體在溫度500℃＞壓力101.3kPa時(shí)的密度。解：混

合氣體平均摩爾質(zhì)量

Mm=SyiMi=(0.13X44+0.76X28+0.11X18)X

10?3=28.98X10?3kg/mol

...混合密度

Pm=

pMm101.3X103X28.98X10?3==0.457kg/m38.31X

(273+500)RT

2.已知20℃時(shí)苯和甲苯的密度分別為879kg/m3和867kg/m3,

試計(jì)算含苯40%及甲苯60%(質(zhì)量％)的混合液密度。解：

1

Pm

P1

al

+

P2

a2

0.40.6+879867

混合液密度

Pm=871.8kg/m3

3.某地區(qū)大氣壓力為101.3kPa,一操作中的吸收塔塔內(nèi)表壓為

130kPao若在大氣壓力為75kPa的高原地區(qū)操作該吸收塔，且保

持塔內(nèi)絕壓相同，則此時(shí)表壓應(yīng)為多少？解：

p絕=pa+p表=pa+p表

(，P表=(pa+p真)-pa=101.3+130)?75=

156.3kPa

4.如附圖所示，密閉容器中存有密度為900kg/m3的液體。容

器上方的壓力表讀數(shù)為42kPa,又在液面下裝一壓力表，表中心線在

測壓口以上0.55m,其讀數(shù)為58kPa。試計(jì)算液面到下方測壓口的

距離。解：液面下測壓口處壓力

p=p0+PgAz=pl+pgh

△z=pl+Pgh?p0p?pO(58?42)X103=1+h=

+0.55=2.36mPgPg900X9.81

題4

附圖

1

5.如附圖所示，敞口容器內(nèi)盛有不互溶的油和水，油層和水層

的厚度分別為700nlm和600mmo在容器底部開孔與玻璃管相連。已

知油與水的密度分別為800kg/m3和1000kg/m3o(1)計(jì)算玻

璃管內(nèi)水柱的高度；(2)判斷A與B、C與D點(diǎn)的壓力是否相等。

解：(1)容器底部壓力

hlh2c題5附圖ABD

p=pa+P油ghl+P水gh2=pa+P水gh

h=P汕hl+P水h2P水=P汕P水hl+h2=800

X0.7+0.6=1.16m1000

(2)pA/pB

pC=pD

6.為測得某容器內(nèi)的壓力，采用如圖所示的U形壓力計(jì),指示液

為水銀。已知該液體密度為900kg/m3,h=0.8m,R=0.45m0試計(jì)算

容器中液面上方的表壓。解：如圖，1-2為等壓面。

12

pl=p+Pgh

p2=pa+P0gR

題6附圖

p+pgh=pa+P0gR

則容器內(nèi)表壓：

p?pa=P0gR?Pgh=13600X0.45X9.81?900X

0.8X9.81=53.0kPa

7.如附圖所示，水在管道中流動(dòng)。為測得A-A，、B-Bz截面

的壓力差，在管路上方安裝一U形壓差計(jì)，指示液為水銀。已知壓

差計(jì)的讀數(shù)R=180mm,試計(jì)算A-A'、B-B'截面的壓力差。已知水

與水銀的密度分別為1000kg/m3和13600kg/m30解:圖中，1-F

面與2-2'面間為靜止、連續(xù)的同種流體，且處于同一水平面，因

此為等壓面，即

題7附圖

pl=pl'，

p2=p2'

2

又

pl'=pA?pgm

pl=p2+P0gR=p2'+P0gR=pB?Pg(m+R)+

P0gR

所以

pA?Pgm=pB?Pg(m+R)+P0gR

整理得

pA?pB=(P0?P)gR

由此可見，U形壓差計(jì)所測壓差的大小只與被測流體及指示液

的密度、讀數(shù)R有關(guān)，而與U形壓差計(jì)放置的位置無關(guān)。代入數(shù)

據(jù)

pA?pB=(13600?1000)X9.81X0.18=22249Pa

8.用U形壓差計(jì)測量某氣體流經(jīng)水平管道兩截面的壓力差，指

示液為水，密度為1000kg/m3,讀數(shù)R為12mm。為了提高測量精度,

改為雙液體U管壓差計(jì)，指示液A為含40%乙醇的水溶液，密度為

920kg/m3,指示液C為煤油，密度為850kg/m3。問讀數(shù)可以放大多

少倍？此時(shí)讀數(shù)為多少？解：用U形壓差計(jì)測量時(shí)，因被測流體為

氣體，則有

pl?p2Rgp0

用雙液體U管壓差計(jì)測量時(shí)，有

pl?p2=R，g(pA?pC)

因?yàn)樗鶞y壓力差相同，聯(lián)立以上二式，可得放大倍數(shù)

P0R'1000===14.3RPA?PC920?850

此時(shí)雙液體U管的讀數(shù)為

R'=14.3R=14.3X12=171.6mm

9.圖示為汽液直接混合式冷凝器，水蒸氣與冷水相遇被冷凝為

水，并沿氣壓管流至地溝排出?，F(xiàn)已知真空表的讀數(shù)為78kPa,求氣

壓管中水上升的高度ho解：

p+Pgh=pa

題9

附圖

3

水柱高度

h=

pa?p78X103=3=7.95mPg10X9.81

10.硫酸流經(jīng)由大小管組成的串聯(lián)管路,其尺寸分別為676X4mm

和657X3.5mm。已知硫酸的密度為1830kg/m3,體積流量為9n13/h,

試分別計(jì)算硫酸在大管和小管中的(1)質(zhì)量流量；(2)平均流速；

(3)質(zhì)量流速。解：⑴大管：676義4mm

ms=Vs?P=9X1830=16470kg/h

ul=

Vs0.785d

2

9/36000.785X0.0682

=0.69m/s

G1=ulp=0.69X1830=1262.7kg/(m2?s)

(2)小管：657X3.5mm質(zhì)量流量不變

u2=Vs

20.785d2

ms2=16470kg/h

9/36000.785X0.052

=1.27m/s

成,

u2=ul(

dl268)=0.69()2=1.27m/sd250

G2=U2?P=1.27X1830=2324.1kg/(m2?s)

11.如附圖所示，用虹吸管從高位槽向反應(yīng)器加料，高位槽與反

應(yīng)器均與大氣相通，且高位槽中液面恒定?，F(xiàn)要求料液以lm/s的

流速在管內(nèi)流動(dòng)，設(shè)料液在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損失為20J/kg(不包

括出口)，試確定高位槽中的液面應(yīng)比虹吸管的出口高出的距離。解:

以高位槽液面為i-iJ面,管出口內(nèi)側(cè)為2-2,面，在i-r?

2-2'間列柏努力方程:

zlg+

pl

pll2+ul2=z2g+2+u2+SWfp2P2

簡化：

12H=(u2+SWf)/g2

1=(X1+20)4-9.81=2.09m2

4

12.一水平管由內(nèi)徑分別為33nlm及47mm的兩段直管組成，水

在小管內(nèi)以2.5m/s的速度流向大管，在接頭兩側(cè)相距1m的1、2

兩截面處各接一測壓管，已知兩截面間的壓頭損失為70nlmH20,問

兩測壓管中的水位哪一個(gè)高，相差多少？并作分析。解：1、2兩截

面間列柏努利方程：

Ah

zl+

plpl212+ul=z2+2+u2+ShfPg2gPg2g

du2=ul?1?d?2??33??=2.5??=1.23m/s??47??

22

其中：zl=z2

Ah=

1

2

pl?p21122=(u2?ul)+Shf=(1.232?2.52)

+0.07=?0.17mPg2g2X9.81

說明2截面處測壓管中水位高。這是因?yàn)樵撎巹?dòng)能小，因而靜

壓能高。

13.如附圖所示，用高位槽向一密閉容器送水，容器中的表壓

為80kPao已知輸送管路為648X3.5mm的鋼管，管路系統(tǒng)的

能量損失與流速的關(guān)系為2Wf=6.8u2(不包括出口能量損失)，

試求：(1)水的流量；(2)若需將流量增加20%,高位槽應(yīng)

提高多少m?解：(1)如圖在高位槽液面1-1與管出口內(nèi)側(cè)2-2

間列柏努利方程

題13附圖10m

zlg+p2

pl

pll2+ul2=z2g+2+u2+SWfP2P2

(1)

簡化：

zlg=

12+u2+ZWfP2

即解得流量

10X9.81=

80X103122+u2+6.8u210002

u2=1.57m/s

VS=

JI

4

d2u2=0.785X0.0412X1.57=2.07X10?3m3/s

=7.45m3/h

5

'（2）流量增加20%,貝I」u2=1.2X1.57=1.88m/s

此時(shí)有

z'1g=

，zl=（

p2

12+u'2+EW'fP2

80X1031+X1.882+6.8X1.882）/9.81=10.78m

10002

即高位槽需提升0.78mo

14.附圖所示的是丙烯精謂塔的回流系統(tǒng)，丙烯由貯槽回流

至塔頂。丙烯貯槽液面恒定，其液面上方的壓力為2.OMPa（表壓），

精儲(chǔ)塔內(nèi)操作壓力為1.3MPa（表壓）。塔內(nèi)丙烯管出口處高出貯

槽內(nèi)液面30m,管內(nèi)徑為140mm,丙烯密度為600kg/m3o現(xiàn)要求輸

送量為40X103kg/h,管路的全部能量損失為150J/kg（不包括出

口能量損失），試核算該過程是否需要泵。解:在貯槽液面1-1J

與回流管出口外側(cè)2-2,間列柏努利方程：

題14附圖

zlg+

Pl

pll2+ul2+We=z2g+2+u2+SWfP2P2pl

+We=z2g+p2?plp212+u2+EWfp2

簡化：

P

We=

P

msP

2

12+u2+z2g+SWf2

40X103X6003600=1.2m/s0.785X0.142

u2=

0.785d

AWe=

（1.3?2.0）X1061+X1.22+30X9.81+1506002

=?721.6J/kg

不需要泵,液體在壓力差的作用下可自動(dòng)回流至塔中

15.用壓縮空氣將密閉容器中的硫酸壓送至敞口高位輸送管路

為4）37X3.5mm如附圖所示。輸送量為2m3/h,槽，

6題15附圖

的無縫鋼管。兩槽中液位恒定。設(shè)管路的總壓頭損失為1m（不

包括出口）,硫酸的密度為1830kg/m3o試計(jì)算壓縮空氣的壓力。

解：以容器中液面為i-r面,管出口內(nèi)側(cè)為2-2,面，且以i-r

面為基準(zhǔn)，在1-r?2-2,間列柏努力方程：

plpl212ul+zl=2++u2+z2+12hfPg2gP

2g

簡化：

pl12=u2+z2+ShfPg2g

其中：u2=

Vs2/3600==0.786m/sJi20.785X0.032d4

代入：

pl=Pg（

12u2+z2+1：hf）2g1X0.7862+12+1）2X9.81

=1830X9.81X（

=234kPa（表壓）

16.某一高位槽供水系統(tǒng)如附圖所示，管子規(guī)格為645X2.5mm。

當(dāng)閥門全關(guān)時(shí)，壓力表的讀數(shù)為78kPao當(dāng)閥門全開時(shí)，壓力表的

讀數(shù)為75kPa,且此時(shí)水槽液面至壓力表處的能量損失可以表示為

2Wf=u2J/kg（u為水在管內(nèi)的流速）。試求：（1）高位槽

的液面高度；。（2）閥門全開時(shí)水在管內(nèi)的流量（m3/h）解：（1）

閥門全關(guān),水靜止

題16附圖

1

h

P=Pgh

Ah=p78X103=3=7.95mPg10X9.81

（2）閥門全開：在水槽1-r面與壓力表2-2,面間列柏努力

方程：

7

zlg+

Pl

pll2+ul2=z2g+2+u2+SWfP2P2p212

+u2+fp2

簡化：zlg=

7.95X9.81=

解之：

75X103122+u2+u210002

u2=1.412m/s

4

二.流量：Vs=JId2u2=0.785X0.042X1.412=1.773

X10?3m3/s

=6.38m3/h

17.用泵將常壓貯槽中的稀堿液送至蒸發(fā)器中濃縮，如附圖所示。

泵進(jìn)口管為689X3.5mm,堿液在其中的流速為1.5m/s；泵出口

管為*76X3mmo貯槽中堿液的液面距蒸發(fā)器入口處的垂直距離為

7mo堿液在管路中的能量損失為40J/kg（不包括出口）蒸發(fā)器內(nèi)堿

液蒸發(fā)壓力保持在20kPa（表壓），堿液的密度為1100kg/m3o設(shè)

泵的效率為58%,試求該泵的軸功率。解：取貯槽液面為截

面，蒸發(fā)器進(jìn)料口管內(nèi)側(cè)為2-2截面，且以1T截面為基準(zhǔn)面。在

1-1與2-2間列柏努利方程：

題17附圖

zlg+

pl

pll2+ul2+We=z2g+2+u2+SWfP2P2

We=(z2?zl)g+

zl=O；z2=7m；

(a)

或

p?pll22(u2?ul)+2+SWf2p

(b)

其中：

pl=O(表壓)ul^O；P2=20X10Pa(表壓)

3

已知泵入口管的尺寸及堿液流速，可根據(jù)連續(xù)性方程計(jì)算泵出

口管中堿液的流速：

u2=u入(

d入282)=1.5()2=2.06m/sd270

P=1100kg/m3,SWf=40J/kg

8

將以上各值代入(b)式，可求得輸送堿液所需的外加能量

We=7X9.81+

堿液的質(zhì)量流量

120X103X2.062++40=12921100

J/kg

ms=

jt

4

d2u2P=0.785X0.072X2.06X1100=8.72

2

kg/s

泵的有效功率

Ne=Wems=129X8.72=1125W=1.125kW

泵的效率為58%,則泵的軸功率

N=

Ne

n

1.125=1.940.58

kW

18.如附圖所示，水以15m3/h的流量在傾斜管中流過，管內(nèi)徑

由100mm縮小到50mm。A、B兩點(diǎn)的垂直距離為0.1m。在兩點(diǎn)間連

接一U形壓差計(jì)，指示劑為四氯化碳，其密度為1590kg/m3o若忽

略流動(dòng)阻力，試求：(1)U形管中兩側(cè)的指示劑液面哪側(cè)高，相

差多少mm?(2)若保持流量及其他條件不變，而將管路改為水

平放置，壓差計(jì)的讀數(shù)有何變化？則解：在「1與2-2截面間列

柏努利方程

zlg+

其中：ul=

pl

pll2+ul2=z2g+2+u2+EWfP2P2

=15/36000.785X0.12=0.531m/s

VS0.785d12

u2=

VS

20.785d2

15/36000.785X0.052

=2.123m/s

題18附圖

z2?zl=0.Im

NWf=0

(1)

pl?p2

p

12=(z2?zl)g+(u2?ul2)2

=0.1X9.81+0.5X(2.1232?0.5312)=3.093

由靜力學(xué)基本方程：

9

(pl+Pgzl)?(p2+Pgz2)=(P0?P)gR

R==(pl+Pgzl)?(p2+Pgz2)(pl?p2)+Pg

(zl?z2)=(P0?P)g(P0?P)g3.093X1000?1000

X9.81X0.1=0.365m(1590?1000)X9.81

(2)

故U形壓差計(jì)兩側(cè)為左低右高。

(2)當(dāng)管路水平放置時(shí)：由柏努利方程

pl?p2

P

pl?p2

12(u2?ul2)2Rg(P0?P)

由靜力學(xué)方程

P

P

兩式聯(lián)立：

Rg(P0?P)

P

12(u2?ul2)2

可見，流量不變時(shí)，ul,u2不變，即U形壓差計(jì)讀數(shù)不變。

19.附圖所示的是冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的密度為1100

kg/m3,循環(huán)量為45m3/ho管路的內(nèi)徑相同，鹽水從A流經(jīng)兩個(gè)換

熱器至B的壓頭損失為9m,由B流至A的壓頭損失為12m,問：(1)

若泵的效率為70%,則泵的軸功率為多少？(2)若A處壓力表的

讀數(shù)為153kPa,則B處壓力表的讀數(shù)為多少？解：（1）對于循環(huán)

系統(tǒng)：

He=Shf=9+12=21m

題19附圖

Ne=He?VsPg=21X45

軸功率：N=

3600

X1100X9.81=2.83kW

Ne2.83==4.04kWn0.7

（2）A-B列柏努力方程：

pApl212+uA+zA=B+uB+zB+XhfABPg2g

Pg2g

10

簡化：

pApB=+zB+XhfABPgPg

153X103=pB+1100X9.81X（7+9）pB=?19656

Pa（表）B處真空度為19656Pa。

20.用離心泵將20℃水從貯槽送至水洗塔頂部，槽內(nèi)水位維持

恒定。泵吸入與壓出管路直徑相同，均為076X2.5mm。水流經(jīng)吸

入與壓出管路（不包括噴頭）的能量損失分別，式中，u為水在管

內(nèi)的流速。在操作條件下，泵入為2Wfl=2u2及SWf2=10u

2（J/kg）口真空表的讀數(shù)為26.6kPa,噴頭處的壓力為98.IkPa

（表壓）。試求泵的有效功率。解：以水槽液面為1T截面，泵

入口處為2-2截面，且以面為基準(zhǔn)面。在兩截面間列柏努利方

程

zlg+

pl

pll2+ul2=z2g+2+u2+EWflP2P2p21

2+u2+SWf1=0P2

簡化為

z2g+

題20

附圖

即解得

1.5X9.81?

u2=2.18m/s

26.6X103122+u2+2u2=010002

在水槽IT截面與噴頭處3-3截面間列柏努利方程

zlg+

pl

pll2+ul2+We=z3g+3+u3+SWfP2P2p3

12+u3+SWfp2

簡化為

We=z3g+p3

即其中

We=z3g+

u=u3=u2=2.18m/s

pl22+u3+2u2+lOu2=z3g+3+12.5u3P2P

11

則水的流量：泵有效功率

We==14X9.81+

mS=VsP=

98.1X103+12.5X2.182=294.8J/kg1000

JI2dUP=0.785X0.0712X2.18X1000=8.63kg/s4

Ne=mSWe=8.63X294.8=2544W=2.544kW

21.25℃水以35m3/h的流量在676X3mm的管道中流動(dòng)，試判

斷水在管內(nèi)的流動(dòng)類型。解：查附錄25℃水物性：

P=996.95kg/m3,n=0.903cP

u=

Vs0.785d

2

3600=2.53m/s0.785X0.072

35

Re=

dup

U

0.07X996.95X2.53=1.955X105?4000?30.903X

10

??

為湍流

22.運(yùn)動(dòng)黏度為3.2X105m2/s的有機(jī)液體在676X3.5mm的

管內(nèi)流動(dòng)，試確定保持管內(nèi)層流流動(dòng)的最大流量。解：

Re=duPdu==2000vu2000v2000X3.2X10?5=

=0.927m/s0.069d

n2dumax=0.785X0.0692X0.927=3.46X10?3

m3/s4

umax=

Vmax=

=12.46m3/h

長23.計(jì)算10℃水以2.7X103m3/s的流量流過

4）57X3.5mm、20m水平鋼管的能量損失、（設(shè)管壁的粗糙度為

0.5mm）壓頭損失及壓力損失。解：

u=Vs0.785d2=2.7X10?30.785X0.052=1.376m/s

10°。水物性：

P=999.7kg/m3,n=1.305X10?3pa?s

Re=

duP0.05X999.7XI.376==5.27X104u1.305X10?3

12

E

d

0.5=0.0150

查得

入=0.041

1u2201.3762=0.041XX=15.53J/kgd20.052

ZWf=X

Shf=SWf/g=l.583m

△Pf=SWf?p=15525Pa

24.如附圖所示，水從高位槽流向低位貯槽，管路系統(tǒng)中有兩個(gè)

90。標(biāo)準(zhǔn)彎頭及一個(gè)截止閥，管內(nèi)徑為100mm,管長為20m。設(shè)摩

擦系數(shù)人=0.03,試求：（1）截止閥全開時(shí)水的流量；（2）

將閥門關(guān)小至半開，水流量減少的百分?jǐn)?shù)。解：如圖取高位槽中液

面為1-V面，低位貯槽液面為2-2,截面，且以2-2z面為基準(zhǔn)

面。在1_1'與2-2,'截面間列柏努利方程：

12pl2pzlg+ul+l=z2g+u2+2+SWf2P

2P

其中：zl=4；z2=0；簡化得ul^O；u240；pl=0（表壓）；

p2=0（表壓）

1

r

4m22'

zlg=SWf

題24附圖

各管件的局部阻力系數(shù)：進(jìn)口突然縮小90。標(biāo)準(zhǔn)彎頭2個(gè)截

止閥（全開）出口突然擴(kuò)大

€=0.5C=0.75X2=1.5€=6.0€=1.0

2c=0.5+1.5+6.0+1.0=9.0

1?u2?20?u2?SWf=?24+入?=?9.0+0.03

X=7.5u2?d?2?0.1?2?

13

4X9.81=7.5u2u=2.29m/s

水流量

VS=JI2du=0.785X0.12X2.29=0.018m3/s=64.8m

3/h4

（2）截止閥關(guān)小至半開時(shí)：截止閥半開的局部阻力系數(shù)此時(shí)

總阻力

€=9.5

l?u'20?u'??'2Wf=?N>+入？=?12.5+0.03

X=9.25u'2?d?2?0.1?2?

閥門關(guān)小后，局部阻力發(fā)生變化，但由于高位槽高度zl不變，

所以管路總阻力不變，即2Wf=2Wf

2

2

7.5u2=9.25u'2

VSu'==VSu

即流量減少10%o

7.5=0.99.25

25.如附圖所示，用泵將貯槽中20℃的水以40m3/h的流量輸

送至高位槽。兩槽的液位恒定，且相差20m,輸送管內(nèi)徑為100mm,

管子總長為80m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長度）。試計(jì)算泵所需

的有效功率。（設(shè)管壁的粗糙度為0.2mm）解：

u=40Vs3600=1.415m/s=Ji20.785X0.12d4

20℃水物性：P=998.2kg/m3,u=1.005cP

Re=duP0.IX998.2X1.415==1.405X105?3u1.005

X10

根據(jù)￡/d=0.2/100=0.002,查得人=0.025

題25附圖

在貯槽1截面到高位槽2截面間列柏努力方程：

zlg+

pl

pll2+ul2+We=z2g+2+u2+SWfP2P2

14

簡化：而:

We=z2g+EWf

SWf=X1+Sleu2801.4152=0.025XX=20.OJ/kg

d20.12

AWe=20X9.81+20.0=216.2J/kg

ms=Vs?P=40

3600

X998.2=11.09kg/s

Ne=We?ms=216.2X11.09=2398Wg2.40kW

26.有一等徑管路如圖所示，A至B的總能量損失為SWf0

從若壓差計(jì)的讀數(shù)為R,指示液的密度為P0,管路中流體的密

度為

P,試推導(dǎo)SWf的計(jì)算式。

解：在A-B截面間列柏努利方程，有

p1212zAg++uA=zBg+B+uB+XWfP2P2

等徑直管，故上式簡化為

pA

題26

附圖

zAg+

pA

P

=zBg+

pB

P

+SWfpA?pB

SWf=(zA?zB)g+

對于U形壓差計(jì)，由靜力學(xué)方程得

p

(1)

pA+zAPg=pB+(zB?R)Pg+RP0g(pA?p

B)+(zA?zB)Pg=R(P0?P)g

(1)、(2)聯(lián)立，得(2)

EWf=

R(P0?P)g

P

27.求常壓下35℃的空氣以12m/s的速度流經(jīng)120m長的水

平通風(fēng)管的能量損失和壓力損失。管道截面為長方形，長為300mm,

寬為200mm。(設(shè)ed=0.0005)解：當(dāng)量直徑：

15

de=

4ab2ab2X0.3X0.2===0.24m2(a+b)a+b0.3+

0.2

35℃空氣物性：P=1.1465kg/m3,P=18.85X10?6pa?

s

Re=

由e

deup

0.24X1.1465X12=1.752X105?618.85X10

d

=0.0005,查得X=0.019

1u2120122=0.019XX=684J/kgde20.242

ASWf=X

APf=XWf?p=684X1.1465=784.2Pa

黏度為1.5mPa-s的28.如附圖所示，密度為800kg/m3、

液體，由敞口高位槽經(jīng)6114X4mm的鋼管流入一密閉容器中，其

壓力為0.16MPa(表壓)，兩槽的液位恒定。液體在管內(nèi)的流速為

1.5m/s,管路中閘閥為半開，管壁的相對粗糙度￡d=0.002,

試計(jì)算兩槽液面的垂直距離Azo解：在高位槽1截面到容器2

截面間列柏努力方程：

題28附圖

zlg+

pl

p112+ul2=z2g+2+u2+EWfP2P2Azg=

p2+LWf

簡化：

P

Re=

由

duP

d

0.106X800X1.5=8.48X1041.5X10?3

E

=0.002,查得人=0.026

管路中：

進(jìn)口90℃彎頭半開閘閥出口

&=0.5&=0.75g=4.5&=1

2個(gè)

16

￡Wf=(入

1u230+1601.52+Z^)=(0.026X+0.5+2X0.75

+4.5+1)Xd20.1062

=60.87J/kg

Az=(

p20.16X106+LWf)/g=(+60.87)/9.81=26.6m

P800

29.從設(shè)備排出的廢氣在放空前通過一個(gè)洗滌塔，以除去其中的

有害物質(zhì)，流程如附圖所示。氣體流量為3600m3/h,廢氣的物理性

質(zhì)與50℃的空氣相近，在鼓風(fēng)機(jī)吸入管路上裝有U形壓差計(jì)，指示

液為水，其讀數(shù)為60mm。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55m（不包括進(jìn)、出塔及管出口阻

力），放空口與鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口管水平面的垂直距離為15m,已估計(jì)氣

體通過洗滌塔填料層的壓力降為2.45kPa。管壁的絕對粗糙度取為

0.15mm,大氣壓力為101.3kPa。試求鼓風(fēng)機(jī)的有效功率。

解：

以吸入管測壓處為i-r面,洗滌塔管出口內(nèi)側(cè)為2-2,面，

列柏努力方程：

zlg+

pl

pll2+ul2+We=z2g+2+u2+ZWfp2P2Pl

+We=Z2g+SWf

簡化：

P

題29

附圖

其中：

pl=PH20gR=1000X9.81X0.06=588.6pa

u=

Vs0.785Xd

2

3600=20.38m/s0.785X0.252

P=1.093kg/m3,u=19.6X10?6pa?s

3600

50℃空氣物性：

Re=

duP0.25XI.093X20.38==2.84X105?6u19.6X

10

又查得

e

d

0.15=0.0006250

X=0.018

17

SWf=(X=(X

1+Xleu2+;進(jìn)+&出)+Wf塔2d

l+Eleu2Ap'+g進(jìn)+1出)+d2P5520.382

2.45X103+1.5)X+0.2521.093

=(0.018X

=3375J/kg

AWe=z2g+SWf?pl/p

=15X9.81+3375?588.6/1.093=2983.6J/kg

Ne=ms?We=Vs?P?We=3600

3600

X1.093X2983.6=3.26kW

30.密度為850kg/m3的溶液，在內(nèi)徑為0.1m的管路中流動(dòng)。

當(dāng)流量為4.2X10-3m3/s時(shí)，溶液在6m長的水平管段上產(chǎn)生

450Pa的壓力損失，試求該溶液的黏度。解：流速

u=VS0.785d2=4.2X10?30.785X0.12=0.535m/s

設(shè)液體在管內(nèi)為層流流動(dòng)，則

△pf=

32ulud2

=450X0.12=0.0438Pa?s32X6X0.535

黏度校核Re：Re=

u=

Apfd2321u

dpu0.IX850X0.535==1038<2000u0.0438

流動(dòng)為層流，以上計(jì)算正確。該液體的黏度為0.0438Pa-So

31.黏度為30cP、密度為900kg/m3的某油品自容器A流過

內(nèi)徑40nlm的管路進(jìn)入容器B°兩容器均為敞口，液面視為不變。

管路中有一閥門，閥前管長50m,閥后管長20m(均包括所有局部

阻力的當(dāng)量長度)。當(dāng)閥門全關(guān)時(shí)，閥前后的壓力表讀數(shù)分別為

88.3kPa和44.2kPa。現(xiàn)將閥門打開至1/4

18題31附圖

開度，閥門阻力的當(dāng)量長度為30mo試求：(1)管路中油品的

流量；(2)定性分析閥前、閥后壓力表讀數(shù)的變化。解：(1)

閥關(guān)閉時(shí)流體靜止，由靜力學(xué)基本方程可得：

pl?pa88.3X103zA===10mPg900X9.81zB=

p2?pa44.2X103==5mPg900X9.81

當(dāng)閥打開14開度時(shí)，在A與B截面間列柏努利方程：

zAg+

其中：

12pA12puA+=zBg+uB+B+SWf2P2P

pA=pB=0(表壓)，uA=uB=0

則

有

1+Sleu2(zA?zB)g=SWf=Xd2

(a)由于該油品的黏度較大，可設(shè)其流動(dòng)為層流，則

X

6464p=RedPu

64n1+Sleu232n(l+21e)u=2dpudd2P

代入式(a)，有

(zA?zB)g=

u=

d2P(zA?zB)g0.042X900X(10?5)X9.81==

0.736m/s32u(1+S1e)32X30X10?3X(50+30+

20)

校核：假設(shè)成立。

Re=

dPu

U

0.04X900X0.736=883.2<200030X10?3

油品的流量：

VS=

JI

4

d2u=0.785X0.042X0.736=9.244X10?4m3/s

=3.328m3/h

(2)閥打開后：

19

在A與1截面間列柏努利方程：

zAg+

12pA12puA+=zlg+ul+1+SWfA?l2P2P1

2plul++SWfA?l2P

pl+(X11u2+1)1d211u2+1)1d2

簡化得

zAg=

或

zAg=pl

P

P

=zAg?(A.

顯然，閥打開后ulf,plJ,即閥前壓力表讀數(shù)減小。在2與

B截面間列柏努利方程：

z2g+

p2

12p212pu2+=zBg+uB+B+SWf2?B2P2

P

12u2?1）2d2

簡化得

P

=zBg+（入

因?yàn)殚y后的當(dāng)量長度12中已包括突然擴(kuò)大損失，也即人故閥

打開后u23P23即閥后壓力表讀數(shù)增加。

12?1>0,d

32.20°。苯由高位槽流入貯槽中，兩槽均為敞口，兩槽液面恒定

且相差5m。輸送管為

<t>38X3mm的鋼管（￡=0.05mm）總長為100m（包括所有局

部阻力的當(dāng)量長度），求苯的

流量。解：在兩槽間列柏努力方程，并簡化：

Azg=XWf

即：

Azg=入

1+Xleu2d2

代入數(shù)據(jù)：

100u25X9.81=XX0.0322

化簡得：

Xu2=0.03139

20

e

d

查完全湍流區(qū)設(shè)

0.05=0.0015632

X=0.022

u=1.22m/s

入=0.021,由（1）式得

由附錄查得20℃苯物性：

P=879kgm3

U=0.737mPas

Re=

dPu

U

0.032X879X1.22=4.66X1040.737X10?3

查圖，X=0.026再設(shè)

X=0.026,由(1)得u=1.lOm/s

0.032X879X1.10=4.20X104?30.737X10

假設(shè)正確

Re=

查得人=0.26

u=1.10m/s

流量：Vs=

33JI2du=0.785X0.0322X1.1=8.84X10?4m

=3.183msh4

33.某輸水并聯(lián)管路，由兩個(gè)支路組成，其管長與內(nèi)徑分別為：

11=1200m,d1=0.6m；

12=800m,d1=0.8mo已知總管中水的流量為2.2m3/s,

水溫為20℃,試求各支路中水的

流量。(設(shè)管子的粗糙度為0.3mm)解：設(shè)兩支路中的流動(dòng)均

進(jìn)入阻力平方區(qū)，由

￡/dl=0.3/600=0.0005及

e/d2=0.3/800=0.000375,查得入1=0.017,入

2=0.0156

VS1:VS2==

5dl5d2:X1(1+SIe)1人2(1+S1e)2

0.650.85:=0.0617:0.1620.017X12000.0156X800

VS2=

又

0.162VS1=2.6256VS10.0617

VS=VS1+VS2=3.6256VS1

21

VSI=

VS2.2==0.61m3/s3.62563.6256

VS2=2.6256VSI=2.6256X0.61=1.60m3/s

校核Re：支管1：

ul=VSI0.785dl2=0.610.785X0.62=2.16m/s

Rei=

d1Pul0.6X1000X2.16==1.296X106?3uIX10

流動(dòng)接近阻力平方區(qū)，XI=0.017o支管2：

u2=VS2

20.785d2

1.600.785X0.82

=3.18m/s

Re2=

d2pu2

0.8X1000X3.18=2.54X106?31X10

流動(dòng)接近阻力平方區(qū)，XI=0.0156o故以上計(jì)算有效。兩

支管的流量分別為0.61m3/s、1.60m3/s

34.如附圖所示，高位槽中水分別從BC與BD兩支路排出，其

中水面維持恒定。高位槽液面與兩支管出口間的距離為10moAB管

段的內(nèi)徑為38mm、長為28m；BC與BD支管的內(nèi)徑相同，均為32mm,

長度分別為12m、15m（以上各長度均包括管件及閥門全開時(shí)的當(dāng)

量長度）。各段摩擦系數(shù)均可取為0.03。試求：（1）BC支路閥

門全關(guān)而BD支路閥門全開時(shí)的流量；（2）BC支路與BD支路閥

門均全開時(shí)各支路的流量及總流量。

題34附圖

10

解：(1)在高位槽液面與BD管出口外側(cè)列柏努利方程：

pl

pll2+zlg+ul2=2+z2g+u2+SWfp2P2

簡化：Azg=

fABD

22

而

XWfABD=ZWfAB+SWfBD=X

1ABul21u2+XBD2dl2d22

二.有：10X9.81=0.03

化簡

228ul215u2+0.030.03820.0322

211.05ul2+7.03u2=98.1

又由連續(xù)性方程：

u2=(

代入上式：

dl238)ul=()2ul=1.41uld232

11.05ul2+7.03X1.412ul2=98.1

解得：ul=1.98m/s流量：Vs=

33JI2d1ul=0.785X0.0382X1.98=2.244X10?3

m=8.08msh4

(2)當(dāng)BD,BC支路閥均全開時(shí)：

QC,D出口狀態(tài)完全相同，分支管路形如并聯(lián)管路，

二.XWfBc=XWfBD

221BCu31BDu2X=Xd32d22

2212u3=15u2

u3=1.118u2

又

(1)

Vsl=Vs2+Vs3

Jt

4

dl2ul=

JI

4

2d2u2+

JI

4

2d3u3

382ul=322u2+322u3=322X2.118u2

二.ul=1.502u2

在高位槽液面與BD出口列柏努利方程：(2)

△Z?g=￡Wf=XWfAB+￡WfBD

23

10X9.81=0.03

228ul215u2+0.030.03820.0322

211.05ul2+7.03u2=98.1

(3)

將(2)代入(3)式中：

2211.05X1.5022u2+7.03u2=98.1

解得：u2=1.752ms流量：Vsi=

Vs2=Vs3=

ul=2.63m

s

u3=1.96m

s

33JI2d1ul=0.785X0.0382X2.63=2.98X10?3

m=10.73msh433n2d2u2=0.785X0.0322X1.752

=1.408X10?3m=5.07msh433JT2d3u3=0.785X

0.0322X1.96=1.576X10?3m=5.67msh4

35.在內(nèi)徑為80nlm的管道上安裝一標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，孔徑為

40mm,U形壓差計(jì)的讀數(shù)為350mmHg。管內(nèi)液體的密度為1050kg/m3,

黏度為0.5cP,試計(jì)算液體的體積流量。解：

A040=()2=0.25A180

設(shè)Re>Rec,查得CO=0.625

Vs=C0AO

32Rg(P1?P)2X0.35X(13600?1050)X981=0.625

X0.785X0.042=7.11X10?3msP1050

u=

Vs0.785d12

7.11X10?30,785X0.082

=1.415m

s

Re=

dluP

U

0.08X1.415X1050=2.38X105?30.5X10

4

而Rec=7X10

Re>Rec

*

*?

假設(shè)正確，以上計(jì)算有效。

36.用離心泵將20c水從水池送至敞口高位槽中，流程如

121.5m

附圖所示，兩槽液面差為12m。輸送管為4)57X3.5mm的鋼管,

24

題36

附圖

吸入管路總長為20m,壓出管路總長為155m(均包括所有局部

阻力的當(dāng)量長度)。用孔板流量計(jì)測量水流量，孔徑為20mm,流

量系數(shù)為0.61,U形壓差計(jì)的讀數(shù)為600mmHg。摩擦系數(shù)可取為

0.02o試求：(1)水流量，m3/h；(2)每kg水經(jīng)過泵所獲得的

機(jī)械能；(3)泵入口處真空表的讀數(shù)。

解：(1)Vs=C0A0

2Rg(P0?P)

P

2X0.6X9.81X(13600?1000)1000

3

=0.61X0.785X0.022

=2.33X10?3m

3

s

=8.39m

h

(2)以水池液面為1?1'面，高位槽液面為2?2，面，

在1?1'~2?2，面間列柏努利方程：

pl

p112+ul2+zlg+We=2+u2+z2g+￡WfP2

P2

We=Azg+SWf

簡化：

而

EWf=入

Vs

1+Eleu2d2

=2.33X10?30.785X0.052=1.19m

其中：u=

0.785d

2

s

￡

Wf=0.02X

1751.192X=49.56Jkg0.052

AWe=12X9.81+49.56=167.28J

kg

(3)在水池液面1?lz面與泵入口真空表處3?3面間列

柏努利方程：

pl

P112+ul2+zlg=3+u3+z3g+l：Wfl?3P2

P2P312+u3+Z3g+SWfl?3P