化工原理第二版答案柴诚敬主编

1、绪论SI单位。1.从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为(1 )水的黏度 口 =0.00856g/(cm s)(2) 密度 p =138.6kgf?s 2/m4(3) 某物质的比热容 C=0.24BTU/(lb?)(4) 传质系数 K=34.2kmol/(m ?h?atm)(5 )表面张力 d =74dy n/cm(6 )导热系数 入=1kcal/(m?h? C )解：本题为物理量的单位换算。(1) 水的黏度基本物理量的换算关系为1kg=1000g, 1m=100cm-g1kg 100cm4 打 、4冋I-0.008568.56 10 kg m s =8.56 10Pa s则| cm s

2、 1000g 1m(2) 密度基本物理量的换算关系为21kgf=9.81N , 1N=1kg?m/s=138.6=1350kg m3kgf s2 9.81N 1kg m s2 IL m4_1kgf _ 1N(3) 从附录二查出有关基本物理量的换算关系为1BTU=1.055kJ , lb=0.4536kg则(4) 传质系数基本物理量的换算关系为1h=3600s, 1atm=101.33kPa则(5) 表面张力基本物理量的换算关系为_ 51dy n=1 x 10 N1m=100cm则、 I I:(6) 导热系数基本物理量的换算关系为31kcal=4.1868 x 10 J, 1h=3600s则2

3、乱堆25cm拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即 式中HE等板高度，ft ;G-气相质量速度，lb/(ft 2?h);D塔径，ft ;Z0每段(即两层液体分布板之间)填料层高度，ft ；a相对挥发度，量纲为一；一液相黏度，cP；pL液相密度，lb/ft 3A B C为常数，对25mm的拉西环，其数值分别为0.57、-0.1及1.24。试将上面经验公式中各物理量的单位均换算为SI单位。解：上面经验公式是混合单位制度，液体黏度为物理单位制，而其余诸物理量均为英制。经验公式单位换算的基本要点是：找出式中每个物理量新旧单位之间的换算关系，导出物理量“数字”的表达式,然后代入经

4、验公式并整理，以便使式中各符号都变为所希望的单位。具体换算过程如下：(1 )从附录查出或计算出经验公式有关物理量新旧单位之间的关系为11b ft2 h =1.356 10Jkg m2 s (见 1)a量纲为一，不必换算1 lb3=1 他丫 丫3.2803和3 =16.01kg/m 2ft ft3.2.20461b. 1m(2) 将原符号加上以代表新单位的符号，导出原符号的“数字”表达式。下面以HE为例：则办二血殊山 宓価=3.2803血ft ft m'l I / ”少 flu同理 G =G 1.356 10- =737.5G./I j / 11、汀(3) 将以上关系式代原经验公式，得整

5、理上式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即第一章流体流动流体的重要性质1.某气柜的容积为6000m3,若气柜内的表压力为 5.5kPa，温度为40C。已知各组分气体的体积分数为：H240%N20% CO32% CQ7% CHd%大气压力为101.3kPa，试计算气柜满载时各组分的质量。解：气柜满载时各气体的总摩尔数山=pv = 101.3 5.5 1000.0 6000 mol = 246245.4mol RT8.314x313各组分的质量：2 若将密度为830kg/m3的油与密度为710kg/m3的油各60kg混在一起，试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。解：mt =mh m2 =

6、 60 60 kg = 120kg流体静力学3. 已知甲地区的平均大气压力为85.3kPa，乙地区的平均大气压力为101.33kPa，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20kPa。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？解：（1）设备内绝对压力I / f f I *绝压=大气压-真空度=85.3 103 _20 103 Pa=65.3kPa（2）真空表读数真空度=大气压-绝压=101.33 1 03 - 65.3 1 03 Pa =36.03kPa4. 某储油罐中盛有密度为 960kg/m3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底 9.5m,

7、油面上方与大气相通。在 罐侧壁的下部有一直径为 760mm的孔，其中心距罐底 1000mm孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作 压力为39.5 x 106Pa,问至少需要几个螺钉（大气压力为 101.3 x 103Pa）?解：由流体静力学方程，距罐底1000mm处的流体压力为作用在孔盖上的总力为每个螺钉所受力为因此5. 如本题附图所示， 流化床反应器上装有两个U管压差计。读数分别为 R=500mm R=80mm指示液为水银。u .'' 习题4附图习题5附图习题6附图为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度 F3=100mm试求A B

8、两点的表压力。解：（1） A点的压力Pa =:水gRs?汞gR2 M1000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 Pa=1.165 104Pa （表）（2） B点的压力6 如本题附图所示，水在管道内流动。为测量流体压力，在管道某截面处连接 U管压差计，指示液为水银, 读数R=100mm h=800mm为防止水银扩散至空气中，在水银面上方充入少量水，其高度可以忽略不计。已知当 地大气压力为101.3kPa，试求管路中心处流体的压力。解：设管路中心处流体的压力为p根据流体静力学基本方程式，Pa二Pa，则 p+ 匚水gh+ 二汞gR 二 Pa7 .某工厂为了控制乙炔发生炉内的压力不超过

9、 置，如本题附图所示。液封的作用是，当炉内压力超 便从液圭寸管排出。试求此炉的安全液圭寸管应插入槽内13.3kPa （表压），在炉外装一安全液封管习题7附图（又称水封）装 过规定值时，气体 水面下的深度ho解：'-:水 gh =13.3流体流动概述38.密度为1800kg/m的某液体经一内径为60mnm勺若其平均流速为0.8m/s ,求该液体的体积流量（m/h ）、2和质量通量kg/（m s）。解：n 23.1423F3 JVh =uA=u-d2 =0.8 0.062 3 6 00 m3 sr8.14m3 h449.在实验室中，用内径为1.5cm的玻璃管路输送20 C的70%醋酸。SI

10、和厘米克秒单位计算该流动的雷诺数，并指出流动型态。解：（1）用SI单位计算查附录 70%醋酸在 20C时，P =1069kg,m3，卩=2.50 x10Pa sUb =10/(60 汽 n 4 汇0.0152 汉 1069 /s = 0.882 m 's R-dUb-故为湍流。（2 ）用物理单位计算Id =1.5cm ,山=88.2cm s管道输送到某处， 质量流量（kg/s）已知质量流量为 10kg/min。试分别用用=0.015 0.882 1069 2.5 10； 1=565710 .有一装满水的储槽，直径1.2m，高3m现由槽底部的小孔向外排水。小孔的直径为4cm,测得水流过小

11、孔的平均流速U0与槽内水面高度Z的关系为：试求算（1）放出1m水所需的时间（设水的密度为1000kg/m3）;（ 2）又若槽中装满煤油，其它条件不变，放出1m煤油所需时间有何变化（设煤油密度为800kg/m3）?解：放出1ni水后液面高度降至 Z1,则 由质量守恒，得dM0，XM =：AZ（A为储槽截面积）w2 _w1Wt =0 （无水补充）故有 0.62 汎.2gz ；A-dZ =0即 dZ 二 _0.62A°cH2gzA上式积分得 e =（_A）（zl2 _z12）0.6227 Ao管路出口高于地面 1.5m o11.如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面 7m水从01O8mnX

12、4mmB勺管道中流出,习题14附图已知水流经系统的能量损失可按刀 hf=5.5计算，其中u为水 在管内的平均流速 （m/s） o设流动为稳态，试计算（1） A-A' 截面处水的平均流速；（2）水的流量（nf/h ）o 解：（1） A-A'截面处水的平均流速在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程，得gz1 +丄口：1 +=gz2+乌 +送hf （1）式中 Z1=7m Ub1 0, p1=0 （表压）2Z2=1.5m, p2=0 （表压）， Ub2=5.5 u代入式（1）得（2 ）水的流量（以 m/h计）习题11附图习题12附图12 . 20 C的水以2.5m/s的平均流速

13、流经 0 38mnX 2.5mm的水平管，此管以锥形管与另一 0 53mm< 3mm的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察习题13附图两截面的压力。若水流经 A、B两截面间的能量损失为 1.5J/kg，求两玻璃管 的水面差（以 mm计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。解：在A B两截面之间列机械能衡算方程式中 Z1=Z2=0, ubi =3.0m s刀 hf=1.5J/kg故 P1 -5 =0.866/9.81m =0.0883m =88.3mm13 如本题附图所示，用泵 2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面

14、维持恒定，其上方压力为1.0133 105Pa。流体密度为800kg/m3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21 x105Pa,进料口高于储罐内的液面8m输送管道直径为 068mm 4mm进料量为20M5/h。料液流经全部管道的能量损失为70J/kg，求泵的有效功率。解：在截面a-A 和截面B-B 之间列柏努利方程式，得0.21 1.0133 抑 05 1.9662We9.8 8.014本题附图所示的贮槽内径D=2m槽底与内径do|( 800 2=2.46 1.93 78.4 70 J kg =175J kgNe =wSWe =20 3600 800 173W =768.9Whi为2m （以管子中

15、心线为基准）。液体在管内流动时的为32mm的钢管相连，槽内无液体补充，其初始液面高度全部能量损失可按刀hf=20u2计算，式中的u为液体在管内的平均流速（m/s）。试求当槽内液面下降 1m时所需 的时间。解：由质量衡算方程，得Wl =W2dM（ 1）drW； =0,W2 = nd02ub ；- ( 2)4dMdr= nD2rdh (3)4 dr2生 20u2 =20.5ub2或写成h =2°59.812UbUb=0.692、h (5)将式（2）,（ 3）代入式（1）得即 ub+（D）2 黔0 （4）在贮槽液面与管出口截面之间列机械能衡算方程2即gh =学=（4）与式（5）联立，得-5

16、645 -dh=d6 vhi.c. 9 =0, h=h1=2m 9 = 9 , h=1m 积分得 v -乃645 21 -212 S =4676s =1.3hb,高度2yo，且b»y。，流道动量传递现象与管内流动阻力15 某不可压缩流体在矩形截面的管道中作一维定态层流流动。设管道宽度为 长度为L,两端压力降为 p，试根据力的衡算导出（1）剪应力t随高度y （自中心至任意一点的距离）变化的关系式；（2）通道截面上的速度分布方程；（3）平均流速与最大流速的关系。解：（1）由于b>>y。,可近似认为两板无限宽，故有1 A-ip（- p 2yb）y （1）2bLL（2）将牛顿黏性

17、定律代入（1 ）得 上式积分得uy2 C （2）2 -L边界条件为y=°, u=0,代入式（2）中，得C=-C供y2因此心舟（y2小（3）(3) 当 y=yo, U=Umax故有Umax2y。再将式（3）写成根据Ub的定义，得16.不可压缩流体在水平圆管中作一维定态轴向层流流动，试证明（1）与主体流速u相应的速度点出现在离管壁0.293 ri处，其中ri为管内半径；（2）剪应力沿径向为直线分布，且在管中心为零。I L i”!解：（1） U=Umax（l）22Ub.|1（ I （ 1）-匚-当U=Ub时，由式（1 ）得解得 r =0.707i由管壁面算起的距离为y円 -=匚-0.707

18、0.293 （2）.=du对式（1）求导得 dr=竺二兮土（3）皆2'21rA在管中心处，r=0,故t =0。17 .流体在圆管内作定态湍流时的速度分布可用如下的经验式表达试计算管内平均流速与最大流速之比u/ Umax。1 r1 R r 计7解：u -uz2 ndr =2 Mumax2 ndrtR2znV0l R 丿 max I I-令1 - y,贝V r =R(1 y)R18.某液体以一定的1 R111U 吕 0 Uz2 ndr 占 0 y1 x 2 衣(1 -y)dy = 2Umax 0(y17 - y87)dy =0.817Umax nRtJr1/2，问因流动阻力而产生的质量流量

19、在水平直圆管内作湍流流动。若管长及液体物性不变，将管径减至原来的 能量损失为原来的多少倍？解：流体在水平光滑直圆管中作湍流流动时或hf pf / "= 1d 2'hf2 =（二）0）（均2T hf1人 d2 U b1式中勺=2, ub2=（巴）2=4d2u d2Ub2因此 ' hf2 =（丄）（2）（4） 2=32-17人竹-1v又由于譽'2 = （ Re1 严=（d1Ub1）0.25 = （ 2X 1 ）0.25=（ 0.5 ）1R©2d2%240.25=0.841- h故=32X 0.84=26.9Z hf!19.用泵将2X 104kg/h的溶液

20、自反应器送至高位槽反应器液面上方保持 25.9 x 103Pa的真空度，高位槽液面上方为大 气压。管道为76mnX 4mmt勺钢管，总长为 35m,管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为17m若泵的效率为0.7 ,求泵的轴功率。（已知溶液的密度为 1073kg/m3,黏度为6.3 10-4Pa s。管 壁绝对粗糙度可取为 0.3mm=）解：在反应器液面1-1，与管路出口内侧截面 2-2，间列机械能衡算方 程，以截面1-1，为基准水平面，得2 2gz U； P We =gz ：2 P：、hf （1）（见本题附图）。习题19附图式中

21、 Z1=0, Z2=17m, Ub1 0 p1=-25.9 x 103Pa（表）,p2=0（表） 将以上数据代入式（1），并整理得23=9.81 x 17+1.43_ + 25.9 10 +、21073hf =192.0+ ' g其中hf = （ ' + LLe +、2）Ub2_25=1.656 x 10Re 二曲=°.06843 丁7340.63 x10根据Re与e/d值，查得 入=0.03，并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为闸阀（全开）：0.43 x 2m=0.86m 标准弯头：2.2 x 5m=11m故' h =（0.03 x 35 0.86 1

22、1 +0.5+4）1.4320.068J kg =25.74J/kg于是 We = 192.0 25.74 J kg =217.7J kg泵的轴功率为217.7 2 104Ns=We w/ =W =1.73kW3600x0.7流体输送管路的计算20如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为习题20附图100mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15m处安有以水银为指示液的U管压差计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度为20mb（1）当闸阀关闭时，测得R=600mm h=1500mm当闸阀部分开启时，测得R=400m

23、m h=1400mm摩擦系数 人可取为0.025，管路入口处的局部阻力系数取为 0.5。问每小时从管中流出多少水（ni）?0.025。）（2） 当闸阀全开时，U管压差计测压处的压力为多少Pa（表压）。（闸阀全开时Le/d - 15,摩擦系数仍可取解：（1）闸阀部分开启时水的流量在贮槽水面1-1，与测压点处截面2-2，间列机械能衡算方程，并通过截面2-2，的中心作基准水平面，得2 2gz1 +业+星=gz2 +呢 +卑吃h,2 （a）式中P1=0（表）Ub2=0, Z2=0乙可通过闸阀全关时的数据求取。当闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学基本方程知:H2°g（Z1 h）=匚HggR

24、 （ b）式中 h=1.5m, R=0.6m将已知数据代入式（b ）得将以上各值代入式（a），即23963029.81 X 6.66= ub +2.13 Ub2 1000解得 ub =3.13m s水的流量为 Vs =3600 nd2ub =3600 0.785 0.12 3.13 m3 s=1.43m3 s4（2）闸阀全开时测压点处的压力在截面1-1，与管路出口内侧截面 3-3，间列机械能衡算方程，并通过管中心线作基准平面，得2 2 gz1 吟吒二gz3 乡埠3 （c）式中 Z1=6.66m, Z3=0, Ub1=0, p1=ps' hf,2 =（ - L d LeC）U；L= 0.

25、025（君 15） 0.5 Ub =4.81u2将以上数据代入式（c），即2 29.81 X 6.66= U_+4.81 Ub2解得 ub =3.13m s再在截面1-1，与2-2，间列机械能衡算方程，基平面同前，得2 2Ubl Piub2 p2 丄寸.（d ）g乙三丁胡乙t下hfi-2（d）式中 Zi=6.66m, Z2=0, Ubi ： 0, Ub2=3.51m/s , pi=0 （表压力）将以上数值代入上式，则解得 p2=3.30 x 104Pa （表压）21. 10C的水以5001/min的流量流经一长为 300m的水平管，管壁的绝对粗糙度为 0.05mm有6m的压头可 供克服流动的摩

26、擦阻力，试求管径的最小尺寸。解：由于是直径均一的水平圆管，故机械能衡算方程简化为上式两端同除以加速度 g,得21 竺= hf /g=6m （题给）L2即 ' hf=，LUL=6X 9.81J/kg=58.56J/kg（a）d 2将Ub代入式（a），并简化得d5 =2.874 10 A （b）入与Re及e/d有关，采用试差法，设入=0.021代入式（b），求出d=0.0904m。下面验算所设的入值是否正确：10C水物性由附录查得3-5P =1000kg/m , 口 =130.77 x 10 PaS由e/d及Re,查得入=0.021故 d =0.0904m = 90.4mm22 .如本题附

27、图所示，自水塔将水送至车间，输送管路用习题22附图114mm 4mm的钢管，管路总长为190m （包括管件与阀门的当量长度，但不包括进、出口损失）。水塔内水面维持恒定，并高于出水口 15m设水温为12 C,试求管路的输水量（nf/h ）。解：在截面1-1 和截面2-2之间列柏努利方程式，得氏=莎（1） 1792.45'1.5采用试差法，假设u2 =2.57m s代入式（1）得，故假设正确，u2 = 2.57 m s管路的输水量习题23附图23.本题附图所示为一输水系统，高位槽的水面维持恒定，水分 别从BC与BD两支管排出，高位槽液面与两支管出口间的距离均 为11。AB管段内径为38m长

28、为58m BC支管的内径为32mm 长为12.5m； BD支管的内径为26mm长为14m,各段管长均包括 管件及阀门全开时的当量长度。AB与 BC管段的摩擦系数均可取为0.03。试计算（1）当BD支管的阀门关闭时，BC支管的最大排水量为多少（m/h）；（ 2）当所有阀门全开时，两支管的 排水量各为多少（H7h）？（ BD支管的管壁绝对粗糙度，可取为 0.15mm,水的密度为 1000kg/m3,黏度为 0.001Pas。） 解：（1）当BD支管的阀门关闭时，BC支管的最大排水量C-C为基准平面得在高位槽水面1-1，与BC支管出口内侧截面 C-C间列机械能衡算方程，并以截面 式中 Z1=11m

29、Zc=O, Ub仟 0, p1=pc2故 虬 5=9.81 x 11=107.9J/kg（ a）2-h hf ,AB 亠hf , BC （ b）2(c)58Ub AB2= (0.03 : ： 0.5),=23.15u2ab0.0382 hf,BC=(0.0312.5 )0.032)2Ub,BC225.86山皿dBC2UbAB () Ub,BCdAB(d)(e)将式(e)代入式(b)得' hf,AB -23.15 0.5u：bc =11.58ubc (f)' | ' 将式(f )、( d)代入式(b),得UbC=Ub,Bc，并以刀hf值代入式（a）,解得Ub,Bc=2.4

30、5m/s故 VBc=3600X nx 0.032 2x 2.45m3/h=7.10m 3/h4. I 厂'（2）当所有阀门全开时，两支管的排水量根据分支管路流动规律，有2 2gE专芈、hf/二gZD罟芈、山何（a）两支管出口均在同一水平面上，下游截面列于两支管出口外侧，于是上式可简化为 将' hf,Bc、' hf,BD值代入式（a）中，得6.36u2,bc =(269.2化+0.5)u2,bd (b)分支管路的主管与支管的流量关系为Vae=c+d上式经整理后得Ub,AB =0.708Ub,Bc0.469Ub,BD (c)在截面1-1，与C-C间列机械能衡算方程，并以C-

31、C为基准水平面，得2 2 gw 匹匕二gzC 电匹、hf（ d）2r2J上式中 Zi=11m zc=0, Ub仟 0, Ub,c 0上式可简化为前已算出 'h,AB =23.15uAB、h,BC =6.36u2，bc 因此 23.15U：ab +6.36u：bc =107.9在式（b）、（ c）、（ d）中，Ub,AB、Ub,BC、Ub, BD即入均为未知数，且 入又为Ub, BD的函数，可采用试差法求 解。设 Ub, BD=1.45m/s，贝U查摩擦系数图得入=0.034。将入与Ub,BD代入式（b）得解得 ub,BC =179m/sI"l r k 1/ ”厂!将Ub, B

32、C. Ub, BD值代入式（c），解得将Ub,AB Ub, BC值代入式（d）左侧，即计算结果与式（d）右侧数值基本相符（108.4 - 107.9 ），故Ub,BD可以接受，于是两支管的排水量分别为24 .在内径为300mm的管道中，用测速管测量管内空气的流量。测量点处的温度为20C，真空度为500Pa,大气压力为98.66 x 103Pa。测速管插入管道的中心线处。测压装置为微差压差计，指示液是油和水，其密度分别 为835kg/m3和998kg/m3,测得的读数为100mm试求空气的质量流量（kg/h ）。解： P 二A -C gR=：998 -835 9.8 0.1Pa =159.74P

33、a查附录得，20C, 101.3kPa时空气的密度为1.203kg/m 3,黏度为1.81 x 10-5Pa s，则管中空气的密度为查图1-28，得25.在38mm 2.5mm的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为16.4mm,管中流动的是20C的甲苯，采用角接取压法用U管压差计测量孔板两侧的压力差，以水银为指示液，测压连接管中充满甲苯。 现测得U管压差计的读数为600mm试计算管中甲苯的流量为多少（ kg/h ） ?解：已知孔板直径 do=16.4mm,管径d1=33mm贝U设RORe,由教材查图1-30得C=0.626，查附录得20 C甲苯的密度为 866kg/m3,黏度为0.6 x 1

34、0-3Pa - s。 甲苯在孔板处的流速为7、I |:甲苯的流量为 Vs ；3600%代 2=3600 8.24 n 0.01642 kg h =5427 kg h4检验Re值，管内流速为 原假定正确。习题26附图高位槽中，管蜂蜜的流动提供的能量得非牛顿型流体的流动26 .用泵将容器中的蜂蜜以6.28 x 10-3ni/s流量送往路长（包括局部阻力的当量长度）为20m,管径为0.lm ,特性服从幕律=005ig巴 丁，密度 p =1250kg/m3,求泵应'Idy 丿（J/kg ）。解：在截面1-1 和截面2-2之间列柏努利方程式,55p1 =1.0133 10 Pa； p2 =1.0

35、133 10 Pa； Z2 -Z1 =6.0m; u1 0 ; u2 : 0第二章流体输送机械1 用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情况如本题附图所示。启动泵之前A、C两压力表的读数相等。启动离心泵并将出口阀调至某开度时，输油量为39mi/h，此时泵的压头为38m已知输油管内径为100mm摩擦系数为0.02 ;油品密度为810kg/m3。试求（1）管路特性方程；（2）输油管线的总长度（包括所有局部阻 力当量长度）。（1）管路特性方程 乙两地油罐液面分别取作1-1 '与面，以水平管轴线为基准面，在两 列柏努利方程，得到 启动离心泵之前 pA=pc,于是K"Z+空=0P

36、g1 tL r If则 He 二 Bq；乙川I / /1 I r又 He = H = 38m解:甲、2-2截截面之间由于习题1附图25 225B 二38/(39)泵的扬程 泵的效率也旦 空沁7空址叫°。 =68% 1000P3600 1000 6.73在指定转速下，泵的性能参数为：q=57.61m/h H=29.04mP=6.7kWn =68% h/m =2.5 x 10 h/m则 He =2.5 10 2q； (qe 的单位为 nVh )（2）输油管线总长度1.38m/sn 0.0120.02 1.382gdH =2 9.81 0.1 38m=1960m2.用离心泵（转速为 290

37、0r/min ）进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空表和出口压力表的读数分别为60kPa和220kPa,两测压口之间垂直距离为0.5m，泵的轴功率为6.7kW。泵吸入管和排出管内径均为80mm吸入管中流动阻力可表达为S hf,0A=3.0u12 （ U1为吸入管内水的流速，m/s）。离心泵的安装高度为 2.5m，实验是在20C, 98.1kPa的条件下进行。试计算泵的流量、压头和效率。解：（1）泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面），得到将有关数据代入上式并整理，得u1 =3.184 m/sn33则 q =(0.082 3.184 3600) m/

38、h=57.61m /h3对于习题2的实验装置，若分别改变如下参数，试求新操作条件下泵的流量、压头和轴功率（假如泵的效率保持不变）。(1)(2)解:改送密度为1220kg/m3的果汁（其他性质与水相近）； 泵的转速降至 2610r/min。3由习题 2 求得：q=57.61m/hH=29.04mP=6.7kW（1 ）改送果汁改送果汁后，q, H不变，P随p加大而增加，即（2）降低泵的转速根据比例定律，降低转速后有关参数为4. 用离心泵（转速为 2900r/min ）将20C的清水以60m5/h的流量送至敞口容器。此流量下吸入管路的压头 损失和动压头分别为 2.4m和0.61m。规定泵入口的真空度

39、不能大于64kPa。泵的必需气蚀余量为 3.5m。试求（1）泵的安装高度（当地大气压为100kPa）;（ 2）若改送55C的清水，泵的安装高度是否合适。解：（1）泵的安装高度在水池液面和泵入口截面之间列柏努利方程式（水池液面为基准面），得3二Hg 0.61 2.4即 _64_10_1000 9.81H g =3.51 m（2）输送55C清水的允许安装高度55 C清水的密度为 985.7kg/m 3,饱和蒸汽压为15.733kPa贝U一(NPSH) _Hf,0=(100 -15.733)10(3.5 .0.5)_2.4 m=2.31m985.7 9.81原安装高度（3.51m）需下降1.5m才能

40、不发生气蚀现象。5. 对于习题4的输送任务，若选用3B57型水泵，其操作条件下（55C清水）的允许吸上真空度为5.3m,试确定离心泵的安装高度。解：为确保泵的安全运行，应以55C热水为基准确定安装高度。泵的安装高度为2.0m。6. 用离心泵将真空精馏塔的釜残液送至常压贮罐。塔底液面上的绝对压力为32.5kPa（即输送温度下溶液的饱和蒸汽压）。已知：吸入管路压头损失为1.46m，泵的必需气蚀余量为 2.3m，该泵安装在塔内液面下3.0m处。试核算该泵能否正常操作。解：泵的允许安装高度为 式中Pa 匹=0 则 H g = -(2.3 0.5) 1.46m =-4.26my泵的允许安装位置应在塔内液

41、面下4.26m处，实际安装高度为-3.0m，故泵在操作时可能发生气蚀现象。为安全运行，离心泵应再下移1.5m。7 .在指定转速下，用 20 C的清水对离心泵进行性能测试，测得qH数据如本题附表所示。习题7附表1q300.10.20.30.40.5(m /mi n)H/m37.238.03734.531.828.5在实验范围内，摩擦系数变化不大，管路特性方程为23He =1280.0qe（qe的单位为 m/min ）试确定此管路中的 q、H和R n =81%） 习题7附图解：该题是用作图法确定泵的工验数据作出qH曲线。同时计算出对 要求的H，在同一坐标图中作 qeHb 图所示。两曲线的交点 M即

42、泵在此管路中3读得 q=0.455m /min , H=29.0m，则作点。由题给实qH应流量下管路所M曲线，如本题附 1qeHb的工作点，由图、.3习题7附图q/(m /min)p 二 Hqs： =29.0 0.455 1000 kW=2.66kW102 60 102 0.81习题7附表2qe/(m 3/mi n)00.10.20.30.40.5H/m12.012.815.219.224.832.0注意：在低流量时，qH曲线出现峰值。！ |&用离心泵将水库中的清水送至灌溉渠，两液面维持恒差8.8m，管内流动在阻力平方区，管路特性方程为523He =8.8 5.2 10 qe （qe的

43、单位为 m/s ）I -单台泵的特性方程为523H =28 -4.2 汇10 q （q 的单位为 m/s ）'- I I试求泵的流量、压头和有效功率。解：联立管路和泵的特性方程便可求泵的工作点对应的q、H进而计算 R。管路特性方程He =8.8 5.2 105q2 泵的特性方程 H =28 -4.2 105q233联立两方程，得到 q=4.52 X 10 m/s H=19.42m则 Pe =Hq"g =19.424.52 10 1000 9.81W=861W8相同）组合操作，试9对于习题8的管路系统，若用两台规格相同的离心泵（单台泵的特性方程与习题 求可能的最大输水量。解：本

44、题旨在比较离心泵的并联和串联的效果。(1) 两台泵的并联解得：q=5.54 x 10-3m/s=19.95m 3/h(2) 两台泵的串联解得：q=5.89 x 10-3m/s=21.2m 3/h321.2m /h。在本题条件下，两台泵串联可获得较大的输水量10 .采用一台三效单动往复泵，将敞口贮槽中密度为 槽中，两容器中液面维持恒差 8m,管路系统总压头损失为 次数为200min-1，泵的容积效率和总效率分别为 0.96和解：(1)往复泵的实际流量1200kg/m3的粘稠液体送至表压为1.62 x 103kPa的高位4叶已知泵的活塞直径为 70mm冲程为225mm往复 0.91。试求泵的流量、

45、压头和轴功率。n33q =3 vASq =3 0.96： _： 0.072 0.225 200m/min=0.499m /min4泵的扬程H =He =(8+ 1.62 刈0+4) m=149.6m1200x9.81泵的轴功率Hqs149.6 °.499 1200 kW=16.08kWP 10260 102 0.9111.用离心通风机将的水平管道送至某表压为中有一台离心通风机，其性能为：转速 用。50C、101.3kPa的空气通过内径为 600mm总长105m (包括所有局部阻力当量长度)44 31 x 10 Pa的设备中。空气的输送量为1.5 x 10m/h。摩擦系数可取为 0.0

46、175。现库房-14 3 /1450min，风量1.6 x 10 m/h，风压为1.2 x 10 Pa。试核算该风机是否合解：将操作条件的风压和风量来换算库存风机是否合用。Pm = 101300 +1 汉104Pa=106300Pa3.对2题中的降尘室与含尘气体，在427C下操作，若需除去的最小颗粒粒径为10卩m试确定降尘室内隔106300293|/33咕=1.205kg/m =1.147kg/m101330 323u = Mpv _15000 101300m/s=14.40m/snd2pm3600 n 0.62 10630044"'1f则 Ht = 1 1041.1470.

47、01 75IL105+10.614.4022Pa=10483PaHt =10483 丄乙 Pa=10967Pa1.147._._ 一43.-443库存风机的风量 q=1.6 x 10 m/h，风压Ht=1.2 x 10 Pa均大于管路要求(qe=1.5 x 10 m/h , Hr=10967Pa)，故风机合用。12 有一台单动往复压缩机，余隙系数为0.06，气体的入口温度为 20C，绝热压缩指数为 1.4，要求压缩比为9,试求(1)单级压缩的容积系数和气体的出口温度；(2)两级压缩的容积系数和第一级气体的出口温度；(3)往复压缩机的压缩极限。解：(1)单级压缩的容积系数和气体的出口温度k丄心K

48、叱T2 =T1 匹=293 汶 91.4 K=548.9Kg丿(2 )两级压缩的容积系数和第一级气体出口温度 改为两级压缩后，每级的压缩比为则重复上面计算，得到0.4壬=293 31 K=401K(3)压缩极限解得 21=55.71Pi第三章非均相混合物分离及固体流态化1 .颗粒在流体中做自由沉降，试计算(1)密度为2650kg/m3,直径为0.04mm的球形石英颗粒在 20C空气/、” r I 十 / i 1丁中自由沉降，沉降速度是多少？ (2)密度为2650kg/m3,球形度 =0.6的非球形颗粒在20C清水中的沉降速度为0.1m/s，颗粒的等体积当量直径是多少？ (3)密度为7900kg

49、/m3，直径为6.35mm的钢球在密度为 1600kg/m3的液体中沉降150mm所需的时间为7.32s，液体的黏度是多少？解：(1)假设为滞流沉降，则：查附录 20C 空气 亍=1.205kg/m3 , J =1.81 10Pa s，所以，核算流型：所以，原假设正确，沉降速度为0.1276m/s。(2 )采用摩擦数群法依© =0.6，匕 Re=431.9，查出：r$=0.3，所以：(3 )假设为滞流沉降，得：其中 Ut 二h J -0.15 7.32 m s = 0.02049m s将已知数据代入上式得：核算流型32.用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5m,宽5m,高4.2m,

50、固体杂质为球形颗粒，密度为3000kg/m。气体的处理量为 3000 (标准)nf/h。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。(1) 若操作在20C下进行，操作条件下的气体密度为1.06kg/m 3,黏度为1.8 x 10-5Pa?s。(2) 若操作在420C下进行，操作条件下的气体密度为0.5kg/m3，黏度为3.3 x 10-5Pa?s。解：(1)在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：设沉降在斯托克斯区，则：核算流型：5原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1.985 x 10-(2)计算过程与(1)相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：设沉降在斯托克斯区，则：核算

51、流型：原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4.132 x 10-5m=板的间距及层数。解：取隔板间距为 h,令则 h = Lut （1）u10 um尘粒的沉降速度 由（1）式计算h h =5 4.954 10-m = 0.244m0.1017层数n = H 4217.2取18层h 0.244核算颗粒沉降雷诺数：核算流体流型：4 在双锥分级器内用水对方铅矿与石英两种粒子的混合物进行分离。操作温度下水的密度：=996.9kg/m 3,33黏度 =0.8973 X 10 Pa?s。固体颗粒为棱长 0.080.7mm的正方体。已知：方铅矿密度：“ =7500kg/m，石英矿密度息=2650kg

52、/m 。假设粒子在上升水流中作自由沉降，试求（1 ）欲得纯方铅矿粒，水的上升流速至少应为多少？ （2）所得纯方铅矿粒的尺寸范围。解：（1）水的上升流速为了得到纯方铅矿粒，应使全部石英粒子被溢流带出，因此，水的上升流速应等于 或略大于最大石英粒子的自由沉降速度。对于正方体颗粒，应先算出其当量直径和球形度。设I代表棱长，VP代表一个颗粒的体积。颗粒的当量直径为因此，颗粒的球形度，用摩擦数群法计算最大石英粒子的沉降速度，即已知s =0.806，由图3-3查得Re=70,则所以水的上升流速应取为0.07255m/s或略大于此值。（2）纯方铅矿粒的尺寸范围所得到的纯方铅矿粒中尺寸最小者应是沉降速度恰好等

53、于0.07255m/s的粒子。用摩擦数群法计算该粒子的当量直径：已知s =0.806，由图3-3查得Re=30,则与此当量直径相对应的正方体棱长为所得纯方铅矿粒的棱长范围为0.30.7mm=5.用标准型旋风分离器处理含尘气体，气体流量为0.4m3/s、黏度为3.6 X 10-5Pa?s、密度为0.674kg/m 3,'I '3.气体中尘粒的密度为 2300kg/m。若分离器圆筒直径为 0.4m, （1）试估算其临界粒径、分割粒径及压力降。（2）现在工艺要求处理量加倍，若维持压力降不变，旋风分离器尺寸需增大为多少？此时临界粒径是多少？（3）若要维持原来的分离效果（临界粒径），应采取什么措施？解：临界直径d = I 9旳c dNePsUi式中 B 二D 二04 =0.1m , h 二D/244Ne=5将有关数据代入，得分割粒径为压强降为（2） 巾，5不变