大学化工原理答案

1、【0-1】1m3水中溶解0.05kmol CO2,试求溶液中CO2的摩尔分数，水的密度为3100kg/m 。” . 3 1000 3解 水 1000 kg/ m3kmol/ m318CO2的摩尔分数 x二一驾8.99 1010000 05 U-18【0-2】在压力为 101325 Pa、温度为25 C条件下，甲醇在空气中达到饱和状态。试求：（1）甲醇的饱和蒸气压Pa ； （2）空气中甲醇的组成，以摩尔分数yA、质量分数、A、浓度Ca、质量浓度!?A表示。解 （1）甲醇的饱和蒸气压p ApA =16.9 kPalg p'A =7.197361574.9925 238.86（2）空气中甲醇

2、的组成摩尔分数16.9yA0.167101.325质量分数0.167 疋 320 181，A0.1810.167 32 (1 -0.167) 29浓度CaP6.82 10 kmol/ mRT 8.314 298质量浓度Ja=caMa = 6.82 10 - 32 =0.218 kg / m3【0-3】1000kg的电解液中含 NaOH质量分数10%、NaCl的质量分数 10%、H2O的质量分数80%，用真空蒸发器浓缩，食盐结晶分离后的浓缩液中含NaOH 50%、NaCl 2%、H2O48%，均为质量分数。试求：（1）水分蒸发量；（2）分离的食盐量；（3）食盐分离后的浓缩NaOH量保持一宀b。浓

3、缩液中NaOH- =0.5 （质量分数）NaCl =0.02 （质量分数）H2O =0.48 (质量分数)液量。在全过程中，溶液中的解电解液1000kgNaOH 1000 X0.l=100kgNaOH 1000X0.l=100kgHaO1000X 0.8=800kg在全过程中，溶液中NaOHt保持一定，为100kg浓缩液量为 100/0.5 =200kg200kg浓缩液中，水的含量为200 X0.48=96kg，故水的蒸发量为800-96=704kg浓缩液中 NaCl的含量为 200X0.02=4kg，故分离的NaCl量为100-4=96kg第一章流体流动流体的压力【1-1】容器A中的气体表压

4、为60kPa，容器B中的气体真空度为1.2 104Pa。试分别求出A、B二容器中气体的绝对压力为若干帕，该处环境的大气压力等于标准大气压力。解 标准大气压力为 101.325kPa容器 A 的绝对压力Pa =101.325+60=161.325 kPa容器 B 的绝对压力pB =101.325-12 =89.325 kPa【1-2】某设备进、出口的表压分别为-12kPa和157kPa，当地大气压力为101.3kPa。试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。解 进口绝对压力p进=101.312=89.3 kPa出口绝对压力p出=101.3 157 =258.3 kPa进、出口的

5、压力差.p =157 -( -12) = 157 12 =169kPa 或.p =258. 3 -89. 3 =169 kPa流体的密度【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩尔分数为0.4，试求该混合液在20 C下的密度。解正庚烷的摩尔质量为100kg/ kmol，正辛烷的摩尔质量为114kg / kmol。将摩尔分数换算为质量分数正庚烷的质量分数©=空型一 =0 3690.4 疋 100+0.6 疋 114正辛烷的质量分数、2 =1 -0.369 =0.631从附录四查得20 C下正庚烷的密度：-=684kg/m3，正辛烷的密度为； = 703 kg/m3混合液的密度1 3;

6、m696kg / mm 0 369 丄 0 631y+ -684703【1-4】温度20 C,苯与甲苯按 4:6的体积比进行混合，求其混合液的密度。解 20 C时,苯的密度为879 kg / m3，甲苯的密度为867 kg / m3。混合液密度'm =8 7 9 . 0 48 667 807.1 k8g /m【1-5】有一气柜，满装时可装6000m3混合气体，已知混合气体各组分的体积分数为h2 n2 coCO2ch40.4 0.2 0.32 0.070.01操作压力的表压为5.5kPa，温度为40 C。试求： 混合气体在操作条件下的密度;混合气体的量为多少kmol。解 T =27340

7、=313K，p =101. 35. 5 =106. 8 kPa（绝对压力）混合气体的摩尔质量Mm =2 04 28 0.2 28 0.32 44 0.07 16 0.01 =18.6 kg/kmol（1）混合气体在操作条件下的密度为pMm"RF106.8 18.68.314 313= 0.763 kg / m3M18 6混合气体V =6000m3，摩尔体积为寸二歸命呎混合气体的量为Vn 二Mm6000 0.763= 246 kmol习题1-6附图h'=流体静力学【1-6】如习题1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中,管中水柱较水槽液面高出2m,当地大

8、气压力为101.2kPa。试求：（1）管子上端空间的绝对压力；（2）管子上端空间的表压；（3）管子上端空间的真空度；（4）若将水换成四氯化碳，管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米？解管中水柱高出槽液面2m，h=2m水柱。（1）管子上端空间的绝对压力p绝在水平面11'处的压力平衡，有p绝.Jgh =大气压力p绝=101200 1000 9.81 2 =81580 Pa（绝对压力）（2）管子上端空间的表压p表p表=p绝-大气压力=81580 -101200 - -19620 Pa（3）管子上端空间的真空度p真p真=-p表 =-19620=19620 Pa槽内为四氯化碳，管中液柱高度h

9、9;h'=巴口 =1.251594【1-7】在20 C条件下，在试管内先装入12cm高的水银， 再在其上面装入5cm高的水。水银的密度为 13550kg /m3，当地大气压力为101kPa。试求试管底部的绝对压力为多少Pa。解水的密度：:水=998kg / m333p =101x10 +(0.12x13550 +0.05x998 )X9.81=117.4x10 Pa【1-8】如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为1250kg/m3的液体，液面高度为3.2m 。容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为2m及1m,容器上部空间的压力（表压）为29.4kPa。试求：（1）压差计读数（指

10、示液密度为表的读数。解容器上部空间的压力P =29. 4 kPa（表压）液体密度 匸=1250 kg /m3，指示液密度订=1400 kg /（1）压差计读数 R=?在等压面1-1'上口1400kg /m3）； （2）A、B两个弹簧压力p = p 亠|32 -1 h R |! gp'1 =p3.2 _2 1 h ” ©R?cgp 2.2 h R i；g =p 2.2 h ；-g RgRg “ - J =0(2)pA =p 十(3.2 _1 )Pg =29.4 X103 +2.2X1250 X9.81 =56.4 X103 PapB =p +(3.2 -2 )用=29.

11、4勺03 +1.21250 X9.81 =44.1X103pa【1-9】如习题 1-9附图所示的测压差装置，其U形压差计的指示液为水银，其他管中皆为水。若指示液读数为R=150mm，试求 A、B两点的压力差。等压面1-1'，P1 =P1P1= Pa -H "水gp'1 =Pb - 0.5 H R '水gR 订g由以上三式，得习题1-9附图Pa -Pb 二R T汞 g -；O5 - R 水 g已知 R =0.15m,二汞=13600kg/m3,pA -pB =0.15 13600 9.81 T0.5 0.15 1000 9.81=13.64 1 03 Pa =1

12、3.64 kPaA、B两截面间的压【1-10】常温的水在如习题1-10附图所示的管路中流动，为测量力差，安装了两个串联的U形管压差计，指示液为汞。测压用的连接管中充满水。两管的连接管中，充满空气。若测压前两两点的压力差 卸与液柱压力汁的读数R、R2之间的关系式。U形压差计的水银液面为同一高度，试推导解 设测压前两 U形压差计的水银液面，距输水管中心线的距离为 H。在等压面2_2'处R1 Y c R1 +R2P2 = Pa ! H :水 g R1 :汞 g IH上2P2 =Pb '因 P2 = P 2，Pa -Pb =(RRi水 gR2 :汞 g习题1-10附图由上两式求得&qu

13、ot;汞-一故Pa -Pb 二 R * R2 i汞 - -2水【1-11】力了排除煤气管中的少量积水,用如习题 i-ii附图所示水封设备，使水由煤气管路上的垂直管排出。已知煤气压力为 10kPa （表压），试计算水封管插入液面下的深度h最小应为若干米。解 h二上 丄丄£0mPg 1 0 0>0 . 9 8 1流量与流速【1-12】有密度为1800 kg / m3的液体，在内径为60mm的管中输送到某处。若其流速为0.8m/s，试求该液体的体积流量（m3/h）、质量流量（kg/ s）与质量流速kg/（m2 sfl。解（1）体积流量S =_d2u = 0.062 0.8 =2.26

14、 10'm3/s=8.14 m/h44（2）质量流量qm =qv： -2.26 10 ' 1800 =4.07 kg / sq 4 072(3)质量流速切=土 = 一:=1440 kg/(m s)A 三 x0 0624'【1-13】如习题 1-13附图所示的套管式换热器，其内管为33.5mm 3.25mm，外管为60mm 3.5mm。内管中有密度为1150kg/m3、流量为5000kg / h的冷冻盐水流动。内、外管之间的环隙有绝对压力为0.5MPa,进、出口平均温度为0C，流量为160kg/h的气体流动。在标准状态下(0 C,101.325kPa)，气体的密度为 1.

15、2kg/m3。试求气体和盐水的流速。内管内径解 液体 亍=1 1 5 k g/ m4内=33.5 -3.25 2 =27mm =0.027 m液体质量流量qm = 5000kg/h，体积流量qV= 500£m3/ h1150流速 u液一jiq,_5000/1150=211二 d2内 3600 二 0 02724内4'气体质量流量密度体积流量qm =160 kg/h0.5 x106i 气=1.25.92kg /1013251603/hq,討 /h流速160 /5 92u气5.67 m/ s3600 普(0.0532 -jQ.03352 )20 C的水。要求主管中水的流【1-14

16、】如习题1-14附图所示，从一主管向两支管输送速约为1.0m/ s，支管1与支管2中水的流量分别为20t/h与10t/h。试计算主管的内径，并从无缝钢管规格表中选择合适的管径，最后计算出主管内的流速。33= 20°C,=998.2kg /m ：-1000 kg m主管的流量 qm =qm! Vm2 =20 10 =30t/h =30 103kg/h3体积流量q,=宅二Qqq1 °=30m3 / h，流速 u =1.0n/s30%0.103m =103 mm3600;. 2 u ' 3600 0.785 j°4选择4108mm 4mm无缝钢管，内径为 d =

17、100mm，管径 d二主管内水的流速qm/3600 30/3600“u1.06 m / s(0.1)24连续性方程与伯努利方程【1-15】常温的水在如习题1-15附图所示的管路中流动。在截面1处的流速为 0.5m/s ,管内径为200mm，截面2处的管内径为 100mm。由于水的压力，截面1处产生 1m高的水柱。试计算在截面 1与2之间所产生的水柱高度差h为多少（忽略从1到2处的压头损失）Ui =0.5m/sd1 =0.2m, d2 =0.1m2= 0.5 (2) =2m/s2 2P U1P2 U2十=r r 2"2P _ p2 U2 -U12 -O.5 1 O7C2 21.875.

18、 p=p1 _ P2 =1.875-1.875 1000 =1875Pa另一计算法计算液柱高度时,【1-16】在习题d2 =2.5cm，液柱高度2P1 .虫'g 2g2 2P1 一卩2 U2 -U1 h 二 hPg用后一方法简便。2g2里'-g 2g 22 _0 520.191m2X9 81P21-16附图所示的水平管路中，水的流量为h =1m。若忽略压头损失，试计算收缩截面2.5L/s。已知管内径 d1 =5cm.2处的静压头。解水的体积流量 =2.5l /s =2 5. 10彳m3 s/,截面1处的流速qv2.5 10-=1.274m/s二 2亠 0 0524截面2处的流速

19、=1.2741 2 d -d0.025=5 1m在截面1与2之间列伯努利方程，忽略能量损失。2【1-17】如习题1-17附图所示的常温下操作的水槽,F面的出水管直径为57mm 3.5mm。当出水阀全关闭时，压力表读数为30.4kPa。而阀门开启后，压力表读数降至20.3kPa。设压力表之前管路中的压头损失为 试求水的流量为多少m3 / h ?0.5m水柱,解出水阀全关闭时，压力表读数30. 4kPa （表压）2P1 U1 P2 U2Jg 2g _g 2gp.di 0 05竺二h=1.1 0.025g 222 2 （1.274（5.1 21 +0 025 +1 =b + L2x9.812x9.8

20、1截面2处的静压头h2 =-0. 2 1m冰柱负值表示该处表压为负值，处于真空状态。'g 2gZ1 =h =3.1m,二.H f= 0.5 m水柱3.仁2U2103 9.812 9.81 0.5能反映出水槽的水面距出水管的高度P 表 30.4 10333.1mpg 103X9.81阀门开启后，压力表读数pa =20.3kPa （表压）U2从水槽表面至压力表处的管截面列出伯努利方程，以求出水管的流速2P2 U2 pZ1_+、H fU2 =3.23m/s d = 0.05m水的流量2：23 33qVd2u20.052 3.23 =6.34 10m3/22.8 m3 / h44【1-18】若

21、用压力表测得输送水、油（密度为880kg/m3 ）、98%硫酸（密度为 1830kg/ m3）的某段水平等直径管路的压力降均为少米液柱？49kPa。试问三者的压头损失的数值是否相等？各为多解从伯努利方程得知，等直径水平管的压头损失Hf与压力降.巾的关系为Hf3'p 49 10w =4 99m 水柱1000 9.81:水g349 105.68m油柱880 9 81Hf硫酸二1硫酸 g49 103=2 73m硫酸柱1830x9 81【1-19】如习题 1-19附图所示，有在管路中流动的机械能损失为高位槽输水系统，管径为2v hf =45 U （u为管内流速257mm 3.5mm。已知水）。

22、试求水的流量为多少使水的流量增加 20%，应将高位槽水面升高多少米？解 管径d =0.05m，2机械能损失、m "5宁（1）以流出口截面处水平线为基准面,Z1 二5m, Z2 二0, Ut 二0, U2 二？22乙g =也 45出222乙g= 1.46 m/su2.46水的流量qV =中 d 2U斗汉（0.05 j 汉1 46 =2 8.7X102 %/=S0 3 . 3/m（2）q'v = 1 0.2 qV =1帧U 2 = 1.2氏=1.2 1.46 =1.75 m/s2Z】g =23（业）高位槽应升高7.18 5 =2.18 m【1-20】 如习题1-20附图所示，用离

23、心泵输送水槽中的常 温水。泵的吸入管为32mm 2 5mm，管的下端位于水面以下2并装有底阀与拦污网，该处的局部压头损失为8丄。若截面2g处的真空度为39.2kPa，由1-1'截面至2-2'截面的压头损1 21 。试求：（1）吸入管中水的流量，2 2g的表压。3m /h ；吸入口2m，22'失为1T'截面解 管内径 d =0.032 - 00025 20 02mm，水密度? =1000kg/m截面2-2'处的表压二-39.2kPa，水槽表面 =0（表压）(1)从0 -0'至2_2', 0 _0'为基准面， Z1 =0,Z2 =3m

24、,Uo =0,氏=?一仁1冶! 8亠压头损失-U2 1 U2H f = 8+2g 2 2g.2 2g2 2PoU0P2 U2-忆石2T HfuL . 8 .12 丿2x9.81Z1 -Pg 2g0=3.皀丄1000x9.812x9.812U2水的流量u2 = 1.43m/ sqV' d2u2 3 6 0:0( .0 21 4 34436 0 0 m j2h9 5(2)从 11'至22',乙=0,Z2=52PP21 U2Z2Tg：-g22gP _-39.2 1031.4321 =5 -10007812 2x9.813=10.4 10 Pa =10.4kPa(表压)1000

25、 9.81P1流体的黏度【1-21】当温度为60 C时，从附录查得水与空气的黏度各为多少？说明黏度与温度的关系。解20 C60 C水31.005 103Pa s0.4 6 9 冃 P0i s空气1 8 110Pa s20.1 10Pa s水温度升卜高，黏度减小；空气温度升高，黏度增大。雷诺数与流体流动类型【1-22】25 C的水在内径为 50mm的直管中流动，流速为2m/s。试求雷诺数，并判断其流动类型。解 25 C,水的黏度=0.8937 103pa s,密度=997kg/m3，管内径 d=0.05m，流速u =2m/ sR"晋=0.893；1驚=1.12況 10>4000

26、为湍流【1-23】(1)温度为20 C、流量为4L/s的水，在 57mm 3.5mm的直管中流动，试判断流动类型；(2)在相同的条件下，水改为运动黏度为4.4cm2 / s的油，试判断流动类型。解 (1) d =0.05m, qv =4 103m3/s,=1.005 10Pa s = 998.2kg / m31.005 10242 v =4.4cm /s =4.4 10一 m /s当达到多少 m3 /s时，能保证开始转为稳定湍流;若管内改为运动黏度为0.14cm2/s的某种液体，为保持层流流动，管中最大平均流速应为多少?解水,3320 C,匸=998.2kg/m, 1.005 10 一 Pa

27、s,d = 0.207mr3V-4000 丿207 U 99821.005x10 卫u =0.01945m/ s体量流量 2qV =-d2-0.2070.01945 =6.54 10 二 m3/s242(2) = 0.14cm /s=0.14 10m /s2000 0. 2吧0.1<10-u =0.135m/sd2(0.05)244雷诺数 Re =牛=005 上f38,998.2 =1.01 105 4000为湍流雷诺数Re孕=罟需浜232 ：2000为层流(1)管中水的流量由小变大,【1-24】20 C的水 在219mm 6mm的直管内流动。试求:管内流体流动的摩擦阻力损失【1-25】

28、如习题1-25附图所示，用U形管液柱压差计测量等直径管路从截面A到截面B的摩擦损失hf 。若流体密度为 ，指示液密度为o，压差计读数为试推导出用读数R计算摩擦损失 v hf的计算式。则得解 从截面A到截面B列伯努利方程，截面A为基准面,-Pa =Hg 琴 亠二hf p 二 Pa-Pb 二Hpg 亠 Hlhf液柱压差计1-1为等压面Pa Rg = PbHg - R 订g习题1-25附图p = Pa Pb 二 R 订 一 'g H ?g由式(1)与式2得 ' hf = R 0g此式即为用 U形管压差计测量流体在两截面之间流动的摩擦损失的计算式。【1-26】如习题1-26附图所示，有

29、57mm 3.5mm的水平管与垂直管，其中有温度为20 C的水流动，流速为 3m/s。在截面 A与截面 B处各安装一个弹簧压力表，两截面的距离为管上的两个弹簧压力表读数的差值是否相同？如果不同，试说明其原因。如果用液柱压差计测量压力差，则两个直管的液柱压力计的读数R是否相同？指示液为汞，其密度为 13600 kg / m3。解已知管内径 d =0.05m，水的温度 t=20 C密度二=998.2kg/m3，黏度 =1.004 103Pa s,雷诺数0.05 3 998.231.004 10-5=1.49 10湍流管壁相对粗糙度0.004 d查得摩擦系数 =0.0293流速u =3m/ s这两个

30、直管的摩擦阻力损失相同，为=0.0293亠3=15.8 J/kgd 20.05 2.2、I Uhf(1)弹簧压力表读数之差值水平管在A、B两截面列伯努利方程2 2 gZA PA UA.gZB 血也 hf二 2:2 f因乙=Zb, Ua =Ub，故得Pa -Pb = Ef =998.2 15.8 =15770Pa =15.77kPa垂直管在A、B两截面间列伯努利方程，以截面 A为基准面,Za =0,Zb =L =6m, Ua 二UbPapgzB-PbhfPa -Pb 二，gZB 'hf =998.2 9.81 6 998.2 15.8 = 74530Pa =74.53 kPa上述计算结果

31、表明，垂直管的Pa - Pb大于水平管的Pa - Pb。这是因为流体在垂直管中从下向上流动时，位能增大而静压能减小。(2)U形管液柱压差计的读数R水平管与前面相同，由伯努利方程得另从U形管压差计等压面处力的平衡，求得Pa R-g = PbR 际 g(b)(c)Pa - Pbg (:汞一 )由式a与式（b），求得R =f一 =998 W8=0 1276m 汞柱=127 6mm 汞柱g(：:汞-)9.81 (13600 _998.2)垂直管与前面相同，由伯努利方程得Pa _Pb _ hf另从U形管压差计等压面处力的平衡，求得Pa Rg = Pb Lg R：汞 gPa -Pb -Lg由式c与式d，求

32、得R =-g（汞）从上述推导可知，垂直管与水平管的液柱压差计的读数R相同。有了读数R值，就可以分别用式b及式d求得水平管及垂直管的（Pa-Pb）。【1-27】有一输送水的等直径（内径为d ）垂直管路，在相距H高度的两截面间安装一U形管液柱压差计。当管内水的流速为u时，测得压差计中水银指示液读数为R。当流速由u增大到u'时，试求压差计中水银指示液读数R'是R的多少倍。设管内水的流动处于粗糙管完全湍流区。解从习题2-25与习题2-28可知，U形管液柱压差计的读数R与两截面间流体流动的摩擦损失 hf成正比，即 Rhf。又知道，在粗糙管完全湍流区为阻力平方区，即摩擦损失hf与流体流速u

33、的平方成正比,由上述分析可知Rhu2因此 艮二耶R,R耶R uu【1-28】水的温度为 10C,流量为330L/h，在直径 57mm 3.5mm、长为100m的直管中流动。此管为光滑管。试计算此管路的摩擦损失；若流量增加到990LZh，试计算其摩擦损失。解 水在 10 C时的密度 ;=999. 7kg/ m3，黏度-1.306 IPa s d = 0 05m,丨=10®n,光 滑管。0 33(1)体积流量cv =330l / h =0.33m/h流速二一Cv0.0467 m/s3600 汇三d23600 汇2x0 05244'雷诺数duP 0.05x0.0467x999.7

34、Re =3-1.306 10 一= 1787层流摩擦系数摩擦损失6464 = =0.0358Re 17872hf 二丄u0.0358 型d 20.052(0.0467) =0.0781 j 伽(2)体积流量3qV =990L/h=0.99 m/ h因流量是原来的3倍，故流速 u =0.0467 3 =0.14 m/s雷诺数 Re =1787 3 =5360湍流对于光滑管,摩擦系数用Blasius方程式计算也可以从摩擦系数摩擦损失、0.31640.3164'= (5360)0.25.与雷诺数 Re的关联图上光滑管曲线上查得,2 2hf =，丄匕=0.037 014)=0.725 J/kg

35、f d 20.052二0.037。(1)如习题1-29附图所示，套管如习题1-29附图(b)所示，列管式174 根。TT时董借式换松器【1-29】试求下列换热器的管间隙空间的当量直径： 式换热器外 管为 219mm 9mm，内管为 114mm 4mm ;换热器外壳内径为500mm，列管为25mm 2mm的管子习题1-29附图解 (1)套管式换热器，内管外径d0.114m，外管内径 d2 = 0.201m当量直径 de =d2 -d1 =0.201 -0114 =0 087m(2)列管式换热器，外壳内径d2 =0.5m，换热管外径d0.025m，根数n =174根：二 2 2曰+/八才(d2nd

36、i)(0 5)2 _174 X(0 025)2n当量直径 de =4 -L =0.0291me(d2 ' nd1)0.5 174 0.025【1-30】常压下35 C的空气，以 12m/s的流速流经 120m长的水平管。管路截面为长方形，高300mm，宽200mm，试求空气流动的摩擦损失，设0.0005。de解空气,t =35C，匸=1.147kg/m3,-18 85 10- Pa s，流速 u =：12m/s。管路截面的高a = 0.3m,宽 b=0.2m。当量直径.2ab2x0.3x0.2 n ode0.24ma 亠b0.3 亠 0.2雷诺数deU0.24 12 1.1475Re

37、e61.75 10 湍流418.85 汇10卫0.0005,查得 =0.0192, l =120m de摩擦损失hf' U 0.019212012 _691j/kgde 20.242y【1-31】把内径为 20mm、长度为2m的塑料管（光滑管），弯成倒 U形，作为虹吸管使用。如习题1-31附图所示，当管内充满液体，一端插入液槽中，另一端就会使槽中的液体自动流出。液体密度为 1000kg / m3，黏度为1mPa s。为保持稳态流动，使槽内液面恒定。要想使输液量为1.7m3 / h，虹吸管出口端距槽内液面的距离h需要多少米？解 已知 d =0.02m,丨=2m,=103kg /m3,=1

38、mPa s，体积流量 qV = 1.7m3 / h流速qVX7/3600 1,U1 .504m/ s''.2d20.0244从液槽的液面至虹吸管出口截面之间列伯努利方程式，以虹吸管出口截面为基准面h工吊丄吃沖2g . d 2g1 10-Re 二咗02 倔4 1000 =301 104 湍流光滑管，查得 -0.0235，管入口突然缩小'=0.5U形管（回弯头）芒=1.5h = 1 0.0235 0.51.5 1=0.617m0.022 9.81习题1-31附图习题1-32附图【1-32】如习题 1-32附图所示，有黏度为1.7mPas、密度为765kg / m3的液体，从

39、高位槽经直径为 勺114mm 4mm的钢管流入表压为0.16 MPa的密闭低位槽中。液体在钢管中的流速为1m/s，钢管的相对粗糙度；/ d =0.002，管路上的阀门当量长度 1° =50d。两液槽的液面保持不变，试求两槽液面的垂直距离H。解在高位槽液面至低位槽液面之间列伯努利方程计算H，以低位槽液面为基准面。p! =0（表压），p2 =0.16 10Pa,两槽流速= u2 = 0 ,乙=H ,Z2 =0,管内流速 u =1m/ s,管径 d =0.106m液体密度 J=765kg/m3,黏度=1.7 10JPa sdu：0.106 1 7654雷诺数Re34.77 10 湍流卩 1

40、.7x10;/d =0.002,查得，=0.0267管长I =30 - 160 = 19m，阀门 I =50，高位槽的管入口d弯头 =0.75'=0.5，低位槽管出口=1, 90°mg0.16X106765 9.81+ 0 0267 汇'1900 1065 1.0 75 丄2X98=23 9 m【1-33】如习题1-33附图所示，用离心泵从河边的吸水站将20 C的河水送至水塔。水塔进水口到河水水面的垂直高度为34.5m。管路为 114mm 4mm的钢管，管长 1800m，包括全部管路长度及管件的当量长度。若泵的流量为30m3 / h，试求水从泵获得的外加机械能为多少？

41、钢管的相对粗糙度0.002。d解 水在 20 C时；=998.2kg/m3，！ -1.004 10-Pa sd =0.106m, I le =1800m流量qV =30m3 / h流速.cyu d430/3600寸 X（0.106）2=0.9448m/ s习题1-33附图Re =0.106 0.9448 998.21.004 10=9.96 104湍流查得星=0.0252摩擦阻力损失I le u2Ad 2= 0.025221800 0.9448X0.106 2= 191J / kg以河水水面为基准面，从河水水面至水塔处的水管出口之间列伯努利方程。外加机械能W =Z2g 寺 ' hf =

42、34.5 9.81 号48 191 =530 J / kg【1-34】如习题1-34附图所示，在水塔的输水管设计过程中，若输水管长度由最初方案缩短25%，水塔高度不变，试求水的流量将如何变化？变化了百分之几？水在管中的流动在阻力平方区，且输水管较长，可以忽略局部摩擦阻力损失及动压头。解 在水塔高度 H不变的条件下，输水管长度缩短，输水管中的水流量应增大。从水塔水面至输水管出口之间列伯努利方程，求得2HH f- Ud 2g因水塔高度H不变，故管路的压头损失不变。管长缩短后的长度I '与原来长度I的关系为I' = 0.751在流体阻力平方区，摩擦系数恒定不变，有习题1-34附图&#

43、39; H 'f 八Hf2 2'l'(u') _ 丄邑 行 2g - ' d 2g2 20.75l (u') l u故流速的比值为丄=1.155 u 0.75流量的比值为业=1.155流量增加了15.5%qv管路计算【1-35】用168mm 9mm的钢管输送流量为60000kg/h的原油，管长为 100km，油管最大承受压力为15.7MPa。已知50C时油的密度为 890kg /m3，黏度为181mPa s。假设输油管水平铺设，其局部摩擦阻力损失忽略不计，试问为完成输油任务，中途需设置几个加压站?解 d =0. 1 m, 匸 1 0k0mm q=

44、6 0 (k©0 h3：? = 890kg / m ,=181mPa s 60000/36003qV=0.01873 m / s890qV0 01873u V1.06m/s： 2 2d2X015244'Re斗吟申782层流181 10；=里=纟 0.0818Re 782因为是等直径的水平管路，其流体的压力降为P4 hf2油管最大承受压力为2321 土 =890 0.0818 100 10106 =2.73 107Pa=27.3 MPa20.1515.7MPa31.741 5 7需设置2级加压，每级管长为50km ,每级的.中=27.3/2 =13.65MPa，低于油管最大承受

45、压力。【1-36】如习题1-36附图所示,温度为20 C的水，从水塔用4108mm 4mm钢管，输送到车间的低位槽中，低位槽与水塔的液面差为12m，管路长度为 150m （包括管件的当量长/ d =0.002。度）。试求管路的输水量为多少m3/h，钢管的相对粗糙度解 水，t =20C，匸=998.2kg/m3,=1004 10卫Pa s由伯努利方程，得管路的摩擦阻力损失为、hf =Hg =12 9.81 =118J / kg管内水的流速u未知，摩擦系数，不能求出。本题属于已知I =150md=0.1 m/ d =0.002、'二hf =118J / kg，求 u与 qV 的问题。lg

46、d 沖'l3.7 d'2d、hf:<0 1 X118-lg|竺 25L1005I 3 70 1 X998 21502心18丿=2.55 m/ s验算流动类型R芈 *；00：510爭2 =254 10 湍流体积流量qV'2123= -d2u 3600 =才 0.12 55 3600 =72 1m/ h习题1-36附图习题1-37附图【1-37】如习题1-37附图所示，温度为 20 C的水，从高位槽 A输送到低位槽B,两水槽的液位保持恒定。当阀门关闭时水不流动，阀前与阀后的压力表读数分别为80kPa 与30kPa。当管路上的阀门在一定的开度下，水的流量为 管的长度及管

47、件的当量长度共为42m，管子为光滑管。1.7m3/h，试计算所需的管径。输水本题是计算光滑管的管径问题。虽然可以用试差法计算，但不方便。最好是用光滑2管的摩擦系数计算式二03164 （适用于2.5 10： R：105 ）与二丄土及u二竺，推导Re'd 2nd一个与qv及d之间的计算式。解 水在 20C时；=998.2kg /ml-1004 10-pa s水的流量1.7my h，管长及管件当量长度I =42m阀门关闭时，压力表可测得水槽离压力表测压点的距离Ha与HbpA80x103-g 998.2 9.81 -'3丄30卫3.06m;?g 998.2 9.81HaHb=8.17

48、-3. 06 = 5 1m两水槽液面的距离H =Ha -Hb以低位槽的液面为基准面，从高位槽A的液面到低位槽B之间列伯努利方程，得管路的摩擦损失 a hf与H的关系式为Ehf =Hg =5.11X9.81 =50.1 J / kg对于水力光滑管，v hf与q；及d之间的计算式为d475=0.2411代入已知数4.75二 0.241 421.004 10 $(998.2/0.251 75(1.7/3600).50.1求得管内径为验证Re范围d =0. 0 2 m5du4 ; qv>?'74 X998.2X1.736003.101.00010X0.0205=29000符合，计算式中规

49、定的Re范围【1-38】 如习题1-38附图所示，水槽中的水由管湍流C与D放出,两根管的出水口位于同一水平面，阀门全开。各段管内径及管长（包 括管件的当量长度）分别为D习题1-38附图ABBCBD50mm 25mm 25mml le 20m 7m 11m试求阀门全开时，管C与管D的流量之比值，摩擦系数均取0.03。从水槽的水面至出水口之间列伯努利方程，以出水口的水平面为基准面，得BCBD2u CH C2g管的压头损失2亠二 H fAB 亠二 H fBc =罕亠二 H fAB 亠二 H fBD2g2(l ' l e)BC U CH fBc管的压头损失dBc 2g2u D(l 'le)BDdBD 2g(a)(b)(c)将式b与式c代入式a，得UcUd- (l le)BDdBDBC(l le)BCBC1 0.031 0.03110.02570