化工原理上册课后习题答案

1、1化工原理(第二版 上册课后习题答案绪 论1. 从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI 单位。 （1）水的黏度=0.00856 g/(cm·s （2）密度=138.6 kgf s 2/m4（3）某物质的比热容C P =0.24 BTU/(lb· （4）传质系数K G =34.2 kmol/(m2h atm （5）表面张力=74 dyn/cm（6）导热系数=1 kcal/(mh 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1 kg=1000 g，1 m=100 cm则 (s Pa 1056. 8s m kg 1056. 81m 100cm 10

2、00g 1kg s cm g 00856. 044=- （2）密度 基本物理量的换算关系为1 kgf=9.81 N，1 N=1 kgm/s2则 3242m kg 13501N s 1kg 1kgf N 81. 9m s kgf 6. 138= （3）从附录二查出有关基本物理量的换算关系为1 BTU=1.055 kJ，l b=0.4536 kg o o 51F C 9=则C kg kJ 005. 1C F 10.4536kg 1lb 1BTU kJ 055. 1F lb BTU 24. 0=p c （4）传质系数 基本物理量的换算关系为1 h=3600 s，1 atm=101.33 kPa则(k

3、Pa s m 10378. 9101.33kPa 1atm 3600s h 1atm h m kmol 2. 34252G =-K（5）表面张力 基本物理量的换算关系为1 dyn=1×105 N 1 m=100 cm则m N 104. 71m 100cm 1dyn N 101cm dyn 7425-= （6）导热系数 基本物理量的换算关系为1 kcal=4.1868×103 J ，1 h=3600 s2则(C m W 163. 1C s m J 163. 13600s 1h 1kcal J 104.1868C h m kcall 132= 2 乱堆25cm 拉西环的填料塔用

4、于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即(LL0CB4E 3048. 001. 121078. 29. 3Z D G A H -=式中 H E 等板高度，ft ；G 气相质量速度，lb/(ft2h ； D 塔径，ft ；Z 0每段（即两层液体分布板之间）填料层高度，ft ； 相对挥发度，量纲为一； L 液相黏度，cP ； L 液相密度，lb/ft3A 、B 、C 为常数，对25 mm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

5、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m 3049. 0f t 1=(s m kg 10356. 1h f t 1232=- （见1）量纲为一，不必换算s Pa 101cp 13=-13lb ft =133lb 1kg 3.2803ft ft 2.2046lb 1m çç=16.01 kg/m2 (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H E 为例：m f t

6、 EE H H '= 则 EE EE 2803. 3mf t2803. 3f t m f t m H H H H '='='= 同理 (G G G '='=-5. 73710356. 13D D '=2803. 3 002803. 3Z Z '= (3LL 101-'=3L LL 06246. 001. '='= (3 将以上关系式代原经验公式，得('''''='-L L01.24-0.14E0624. 010002803. 33048. 02803. 301

7、. 125. 7371078. 257. 09. 32803. 3Z D G H整理上式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即(LL01.240.1-4E 4. 39205. 010084. 1Z D G A H -=4第一章 流体流动流体的重要性质1某气柜的容积为6 000 m3，若气柜内的表压力为5.5 kPa，温度为40 。已知各组分气体的体积分数为：H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、C H 4 1%，大气压力为 101.3 kPa，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(mol 4. 246245mol 313314. 8600

8、00. 10005. 53. 101t =+=RT pV n 各组分的质量：kg 197kg 24. 246245%40%4022H t H =M n m kg 97. 1378kg 284. 246245%20%2022N t N =M n m kg 36. 2206kg 284. 246245%32%32C O t C O =M n mkg 44. 758kg 444. 246245%7%722C O t C O =M n m kg 4. 39kg 164. 246245%1%144C H t C H =M n m2若将密度为830 kg/ m3的油与密度为710 kg/ m3的油各60

9、kg混在一起，试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。解： (kg 120kg 606021t =+=+=m m m331221121t m 157. 0m 7106083060= +=+=+=m m V V V 33t t m m kg 33. 764m kg 157. 0120=V m 流体静力学3已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa。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 绝压=大气压-真空度= (kPa 3.

10、65Pa 1020103. 8533=- （2）真空表读数真空度=大气压-绝压=(kPa 03. 36Pa 103. 651033. 10133=-4某储油罐中盛有密度为960 kg/m3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m，油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm的孔，其中心距罐底1000 mm，孔盖用14 mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5×106 Pa，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3×103 Pa ）？解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm处的流体压力为5（绝压）Pa 10813. 1Pa 0. 15. 9(8

11、1. 9960103. 10133=-+=+=gh p p 作用在孔盖上的总力为N 10627. 3N 76. 04103. 10110813. 1 (4233a -=）（A p p F每个螺钉所受力为N 10093. 6N 014. 04105. 39321=÷=F因此(（个）695. 5N 10093. 610627. 3341=F F n5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 1=500 mm，R 2=80 mm，指示液为水银。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R 3=100 mm。试求A 、B 两点的表压

12、力。 解：（1）A 点的压力(（表）Pa 101.165Pa 08. 081. 9136001. 081. 9100042汞3水A =+=+=gR gR p （2）B 点的压力(（表）Pa 107.836Pa 5. 081. 91360010165. 1441汞A B =+=+=gR p p 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 =100 mmh =800 mm。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101.3 kPa，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

13、体静力学基本方程式，A A p p '= 则 a +p gh gR p =汞水习题5附图习题4附图(80.132kPaPa 1. 08. 9136008. 08. 91000103. 1013=-=-=gRgh p p a 汞水 7某工厂为了控制乙炔发生炉内的压力不超过13.3 kPa（表压），在炉外装一安全液封管（又称水封）装置，如本题附图所示。液封的作用是，当炉内压力超过规定值时，气体便从液封管排出。试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h 。解：3. 13=gh 水(m 8. 910003. 13. 13=g h 水流体流动概述8. 密度为1800 kg/m3的某液体经一内径

14、为60 mm的管道输送到某处，若其平均流速为0.8 m/s，求该液体的体积流量（m 3/h）、质量流量（kg/s）和质量通量kg/(m2·s。解： h m 14. 8m 360006. 0414. 38. 043322h =d uuA V kg 26. 2kg 100006. 0414. 38. 0422s =d u uA w(s m kg 800s m kg 10008. 022=u G9在实验室中，用内径为1.5 cm的玻璃管路输送20 的70%醋酸。已知质量流量为10 kg/min。试分别用用SI 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

15、附录70%醋酸在20 时，s Pa 1050. 2m kg 106933=-， 0. 015mcm 5. 1=d (s 882. 0s 1069015. 04602b =u(5657105. 2882. 0015. 03b =-du Re 故为湍流。（2）用物理单位计算s cm g 025. 0g 10693=， cm 5. 1=d ，s c 2. 88b =u 5657025. 0. 12. 885. 1b =du Re10有一装满水的储槽，直径1.2 m，高3 m。现由槽底部的小孔向外排水。小孔的直径为4 cm，测得水流过小孔的平均流速u 0与槽内水面高度z 的关系为：zg u 262.

16、00=试求算（1）放出1 m3水所需的时间（设水的密度为1000 kg/m3）；（2）又若槽中装满煤油，其它条件不变，放出1m 3煤油所需时间有何变化（设煤油密度为800 kg/m3）？ 解：放出1m 3水后液面高度降至z 1，则 (m 115. 2m 8846. 032. 1785. 01201=-=-=z z 由质量守恒，得21d 0d M w w -+=，01=w （无水补充）20000.62w u A A A =（为小孔截面积） AZ M = (A为储槽截面积 故有 0262. 00=+d dz A gz A即d AA gzdz 062. 02-= 上式积分得 (262. 021200

17、z z A A g -=(m i n 1. 2s 4.126s 11. 2304. 0181. 9262. 02222=- = 11如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7 m，水从108 mm×4 mm的管道中流出，管路出口高于地面1.5 m。已知水流经系统的能量损失可按h f =5.5u 2计算，其中u 为水在管内的平均流速（m/s）。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（m 3/h）。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22121b12b2f 1122p p gz u

18、 gz u h +=+ （1）式中 z 1=7 m，u b10，p 1=0（表压） z 2=1.5 m，p 2=0（表压），u b2 =5.5 u 2 代入式（1）得22b2b219.8179.811.55.52u u =+ s 0. 3b =u（2）水的流量（以m 3/h计）(m 78. 84m 02355. 0004. 02018. 0414. 30. 3332b2s =-=A u V 1220 的水以2.5 m/s的平均流速流经38 mm×2.5 mm的水平管，此管以锥形管与另一53 mm×3 mm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

19、管以观察两截面的压力。若水流经A 、B 两截面间的能量损失为1.5 J/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22121b12b2f 1122p p gz u gz u h +=+ 式中 z 1=z 2=0，0. 3b1=u232. 12003. 0053. 020025. 0038. 05. 222221b121b1b2=-= = =d d u AA u u h f =1.5 J/kgk g J 866. 0k g J 5. 125. 2232. 1222f 2b12b2b221-= +-=+-=-h

20、u u u p p 故mm 3. 88m 0883. 0m 81. . 021=-g p p 13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。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为1.0133105 Pa 。流体密度为800 kg/m3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21105 Pa ，进料口高于储罐内的液面8 m，输送管道直径为68 mm 4 mm，进料量为20 m3/h。料液流经全部管道的能量损失为70 J/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2211221e 2f 22p u p u gZ W gZ

21、h +=+ (966. 1s m 004. 02068. 0414. 3204kgJ 700m 0. 8Pa 1021. 1Pa 100133. 1222f 1125251=-=-=d VA V u h u Z Z p p ；(222121e 21f 2p p u u W g Z Z h -=+-+习题11附图 习题12附图习题13附图(768.9WW 17380020kgJ 175kg J 704. 7893. 146. 2kgJ 700. 88. 92966. 1800100133. 121. 1e s e 25=+=+-=W w N W e 14本题附图所示的贮槽内径D =2 m，槽底与

22、内径d 0为32 mm的钢管相连，槽内无液体补充，其初始液面高度h 1为2 m（以管子中心线为基准）。液体在管内流动时的全部能量损失可按h f =20 u 2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1 m时所需的时间。解：由质量衡算方程，得12d d M W W =+（1）2120b 04W W d u =，（2）2d d d 4d M h D = （3）将式（2），（3）代入式（1）得 220b d 044d h d u D +=即 2b 0d ( 0d D h u d += （4）在贮槽液面与管出口截面之间列机械能衡算方程22b1b21212f 22u u p

23、p gz gz h +=+ 即 2222b b f b b 2020.522u u gh h u u =+=+= 或写成 2b 20.59.81h u = b u = （5） 式（4）与式（5）联立，得 22d ( 00.032d h =即 d hh =-di.c. =0，h =h 1=2 m；=，h =1m 积分得 1. 3hs 4676s 21256452=-= 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b ，高度习题14附图 2y 0，且b >>y 0，流道长度为L ，两端压力降为p ，试根据力的衡算导出（1）剪应力随高度y

24、 （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>>y0 ,可近似认为两板无限宽，故有 y Lpyb p bL -=-=2(21 （1） （2）将牛顿黏性定律代入（1）得d d u y =-d d u p y y L =上式积分得C y Lp u +=22 （2）边界条件为 y =0，u =0，代入式（2）中，得 C =-202y Lp C =因此 (2202y y L p u -= （3）（3）当y =y 0，u =u max故有 20m a x 2y L p u -=再将式（3）写成2max 01( y

25、 u u y =-（4） 根据u b 的定义，得2b max max112d 1( d 3A A y u u A u A u A A y =-=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0.293r i 处，其中r i 为管内半径；（2）剪应力沿径向为直线分布，且在管中心为零。解：（1）22max b i i 1( 21( r r u u u r r =-=- （1） 当u =u b 时，由式（1）得2i 1( 12r r =-解得 i 707. 0r r =由管壁面算起的距离为i i i i 293. 0707. 0r r r r r

26、 y =-=-= （2） 由d d ur=- 对式（1）求导得max 2i 2d d u u r r r =故 max b 22i i 24u u r r r r = （3）在管中心处，r =0，故=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max z 1 -=R r u u 试计算管内平均流速与最大流速之比u /u max 。解：7RRz max 22112d 12d r u u r r u r r R RR =- 令R 11287z max max max22001(1 112d 2(1d 2(d 0.817ry r R y Ru u r r y u R y y u y

27、 y y u R R-=-=-=-=，则18某液体以一定的质量流量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1/2，问因流动阻力而产生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 f p =f h 或f h =f p /=2b2u L d f1f2hh =（2b1b22112 (u u d d 式中 21d d =2 ，b2b1u u =（21d d）2 =4因此f1f2hh=221(2(4=3212又由于 25. 0Re316. 0=12=（25021. Re Re =（0.251b12b2d u d u =（2×25041. =（0.5

28、）0.25=0.841 故f1f2hh =32×0.84=26.9 19用泵将2×104 kg/h的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持25.9×103 Pa 的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为76 mm×4 mm的钢管，总长为35 m，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17 m。若泵的效率为0.7，求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073 kg/m3，黏度为6.310-4 Pa s 。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm。）解：在反应器液面1-1，与管路出口内侧

29、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22b1b2121e 2f 22u u p p gz W gz h +=+ （1） 式中 z 1=0，z 2=17 m，u b10 s m 43. 1s m 1073068. 0785. 036001024242b2=d wu p 1=-25.9×103 Pa (表 ，p 2=0 (表 将以上数据代入式（1），并整理得2b221e 21f ( 2u p p W g z z h -=-+=9.81×17+24312. +1073109. 253+fh =192.0+fh 其中fh =（+eL L d+）2b22u=

30、Re b du =30.0681.4310730.6310-=1.656×1050044. 0=d根据Re 与e /d 值，查得=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）： 0.43×2 m =0.86 m 标准弯头： 2.2×5 m =11 m故 f h =(0.03×350.86110.068+0.5+4kg J 243. 12=25.74J/kg于是 (kg J 217.7kg J 74. 250. 192e =+=W 泵的轴功率为s N =e W /w =W 7. 036001027. 2174=1.73kW 流体输送管路

31、的计算习题19附图 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100 mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15 m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20 m。（1）当闸阀关闭时，测得R =600 mm、h =1500 mm；当闸阀部分开启时，测得R =400 mm、h =1400 mm。摩擦系数可取为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（m 3）？（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L e /d

32、15，摩擦系数仍可取0.025。） 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22b1b21212f 1222u u p p gz gz h +=+， （a ） 式中 p 1=0(表(（表）Pa 39630Pa 4. 181. 910004. 081. 913600O H Hg 22=-=-=gR gR p u b2=0，z 2=0z 1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2H O 1Hg ( g z h gR += （b ）式中 h =1.5 m, R =0.6

33、 m 将已知数据代入式（b ）得m 66. 6m 5. 110006. 0136001=-=z 2222b b f,1-2c b b 15( 2.13(0.0250.5 2.1320.12u u L h u u d=+=+=将以上各值代入式（a ），即9.81×6.66=2b 2u +100039630+2.13 u b 2解得 m 13. 3b =u水的流量为 (m 43. 1m 13. 31. 0785. 0360043600332b 2s =u d V（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22b1b

34、33113f 1322u u p p gz gz h +=+， （c ） 式中 z 1=6.66 m，z 3=0，u b1=0，p 1=p 3习题20附图2e b f,13c ( 2L L u h d -+=+=22b b 350.025(15 0.54.810.12u u += 将以上数据代入式（c ），即9.81×6.66=2b 2u +4.81 u b 2解得 m 13. 3b =u再在截面1-1，与2-2，间列机械能衡算方程，基平面同前，得22b1b21212f 1222u u p p gz gz h +=+， （d ） 式中 z 1=6.66 m，z 2=0，u b10，u

35、 b2=3.51 m/s，p 1=0（表压力）kg J 26.2kg J 251. 35. 01. 05. 1025. 022f,1= +=-h将以上数值代入上式，则2. 261000251. 366. 681. 922+=p 解得 p 2=3.30×104 Pa （表压）2110 的水以500 l/min的流量流经一长为300 m的水平管，管壁的绝对粗糙度为0.05 mm。有6 m的压头可供克服流动的摩擦阻力，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12f p p h -=上式两端同除以加速度g ，得 gp p 21-=fh /g=6 m（题给）即

36、 fh =2b2u L d =6×9.81 J/kg =58.56 J/kg （a ）2232s b 01062. 0460105004-=d d d V u 将u b 代入式（a ），并简化得4510874. 2-=d（b ）与Re 及e /d 有关，采用试差法，设=0.021代入式（b ），求出d =0.0904m。 下面验算所设的值是否正确：000553. 00904. 1005. 03=-d e s 3. 1s 0904. 0. 02b =u 10 水物性由附录查得=1000 kg/m3，=130.77×10-5 Pa s (45b 1099. 81077. 130

37、3. 10904. 0=-du Re由e /d 及Re ，查得=0.021 故 m m 4. 90m 0904. 0=d22如本题附图所示，自水塔将水送至车间，输送管路用114mm 4mm 的钢管，管路总长为190 m（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15 m。设水温为12 ，试求管路的输水量（m 3/h）。解：在截面11'-和截面22'-之间列柏努利方程式，得22112212f 22p u p u gZ gZ h +=+55122111.013310Pa 1.013310Pa 15.0m 0p p Z Z u =-=； ；(2

38、2e 2212f 9.8150.522l l u u g Z Z h d +=-=-+ e 221.5294l l u d += 2u = （1） 采用试差法，2u =假设550.1062.57999.8e=2.1910124.2310du R -=则 0.20.0019106e d =取管壁的绝对粗糙度为0.2 mm，则管壁的相对粗糙度为 0.024=查图1-22，得 代入式（1）得， 2s u =故假设正确，2u = 管路的输水量(h m 61. 81h m 3600004. 02114. 0414. 357. 23322=-=A u V习题22附图 23本题附图所示为一输水系统，高位槽的

39、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38 m 、长为58 m；BC 支管的内径为32 mm、长为12.5 m；BD 支管的内径为26 mm、长为14 m，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 3/h）；（2）当所有阀门全开时，两支管的排水量各为多少（m 3/h）？（BD 支管的管壁绝对粗糙度，可取为0.15 mm，水的密度为1000 kg/m3，黏度为0.001Pa s 。） 解：（1）当BD 支管的阀门

40、关闭时，BC 支管的最大排水量在高位槽水面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C-C , 为基准平面得22b1b 11f 22C C C u u p p gz gz h +=+式中 z 1=11 m，z c =0，u b10，p 1=p c故 2b f 2C u h +=9.81×11=107.9J/kg （a ）f f , f , AB BC h h h =+ （b ）2b, ef, c ( 2AB AB u L L h d +=+2b, 2b, 58(0.030.5 23.150.0382AB ABu u =+= （c ） 2b, 2f, b,

41、 12.5(0.03 5.860.0322BC BC BCu h u = （d ） 22422b, b, b, b, b, 32(0.538BC AB BC AB BC BCABd u u u u u d =（e ） 将式（e ）代入式（b ）得22f, b, b, 23.150.511.58AB BC BCh u u = （f ） 将式（f ）、（d ）代入式（b ）, 得222f b, b, b, 11.585.8617.44BC BC BCh u u u =+= u bC =ub,BC ，并以h f 值代入式（a ），解得 u b,BC =2.45 m/s 故 V BC =3600

42、15;4×0.0322×2.45 m3/h=7.10 m3/h （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22b, b f, f, 22D C C D C BC D BDu u p p gz h gz h +=+ （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，于是上式可简化为习题23附图f, f, BC BD h h =2b, ef, c ( 2BC BC D u L L h d +=+2b, 2b, 12.5(0.031 6.360.0322BC BCu u =+= 2b, 2f, b, 14(1 (269.20.5 0.0262BD

43、 BD BDu h u =+=+ 将f, f, BC BD h h 、值代入式（a ）中，得22b, b, 6.36(269.20.5 BC BDu u =+ （b ） 分支管路的主管与支管的流量关系为 V AB =V BC +V BD222b, b, b, AB AB BC BC BD BD d u d u d u =+222b, b, b, 0.0380.0320.026AB BC BD u u u =+ 上式经整理后得b, b, b, 0.7080.469AB BC BD u u u =+ （c ） 在截面1-1，与C-C 间列机械能衡算方程，并以C -C 为基准水平面，得22b, b1

44、11f22C C C u u p p gz gz h +=+ （d ）上式中 z 1=11 m，z C =0，u b10，u b, C 0上式可简化为f f, f, 107.9J kg AB BC h h h =+=前已算出 22f, b,f, b, 23.156.36AB ABBC BCh u h u = 因此 22b, b, 23.156.36107.9AB BC u u += 在式（b ）、（c ）、（d ）中，u b, AB 、u b, BC 、u b, BD 即均为未知数，且又为u b, BD 的函数，可采用试差法求解。设u b, BD =1.45 m/s，则377001011000

45、45. 126. 03b =-du Re 0058. 02615. 0=d 查摩擦系数图得=0.034。将与u b,BD 代入式（b ）得(2B C, 245. 15. 0034. 02. 26936. 6+=b u 解得 79. 1B C b, =u将u b, BC 、u b, BD 值代入式（c ），解得(s 95. 1s m 45. 1469. 079. 1708. 0AB b, =+=u 将u b, AB 、u b, BC 值代入式（d ）左侧，即4. 10879. 136. 695. 115. 2322=+计算结果与式（d ）右侧数值基本相符（108.4107.9），故u b,BD

46、可以接受，于是两支管的排水量分别为 h m 18. 5h m 79. 1032. 043600332B C =V m 77. 2m 45. 1026. 043600332B C=V24在内径为300 mm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20 ，真空度为500 Pa，大气压力为98.66×103 Pa 。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835 kg/m3和998 kg/m3 ，测得的读数为100 mm。试求空气的质量流量（kg/h）。解： (Pa 74. 159Pa 1. 08. 9835998C A =-=-=gR P

47、 查附录得，20 ，101.3 kPa时空气的密度为1.203 kg/m3，黏度为1.81×10-5 Pa s ，则管中空气的密度为33m kg 166. 1m kg 3. 1015. 066. 98203. 1=-=55. 16166. 74. 15922max =Pu5max max -50.316.551.166e 3.198101.8110du R = 查图1-28，得max0.85uu = s 07. 1455. 1685. 085. 0max =u uh kg 159. 11h kg 166. 13. 0785. 007. 1422h =PuA W25在5. 2mm 38

48、mm 的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为16.4 mm，管中流动的是20 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600 mm，试计算管中甲苯的流量为多少（kg/h）？解：已知孔板直径d o =16.4 mm，管径d 1=33 mm，则 (247. 0033. 0. 0221o 1o =d d A A设Re >Re o ，由教材查图1-30得C o =0.626，查附录得20 甲苯的密度为866 kg/m3，黏度为0.6×10-3 Pa·s 。甲苯在孔板处的流速为 s 24. 8s

49、 m 866866136006. 081. 92626. 02A oo =-=-=gR C u甲苯的流量为 h kg 5427h kg 0164. 0424. 8360036002o o s =A u V检验Re 值，管内流速为s 04. 2s 24. 8334. 162b1=uc 43b11Re 1072. 9106. 086604. 2033. 0>=-u d Re原假定正确。非牛顿型流体的流动 26用泵将容器中的蜂蜜以6.28×10-3 m 3/s流量送往高位槽中，管路长（包括局部阻力的当量长度）为20 m，管径为0.l m，蜂蜜的流动特性服从幂律5. 0d d 05.

50、0 =yu z，密度=1250 kg /m3，求泵应提供的能量（J /kg）。解：在截面11'-和截面22'-之间列柏努利方程式，得2211221e 2f 22p u p u gZ W gZ h +=+55122111.013310Pa 1.013310Pa 6.0m 0p p Z Z u =-=； ；02u (2322e 2e 21f 6.28100.12049.8658.820.12l l u W g Z Z h d - +=-+=-=- 58.864=-0.520.5210.510.53130.510.8648640.058440.512500.1nn n n n u K

51、 n d -+= 1.50.5050.81.3983.212.583.23.540.3540.004512501250-= (kg J 51. 58kg J 0045. 0648. 58648. 58e =-=-=W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39 m3/h，此时泵的压头为38 m。已知输油管内径为100 mm，摩擦系数为0.02；油品密度为810 kg/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）。 解：（1）管路特性

52、方程甲、乙两地油罐液面分别取作1-1与2-2截面，以水平管轴线为基准面，在两截面之间列柏努利方程，得到2e eH K Bq =+ 由于启动离心泵之前p A =p C , 于是 gp Z K +=0则 2e e H Bq =又 e 38H H =m 39/(382=B h 2/m5=2.5×102 h2/m5则 22e e 2.510H q -=（q e 的单位为m 3/h）（2）输油管线总长度2e 2l l u H d g+=390.0136004u = m/s=1.38 m/s于是 e 22229.810.1380.021.38gdH l l u +=m=1960 m 2用离心泵（转速为2900 r/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60 kPa和220 kPa，两测压口之间垂直距