化工原理_第二版__上册课后习习题答案[1]

1、14本题附图所示的贮槽内径D=2 m，槽底与内径d0为32 mm的钢管相连，槽内无液体补充，其初始液面高度h1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hf=20 u2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 （1） （2） （3）将式（2），（3）代入式（1）得 即 （4）在贮槽液面与管出口截面之间列机械能衡算方程 即 或写成 （5）式（4）与式（5）联立，得 即 . =0，h=h1=2 m；=，h=1m 积分得 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

2、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 = 或 =/= =（式中 =2 ，=（）2 =4因此 =32又由于 =（=（=（2×=（）=故 =32×= 习题19附图 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×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，求泵的轴功率。（已

3、知溶液的密度为1073 kg/m3，黏度为 Pas。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 （1）式中 z1=0，z2=17 m，ub10 p1=×103 Pa (表)，p2=0 (表) 将以上数据代入式（1），并整理得 =×17+=+其中 =（+） =×105 根据Re与e/d值，查得=，并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为 闸阀（全开）： ×2 m =0.86 m 标准弯头： ×5 m =11 m故 =×+4)=kg于是 泵的

4、轴功率为 = 习题20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，管路入口处的局部阻力系数取为。问每小时从管中流出多少水（m3） （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/d15，摩擦系数仍可取。）

5、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 （a）式中 p1=0(表) ub2=0，z2=0 z1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 （b）式中 h=1.5 m, R=0.6 m将已知数据代入式（b）得 将以上各值代入式（a），即 ×=+ ub2 解得 水的流量为 （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 （c）式中 z1=6.66 m，z3=0，ub1=0，p1=p3 =

6、将以上数据代入式（c），即 ×=+ ub2解得 再在截面1-1，与2-2，间列机械能衡算方程，基平面同前，得 （d）式中 z1=6.66 m，z2=0，ub10，ub2=3.51 m/s，p1=0（表压力） 将以上数值代入上式，则 解得 p2=×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 上式两端同除以加速度g，得 =/g=6 m（题给）即 =6× J/kg = J/kg

7、（a） 将ub代入式（a），并简化得 （b） 与Re及e/d有关，采用试差法，设=代入式（b），求出d=0.0904m。 下面验算所设的值是否正确： 10 水物性由附录查得 =1000 kg/m3，=×10-5 Pa 由e/d及Re，查得=故 习题22附图 22如本题附图所示，自水塔将水送至车间，输送管路用mm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（m3/h）。 解：在截面和截面之间列柏努利方程式，得 （1）采用试差法，代入式（1）得，故假设正确，管路的输水量 习题23

8、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。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（m3/h）；（2）当所有阀门全开时，两支管的排水量各为多少（m3/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。） 解：（1）当BD支管的阀门关闭时，BC支

9、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 式中 z1=11 m，zc=0，ub10，p1=pc故 =×11=kg （a） （b） （c） （d） （e）将式（e）代入式（b）得 （f）将式（f）、（d）代入式（b）,得 ubC=ub,BC，并以hf值代入式（a），解得 ub,BC=2.45 m/s故 VBC=3600×××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 （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

10、侧，于是上式可简化为 将值代入式（a）中，得 （b） 分支管路的主管与支管的流量关系为 VAB=VBC+VBD 上式经整理后得 （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 （d）上式中 z1=11 m，zC=0，ub10，ub, C0上式可简化为 前已算出 因此 在式（b）、（c）、（d）中，ub,AB、ub,BC、ub,BD即均为未知数，且又为ub,BD的函数，可采用试差法求解。设ub,BD=1.45 m/s，则 查摩擦系数图得=。将与ub,BD代入式（b）得 解得 将ub,BC、ub,BD值代入式（c），解得 将ub,AB、ub,BC值代入式（d）左侧，即

11、计算结果与式（d）右侧数值基本相符（），故ub,BD可以接受，于是两支管的排水量分别为 24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×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： 查附录得，20 ， kPa时空气的密度为1.203 kg/m3，黏度为×10-5 Pa，则管中空气的密度为查图1-28，得 25在mm的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为1

12、6.4 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do=16.4 mm，管径d1=33 mm，则 设Re>Reo，由教材查图1-30得Co=，查附录得20 甲苯的密度为866 kg/m3，黏度为×10-3 Pa·s。甲苯在孔板处的流速为 甲苯的流量为 检验Re值，管内流速为 原假定正确。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 k

13、Pa和220 kPa，两测压口之间垂直距离为0.5 m，泵的轴功率为 kW。泵吸入管和排出管内径均为80 mm，吸入管中流动阻力可表达为（u1为吸入管内水的流速，m/s）。离心泵的安装高度为2.5 m，实验是在20 ， kPa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m/s则 m3/h=57.61 m3/h(2) 泵的扬程(3) 泵的效率=68%在指定转速下，泵的性能参数为：q=57.61 m3/h H=29.04 m P= kW =68%4用离心泵（转速为2900 r/min）将20 的清水以60 m3/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2.4 m和0.61 m。规定泵入口的真空度不能大于64 kPa。泵的必需气蚀余量为3.5 m。试求（1）泵的安装高度（当地大气压为100 kPa）；（2）若改送55 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），得即 m（2）输送55 清水的允许安装高度55 清水的密度为985.7 kg/m3，饱和蒸汽压为 kPa则 =m=2.31m原安装高度（3.51 m）需下