化工原理练习习题及答案

1、CHAPTER1流体流动2一、概念题1某封闭容器内盛有水，水面上方压强为P。，如图所示器壁上分别装有两个水银压强计和一个水银压差计，其读数分别为R、R和R,试判断：1231) RR(>,V,=)；122) R0(>,V,=)；3_3) 若水面压强p增大，则RRR有何变化(变大、变0123小,不变)答：1)小于,根据静力学方程可知。2)等于3)变大,变大,不变2如图所示，水从内径为d的管段流向内径为d管段，已知d2=网,d管段121流体流动的速度头为0.8m,hr=°.7m，忽略流经AB段的能量损失，则行=h二m,3m。答案：h?=1.3mh?=1.5mu2h+-12gu2

2、=h+亠22gd=<2d21，u2U2=-1-24,=ui(d)22=U丄)22h2二1.3mu2=1.5m3如图所示，管中水的流向为ATB,流经AB段的能量损失可忽略，则匕与p2的关系为。A)pi>p2B)pi>p2+0.5mC)pi>p2-0.5m答：C据伯努利方程D)p1PU2pu2PgZA+寸+Pi=PgZB+寸+P2P1=P2+Pg(ZBz)+(u2U2)A2BApi=p0.5pg+(u2u2)22BAu<u.p<p-0.5pgBAi24.圆形直管内,Vs定，设计时若将d增加一倍，则层流时仲是原值的倍,高度湍流时，h是原值的倍（忽略管壁相对粗糙度的

3、影响）。f答：1/16倍，1/32倍5某水平直管中，输水时流量为Vs，今改为输2Vs的有机物，且卩=2卩水,P=0.5P水，设两种输液下，流体均处于高度湍流状态，则阻力损失为水的倍；管路两端压差为水的倍。答：4，2lu2h=ASU2fd2d不变，qV2qV，u'=2uhf-4hf水平直管，AP"Pf"d学=Phf,0.5P，hf=4hf,Ap，二2Ap1)R0（>，=，<）2）A、B两点的压差Ap=Pa。A)Rg(pi-p)B)Rg(Pi-p)+PghC)pgh-Rg(Pi-p)D)Rg(Pi-p)Z3）流体流经A、B点间的阻力损失hf为J/kg。4）若

4、将水管水平放置，U形管压差计仍竖直，则R，Ap，h有何变化答：1）R>0，U形管的示数表明A-B能量损失，能量损失为正，故R>06已知图示均匀直管管路中输送水，在A、B两测压点间装一U形管压差计，指示液为水银，读数为R（图示为正）。则:2)B静力学方程：PA+Pg(z+R)二Pb+Pg(h+z)+pgRAp二Pa一Pb二Pgh+Rg(P厂P)工h二Rg(P厂P)3)f,A-BPPu2Pu2列伯努利方程，嗦A+寸+Pa=PgZB+寸+Pb+PEhf，A-BAp=p-pAB-z)+p工hAf,A-B=pgh+p工hf,A-B=pgh+Rg(p-p)i工hf,A-BRg(P-p)ip4）

5、不变，Rg（pi-p），不变。7在垂直安装的水管中，装有水银压差计，管段很短，1，2两点间阻力可近似等于阀门阻力。如图所示，试讨论：1）当阀门全开，阀门阻力可忽略时，P1P2（>,V,=）;2）当阀门关小，阀门阻力较大时，Pi_p2（>,v,=）,R_（大，小，不变）;3）若流量不变，而流向改为向上流动时，则两压力表的读数差Ap_，冈；答:1）根据伯努利方程：P1+PgZl=p2.P1<P22）P+pgz=p2+P工hfTP-P2=Plhf-Pgz>0.p>p2；因为流动阻力变大，R变大。3）流向改变,p2=p+pgz+p工hfTp2-p=pgz+plhf.IAI

6、变大，R不变。8图示管路两端连接两个水槽，管路中装有调节阀门一个。试讨论将阀门开大或关小时，管内流量qv,管内总阻力损失工hf,直管阻力损失hf和局部阻力损失hf2有何变化，并以箭头或适当文字在下表中予以表达（设水槽液位差H恒定）。总阻力损失工hf直管阻力损失hf局部阻力损失hf2流量qv阀开大不变变大变小变大阀关小不变变小变大变小9图示管路，若两敞口容器内液位恒定，试问：1)A阀开大，;压力表读数;2)B阀关小，;压力表读数;hf1/hhf1/hP2P1qVJqv2则qv则qvP2P1qvJqv2qV1/qV2不变。qV变大，P1变小,答：1)A阀开大,P变大,f1f2不变,2)B阀关小,q

7、v变小，P变大,P2变大,h/hf1f2不变,qV1/qv2变小。转子流量计的阻10.流量Vs增加一倍，孔板流量计的阻力损失为原来的倍,力损失为原来的倍,孔板流量计的孔口速度为原来的倍,转子流量计的流速为原来的倍，孔板流量计的读数为原来的倍，转子流量计的环隙通道面积为原来的倍。答：4,1,2,1,4,211.某流体在一上细下粗的垂直变径管路中流过。现注意到安在离变径处有一定距离的粗、细两截面的的压强表读数相同。故可断定管内流体()。A.向上流动；C.处于静止；B.向下流动；D.流向不定答：Bpu2p+pgz+1在1截面和2截面间列伯努利方程：12/ppgz二p(u2u?)+工hfu2YU1,迄

8、hf>0，水向下流动。12下面关于因次分析法的说法中不正确的是（）。A.只有无法列出描述物理现象的微分方程时，才采用因次分析法；B因次分析法提供了找出复杂物理现象规律的可能性；C. 因次分析法证明：无论多么复杂的过程，都可以通过理论分析的方法来解决；D. 因次分析法能解决的问题普通实验方法也同样可以解决答案：C、D分析：首先，因次分析所要解决的正是那些不能完全用理论分析方法建立关系式或者无法用数学方法求解方程式的复杂问题。其次，对一些复杂的、影响因素较多的物理现象，普通实验方法是无法解决Ap的。例如流体因内磨擦力而产生的压降f与管径、管长、粘度、密度及流速等有关。现在要找出Apf与d、1

9、、卩、P、u中任一变量的关系，如果采用普通的实验方法，假定每个变量只取10个实验值，则整个实验要做10万次！因次分析法将单个变量组成无因次数群后，大大减少了变量的个数和实验次数，使实验和数据处理工作成为可能。实验得出的数群之间的定量关系，在工程上与理论公式具有同等的重要性。13.流体在直管内流动造成的阻力损失的根本原因是答：流体具有粘性14.因次分析法的依据是。答：因次一致性原则15在滞流区，若总流量不变，规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的倍；湍流、光滑管（入=）条件下，上述直管串联时的压降为并联时的倍;在完全湍流区，上述直管串联时的压降为并联时的倍。答：4，8由泊谡叶方程知：AplU2

10、Aplf,1=1u2=2x2=u1将九表达式代入范宁公式，可知01u1.75故Pf，2=2（伫）1.75=2x21.75=6.72Ap1uf,111完全湍流区又称阻力平方区，该区域内压强与阻力的平方成正比。并联改成串联后，不仅流速加倍，管长也加倍，故此时u22u1=2x22=816如图示供水管线。管长L,流量V,今因检修管子，用若干根直径为1/2d,管长相同于L的管子并联代替原管，保证输水量V不变，设入为常数，£/d相答：6根设用n根管子九L(V/0.785d2)2九L(V/n/0.785x0.5d2)2d21/2d2n二22-5二5.6二、问答题1一无变径管路由水平段、垂直段和倾斜

11、段串联而成，在等长度的A、B、C三段两端各安一U形管压差计。设指示液和被测流体的密度分别为Po和P，当流体自下而上流过管路时，试问：(1) A、B、C三段的流动阻力是否相同(2) A、B、C三段的压差是否相同(3) 3个压差计的读数R、R、R是否相同试加以论证。ABClu2h=X答：(1)因流动阻力fd2,该管路A、B、C3段的九、1、d、u均土口1hhh相同，f,Af,Bf,C(2)在A、B、C三段的上、下游截面间列柏努利方程式：gZ1pu2pu2+-1+4gZ+J+厶+hP21p2.化简，得A段：B段:C段:Apph+pgAZAp二p-pphA12f,AApp-pph+pglB34f,BB

12、App+pphc+pglsinaC56f,c(a)(b)c)比较上面3式：APb>APc>APa(3)由流体静力学基本方程式A段：p+pgRp+pgR1A20AB段：p+pgRp+pgR+pgl3B40BBC段：p+pgRp+pgR+pglsina5C60CC整理，得PiP2(P-P)g0(P-P)-Pgl34B(P-P)g0d)e)(P-P)-Pglsina56C(P0-P)gf)将(a)、(b)、(c)3式分别代入式(d)、(e)、(f)：PhfA-(P-P)g0R=7-B(P0-P)gR二fc-C(Po-P)g由(1)知h=h=hf,Af,Bf,CR二R二RABC分析：由题1

13、-2的结论已经知道：R所包含的不光是两个测压点压强的变化,还包含位能的变化。实际上，R所代表的仅仅是流动阻力。如果概念清楚，由hf厂hf二hf,C可直接得出RA=Rb=Rc的结论。本题还说明,流动阻力的大小与管段排列方式无关,但压差却与管段排列方式有关。这是因为管段两段的压强差不仅要克服流动阻力,还要克服位头的变化,所以液体自下而上流动时,压差大于水平管。.32卩luAp2.下面两种情况,可不可以用泊谡叶方程(fd2)直接计算管路两端的压强差(1) 水平管，管内径为50mm，流体的密度为996kg/m3,粘度为流速为2m/s。(2) 垂直管，管内径为100mm，流体的相对密度为，粘度为,流速为

14、s。分析：此题核心在于：上述两种情况下，用泊谡叶方程算出的压强降Ap管路两截面的压强差AP在数值上是否相同。由柏努利方程式gAZ+Au2+AP=WPeAu2Ap=p-p=PW-PgAZ-P-p厶h21e2其中pEhf即为%。上式说明，在一般情况下，切与Apz在数值上是不等的，只有流体在一A"2=0段无外功加入（We二0），直径相同（2）的水平管（AZ=0）内流动时，Ap与Apf才在绝对数值上相等。还需注意：由于泊谡叶方程在推导过程中引入了牛顿粘性定律，而只有在滞流时内摩擦应力才服从牛顿粘性定律，所以它仅适用于滞流时的流动阻力计算。答：（1）dup50x10-3x2x9960.894x

15、10-3=1.11x105>4000流体流动类型属湍流，此时泊谡叶方程不适用，所以不能用其计算管路两截面间的压差。（2）对于垂直管，尽管流动类型可能为滞流，但由泊谡叶方程算出的仅是摩擦阻力损失项，而垂直管路两截面的压差还要受位能的影响，所以也不能用泊谡叶方程直接计算两截面的压差。三、计算题1虹吸管将20°C的苯（密度为800kg/m3）从池中吸出，虹吸管用直径为d的玻璃管制成，装置如图。设管中流动按理想流体处理，假设池的直径很大，流动时液面不变。1）水在管中流动时，比较AA、BB、CC、DD面压力大小（2）管中流速大小与哪些因素有关欲增加管中流速，可采取什么措施管中流速的极限值

16、是多少解：（1）AA、DD截面处压力为大气压，BB处压力为大气压加上1m苯柱，而CC截面为负压，当虹吸管流动忽略不计时,CC面压力为一3m苯柱（表压）。因此压力最低点在CC面处。在输液时，要注意当压力太低时，容易产生气缚而中断输液。（2）AA、DD面的位差与流动流体的物性等因素有关，如果是真实流体，还与流动时的阻力有关，故增加管中流速可以用增加位差或改变管子材料等方案实现。在本题所设范围内，增加管长最简单可行。列AA与DD面柏努利方程，得：ud=k''2ghf2x9.81x2=6.26m/sgZC+仝+=gZD+厶+UD+Ehf求CC处的压力：P2P2f根据假设工人广0uc二6

17、26m/s,UD二0u2C22PC=大气压-9.81x800x5-2=1.01x105-9.81x800x5-62622=61740Pa20°C苯的饱和蒸汽压可由安托因方程计算仗P0二6898-鸟!4二1-8756P0=75.2mmHg=104PaCC面的压力大于P苯苯，故不会汽化。如果管子加长，则流速会提高，C处压力最低只能降到104Pa，由此可求出输苯的极限速度：列AA、CC面的柏努利方程：牛+ZAg+p=半+gZc+UC宀“uC=2+800uC=；2X101000-10000+9.81X3=14.1m/sC小结：1）此题是理想流体柏努利方程的运用，通过能量转换，了解流动过程中各

18、点静压强的大小。2）在虹吸管CC截面处是负压，而DD截面处压力为大气压，水为何能从压强低处流向压强高处呢这是因为C点的总势能（及静压能与位能之和）大于D点的静压能，所以流体流动方向是由C至D。3）D点接长，水流速度会加大，当流速增为14.1m/s时，再想增加流速是不可能的，因为这是B点压力已低于苯在该温度下的饱和蒸汽压，这样会产生气缚现象，虹吸管内流体将不连续。2.用离心泵将蓄水池中20°C的水送到敞口高位槽中，流程如本题附图所示。管路为4）57X3.5mm的光滑钢管，直管长度与所有局部阻力（包括孔板）当量长度之和为250mm。输水量用孔板流量计测量，孔径d=20mm，孔流系数为。从

19、池0面到孔板前测压点A截面的管长（含所有局部阻力当量长度）为80mm。U型管中指示液为汞。摩擦系数可近似用下式计算，即九=0.3164/Re0.25当水流量为7.42rw/h时，试求：（1）每kg水通过泵所获得的净功；(2) A截面U型管压差计的读数R；1(3) 孔板流量计的U型管压差计读数R。2解：该题为用伯努利方程求算管路系统所要求的有效功和管路中某截面上的压强(即R),解题的关键是合理选取衡算范围。至于R的数值则由流量计的流量公12式计算。1)有效功在1-1截面与2-2截面间列伯努利方程式，以1-1截面为基准水平面，得：W二gAz+e式中：U1=U2=0，表压)Z1=0，Z2=15m7.

20、42=1.05m/s3600xn/4x0.052查得：20°C水的密度为P=1000kg/m3，粘度卩=x10一3PasRe=dUP=0.05X1.05X1000=525001.0x10-3九=0.3164/Re0.25=0.3164/(52500)0.25=0.0209工hfl+工leu2=九一d2=0.0209x2501.052x0.052=57.6J/kgWe=15x9.81+57.6=204.7J/kg2)A截面U形管压差计读数R1由A截面与2-2截面之间列伯努利方程，得:2gZA-2+hf,A-2式中：u=L°5m/s，Z2-A=1mf，A-厂0209X哙存)X二

21、39J7J/炮1.052=(39.17+1x9.81-)x1000二4.8x104Pa2(表压)读数R由U形管的静力平衡求算：1P1+(1.5+气)Pg二RPAgR1p+1.5Pg4.8x104+1.5x1000x9.81(13600-1000)x9.81=A=0.507m(PA-P)g3）U形管压差计读数R2VS=CA：2竹(PA-P)g00p将有关数据代入上式得竺=0.61xlx0.022：2(13600一1000)X981R2360041000R2=0.468m讨论：该题是比较典型的流体力学计算题，其包括了伯努利方程、流体静力学基本方程、能量损失方程、连续性方程的综合运用。通过该题能加深

22、对流体力学基本理论的理解。3用离心泵向E、F两个敞口高位槽送水，管路系统如本题附图所示。已知：所有管路内径均为33mm，摩擦系数为，AB管段的长度（含所有局部阻力的当量长度）为100m，泵出口处压强表读数为294kPa，各槽内液面恒定。试计算：（1）当泵只向E槽供水，而不向F槽供水、F槽内的水也不向E槽倒灌（通过调节阀门V1与V2开度来实现），此时管内流速和BC段的长度（包括所有局部阻力当量长度）为若干；(2) 欲同时向EF两槽供水，试定性分析如何调节两阀门的开度假设调节阀门前后泵出口处压强表读数维持不变。解：1)管内流速及BC段管长取测压处为1-1截面，E槽液面为2-2截面，并取通过测压口中

23、心线为基准面，则在两截面间列伯努利方程得：么+1=gz+Eh+Ehp22fABfBC其中z2二4m工h二九lB二0.028x二42.42u2fABd20.0332lu2工h二九-BC-二9.81x6二58.84J/kgfBCd2294x103-2-+亠=9.81x4x42.42-2+58.841032-=2.162m/s2工h=0.028-bx=1.983-=58.84fBC0.0332BC-=58.84/1.983=29.7mBC2)欲同时向E、F两槽供水，需关小V阀而开支V阀。12讨论：本题1为分支管路的特例，当使F槽内水不流动时，实际变成了简单管路的计算，但对BC管段的能量损失加了限制条

24、件，使问题成为唯一解。欲使水能同时向E、F两槽供水，在调节阀门的同时，呈管内的流量必然减小，以使AB管段的能量损失降低，在B点水所具有的压头应大于4m。4密度为900kg/m3的某液体从敞口容器A经过内径为40mm的管路进入敞口容器B，两容器内的液面高度恒定，管路中有一调节阀，阀前管长65m,阀后管长25m(均包括全部局部阻力的当量长度，进出口阻力忽略不计)。当阀门全关时，阀前后的压强表读数分别为80kPa和40kPa。现将调解阀开至某一开度，阀门阻力的当量长度为30m，直管摩擦系数入二。试求：(1) 管内的流量为多少m3/h(2) 阀前后的压强表的读数为多少(3) 将阀门调至另一开度，且液面

25、高度不在恒定(液面初始高度同上)，试求两液面高度差降至3m时所需的时间。(两容器内径均为5m，假定流动系统总能量损失为工h=15u2)。f解：当阀门关闭时，以管道中心线作为基准水平面，根据静力学方程pgz=80xIO3Az=9.06mApgz=40x103z=4.53mBB在A截面和B截面间列伯努利方程，得gZA+UA+令=gZB+与+今我hfAB式中：uA=uB=0,pA=pB=0（表压。=九l±e吐=0.0045x65+25+30吐=6.75u2d20.0429.81(9.06-4.53)二6.75u2u=2.56m/sV=3600x0.785x0.042x2.56=11.6m3

26、/hh2）在A截面与阀前压强表所在截面间列伯努利方程gzu2+-2七=gz1+2h=X匚u2=0.0045xdx2562=23.96f1-Ad20.042p1=(9.06x9.81-27.24)x900=55.47kPa在阀后压强表所在截面与B截面间列伯努利方程gz2+=gzB2件，2-L今与=。0045x烏x警=9216P2=900x（453x981+9216一丁）=俗34kPa3）设某瞬间A罐液面降至H,B罐液面升至h。0ACB0如图以罐底所在平面为基准面,列11'、22'两截面的柏努力方程,以表压计。因A、B两截面较大，下降与上升速度都很小，故动能可忽略。简化后的柏努力方

27、程为：Hg=hg+2hf2hf整理H-h=g二1.529u2(a)由质量守恒可知，A罐油减少量等于B罐油品增加量。故有Aa=Ab整理得H=13.59-h将此关系代入），得u二OWhM59-2h(b)d2-u-d0对B罐作质量衡算：在d9时间内进入体积量：4排出体积量：0,积累体积量：Abdhnd2-u-d9=A-dh4b4A4x5,3978.9/d9=亠dh=dh=dhnd2u兀x0.042u(c)dh将（b）式代入（c）式，整理得d9=4912J13.592h(d)对（d）式进行积分:戶d9=4912f5-29504.53dhv13.592h令x=13.592hdx=dh/2dh=2dx又h

28、=4.53时，x=4.53；h=5.295时，x=39=4912x置换变量：4.53=4912x2x2e3=7787s=2.16hCHAPTER2流体输送机械一概念题1、属于正位移泵型式，除往复泵外还有，等型式。答：计量泵、螺杆泵、齿轮泵2、产生离心泵气缚现象的原因是，避免产生气缚的方法有。答：泵内灌入空气，液体密度降低；在泵密封严密的情况下，灌泵排出空气3、造成离心泵气蚀的原因是，增加离心泵允许安装高度Hg的措施是和。答：叶轮附近某处的最低压强小于等于被输送液体在输送温度下的饱和蒸汽压增大吸入管路的管径，减少不必要的管件和阀门。4、用同一离心泵分别输送密度为p及p二p的两种液体，已知两者的体

29、积V121相等，则HeHe,NeNe。2121答He二H,Ne二1.2Ne答：2e1215、离心通风机输送p=1.2kg/m3空气时，流量为6000rw/h，全风压为240mmH0,2若用来输送p'=1.4kg/m3的气体，流量仍为6000m3/h，全风压为mmH0。2p1.4H'=Ha=240x=280mmHO解：t11.21.226、离心泵的流量调节阀安装在离心泵管路上，关小出口阀门后，真空表读数，压力表读数。解：出口，下降，上升。在贮槽液面1-1与泵的真空表所在截面2-2间列伯努利方程u2pu2plu2gZ+亠+1二gZ+丄+2+九42_12p22pd2ppl八u2吕2二

30、gZ2+（九丁+1）才p2d2P、P关小出口阀门，u2下降，p下降，即真空表读数下降。同理，在压力表所在截面3-3与贮槽液面1-1间列伯努利方程。u2pu2plu2gZ+亠+3二gZ+亠+0+九亠0亠32p02pd2pplu2一=gZ3+（九厂1）扌P3P07、两敞口容器间用离心泵输水，已知转速为n时,泵流量Q=100l/s,扬程H=16m,111转速为n时，Q=120l/s,H=20m。则两容器垂直距离二m。222解：He二K+BQ2代入已知数据得：16=K+B0.1220=K+B0.122解得：B=909.1,K二6.91K=AZ+坐=6.91,坐=0,AZ=6.91mPgPg8、若离心泵

31、入口处真空表读数为700mmHg。当地大气压为。则输送42°C水时（饱和蒸汽压为）泵内发生汽蚀现象。答：会9、用离心泵向高压容器输送液体,现将高压容器的压强降低,其它条件不变,则该泵输送液体的流量，轴功率。答：加大,加大H=K+BQ2=AZ+Ap+BQ2管路的特性方程为：ePg高压容器的压强降低，AP下降，K降低，所以改变前后的操作点如图：QQ，所以流量加大。又根据泵的特性曲线知，当流量加大时，泵的轴功率增加。10用离心泵将水池中水送至常压水塔，若在离心泵正常操作范围内，将出口阀开大，则流量qV，扬程He，管路总阻力损失工Hf，轴功率P（变大、变小、不变、不确定）。答：变大，变小，不

32、变，变大11图示管路用泵将江水送上敞口容器。若在送水过程中江水水位上升，流量（变大、变小）。现欲维持原流量不变，则出口阀应作如何调节。试比较调节前后泵的扬程（变大、变小、不变）。答：变大，关小出口阀，变大在江水水面和容器液面间列伯努利方程u2pu2pgZ+7+厶+W=gZ+亠+厶+乙H02pge12pgfH=W-gAZfe江水液面上升，AZ下降，则流量变大。由于泵的特性曲线中，扬程随泵的流量的增加而减小，故调节后泵的扬程大于调节前。12.图示管路，泵在输送密度为p的液体时，流量为qv，现若改为输送密度为p液体，（已知P'<P），则流量为qV。试比较:HP'e，eH，P&#

33、39;e，ePe（>，V，=）;Pe（>，V，=）。1）p2<pi时，qv，H；2）P2=pi时，qVqv，H；答：1）大于，小于，大于2）等于，等于，小于在两容器液面间列伯努利方程gZ+ui+旦+W=gZ+仔+厶+EH02pge12pg.工H=W+Pi-P2-gAZfePgp2<pi时，P'<P,为H变大，故流量变大；由泵的特性曲线知，扬程变小，轴功率变大。p2=pi时，P'<P,为Hf不变，故流量不变，由泵的特性曲线知，扬程不变，轴功率Ne=HQPg，变小。13如图所示循环管路，离心泵输送密度为P二850kg/m3的某有机液体，试问:1）

34、若池中液面上升，则：流量qv，扬程He，真空表读数Pi，压力表读数P2；2）若离心泵输送的液体为水，则：流量qv，扬程He，真空表读数P1，压力表读数P2；3）若将泵的转速提高，则离心泵的流量qv，扬程He，效率“（变大、变小、不变、不确定）答：1）不变，2）不变，3）变大，不变，变小，变大不变，变大，变大，变大。变大，不变1）池内水面上升，泵的特性曲线与管路的特性曲线均未变化，故工作点的位置不变，所以，流量及扬程不变。在池面与真空表所在截面1-1之间列伯努利方程，得：匕=Z+件+旦+HPg12gpgf，°T=Z+（九庄1e）作真空表读数为：Pg1d2g流速U不变，Z变小，故真空表读

35、数变小。1同理，在压力表所在截面2-2与池面间列伯努利方程得u2ppZ+2=a+H22gpgpgf，2-0La=（九仁+Yl-1）峰-Z压力表读数：pgd2g2流速U不变，Z变小，压力表读数变大。2同时，由于水的密度大于有机液体的密度，故真空表读数和压力表读数均变大。3）泵的转速提高，则离心泵的特性曲线变化，流量变大，扬程变大，效率不变2）若输送的液体变为水，管路的特性曲线及泵的特性曲线均不变，故泵的工作点的位置不变，流量及扬程不变。由于水的密度大于有机液体的密度，所以轴功率变大14离心泵输送管路，单泵操作时流量为qv，扬程为He。现另有一台型号相同的泵，在管路状态不变条件下，将泵串联时输送流

36、量为qV，扬程为H；，将泵并ffYjrff联时输送流量为qv，扬程为H；，则：VV；VV；B)qV>qv，H>H；VVqV>qV，C)qf2q,H'H；q"q,H"2HVVVVD）视管路状态而定；答：B15试按下表讨论离心泵与往复泵的使用、调节和操作三方面有何不同。离心泵往复泵压头由泵与管路共同决定由管路决定流量由泵与管路共同决定由泵决定流量调节改变管路阀门调节支路调节改变泵改变转速改变活塞频率与行程启动出口阀关闭阀门开启一、问答题1采用离心泵从地下贮槽中抽送原料液体，原本操作正常的离心泵本身完好但无法泵送液体，试分析导致故障的可能原因有哪些答：可

37、能的原因：（1）槽内液面下降；（2）吸入管堵塞；（3）液体温度上升；（4）容器内压强下降；（5）入口侧漏气。2.离心泵的特性曲线HQ与管路的特性曲线HQ有何不同二者的交点意味着ee什么答：将离心泵的基本性能参数之间的关系描绘成图线称为离心泵的特性曲线。这里讨论的是其中的一条HQ曲线。它表明转速一定时，离心泵的流量和该流量下泵的能提供的压头即做功本领之间的对应关系。该曲线由生产厂家测定并提供，是泵本身固有的特性，它只与泵自身的结构（如叶片弯曲情况、叶轮直径等）、转速有关，而与其所在的管路及其他外界条件无关。所以离心泵的特性曲线图只须注明型号、转速即可。二者的交点M称为泵在该管路上的工作点。意味着

38、它所对应的流量和压头，既能满足管路系统的要求，又能为离心泵所提供，即Q二Qe,H=He。换言之，M点反映了某离心泵与某一特定管路相连接时的运转情况。离心泵只能在这一点工作。3、如图，假设泵不在M点工作，而在A、B点工作时，会发生什么情况答：假设泵工作不在M点工作，而在A点工作时，在A点所对应的流量Qa下,管路所需要的压头为Ha，而该流量下泵所提供的压头为Ha。Ha'>Ha，说明液体的压头（泵给予单位重量流体的有效能量）有富裕，此富裕压头将促使液体加大流速，流量由Qa变到Qm，即在M点达到平衡。反之，如果泵在B点工作，则在Qb流量下泵所产生的压头丹鸟小于液体通过该管路时所需要的压头

39、Hb，即Hb<Hb。由于液体所需的有效能量不能满足，只能靠减少流速在M点达到平衡，届时流量从Qb减至Qm。三、计算题1用离心泵向密闭高位槽送料，流程如图所示。在特定转速下，泵的特性方程为：H=42-7.56xIO4Q2（q的单位为m3/s）当水在管内的流量Q=°°lm3/s时，流动进入阻力平方区。现改送密度P=1200kg/m3的水溶液（其它性质和水相近）时，密闭容器内维持表压118kPa不变，试求输送溶液时的流量和有效功率。解：本题条件下，泵的特性方程和特性曲线不变，而当流动在阻力平方区时，管路特性方程中的比例系数B值保持恒定，在维持密闭高位槽表压不变的情况下，随被

40、输送液体密度加大，管路特性方程中的K(二AZ+Ap/Pg)值变小，因而管路特性曲线向下平移，从而导致泵的工作点向流量加大方向移动。输送清水时，管路特性方程为：He=AZ+Ap/pg+BQe将有关数据代入上式得：叮12+!0船+咤=24+咤此式与泵的特性方程联解以确定B值：42-7.56x104(0.01)2=24+B(0.01)2解得：当输送溶液时，B值不变，管路特性方程变为：118xl031200x9.807+1.044x105(Q')2e=22+1.044xl05(Q')2e此方程与泵的特性方程联解，便可求出改送溶液时的流量，即：427.56xl04(Q')2=22

41、+1.044xl05(Q')2e解得：Q'二0.01054m3/s所以：H=42-7.56x104x0.010542=33.6m泵的有效功率为：Ne=HQ'p/102=33.6x0.01054x1200/102=4.17kW由上面的计算可知，当泵上下游两容器的压强差不为零时，被输送液体密度的变化必引起管路特性曲线的改变，从而导致泵工作点的移动。在本题条件下，密度加大，使泵的流量加大，压头下降，功率上升。2用离心泵将池内水送至灌溉渠，起始两液面位差为10m,管路系统的压头损失可表示为H=X106Q2(Qe的单位为rw/s)；在特定转速下泵的特性方程为：H=feX106Q2

42、(Q的单位为rw/s)。池面的面积为100m2，试求：1) 若两液面恒定，则水的流量为若干m3/h2) .若灌溉渠内液面恒定，而池内液面不断下降，则液面下降2m,所需的时间为若干h解：当两液面恒定时，流动为定态，此时只要联立管路特性方程与泵的特性方程便可求得流量；当池内液面不断下降时为非定态流动，需通过微分物料衡算和瞬间柏努利方程求解所需时间。1两液面恒定的流量在池面与渠面之间列伯努利方程式可得到管路特性方程为：He=10+0.6x106Qe泵的特性方程为：H二26-0.4x106Q2联解两方程，解得流量为：Q二4x10-3m3/s二144m3/h2液面下降2m所需的时间设输送开始后的某一时刻

43、，池内液面下降hm,流量为Qrw/s。在d9s时间内，液面下降dhm，则物料衡算式为：l°0dh二Qd或加二100dh/Q在&时刻，管路特性方程为：He=(10+h)+0.6x106Qe泵的特性方程仍保持不变，即：H=260.4x106Q2在泵的工作点处26-0.4x106Q2=10+h+0.6x106Q2Q=(16h)1/2/103d9二105dh/(16h)1/2令x=16h，则：dh=dx当h=Q时，廿16；当h=2时，珀=1416=5176Qs=14.35h14,9=-lQ5卩2x-1/2dx=2X1Q5J1xl3某管路安装一台IS80-50-200型水泵，将水池中的

44、水送至高度为10m、表压为X104Pa的密闭容器内，管内流量为X10-3m3/s。试求1）管路特性曲线（假定管内流动已进入阻力平方区）及输送每千克水消耗的能量。2）若将阀门关小，使管内流量减小25%，管路特性曲线（假定管内流动位于阻力平方区）有何变化此时输送每千克水需消耗多少能量与原管路相比，在此（已知：当Q=X10-3m3/s，泵的压头为H=47m，泵的效率为71%：当Q二Xev流量下输送每千克水额外消耗的理论功为多少v10-3m3/s，泵的压头为H二；泵的效率为）e解：当Q=X10-3m3/s，泵的压头为H=47m；ve则管路的特性方程的系数B可求出。h=k-BQe=az+詈+叱9.81x

45、1Q4=1Q+B(1.67X1Q-3)2=47B=9.68x1Q4管路的特性方程为：He=2Q+9&x1Q4Qe在此流量下，输送每千克水所消耗的能量为：W=牛=窖=69Q.8J/炖关小阀门后管路的流量为：Q；=167"°一3x（1-Q.25）=12.5x1Q-3m3/s则关小阀门后管路特性曲线方程的系数为仪H'-K51.4-2Q2Q11Q5B=e=2.Q1X1Q5Q'2(12.5X1Q-3)2e管路特性曲线方程为：H：=2°+2.01X10502此时，输送每千克水所消耗的能量为：9.81x51.40.663=760.5J/kg对于原管路，输

46、送Qe=12-5x10-3m3/s的水量，所需的压头为：H=20+9.68x104x(12.5x10-3)2=35.1me因阀门关小，输送每千克水多消耗的理论功为：g(H'H)=9.81x51.435.1=159.9J/kgee此部分能量全部消耗于阀门的局部阻力上。由此可以看出，用阀门调节流量的代价是能耗的增加。导致能耗增加的原因有二：其一是阀门局部阻力损失的增加，其二是泵效率的降低。CHAPTER3非均相物系的分离和固体流态化一、填空题1. 某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律，若在水中的沉降速度为u,在空气中为1u,则uu；若在热空气中的沉降速度为u,冷空气中为u,则uu。212343

47、4(>,v,=)_d2g(p-p)us答：t18卩，因为水的粘度大于空气的粘度，所以U1<U2热空气的粘度大于冷空气的粘度，所以U3<忍2. 用降尘室除去烟气中的尘粒，因某种原因使进入降尘室的烟气温度上升，若气体质量流量不变，含尘情况不变，降尘室出口气体含尘量将(上升、下降、不变)，导致此变化的原因是1)；2)。答：上升，原因：粘度上升，尘降速度下降；体积流量上升，停留时间减少。3. 含尘气体在降尘室中除尘，当气体压强增加，而气体温度、质量流量均不变时，颗粒的沉降速度，气体的体积流量，气体停留时间，可100%除去的最小粒径dmin。(增大、减小、不变)答：减小、减小、增大，减

48、小。_i'4dg(P-P)Ust3陆，压强增加，气体的密度增大，故沉降速度减小，V-nRT压强增加，p，所以气体的体积流量减小，LLt气体的停留时间uVs/A，气体体积流量减小，故停留时间变大。丁I18pudt最小粒径在斯托克斯区ming(Ps-P)，沉降速度下降，故最小粒径减小。4一般而言，同一含尘气以同样气速进入短粗型旋风分离器时压降为P,总效1率为"i，通过细长型旋风分离器时压降为P,总效率为"2，则：PP，12仏12"1"2。答：小于，小于5某板框过滤机恒压操作过滤某悬浮液，滤框充满滤饼所需过滤时间为T，试推算下列情况下的过滤时间亡为原来

49、过滤时间T的倍数：1) S0，压差提高一倍，其他条件不变，=T;2) s0.5，压差提高一倍，其他条件不变，亡=T；3) s1，压差提高一倍，其他条件不变，J=T；答：1)；2)；3)1,工01/(Ap)1-s，可得上述结果。6.某旋风分离器的分离因数k=100,旋转半径R=0.3m,则切向速度u二m/s。t答：17.1m/s7对板框式过滤机，洗涤面积aw和过滤面积A的定量关系为，洗水走过的dV)距离Lw和滤液在过滤终了时走过的距离L的定量关系为,洗涤速率()W和终了时的过滤速率(乔)E的定量关系为。1dV1dVAA一)()答案：w2；Lw二2L；(d9W=4d9E8转筒真空过滤机，转速越大，

50、则生产能力就，每转一周所获得的滤液量就越，形成的滤饼厚度越，过滤阻力越。答案：大；少；薄；小分析：由转筒真空过滤机的生产能力：Q-465丫丽(忽略介质阻力)9一降尘室长5M,宽2.5M,高1.1M,中间装有10块隔板，隔板间距为0.1M,现颗粒最小直径10卩m，其沉降速度为0.01m/s，欲将最小直径的颗粒全部沉降下来，含尘气体的最大流速不能超过m/s。理由：1）最大生产能力V=11x5x2.5x0.01二1.375m3/s1.3751.1x2.5=0.5m/sVu二最大流速H-b或：L工H二5工2!uu0u0.01nu<0.5m/s10恒压过滤时，过滤面积不变，当滤液粘度增加时，在相同

51、过滤时间内，过滤常数K将变，滤液体积将变.答：小，小K=2kApi,k=旦rr，粘度增加，故K变小;(V+Ve)2二KA2(0+0e)，滤液体积减小。二、选择题1以下说法正确的是。A过滤速率与过滤面积成正比B过滤速率与过滤面积的平方成正比C过滤速率与滤液体积成正比D过滤速率与滤布阻力成正比答案：B分析：可由过滤基本方程直接求得2.用板框过滤机进行恒压过滤，若介质阻力可忽略不计，过滤20min可得滤液8m3,若再过滤20min可再得滤液A8m3B4m33.3m3D11.3m3答案:C分析:由恒压过滤方程V2+2VVe二KA20由题知Ve二°，则有V2=KA20将0二20minV=8m3

52、代入KA2=82得20则02二40min时V2*0；82:矛x40=ll3m3V-V二11.3-8二3.3m321应注意恒压过滤方程中V、0是指从初始6起点）态计得的累积量。3.含尘气体在降尘室内按斯托克斯定律进行沉降，理论上完全除去的粒子最小粒径为30m,现气体的额处理量增大1倍，则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为A2X30|imB1/2X30|imD2i/2X30|dm答案：D分析：降尘室最大处理量Vs与能被完全除去最小颗粒的沉降速度ut有以下关V=AuStd2(P-P)gu_tdmin丫g(Ps-p)A4下面哪个是过滤的推动力。A液体经过过滤机的压强降；B滤饼两侧的压差；C介质两侧的

53、压差；D介质两侧的压差加上滤饼两侧的压差答：D5恒压过滤时，当过滤时间增加1倍则过滤速率为原来的。(介质阻力可忽略，滤饼不可压缩)A2i/2倍B2-1/2倍C2倍D1/2倍答案：B分析：恒压过滤方程为：q2+2qqe二K(a)dq_K过滤基本方程为加2(q+纭)将qe_0代入两式，然后再将(a)代入(b)有dq_K10CdO2丽柯6降尘室的生产能力取决于。A降尘面积和降尘室高度B沉降面积和能100%除去的最小颗粒的沉降速度C降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度D降尘室的宽度和长度答：B7对标准旋风分离器系列，下列说法哪一个是正确的_。A尺寸大，则处理量大，但压降大；B尺寸大，则分离效率高，但压降小；C尺寸小，则处理量小，但分离效率高；D尺寸小，则分离效率差，但压降大答：C8设降尘室的长、宽、高分别为L、S、H(单位均为m),颗粒的沉降速度为ut(m/s),气体的体积流量为Vs，则颗粒能在降尘室分离的条件是。AH/u$LbH/Vs；BH/uWLbH/Vs；CL/uWLbH/Vs；DL/u$LbH/Vstttt答：B9下列