化工原理1_7章习题答案解析

1、目录第一章流体流动与输送机械（2）第二章非均相物系分离（32）第三章传热（42）第四章蒸发（69）第五章气体吸收（73）第六章蒸馏（95）第七章固体干燥（119）第一章流体流动与输送机械1. 某烟道气的组成为CO13，N76，HO11（体积），试求此混合气体在温度222500°C、压力101.3kPa时的密度。解：混合气体平均摩尔质量M=ZyM=(0.13x44+0.76x28+0.11x18)x10-3=28.98x10kg/molmii混合密度PM101.3x103x28.98x10-3P=m=mRT=8.31x(273+500)=皿曲2. 已知20C时苯和甲苯的密度分别为879

2、kg/nf和867kg/nf,试计算含苯40%及甲苯60%（质量）的混合液密度。1 aa0.40.6解.二+亠二+ppp879867m12混合液密度Pm=871-8kg/m33. 某地区大气压力为101.3kPa,操作中的吸收塔塔内表压为130kPa。若在大气压力为75kPa的高原地区操作该吸收塔，且保持塔内绝压相同，则此时表压应为多少？解.P=P+P=P'+P'解.绝a表a表题4附图P土'二（P+p古）P'=<101.3+130）-75=156.3kPa表a真a4如附图所示，密闭容器中存有密度为900kg/mf的液体。容器上方的压力表读数为42kPa,又

3、在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m,其读数为58kPa。试计算液面到下方测压口的距离。解：液面下测压口处压力p=p+pgAz=p+pgh01Az=匕+pghP0(5842)x103pgpg900x9.81+0.55=2.36m1)容器底部压力解：+p水ghp=p+pgh+pgh=pa油1水2h油叫+P水且hi+h1000x°-7+°-6=146m(2)p丰pp=pABCD题6附图6. 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U形压力计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m3，h=0.8m,R=0.45m。试计算容器中液面上方的表压。解：如图，1-2为等压

4、面。p=p+Pghp二p+pgR12a0p+pgh二p+pgRa0则容器内表压：p-p=p°gR-pgh=136°°x°.45x9.81-9°°x0.8x9.81=53.°kPa7. 如附图所示，水在管道中流动。为测得A-A'、B-B'截面的压力差，在管路上方安装一U形压差计，指示液为水银。已知压差计的读数R=180mm，试计算A-A'、B-B'截面的压力差。已知水与水银的密度分别为1000kg/m3和13600kg/m3。解：图中，1-1'面与2-2'面间为静止、连续的同种流

5、体，且处于同一水平面，因此为等压面，即因为所测压力差相同，联立以上二式，可得放大倍数p=p+PgR=p,+PgR1202'0=PPg(m+R)+PgRB0所以PPgm二ppg(m+R)+pgRAB0整理得pp二(PP)gRAB0由此可见，U形压差计所测压差的大小只与被测流体及指示液的密度、读数R有关，而与U形压差计放置的位置无关。代入数据pp=(136001000)x9.81x0.18=22249PaAB8. 用U形压差计测量某气体流经水平管道两截面的压力差，指示液为水，密度为1000kg/m3,读数R为12mm。为了提高测量精度，改为双液体U管压差计，指示液A为含40%乙醇的水溶液，

6、密度为920kg/m3，指示液C为煤油，密度为850kg/m3。问读数可以放大多少倍？此时读数为多少?解：用U形压差计测量时，因被测流体为气体，则有用双液体U管压差计测量时，有里二巳二1000二14.3RPP920850AC此时双液体U管的读数为R'=14.3R=14.3x12=171.6mm9. 图示为汽液直接混合式冷凝器，水蒸气与冷水相遇被冷凝为水,并沿气压管流至地沟排出。现已知真空表的读数为78kPa,求气压管中水上升的高度h。水柱高度=7.95mPg103x9.81解：p+pgh二p10. 硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为©76X4mm和©57X

7、3.5mm。已知硫酸的密度为1830kg/m3，体积流量为9m3/h，试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。解：（1）大管：6x4mmm=V-p=9xl830=16470kg/hVs0.785d29/36000.785x0.0682=0.69m/sG1=u1p=0.69x1830=1262.7kg/(m2-s)(2) 小管：©57x3.5mm质量流量不变m2=16470kg/h9/3600=1.27m/su2=u1zro2=°69新=127m/s"20.785d20.785x0.0522或：G2=u2-p=1.27x1830

8、=2324.1kg/(m2-s)11. 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg（不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。解：以高位槽液面为1T'面,管出口内侧为2-2'面，在1-1'2-2'间列柏努力方程:zg+竹+u2=zg+u2+工W1p212p22简化：H=（2役+EWf）/g=(2x1+20)+9.81=2.09m12. 一水平管由内径分别为33mm及47mm的两段直管组成，水在小管内以2.5m/s的速

9、度流向大管，在接头两侧相距1m的1、2两截面处各接一测压管，已知两截面间的压头损失为70mmH20,问两测压管中的水位哪一个高，相差多少？并作分析。解：1、2两截面间列柏努利方程：12呛+2gui2pg12g其中:Z1=z2U2=U12(33、2=2.5147丿=1.23m/s山=冒=士(u2-呻"hf=爲(i232-252)+0.07=一。皿说明2截面处测压管中水位高。这是因为该处动能小，因而静压能高1)水的流量；(2)若需将流量增加20%，高位槽应提高多少m?解：(1)如图在高位槽液面1-1与管出口内侧2-2间列柏努利方程=z2g简化：Z1g七+2u2+EW1)10x9.81=8

10、0x10310006.8u22解得u2=1.57m/s流量兀V=一d2u=0.785x0.0412x1.57=2.07x10-3m3/s=7.45m3/hS42(2)流量增加20%，则u2=1.2“57=1.88诬此时有z'1g七+2u'2+EW'zi=(册+2x1-882+6-8x1-882)/9-81=10-78m即高位槽需提升0.78m。14.附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统，丙烯由贮槽回流至塔顶。丙烯贮槽液面恒定，其液面上方的压力为2.0MPa（表压），精馏塔内操作压力为1.3MPa（表压）。塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面30m，管内径为140mm,丙烯密度为6

11、00kg/m3。现要求输送量为40X103kg/h，管路的全部能量损失为150J/kg（不包括出口能量损失），试核算该过程是否需要泵。解:在贮槽液面1-1'与回流管出口外侧2-2'间列柏努利方程:Z1g+电+u2+W=zg+邑+u2+工WP21e2p22.简化：电+W=zg+-2+u2+EWpe2p22.W=红+u2+zg+EWep222.40x103x6003600=1.2m/su20.785d20.785x0.142题15附图600.W=(1.32.0)x106+丄x1.22+30x9.81+1502=721.6J/kg不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中15.用

12、压缩空气将密闭容器中的硫酸压送至敞口高位槽，如附图所示。输送量为2m3/h，输送管路为G37X3.5mm的无缝钢管。两槽中液位恒定。设管路的总压头损失为1m（不包括出口），硫酸的密度为1830kg/m3。试计算压缩空气的压力。解：以容器中液面为1-1'面,管出口内侧为2-2'面，且以1-1'面为基准，在1-1'2-2'间列柏努力方程：金+2gui2+zi简化:P1Pg1U2+Z2g221830x9.81x12x9.81x0.7862+12+1)=234kP(表压)a16.某一高位槽供水系统如附图所示，管子规格为©45X2.5mm。当阀门全关时，

13、压力表的读数为78kPa。当阀门全开时，压力表的读数为75kPa，且此时水槽液面至压力表处的能量损失可以表示为YW=u2J/kg(u为水在管内的流速)。试求:f(1) 高位槽的液面高度；(2) 阀门全开时水在管内的流量(mYh)。解：(1)阀门全关,水静止P=Pghh题16附图.h亠=Pg103x9.81=7.95m其中：V2/3600f,u一s一一0.786m/s2匹d20.785x0.0324代入：p=pg(u2+z+Yh)12g22f(2)阀门全开：在水槽1-1'面与压力表2-2'面间列柏努力方程：z1g七+2u12=z2g+简化：z1g=7.95x9.81=75x103

14、+1U2+U21000222解之:u=1.412m/s2流量：兀V=-d2u=0.785x0.042x1.412=1.773x10-3m3/ss42=6.38m3/h17用泵将常压贮槽中的稀碱液送至蒸发器中浓缩，如附图所示。泵进口管为©89X3.5mm，碱液在其中的流速为1.5m/s；泵出口管为©76X3mm。贮槽中碱液的液面距蒸发器入口处的垂直距离为7m。碱液在管路中的能量损失为40J/kg（不包括出口）蒸发器内碱液蒸发压力保持在20kPa（表压），碱液的密度为1100kg/m3。设泵的效率为58%，试求该泵的轴功率。解：取贮槽液面为1-1截面，蒸发器进料口管内侧为2-2

15、截面，且以1-1截面为基准面。在1-1与2-2间列柏努利方程：zg+p+u2+W=zg+厶+u2+工W(a)1p21e2p22f或W=(z-z)g+(u2-u2)+ZW(b)e21221pf其中：Z=0；pi=0(表压)；口严0z=7m；p=20X103Pa(表压)22已知泵入口管的尺寸及碱液流速，可根据连续性方程计算泵出口管中碱液的流速d82=u(入)2=1.5()2=2.06m/s入d702P=1100kg/m3,SW=40J/kg将以上各值代入（b）式，可求得输送碱液所需的外加能量W=7x981+2x2.062+卅3+40=129J/kg碱液的质量流量兀/m=d2up=0.785x0.0

16、72x2.06x1100=8.72kg/ss422泵的有效功率N=Wm=129x8.72=1125W=1.125kWees泵的效率为58%，则泵的轴功率N1.125N=e=1.94kW耳0.5818.如附图所示，水以15m3/h的流量在倾斜管中流过，管内径由100mm缩小到50mm。A、B两点的垂直距离为0.1m。在两点间连接一U形压差计，指示剂为四氯化碳，其密度为1590kg/肚。若忽略流动阻力，试求：(1)U形管中两侧的指示剂液面哪侧高，相差多少mm？2)若保持流量及其他条件不变，而将管路改为水平放置，则压差计的读数有何变化?解：在1-1与2-2截面间列柏努利方程Z1g+-2+U2+工Wp

17、22.其中：U15/3600VS0.785d20.785x0.121=0.531m/sVu=S20.785d2215/3600=2.123m/s0.785x0.052题18附图z-z=0.1m21EW二01)-z1)g+2(u厂叩=0.1x9.81+0.5x(2.1232-0.5312)=3.093由静力学基本方程：(p+pgz)-(p+pgz)=(p-p)gR(2)11220R=(P+PgZ)-(p2+pgz2)=(Pp2)+Pg(Zz2)(P0-P)g(P0-P)g3.093x1000-1000x9.81x0.1=0.365m(1590-1000)x9.81故U形压差计两侧为左低右高。2)

18、当管路水平放置时：由柏努利方程今-2(u2-叩由静力学方程P1_P2二R(P0P)PP两式联立：R(P0P)二-(u2U2)p221可见流量不变时，U1,U2不变即U形压差计读数不变。19.附图所示的是冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100kg/m3，循环量为45m3/h。管路的内径相同，盐水从A流经两个换热器至B的压头损失为9m，由B流至A的压头损失为12m,问:(1)若泵的效率为70%，则泵的轴功率为多少?(2)若A处压力表的读数为153kPa,则B处压力表的读数为多少?解：(1)对于循环系统:H=Sh=9+12=21mefN=H-VPg=21X453600xllOOX9.81=2.83k

19、W轴功率：n=Nn=筈=4-°4kwATB列柏努力方程:住+丄u2+zPg2gAAb+u2+z+工hPg2gBBfAB简化:乙+z+工hPgPgBfAB153X103p+1100X9.81X(7+9)Bp19656p(表)Ba.B处真空度为19656Pa。20.用离心泵将20°C水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。泵吸入与压出管路直径相同，均为"朴2血。水流经吸入与压出管路（不包括喷头）的能量损失分别为Wfi-2u2及EWf210u2（J/kg）式中u为水在管内的流速。在操作条件下，泵入口真空表的读数为266kPa，喷头处的压力为98.1kPa（表压）。试求

20、泵的有效功率。解：以水槽液面为1T截面，泵入口处为2-2截面，且以1-1面为基准面。在两截面间列柏努利方程zg+耳+u2zg+u2+工W1p212p22f1简化为zg+厶+u2+EW02p22f1题20附图1.5x9.81-26.6X103+1u2+2u20解得u22.18m/s1000222其中3u22.18m/sWe14x9.81+100098.1x103+12.5x2.182294.8J/kg水的流量：兀msVp4d2up0.785x0.0712x2.18x10008.63kg/s泵有效功率NemSWe8.63x294.82544W2.544kW21.25C水以35m3/h的流量在

21、69;76X3mm的管道中流动，试判断水在管内的流动类型。解：查附录25C水物性：在水槽1-1截面与喷头处3-3截面间列柏努利方程zg+电+u2+Wzg+邑1p21e3p简化为Wzg+邑+u2+EWe3p23.zg+邑+12.5u2一p3Wzg+邑+u2+2u2+10u2e3p23p=996.95kg/m3,“=0.903cPsu=0.785d2353600=2.53m/s0.785x0.072dupRe=一y0.07x996.95x2.53=1.955从心40000.903x10-3为湍流22.运动黏度为3.2X10-5m2/s的有机液体在©76X3.5mm的管内流动，试确定保持管

22、内层流流动的最大流量。解:Re=如=du=2000yv/.umax2000v2叫3.2x10-5=0.927m/s0.069Vmax=-d2u4max=0.785x0.0692x0.927=3.46x10-3m3/s=12.46m3/h23.计算10°C水以2.7X10-3m3/s的流量流过©57X3.5mm、长20m水平钢管的能量损失、压头2.7x10-3损失及压力损失。（设管壁的粗糙度为0.5mm）=1.376m/s解：u=0.785d20.785x0.05210C水物性:p=9997kg/m3,“=1.305x10-3p&-sRe=dup°.

23、6;5X9".7X1376=5.27x1041.305x10-30.550=°01查得九=0.041lu2201.3762八dT=°.°41x而x-2-=点53%=工W/g=1.583mAP=工W-p=15525P24.如附图所示，水从高位槽流向低位贮槽，管路系统中有两个90°标准弯头及一个截止阀,zg+u2+"i=zg+u2+"2+为VW21P222p1题24附图90°标准弯头2个:=0.75x2=1.5管内径为100mm，管长为20m。设摩擦系数九=0.03，试求:（1）截止阀全开时水的流量；（2）将阀门关小至

24、半开，水流量减少的百分数。解:如图取高位槽中液面为1-1面，低位贮槽液面为2-2截面，且以2-2面为基准面。在1-1与2-2截面间列柏努利方程：其中：Z=4；口严0；P1=0（表压）;z=0；u0；p=0（表压）222简化得zg二1f各管件的局部阻力系数：进口突然缩小匚=0.5截止阀（全开）匚=6.0出口突然扩大匚=L0空=0.5+1.5+6.0+1.0=9.0巩十匚+九|牛十9.0+。.。33寻与二"524x9.81=7.5u2u=2.29m/s水流量兀V=一d2u=0.785x0.1232.29=0.018m3/s=64.8m3/hS4（2）截止阀关小至半开时：截止阀半开的局部阻

25、力系数匚=9.5此时总阻力(ly'2(20Ay'2EW'=|丫匚+九=12.5+0.03x=9.25u'2f(d丿2(0.1丿2阀门关小后，局部阻力发生变化，但由于高位槽高度z不变，所以管路总阻力不变，即1ZW二YW'ff7.5u2=9.25u'2V-S-VS7.5V9.25=0.9即流量减少10。25如附图所示，用泵将贮槽中20°C的水以40m3/h的流量输送至高位槽。两槽的液位恒定，且相差20m，输送管内径为100mm，管子总长为80m（包括所有局部阻力的当量长度）。试计算泵所需的有效功率。（设管壁的粗糙度为0.2mm）解:u=V匹

26、d20.785X0.124s=403600=1.415m/s20C水物性：p=998.2kg/m3,“=1.005cPRe=dUP=01X9982X1415=1.405x1051.005x1Q-3根据e/d=0.2/100=0.002，查得九=0.025钗题25附图在贮槽1截面到高位槽2截面间列柏努力方程:zg+P+u2+W=zg+-P2+u2+EW1p21e2p22.简化：w=zg+EWe2而：EW=九1+Ele-=0.025x-80x415?=20.0J/kgfd20.12/.We=20X9.81+20.0=216.2J/kgm=V-p=403600x998.2=11.09kg/sssNe

27、=%-ms=216-2X11-09=2398W2-40kW26.有一等径管路如图所示，从A至B的总能量损失为YW。题26附图若压差计的读数为R,指示液的密度为P0，管路中流体的密度为P，试推导的计算式。解：在A-B截面间列柏努利方程，有Zg+U2=Zg+U2+EWAP2ABP2B等径直管，故上式简化为Zg+-A=Zg+B+EWAPBPEWf=(ZA-ZB)g+£B1）对于U形压差计，由静力学方程得PA+ZAPg=PB+(ZB-R)Pg+RP0g(2)(PA-PB)+(ZA-7Pg=R(P0-P)g（1）、（2）联立，得27. 求常压下35°C的空气以12m/s的速度流经12

28、0m长的水平通风管的能量损失和压力损失。管道截面为长方形，长为300mm，宽为200mm。（设Sd=0.0005）解:当量直径:de=地=如=2x0.3x0.2=0.24m2(a+b)a+b0.3+0.235C空气物性：p=1.1465kg/m3,“=18.85x10化-s18.85x10-6Re=叽°24xL1465x12=1.752x105由d=0.0005,查得九二0.019l U2120122.EW=k=0.019x竺0x亠=684J/kgfd20.242eAP=SW,-p=684x1.1465=784.2Pa28. 如附图所示，密度为800kg/m3、黏度为1.5mPas的

29、液体，由敞口高位槽经©114X4mm的钢管流入一密闭容器中,其压力为0.16MPa（表压），两槽的液位恒定。液体在管内的流速为1.5m/s,管路中闸阀为半开，管壁的相对粗糙度Ld=0.002,试计算两槽液面的垂直距离Az。解：在高位槽1截面到容器2截面间列柏努力方程：-zg+厶+u2+EW2p22.dupRe=简化：Azg七+EWf8.48x1040.106x800x1.51.5x10-3由£.d=0.002,查得九=0.026管路中：进口g=0.590C弯头g=0.752个半开闸阀g=4.5出口g=1,EW=(九-+Eg)=(0.026x30+160+0.5+2x0.75

30、+4.5+1)xfd20.1062=60.87J/kgp0.16x106.Az=(缁+EW)/g=(-+60.87)/9.81=26.6mpf80029. 从设备排出的废气在放空前通过一个洗涤塔，以除去其中的有害物质，流程如附图所示。气体流量为3600m3/h，废气的物理性质与50°C的空气相近，在鼓风机吸入管路上装有U形压差计，指示液为水，其读数为60mm。输气管与放空管的内径均为250mm，管长与管件、阀门的当量长度之和为55m（不包括进、出塔及管出口阻力），放空口与鼓风机进口管水平面的垂直距离为15m,已估计气体通过洗涤塔填料层的压力降为2.45kPa。管壁的绝对粗糙度取为0.

31、15mm，大气压力为101.3kPa。试求鼓风机的有效功率。解：以吸入管测压处为1-1'面,洗涤塔管出口内侧为2-2'面,列柏努力方程：z1g=zg+仝+u2+工W2p22.e2其中：p1p2gR1000x9.81x0.06588.6pa简化:36003600=20.38m/s50°C空气物性：p1.093kg/m3,“19.6x10-6pa-sVus=0.785xd20.785x0.252八dup0.25x1.093x20.38-o.Re2.84x105£0.15-0.000625019.6x10-6查得九0.018,EWf（九上岂+g+g）u2+Wd进出

32、2f塔eAp'-（0.018x旦+1.5）x沁+込型0.2521.0933375J/kgWezg+工W一p/p2f115x9.81+3375-588.6/1.0932983.6J/kgNemWeV-p-We36°03600xL°93x2983.63.26kW30. 密度为850kg/m3的溶液，在内径为0.1m的管路中流动。当流量为4.210-3m3/s时，溶液在6m长的水平管段上产生450Pa的压力损失，试求该溶液的黏度。4.2xlO-3解：流速V=O.535m/su=S0.785d20.785x0.12设液体在管内为层流流动，则Ap=32卩lu黏度=450x0.

33、1232lu32x6x0.5358Pa's校核Re：Re=処=0.1x850x0.535=1038<20000.0438流动为层流，以上计算正确。该液体的黏度为0.0438Pas。31黏度为30cP、密度为900kg/m3的某油品自容器A流过内径40mm的管路进入容器B。两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门，阀前管长50m，阀后管长20m（均包括所有局部阻力的当量长度）。当阀门全关时，阀前后的压力表读数分别为88.3kPa和44.2kPa。现将阀门打开至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m。试求：（1）管路中油品的流量；（2）定性分析阀前、阀后压力表读数的变化。解：（1

34、）阀关闭时流体静止，由静力学基本方程可得：题31附图88.3x103900x9.81=1044.2 x103900x9.81当阀打开14开度时，在A与B截面间列柏努利方程:+ZWzg+丄u2+厶=zg+1u2+a2ApB2B其中：PA=PB=0（表压），uA=uB=0a)l+XlU2则有（S-7g范叫"亍飞由于该油品的黏度较大，可设其流动为层流，则、_64_64卩Redpu代入式（a）,有AB64pl+Xlu2e-dpud232p(l+Xl)ued2pd2p(zz)g0.042x900x(105)x9.81_/u-ab0.736m/s32p(l+Xl)32x30x10-3x(50+3

35、0+20)e校核：dpuRe0.04x900x0.73630x10-3883.2<2000假设成立。油品的流量：兀V一d2u0.785x0.042x0.7369.244x10-4m3/s3.328m3/hS4（2）阀打开后：在A与1截面间列柏努利方程：1p1zg+u2+Azg+u2A2Ap121+p+XWpfA-1简化得zgu2+鼻+XWA21pfA-1显然，P1zpAg(九d+D牛d2阀打开后uf,p；，即阀前压力表读数减小。11+-PB+XWpf2-B在2与B截面间列柏努利方程:1p1zg+u2+4zg+u2222pB2B简化得芬=zg+（九I1）2-pBd2因为阀后的当量长度l中已

36、包括突然扩大损失，也即九121>o,2d故阀打开后uf,pt，即阀后压力表读数增加。2232.20°C苯由高位槽流入贮槽中，两槽均为敞口，两槽液面恒定且相差5m。输送管为©38X3mm的钢管（£=0.05mm）总长为100m（包括所有局部阻力的当量长度），求苯的流量。解:在两槽间列柏努力方程,并简化:Azg二工W即:Azg=X/+工/U2ed2代入数据:5x9.81=Xx卫匕匸0.0322化简得:九u2=0.03139d=晋=°.00156查完全湍流区X=0.022设X=0.021,由(1)式得u=1.22m/s由附录查得20C苯物性:p=879k

37、gj'm3“=0.737mPas0.737x10-3R=dPU=0.032x879x1.22=4.66x104e卩查图，X=0.026再设X=0.026，由(1)得u=1.10m/s0.737x103R=°.°32X879X打。=4.20x104e查得X=0.26假设正确u=1.10m/s流量：兀V=-d2u=0.785X0.0322x1.1=8.84x10-4s4m3S=3.183mh33.某输水并联管路，由两个支路组成，其管长与内径分别为：=1200m,d=0.6m；=800m,112d1=0.8m。已知总管中水的流量为2.2m"s，水温为20

38、6;C，试求各支路中水的流量。（设管子的粗糙度为0.3mm）解：设两支路中的流动均进入阻力平方区，由£/q=0.3/600=0.0005及£/d=0.3/800=0.000375，杳得九=0.017，九=0.015612V:VS1d5Id5=+:2S2九(l+El)九(l+Yl)丫1e1*2e20.650.85VS1VS2校核Re：支管1：VS2=:=0.0617:0.1620.017x120010.0156x8000.162V=2.6256V0.0617s1s1V=V+V=3.6256VSS1S2S1V2.2s=0.61m3/s3.62563.6256=2.6256VS1

39、=2.6256X0.61=1.60m3/su1亠0.785d20.785x0.621061=2.16m/s1X10-3込=0.6x1°°0x2J6=1.296x106流动接近阻力平方区，导0.°17。出，其中水面维持恒定。高位槽液面与两支管出口间的距离为10m。AB管段的内径为38mm、长为28m；BC与BD支管的内径相同，均为32mm，长度分别为12m、15m（以上各长度均包括管件及阀门全开时的当量长度）。各段摩擦系数均可取为0.03。试求：支管2：U2=厶0.785d20.785x0.822160=3.18m/sRe2dpu°8X10°&#

40、176;X38=2.54x1061X10-3九=0.0156。1流动接近阻力平方区，题34附图（1）BC支路阀门全关而BD支路阀门全开时的流量；（2）BC支路与BD支路阀门均全开时各支路的流量及总流量。u22-0.0322解：（1）在高位槽液面与BD管出口外侧列柏努利方程:简化：Azg=SWfABDSw=Sw+Swlu2l一人AB4+人_bdu22fABDfABfBDd2d122而有:1。x9.40.03矗牛+0.0315化简11.05u2+7.03u2二98.112又由连续性方程：d38=(-)2u=()2u=1.41ud132112代入上式：11.05u2+7.03x1.412u2=98.

41、111解得：】=1.98m/s流量：Vs=寸d2u1=0.785x0.0382x1.98=2.244x10-3m=8.08mh(2)当BD，BC支路阀均全开时：0C，D出口状态完全相同，分支管路形如并联管路，Sw=SwfBcfBDlu2九3d23lu2九一Td22.12u2=15u232(1)u=1.118u32s3s2d2ud2u+d2u411422433382u322u+322u=322x2.118u1232(2)u1.502u12在高位槽液面与BD出口列柏努利方程：AZ-g-工W-工W+ZwffABfBD10x9.810.03-身+0.030.038215u20.032垃11.05u2+

42、7.03u298.112将(2)代入(3)式中：(3)11.05x1.5022u2+7.03u298.122解得：1.752m；u2.63mu31.96m；流量：Vs14d12u0.785x0.0382x263298x10一310.73兀V=-d2u0.785x0.0322x1.7521.408x10-3s24225.07-V=-d2u0.785x0.0322x1.961.576x10-3s34335.6735.在内径为80mm的管道上安装一标准孔板流量计,孔径为40mm,U形压差计的读数为350mmHg。管内液体的密度为1050kg/m3,黏度为0.5cP,试计算液体的体积流量。解：A_40

43、.0()2A8010.25设R>R，查得C0.625eec0-CA;|'2Rg(p1-p)n0.625x0.785x0.042.'2x0.35x(136001050)x9817.11x103mV10507.11X10-3u0.785d20.785x0.0821=1.415輕0.°8xI.415x1°5。二2.38x1050.5x10-3R7x104ecR>Reec假设正确，以上计算有效。题36附图36.用离心泵将20°C水从水池送至敞口高位槽中，流程如附图所示，两槽液面差为12m。输送管为G57X3.5mm的钢管，吸入管路总长为20m,

44、压出管路总长为155m(均包括所有局部阻力的当量长度)。用孔板流量计测量水流量，孔径为20mm，流量系数为0.61,U形压差计的读数为600mmHg。摩擦系数可取为0.02。试求：(1)水流量，mVh；(2)每kg水经过泵所获得的机械能;3)泵入口处真空表的读数。解:(1)VCA卩Rg(P0-P)p1000-0.61x0.785x0.022:2x°6x981x(13600一1呢2.33x10-3mV8.39(2)以水池液面为1-1'面，高位槽液面为2-2'面，在1-1'2-2'面间列柏努利方程:电+u2+zg+W-厶+u2+zP211ep22简化：WA

45、zg+YWef而工w“三巴fd22简化为其中其中：u=2.33x10-3=1.19Q.785d2Q.785xQ.Q522W=Q.Q2x卫5x1192=49.56f0.052叫=12x981+4956=167-28(3)在水池液面1-1'面与泵入口真空表处3-3'面间列柏努利方程:p1p11+u2+zg=3+u2+zp211p23Q=卩3+u2+Zg+Wp233f1-3g+工W3f1-3y工W=九'丿吸入叱=Q.Q2xf1-3d2Q.Q52p11.192仝=-(-u2+Zg+W)=-(+1.5x9.81+5.66)=-21.1p233f1-32p3=-21.1p=-21.

46、1x1Q3Pa=-21.1kPa即泵入口处真空表的读数为21.1kPa。37.水在某管路中流动。管线上装有一只孔板流量计，其流量系数为0.61,U形压差计读数为200mm。若用一只喉径相同的文丘里流量计替代孔板流量计，其流量系数为0.98，且U形压差计中的指示液相同。问此时文丘里流量计的U形压差计读数为若干?解:由流量公式:V=CA,：2气g(Pq-P)SQQpV=CA：2竹g(PQ-P)SVQp流量相同时，RCQ.61亠=()2=()2=Q.387RCQ.981V故文丘里流量计的读数R2=°387R1=°387X200=77-4mm38.某气体转子流量计的量程范围为460

47、m3/ho现用来测量压力为60kPa(表压)、温度为50°C的氨气，转子流量计的读数应如何校正？此时流量量程的范围又为多少？（设流量系数Cr为常数,当地大气压为101.3kPa）解：操作条件下氨气的密度：pMRT=1.022kg/m3(101.3+60)x103x0.0178.31x(273+50)VS2沁:匕='丄乙=1.084Vp1.022S1k2即同一刻度下，氨气的流量应是空气流量的1.084倍。此时转子流量计的流量范围为4X1.08460X1.084m3/h，即4.3465.0m3/h。39.在一定转速下测定某离心泵的性能，吸入管与压出管的内径分别为70mm和50mm

48、。当流量为30m3/h时，泵入口处真空表与出口处压力表的读数分别为40kPa和215kPa,两测压口间的垂直距离为0.4m，轴功率为3.45kW。试计算泵的压头与效率。303600=2.1660.785x0.072303600=4.2460.785x0.052在泵进出口处列柏努力方程，忽略能量损失；"1+u2+Z+Hpg2g11pg2g2H=epg1(u2-u2)+AZ2g21(215+40)x103103x9.8112x9.81(4.2462-2.1162)+0.4=27.07mN=QHpg=303600xl03x9.81x27.07=2.213kWN2.213.小=x100%=-

49、：一x100%=64.1%N3.4540在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水从贮水池经换热器送到一敞口高位槽中。已知高位槽中液面比贮水池中液面高出10m,管路总长为400m(包括所有局部阻力的当量长度)。管内径u2为75mm,换热器的压头损失为32，摩擦系数可取为0.03。此离心泵在转速为2900rpm时的性能2g如下表所示：Q/(m3/s)00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H/m2625.524.5232118.515.5128.5试求：(1)管路特性方程；2)泵工作点的流量与压头。解：(1)管路特性曲线方程：H=竺+AZ+丄Au2+Eh=A

50、Z+EhePg2gf二AZ+九1+le上+Zh二AZ+(九1+'【+32)匕d2gfd2gHe=10+(0.0330.075+32)2x9.81%(0.785x0.0752)2二10+5.019x105Q2(2)在坐标纸中绘出泵的特性曲线及管路特性曲线的工作点：Q=0.0045皿3；H=20.17m41用离心泵将水从贮槽输送至高位槽中,两槽均为敞口，且液面恒定。现改为输送密度为1200kg/m3的某水溶液，其他物性与水相近。若管路状况不变,试说明：1) 输送量有无变化？2) 压头有无变化？3) 泵的轴功率有无变化？-204)泵出口处压力有无变化？解：P变化时，泵特性曲线不变。管路特性曲

51、线H=Az+P+BQ2=Az+BQ2不变ePg1)输送量不变；(2)压头不变3)轴功率：QHpgn增加(4)在贮槽液面1-1和泵出口2-2间列柏努力方程:P4+Pgu2+Z+H11eP-+Pgu2+Z+Yh22简化：P-PgH2e-Y®工作点Q,H不变，.u工h不变ef即P2随P的增加而增加。42. 用离心泵将水从敞口贮槽送至密闭高位槽。高位槽中的气相表压为98.1kPa，两槽液位相差10m,且维持恒定。已知该泵的特性方程为H-40-7.2xIO4Q2(单位：Hm,Qm3/s),当管路中阀门全开时，输水量为0.01m3/s，且流动已进入阻力平方区。试求：(1) 管路特性方程；(2)

52、若阀门开度及管路其他条件等均不变，而改为输送密度为1200kg/m3的碱液，求碱液的输送量。解：(1)设输送水时管路特性方程为H-A+BQ2e其中，A-Az+P-10+Pg98.1x1031000x9.81当输水量为0.01m3/s时，由泵特性方程与管路特性方程联立:40-7.2x104x0.012-20+Bx0.012B=1.28x105即此时管路特性方程为H二20+1.28x105Q2e(2)当改送密度为1200kg/m3的碱液时，泵特性方程不变，此时管路特性方程A'=Az+鱼二10+98.1x1031200x9.81二18.3流动进入阻力平方区，且阀门开度不变，则B不变。因此管路特性方程变为H二18.3+1.28x105Q2e将该方程与泵特性方程联立，40-7.2x104Q2二18.3+1.28x105Q2可得碱液输送量Q'=0.0104m3/s43. 用离心泵向设备送水。已知泵特性方程为H=40-0.01Q2，管路特性方程为H=2