化工原理课后习题解答

1、化工原理课后习题解答(夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.)第一章流体流动1.某设备上真空表的读数为13.3x1。3pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为98.7x103Pa。解：由绝对压强二大气压强-真空度得到:设备内的绝对压强P绝二98.7x103Pa-13.3x103Pa=8.54x103Pa设备内的表压强P表二-真空度二-13.3x103Pa2.在本题附图所示的储油罐中盛有密度为960kg/?的油品，油面高于罐底6.9m油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760mm的圆孔，其中心距罐底800mm孔盖用14mm勺钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力

2、取为39.23x106Pa,习癌2附图c 螺=39.03习附图间至少需要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即解：P螺二pghxA=960x9.81x(9.6-0.8)x3.14x0.76150.307x103N32x10x3.14x0.014xnP油w彷螺得n6.23MX.Ilmin7至少需要7个螺钉3.某流化床反应器上装有两个U型管压差计，如本题附图所示。测得R=400mm,R2=50mm,指示液为水银。为防止水银烝汽向空气中扩散，于右侧的U型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R=50mm试求A、B两处的表压强。分析：根据静力学基本原则，对于右边的U管压差计，a-a为

3、等压面，对于左边的压差计，b-b为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。解：设空气的密度为pg,其他数据如图所示a-a处Pa+pggb=p水gR+p水银cP由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记33即：Pa=1.0X10X9.81X0.05+13.6X10X9.81X0.05=7.16X103Pab-b处Pb+pggh3=Pa+pggh2+p水银gR33Pb=13.6X10X9.81X0.4+7.16X10分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1Tj/1rfi压够空气习题4琳图口距离haP3O厂q和4一4'为等压面，2-2'

4、和33'为等压面，且11'和22'的压强相等。根据静力学基本差计读数R=68mm寸，相界面与油层的吹气管出4.本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H二1m,U管压差计的指示液为水银,煤油的密度为820Kg/?o试求当压解：设插入油层气管的管口距油面高h方程列出一个方程组求解解：设插入油层气管的管口距油面高hR题5附图g(h 3-h 4)代入数据在1-1'与2-2'瓶面之间Pi=P2+p水银gR/Pi=P4,F2=P3且p3=p煤油gAh,F4=p水g(H-h)+p煤油g(Ah+h)联立这几个方程得到

5、p水银gR=p水g(H-h)+p煤油g(Ah+h)-p煤油gAh即p水银gR=p水gH+p煤油gh-p水gh带入数据1.03X103X1-13.6X103X0.068=h(1.0X103-0.82X103)h=0.418m5.用本题附图中串联U管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，U管压差计的指示液为水银，两U管间的连接管内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：hi=2.3m,h2=1.2m,h3=2.5m,h4=1.4mo锅中水面与基准面之间的垂直3距离h5=3mo大气压强pa=99.3X10pa。试求锅炉上方水蒸气的压强P。分析：首先选取合适的截面用以连接两个U管，本题应选取如图所示

6、的17截面，再选取等压面，最后根据静力学基对右边的U管取bb等压面，由静力学基本方程P1+ p 水 g(h 3-h 2) = p 水银本原理列出方程，求解g(hrh2)+pa代入数据33Pi+1.0X10X9.81X(2.5-1.2)=13.6X10X9.81X(2.3-1.2)+99.3X103解着两个方程得Po=3.64X105Pa6.根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强p。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为920kg/rrP,998kg/m3,U管中油、水交接面高度差R=300mm,两扩大室的内径D均为60mm/U管内径d为6mm。当管路内气体压强等于大气压时，

7、两扩大室液面平齐。分析：此题的关键是找准等压面，根据扩大室一端与大气相通，另一端与管路相通，可以列出两个方程，联立求解解：由静力学基本原则，选取11，为等压面，对于U管左边p表+p油g(hi+R)=Pi对于U管右边P2=p7kgR+p油gh2p表=p水gR+p油gh2-p油g(hi+R)p水gR-p油gR+p油g(h2-h1)22当p表二。时，扩大室液面平齐即n(D/2)(h2-hi)=n(d/2)Rh2-hi=3mmp表二2.57X102Pa7.列管换热气的管束由121根©X2.5mm的钢管组成。空气以9m/s速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50C、压强为196X103pa

8、(表压)，当地大气压为98.7X103Pa试求：空气的质量流量；操作条件下，空气的体积流量；将的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量。解：空气的体积流量VS=uA=9Xn/4X0.022X121=0.342m3/s质量流量Ws=Vsp=VsX(MP)/(RT)=0.342X29X(98.7+196)/8.315X323=1.09kg/s换算成标准状况V1Pi/V2P2=Ti/T2Vs2=PiTJP2TlXVsi=(294.7X273)/(101X323)X0.342=0.843m3/s8.高位槽内的水面高于地面8m水从©108X4mm的管道中流出，管路出口高于地面2m在本题特定条件

9、下，水流经系统的能量损失可按"h,=6.5u2计算，其中U为水在管道的流速。试计算：AA'截面处水的流速；水的流量，以m3/h计。分析：此题涉及的是流体动力学，有关流体动力学主要是能量恒算问题，一般运用的是柏努力方程式。运用柏努力方程式解题的关键是找准截面和基准面，对于本题来说，合适的截面是高位槽11,和出管口22，,如图所示，选取地面为基准面。解：设水在水管中的流速为u,在如图所示的11，22,处列柏努力方程2乙g+0+P1p=Z2g+u/2+PJp+"ht(乙-Z2)g=u2/2+6.5u2代入数据(8-2)X9.81=7u2,u=2.9m/s换算成体积流量Vs

10、=uA=2.9Xn/4X0.1X3600=82m3/h210.顶部,置如本题附图所示。管路的直径均为76X2.5mm,在操作条件下，泵入口处真空表9.20C水以2.5m/s的流速流经©38X2.5mm的水平管，此管以锥形管和另一©53X3m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管以观察两截面的压强。若水流经A、B两截面的能量损失为1.5J/血，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。分析:根据水流过A、B两截面的体积流量相同和此两截面处的伯努利方程列等式求解解：设水流经A、E两截面处的流速分别为Ua、UbUaA

11、a=UbAb2Ub=(Aa/Ab)Ua=(33/47)X2.5=1.23m/s在A、E两截面处列柏努力方程乙g+ui/2+Pi/p=Z2g+u2/2+P2/p+22h(Zi=Z2.、22(Pi-P2)/p=22h(+(ui-u2)/222g(hrh2)=1.5+(1.23-2.5)/2h1-h2=0.0882m=88.2mm即两玻璃管的水面差为88.2mm用离心泵把20°C的水从贮槽送至水洗塔槽内水位维持恒定，各部分相对位出管的流速m/s。排水历的读数为24.66XlO3Pa,水流经吸入管与排处管(不包括喷头)的能量损失可分别按刀hti=2u2,E%2=10计算，由于管径不变，故式中

12、u为吸入或排管与喷头连接处的压强为98.07X103Pa(表压)。试求泵的有效功率。分析：此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两部分来处理，从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管，在两段分别列柏努力方程。解：总能量损失刀1=刀1+刀hf.22ui=u2=u=2u+10u2=12u2在截面与真空表处取截面作方程：zog+Uo/2+Po/P二z©+u/2+P“p+Ehf.12(P0-P1)/p=zig+u/2+刀hf,i二u=2m/sWs=uAp=7.9kg/s在真空表与排水管-喷头连接处取截面zig+u2/2+P/p+Ve=Zzg+u2/2

13、+P2/p+Ehf222Wz2g+u/2+P2/p+Ehf,2(Zg+u/2+Pi/p)=12.5X9.81+(98.07+24.66)/998.2X103+1OX22=285.97J/kgNe=WeWs=285.97X7.9=2.26kw11.本题附图所示的贮槽内径D为2m,槽底与内径/“一dO为33mm的钢管相连，槽内无液体补充，其液面高-%-度h。为2m(以管子中心线为基准)o液体在本题管内流动时的全部能量损失可按刀ht=20u2公式来计习题Umm算，式中U为液体在管内的流速m/So试求当槽内液面下降1m所需的时间。分析：此题看似一个普通的解柏努力方程的题，分析题中槽内无液体补充，则管内

14、流速并不是一个定值而是一个关于液面高度的函数，抓住槽内和管内的体积流量相等列出一个微分方程，积分求解。解：在槽面处和出口管处取截面1-1,2-2列柏努力方程hig=i|2/2+刀hf=u72+20u1/21/2u=(0.48h)=0.7h槽面下降dh,管内流出uAdt的液体1/2Adh二uAdt=0.7hAdtdt=Aidh/(A0.7h1/2)1 一换船器2-对上式积分：t=1.8.h12.本题附图所示为冷冻盐水循环系统，盐水的密度为1100kg/m3循环量为36m3管路的直径相同，盐水由A流经两个换热器而至B的能量损失为98.1J/kg,由B流至A的能量损失为49J/kg,试求：（1）若泵

15、的效率为70%寸，泵的抽功率为若干kw?（2）若A处的压强表读数为245.2XlO3Pa时,B处的压强表读数为若干Pa?分析：本题是一个循环系统，盐水由A经两个换热器被冷却后又回到A继续被冷却,很明显可以在A-换热器-B和B-A两段列柏努利方程求解。解：（1）由A到B截面处作柏努利方程0+ua2/2+P/4pi=ZbQ+u2/2+R/p+9.81管径相同得Ua=Ub(Pa-Pb)/p二Ng+9.81由B到A段，在截面处作柏努力方程8Zb9+Ub2/2+Pb/p+W=0+Ua2+PJp+49W=(Pa-Pb)/p-ZBg+49=98.1+49=147.1J/kgWs=Vsp=36/3600X11

16、00=11kg/sNe=WeXWs=147.1X11=1618.1w泵的抽功率N=Ne/76%=2311.57W=2.31kw(2)由第一个方程得(Pa-Pb)/p=ZBg+9.81得P3=Rk-p(ZbQ+9.81)=245.2X103-1100Xf7X9.81+98.1)=6.2X104Pa示液均为水银。试求当13.用压缩空气将密度为1100kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液位恒定。管路直径均为巾60X3.5mm其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为刀hf,AB="hf,CD=U,刀hf,BC=1.18Uo两压差计中的指R=45mrph=200mm寸：(1)压缩空

17、气的压强R为若干？(2)U管差压计读数R2为多少？解：对上下两槽取截面列柏努力方程0+0+R/p=Zg+0+P/p+Xh(Pi=Zgp+0+P+p"hf22=10X9.81X1100+1100(2u+1.18U)=107.91X103+3498U2在压强管的B,C处去取截面，由流体静力学方程得Pb+pg(x+R)=R+pg(hB(+x)+p水根RgR+1100X9.81X(0.045+x)=Fc+1100X9.81X(5+x)+13.6X103X9.81X0.045R-Pc=5.95X104Pa在B,C处取截面列柏努力方程0+ub2/2+Pb/p=Zg+Uc/2+Pc/p+"

18、;ht.bc管径不变，Ub=u.、24Fb-Pc=p(Zg+Ehf.bc)=1100X(1.18u+5X9.81)=5.95X10Pau=4.27m/s压缩槽内表压R=1.23x105Pa(2)在B,D处取截面作柏努力方程20+U/2+PJp=Zg+O+O+22h(,Bc+"htcdPb=(7x9.81+1.18u2+u2-0.5u2)x1100=8.35x104PaPb-pgh=p水银R2g48.35x104-1100x9.81x0.2=13.6x103x9.81xFLR2=609.7mm14.在实验室中，用玻璃管输送20c的70%昔酸.管内径为1.5cm,流量为10kg/min,

19、用SI和物理单位各算一次雷诺准数，并指出流型。解：查20c70%的醋酸的密度p=1O49Kg/m5,粘度A=2.6mPas用SI单位计算:-2d=1.5x10-2m,u=Ws/(pA)=0.9m/s-23Re=dup/Y=(1.5x1O-x0.9x1049)7(2.6x10)=5.45x10用物理单位计算:p=1.O49g/cm3,u=Ws/(pA)=90cm/s,d=1.5cm-3-3-2-1t=2.6x1O-3Pa?S=2.6x1O_3kg/(s?m)=2.6x1O_2g/s?cm-1-2Re=dup/1=(1.5x9Ox1.049)7(2.6x102)此流体属于湍流型15.在本题附图所示

20、的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置5.45x1O3>4000=5.45x1O3U管压差计,以测量两截面的压强差。当水的流量为10800kg/h时，U管压差计读数R为100mm,粗细管的直径分别为60x3.5mm与45x3.5mm。计算：（1）1kg水流经两截面间的能量损失。（2）与该能量损失相当的压强降为若干Pa?解：（1）先计算A,B两处的流速:Ua=Ws/pSa=295iti/szUb=Ws/pSb在A,B截面处作柏努力方程:22ZaQ+Ua+Pa/p二Zb9+w/2+Pb/p+Ehf1kg水流经A,B的能量损失:2222刀hf=(Ua-ub)/2+(Pa-PB)/p=(U

21、a-Ub)/2+pgR/p=4.41J/kg（2）.压强降与能量损失之间满足:刀hf=P/pP=pEhf=4.41x103-316.密度为850kg/m3,粘度为8x10-Pa-s的液体在内径为14mm的钢管内流动,溶液的流速为1m/So试计算：（1）泪诺准数，并指出属于何种流型？（2）局部速度等于平均速度处与管轴的距离；（3）该管路为水平管，若上游压强为147x103Pa,液体流经多长的管子其压强才下降到127.5x103Pa?解：(1)Re=dup/=(14x10-3x1x850)/(8x103)-3=1.49x103>2000一此流体属于滞流型以测量两截面的压强差。当水的流量为10

22、800kg/h时，U管压差计读数R为100mm,(2)由于滞流行流体流速沿管径按抛物线分布，令管径和流速满足2y=-2p(u-um)2222当u=0时,y=r=2pum二p=r/2=d/8当u=u平均=0.5uma>=0.5m/s时,22y2=-2p(0.5-1)=d2/82=0.125d2.即与管轴的距离r=4.95x10-3m(3)在147X103和127.5x1()3两压强面处列伯努利方程ui/2+Pap+Zig=u2/2+Pb/p+Z2g+"hfU1=U2,Z1=Z2.Pa/p=Pb/p+"hf33p=(147x10-127.5x103)/850损失能量hf=

23、(Pa-Pb)/流体属于滞流型摩擦系数与雷若准数之间满足入=64/Re2又Vhf二入x(I/d)x0.5uI=14.95m-输送管为水平管，管长即为管子的当量长度即：管长为14.95m17 .流体通过圆管湍流动时，管截面的速度分布可按下面经验公式来表示：uUn(y/R)1/7,式中y为某点与壁面的距离，及y=Rr。试求起平均速度u与最大速度Umax的比值。分析：平均速度U为总流量与截面积的商，而总流量又可以看作是速度是流U的流体过18 nrdr的面积的叠加即：V=/0RurX2nrdr解：平均速度u=V/A=/oRUrX2nrdr/(nR2)=/oRumax(y/R)1/7X2nrdr/(n戌

24、)15/7R1/7=2umax/R/0(R-r)rdr=0.82Umaxu/umax=0.8218. 一定量的液体在圆形直管内做滞流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至原有的1/2,问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍？解：管径减少后流量不变uiA=U2A而ri=r2 Ai=4AL)2=4u由能量损失计算公式二入？(I/d)X(1/2u2)得Ehr二入？(i/d)X(1/2ui2)Ehl2二入？(i/d)X(1/2眺2)二入？(i/d)X8(Ui)2=16Eht,1 ht2=16hn19. 内截面为1000mnX1200mm的矩形烟囱的高度为30Am。平均分子量为30kg/kmol,平

25、均温度为400c的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持49Pa的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值，大气温度为20C,地面处的大气压强为101.33XlO3Pa。流体经烟囱时的摩擦系数可取为0.05,试求烟道气的流量为若干kg/h?解:烟囱的水力半径rh=A/n=(1X1.2)/2(1+1.2)=0.273m当量直径de=4rh=1.109m流体流经烟囱损失的能量Ehr?(i/de)u/2=0.05X(30/1.109)Xu2/2=0.687U空气的密度P空气二PM/RT=31.21Kg/m烟囱的上表面压强（表压）P±=-p空气gh=1.21X9.81X30=-QAAnoPo烟

26、囱的下表面压强（表压）P下=-49Pa烟囱内的平均压强P=（P上+P下）/2+P0=101128Pa由p=PM/RT可以得到烟囱气体的密度p=（30X103X101128）/（8.314X673）=0.5422Kg/m在烟囱上下表面列伯努利方程P上/p=P下/p+Zg+22hfhf=（P上P下）/pZg二（-49+355.02）/0.5422-30X9.81c2=268.25=0.687u2流体流速u=19.76m/s质量流量3s=uAp=19.76X1X1.2X0.5422=4.63X1OKg/h20.每小时将2X103kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽。反应器液面上方保持26.7X103P

27、a的真空读，高位槽液面上方为大气压强。管道为的钢管，总长为50m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）,5个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15mo若泵效率为0.7,求泵的轴功率。解：流体的质量流速3s=2X104/3600=5.56kg/s流速u=3S/(Ap)=1.43m/s雷偌准数Re=dup/=165199>4000查本书附图129得5个标准弯头的当量长度:5X2.1=10.5m2个全开阀的当量长度：2X0.45=0.9m局部阻力当量长度刀Ie=10.5+0.9=11.4m假定1/入1/2=2lg(d/£)+1.14=2lg(68/0.3)+

28、1.14入=0.0291/2检验d/(£XReX入)=0908>0.005符合假定即入=0.029全流程阻力损失Eh二入X(i+Eie)/dXu72+ZXu2/232=0.029X(50+11.4)/(68X103)+4X1.432/2=30.863J/Kg在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得Pi/p+We=Zg+P2/p+EhWe=Zg+(P1-P2)/p+Eh=15X9.81+26.7X103/1073+30.863=202.9J/Kg有效功率Ne=WeXws=202.9X5.56=1.128X1033轴功率N=Ne/n=1.128X10/0.7=1.61X10W=1.61K

29、W21.从设备送出的废气中有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤器，以回收这些物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为3600m3/h,其物理性质与50c的空气基本相同。如本题附图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U管压差计，起读数为30mm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50m放空机与鼓风机进口的垂直距离为20m已估计气体通过塔内填料层的压强降为1.96x103Pao管壁的绝对粗糙度可取0.15mm大气压强为101.33x103。求鼓风机的有效功率。解：查表得该气体的有关物性常数p=1.093,P=1.96x105Pas气体流速U=36

30、00/(3600x4/nx0.252)=20.38m/s质量流量3s=uAs=20.38x4/nx0.25x1.093=1.093Kg/s流体流动的雷偌准数Re=dup/P=2.84x105为湍流型所有当量长度之和I总二1+2晨=50m£取0.15时£/d=0.15/250=0.0006查表得入=0.0189所有能量损失包括出口，入口和管道能量损失1222即:eA=0.5xu/2+1xu/2+(0.0189x50/0.25)u/2=1100.66在1、2-2两截面处列伯努利方程u72+PJp+We=Zg+u72+P2p+EhWe=Zg+(P2-Pi)/p+Eh33而1-1、

31、2-2两截面处的压强差P2-P1二P2-P水gh=1.96x10-10x9.81x31x1031665.7PaWe=2820.83W/Kg泵的有效功率Ne=WeX®s=3083.2W=3.08KW习躺22附图22. 如本题附图所示，贮水槽水位维持不变。槽底与内径为100mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15m处安有以水银为指示液的U管差压计，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长度为20mo(1) .当闸阀关闭时，测得R=600mmh=1500mm当闸阀部分开启时,测的R=400mm0.5o问每小时从h=1400mm摩擦

32、系数可取0.025,管路入口处的局部阻力系数为管中水流出若干立方米。(2),当闸阀全开时，U管压差计测压处的静压强为若干(Pa,表压)。闸阀全开时le/d15,摩擦系数仍取0.025。解:根据流体静力学基本方程，设槽面到管道的高度为xp水g(h+x)二p水银gR33103X(1.5+x)=13.6X103X0.6X=6.6m部分开启时截面处的压强PI二p水银gR-p水gh=39.63X103Pa在槽面处和1-1截面处列伯努利方程Zg + 0 + 0 = 0 + u/2 + P 7 p+"h2而刀11=入(1+2屋)/1+2u/2=2.125u26.6X9.81=U72+39.63+2

33、.125Uu=3.09/s23体积流量3s=uAp=3.09Xn/4X(0.1)X3600=87.41m/h泵的有效功率Ne=WeX®s=3083.2W=3.08KW闸阀全开时取2-2,3-3截面列伯努利方程222Zg=u/2+0.5u/2+0.025X(15+i/d)u/2u=3.47m/s取1-1、3-3截面列伯努利方程,212P1/P=u2/2+0.025X(15+i/d)u12R=3.7XW4Pa23. 10C的水以500L/min的流量流过一根长为300m的水平管，管壁的绝对粗糙度为0.05。有6m的压头可供克服流动阻力，试求管径的最小尺寸。解:查表得10C时的水的密度p=

34、999.7Kg/m3P=130.77X105Pas-32u=Vs/A=10.85X10-3/d2Eht=6X9.81=58.86J/KgEhf=(入i/d)u72=A150u2/d假设为滞流A=64/Re=64/dupHgEhfd<1.5X103检验得Re=7051.22>2000不符合假设-为湍流假设Re=9.7X104即dup/口=9.7X1O4-2二d=8.34X10m贝P£/d=0.0006查表得入=0.021要使EhKHg成立则入150u2/d<58.86d>1.82X10mJfIMf 24 WRI附图所示的A槽送至B槽，A槽的液面比B槽的液24.某

35、油品的密度为800kg/m3,粘度为41cP,由面高出1.5m。输送管径为巾89x3.5mm(包括阀门当量长度)，进出口损失可忽略。试求：(1)油的流量(m3/h)；(2)若调节阀门的开度，使油的流量减少20%此时阀门的当量长度为若干m?解：在两槽面处取截面列伯努利方程u/2+Zg+P7P=u/2+P2/P+Eh(/Pi=P2-2Zg=Eh1=入(I/d)u/21.5x9.81=入?(50/82x10-3)u2/2假设流体流动为滞流，则摩擦阻力系数入=64/Re=64口/dup联立两式得到u=1.2m/s核算Re=dup/=1920<2000假设成立32油的体积流量cos=uA=1.2X

36、n/4(82X10)X3600220.024u22,式中u为气体在管内的流速m/s,气体在支管内流动的摩擦系数为管路的气体总流量为0.3m3/s。试求：(1)两阀全开时，两塔的通气量；(2)附图中AB的能量损失。分析：并联两管路的能量损失相等，且各等于管路总的能量损失，各个管路的能量损失由两部分组成，一是气体在支管内流动产生的，而另一部分是气体通过填料层所产生的,即"hf=k(I+EIe/d)皿2+1填而且并联管路气体总流量为个支路之和，即Vs=Vs1+Vs2解：两阀全开时，两塔的通气量由本书附图129查得d=200mm寸阀线的当量长度Ie=150m二入(11+HIei/d)u1/2

37、+5u12=0.02X(50+150)/0.2u"2+5u/小泛二入 (i 2+n i e2/d)22/2=0.02X(50+150)/0.2山2+4u:"h=”f1Ui2/u22=11.75/12.75即uI=0.96U2又Vs=Vsl+Vs22/4=0.0=u1A1+u2A2,A1=:A2=(0.2)n1=(0.96u2+u2)?0.01n=0.3二u2=4.875m/suiA=4.68m/s即两塔的通气量分别为Vsi=0.147m3/s,Vsi2=0.153m3/s总的能量损失"hf="hfi=Hhf24u22,式中u为气体在管内的流速m/s,气体

38、在支管内流动的摩擦系数为0.02=0.02X155/0.2Ui/2+5u1=12.5Ui2=279.25J/Kg26.用离心泵将20c水经总管分别送至A,B容器内，总管流量为89m/h3,总管直径为巾127X5mm原出口压强为1.93x105Pa,容器B内水面上方表压为1kgf/cm2,总管的流动阻力可忽略，各设备间的相对位置如本题附图所示。试求：(1)离心泵的有效压头He；(2)两支管的压头损失H.o.A,H.o.BO解：(1)离心泵的有效压头总管流速u=Vs/A2-6而A=3600Xn/4X(117)X10u=2.3m/s在原水槽处与压强计管口处去截面列伯努利方程Zog+We=u/2+Po

39、/p+Ehf总管流动阻力不计"ht=02We=u2/2+po/p-Zog25=2.32/2+1.93X105/998.2-2X9.81=176.38J/Kg 有效压头He=We/g=17.98m两支管的压头损失在贮水槽和A、B表面分别列伯努利方程Zog+We=Zig+P1/p+"hnZ°g+We=Z2g+P2/p+”hf2得到两支管的能量损失分别为22hn=Zog+We-(Zg+Pi/p)=2X9.81 + 176.38-(16X9.81 +0)=39.04J/Kg刀hf2=Z0g+AWe-(Z2g+P2/p)=2X9.81+176.38-(8X9.81+101.

40、33X10/998.2)=16.0J/Kg 压头损失H=,11/9=3.98mH(2="h12/9=1.63m27.用效率为80%的齿轮泵将粘稠的液体从敞口槽送至密闭容器中，两者液面均维持恒定，容器顶部压强表读数为30X103Pao用旁路调节流量，起流程如本题附图所示，主管流量为14m/h,管径为©66X3mm管长为80m(包括所有局部阻力的当量长度)。旁路的流量为5nVh,管径为32X2.5mnr,管长为20m(包括除阀门外的管件局部阻力的当量长度)两管路的流型相同，忽略贮槽液面至分支点。之间的能量损失。被输送液体的粘度为50mPa-s,密度为1100kg/m3,试计算：

41、(1)泵的轴功率(2)旁路阀门的阻力系数。解：泵的轴功率分别把主管和旁管的体积流量换算成流速主管流速u二V/A=14/3600X(n/4)X(6O)2X1O-6=1.38m/s旁管流速Ui=Vi/A=5/3600X(n/4)X(27)2X106=2.43m/s先计算主管流体的雷偌准数Re=dup/0=1821.6<2000属于滞流摩擦阻力系数可以按下式计算入=64/Re=0.03513在槽面和容器液面处列伯努利方程We=Z323=5X9.81+30X10/1100+0.03513X1.38X80/(60X10j=120.93J/Kg主管质量流量3s=uAp=1.38X(n/4)X(60)

42、2X1100=5.81Kg/s泵的轴功率Ne/n=WeX3s/n=877.58W=0.877KW旁路阀门的阻力系数旁管也为滞流其摩擦阻力系数入i=64/Re1=0.04434有效功We=0+u12/2+0+Eh(i2/2+XUi2/220/d1+£?Ui2/2222旁路阀门的阻力系£=(We-Ui/2-XU1/220/di)-2/u1=7.1128本题附图所示为一输水系统，高位槽的水面维持恒三一_定，水分别从BC与BD两支管排出，高位槽液面与两支£；:管出口间的距离为11mAB段内径为38mmD长为58mBC支管内径为32mm长为12.5m；BD支刀题28附图管的

43、内径为26mm长为14m各段管长均包括管件及阀门全开时的当量长度AB与BC管的摩擦系数为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若干m3/h?(2)当所有的阀门全开时，两支管的排水量各为若干m3/h?BD支管的管壁绝对粗糙度为0.15mm，水的密度为1000kg/m3,粘度为0.001Paso分析：当BD支管的阀门关闭时，BC管的流量就是AB总管的流量；当所有的阀门全开时，AB总管的流量应为BCBD两管流量之和。而在高位槽内，水流速度可以认为忽略不计解：(1)BD支管的阀门关闭VS,AB=VS,BC即22u0A0=u1A1uon382/4=um3274一o=0.7

44、1u1分别在槽面与C-GB-B截面处列出伯努利方程0+0+Zc)g=Ui/2+0+0+"h(,ac0+0+Zig=Uo/2+O+O+"hlab而刀hftAc=入？(IAB/d0)Uo/2+入？QRn/dJUi/222=0.03X(58000/38)XM/2+0.03(12500/32)XUi2/2=22.89uo+5.86u"ht,人8=入？(Iab/cIo)Uo/22=0.03X(58000/38)XUo2/22=22.89uo2/Ui=2.46m/sBC支管的排水量Vs,bc=uiA=7.1m3/s所有的阀门全开VS,AB=VS,BC+VS,BD222uoAo

45、=uiA4-u2A2Uon38/4=un32/4+u2n26/4c222ccUo382=ui322+u2262假设在BD段满足1/入场=2lg(d/£)+1.14入d=0.0317同理在槽面与C-C,D-D截面处列出伯努利方程Zog=u1/2+Eht,Ac222=ui/2+入？(Iae/cIo)Uo/2+入？(IBc/di)Ui/22ZoQ=u2/2+Ehf,AD=u2/2+入？(IJdo)-Uo/2+入D?(IBc/d2)U2/2联立求解得到u1=1.776m/s,u2=1.49m/s-333核算Re=duP/L=26XlOXl.49X10/O.OO1=38.74X101/2(d/

46、£)/Re入=0.025>0.005-假设成立即D,C两点的流速u1=1.776m/s,u2=1.49m/sBC段和BD的流量分别为Vs,bc=32X10X(n/4)X3600X1.776=5.14m3/sVs,bd=26XWX(n/4)X3600X1.49=2.58m3/s29.在38X2.5mm的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为16.4mm,管中流动的是20c的苯，采用角接取压法用U管压差计测量孔板两测的压强差，以水银为指示液，策压连接管中充满甲苯。测得U管压差计的读数为600mm试计算管中甲苯的流量为若干kg/h?解：查本书附表20c时甲苯的密度和粘度分别为P=86

47、7Kg/m3,L=0.675X10-3假设Re=8.67X1O,当A/Ai=(16.4/33)=0.245时，查孔板流量计的C。与Re,A0/A的关系得到Co=0.632体积流量Vs=CoAo2gR(Pa-P)/P1/22-6=0.63 Xn/4X 16.4 X 10X 2 X 9.81 X0.6X(13.6-0.867)/0.8671/2=1.75X10-3m3/s流速uVs/A=2.05m/s核算雷偌准数Re=dup/|J=8.67x104与假设基本相符-3甲苯的质量流量3s=Vsp=1.75XlOX867X3600=5426Kg/h第二章流体输送机械1.在用水测定离心泵性能的实验中，当流

48、量为26m3/h时，泵出口处压强表和入口处真空表的读数分别为152kPa和24.7kPa,轴功率为2.45kw,转速为2900r/min,若真空表和压强表两测压口间的垂直距离为0.4m,泵的进出口管径相同，两测压口间管路流动阻力可忽略不计，试求该泵的效率，并列出该效率下泵的性能。解:取20c时水的密度p=998.2Kg/m3在泵出口和入口处列伯努利方程22Ui/2g+Pi/pg+H=Ui/2g+P2/pg+Hf+Z泵进出口管径相同，Ui=U2不计两测压口见管路流动阻力Hf=0Pi/pg+H=PJpg+ZH=(P2-Pi)/pg+Z=0.4+(152+24.7)XW3/998.2X9.8=18.

49、46m该泵的效率n=QHpg/N=26X18.46X998.2X9.8/(2.45X103X3600)轴般霸赫飙的脸赳蝴的6品叫鳏霸嘉勰稀御年经喷49kPa的1m当地大表压强，喷头入口较贮水池水面高6m吸入管路和排出管路中压头损失分别为和3m管路中的动压头可以忽略不计。试选用合适的离心泵并确定泵的安装高度。气压按101.33kPai+o解：输送的是清水选用B型泵3查65c时水的密度P=980.5Kg/m在水池面和喷头处列伯努利方程22U"2g+Pi/pg+H=uJ2g+P2/pg+Hi+Z取in=u2=0则H=(P2-Pi)/pg+Ht+Z=49X103/980.5X9.8+6+(1

50、+4)=15.1m/Q=40m/h由图2-27得可以选用3B19A2900465C时清水的饱和蒸汽压Pv=2.544X104Pa当地大气压Ha=P/pg=101.33X103/998.2X9.81=10.35m查附表二十三3B19A的泵的流量：29.548.6m3/h为保证离心泵能正常运转，选用最大输出量所对应的Hs即Hs'=4.5m输送65c水的真空度Hs=Hs-+(Ha-10)-(Pv/9.81X103-0.24)1000/=2.5m喷出而落入凉水池中，以达到冷却的目的，已知水进入喷头之前需要维持49kPa的允许吸上高度H=Hs-Ui/2g-Hf,o.i=2.51=1.5m即安装高

51、度应低于1.5m3.常压贮槽内盛有石油产品，其密度为760kg/m3,粘度小于20cSt,在贮槽条件下饱和蒸汽压为80kPa,现拟用65Y-60B型油泵将此油品以15m3流量送往表压强为177kPa的设备内。贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5m吸入管路和排出管路的全部压头损失为1m和4mo试核算该泵是否合用。若油泵位于贮槽液面以下1.2m处，问此泵能否正常操作？当地大气压按101.33kPa计.解：查附录二十三65Y-60B型泵的特性参数如下3流量Q=19.8m/s,气蚀余量/h=2.6m扬程H=38m允许吸上高度Hg二(Po-Pv)/pg-Ah-Hro.1=-0.74m>-1.

52、2扬升息度Z=H-Hf,o-2=38-4=34m如图在截面之间列方程22ui2/2g+Pi/pg+H=u22/2g+PJpg+Hf,1-2+Z其中Ui2/2g=u22/2g=0管路所需要的压头:He=(P2-P.)/pg4-Z+Hf.1.2=33.74m<Z=34m游品流量Qm=15m3/s<Q=19.8m3/s离心泵的流量，扬升高度均大雨管路要求，且安装高度有也低于最大允许吸上高度因此，能正常工作4.用例2-2附图所示的管路系统测定离心泵的气蚀性能参数，则需在泵的吸入管路中安装调节阀门。适当调节泵的吸入和排出管路上两阀门的开度，可使吸入管阻力增大而流量保持不变。若离心泵的吸入管直

53、径为100mm排出管直径为50mm孔板流量计孔口直径为35mm测的流量计压差计读数为0.85mHg吸入口真空表读数为550mmHg时，离心泵恰发生气蚀现象。试求该流量下泵的允许气蚀余量和吸上真空度。已知水温为20C,当地大气压为760mmHg解：确定流速22Ao/A2=(do/d2)4=(35/50)56=0.49查20C时水的有关物性常数p=998.2Kg/m,口=100.5X10",Pv=2.3346Kpa假设C。在常数区查图1-33得Co=0.694KO1/2u0=Co2R(pA-p)g/p=10.07m/su2=0.49uo=4.93m/s核算:Re=d2112P/口=2.46X107>2X105假设成立u1=u2(d2/di)=1.23m/s允许气蚀余量h=(P1-P2)/pg+ui2/2gP1=Pa-P真空度=28.02Kpa5h=(28.02-2.3346)X103/998.2X9.81=2.7m允许吸上高度Hg=(Pa-Pv)/pg-h-EHf离心泵离槽面道路很短可以看作EHf=0Hg=(Pa-Pv)/pg-h=(101.4=7.42m5,水对某离心泵做实祥得到下列各多验数叫：Q,0100200300400L/min500H,m37.2383734.531.828.