化工原理例题练习题

1、第一章流体流动【例1-1】已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。解：依据式1-410.60.4m1830998=（+）10-4=10-43m=1372kg/m【例1-2】已知干空气的构成为：O221%、N278%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在压力4为10Pa及温度为100时的密度。100=273+100=373K再求干空气的均匀摩尔质量Mm=32+28+3=m依据式1-3a气体的均匀密度为：9.811028.960.916kg/m38.314373【例1-3】本题附图所示的张口容器内盛有油和水。油层高度h1=、

2、密度1=800kg/m3，水223层高度h=、密度=1000kg/m。（1）判断以下两关系能否建立，即p=pp=pAABB（2）计算水在玻璃管内的高度h。解：（1）判断题给两关系式能否建立pA=pA的关系建立。因A与A两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上。所以截面A-A称为等压面。p=pB的关系不可以建立。因B及B两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的B同一种流体，即截面B-B不是等压面。（2）计算玻璃管内水的高度h由上边谈论知，pA=pA，pA=pA都能够用流体静力学基本方程式计算，即pA=pa+1gh1+2gh2pA=pa+2gh于是pa+1gh1+2gh2=pa+2g

3、h简化上式并将已知值代入，得800+1000=1000h解得h=【例1-4】如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1、2-2）连一倒置U管压差计，压差计读数R=200mm。试求两截面间的压强差。解：因为倒置U管，所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为g与，依据流体静力学基本源理，截面a-a为等压面，则pa=pa又由流体静力学基本方程式可得pa=p1gMpa=p2g（MR）ggR联立上三式，并整理得p1p2=（g）gR因为g，上式可简化为p1p2gR所以p1p21000=1962Pa【例1-5】如本题附图所示，蒸汽锅炉上装置一复式U形水银测压计，已知对某基准面而言各点的标高为z0=，z2

4、=，z4=，z6=，z7=。试求锅炉内水面上的蒸汽压强。截面2、4间充满水。解：按静力学原理，同一种静止流体的连通器内、同一水平面上的压强相等，故有p1=p2，p3=p4，p5=p6对水平面1-2而言，p2=p1，即p2=pa+ig（z0z1）对水平面3-4而言，p3=p4=p2g（z4z2）对水平面5-6有p6=p4+ig（z4z5）锅炉蒸汽压强p=p6g（z7z6）p=pa+ig（z0z1）+ig（z4z5）g（z4z2）g（z7z6）则蒸汽的表压为ppa=ig（z0z1+z4z5）g（z4z2+z7z6）=13600+1000+510Pa=305kPa【例1-6】某厂要求安装一根输水量为

5、30m3/h的管路，试选择适合的管径。解：依据式1-20计算管径d=4Vsu式中V=303m/ss3600参照表1-1采纳水的流速u=s30d36000.077m77mm0.7851.8查附录二十二中管子规格，确立采纳894（外径89mm，壁厚4mm）的管子，其内径为：d=89（42）=81mm=所以，水在输送管内的实质流速为：30u360021.62m/s0.7850.081【例1-7】在稳固流动系统中，水连续从粗管流入细管。粗管内径d1=10cm，细管内径d2=5cm，当流量为4103m3/s时，求粗管内和细管内水的流速解：依据式1-20VS4103u10.51m/sA1240.1依据不行

6、压缩流体的连续性方程u1A1=u2A2由此u222d110u1d24倍5u=4u=4=s21【例1-8】将高位槽内料液向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为大气压。要求料液在管内以s的速度流动。设料液在管内压头损失为（不包含出口压头损失），试求高位槽的液面应当比塔进口处超出多少米解：取管出口高度的00为基准面，高位槽的液面为11截面，因要求计算高位槽的液面比塔进口处超出多少米，所以把11截面选在此就能够直接算出所求的高度x，同时在此液面处的u1及p1均为已知值。22截面选在管出口处。在11及22截面间列柏努利方程：gZ1p1u12gZ2p2u22hf22式中p1=0（表压）高位槽截面与管截面相差很

7、大，故高位槽截面的流速与管内流速对比，其值很小，即u0，=，p=0（表压），u=s，Z=0，hf/g=11222将上述各项数值代入，则0.52+2x=计算结果表示，动能项数值很小，流体位能的降低主要用于战胜管路阻力。【例1-9】20的空气在直径为80mm的水平管流过。现于管路中接一文丘里管，如本题附图所示。文丘里管的上游接一水银U管压差计，在直径为20mm的喉颈处接一细管，其下部插入水槽中。空气流过文丘里管的能量损失可忽视不计。当U管压差计读数=25mm、=时，Rh试求此时空气的流量为若干m3/h。当地大气压强为103Pa。解：文丘里管上游测压口处的压强为p1=HggR=13600=3335P

8、a(表压)喉颈处的压强为p2=gh=1000=4905Pa（表压）空气流经截面1-1与2-2的压强变化为p1p2101330333510133049050.0797.9%20%p11013303335故可按不行压缩流体来办理。两截面间的空气均匀密度为MT0pm29273101330133354905m21.20kg/m322.4Tp022.4293101330在截面1-1与2-2之间列柏努利方程式，以管道中心线作基准水平面。两截面间无外功加入，即We=0；能量损失可忽视，即hf=0。据此，柏努利方程式可写为gZ1u12p1u22p22gZ22式中1=2=0ZZ所以u123335u2249052

9、1.221.2简化得u22u1213733（a）据连续性方程uA=uA1122A1d122得0.08u2u1A2u1d2u10.022=161（）uub以式（b）代入式（a），即（16u1）2u12=13733解得u1=s空气的流量为Vs36004d12u1360040.0827.34132.8m3/h【例1-10】水在本题附图所示的虹吸管内作定态流动，管路直径没有变化，水流经管路的能量损失能够忽视不计，试计算管内截面2-2、3-3、4-4和5-5处的压强。大气压强为105Pa。图中所注明的尺寸均以mm计。解：为计算管内各截面的压强，应第一计算管内水的流速。先在贮槽水面1-1及管子出口内侧截面

10、6-6间列柏努利方程式，并以截面6-6为基准水平面。因为管路的能量损失忽视不计，即hf=0，故柏努利方程式可写为gZ1u122p1gZ2u222p2式中Z1=1mZ6=0p1=0（表压）p6=0（表压）u10将上列数值代入上式，并简化得9.811u622解得u6=s因为管路直径无变化，则管路各截面积相等。依据连续性方程式知Vs=Au=常数，故管内各截面的流速不变，即u2=u3=u4=u5=u6=s则u22u32u42u52u6222229.81J/kg2因流动系统的能量损失可忽视不计，故水可视为理想流体，则系统内各截面上流体的总机械能E相等，即EgZu2p常数2总机械能能够用系统内任何截面去计

11、算，但依据本题条件，以贮槽水面1-1处的总机械能计算较为简单。现取截面2-2为基准水平面，则上式中Z=2m，p=101330Pa，u0，所以总机械能为E1013309.8131000130.8J/kg计算各截面的压强时，亦应以截面2-2为基准水平面，则2=0，3=3m，4=，5=3m。ZZZZ（1）截面2-2的压强p2Eu22gZ2130.89.811000120990Pa2（2）截面3-3的压强p3Eu32gZ3130.89.819.813100091560Pa2（3）截面4-4的压强p4Eu42gZ4130.89.819.813.5100086660Pa2（4）截面5-5的压强u52p5E

12、gZ5130.89.819.813100091560Pa2从以上结果能够看出，压强不停变化，这是位能与静压强频频变换的结果。【例1-11】用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面保持恒定，其上方压强为103Pa，蒸发器上部的蒸发室内操作压强为26670Pa（真空度），蒸发器进料口高于贮槽内液面3，溶液流经所有管路的能量损失为120J/kg，求泵15m，进料量为20m/h的有效功率。管路直径为60mm。解：取贮槽液面为11截面，管路出口内侧为22截面，并以11截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程。gZ1u12p1WegZ2u22p2hf22式中Z1=0Z2=15mp

13、1=0（表压）p2=26670Pa（表压）u1=020u2360021.97m/s0.7850.06hf=120J/kg将上述各项数值代入，则We159.811.972120266702246.9J/kg1200泵的有效功率Ne为：Ne=Wews式中wsVs2012006.67kg/s3600Ne=1647W=实质上泵所作的功其实不是所有有效的，故要考虑泵的效率，实质上泵所耗费的功率（称轴功率）N为NNe设本题泵的效率为，则泵的轴功率为：1.65N2.54kW0.65【例1-12】试推导下边两种形状截面的当量直径的计算式。1）管道截面为长方形，长和宽分别为a、b；2）套管换热器的环形截面，外管

14、内径为d1，内管外径为d2。解：（1）长方形截面的当量直径4Ade式中A=ab=2（a+b）故4ab2abdebab2a（2）套管换热器的环隙形截面的当量直径Ad12d22d12d22444d1d2d1d2故4d12d22de4d1d2d1d2【例1-13】料液自高位槽流入精馏塔，如附图所示。塔内压强为104Pa（表压），输送管道为362mm无缝钢管，管长8m。管路中装有90标准弯头两个，180回弯头一个，球心阀（全开）一个。为使料液以3m3/h的流量流入塔中，问高位槽应部署多高（即位差Z应为多少米）。料液在操作温度下的物性：密度=861kg/m3；粘度=103Pas。解：取管出口处的水平面作

15、为基准面。在高位槽液面11与管出口截面22间列柏努利方程p12p22gZ1u1gZ2u2hf22式中Z1=ZZ2=0p1=0（表压）102=104PaupVs3u2360021.04m/s20.7850.032d4阻力损失hflu2d2取管壁绝对粗拙度=，则：0.30.00938d32Redu0.0321.048614.46104湍流0.643310由图1-23查得=局部阻力系数由表1-4查得为进口忽然减小（入管口）=90标准弯头=180回弯头=球心阀(全开)=故2hf81.040.0390.520.751.56.40.0322=kg所求位差p2p1u22hf1.961041.04210.63

16、.46mZ2gg8619.8129.819.81g截面22也可取在管出口外端，此时料液流入塔内，速度u2为零。但局部阻力应计入忽然扩大（流入大容器的出口）损失=1，故两种计算方法结果相同。【例1-14】经过一个不包含u的数群来解决管路操作型的计算问题。已知输出管径为89，管长为138m，管子相对粗拙度/d=，管路总阻力损失为50J/kg，求水的流量为若干。水的密度为1000kg/m3，粘度为1103Pas。解：由式1-47可得2dhflu2du2又Re2将上两式相乘获取与u没关的无因次数群22d32hf（1-53）Rel2因是Re及/d的函数，故Re2也是/d及Re的函数。图1-29上的曲线即

17、为不一样相对粗拙度下Re与Re2的关系曲线。计算u时，可先将已知数据代入式1-53，算出Re2，2s再依据Re、/d从图1-29中确立相应的Re，再反算出u及V。将题中数据代入式1-53，得22d32hf2(0.082)3(1000)2508Rel2138(1103)2410依据Re2及/d值，由图1-29a查得Re=105uRe1.5105103d0.0821.83m/s1000水的流量为：Vsd2u0.785(0.082)21.839.66103m3/s34.8m3/h4【例1-15】计算并联管路的流量在图1-30所示的输水管路中，已知水的总流量为3，水温为20，各支管总长度3m/s分别为

18、l1=1200m，l2=1500m，l3=800m；管径d1=600mm，d2=500mm，d3=800mm；求AB间的阻力损失及各管的流量。已知输水管为铸铁管，=。解：各支管的流量可由式1-58和式1-54联立求解得出。但因1、2、3均未知，须用试差法求解。设各支管的流动皆进入阻力平方区，由10.3d10.000560020.3d20.00065000.30.000375d3800从图1-23分别查得摩擦系数为：1=；2=；3=由式1-580.650.550.85Vs1:Vs2:Vs3:0.0170.01771500:80012000.0156=又3Vs1+Vs2+Vs3=3m/s故Vs10

19、.061730.72m3/s0.06170.03430.162Vs20.06170.034330.40m3/s0.03430.162Vs30.06170.16231.88m3/s0.03430.162校核值：RedudVs4Vs2dd4已知=1103Pas=1000kg/m3Re41000Vs1.27105Vs103dd故Re1.271060.721.5210610.6Re21.271060.41.021060.5Re31.271061.882.981060.8Re1、Re2、Re3从图1-23能够看出，各支管进入或十分凑近阻力平方区，故假定建立，以上计算正确。A、B间的阻力损失hf可由式1-

20、56求出280.01712000.722hf81l1Vs1110J/kg2d1520.653【例1-16】用泵输送密度为710kg/m的油品，如附图所示，从贮槽经泵出口后分为两路：4一路送到A塔顶部，最大流量为10800kg/h，塔内表压强为10Pa。另一路送到B塔中部，最大流量为6400kg/h，塔内表压强为118104Pa。贮槽C内液面保持恒定，液面上方的表压强为49103Pa。现已估量出当管路上的阀门全开，且流量达到规定的最大值时油品流经各段管路的阻力损失是：由截面11至22为201J/kg；由截面22至33为60J/kg；由截面22至44为50J/kg。油品在管内流动时的动能很小，能够

21、忽视。各截面离地面的垂直距离见本题附图。已知泵的效率为60%，求此状况下泵的轴功率。解：在11与22截面间列柏努利方程，以地面为基准水平面。gZ1p1u12gZ2p2u22hf12We22式中Z1=5mp1=49103Pau10Z、p、u均未知，h=20J/kg222f12设E为任一截面上三项机械能之和，则截面22上的2=2+2/22/2代入柏努利方EgZp+u程得WeE22059.8149103E298.06710()a由上式可知，需找出分支22处的2，才能求出e。依据分支管路的流动规律2可由EWE3或4算出。但每千克油品从截面22到截面33与自截面22到截面44所需的能量EE不必定相等。为

22、了保证同时完成两支管的输送任务，泵所供给的能量应同时满足两支管所需的能量。所以，应分别计算出两支管所需能量，采纳能量要求较大的支管来决定E2的值。仍以地面为基准水平面，各截面的压强均以表压计，且忽视动能，列截面22与33的柏努利方程，求E2。p398.074E2gZ3hf23379.811060710=1804J/kg列截面22与44之间的柏努利方程求E2E2gZ4p4hf24309.8111810450710=2006J/kg比较结果，当2=2006J/kg时才能保证输送任务。将2值代入式（a），得EEWe=2006=1908J/kg经过泵的质量流量为ws1080064004.78kg/s3

23、600泵的有效功率为Ne=Wews=1908=9120W=泵的轴功率为Ne9.1215.2kWN0.6最后须指出，因为泵的轴功率是按所需能量较大的支管来计算的，当油品从截面22到44的流量正好达到6400kg/h的要求时，油品从截面22到33的流量在管路阀全开时便大于10800kg/h。所以操作时要把泵到33截面的支管的调理阀关小到某一程度，以提升这一支管的能量损失，使流量降到所要求的数值。习题焚烧重油所得的焚烧气，经分析测知此中含%CO2，%O2，76%N2，8%H2O（体积%）。试求温度为500、压强为103Pa时，该混淆气体的密度。2在大气压为103Pa的地域，某真空蒸馏塔塔顶真空表读数

24、为104Pa。若在大气压为104Pa的地域使塔内绝对压强保持相同的数值，则真空表读数应为多少3敞口容器底部有一层深的水，其上部为深的油。求器底的压强，以Pa表示。此压强是绝对压强还是表压强水的密度为1000kg/m3，油的密度为916kg/m3。4为丈量腐化性液体贮槽内的存液量，采纳图1-7所示的装置。控制调理阀使压缩空气缓慢地鼓泡经过观察瓶进入贮槽。今测得U型压差计读数R=130mmHg，通气管距贮槽底部h=20cm，贮槽直径为2m，液体密度为980kg/m3。试求贮槽内液体的存储量为多少吨5一敞口贮槽内盛20的苯，苯的密度为880kg/m3。液面距槽底9m，槽底侧面有一直径为500mm的人

25、孔，此中心距槽底600mm，人孔覆以孔盖，试求：1）人孔盖共受多少静止力，以N表示；2）槽底面所受的压强是多少6为了放大所测气体压差的读数，采纳以以下图的斜管式压差计，一臂垂直，一臂与水平成20角。若U形管内装密度为804kg/m3的95%乙醇溶液，求读数R为29mm时的压强差。7用双液体U型压差计测定两点间空气的压差，测得R=320mm。因为双侧的小室不够大，以致小室内两液面产生4mm的位差。试务实质的压差为多少Pa。若计算时忽视两小室内的液面的位差，会产生多少的偏差两液体密度值见图。8为了除去煤气管中的少许积水，用以以下图的水封设施，水由煤气管路上的垂直支管排出，已知煤气压强为1105Pa

26、(绝对压强)。问水封管插入液面下的深度h应为若干当地大气压强pa=104Pa，水的密度=1000kg/m3。9如图示某精馏塔的回流装置中，由塔顶蒸出的蒸气经冷凝器冷凝，部分冷凝液将流回塔内。已知冷凝器内压强p1=105Pa（绝压），塔顶蒸气压强p2=105Pa（绝压），为使冷凝器中液体能顺利地流回塔内，问冷凝器液面最少要比回流液入塔处超出多少冷凝液密度为810kg/m3。为丈量气罐中的压强pB，采纳以以下图的双液杯式微差压计。两杯中放有密度为1的液体，U形管下部指示液密度为2。管与杯的直径之比d/D。试证：pBpahg21hgd21D211列管换热器的管制由121根25的钢管构成，空气以9m/

27、s的速度在列管内流动。空气在管内的均匀温度为50，压强为3319610Pa（表压），当地大气压为10Pa。试求：1）空气的质量流量；2）操作条件下空气的体积流量；3）将（2）的计算结果换算为标准状态下空气的体积流量。注：25钢管外径为25mm，壁厚为，内径为20mm。12高位槽内的水面高于地面8m，水从1084mm的管路中流出，管路出口高于地面2m。在本题中，水流经系统的能量损失可按hf=计算，此中u为水在管内的流速，试计算：（1）AA截面处水的流速；3（2）出口水的流量，以m/h计。13在图示装置中，水管直径为57。当阀门全闭时，压力表读数为104Pa。当阀门开启后，压力表读数降至104Pa

28、，设总压头损失为。求水的流量为若干m3/h水密度=1000kg/m3。14某鼓风机吸入管直径为200mm，在喇叭形进口处测得U型压差计读数R=25mm，指示液为水。若不计阻力损失，空气的密度为m3，试求管路内空气的流量。15用离心泵把20的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位保持恒定。各部分相对位置以以下图。管路的直径均为76，在操作条件下，泵进口处真空表读数为103Pa，水流经吸入管与排出管（不包含喷头）的阻力损失可分别按f2f2h1=2u与h2=10u计算。式中u为吸入管或排出管的流速。排出管与喷头连结处的压强为103Pa（表压）。试求泵的有效功率。16图示为30的水由高位槽流经直径不等的两段

29、管路。上部细管直径为20mm，下部粗管直径为36mm。不计所有阻力损失，管路中哪处压强最低该处的水能否会发生汽化现象17图示一冷冻盐水的循环系统。盐水的循环量为45m3/h，管径相同。流体流经管路3的压头损失自A至B的一段为9m，自B至A的一段为12m。盐水的密度为1100kg/m，试求：（2）若A的压力表读数为104Pa，则B处的压力表读数应为多少Pa18在水平管路中，水的流量为s，已知管内径d=5cm，d=及h=1m，若忽视能量损失，121问连结于该管缩短面上的水管，可将水自容器内吸上高度h2为多少水密度=1000kg/m3。19密度850kg/m3的料液从高位槽送入塔中，以以下图。高位槽

30、液面保持恒定。塔内3330J/kg。表压为10Pa，进料量为5m/h。进料管为38的钢管，管内流动的阻力损失为问高位槽内液面应比塔的进料口超出多少20有一输水系统以以下图。输水管径为57。已知管内的阻力损失按hf=45u2/2计算，式中u为管内流速。求水的流量为多少m3/s欲使水量增添20%，应将水槽的水面高升多少21水以1033d=40mm，粗管直径D=80mm，倒m/s的流量流经一扩大管段。细管直径U型压差计中水位差R=170mm，求水流经该扩大管段的阻力损失h，以mHO表示。f222贮槽内径D为2m，槽底与内径d0为32mm的钢管相连，以以下图。槽内无液体增补，液面高度h1=2m。管内的

31、流动阻力损失按hf=20u2计算。式中u为管内液体流速。试求当槽内液面降落1m所需的时间。2390的水流入内径为20mm的管内，欲使流动呈层流状态，水的流速不行超出哪一数值若管内流动的是90的空气，则这一数值又为多少24由实验得悉，单个球形颗粒在流体中的沉降速度ui与以下诸量相关：颗粒直径d；流体密度与粘度，颗粒与流体的密度差a；重力加快度g。试通过因次分析方法导出颗粒沉降速度的无因次函数式。25用1689mm的钢管输送原油，管线总长100km，油量为60000kg/h，油管最大抗压能力为107Pa。已知50时油的密度为890kg/m3，油的粘度为s。假定输油管水平搁置，其局部阻力忽视不计，试

32、问为完成上述输送任务，半途需几个加压站所谓油管最大抗压能力系指管内输送的流体压强不可以大于此值，不然管子破坏。26每小时将2104kg的溶液用泵从反响器输送到高位槽（见图）。反响器液面上方保持103Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压。管路为764mm钢管，总长50m，管线上有两个全开的闸阀，一个孔板流量计（=4）、五个标准弯头。反响器内液面与管出口的距离为15m。若泵的效率为，求泵的轴功率。溶液=1073kg/m3，=104Pas，=。27用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送到敞口高位槽。输送流量为min，输送管路为383mm无缝钢管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，在压送过程中设

33、位差不变。管路总长20m，设有一个闸阀（全开），8个标准90弯头。求压缩空气所需的压强为多少（表压）硫酸为1830kg/m3，为s，钢管的为。28粘度为Pas、密度为900kg/m3的液体自容器A流过内径40mm的管路进入容器B。两容器均为敞口，液面视作不变。管路中有一阀门，阀前管长50m，阀后管长20m（均包含局部阻力的当量长度）。当阀全关时，阀前、后的压力表读数分别为104Pa和104Pa。现将阀门翻开至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m。试求：1）管路的流量；2）阀前、阀后压力表的读数有何变化29以以下图，某输油管路未装流量计，但在A、B两点的压力表读数分别为pA=106Pa，pB=

34、106Pa。试预计管路中油的流量。已知管路尺寸为894mm的无缝钢管。A、B两点间的长度为40m，有6个90弯头，油的密度为820kg/m3，粘度为Pas。30欲将5000kg/h的煤气输送100km，管内径为300mm，管路尾端压强为104Pa（绝压），试求管路起点需要多大的压强设整个管路中煤气的温度为20，为，标准状态下煤气的密度为3m。31.一酸贮槽经过管路向其下方的反响器送酸，槽内液面在管出口以上。管路由38无缝钢管构成，全长（包含管件的当量长度）为25m。因为使用已久，粗拙度应取为。贮槽及反响器均为大气压。求每分钟可送酸多少33，粘度=s。（提示：m酸的密度=1650kg/m用试差法

35、时可先设=）。32水位恒定的高位槽从C、D两支管同时放水。AB段管长6m，内径41mm。BC段长15m，内径25mm。BD长24m，内径25mm。上述管长均包含阀门及其余局部阻力的当量长度，但不包含出口动能项，分支点B的能量损失可忽视。试求：（1）D、C两支管的流量及水槽的总排水量；（2）当D阀封闭，求水槽由C支管流出的水量。设所有管路的摩擦系数均可取，且不变化，出口损失应另行考虑。33用内径为300mm的钢管输送20的水，为了丈量管内水的流量，采纳了以以下图的安排。在2m长的一段主管路上并联了一根直径为60的支管，其总长与所有局部阻力的当量长度之和为10m。支管上装有转子流量计，由流量计上的

36、读数知支管内水的流量为h。试求水在主管路中的流量及总流量。设主管路的摩擦系数为，支管路的摩擦系数为。第二章流体输送设施【例21】离心泵特征曲线的测定附图为测定离心泵特征曲线的实验装置，实验中已测出以下一组数据：泵进口处真空表读数p1=104Pa(真空度)泵出口处压强表读数p2=105Pa(表压)33泵的流量Q=10m/s功率表测得电动机所耗费功率为吸入管直径d1=80mm压出管直径d2=60mm两测压点间垂直距离Z2Z1=泵由电动机直接带动，传动效率可视为1，电动机的效率为实验介质为20的清水试计算在此流量下泵的压头H、轴功率N和效率。解：（1）泵的压头在真空表及压强表所在截面11与22间列柏

37、努利方程：p1u2p2u22Z11HZ2Hfg2gg2g式中Z2Z1=1=104Pa（表压）p2=105Pa（表压）pu1=4Q412.51032.49m/sd1220.082=4Q412.51034.42m/sud220.062两测压口间的管路很短，此间阻力损失可忽视不计，故H=+2.551052.671044.4222.49210009.8129.81=（2）泵的轴功率功率表测得功率为电动机的输入功率，电动机自己耗费一部分功率，其效率为，于是电动机的输出功率（等于泵的轴功率）为：N=（3）泵的效率NeQHg12.510329.8810009.81NN5.771000=3.660.635.7

38、7在实验中，假如改变出口阀门的开度，测出不一样流量下的相关数据，计算出相应的H、N和值，并将这些数据绘于坐标纸上，即得该泵在固定转速下的特征曲线。【例22】将20的清水从贮水池送至水塔，已知塔内水面高于贮水池水面13m。水塔及贮水池水面恒定不变，且均与大气相通。输水管为140的钢管，总长为200m（包含局部阻力的当量长度）。现拟采纳4B20型水泵，当转速为2900r/min时，其特征曲线见附图，试分别求泵在运行时的流量、轴功率及效率。摩擦系数可按计算。解：求泵运行时的流量、轴功率及效率，其实是求泵的工作点。即应先依据本题的管路特征在附图上标绘出管路特征曲线。1）管路特征曲线方程在贮水池水面与水

39、塔水面间列柏努利方程HepHfZg式中Z=13mp=0因为离心泵特征曲线中Q的单位为L/s，eL/s，输送管内流故输送流量Q的单位也为速为：QeQe0.0742Qeud210001000240.1314lleu22000.0742Qe2Hf2g0.0229.81d0.1310.00857Qe2本题的管路特征方程为：He=13+0.00857Qe22）标绘管路特征曲线依据管路特征方程，可计算不一样流量所需的压头值，现将计算结果列表以下：Qe/Ls10481216202428em13H/由上表数据可在4B20型水泵的特征曲线图上标绘出管路特征曲线HeQe。（3）流量、轴功率及效率附图中泵的特征曲线

40、与管路特征曲线的交点就是泵的工作点，从图中点M读得：泵的流量Q=27L/s=h泵的轴功率N=泵的效率=77%【例23】采纳某台离心泵，从样本上查得其同意吸上真空高度H=，现将该泵安装在海s拔高度为500m处，已知吸入管的压头损失为1mHO，泵进口处动压头为mHO，夏天均匀水22温为40，问该泵安装在离水面5m高处能否适合解：使用时的水温及大气压强与实验条件不一样，需校订：当水温为40时pv=7377Pa在海拔500m处大气压强可查表2-1得H=mHOa2Hs=s+（a10）pv0.24HH9.81103=+（10）（）=mH2O泵的同意安装高度为：HgHsu12（2-22b）Hf012g15m

41、故泵安装在离水面5m处合用。【例2-4】试选一台能满足e3eQ=80m/h、H=180m要求的输水泵，列出其主要性能。并求该泵在实质运行时所需的轴功率和因采纳阀门调理流量而多耗费的轴功率。解：（1）泵的型号因为输送的是水，应采纳e3eB型水泵。按Q=80m/h、H=180m的要求在B型水泵的系列特征曲线图2-15上标出相应的点，该点所在处泵的型号为4B20-2900，故采纳4B20型水泵，转速为2900r/min。再从教材附录中查4B20型水泵最高效率点的性能数据：3Q=90m/hH=20mN=78%Hs=5m（2）泵实质运行时所需的轴功率，即工作点所对应的轴功率。在图2-6的4B20型离心水

42、泵的特征曲线上查得3Q=80m/h时所需的轴功率为N=6kW（3）用阀门调理流量多耗费的轴功率3时，由图2-6查得H=，=77%。当Q=80m/h为保证要求的输水量，可采纳泵出口管线的阀门调理流量，即关小出口阀门，增大管路的阻力损失，使管路系统所需的压头H也等于。所以用阀调理流量多耗费的压头为：eH=18=多耗费的轴功率为：HQg3.28010009.81N36000.770.906kW【例25】已知空气的最大输送量为14500kg/h。在最狂风量下输送系统所需的风压为1600Pa（以风机进口状态计）。风机的进口与温度为40，真空度为196Pa的设施连结，试选适合的离心通风机。当地大气压强为1

43、03Pa。解：将系统所需的风压pT换算为实验条件下的风压pT，即pTpT1.2操作条件下的计算：（40，p=（93300196）Pa）从附录中查得105Pa，40时的=kg/m31.1289330019631013301.04kg/m所以1.2pT16001846Pa1.04风量按风机进口状态计1450013940m3/h1.043T从附录中查得472型离心通风机可满足要求。依据风量Q=13940m/h微风压p=1846Pa该机性能以下：风压=198mmH2O风量14100m3/h效率91%轴功率10kW习题拟用一泵将碱液由敞口碱液槽打入位差为10m高的塔中，塔顶压强为104Pa（表压），流量

44、320m/h。所有输送管均为57无缝钢管，管长50m（包含局部阻力的当量长度）。碱液的密度=1500kg/m3，粘度=2103Pas。管壁粗拙度为。试求：1）输送单位重量液体所需供给的外功。2）需向液体供给的功率。在图2-11所示的4B20型离心泵特征曲线图上，任选一个流量，读出其相应的压头和功率，核算其效率能否与图中所示一致。3用水对某离心泵作实验，获取以下实验数据：Q/（Lmin1）0100200300400500H/m3837若经过764mm、长355m（包含局部阻力的当量长度）的导管，用该泵输送液体。已知吸入与排出的空间均为常压设施，两液面间的垂直距离为，摩擦系数为，试求该泵在运转时的

45、流量。若排出空间为密闭容器，其内压强为105Pa（表压），再求此时泵的流量。被输送液体的性质与水周边。4某离心泵在作性能试验时以恒定转速取水。当流量为3时，泵吸进口处真空表71m/h读数104Pa，泵压出口处压强计读数105Pa。两测压点的位差不计，泵进、出口的管径相同。测得此时泵的轴功率为，试求泵的扬程及效率。5用泵从江中取水送入一贮水池内。池中水面超出江面30m。管路长度（包含局部阻力的当量长度在内）为94m。要求水的流量为2040m3/h。若水温为20，/d=，1）选择适合的管径2）今有一离心泵，流量为45m3/h，扬程为42m，效率60%，轴功率7kW。问该泵可否使用。6用一离心泵将贮

46、水池中的冷却水经换热器送到高位槽。已知高位槽液面比贮水池液面超出10m，管路总长（包含局部阻力的当量长度在内）为400m，管内径为75mm，换热器的压头损失为32（u2/2g），摩擦系数取，离心泵的特征参数见下表：Q/（ms1）0H/m26232112试求：1）管路特征曲线；2）泵的工作点及其相应的流量及压头。7若题6改为两个相同泵串连操作，且管路特征不变。试求泵的工作点及其相应流量及压头。8若题6改为两个相同泵并联操作，且管路特征不变。试求泵的工作点及其相应流量及压头。39热水池中水温为65。用离心泵以40m/h的流量送至凉水塔顶，再经喷头喷出落入凉水池中，达到冷却目的。已知水进喷头前需保持

47、49103Pa（表压）。喷头进口处较热水池水面高6m。吸入管路和排出管路的压头损失分别为1m和3m。管路中动压头可忽视不计。试采纳适合的离心泵。并确定泵的安装高度。当地大气压强按103Pa计。10将某减压精馏塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽，釜中真空度为104Pa（此中液体处于沸腾状态，即其饱和蒸汽压等于釜中绝对压强）。泵位于地面上，吸入管总阻力为液柱。液体的密度为986kg/m3，已知该泵的同意汽蚀余量h=，试问该泵的安装地点能否适合如不适合应如何从头安排1115的空气直接由大气进入风机而经过内径为800mm的水平管道送到炉底。炉底的表压为103Pa。空气输送量为20000m3/h（15

48、，103Pa），管长与管件、阀门的当量长度之和为100m，管壁绝对粗拙度取。欲用库存一台离心通风机，其性能以下：转速1450r/min风压12650Pa风量21800m3/h试核算此风机能否合用。第三章机械分别与固体流态化【例31】落球粘度计。使用圆滑小球在粘性液体中的自由沉降能够测定液体的粘度。现有密度为8010kg/m3、直径的钢球置于密度为980kg/m3的某液体中，盛放液体的玻璃管内径为20mm。测得小球的沉降速度为s，试验温度为20，试计算此时液体的粘度。丈量是在距液面高度1/3的中段内进行的，从而免去小球早期的加快及管底对沉降的影响。当颗粒直径d与容器直径D之比d/D，雷诺数在斯托

49、克斯定律区内时，器壁对沉降速度的影响可用下式修正：utut2.104d1D式中ut为颗粒的实质沉降速度；ut为斯托克斯定律区的计算值。解：d0.161038103D2102utut12.104d1.7010312.1048103D103m/s按式3-12可得d2g0.1610329809.81s801018ut181.73310=s校核颗粒雷诺数Retdut0.161031.701039804.701030.05672上述计算有效。【例3-2】拟采纳降尘室回收常压炉气中所含的球形固体颗粒。降尘室底面积为210m，宽和高均为2m。操作条件下，气体的密度为m3，粘度为105Pas；固体的密度为30

50、00kg/m3；降尘室的生产能力为3。试求：1）理论上能完整捕集下来的最小颗粒直径；2）粒径为3m/s40m的颗粒的回收百分率；3）如欲完整回收直径为10m的尘粒，在原降尘室内需设置多少层水平隔板解：1）理论上能完整捕集下来的最小颗粒直径由式3-20可知，在降尘室中能够完整被分别出来的最小颗粒的沉降速度为Vs3ut0.3m/sbl10因为粒径为待求参数，沉降雷诺准数Ret和判断因子K都没法计算，故需采纳试差法。假定沉降在滞流区，则可用斯托克斯公式求最小颗粒直径，即dmin18ut182.61050.36.91105m69.1msg30009.81核算沉降流型Retdminut6.911050.

51、30.7522.61050.598原设在滞流区沉降正确，求得的最小粒径有效。2）40m颗粒的回收百分率假定颗粒在炉气中的分布是均匀的，则在气体的逗留时间内颗粒的沉降高度与降尘室高度之比即为该尺寸颗粒被分别下来的分率。因为各样尺寸颗粒在降尘室内的逗留时间均相同，故40m颗粒的回收率也可用其沉降速度ut与m颗粒的沉降速度ut之比来确立，在斯托克斯定律区则为回收率=ut/ut=(d/dmin)2=(40/2=即回收率为%。3）需设置的水平隔板层数多层降尘室中需设置的水平隔板层数用式3-20a计算。由上边计算可知，10m颗粒的沉降必在滞流区，可用斯托克斯公式计算沉降速度，即ud2sg101062300

52、09.816.29103m/st18182.6105所以nVs133146.69，取47层blut6.291010隔板间距为hH20.042mn1471核算气体在多层降尘室内的流型：若忽视隔板厚度所占的空间，则气体的流速为uVs3bH20.75m/s2de4bh420.0420.082m2bh220.042所以Redeu0.0820.750.752.610517742000即气体在降尘室的流动为滞流，设计合理。【例3-3】某淀粉厂的气流干燥器每小时送出10000m3带有淀粉的热空气，拟采纳扩散式旋风分别器收取此中的淀粉，要求压强降不超出1373Pa。已知气体密度为3m，试选择适合的型号。解：已

53、规定采纳扩散式旋风分别器，则其型号可由表3-4中选出。表中所列压强降是当气体密度为kg/m3时的数值。依据式3-29，在进口气速相同的条件下，气体经过旋风分别器的压强降与气体密度成正比。本题中热空气的同意压强降为1373Pa，则相当于气体密度为kg/m3时的压强降应不超出以下数值，即p13731.21648Pa1.0从表3-4中查得5号扩散式旋风分别器（直径为525mm）在1570Pa的压强降下操作时，生产能力为5000kg/m3。现要达到10000m3/h的生产能力，可采纳两台并联。自然，也能够作出其余的选择，即采纳的型号与台数不一样于上边的方案。所有这些方案在满足气体办理量及不超出同意压强

54、降的条件下，效率高低和花费大小都不相同。适合的型号只好依据实质状况和经验确立。【例3-4】拟在103Pa的恒定压强差下过滤某悬浮液。已知该悬浮液由直径为的球形颗粒状物质悬浮于水中构成，过滤时形成不行压缩滤饼，其缝隙率为60%，水的粘度为103Pas，过滤介质阻力能够忽视，若每获取1m滤液所形成的滤饼体积为。试求：1）每平方米过滤面积上获取滤液所需的过滤时间；2）若将此过滤时间延伸一倍，可再得滤液多少解：1）求过滤时间已知过滤介质阻力能够忽视的恒压过滤方程为q2K单位面积获取的滤液量q=m3/m2过滤常数K2p1srv关于不行压缩滤饼，s=0，r=r=常数，则K2prv已知332p=10Pa，=

55、10Pas，v=m依据式3-37知r5a212=，又已知滤饼的缝隙率3球形颗粒的比表面ad2666104233d0.1103m/md6所以r56104210.621.33310101/m20.63103K29.814.421032则1.031.333100.333m/s1010所以q21.52509sK4.42103）过滤时间加倍时增添的滤液量225091018s则K4.4210310182.12m3/m2qqq2.121.50.62m3/m2即每平方米过滤面积大将再得滤液。【例3-5】在的过滤面积上，以110例3-5附表14m3/s的速率对不行压缩的滤饼进行序号过滤时间，s过滤压强差，Pa过

56、滤实验，测得的两组数据列于本题p附表1中。11003104今欲在框内尺寸为635mm635mm2500910460mm的板框过滤机内办理同一料浆，所用滤布与实验时的相同。过滤开始时，以与实验相同的滤液流速进行恒速过滤，至过滤压强差达到61043试求框内充Pa时改为恒压操作。每获取1m滤液所生成的滤饼体积为。满滤饼所需的时间。解：欲求滤框充满滤饼所需的时间，可用式3-56进行计算。为此，需先求得式中有关参数。依式3-55a，对不行压缩滤饼进行恒速过滤时的p关系为p=a+b将测得的两组数据分别代入上式：3104=100a+b9104=500a+b解得a=1504b=10即p=150+104因板框过

57、滤机所办理的悬浮液特征及所用滤布均与实验时相同，且过滤速度也相同，故板框过滤机在恒速阶段的p关系也切合上式。恒速终了时的压强差pR=6104Pa，故Rpb61041.5104a300s150由过滤实验数据算出的恒速阶段的相关参数列于本例附表2中。3-5附表2序号，sp，PaV=11043，m11003104V,m3/m2A23006104由式3-47a知dVKA2d2VVe将上式改写为dVKA2qqed应用附表2中数据即可求得过滤常数K和qe，即K1A2q1qedV211040.25qedK2A2q2qedV211040.75qed本题中正好p2=2p1，于是，K2=2K1。联解式a、b、c获

58、取2K2=51032qe=mm/s上边求得的qe、K2为板框过滤机中恒速过滤终点，即恒压过滤的过滤常数。110432qRuRR0.043000.75m/ma）b）A=2=滤饼体积Vc=Vc0.02423/m2单位面积上的滤液体积为q/v1.5mA0.80650.02将K、qe、qR及q的数值代入3-56a得（）+2（）=5103（300）解得=s【例3-7】对例3-6中的悬浮液用拥有26个框的BMS20/635-25板框压滤机进行过滤。在过滤机进口处滤浆的表压为105Pa，所用滤布与实验时的相同，浆料温度仍为25。每次过滤完成用清水清洗滤饼，洗水温度及表压与滤浆相同而其体积为滤液体积的8%。每

59、次卸渣、清理、装合等协助操作时间为15min。已知固相密度为2930kg/m3，又测得湿饼密度为1930kg/m3。求此板框压滤机的生产能力。解：过滤面积A=（）2226=21m2滤框总容积=（）226=3滤饼的质量为1930kg，设此中含水xkg，水的密度按1000kg/m3考虑，则已知1m1930 xx129301000解得x=518kg31930518=1412kg故知1m滤饼中的固相质量为3滤饼所需的滤浆质量为生成1m141210002557892kg253578921930=55962kg则1m滤饼所对应的滤液质量为35596255.96231m滤饼所对应的滤液体积为1000m由此可

60、知，滤框所有充满时的滤液体积为V=则过滤终了时的单位面积滤液量为V14.6632q210.6982m/mA依据例3-6中过滤实验结果写出p=105Pa时的恒压过滤方程式为（q+）24=10(+将q=m3/m2代入上式，得（+）2=104(+解得过滤时间为：=3085s。由式3-58及式3-60可知：VWW1dV4dE对恒压过滤方程式3-51a进行微分，得2（q+qe）dq=Kd，即dqKd2(qqe)已求得过滤终了时32q=m/m,代入上式可得过滤终了时的过滤速率为已知则dVAK211.6781042.447103m3/sdE2(qqe)2(0.69820.0217)3VW=m1.173W11