天津大学版化工原理上下册习题答案

1、化工原理课后习题解答第一章流体流动.某设备上真空表的读数为X 103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大卜压强为 X103 Pa。解：由绝对压强=大气压强-真空度 得到：设备内的绝对压强 P绝=xi03Pa X103 Pa=xi03 Pa设备内的表压强 P表=-真空度=-X103 Pa.在本题附图所示的储油罐中盛有密度为960 kg/?的油品，油面高于罐底m ,油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm的圆孔，其中心距罐底800 mm孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为x10 6 Pa ,问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

2、P 油W o螺解：P螺=pghXA = 960 xx xxX103 Nb 螺=x 103x x x nP油w o螺得n 2s取 n min= 7至少需要7个螺钉.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R1 = 400 mm ,R2 = 50 mm,指示液为水银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，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 = 50 mm。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p g,其他数据如图

3、所示a a 处 P a + p ggh1 = p 水 gR + p 水银 g 2由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记即：Pa = X 103XX + X 10 3XX=X103 Pab-b 处 P b + p gghs = P a + p ggh2 + p 水银 gRP B = X103XX + X103=x 103Pa.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 = 1m, U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg/?。试求当压差计读数R=68mm寸，相界面与油层的吹气管出口距离h。分析：解此题应选取的合适的截面如图所

4、示：忽略空气产生的压强， 本题中1-1和4-4为等压面,2 2和3 3为等压面，且1 1和22的压强相等。根据静力学基本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Ah在1 1与2 2截面之间Pi = P2 + p 水银gRPi = P4 ，心=P 3且 P3 =煤油 gAh, P 4=0水 g( H-h)+ p 煤油 g(Ah + h) 联立这几个方程得到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3 X103 x 1 - X103 x = h X 103 x

5、 103 ) h = m5.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：h1 = , h2=,h 3=,h4=0锅中水面与基准面之间的垂直距离h5=3mi大气压强pa=X 103 pa o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的1-1截面，再选取等压面，最后根据静力学基本原理列出方程，求解解：设1 1截面处的压强为P由静力学基本方程对左边的U管取a -a等压面,P0 + P 水g(h5-h4)= Pi + p 水银g(h3-h4)代入数据 3P

6、0 + X 10 X X=P 1 + X103X X对右边的U管取b -b等压面，由静力学基本方程P1 + P水g(h3-h 2)=p水银g(h 1-h2) + pa代入数据P 1 + X 103XX (X 103XX ( + X 103解着两个方程得P0 = x105Pa6,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920 kg/m 3 ,998 kg/m 3, U管中油、水交接面高度差R = 300mm,两扩大室的内径D均为60 mm, U管内径d为 6 mm。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。分析：此题的关键是找准等

7、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 1 1为等压面，对于U管左边 p表+ P油g(h1+R) = P 1对于U管右边 P 2 = p水gR + p油gh2p 表=p 水 gR + p 油 gh2 - p 油 g(h 1+R)= p 水gR - p 油gR +p 油g (h2-h 1)当p表=0时，扩大室液面平齐即 兀(D/2) 2 (h2-h。=兀(d/2) 2Rh2-h 1 = 3 mmp 表=x102Pa7,列管换热气 的管束由121根。X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

8、 50C、压强为196X 103Pa(表压)，当地大气压为x 10 3Pa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 = 9 X兀/4 X 2 X 121 = m 3/s质量流量w s = Vsp =Vs X(MP)/(RT)=X29 X+196)/ X 323= kg /s换算成标准状况V 1P1/V2B =Tl/T2Vs2 = P1T2/P2T1 XVsi = X 273)/(101 X323) X =m3/s8 .高位槽内的水面高于地面8m,水从e 108X 4mm的管道中流出，管路出口高于地面2

9、mo在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按汇h f = u 2计算，其中u为水在管道的流 速。试计算： ，. A- A截面处水的流速；水的流量，以m/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1一和出管口 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, , 2 2,处列柏努力方程Z1 g + 0 + P 1/ p = Z 2 g + u 2 / 2 + P2/p + 汇 hf(Z1 - Z 2) g = u 2/2 +代入

10、数据(8- 2) X = 7u 2 , u = s换算成体积流量V s = uA= X 兀 /4 X X 3600= 82 m3/h. 20 C水以s的流速流经。38 4000.此流体属于湍流型15.在本题附图所示的实验装置中，于异彳5水平管段两截面间连一倒置U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 60X与 45X。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/ a s A=295m/s , ub= ws/ p s b在

11、A, B截面处作柏努力方程：ZAg+uA2/2+PM p =ZBg+uB2/2+PB/ p +Ehf 1kg水流经A, B的能量损失：汇hf= ( ua2-u b2) /2+ (Pa- P B)/ p = ( ua2-u b： /2+ P gR/ p =kg.压强降与能量损失之间满足：汇hf=AP/p，AP=p 汇hf=X10 316.密度为850kg/m3 ,粘度为8X 10-3Pa- s的液体在内径为14mm的钢管内流动，溶液的 流速为1m/s。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 147X103 Pa,

12、液体流经多长的管子其 压强才下降至ijx 103 Pa解：(1) Re =du p /=(14X10-3X 1 X850) / (8X 10-3) = X103 2000.此流体属于滞流型(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y 2 = -2p( u-u m)当 u =0 时,y 2 = r 2 = 2pu m p = r 2/2 = d 2/8当U = U平均=U max= S时，y2= - 2p () = d 2/8=d 2，即 与管轴的距离 r=xi0-3m在147X 103和X 103两压强面处列伯努利方程u12/2+ Pa/p + Z1g= u22/2 + Pb

13、/p + Z 2g +E h f- u 1 = u 2 , Z 1 = Z 2P a/ p = Pb/ p + Eh f损失能量 h f= (Pa- Pb) / p = (147X x 10 3)/850流体属于滞流型摩擦系数与雷若准数之间满足入=64/ Re2又 h f=入 x ( i /d ) Xu- c =输送管为水平管，管长即为管子的当量长度即：管长为17 .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：ur=umax ( y/R )1/7 ,式中y为某点与壁面的距离，及y=R r。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

14、量又可以看作是速度是ur的流体流过2 % rdr的面积的叠加 即：V=/ 0R u r x 2 tt rdr解：平均速度 u = V/A = / 0R u r x 2 兀 rdr/ (兀 R2)=/ 0R u max (y/R ) 1/7 x 2 兀 rdr/ (兀度)=2u max/R15/7 / 0R ( R - r ) 1/7rdru/ u max=18. 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 u iA=u 2A2 而产 r 2. A i=4A2u 2=4u由能量损失计算公式

15、汇hf=入？ ( i /d ) x ( 1/2u 2)得2汇 hf,入？( i /d) x( 1/2u i )汇 hf,2=入？( i /d ) x( 1/2u 22)=入？ ( i /d ) x 8 ( ui)=16m h f, 1.hf2 = 16 h f119.内截面为1000mn 1200mm的矩形烟囱白高度为 30 Am 平均分子量为 30kg/kmol ,平均温度为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20 C ,地面处的大气压强为X103 Pa。流体经烟囱时的摩擦系数可取为，试求烟道气的流量为若干kg/h解：烟

16、囱的水力半径r h= A/ n = （1 x/2（1+=当量直径 de= 4rH =流体流经烟囱损失的能量汇 h f=入？( I / d e)- u 2/2= X(30/ Xu 2/2空气的密度 3空气=PM/RT = m烟囱的上表面压强（表压）P 上=-p 空气 gh = xx 30= Pa烟囱的下表面压强（表压）P 下=-49 Pa烟囱内的平均压强P= (P上 + P 下)/2 + P 0 = 101128 Pa由p = PM/RT可以得到烟囱气体的密度p= (30X103X101128) / (X 673)=Kg/m在烟囱上下表面列伯努利方程上/ p = P 下/ p + Zg+E h

17、f.E h f= (P 上-P 下)/ p - Zg =(-49+/- 30 X2 =u流体流速 u = m/s质量流量co s= uA p = X 1 X X=X104 Kg/h20.每小时将2X103 kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽。反应器液面上方保持x103 Pa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15m。若泵效率为，求泵的轴功率。解： 流体的质量流速s = 2 X 10 4/3600 = kg/s流速 u =3 s/(A p )=s雷偌准数 Re=d

18、up / 科=165199 4000查本书附图1-29得5个标准弯头白当量长度：5 X =2个全开阀的当量长度：2 X =局部阻力当量长度E C e= + =定 1/ 入 1/2 =2 lg(d / ) + = 2 lg(68/ +*入=检验 d/( e x Rex 入 1/2)= ，符合假定即入=，全流程阻力损失 汇h =入x ( c + E c e)/d x u 2/2 + Z x u2/2=X(50+/(68 X 10 3) + 4 X2= J/Kg在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得P1/ p + We = Zg + P 2/ p + E hWe = Zg + (P1- P 2)/ p

19、+E h=15 X + X10 3/1073 += J/Kg有效功率Ne = Wex w s10轴功率 N = Ne/ r =x 10 3/ = X103W.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3600n3 /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X103 Pa。管壁的绝对粗糙

20、度可取，大气压强为X103 。求鼓风机的有效功率。解：查表得该气体的有关物性常数p =,科=x10-5Pas气体流速 u = 3600/(3600 X 4/ 兀 x = m/s质量流量co s = u As = X 4/ Tt X X=Kg/s 流体流动的雷偌准数Re = du p /科=x 105为湍流型所有当量长度之和C总=I +2 I e=50m取时 /d = 250= 查表得 入= 所有能量损失包括出口 ，入口和管道能量损失 即：E h = XU 2/2 + 1 Xu 2/2 + X50/ u 2/2在1-1、2-2两截面处列伯努利方程u2/2 + P 1/ p + We = Zg +

21、 u 2/2 + P 2/ p + E hWe = Zg + (P 2- P 1)/ p +E h而 1-1、2-2 两截面处的压强差 P 2- P 1 = P2- p 水 gh = X103 - 10 3XX31X103 = Pa.We = W/Kg 泵的有效功率Ne = Wex w s= = KW.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20nl.当闸阀关闭时，测得 R=600mn h=1500mn

22、当闸阀部分开启时，测的 R=400mnph=1400mm摩擦系数可取，管路入口处的局部阻力系数为。问每小时从管中水流出若干立方米。.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 l e/d 15,摩擦系数仍取。解：根据流体静力学基本方程，设槽面到管道的高度为p 水 g(h+x)= p 水银 gR103 x +x) = x 10 3x部分开启时截面处的压强P 1 = p水银gR - p水gh =x 103Pa在槽面处和1-1截面处列伯努利方程Zg + 0 + 0 = 0 + u2/2 + P 1/ p + E h+ 2 C e)/d + b - u 2/2=u 2/2

23、+ + u体积流量cos= uA P = X 兀/4 X 2X3600 = h闸阀全开时取2-2,3-3截面列伯努利方程Zg = u2/2 + 2 +X(15 + C /d)u 2/21/取1-1=u 2/2 +.P1、3-3截面列伯努利方程X(15+i /d)u 2/210 4Pa23. 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。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 = m3科=X10-5 Paru = Vs/A = x 10 -3/d 2Ehf = 6 x = Kg汇 h f=(入 i /d) u 2/

24、2 =入 150 u 2/d假设为滞流 入=64/Re = 64 d /du p dwx 10-3检验得 Re = 2000彳矍设 Re = x 104 即 dup/(i= x 10 41. d = x 10 -2m则 /d = 查表得入=入 150 u 2/d v dx 10 -2 m.某油品的密度为 800kg/m3 ,粘度为41cP,由附图所示的 A槽送至B槽，A槽的液面比B槽的液面高出。输送管径为 689X （包括阀门当量长度），进出口损失可忽略。试求:20%此时阀门的当量（1）油的流量（m3 /h）; （2）若调节阀门的开度，使油的流量减少长度为若干m解：在两槽面处取截面列伯努利方程

25、u 2/2 + Zg + P1/ p = u2/2 + P 2/ p + Eh fZg =汇 h f=入( i /d) u 2/2X=入？ (50/82 X 10-3) - u2/2假设流体流动为滞流，则摩擦阻力系数入=64/Re=64科 /du p假设成立联立两式得到 u =s 核算Re = du P / w =1920 2000油的体积流量 3 s=uA=x 兀 /4(82 X 10 3) 2X 3600=h调节阀门后的体积流量w s = x (1 -20 % )= m 3/h调节阀门后的速度u=s同理由上述两式X =入？（82 X10-3) 2入=64/Re=64科/du p 可以得到，

26、阀门的当量长度 C e= C -50 =.在两座尺寸相同的吸收塔内，各填充不同的填料，并以相同的管路并联组合。每条支管上均装有闸阀，两支路的管长均为 5n均包括除了闸阀以外的管件局部阻力的当量长度)，管内径为200mm通过田料层的能量损失可分别折算为5u12与4u22，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3/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Z2 h f=入(

27、c +12 e e/d) , U 2/2+ h f填 而且并联管路气体总流量为个支路之和，即VS= Vsi + Vs2解：两阀全开时，两塔的通气量由本书附图I 2 9查得d=200mm寸阀线的当量长度C e=150m汇 h f产入( I 1+ 汇 C ei/d) - u 12/2 + 5 u 12=X (50+150)/ u 12/2 + 5 u 12Zj h f2=入,( I 2+ Zj I e2/d) , u 2 /2 + 4 u 1=X (50+150)/ u 22/2 + 4 u 12-.1 12 h f1 =12 h f2. U 12/ u 22=即 u 1 =又V s= V s1

28、+ Vs2=u1A1+ u 2A2 , A 1 = A 2 = 2 兀 /4=兀=+ u 2) ?兀u 2=s u iA= m/s即两塔的通气量分别为 Vsi = m3/s, V s12= m3/s 总的能量损失Z2h f=Z2 h f1 =12 h f2= X155/ - u 12/2 + 5 u 12=u12 = J/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6127X5mm原出口压强为x 10 5Pa,容器B内水面上方表压为 1kgf/cm 2，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H e;

29、 (2)两支管的压头损失 Hf , o-A , H , o-B ,。解：(1)离心泵的有效压头总管流速u = V s/A而 A = 3600 X 兀/4 X(117) 2X10-6 u = s在原水槽处与压强计管口处去截面列伯努利方程Z 0g + We = u 2/2 + P 0/ p +汇h f二.总管流动阻力不计汇hf=0We = u 2/2 + P 0/ p -Z 0g=2 + X105/ - 2X=Kg有效压头He = We/g =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Z 0g + We = Z 1g + P 1/ p + E h f1Z 0g + We = Z 2g +

30、 P 2/ p + Eh f2得到两支管的能量损失分别为E h f1 = Z 0g + We - (Z1g + P 1/ p )=2 X +- (16 X + 0)=KgE h f2=Z0g + We - (Z 2g + P 2/ p) =2X +- (8 x + X10 3/= J/Kg二压头损失H f1 = Eh f1/g = mHf2 = E h f2/g =27.用效率为80%勺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30X 103Pa。用旁路调节流量，起流程如本题附图所示，主管流量为314m/h ,管径为3mm管长为 80m (包括所有局部阻

31、力的当量长度)。芳路的流量为5n3/h,管径为 32X,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：(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 = V/A = 14/3600 X(7t/4)X(60)2X10-6=m/s旁管流速 u 1 = V 1/A = 5/3600 X(7t/4)X(27) 2X10-6 =m/s先计算主管流体的雷偌准数Re = du p /科=.假设成立即D,C两点的流速 u

32、 1 = m/s , u 2 = m/sBC段和BD的流量分别为Vs,bc = 32X10X(71/4) X3600X3/sS,BD =26 X 10X(兀/4) X3600X3/s29.在38X的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为，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20 C时甲苯的密度和粘度分别为p = 867 Kg/m 3,产 X 10 -3假设 Re = X10 4当A0/A1 = 33)= 时，查孔板流量计的 C0与Re,

33、 A0/A1的关系得到C 0 =1/2体积流量 Vs = C 0A02gR( p a- p )/ p =X 兀 /4 x x 10 -6 X 2 X X X m 3/s流速 u = V s /A = m/s核算雷偌准数Re = du p/科=X104与假设基本相符，甲苯的质量流量COS = V sp =X 10-3X867X 3600=5426 Kg/h第二章流体输送机械.在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为 26nB /h时，泵出口处压强表和入口处真 空表的读数分别为 152kPa和，轴功率为，转速为 2900r/min ,若真空表和压强表两测压口 间的垂直距离为，泵的进出口管径相同，两测

34、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20 C时水的密度 p = Kg/m 3在泵出口和入口处列伯努利方程ui2/2g + P i/pg + H = u i2/2g + P 2/ pg + Hf + Z.泵进出口管径相同，U 1 = U2不计两测压口见管路流动阻力Hf = 0P1/ p g + H = P 2/ p g + ZH = (P 2- P 1)/ pg + Z = + (152+ X 10 3/ X =m该泵的效率 r = QH g/N = 26 x x x x 10 3 x 3600) =.%.用离心泵以40n3 /h的流量将贮水池中 65c的

35、热水输送到凉水塔顶，并经喷头喷出而 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的表压强，喷头入口较贮水?水面高 6m,吸入管路和排出管路中压头损失分别为1m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。当地大气压按计。解：.输送的是清水，选用B型泵查65 c时水的密度 p = Kg/m在水池面和喷头处列伯努利方程Ui2/2g + Pi/pg + H = u i2/2g + P 2/ pg + Hf + Z取 Ui = u 2 = 0 则H = (P 2- P 1)/ pg + Hf + Z =49X10 3/X + 6 + (1+4) =m

36、Q = 40 m 3/h由图2-27得可以选用 3B19A 2900 465c时清水的饱和蒸汽压FV = xi04Pa当地大气压 H a = P/pg = x 10 3 / x = m查附表二十三3B19A的泵的流量：一m 3/h TOC o 1-5 h z 为保证离心泵能正常运转，选用最大输出量所对应的H s1 一,即Hs =输送 65c 水的真空度Hs = Hs +( Ha-10)-( P WX103 - 1000/ p允许吸上高度 H = H s - u 12/2g - Hf,0-1 =-1 =即安装高度应低于.常压贮槽内盛有石油产品，其密度为 760kg/m3 ,粘度小于20cSt ,

37、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 15nB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4m。试核算该泵是否合用。若油泵位于贮槽液面以下处，问此泵能否正常操 作当地大气压按计.解：查附录二十三65Y-60B型泵的特性参数如下流量 Q = s,气蚀余量4 h= m扬程H = 38 m允许吸上高度 Hg = (P 0- P v)/ pg - Ah-Hf,0-1扬升高度 Z = H - H f,0-2 = 38- 4 = 34m如图在1-1,2-2截面之间列方程ui2/2g + P

38、i/pg + H = u 22/2g + P 2/ p g + H 旧 + AZ其中 ui2/2g = u 22/2g = 0管路所需要的压头：He=(P2 - Pi)/ pg + AZ + H f,i-2= Z = 34 m游品流量 Qn = 15 m 3/s 2 x 105.假设成立u1= u 2(d 2 / d1)2 = m/s允许气蚀余量Ah = (P 1- P 2)/ pg + u 12/2gP1 = Pa - P 真空度=Kpa h = m允许吸上高度 H g =(P a- P v)/ pg - Ah-EH f离心泵离槽面道路很短可以看作汇H f = 0Hg =（P a- P V）

39、/ pg - Ah-X10/X -=m5.水对某离心泵做实验，得到下列各实验数据：Q, L/min010()200300 400500H, m3837送液体的管路系统：管径为6 76X4mm长为355m （包括局部阻力的当量长度），吸入和排被输送液体的性质与水相近。2e= K + BQ e出空间为密闭容器，其内压强为（表压），再求此时泵的流量。解： 根据管路所需要压头He与液体流量Q的关系： H而 K =AZ + AP/ p g且 吸入排出空间为常压设备，.K =AZ =B =入？( i + 2 c e)/d- 1/2g(60 X 10 3A)2若用该泵从常压贮水池将水抽到渠道中，已知贮水池截

40、面积为100m2 ,池中水深7s输水之初池内水面低于渠道水平面2m,假设输水渠道水面保持不变，且与大气相通。管路系统的压头损失为 H=X10 Q2 （H单位为m Q单位为m3 /s）。试求将贮水池内水全部抽出所需 时间。解：列出管路特性方程He= K + H fK= AZ + AP/ p g贮水池和渠道均保持常压.K= AZ.H e= AZ + X 10 6cf在输水之初 Z = 2m.H e= 2 + X106cf联立H=X106d ,解出此时的流量 Q = 4X10-3m/s将贮水槽的水全部抽出Z = 9m.H e= 9 + X 10 6Q2再次联立H=X106d ,解出此时的流量 Q =

41、 3X10-3m/s流量Q随着水的不断抽出而不断变小取 Q 的平均值 Q 平均=(Q + Q)/2 = X10-3n3/s把水抽完所需时间t = V/ Q 平均=h7.用两台离心泵从水池向高位槽送水，单台泵的特性曲线方程为H=25-1 X 106Q2管路特性曲线方程可近似表示为H=10+1X 10 6Q2两式中Q的单位为 m3 /s , H的单位为m=试问两泵如何组合才能使输液量最大(输水过程为定态流动)分析：两台泵有串联和并联两种组合方法串联时单台泵的送水量即为管路中的总量，泵的压头为单台泵的两倍；并联时泵的压头即为单台泵的压头，单台送水量为管路总送水量 的一半解：串联 H e = 2H10

42、 + 1 X105Q2 = 2 X(25 - 1 X 106d)Qe= X 10 -2m/s并联Q = Q e/225- 1 X 106X Qe2 = 10+1 X105(Qe/2) 2Qe = X 10-2R/s总送水量 Qe = 2 Q e= X10-2m/s并联组合输送量大1250kg/m3的液体输送到表压强为8 .现采用一台三效单动往复泵，将敞口贮罐中密度为xi06Pa的塔内，贮罐液面比塔入口低10m,管路系统的总压头损失为2m,已知泵 活塞直径为70mm冲程为225mm往复次数为 2001/min ,泵的总效率和容积效率为和。试求泵的 实际流量，压头和轴功率。解：三动泵理论平均流量Q

43、 t = 3ASn r = 3 X u /4 X 2XX200=min实际流量 Q = r Qr =x = m 3/min泵的压头 H = AP/ p g + Au 2/2g + NH + Z 取2/2g = 0=AP/ pg + 2 Hr + Z=X 106/1250 X + 2 + 10轴功率 N = HQ p /102 r = Kw9.用一往复泵将密度为大气压。往复泵的流量为中，A池液面不断下降,量长度）。A池截面积为1200kg/m3的液体从A池输送到B槽中，A池和B槽液面上方均 为5nB /h 。输送开始时，B槽和A池的液面高度差为10mo输送过程B槽液面不断上升。输送管径为30mm

44、长为15m （包括局部阻力当12n2 , B槽截面积为2 。液体在管中流动时摩擦系数为。试求把25nB液体从A池输送到B槽所需的能量。解：列出此往复泵输送的管路特性方程2H e= K + BQ e而 K = AP/ pg + Au 2/2g + Z.A,B槽上方均大气压.P/ p g = 0,Au 2/2g = 0在输送开始时,hc= 10 m输送完毕后A池液面下降：25/12 =池液面上升：25/ = m.h = 10 + +2B =入？( i + Ei e)/d - 1/2g(3600A)=X 15/ X 1/(3600 Xti/4XX2X输送开始时管路的特性方程He= 10 +输送完毕时

45、管路的特性方程He= +取平均压头 H 平均=(He+Hej/2 =(10 + + +)/2 , Q=5 m3/s=18 m输送所需要的时间t = V/Q = 25/5 = 5h =18000输送有效功率N e = HQp g = 18 X 5/3600 X 1200X =所需要的能量 W = Ner = X106 J = 5300KJ10.已知空气的最大输送量为 14500kg/h ,在最大风量下输送系统所需的风压为1600Pa （以风机进口状态级计）。由于工艺条件的呀求。 风机进口与温度为 40C,真空度为196Pa的设 备相连。试选合适的离心通风机。当地大气压为。解：输送洁净空气应选用4

46、-72-11型通风机40C,真空度为 196Pa时空气的密度 p= MP/RT = m3将输送系统的风压 H按Ht = H t p / p H t = 1600 x = m输送的体积流量Q = Q m/ P = 14500/ = m 3/h根据输送量和风压选择 4-72-11 No 6c 型可以满足要求其特性参数为转速(r/min)风压（Pa）一一3风重（m /h）效率（%）功率（K的20001410091C的空气直接由大气进入风机在通过内径为800mm勺水平管道送到炉底，炉底表压为10kPa。空气输送量为20000m/h （进口状态计），管长为100m （包括局部阻力当量长度），管壁绝对粗糙

47、度可取为。现库存一台离心通风机，其性能如下所示。核算此风机是否合用当地大气 压为。转速,r/min风压，Pa风量，m3 /h14501265021800解：输送系统的风压Ht =(Z2 Zi) g g + P2 P1 +(U2-Ui)/2 + pBhf水平管道输送，.Z 2 - Zi= 0 , (U22-Ui2) /2 = 0空气的流动速度 u = Q/A = 20000/ (兀/4 X 3600)=s查本书附图可得 15c空气的粘度 产 xi0-3Pa-s ,密度p= Kg/m_.一 -3Re = dup/(i= xxxi0 /d = 800 =根据Re-e/d图可以得到其相对粗糙度入=.

48、Nh f =入？( I + 2 I e)/d ? u2/2= X100/ X2输送系统风压 HT= P 2- Pi + P Sh f=X103 + X= 10 一多层降尘室除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为8 d m,密度为4000kg/m 3 。除尘室 长，宽，高，气体温度为427C,粘度为？ s,密度为m3 。若每小时的炉气量为 2160标准m3，试确定降尘室内隔板的间距及层数。 解：假设沉降在滞流区，按ut = d 2 ( p s- p) g/18计算其沉降速度u t = (8 x 10-6)2x x (18 x x 10 -5)=41 x 10-4 m/s核算Re = du t p /科

49、 1 ,符合假设的滞流区把标准生产能力换算成 47 C时的生产能力 J/ p (p s- p) g，最小直径 d min =m = 15123.在底面积为40m2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理量为3600m3 /h ,固体的密度p s=3600kg/m3 ,操作条件下气体的密度 p =m3 ,粘度为x 10-5Pa? s。试求理 论上完全除去的最小颗粒直径。解：根据生产能力计算出沉降速度u t = V s/b c = 3600/40 m/h = s假设气体流处在滞流区则可以按u t = d2 ( p s- p) g/18科进行计算 d = 18心/ (p s- p) g u t

50、可以得到 d = x 10-4 m核算Re = du t p /科 1 ,符合假设的滞流区能完全除去的颗粒的最小直径d =X10-4m =V s = V (273 + 427)/273 = h由 Vs = blu t (n-1 )得n = V s / blu t-1 = (x x 41X 10-4X3600) - 1=1 =取 n = 50 层，板间距 Ah = H/ (n + 1 ) = 51=mm.含尘气体中尘粒的密度为 2300kg/m 3 ,气体流量为1000m3 /h ,粘度为x 10-5Pa? s密度 为m3 ,采用如图3-8所示的标准型旋风分离器进行除尘。若分离器圆筒直径为， 试

51、估算其临界直径，分割粒径及压强降。解：(1)临界直径选用标准旋风分离器Ne = 5 , E =B = D/4, h = D/2由 M = bhu i 得 Bh = D/4D/2 = V s /u i2 . u i = 8 V s /D根据dc = 9WB/(兀Nep sui ) 1/2计算颗粒的临界直径 .一_ 1/2. d c = 9 xx 10X x x 5X2300X=x 10-6 m = m(2)分割粒径1/2根据d 50 = D/ut ( p s- p ) 计算颗粒的分割粒径d 50 = x 10-5 x x 2300) 1/2=x 10-3 m =m(3)压强降根据/P = - p

52、 u2/2计算压强降AP = XX 2 = 520 Pa.风分离器出口气体含尘量为x 10 -3kg/标准m3 ,气体流量为5000标准n3 /h ,每小时捕集下来的灰尘量为。出口气体中的-灰尘粒度分布及捕集下来的灰尘粒度分布测定结果列 于本题附图表中:粒径范围0-5 5-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50在出口灰尘中所占的质重分率%16 25 29 20721在捕集的灰尘中所占的质量分率%11203试求：(1)除尘效率(2)绘出该旋风分离器的粒级效率曲线。解：出口气体中每小时产生的灰尘量：X 10-3X 5000 = Kg除尘效率：Y 0 = ( + ) = = 86

53、%计算出每一小段范围捏颗粒的粒级效率打 pi =x(x+ x 16) =%Y1P2 = X 11/(X 11 + X25)= %r1P3 =x (x+ x29)= %Y P4 = 86 %P P5 = %Y P6 = %P P7 = %绘出粒级效率曲线如图所示.验室用一片过滤面积为 3的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行实验，滤叶内部真空读为500mmHg过滤5min的滤液1L,又过滤5min的滤液，若再过滤 5min得滤液多少分析：此题关键是要得到虚拟滤液体积，这就需要充分利用已知条件，列方方程求解解：虚拟滤液体积由过滤方程式V 2 + 2VVe= KA2。过滤5min得滤液1L(1X10-3

54、) 2 + 2X10-3 Ve= KA2X5过滤10min得滤液(X10-3) 2 + 2XX10-3 Ve= KA2X 10由式可以得到虚拟滤液体积V e= X10-3 KA 2=过滤15分钟假设过滤15分钟得滤液VV2 + 2VVe= KA2。V 2 + 2XX10-3V= 5 XV = X10-3，再过滤 5min 得滤液 V = X10-3 - X10-3 = x 10-3 m3.以小型板框压滤机对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验，测得数据列于本题附表中：已知过滤面积为，试求： (1)过滤压强差为时的过滤常数K ,qe及0 e(2)滤饼的压缩指数s； (3)若滤布阻力不变，试写出此

55、滤浆在过滤压强差为196. 2k Pa 时的过滤方程式。解：过滤常数K ,q e及0 e带入表中的数据根据 q2 + 2qq e = K 0 ，和 q = V/A(/ 93 ) 2 + 2 q eX / 93 = 50K(/ 93 ) 2 + 2 q eX93 = 660K由两式可得q e = X10-3K = X10-5 q e = K 0 e .o. 0 e = q e / K =滤饼的压缩指数 s同理在 P = Kpa时，由上式带入表中数据得(/ 93 ) 2 + 2 q e X / 93 =(/ 93 ) 2 + 2 q eX 93 = 233K -3得到q e = x 10-5K =

56、 X10利用lgK =(1-s) lg AP + lg2k,对压强差为 Kpa和Kpa时的过滤常数 K取对数差得lg (K/K ) =(1-s) lg (AP/AP )1 - s =,即压缩指数s =过滤方程式在过滤压强差为时lg (K/K) =(1-s) lg (AP/AP ) .lg ( K ) = X lg ( 103/得 K = X 10-5qe= (qe+qe)/2=(+)x103/2=X10-3qe2 = K 0 e .l- 0 e = q e2 / K = X10-3/ X10-5.过滤方程式为 (q + X10-3 ) 2= X10-5 (9 + )9.在实验室中用一个边长的小

57、型滤框对 CaCO颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验。 料浆温度 为19C,其中CaCO固体的质量分率为。 测得每1nf滤饼烘干后的质量为 1602kg。在过滤压 强差为275800Pa时所的数据列于本题附表：过滤时间0滤液体积V试求过滤介质的当量滤液体积M,滤饼的比阻r,滤饼的空隙率 及滤饼颗粒的比表面积3“。已知CaCO颗粒的密度为2930kg/m ,其形状可视为圆球。解：由(V + V e) 2 = KA2 (0+0 e)两边微分得2(V + V e) dv = KA 2d 0d 。/ dv = 2V/ KA 2 + 2V e/ KA 2计算出不同过滤时间时的d0/ dv和V ,将其数据列表

58、如下V 0 / Av122131383957作出d0/ dv - V的曲线如图10.用一台BMS50/810-25型板框压滤机过滤某悬浮液，悬浮液中固体质量分率为，固相密度为2200kg/m3,液相为水。每1m3滤饼中含500kg水，其余全为固相。已知操作条件下的 过滤常数 K=x 10-5m/s, q=X10m3/m2。滤框尺寸为 810mme 810mme 25mm共 38个框。试求:(1)过滤至滤框内全部充满滤渣所需的时间及所得的滤液体积：(2)过滤完毕用清水洗涤滤饼，求洗涤时间。洗水温度及表压与滤浆的相同。解：(1)滤框内全部充满滤渣滤饼表面积A =()2X2X38 = m 2滤框容积

59、V总=()2x x 38= m 3已知1m3的滤饼中含水：500/1000 =含固体：1 固体质量 ：X 2200 = 1100 Kg设产生1n3的滤饼可以得到 ma , Kg (V), m)的滤液，则=1100/(1100 + 50 + m )me = 6313 Kg滤液的密度按水的密度考虑3V0 = m3.形成m的滤饼即滤框全部充满时得到滤液体积则过滤终了时的单位面积滤液量为q = V/A = = m/m q e = K 0 e .o. 0 e = q e / K =(X 10-3) 2 / X 10-5由(q + q e) 2 = K (9+9e)得所需的过滤时间为0 =(q + q e

60、) 2 / K -0 e=(+ ) 2/ x 10-5 -=249 s洗涤时间3Ve = q eXA = x 10 X =由(dv/ d 0 ) W= KA2 /8 (。+。e)得洗涤速率 =X10-5X () 2/ 8X(+ )-5=205X 10，洗涤时间为：205X 10 -5 = 388s3.用叶滤机处理某种悬浮，先以等速过滤20min,得滤液2m。随即保持当时的压强差再过滤40min ,问共得滤液多少mf若叶滤机每次卸渣重装等全部辅助操作共需20min,求滤液日产量。滤布阻力可以忽略。解:.在3X 105Pa的压强差下对钛白粉在水中的悬浮液进行实验，测的过滤常数 K=5X 10-5m