化工原理1章习题答案(新课本)

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CO213，N276，H2O11（体积），试求此混合气体在温度500、压力101.3kPa时的密度。解：混合气体平均摩尔质量MmyiMi(0.13440.76280.1118)10328.98103kg/mol混合密度mpM101.310328.98103mRT8.31(273500)0.457kg/m32已知20时苯和甲苯的密度分别为879kg/m3和867kg/m3,试计算含苯40及甲苯

2、60（质量）的混合液密度。0.4解：1ma11a220.6879867混合液密度871.8kg/m3m3某地区大气压力为101.3kPa，一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：ppppp绝a表a表p(ppa（101.3130)75156.3kPa表a真)p4如附图所示，密闭容器中存有密度为900kg/m3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa，又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ppgzpgh01题4附图0h0

3、zpghppp(5842)10311gg9009.810.552.36m5.如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为700mm和600mm。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知油与水的密度分别为800kg/m3和1000kg/m3。（1）计算玻璃管内水柱的高度；h1h2AC题5附图BD（2）判断A与B、C与D点的压力是否相等。解：（1）容器底部压力ppghghpgha油1水2a水hhh1000油1水2水油水hh8000.70.61.16m12（2）ppABppCD6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，

4、R=0.45m。试计算容器中液面上方的表压。解：如图，1-2为等压面。12ppghppgR12a0题6附图pghpgRa0则容器内表压：ppgRgh136000.459.819000.89.8153.0kPaa07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R180mm，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、连续的同种流体，且处于同一水平面，因此为等压面，即1pp，pp122又ppgm1AppgRpgR12020pg(m

5、R)gRB0所以pgmpg(mR)gRAB0整理得pp()gRAB0题7附图由此可见，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)9.810.1822249PaAB8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，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ppRg120用双液体U管

6、压差计测量时，有ppRg()12AC因为所测压力差相同，联立以上二式，可得放大倍数R1000014.3R920850AC此时双液体U管的读数为R14.3R14.312171.6mm9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。解:pghpa题9附图pp78103水柱高度hag1039.817.95m10硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为764mm和573.5mm。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

7、流速。解:(1)大管:764mmmV9183016470kg/hss0.785d2uVs19/36000.7850.06820.69m/sGu0.6918301262.7kg/(m2s)11(2)小管:573.5mm质量流量不变ms216470kg/h0.785d20.7850.0521.27m/suVs229/3600d25068或:uu(d1)20.69()21.27m/s21Gu1.2718302324.1kg/(m2s)2211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2

8、0J/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1-1面,管出口内侧为2-2面,在1-12-2间列柏努力方程:zgp212212p111u2zg2u2Wf221简化:H(u2W)/gf1(120)9.812.09m212一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70mmH2O，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：hg2gg2g2z1p1p11u2z2u2h12fd21u2u112.51

9、.23m/s其中：zz12d2332472(u2u2)h(1.2322.52)0.070.17m2g2g29.81hpp11121f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。13如附图所示，用高位槽向一密闭容器送水，容器中的表压为80kPa。已知输送管路为483.5mm的钢管，管路系统的能量损失与流速的关系为W6.8u2（不包括出口能量f损失），试求：（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10m题13附图2122zg1pp111u2zg2u2W2f简化：zg1221p2u2Wf（1）10

10、0022即109.81801031u26.8u22解得u1.57m/s4d2u0.7850.04121.572.07103m3/s7.45m3/h2流量VS2（2）流量增加20，则u1.21.571.88m/s2u22Wf此时有z1gp122z(18010311.8826.81.882)/9.8110.78m10002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600kg/m3。现要求输送

11、题14附图量为40103kg/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:zgp21221e2p111u2Wzg2u2Wf简化:p1Wzge2p12u2W22f22Wepp211u2zgW2f600u2ms0.785d24010336000.7850.1421.2m/sWe(1.32.0)10611.22309.811506002721.6J/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373.5m

12、m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1-12-2间列柏努力方程:题15附图u2z2u2zhg2g12g2简化:p1p1112fu2zhg2g2p112f0.786m/s20.7850.03d其中:u2V2/36004s22g2234kP(表压)代入:pg(1u2zh)12f18309.81(10.7862121)29.81a16某一高位槽供水系统如附图所示，管子规格为452.5mm。当阀门全关时，压力表的读数为78kPa。当阀门全开时，

13、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Wu2J/kg（u为水在管内的流速）。试求：f（1）高位槽的液面高度；1（2）阀门全开时水在管内的流量（m3/h）。解:(1)阀门全关,水静止pghh题16附图hp781037.95mg1039.81(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:zgp212212p111u2zg2u2Wf简化:zg1p12u2W22f1000227.959.81751031u2u224解之:u1.412m/s2流量:Vd2u0.7850.0421.4121.773103m3/ss26.38m3/h17用泵将常压贮槽中的稀碱液

14、送至蒸发器中浓缩，如附图所示。泵进口管为893.5mm，碱液在其中的流速为1.5m/s；泵出口管为763mm。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：题17附图zgp21221e2p111u2Wzg2u2Wf（a）2或W(zz)ge21(u2u2)21W211ppf（b）其中：z1=0；p1=0（表压）；u10

15、z2=7m；p2=20103Pa（表压）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：uu(2入d入)21.5(d28270)22.06m/s21100=1100kg/m3，Wf=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120103W79.812.06240129J/kge碱液的质量流量4d2u0.7850.0722.0611008.72ms22泵的有效功率NWm1298.721125W1.125kWees泵的效率为58%，则泵的轴功率kg/sNNe1.1251.940.58kW18如附图所示，水以15m3/h的流量在倾斜管中流过，管内径由10

16、0mm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/m3。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2122zg1pp111u2zg2u2W2f其中：u1V0.785d20.531m/sS15/36000.7850.1210.785d20.7850.0522.123m/suVS2215/3600题18附图zz0.1mW021f(zz)gpp122112(u2u2)（1）21R(pg

17、z)(pgz)0.19.810.5(2.12320.5312)3.093由静力学基本方程：(pgz)(pgz)()gR（2）11220(pp)g(zz)11221212()g()g003.093100010009.810.10.365m(15901000)9.81故U形压差计两侧为左低右高。（2）当管路水平放置时：由柏努利方程p1p212(u2u2)21由静力学方程pp12Rg()0两式联立：Rg(0)12(u2u2)21可见，流量不变时，u,u不变，即U形压差计读数不变。1219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

18、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:Hh91221mef3600题19附图NHVg2145ees11009.812.83kW轴功率:NNe2.834.04kW0.7g2gg2gB(2)AB列柏努力方程:p1p1Au2zBu2zhAABfAB简化:ppABzggBhfAB153103p11009.81(79)Bp19656p(表)BaB处真空度为19656Pa。20用离心泵将20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

19、直径相同，均为762.5mm。水流经吸入与压出管路（不包括喷头）的能量损失分别为Wf12u2及Wf2）u10u2（J/kg，式中，为水在管内的流速。在操作条件下，泵入口真空表的读数为26.6kPa，喷头处的压力为98.1kPa（表压）。试求泵的有效功率。解：以水槽液面为1-1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zgp212212p111u2zg2u2Wf1简化为zg2p12u2W22f10即1.59.8126.61031000221u22u202解得u2.18m/s2在水槽1-1截面与喷头处3-3截面间列柏努利方程题20附图zgp21231e3p111u2W

20、zg3u2Wf简化为Wzge3p13u2W23f23即Wzge3p1p3u22u210u2zg312.5u233则W149.8112.52.182294.8J/kg10004其中uuu2.18m/s3298.1103e水的流量：mVd2u0.7850.07122.1810008.63kg/sSs泵有效功率NmW8.63294.82544W2.544kWeSe2125水以35m3/h的流量在763mm的管道中流动，试判断水在管内的流动类型。解:查附录25水物性:996.95kg/m3,0.903cPuVs0.785d23536000.7850.0722.53m/s0.07996.952.53Re

21、du0.9031031.9551054000解:Redu为湍流22运动黏度为3.2105m2/s的有机液体在763.5mm的管内流动，试确定保持管内层流流动的最大流量。du2000max0.927m/su200020003.2105d0.069max2V4dumax0.7850.06920.9273.46103m3/s12.46m3/h23计算10水以2.7103m3/s的流量流过573.5mm、长20m水平钢管的能量损失、压头损失及压力损失。（设管壁的粗糙度为0.5mm）0.785d2解:uVs2.71030.7850.0521.376m/sRedu10水物性:999.7kg/m3,1.30

22、5103psa0.05999.71.3765.271041.305103d0.5500.01d20.052查得0.041lu2201.3762W0.04115.53J/kgfhW/g1.583mffPW15525Pffa24.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，管内径为100mm，管长为20m。设摩擦系数0.03，试求：（1）截止阀全开时水的流量；（2）将阀门关小至半开，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：zg1212212p1pu21zgu22Wf1

23、1其中：z1=4；u10；p1=0（表压）；4mz2=0；u20；p2=0（表压）简化得zgW1f22各管件的局部阻力系数：进口突然缩小0.590标准弯头2个0.7521.5截止阀（全开）6.0出口突然扩大1.00.51.56.01.09.0题24附图W9.00.03d20.12flu220u27.5u2449.817.5u2u2.29m/s水流量Vd2u0.7850.122.290.018m3/s64.8m3/hS（2）截止阀关小至半开时：截止阀半开的局部阻力系数9.5此时总阻力W12.50.03d20.12flu220u29.25u2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

24、以管路总阻力不变，即1WWff7.5u29.25u2VSVSu7.50.9u9.25即流量减少10。25如附图所示，用泵将贮槽中20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)V解:u360040sd20.7850.1241.415m/sRedu20水物性：998.2kg/m3,1.005cP0.1998.21.4151.4051051.005103根据/d0.2/1000.002，查得0.025题25附图在贮槽1截面到高位槽2截面间列柏努力方程

25、:2122zg1pp111u2Wzg2u2We2f简化:WzgWe2f而:W0.02520.0J/kgllu2801.4152d20.12mV40998.211.09kg/sNeWem216.211.092398W2.40kW若压差计的读数为R，指示液的密度为，管路中流体的密度为efWe209.8120.0216.2J/kgss3600s26有一等径管路如图所示，从A至B的总能量损失为W。f0题26附图zgp22B，试推导W的计算式。f解：在A-B截面间列柏努利方程，有1p1Au2zgBu2WAAB等径直管，故上式简化为fzgWzgpAABpBf（1）W(zz)gfABppABde4ab对于U

26、形压差计，由静力学方程得pzgp(zR)gRgAABB0(pp)(zz)gR()g(2)ABAB0(1)、（2）联立，得WR(0)gf27求常压下35的空气以12m/s的速度流经120m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d0.0005）解:当量直径:2ab20.30.20.24m2(ab)ab0.30.235空气物性:1.1465kg/m3,18.85106psa0.241.146512Redue18.851061.752105由d0.0005,查得0.019e20.242Wflu21201220.019684J/kgdPW6841.14

27、65784.2Paffs28如附图所示，密度为800kg/m3、黏度为1.5mPa的液体，由敞口高位槽经1144mm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d0.002，试计算两槽液面的垂直距离z。解:在高位槽1截面到容器2截面间列柏努力方程:题28附图zgp212212p111u2zg2u2Wf简化:zgp2WfRedu0.1068001.51.51038.48104由d0.002,查得0.026d20.1062管路中:进口0.590弯头0.752个半开闸阀4.5出口1lu2301601.52W

28、()(0.0260.520.754.51)f60.87J/kg800z(p0.161062W)/g(f60.87)/9.8126.6m29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0.15mm，大气压力为101.3k

29、Pa。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:u2Wzg2u2W2122zg1p1p11e2f简化:PWZgW1e2f题29附图其中:p1H2OgR10009.810.06588.6pauV0.785d20.7850.25220.38m/s3600s360050空气物性:1.093kg/m3,19.6106psaRedu0.251.09320.3819.61062.84105d又0.152500.0006查得0.018dW(flle)进出u22Wf塔(llde进)出u22p0.251.5)22.45103(0.0185520.3821.09

30、33375J/kgWezgWp/2f1159.813375588.6/1.0932983.6J/kgNemWeVWe3600ss36001.0932983.63.26kW30.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。解：流速0.785d2uVS4.21030.7850.120.535m/sd2设液体在管内为层流流动，则p32luf0.0438Pas黏度pd24500.12f32lu3260.535校核Re：Redu103820000.18500.5350.0438流动为层流

31、，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）阀关闭时流体静止，由静力学基本方程可得：题31附图zAzBpp88.31031ag9009.81pp44.21032ag9009.8110m5

32、mzg122当阀打开14开度时，在A与B截面间列柏努利方程：p1pu2Azgu2BWAABB其中：pp0(表压)，uu0ABABf则有(zz)gW（a）d264dud2d2llu2eABf由于该油品的黏度较大，可设其流动为层流，则64Redu64llu232(ll)ue代入式（a），有(zz)geABd2(zz)g0.042900(105)9.81ABu0.736m/s32(ll)3230103(503020)e0.049000.736校核：Redu30103883.220004d2u0.7850.0420.7369.244104m3/s3.328m3/h假设成立。油品的流量：VS（2）阀打开

33、后：在A与1截面间列柏努利方程：2A21zg1u2Ap1pAzgu21W1fA1简化得zgA或zgA1pu21W21plu21(11)1d2fA1d2plu21zg(11)1A显然，阀打开后u1，p1，即阀前压力表读数减小。在2与B截面间列柏努利方程：222Bzg1u22p1p2zgu2BWBf2Bd2简化得plu22zg(21)2B因为阀后的当量长度l2中已包括突然扩大损失，也即210，ld故阀打开后u2，p2，即阀后压力表读数增加。3220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383mm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

34、流量。解:在两槽间列柏努力方程,并简化:zgWf即:zgllu2ed2代入数据:59.81100u20.0322化简得:u20.03139d0.05320.00156查完全湍流区0.022设0.021,由(1)式得u1.22m/s879kgm30.737mPs由附录查得20苯物性:a0.0328791.220.73710Rdue34.66104查图，0.026再设0.026，由（1）得u1.10m/sRe0.0328791.100.7371034.20104查得0.26假设正确u1.10m/s23.183m3流量：Vs4du0.7850.03221.18.84104m3shll33某输水并联管

35、路，由两个支路组成，其管长与内径分别为：1200m，d0.6m；800m，112（d0.8m。已知总管中水的流量为2.2m3/s，水温为20，试求各支路中水的流量。设管子的粗糙1度为0.3mm）解：设两支路中的流动均进入阻力平方区，由/d0.3/6000.0005及1/d0.3/8000.000375，查得0.017，0.0156212V:VS1S2d5d51:2(ll)(ll)1e12e20.650.85:0.0617:0.1620.01712000.0156800VS20.162V2.6256V0.0617S1S1又VVVSS1S23.6256VS1S1V0.61m3/sV2.2S3.62

36、563.6256V校核Re：S22.6256VS12.62560.611.60m3/s0.785d2支管1：uVS1110.610.7850.622.16m/sRedu0.610002.1611103111.296106流动接近阻力平方区，0.017。10.785d20.7850.823.18m/s支管2：uVS2221.600.810003.18110Red2u2232.54106流动接近阻力平方区，0.0156。1故以上计算有效。两支管的流量分别为0.61m3/s、1.60m3/s34如附图所示，高位槽中水分别从BC与BD两支路10题34附图排出，其中水面维持恒定。高位槽液面与两支管出口间

37、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：（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。解：（1）在高位槽液面与BD管出口外侧列柏努利方程：222pp111zgu22zgu2W112f简化：zgWfABD而WfABDWfABWfBDlu2lu2AB1BD2d2d212有：109.810.0328u215u210.0320.03820.0322化简11.05u27.03u298

38、.112又由连续性方程：32u(2dd1)2u1238()2u1.41u11解得：u1.98m/s代入上式：11.05u27.031.412u298.111128.08m3流量：Vsdu0.7850.03821.982.244103m3411sh（2）当BD，BC支路阀均全开时：C，D出口状态完全相同，分支管路形如并联管路，WfBcWfBD3BDu2lBCd3u2l2d22212u215u232u1.118u32(1)又VVVs1s2s344d12u14d2u22d2u33382u322u322u=3222.118u1232u1.502u12(2)在高位槽液面与BD出口列柏努利方程：ZgWWf

39、fABWfBD109.810.0328u215u210.0320.03820.032211.05u27.03u298.1(3)12将（2）代入（3）式中：11.051.5022u27.03u298.122解得：u1.752m2su2.63m1su31.96ms2410.73m3流量：Vs1du0.7850.03822.632.98103m311sh245.07m3Vs2du0.7850.03221.7521.408103m322sh25.67m3Vs3du0.7850.03221.961.576103m3433sh35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

40、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：A0(A14080)20.25设RR，查得C0.625eec00.6250.7850.0427.11103m32Rg()20.35(136001050)981VCAs0011050suVs0.785d127.111030.7850.0821.415ms0.081.41510500.5103Rd1ue2.38105而Rec7104RReec1假设正确，以上计算有效。36用离心泵将20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573.5mm的钢管，吸入管路总长为20m，压

41、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，2.1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：m5（1）水流量，m3/h；（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。题36附图解：（1）VCAs002Rg()00.610.7850.02220.69.81(136001000)10002.33103m3s8.39m3h（2）以水池液面为11面，高位槽液面为22面，在1122面间列柏努利方程：2122pp111u2zgW2u2zgW1e2f简化:WzgWef而Wfllu2ed20.785d

42、2其中：uVs2.331030.7850.0521.19ms49.56JW0.02f1751.1920.052kgW129.8149.56167.28Jekg（3）在水池液面11面与泵入口真空表处33面间列柏努利方程：u2zg3u2zgW2123113pp11f13u2ZgW23简化为0p133f13e吸入u0.025.66J/kg2201.192其中Wf13(lld)320.05223p13(u2ZgW3f131.192)(1.59.815.66)21.12p21.121.1103Pa21.1kPa3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

43、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：VCAVCAS002Rg()10SV02Rg()20流量相同时，RC2(0)2(RC1V0.610.98)20.387故文丘里流量计的读数R0.387R0.38720077.4mm2138某气体转子流量计的量程范围为460m3/h。现用来测量压力为60kPa（表压）、温度为50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：

44、操作条件下氨气的密度：2pM(101.360)1030.0171.022kg/m3RT8.31(27350)VS2VS1121.21.0221.084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41.084601.084m3/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。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。V20.7850.0721d4130s解：u36002.16

45、6ms0.7850.05230u36004.246m2sg2gg2g2在泵进出口处列柏努力方程，忽略能量损失；p1p11u2ZH2u2Z11e2Hepp121g2g(u2u2)Z21(21540)1031(4.24622.1162)0.41039.8129.81NQHg301039.8127.072.213kW=27.07me3600Ne100%2.213N3.45100%64.1%40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u2径为75mm，换热器的压头损失为32

46、，摩擦系数可取为0.03。此离心泵在转速为2900rpm时的2g性能如下表所示：Q/(m3/s)H/m0260.00125.50.00224.50.003230.004210.00518.50.00615.50.007120.0088.5HPZu2hZhg2g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：1effZhZ(e32)d2gd2gH10(0.034000.07529.810.7850.0752llu2llu2ef1Q32)()2e105.019105Q2泵特性曲线m(H（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：)36343230282

47、62422201816管路特性曲线Q0.0045m3sH20.17m14121080.0000.0020.0040.0060.0083Q(m/s)41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？g（4）泵出口处压力有无变化？解：变化时，泵特性曲线不变。管路特性曲线HzpBQ2zBQ2e不变QHgNN增加g2g1g2g2（1）输送量不变；（2）压头不变；（3）轴功率：e（4）在贮槽液面1-1和泵出口2-2间列柏努力方程：P1P

48、11u2ZH2u2Zh1e2fu2Zh2g2简化：P2gHe12f工作点Q，H不变，ueh不变f即P随的增加而增加。242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H407.2104Q2（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）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HABQ2e其中，Azp98.11031020g10009.81当输水量为

49、0.01m3/s时，由泵特性方程与管路特性方程联立：407.21040.01220B0.012得B1.28105即此时管路特性方程为H201.28105Q2e（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Azp98.11031018.3g12009.81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H18.31.28105Q2e将该方程与泵特性方程联立，407.2104Q218.31.28105Q2可得碱液输送量Q0.0104m3/s43用离心泵向设备送水。已知泵特性方程为H400.01Q2，管路特性方程为H250.03Q2，两式中Q的单位均

50、为m3/h，H的单位为m。试求：e（1）泵的输送量；（2）若有两台相同的泵串联操作，则泵的输送量为多少？若并联操作，输送量又为多少？解：（1）H400.01Q2H250.03Q2e联立：400.01Q2250.03Q2解得：Q19.36m3h（2）两泵串联后：泵的特性：H2(400.01Q2)与管路特性联立：250.03Q22(400.01Q2)解得：Q33.17m3（3）两泵并联后：h泵的特性：H400.01(Q2)2与管路特性联立：Q250.03Q2400.01()22解得：Q21.48m3/h44用型号为IS65-50-125的离心泵将敞口贮槽中80的水送出，吸入管路的压头损失为4m，当

51、地大气压为98kPa。试确定此泵的安装高度。解：查附录：800C水，P0.4736105Pa,971.8kg/m3v在附录中查得IS65-50-125泵的必需气蚀余量（NPSH）r=2.0m泵允许安装高度：g允PPHg0v(NPSH)rhf吸入=981030.4736105971.89.812.04=0.69m为安全起见，再降低0.5m，即Hg0.690.51.2m即泵需要安装在水槽液面以下1.2m或更低位置。45用离心泵从真空度为360mmHg的容器中输送液体，所用泵的必需汽蚀余量为3m。该液体在输送温度下的饱和蒸汽压为200mmHg，密度为900kg/m3，吸入管路的压头损失为0.5m，试

52、确定泵的安装位置。若将容器改为敞口，该泵又应如何安装？（当地大气压为100kPa）解：（1）当容器内真空度为360mmHg时，g允ppH0gv(NPSH)rhf吸入30.50.63m360200(100103101325)1013257607609009.81故泵宜安装在液面以下（0.630.5）1.13m更低的位置。（2）当容器敞口时，g允ppH0gv(NPSH)rhf吸入30.54.8m2001001031013257609009.81故泵宜安装在液面以上低于（4.80.5）4.3m的位置。46如附图所示，用离心泵将某减压精馏塔塔底的釜液送至贮槽，泵位于贮槽液面以下2m处。已知塔内液面上方

53、的真空度为500mmHg，且液体处于沸腾状态。吸入管路全部压头损失为0.8m，釜液的密度为890kg/m3，所用泵的必需汽蚀余量为2.0m，问此泵能否正常操作？解：因塔内液体处于沸腾状态，则液面上方的压力即为溶液的饱和蒸汽压，即pp0V该泵的允许安装高度：题46附图Hg允pp0V(NPSH)grhf吸入2.00.82.8m而实际安装高度Hg2.0mHg，说明此泵安装不当，泵不能正常操作，会发生气蚀实允现象。47用内径为120mm的钢管将河水送至一蓄水池中，要求输送量为60100m3/h。水由池底部进入，池中水面高出河面25m。管路的总长度为80m，其中吸入管路为24m（均包括所有局部阻力的当量

54、长度），设摩擦系数为0.028。，试选用一台合适的泵，并计算安装高度。设水温为20，大气压力为101.3kPa。解：以大流量Q100m3/h计。在河水与蓄水池面间列柏努力方程，并简化：HZhZefllu2ed2g0.785d2uQ10036002.46m0.7850.122s0.1229.81由Q100m3,H30.76m选泵IS100-80-160，其性能为：802.462H250.02830.76meheQ100m3h,H32m,78%,N11.2kW,(NPSH)4.0mr确定安装高度：200C水，998.2kgm3Pv2.335kPa允ppHg0gv(NPSH)rhf吸入e吸入u224

55、2.462hf吸入(ll)d2g0.1229.810.0281.73mHg允(101.32.335)1034.01.734.4m998.29.81V解：u1.89m/s36000.7850.053d4减去安全余量0.5m，实为3.9m以下。即泵可安装在河水面上不超过3.9m的地方。48常压贮槽内装有某石油产品，在贮存条件下其密度为760kg/m3。现将该油品送入反应釜中，输送管路为572mm，由液面到设备入口的升扬高度为5m，流量为15m3/h。釜内压力为148kPa（表压），管路的压头损失为5m（不包括出口阻力）。试选择一台合适的油泵。15s22在水槽液面11与输送管内侧22面间列柏努力方程

56、，简化有：Hzpg2g2e1u2hf7609.8129.81由Q=15m3H30.03m，查油泵样本，选泵60Y-60B其性能为：1481031H51.892530.03mehe流量19.8m3效率55%h压头38m轴功率3.75kW气蚀余量2.6m49现从一气柜向某设备输送密度为1.36kg/m3的气体，气柜内的压力为650Pa（表压），设备内的压力为102.1kPa（绝压）。通风机输出管路的流速为12.5m/s，管路中的压力损失为500Pa。试计算管路中所需的全风压。（设大气压力为101.3kPa）2解：p(pp)T21u2p2f102.1101.30.65103756.25Pa1.362

57、12.5250018181.01103第二章非均相物系分离1、试计算直径为30m的球形石英颗粒（其密度为2650kg/m3），在20水中和20常压空气中的自由沉降速度。解：已知d=30m、s=2650kg/m3（1）20水=1.0110-3Pas=998kg/m3设沉降在滞流区，根据式（2-15）d2()g(30106)2(2650998)9.81su8.02104m/st校核流型Redutt301068.021049982.38102(1042)1.0110318181.81105假设成立，ut=8.0210-4m/s为所求（2）20常压空气=1.8110-5Pas=1.21kg/m3设沉降

58、在滞流区d2()g(30106)2(26501.21)9.81su7.18102m/st校核流型：Redutt301067.181021.210.144(1042)1.811052时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径，根据式（2-15）并整理假设成立，ut=7.1810-2m/s为所求。2、密度为2150kg/m3的烟灰球形颗粒在20空气中在滞流沉降的最大颗粒直径是多少？解：已知s=2150kg/m3查20空气=1.8110-5Pa.s=1.21kg/m3当Reduttd3()gduts2所以182d337.73105m77.3m18R181.011030.0536236(1.81105)2()

59、g(21501.21)9.811.21s3、直径为10m的石英颗粒随20的水作旋转运动，在旋转半径R0.05m处的切向速度为12m/s，求该处的离心沉降速度和离心分离因数。解：已知d=10m、R=0.05m、ui=12m/s设沉降在滞流区，根据式（2-15）g改为ui/R即d2()u21010(2650998)122sui0.0262m/s2.62cm/sr校核流型Redurt1050.02629980.259(1042)1.01103ur=0.0262m/s为所求。所以Kcu2122i294Rg0.059.81解：根据u及VS=blutc184、用一降尘室处理含尘气体，假设尘粒作滞流沉降。下

60、列情况下，降尘室的最大生产能力如何变化？（1）要完全分离的最小粒径由60m降至30m；（2）空气温度由10升至200；（3）增加水平隔板数目，使沉降面积由10m2增至30m2。d2()gcstc（1）Vustc(Vustcdc)2(dc301)2604tc（2）查10空气=1.7610-5Pas200空气=2.6010-5PasVu1.76105stc0.677Vu2.60105sV(bl)30（3）s3.0V(bl)10s55、已知含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m3。气体流量为1000m3/h、黏度为3.610Pa.s、密度为0.674kg/m3，若用如图2-6所示的标准旋风分离器进行