化工原理上册课后习题及答案

1、 PAGE PAGE 13第一章:流体流淌二、本章思考题11 何谓抱负流体？实际流体与抱负流体有何区分？如何体现在伯努利方程上？12 ?真空度与确定压力、大气压力有什么关系？流体静力学方程式有几种表达形式？它们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何确定等压面？如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时 ,直管水平安装与垂直安装所得结果是否相同? 1-5 如何推断管路系统中流体流淌的方向？16 何谓流体的层流流淌与湍流流淌？如何推断流体的流淌是层流还是湍流？17 肯定质量流量的水在肯定内径的圆管中稳定流淌，当水温上升时Re将如何变化?18 何谓牛顿粘

2、性定律？流体粘性的本质是什么？19 何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？110 摩擦系数 与雷诺数Re 及相对粗糙度 /d 4 个区域.每个区域中, 与哪些因素有关？哪个区域的流体摩擦损失hf 与流速u hf 与u 2成正比？光滑管流淌时的摩擦损失hf 与u 的几次方成正比？111 ?112 在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时,平均流速？三、本章例题1-1 如本题附图所示，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量.已知贮槽直径 D 为 3m，油品密度为 900kg/m3。压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为h1.已测得当压差计上指示剂读数为R1 时，贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离

3、为H1。试计算当右侧支管内油面对下移动30mm后,贮槽中排放出油品的质量。mpapmpapHaH1Dhh1R11C30mm 排放量.首先应了解槽内液面下降后压差计中指示剂读数的变化状况，然后再寻求压差计中油面下移高度与槽内油面下移高度间的关系.设压差计中油面下移h 附图下移 H 高度.不管槽内油面如何变化,压差计右侧支管中油品及整个管内水银体积没有变化。故当压差计中油面下移h h1,但因右侧水银面也随之下移h，而左侧水银面必上升(2h)(H1-h 后，选左侧支管油与水银交界面为参考面m，再在右侧支管上找出等n（图中未画出m 及n 面)，该两面上的表压强分别为：p (H H h)gm10(0 为

4、油品密度）p h n1g (R12h)gHgp p因 mn ，由上二式得：(HH h) g10h g (R102h)gHg（1）上式中第一项H g h 101g R gHg(2）将式():H Hg0013600kg/m3取H00(213600,0)知值代入上式：H 0.8767m900压差计右侧30mm0。8767m，油品排放量为:D2H432 0.8767900 5574kg4d例12直径D 为3m 的贮水槽下部与直径 0 为40mm的水平输送管相连管路上装有一个闸阀，闸阀上游设有水银液柱压差计，开口管水银面上方有一段R 为 20mm 的清水。当阀门全关时，压差计上读数R 740mm，左侧指

5、示剂液面与水管中心线间的垂直距离h 1m,不包h 40u2h括管子出口损失的系统阻力用阅历公式 f计算。式中 f 为流淌系数的总摩擦阻力,J/kg,u 为水在管路中的流速，m/s24m3 需经受若干时间.DHDH1dhRR由题意知流淌过程中槽内水面不断下降，故本题属于不行压缩流体作非定态流淌系统。液面高度随流淌时间增加而渐渐降低，管中水的流速随液面下降而渐渐减小。在微分时间内列全系统的物料衡算,可求得液体高度随时间变化的微分关系，再列瞬间的柏努利方程式可以获得液体在输送管内流速随1-2 附图液面高度的变化关系.联立微分式和瞬间的柏努利式即可求出排水时间.122以水平管的中心线为基准面，另初始液

6、面与基准面间的垂直距离为H ，放出 24m3 水后的最终液面与基准面间的垂直距离为H （图中未画出)。用静力学基本方程式先求出H ，再用贮槽体积、H 。当阀门全关时,R=0。74m，按常规的方法在压差计上确定等压参考面,可得122(H h)1g Rh RgHg取g =1000kg/m3、=13600 kg/m3，故：H2OHg（H1+1）1000=0。021000+0。7413600 解得H1=9.084m24m3 水后液面高度为：24H2 (3)24 5.687m实际上本题是计算贮槽液面由9084m 降到5687m d 秒内液面下降高度为dH ，管中瞬间流速为u ，在d 时间内列全系统水的体

7、积衡算：V d V10d dVA式中V1水的瞬间加入量,m3/s；V 水的瞬间排出量，m3/s；0dVd 时间内，水在槽中的积累量，m3。A式中各项为：V =01V =d 2u040VdA d 2ud 40D2dH4D整理得d (Dd0dH（1)u上式中瞬间液面高度H 与瞬间速度u 11（图中未画出）及管出口内侧截面2 2 间列瞬间柏努利方程式，以水平管中心线为基准面:pu 2pu 2gz1 1 gz2 2h12f ,12式中z H1z02p0（表压) p1 0(表压）u0 uu（瞬间速度)12hf,12 40u2u29.81H 22H或u 0.4922H（2）将式(2代入式1：0.4922H

8、d ( D )2dH0.4922Hd00.4922H或d (3)2dH0.4922H11430 dH0.04H积分上式的边界条件为:H 0 H9.084m11 s H22 5.687m 2 d 11430 2H2HdHH20H1H1H211430H1H2)H19.0849.084114302(9.08414380s 4hH 5.6872例13流体在管内的汽化用虹吸管将水从水池中吸出,水池液面与虹吸管出口的垂直距离z 5m，管路最高点与水面的垂直距离为 2m， 虹吸管出口流速及虹吸管最高点压强 各为多少？若将虹吸管延长，使池中z 8m，Ch 2m112z 5mz8m出口流速有何变化？（水温为 3

9、0，大气压为 101。3kPa，水按抱负流体处理。解：(1)11、12 之间的机械能守恒式221-3 附图得2gz22gz29.81529.9m/s1-1 CC 之间的机械能守恒式，并考虑到uCu可得2p pCau2C2a g(h z)=1。01310510009。817=3。27104Pa（2）虹吸管延长后,假定管内流体仍保持连续状态,由断面 1-1 和22之间的机械能守恒式得2gzu 2gz2p pu 2Cg(zh)Ca2a=1。013105-10009。8110=3。30103Pa因p小于水在30的饱和蒸汽压p=4242Pa，故在最高点C 四周将消灭汽化现象。此时,CCV点压强不再按机械

10、能守恒式的规律变化,而保持为流体的饱和蒸汽压不变。因此，在断面 11 和22间,机械能守恒式不适用，算出的u 11 CC 之间,流体照旧是连续2的，C 1-1 CC 之间列出机械能守恒式求出:2(pa 2(pa pV g)2(1.013104242510009.812)C12.4m/s出口流速u u .2C14 阻力损失与势能的消耗高位槽水面距管路出口的垂直距离保持为5m不变，水面上方的压强为4.09510P（表压管路直径为20mm长度为24m包括管件的当量长度0.0试求： (1)当阀门全开（ 6.4)时，管路的阻力损失为多少？阻力损失为出口动能的多少倍?(2）假定 数值不变,当阀门关小 20

11、)时，管路的出口动能和阻力损失有何变化？（1）在断面1和2-2之间列机械能衡算式pu 2pu 21P015m21-4 附图2gz1 1 gz2 1P015m21-4 附图21222fp (gz1 1 )(gz2 u u212hf若取大气压强和管出口高度为基准，并忽视容器内的流速(即u1 0 ）,则pu 2lu 20 gH 02(d)220gH p0u 29.8154.905 104100023.1J /kg21 l 10.02 246.4 HYPERLINK l _TOC_250000 d0.02lu 2h ()2 (246.4)3.1 95J /Kgfd2或h u 2 (4.905104 5

12、9.81)3.195J /kg2f2hf21000l 0.02 246.4 30.4（倍）u 2d0.0222此结果表明，实际流体在管内流淌时，阻力损失和动能的增加是造成流体势能削减的两个缘由.但对于通常管路，动能增加是一个可以忽视的小量，而阻力损失是使势能减小的主要缘由.换言 之，阻力损失所消耗的能量是由势能供应的。(2）当 20时gH p09.815 4.905 104u 2100022.2J /kg21 l 10.02 2420d0.02h u 22 (9.815 4.905104 )2.2 95.9J /kgf21000与（1）比较,当阀门关小时,出口动能削减而阻力损失略有增加，但是，

13、绝不行因此而误会为阻力所消耗的能量是由动能供应的。实际上,动能的增加和阻力损失皆由势能供应,当阀门关小时，由于损 失的能量增加使得动能削减了。15 虹吸管顶部的最大安装高度90热水引出,2mAB 5m，管段BC 10m（皆包括局部阻力的当量长度)20mm,0。02。若要保证管（90701104Pa）解:11 2-2 之间列机械能横算式，可求得管内流速BBhPa11H 2mA2Pa2CBBhPa11H 2mA2Pa2C2gH ld29.8120.02 150.02pB p11 和断面B-BVp之间列机械能横算式,可求出B 点最大安装高度为p2h pa V (1lAB ) u2maxggd2g1-

14、5 附图10.337.011045)1.622 2.38m9.8110000.0219.6虹吸管是实际工作中经常遇到的管道，为使吸液管正常工作，安装时必需留意两点（1）吸管顶部的安装高度不宜过大;（2）在入口侧管路(图中AB 段）的阻力应尽可能小.16 使用同一水源各用户间的相互影响从自来水总管引一支路 AB 向居民楼供水,在端点 B 分成两路各通向一楼和二楼。已知管段AB、BC BD 的长度(包括管件的当量长度）100m、10m 20m30mm，直管阻0。03,两支路出口各安装球心阀.3。43105Pa（表压)试求：(1)当一楼阀门全开（ 6.4）,高度为D225mCB1D225mCB111

15、-6 附图流量为多少?总管（2）若将一楼阀门关小，使其流量减半,二楼最大流量为多少？A（1)首先推断二楼是否有水供应,BD 流量为零,A 和11 之间列机械能衡算式pu 2llu 2A1( ABBC )1A2d22p/ lAB l2p/ lAB lBCdA 123.43105 /10000.0310010 6.410.031在断面A 与B 之间列机械能衡算式,得plBABAu 23.431051002.422 1000(0.03 4.8 m 5mggd2g9.810.0329.81此结果表明二楼无水供应。此时管路AB 内的流量为d2uV4 0.7850.032 2.42 1.71103 m3

16、/s（2)设一楼流量减半时二楼流量为q此V2时管段AB 内的流速为qV4(qVu 2V )4q1 1.414103q1.2122ud2d22V 2u管段BD 内的流速为4qVuV2d24qV0.231.414103 qV2在断面A 2-2 之间列机械能衡算式up2upA gz 2l(lBD )u222d2d23.43105 9.8150.03100(1.414103 q2210000.032+(0.03200.03(1.414103)2 q22V222.55108 qV23.42105 qV2442.2 03.42105 (3.42105 3.42105 (3.42105 )2 42.5510

17、8 442.2V2 8.07104 m3 / s对于通常的分支管路,总管阻力既不行忽视也不占主导地位,此时,转变支路的数目或阻力，对总流量及各支路间流量的安排皆有影响.例17提高流量安排均匀性的代价1、2 1m 8m 的固体颗粒，并以相同的管路并联组合，两5m,200mm0。02，每支管安装一闸门阀，容器 1 和 2108.0。3m3/s，试求:（1)当两阀门全开时,两支路的流量比和并联管路的阻力损失；（2)C化？ 20 时，两支路的流量比及并联管路的阻力损失有何变DBCDBCDAd 2u4 d2u q42Vuu14qVq240.3 9.55(1）123.14160.22因并联管路阻力损失相等

18、，由机械能衡算式得 l du 22Dd12u 2l 2d1C1-7 附图(1）当两阀门全开0.020.025/0.280.170.025/0.2100.171 0.9(2）u29.55由式(1)、式（2)得u20.9 5.03m/su 9.555.03 4.52m/s1并联管路的阻力损失为h (0.02580.17)5.032109.5J /kgf0.22（2）当两阀门同时关小0.020.025/0.28200.025/0.210201 0.97（3）u29.55由式（1)、式（3）得u2 1 0.97 4.85m/su 9.554.85 4.7m/s1并联管路的阻力损失为h (0.0258

19、20) 4.852 335.2J /kgf0.22,可提高流量安排的均匀性,其代价仍旧是能量的消耗。18 U 形管压差计水从倾斜直管中流过,在断面 A 和 B 之间接一空气压差计，其读数 R=10mm，两测压点垂直距离12RhAhBBH12RhAhBBHAzzAB(1)A、B 两点的压差等于多少?（2）830kg/m3 的煤油作指示液，压差计读数为多少？管路水平放置而流量不变,压差计读数及两点的压差有何变化？解：首先推导计算公式。因空气是静止的，1-8 附图z=0故p p 即12pgh p g(h R) gRABB1pgh pgh gR( )AABB1在等式两边皆加以 gHp g(H h )

20、p g(H h ) gR( )AABB1(pgz)(pgz) gR( )AABB1pp gR( )AB1（1）若忽视空气柱的重量,则pp gR( ) 9.810.011000 98.1PaAB1p pA ppAg(zAz) 98.110009.810.3 3.04103 PaB（2) 若接受煤油作指示液，压差计读数为pp98.1ABR g(AB )1 9.81(1000830) 5.88102 m 58.8mm（3）若管路流量不变, pp不变，则压差计读数R 亦不变。又因管路水平放置，zz 0，ABAB故p pA ppA一般U 形管压差计所用的指示液的密度大于被测流体的密度, 则必需接受倒U

21、形管压差计。最常用的倒U 形管压差计是以空气作为指示剂，称为空气压差计。19 管内流量与所需势能差的关系（1)用压缩空气将密闭容器中的苯沿直径为50mm 10 分钟可将容器内 1。8m3 的苯排空。问欲将输送时间缩短一半，管路两端的势能差须增加多少倍？（已知200。5mm）.（2）用压缩空气将容器中的甘油沿直径为10mm 的管道送至高位槽，甘油温度为60,管内流量为0。05103m3/s.若将流量提高一倍，管道两端的势能差须增加多少倍？解：(1）20时苯的密度 884kg /m3，粘度 0.67103 Pas ，管内流速为4V41.8u 1.53m/sd2 6003.140.052 600du

22、8840.051.53则Re 1.011050.67103 0.5 0.01d50,流速u 增加一倍,直管阻力系数不变，故( l ) u2p d2u2 4（倍)p( l ) u2u2d2(2)60时的甘油的密度 1260kg /m3 ,粘度 0.1Pas,管内流速为q445105qu V 0.64m/sd23.140.012则Re du 12600.010.64 80.2 20000.1流量增加一倍,流速u 增加一倍，但流淌形态仍为层流，故p u 2（倍）pu明显，在层流条件下，所需势能差与管内流速(或流量）成正比;而在湍流条件下，所需势能与流速(或流量）的平方成正比。例110无外加功简洁输送

23、管路计算问题的自由度在附图所示的管路中，管长l 20m，管径d 53mm，管壁粗糙度 0.5mm，高位槽液面距管路出口的垂直距离H=4m,管路中有一个标准直角弯头,1/2 开的闸门阀.20,管pa 1AHBC2内流速为 0。pa 1AHBC220水的粘度 1103 Pas110000.0530.5Re1103 2.65104 0.50.00943d53查得 0.0381-10 附图 ABC 0.50.75 4.5 5.75h ( l )u2 (0.038205.75) 0.52 2.5J /kgfd20.0532方法二：若取管路出口高度及大气压为基准，槽内每千克水的总机械能为p gz 9.81

24、4 39.2J /kg此能量除微小部分转化为动能外,其余皆损失掉，即hp u2 39.2 0.52J /kgf22明显,两种方法所求出的结果是冲突的.对于无外加功简洁输送管路的计算问题，只有以下三式可用:物料衡算式qVd2u4机械能衡算式1gz pgz1 p2 ( l 1)u21d2 fdu直管阻力系数计算式(d , )三个方程只能联立求解三个未知数,其余变量必需给定.若给定独立变量数目少于方程式组的自由度 即方程式组所含变量数与方程式之差，问题无确定解；若给定独立变量数多于方程式自由度，必导致相互冲突的计算结果.本例即属于后一种状况。按题目给定管路状况,管内流速必不为 0。5m/s，1。95

25、 m/s（1-11)111 在肯定势能差下管路输送力量的计算110 20的水，闸门阀1/2 开（ C 4.5)，管内流量为多少?若将阀门全开C 0.17 ）,管内流量为多少?1/2 开时,假设管内流淌已进入充分湍流区，由d 0.5 0.0094353查得 0.037在断面11 和22 之间列机械能衡算式（参见例110 附图，可得2gH1 l d12gH1 l d10.03729.814200.0530.50.754.5管内雷诺数为Re du10000.0531.951.031051103依据阻力系数线图，由Re 和 / d 可知管内流淌已进入充分湍流区,以上计算结果有效。此时管内流量为q d2

26、u V4 0.0532 1.95 4.3103 m3 / s4当阀门全开时，流速增加，管内流淌必处于充分湍流区， 0.037 ，管内流速为2gH1 l d12gH1 l d10.03729.814200.0530.50.750.17管内流量为qVd2u40.0532 2.19 4.83103 m3 / s4本例管路状况已知,一个格外简单的非线性函数关系式，当管内流量与流速为待求变量时 ,必需用试差法或迭代法来计算。手算时，可按以下步骤进行试差：假定管内流淌已进入充分湍流区,由 /d 查出;依据值，由机械能衡算式计算流速u ;据此u 值算出Re，由Re 和 /d 查出新的值，以检验是否需要再次计

27、算.由于大多数化工管路的流淌是处于或接近于充分湍流区,故经一、二次试差便可得到足够精确的结果。选择题、填空题11 当不行压缩抱负流体在水平放置的变径管路中作稳定的连续流淌时,在管子直径缩小的地方,其静压力()（A）不变 (B）增大（C）减小（D)不确定12 水在内径肯定的圆管中稳定流淌，若水的质量流量保持恒定，当水温上升时，Re 值将（ ).（A）不变 (B)增大(C）减小(D)不确定13 层流与湍流的本质区分是:（ ）.（A）湍流流速大于层流流速； （B)流淌阻力大的为湍流;（C）层流的雷诺数小于湍流的雷诺数；（D）层脉动，而湍流有径向脉动。14 如图所示,水流过一段等径水平管子，在A、B

28、两处2放置相同压差计（测压点等高)，其读数分别为R1,R ，2则(。（ARR2（B)R=R2(）R12(D) 2= +21-5 如图所示的并联管路，各支管及其总管阻力间的关系为(）.题4 附图r1（A） (hf)A1B(hf)；A2B（B)(h )fAB(hf)A1B(hf);A2Bf(C)(h )fAB(h)fA1Bf (hff)；A2B5 附图(D）(h )(fABh )(fA1Bh )；fA2B16 在皮托管工作时，测压孔正对流体流淌方向所测压力代表该处的(）.此时侧壁小孔所测压力代表该处的（)。（A）动压，静压;（B）动压,动压与静压之和； （C）动压与静压之和，静压;(D)静压,动压

29、与静压之和.17 某流体在圆形直管中作滞流流淌时,其速度分布是（）曲线，其管中心最大流速为平均流速的（）倍，摩擦系数与雷诺数Re 的关系为（）.18 在湍流摩擦系数的试验争辩中，接受因次分析法的目的是（。在阻力平方区，摩擦系数 只与（）有关.19 流速增加一倍后流体在圆管内仍作层流流淌，则流淌阻力损失为原来的（）倍。110如图所示容器内盛有油、水两种液体，点A 位于油水分界的油侧，点B 位于水侧，试推断A、B 两流体质点的总势能差( B )0（，。A14 PAGE PAGE 20A油A油水BZ=0d图所示,水从内径d 的1d管21.10 附图h1h2hh1h2h3d21AB管段流向内径为段 ，

30、 已 知d2d，d211管段流体流淌的速度头为 0.8m h1 0.7m ，忽视流经 AB 段的能量损失,h2 1.3m，h1.5m。3图示管路装有A、B 两个阀门，试推断:p1p2p3p4（1p1p2p3p43p1 变大p2 变小p3变小,4 变小p2-p ）变小(变3大,变小，不变；（2）A 阀门不变，B 阀门开大3 3（,变小，不变；(3）A 阀门开大，B 阀门不变大AB题 1.12附图p1 p2p34 （p12变小,(2p3) 变大（变小，不变；（4）A 阀门不变，B 阀门关小3p1 p2p3,4 （p ）变小（。3H113 H论将阀门开大或关小时，管内流量q,管内总阻力损失V直管阻力

31、损失h和局部阻力损失h有何变化,并以箭头f1f 2文字在下表中予以表达(设水槽液位差H 恒定)。题 1.13 附图h，f或适当总阻力损失 直管阻力损失局部阻力损失流量qVhhhff 1f 2阀开大阀开大不变阀关小不变推断题114 粘性是流体的物性之一，无论是静止的还是流淌的流体都具有粘性（)115 尽管粘性是流体的物性之一，但只有流淌的流体才考虑粘性的影响，对静止的流体可不考虑粘性的影响。(）1-16 U 型压差计测量的是两截面间静压强之间的差值.（）117 转子流量计工作时转子受到两个力的作用,一个是重力,另一个的浮力.（）118 孔板流量计工作时,流体在流过孔板前后的静压强差不变（)119

32、 转子流量计工作时,流体作用在转子上下两截面的静压强差不变（）120 降低温度液体的粘度增加.( )121 上升温度气体的粘度增加。( ）计算题122 合成氨厂造气车间，为防止气柜中的煤气倒流至间歇操作的煤气发生炉内，在管路中装有水封箱，若管路进口垂直距离为 2m，气柜和发生炉的压差为多少才可能不发生倒流现象。答：19。6kPa123 d1=20mm，浮子与圆阀孔之间由钢丝相连,固定距离L=150mm，浮子d2=100mm，圆阀与浮子总质量G=0.1kg。试求液位高H 为多少时圆阀刚好开启?答：0。17m煤气发生炉煤气发生炉去气柜H=2m水封箱d2Ld11.22 附图1.23 附图1-24 在

33、直径D=40mm 10mm，喉部接一细管，细管一端浸入池水中。已知管内水的流量为1。26103m3/s，池水沿细管上升1。5m，若不计阻力损失，文丘里管入口断面的压强为多少?答：2。14105Pa125 1m 8m 的垂直管,若不计阻力损失，试求以下几种状况下管内流速及管路入口断面A 的压强:容器内的压强为大气压;9。81104Pa;4。095104Pa 的真空度；容器内的压强为大气压，但垂直管延长至20m（水温为 20).答（1)13.322.9kPa213m/s,29kP（3)86m/s,22.9kPa175m/s,33 kPD1.5mD1.5mPaP01mA8m题1.24 附图题1.25

34、 附图1-26 在容器侧壁开始终径为d=20mm 05m，试求：（1）通过小孔流出的水量（小孔的流量系数为0。61);（2）在小孔处接一长度L=0.5m 的水平短管,直管阻力系数 0.025，水的流量有何变化？（3）3m, 0.025，水的流量为多少？（4)试说明以上三种状况流量变化的缘由，并计算水平管为多长时,其流量刚好与小孔流量相等？答：(1)6.010-4m3/s;(2）6.75104m3/s；(3）4.29104m3/s；(4）孔流系数 C0 是综合考虑了缩脉,能量损失等多种因素的校正系数，是由试验测定的.上述计算结果表明直接小孔流出的水流由于缩 脉，摩擦等因素其能量是很大的,0。95

35、m 短管的阻力损失127 A B 水池输水，已知各段管长均为l 100m100mm ,上SA 100m2 SB 80m2 ，HA=10m ，HB=4m 。忽视各种局部阻力，为使上游水池水位下降1m ,需多少时间？（设阻力系数均为0.027372.6128 l 28md 120mm 0.2mm,300K的空气,已知管内质量流量为 0.02kg/s,出口端压强为 137.3Pa，求管路入口端压强为多少?答:1。07kPapapa0.5mLAlllB题 1.26 附图题 1.27 附图129 200mm300mm155m （e=0.1mm),然后排至大气中，体积流量为0。5m3/s。大气压力为 75

36、0mmHg,温度为 15。求鼓风机的功率，设其效率0.6。答：0.5kW1-30 20下将苯液从贮槽中用泵送到反应器，经过长40m 572。5mm 的钢管,管路上有两90弯头，一个标准阀(1/2 开启计算。管路出口在贮槽的液面以上12m。贮槽与大气相通，而反应器是在 500kpa 下操作。若要维持 0。5L/s 0。5。答:605W13130200mm 长 20m 的管,然后在并联的管内分成两段，两150mm,40m80m200mm 30m 的管，最终排到大气。若空气在200mm 管内的流速为 10m/s，求在两段并联管内的流速各为多少，又求风机出口的空气压力为多少。答:u1=7.37m/s，

37、u2=10。41m/s；风机出口p=65mmH2O1-32 一酸贮槽通过管道向下方的反应器送酸，槽内液面在管出口以上2.5m。管路由382。5mm无缝钢管组成,全长(包括管件的当量长度）为 25m。粗糙度取为 0.15mm.贮槽内及反应器内均为大气压。求每分钟可送酸多少m3=1650kg/m3=12cP.答：0.068m3/min其次章：流体输送机械21 离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体?启动后，液体在泵内是怎样提高压力的？泵入口的压力处于什么状态?22 离心泵的特性曲线有几条?其曲线外形是什么样子？离心泵启动时，为什么要关闭出口阀门？在测定离心泵的扬程与流量的关系时，当离心泵出口管路上

38、的阀门开度增大后，泵出口压力及进口处的液体压力将如何变化？离心泵操作系统的管路特性方程是怎样推导的？它表示什么与什么之间的关系？25 离心泵的工作点是怎样确定的?流量的调整有哪几种常用的方法？26 何谓离心泵的气蚀现象？如何防止发生气蚀？27 影响离心泵最大允许安装高度的因素有哪些？2-8 什么是液体输送机械的扬程（或压头）？离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的？液体的流量、泵的转速、液体的黏度对扬程有何影响？29 H H0kqV2H0与k 的大小，受哪些因素的影响？三、本章例题2-1 某油田通过30015mm的水平钢管将原油输送至炼油厂。管路总长为1.6105m，输油量要求为 250103k

39、g/h0。187Pas，密度为 890kg/m3.该油管的局部阻力可忽视，现打算接受一种双吸五级油泵，此泵在适宜工作范围内的性能列于本例附表1 中.1Q/（m3/h）200240280320H/m500490470425注:表中数据已作粘度校正。试求在整个输油管路上共需几个泵站？实际输送量为若干kg/h。250103解：油的体积流量Q=管内流速u=890=280。9m3/h=1。363m/sduRe=36000.7850.272 0.271.363890 =17512000 为滞流187103因原油在直管内作滞流流淌，故：p管路压头损失H=32ul 32187103 160103 1.363f

40、gd2g0.272 8909.81=2050m1 单台泵的特性数据查出：当Q=280。9m3/h 时，H=467。5m2050初估泵系数n= 467.5 =4。3855 个泵站。依据串联原理,5 5 倍，计算出数据2中.2Q/(m3/h）200240280320H/m2500245023502125将以上数据标绘在本题附图中得泵的 串联合成特性 曲线。H/m2400He=7.302Qe管路特性曲线方程为:He=Hf=2200M2000180016005 台泵串联线e32l 32l Qe d2 360041400200240280320Q/（m3/h）2-1 附图32187103 160103

41、Q=e=7.302Qe20.274 8909.810.7853600将此管路特性曲线方程标绘在本题附图中，得泵的串联合成特性曲线。管路特性曲线与泵合成特性曲线的交点,即为工作点,其对应的流量、压头分别为:QM=305m3/hHM=2230m 故实际输油量为Wh=305890=271103kg/h例2-2某水泵性能参数列于本题附表1 中。现有两个管路系统，他们的管路特性方程分别为：He=15+0。077Qe2 及He=15+0。88 Qe2为提高管路系统的供水量，每条管路系统均用两台相同的泵进行组合操作，试比较各个管路系统泵的最佳组合方式及最大流量为若干。1Q/(L/s）01357911H/m3

42、3。834.734。631。727。421。815解：先按题给已知数据画出单台泵的特性曲线 M1M ，按压头不变流量加倍的原则，画出二台泵并2联时的合成特性曲线AC，又按流量不变压头加倍的原则，画出二台泵串联时的合成特性曲线DB.1对于第一种管路系统He=15+0.077Qe2 计算出不同Qe 下对应He,计算结果列于本题附表2 中，然后在本题附图中画出管路特性曲线ABM 。12Q/（L/s）1357911He/m15。07715.6916。9318。7721.2424.32由图可读出泵并联时的工作点AQA=13.1L/s泵串联时的工作点BQB=11.6 L/s单台泵工作点M1QM=9。2 L

43、/s,用两台泵并联组合，可13。1 L/s。ee对于其次种管路系统,按He=15+088 Q 2 计算出不同Q 下对应的H 3,然后在本题附图中画出管路特性曲线DCM2ee3Q/（L/s)He/m115。88322.92537。0758.12986。28串DH串DHe=15+0.88Qe2CM2AHe=15+0.077Qe2BM1单台泵70的流量QC=4。7 L/s。60泵串联时的工作点 D 的流量50QD=6。8 L/s40单台泵操作时其工作点 M2 的30流量QM2=4.45 L/s。20由此可见,对于管路特性曲线1001234567821101112132-2 附图 PAGE PAGE

44、30较陡的高阻管路，用二台泵串联可获得较大的流量，最大流量为68 L/s。例23在图示管路中装有一台离心泵,离心泵的特性曲线方程为He 407.2104 qV2 （式中q的单位用 m3/s表示，He 的单位用 m表示)，管路两端的位差z 10m ，压差Vp 9.51104 Pa 。用此管路输送清水时,10103m3/s，且管内流淌已进入阻力平方区.若用此管路输送密度为 1200kg/m3 的碱液,阀门开度及管路两端条件皆维持不变,试求碱液的流量和2Pa10m2Pa10m11Pa解：联立管路两端之间的机械能衡算式与泵特性方程可得2He z gKq 2V 407.2104 q 2V据题意,1010

45、3m3/s 时，泵的压头为He 407.2104 0.012 32.8m 故Hez p/ gK 32.810 9.8110410009.811.281052-3附图q 20.012V因流淌进入阻力平方区,且阀门开度不变，用此管路输送碱液K 值不变,此时的管路特性方程可由两端面之间的机械能衡算式求得：9.8110 4He z gKqV10 1200 9.811.28 105 qV 18.3 1.28 105 q2V而泵特性方程与流体密度无关,由泵和管路特性方程联立18.31.28105 q 2V 407.2104 qV2得qV 10.4103 m3 / sHe 18.31.28105 (10.4

46、103)2 32.2m离心泵的有效功率为P gH qeeV12009.8132.210.4103 3942W当此管路输送水时,q10103 m3 /s ，H 407.2104 (10103)2Ve32.8mP gH qeeV10009.8132.810103 3218W从本例计算结果可以看出，用同样的管路和离心泵输送密度较大的液体，流量不会降低（如管路两端压强相同p 0 ，压头、流量与流体密度无关。但离心泵的功率与密度成正比，需留意防止电机过载.2-4 294K101.33kPa1700m3/h 的空气.现用一台离心通风机，从温度为366.3K、压强为98。9kPa 的静止空间吸入空气，由风机

47、排出的空气温度不变，102.6kPa46m/s60%，试计算风机的轴功率.解：风机前后压强变化与吸入压强之比为:p p2p198.9 3.74% 20%98.9空气虽为可压缩气体，但由上式计算结果知，可将空气当作不行压缩流体处理。用平均压强计算空气的平均密度:pp1 p2p (102.698.9)103 100.8kPam2229100.8273 0.96kg/m3m22.4101.33366.3要求输送空气的摩尔流量为:1700 70.45kmol/h 294273以上流量换算成吸入状态下的体积流量为:101.33366.3 2169m3/h98.9273风机操作条件下的风压u20.9646

48、2H (P P) (102.698.9)103 T2122=4715Pa风机的轴功率 N HTQ471521694.73kW1000360010000.6025 气体密度对风机流量的影响4905Pa 的锅炉燃烧室,通风机的特性曲线如图所示。（气温为20,大气压为101.3kPa) 24kg/s,且流淌已进入aAaA21阻力-20，大气压不变，此管路中的气体流量为多少？0122-5 附图3q/(m3 /s)V, 1.2kg / m3。通风机在夏季的体积流量2.4qV1.2 2m3 /s由通风机特性曲线查得， 此时风机产生的风压力为 p T 2.5kPa 。 通风机的工作点（q 2m3 /s, p

49、 VT 2.5kPa）必落在下列管路特性曲线上,故lu2 (pT2 p )() 490.5 Kq21d2V由此式可求得系数K pT 2500490.5 418.6 q 21.222在冬季，空气密度为1.4kg / m322.427320因管内流淌已进入阻力平方区,K 值不变,故在冬季管路所需要的风压与流量的关系为p pTp Kq 21V 490.5418.6q 2V将上式左端换算成试验条件下的风压，则p p 490.5418.6q 2TTV1.2p 490.5 418.6q 2 490.5 418.61.2q 2TVp 420.4502.3q 2TV1.4VA 即泵在冬季的工作点。由点A 可知

50、,2。03m3/s2。031.4=2.84kg/s.与夏季相比，质量流量增加了 18.3%2.4从今例可以看出,当气体的压缩性可以忽视时,气体输送管路计算与液体输送管路相同，也是联 立求物料衡算式、机械能衡算式、阻力系数计算式和泵特性曲线方程式。所不同的是通风机的特性曲线是以单位体积气体为基准表示的，与气体密度有关.因此,当被输送气体不是在常温常压下的空 气时，管路特性曲线应事先加以换算。,质量流量可能显著增加。例2-6依据输送任务确定管径与相应的离心泵10103 m3 /s 的流量送至高位13 50 90弯头 2 个，全开闸门阀一个，入口底阀一个（ 8，试在常用流速范围内选择两个流速，算管径

51、并选用适当的泵.解：本例属设计型问题.在设计型问题中泵确定,泵的特性曲线方程未知,故只有以下三式可槽，高路内有papa13mpaA尚未2-6 附图用：物料衡算式qVd2u4能量衡算式pz1 H z p2 ( l ) up21ge2gd2g直管阻力系数计算式11.742log(2 d18.7)在以上三式中，含有qV、u 、He、 z 、z1p p1、l、d 、 和 12 个变量，其中已知qV、lz z1p p1、和 (随管材的选择而定设计者选择不同的流速u ,计算管径d 和所需压头H，然后依据流量和压头选用相应的泵，并从中选出e最优的方案。依据水在管内的常用流速（13m/s)范围,选择以下两种流

52、速进行计算: (1）选择u 2m/s,则4quV40.01 4quV40.01 2依据产品规格，接受893.5热轧钢管d =82mm，管壁粗糙度取 =0。2mm,管内流速为Vu4q40.011.9m/sVd2 0.0822du10000.0821.9Re 1.56105 、1103 0.2 0.0024d82查得 0.026.管路所需压头为Hep (l ) u2gd2g13(0.02650820.750.171)1.9217.9m0.08229.81依据q10103 m3 /s ，H17.9m，可选用IS8065-125 型水泵。Ve（2)选择u3m/s ,则40.01 3d40.01 3接受

53、703热轧钢管d 64mm 0.2mm，则40.01u 0.0642 3.1m/sRe3.11031.98105 0.2 0.0031 , 0.026d64H13(0.02650820.750.171)3.12 28.1me0.06419.6依据q10103 m3 /s ，H 28.1m，可选用IS8065160 型水泵。Ve两种管径所需压头之比为 28.1/17.9=1。57，明显，接受较大管径可减小能耗。但到底选择哪一个方案,者为佳。例2-7输送管路对外加功的需求在图示管路中装有离心泵，吸入管直径d1 80mm ，长l1 6m，阻力系数1 0.02，压出管直径d 60mm,长l13m，阻力

54、系数 0.03，在压出管E 处装有阀门，其局部阻力系数222 6.4，E管路两端水面高度差H=10m，泵进口22m，管内流量为12103 m3 /s .试求:（1)每千克流体需从离心泵获得多少机械能?2paGHBp2paGHBpaC2mDEFCD各为多少?(3）假如是高位槽中的水沿同样管路向下流出，管内流量不变，问是否需要安装离心泵？1泵吸入管内的流速为11A2-7 附图q4qVu吸 d2V1 412103 2.39m/s0.082d20.082泵压出管内的流速为 u压1 ud222.39 4.24m/s0.06211 2-2 之间列机械能衡算式，并移项整理得：p u2 u2克服阻力损失所需能

55、量hf仍旧是由势能直接供应的.he21 21 h2f ,12p p 21 gH 9.8110 98.1J /kgu221h( l1u21 02)u l2 )u2吸压f ,12吸压1 dAB212 dE2FG2(0.0260.50.75) 2.392 (0.03 136.40.751) 4.2420.0820.062139.5J /kgh 98.1139.5 237.6J /kge从以上计算结果可以看出，流体所获得的外加功主要用于克服管路阻力和增加流体的势能。对于通常管路,动能增加项很小,可以忽视不计.(2）11 11 和CC 之间列机械能衡算式可得Cu吸2ppa gzCu吸2c21.01310

56、5 9.812 2.392 10002(0.0260.50.75) 2.392 71J /kg0.082p 7.1104 PaC在断面DD 22 之间列机械能衡算式可得pD g(zz) pa h2u压u 9.8181.013105 2Df ,D221000(0.03136.40.7511) 4.242 302.5J /kg0.062p 3.025105 PaD在断面CC 和DD 之间机械能衡算式得Ch pD pCe2u压uu吸2 pD pCC302.571 231.5J /kg此结果表明，输送机械能对流体做功的最终结果主要是增加了流体的压强能。（3）22 11 之间列机械能衡算式，可求出沿同一

57、管路（无泵）输送同样流量所需要的势能差为phlf ,2Df ,C1u2lu2(2 )压1 )吸2 dGFE221 dBA21 (0.03 130.50.756.4) 4.242 (0.0260.751) 2.3920.0620.082136.5J /kg管路两端流体的实际势能差为p gH 9.8110 98.1J /kg因p/ p需输送机械供应. 四、本章习题 选择题、填空题/ ，所以单靠势能差不足以克服管路在规定流量下的阻力，所差部分需要21 用离心泵从水池抽水到水塔中，设水池和塔液面维持恒定，若离心泵在正常操作范围内工作，开大出口阀将导致( 。（A） 送水量增加，泵的压头下降;（B)送水量

58、增加,泵的压头增大;（C） 送水量增加，泵的轴功率不变； （D）送水量增加，泵的轴功率下降。22 某离心泵在运行半年后，发觉有气缚现象，应（ 。（A）降低泵的安装高度;(B）停泵，向泵内灌液; (C）检查出口管路阻力是否过大；（D)检查进口管路是否泄漏。2-3 从低位槽向高位槽输水，单台泵可在高效区工作。若输送管路较长，且输送管路布置不变，再并联一台相同泵,则（）.（A）两泵均在高效区工作； （B)仅新装泵在高效区工作；（C）仅原装泵在高效区工作； （D）两泵均不在原高效区工作。24 开大离心泵的出口阀，离心泵的出口压力表读数将（）.（A）增大; （B)减小； （C）先增大后减小； （D）先减

59、小后增大.25 若离心泵启动后却抽不上水来，可能的缘由是：(）.（A)开泵时出口阀未关闭; （B）离心泵发生了气缚现象;(C)（D） 进口阀未开26 输送系统的管路特性方程可表示为H=A+BQ2，则(。(A只包括单位质量流体需增加的位能（A 包括单位质量流体需增加的位能和静压能）BQ2 代表管路系统的局部阻力损失；(D）BQ2 代表单位质量流体需增加的动能.27 在测量离心泵特性曲线试验中管路特性曲线可写为H=A+BQ2,当管路循环且出口端插入循环水槽液面下,则A 值（。大于零; （B）小于零； (C)等于零； （D）不确定。28 由离心泵和某一管路组成的输送系统，其工作点(）.由泵铭牌上的流

60、量和扬程所打算； (B)由泵的特性曲线所打算;（C）即泵的最大效率所对应的点； (D）是泵的特性曲线与管路特性曲线的交点.在测定离心泵特性曲线的试验中，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空表指示真空度很, 某同学正确地找到缘由并排解了故障。你认为可能的缘由是（)。(A）水温太高; (B）真空表损坏; （C）吸入管堵塞； （D)排出管堵塞。测定离心泵特性曲线试验管路中，压强最低的是(）(A）吸入口处;（B)泵壳靠近吸入口一侧；（C）叶轮入口处;（D）泵壳出口端。离心泵与往复泵的启动与流量调整不同之处是离心泵（往复泵（)。212 用离心泵将水池中水送至常压水塔,若在离心泵正常操作范围内将出口阀开大