第一章与第二章习题答案

由本教材附录查得20℃甲苯的密度为866QＵOTE\*MERＧEFORMＡT，黏度为QUOTE\＊MERＧEFORMＡT.甲苯在孔板处的流速为甲苯的流量为检验QUOTＥ＼＊ＭEＲGEFORMAT值，因管内流速为则QＵOＴE＼＊MEＲＧEFORMAT原假设正确.1—24在１６0ｍm×５mm的空气管道上安装一孔径为75mm的标准孔板,孔板前空气压力为0.12ＭPa（绝压)，温度为2５℃。问当U形液柱压差计上指示的读数为14５mmH2Ｏ时，流经管道空气的质量流量为多少ｋg/h?［ｗs:６28kg/h］【解】kg·m—3查附录六知μ=1.835×10—5Pa·ｓ由查图1—4５水平段知C0＝0。625ｍ·s－1m3·h-１ｋg·ｈ－1校验:孔口处由及Re1再查图1—4５,知C0＝0．６２５，与原取Ｃ0=0.625相符。又孔板的压差为1４5ｍmH2Ｏ。即1.42kPa,与孔板前空气压力120ｋPａ相比甚小，可以作为不可压缩流体处理。1—25用20℃水标定的某转子流量计，其转子为硬铅(ρf=1１000ｋg/m3)，现用此流量计测量20℃、101.3kPa（绝压）下的空气流量，为此将转子换成形状相同、密度为ρ΄f=１150kg/m３的塑料转子,设流量系数C【解】ｋg·m-3对水对空气故第二章流体输送机械2-1某水泵的吸入口与水池液面的垂直距离为3m，吸入管直径为50mm的水煤气管（ε=０.2ｍｍ)。管下端装有一带滤水网的底阀，泵吸入口处装有一真空表。底阀至真空表间的直管长8m，其间有一个90°的标准弯头。操作是在20℃进行。试估算:1）当泵的吸水量为２0ｍ3/h时真空表的读数为多少?2）当泵的吸水量增加时，该真空表的读数是增加还是减小？[真空表的读数为:5．2×1０【解】（1）取水池液面为上游截面０—０＇，真空表所在截面为下游截面1-1’,并以水池液面为基准水平面，在两截面间列伯努利方程式,得因为QUOTＥ\＊MＥＲＧEＦORMAＴQUOTE\＊MERGEFORMＡＴＱＵOTＥ＼*MＥＲGEFＯRMATQＵOＴＥ\*ＭＥRＧＥFORＭAＴ=5．2×１0４Pa（２)当泵的吸水量增加时,则u1增加,增加根据可知，该式右侧初z1保持不变外，其余两项均增加,因此可知当泵的吸水量增加时，该真空表的读数增加.2－2在用水测定离心泵性能的实验中,当流量为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０．4【解】取20℃时水的密度ρ=998．2Kｇ／m在泵出口和入口处列伯努利方程u12/2g＋P１/ρg＋Η=u12／2g+P2/ρg＋Ηf+Ｚ∵泵进出口管径相同,u１=u2不计两测压口见管路流动阻力Ηｆ=0∴P1/ρg+Η=P2/ρｇ+ＺΗ=(P2－P１)/ρg+Z=0.4+(152+2４．７)×１0３／９９8.2×９。8＝18．46m该泵的效率η=ＱHρg/N=26×18。4６×９９８．2×9。8/（2．4５×１0３×36０0)=５３。1％2－3要将某减压精馏塔塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽，釜中的真空度p０（真）＝67ｋＰa（其中液体处于沸腾状态，即其饱和蒸汽压等于釜中绝对压强pv=p0(绝)。泵位于地面上,Ｈg=3.5m，吸入管的阻力损失Ｈf，０—１=０.87m。液体的密度ρ=９8６kg／ｍ³,已知该泵的必需汽蚀余量Δh=3.7m【解】QUOTE\*MERGEFOＲMAT因此,该泵的安装位置不适宜。2—4拟用一台离心泵以15m３/ｈ的流量输送常温的清水，此流量下的允许吸上真空度Hs´=5。6ｍ.已知吸入管的管内径为7５mm,吸入管段的压头损失为0.5ｍ。若泵的安装高度为4。0m，该泵能否正常操作?设【解】所以该泵能正常工作.２-５用例2—１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，可使吸入管的阻力增大而流量保持不变。若离心泵的排出管直径为50mm，吸入管直径为100mｍ,孔板流量计孔口直径为３5mm，测的流量压差计读数为0.85mｍHg，吸入口真空表读数为5５0mmHg时离心泵恰好发生气蚀现象。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2０℃,当地大气压为7６０【解】确定流速：A0/Ａ2＝（ｄ0/d2)2＝（３５/５0)2＝0。49查20℃时水的有关物性常数ρ=99８.2Ｋg/m3,µ=100。5×１0—5，PV假设C０在常数区查图，得C0=0.694则ｕ0=C0［2Ｒ（ρA-ρ）g/ρ]1/2＝１0。0７m/su2=0。49u0＝4．9３ｍ/s核算:Re=ｄ２u2ρ/μ=2．46×10５＞２×1０5∴假设成立u1＝u2（ｄ２／d1）２＝１．２3m/s允许气蚀余量ﻩ△ｈ=(P1—P２)/ρg+u12/2gＰ１=Pａ－P真空度＝28.０2Kpa△h=（28．02—2。3３46）×1０3／９９8。2×9。８1=2。允许吸上高度ﻩHg=（Ｐa－PV）/ρg—△h—∑Ηf∵离心泵离槽面道路很短可以看作∑Ηf=０∴Hg=（Ｐa—PV)/ρg—△ｈ=(１01.４–2．3３46）×１03／（998.２×９。8１)–２。7=７.42—6某离心水泵在转速为29０0ｒ／min下流量为50m3/ｈ时，对应的压头为３2m，当泵的出口阀门全开时，管路特性方程为Ｈe=2０+0.４×１０5Ｑe2(Qｅ的单位为m3/s)为了适应泵的特性,将管路上泵的出口阀门关小而改变管路特性。试求：（１)关小阀门后的管路特性方程；（2)关小阀门造成的压头损失占泵提供压头的百分数。［管路特性方程:;关小阀门损失占泵提供压头的百分数:13．4%]【解】（１)关小阀门后的管路特性方程管路特性方程的通式为式中的K＝Δｚ＋Δp／ρｇ不发生变化，关小阀门后，管路的流量与压头应与泵提供的流量和压头分别相等，而Ｂ值则不同，以B’表示,则有解得关小阀门后管路特性方程为关小阀门后的压头损失关小阀门前管路要求的压头为因关小阀门而多损失的压头为则该损失的压头占泵提供压头的百分数为2-7某离心泵压头与流量的关系可表示为:H＝1８—0.6×106Q2（H单位为m，Q单位为m3／s）若用该泵从常压贮水池将水抽到河道中,已知贮水池截面积为10０m2，池中水深７m。输水前池内水面低于河道水平面2m,假设输水河道水面保持不变,且与大气相通。管路系统的压头损失可表示为：Ｈf=0．４×10Q2(Ｈf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:Ηe=K+HfK=△Z+△Ｐ/ρg∵贮水池和渠道均保持常压∴△Ｐ／ρg=0∴K=△Z∴Ηe=△Ｚ+0。4×106Q2在输水之初△Z=2m∴Ηe=2+０。4×106Q２联立H=18－0。６×106Q２，解出此时的流量Q=４×10—3m将贮水槽的水全部抽出△Ｚ=9m∴Ηｅ=9+0．4×106Q＇2再次联立H＝18-0.６×1０6Q2，解出此时的流量Q＇=３×10—3m３∵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=３．5×10－3m3把水抽完所需时间τ=Ｖ/Q平均=55。6h2-８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=２５-1×10６Q２,管路特性曲线方程可近似表示为：Ｈe=１0+1×1０5Qｅ2,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?（输水过程为稳态流动）［并联组合]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】①若采用串联：则He=2H1０+1×105Ｑｅ2=２×（25—1×1０６Q２)∴Ｑe＝0。43６×1０—２m②若采用并联：Q=Ｑｅ/225－1×106×Qe2=10+1×105(Qe/2)2∴Qe=０．383×１０-2ｍ总送水量Qe’=２Qe=0.765×10—2ｍ∴并联组合输送量大2-9某单级、单动往复压缩机,活塞直径为20０ｍm,每分钟往复3０0次，压缩机进口的气体温度为10℃、压强为1０0ｋPa，排气压强为505kPa，排气量为０．6m3/min（按排气状态计）。设气缸的余隙系数为5％，绝热总效率为7０%，气体绝热指数为１.