化工原理(钟理) 上册 部分习题答案

第一章1－4水从倾斜直管中流过，在断面A和断面B接一空气压差计，其读数R＝10㎜，两测压点垂直距离a＝0.3m，试求（1）A、B两点的压差等于多少？（2）若采用密度为830kgm－3的煤油作指示液，压差计读数为多少？（3）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？习题1－4附图解：首先推导计算公式。因空气是静止的，故p1＝p2，即若忽略空气柱的重量若采用煤油作为指示液管路流量不变，管路损失能量不变，管水平放置时

压差计读数R不变1－9精馏塔底部用蛇管加热如图所示，液体的饱和蒸汽压为1.093×105Nm-2，液体密度为950kgm-3，采用形管出料，形管顶部与塔内蒸汽空间有一细管相连。试求（1）为保证塔底液面高度不低于1m，形管高度应为多少？（2）为防止塔内蒸汽由连通管逸出，形管出口液封高度至少应为多少？解：假设液体排出量很小，塔内液体可近似认为处于静止状态。由于连通管的存在，塔内压强PA等于形管顶部压强PB。在静止流体内部，等压面必是等高面，故形管顶部距塔底的距离H＝1m。塔内蒸汽欲经形管逸出，首先必须将管段BC内的液面压低降至点C。此时，C点的压强PC＝PA＝Pa＋。为防止蒸汽逸出，液封的最小高度＝1－15如图，水（H2O=1000kgm－3）从水槽沿内径为100mm的管子流出。A.当阀门关闭时，U型压力计读数R=600mmHg，此时h＝1500mm，当阀门部分开启时，R=400mmHg，而h=1400mm,管路的摩擦系数=0.025，出口的局部阻力系数=0.4,求水的体积流量为多少m3h-1?B.当阀门全开，2－2面的压强为多少Pa?假设仍为0.025，阀门的当量长度为1.5m，Hg=13600kgm－3。解：(1)阀门部分开启，对1-1’&2-2’P1=0(表压)p2=g(=9.81(13600-1000)=39630N/m2(表压)U1=0,z2=0,hf=阀门关闭，则Z1可求得,h=1.5m,R=0.6m,,u=3.13m/s,Vh=(2)阀门全开，对1-1’&3-3’Z3=0z1=6.66m,u1=0,p1=p3U=3.51m/s对1-1’&2P1=0(表压),z1=6.66m,z2=0,u1=0,u2=3.51m/s,p2=32970N/m2(表压)1－17如图所示，用一高位槽向一敞口水池送水，已知高位槽内的水面高于地面10m，管路出口高于地面2m，管子为Ф48×3.5mm钢管，在本题条件下，水流经该系统的总阻力损失Σhf=3.4u2(Jkg-1)，(未包括管出口阻力损失，其中u为水在管内的流速，m/s。)试计算（1）A—A′截面处水的流速ms-1。（2）水的流量，以m3h-1计。（3）若水流量增加20%，可采用什么措施？（计算说明）（或高位槽液面应提高多少米？）习题1－17附图解：（1）对1-1和2-2面列B.E.8g=3.4u2+1/2u2U=4.49m/s(2)V=uA=21.33m3h(3)水流量增加20%，水的流速为u’=1.24.49=5.39m/s对新液面1’-1(8+z)g=3.45.392/2+1/2(5.39)2z=3.54m1－18用泵将密度为850kgm-3，粘度为0.190Pa•s的重油从贮油池送至敞口高位槽中，如图所示，升扬高度为20m。输送管路为Ф108×4mm钢管，总长为1000m（包括直管长度及所有局部阻力的当量长度）。管路上装有孔径为80mm的孔板以测定流量，其油水压差计的读数R＝500mm。孔流系数C0＝0.62，水的密度为1000kgm-3。试求：(1)输油量是多少m3h-1？(2)若泵的效率为0.55，计算泵的轴功率。习题1－18附图解：(1)uo=Co[2Rg(o-)/]1/2=0.62[20.59.8(1000-850)/850]1/2=0.81m输油量为V=0.810.7850.082=4.110-3m3/s=14.7m3u=uo(Ao/A)=0.81(0.08/0.1)2=0.52m(2)Re=0.520.1850/0.19=232<2000层流管线阻力为hf=64/Re(l/d)u2/2=64/232(1000/0.1)(0.522/2)=373J/kg泵的有效功为W=209.81+hf=569.5J/kg轴功率为N=569.54.110-3850/0.55=3.61kW1－23有一输水管系统如下图所示，出水口处管子直径为Φ552.5mm，设管路的压头损失为16u2/2（u指出水管的水流速，未包括出口损失）。求水的流量为多少m3h-1？由于工程上的需要，要求水流量增加20%，此时，应将水箱的水面升高多少m？假设管路损失仍可以用16u2/2（u指出水管的水流速，未包括出口损失）表示。习题1－23附图解：对液面和管出口处列B.E.8g=16u2/2+u2/2所以管内流速u=

3.04m/s流量为V=ud2/4=3.040.052/4=0.006m3/s=21.6m3/h提高水量20%后：因为u’=1.2u=3.65m/s所以z=11.5m水箱的水面升高为11.5–8=3.5m1－25如图所示，用某离心泵将水从一敞口水池输送到另一高位槽中，高位槽的压力为0.2kgfm-2（表压），要求送水量为每小时50m3，管路总长（包括所有局部阻力的当量长度）为150m，吸入管和排出管路均Ф108×4mm的光滑管，当Re=3000~106时，管路的摩擦系数λ=0.3164Re-0.25试求：（1）流体流经管道阻力损失。（2）该泵输出功。已知泵的效率是65%，水的密度为1000kgm-3，水的粘度为1×10-3Pa习题1－25附图(1)λ=0.3164/Re0.25=0.3164/1770000.25=0.01543两液面列柏努利方程z1=0,z2=20;p1=0,p2=0.2×9.81×104N/m2;u1=u2=0,mH2O(2)泵的输出功为第二章10m2m2－1用泵将20℃水从敞口贮槽送至表压为2×105Pa的密闭容器，两槽液面均恒定不变，各部分相对位置如图所示。输送管路尺寸为108×4mm的无缝钢管，吸入管长为20m，排出管长为100m（各段管长均包括所有局部阻力的当量长度）。当阀门全开时，真空表读数为30000Pa，两测压口的垂直距离为0.5m12(1)阀门全开时管路的流量(m3h－1)；(2)泵出口压强表读数（Pa）；(3)泵的压头（m）；(4)若离心泵运行一年后发现有气缚现象，试分析其原因。解：（1）阀门全开时管路的流量(m3/h)；在贮槽液面0-0´与真空表所在截面1-1´间列柏努利方程。以0-0´截面为基准水平面，有：(2)压强表读数（Pa）；在压力表所在截面2-2´与容器液面3-3´间列柏努利方程。仍以0-0´截面为基准水平面，有：（3）泵的压头（m）；（3）若离心泵运行一年后发现有气缚现象，原因是进口管有泄漏。2－2如图所示，用某离心泵将水从一敞口水池输送到另一高位槽中，高位槽的压力为0.2kgf/cm2，要求送水量为每小时50m3，管路总长（包括所有局部阻力的当量长度）为150m，吸入管和排出管路均Ф108×4mm的光滑管，当Re=3000~106时，管路的摩擦系数λ=0.3164Re-0..25试求：（1）该泵的扬程和轴功率。已知泵的效率为65%，水的密度为1000kgm-3，水的粘度为1×10-3Pa（2）若阀门开度不变，该泵现改为输送密度为1200kgm-3某液体，（该液体的其他物性可视为与水相同）。试说明：①流量有无变化？②扬程有无变化？③离心泵的轴功率习题2－2附图解：（1）代入有关数据得：u=1.769m/s，Re=176900湍流=0.01542在两液面列柏努利方程代入有关数据得：∑hf1-2=3.689mH2O，He=We/g=25.69m，N=5.38kW(2)Q′增大，H′减小，N′增大2－4某厂准备用离心泵将20°C的清水以40m³h-1的流量由敞口的水池送到某吸收塔顶。已知塔内的表压强为1.0kgfcm-2，塔顶水入口距水池水面的垂直距离为6m，吸入管和排出管的压头损失分别为1m和3m。当地的大气压为10.33m水柱，水的密度为1000kgm-3。(1)现仓库内存有三台离心泵，其型号和铭牌上标有的性能参数如下，从中选一台比较合适的以作上述送水之用。型号流量（mh-1)扬程(m)允许气蚀余量（m)3B57A50386.03B3345325.03B1938204.0(2)求泵的安装高度为多少米？解：He=Z+P/ρg+ΣHf=6+10+4=20(m)根据Qe=40m³，应选3B332－5图示离心泵管路系统，将水从低位槽送往高位槽，吸入管（泵前）直径d1=80mm,长l1=6m,摩擦系数λ1=0.02。排出管（泵后）直径d2=60mm,长l2=13m,摩擦系数λ2=0.03，在排出管C处装有阀门，其局部阻力系数ζ＝6.4，吸入管路和排出管路各有一个90º弯头，ζ=0.75。管路两端水面高度差H＝10m，泵进口高于水面2m，管内水流量为12Ls－1。试求：（1）每kg流体需从泵获得多少机械能（泵的有效功W）？(2)泵进、出口断面的压强PA和PB各为多少？(3)如果是高位槽中的水沿同样管路向下（低位槽）流出，管内流量不变，问是否需要安装离心泵？习题2－5附图解：(1)泵吸入管内的流速为u1＝泵压出管内的流速为u2＝在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式，并移项整理得（2）以断面1-1为基准，在断面1-1和A之间列机械能衡算式可得在断面B和2-2之间列机械能衡算式可得(3)在断面2-2和1-1之间列机械能衡算式，可求得沿同一管路（无泵）输送同样流量所需要的势能差为：

管路两端流体的实际势能差为因所以单靠势能差是不足以克服管路在规定流量下的阻力，所差部分需要由输送机械提供.第三章3-2一直径为30µm的球形颗粒在20oC某气体中的沉降速度为在同温度下水沉降速度的88倍。已知该颗粒在气体中的重量为在水中的1.6倍，试求该颗粒在气体中的沉降速度。气体密度可取为1.2kgm此题核心在于求出球形颗粒在水中的沉降速度。而求须知颗粒密度，直径为，流体密度及粘度，此题中公未知，故利用该颗粒在气体和水中重量比可解决，从而可求出。1）求球形颗粒密度：该颗粒在气体和水中的重量比，实质指净重力之比，即又查出时水的物性：∴,解之2）求颗粒在水中沉降速度：设颗粒在水中沉降在层流区：∴校核：<故3）颗粒在气体中沉降速度：3-4用一降尘室去除废气中的尘粒，已知操作条件下气体流量为20000m3/h，尘粒密度为3000kg/m3，废气的密度为0.6kg/m3，粘度为0.03cp，若此降尘室可全部除掉的最小尘粒直径为80um，问降尘室的底面积多大？解：设沉降为层流，则沉降速度为校核：为层流区，故底面积为m23-5有一重力沉降室，长4m，宽2m，高2.5m，内部分成25层，废气进入沉降室的密度为0.5kgm-3，粘度为0.035mPas。废气所含尘粒的密度为4500kgm-3，现要用此沉降室分离100µm解：设沉降为层流，则沉降速度为校核：为层流区，故处理量为V＝0.7012425=140m33-8板框过滤机框长，宽，厚分别为250mm,250mm,30mm，总框数为8，用此板框过滤机恒压过滤某水悬浮液，已知过滤常数K=5×l0-5m2.s-1，Ve与A的比值qe=0.0125m3.m-2，滤饼体积与滤液体积比为υ=0.075解：m2滤饼体积为m3m3m3.m-2所需过滤时间3-12用板框过滤机加压过滤某悬浮液。一个操作周期内过滤20分钟后，共得滤液4m3(1)该过滤机的生产能力?(2)若操作表压加倍，其他条件不变（物性、过滤面积、过滤与辅助时间不变），则该机生产能力提高多少?(3)现改用回转真空过滤机，其转速为lr／min，若生产能力与(1)相同，则其在一操作周期内所得滤液量为多少?解：(1)该过滤机的生产能力m3.h-1(2)由，，S=0知故m3m3.h-1该机生产能力提高(3)设回转真空过滤机在一个操作周期内得Vm3滤液则第四章33.在列管换热器中，用热水加热冷水，热水流量为4.5×103kgh-1，温度从95℃冷却到55℃，冷水温度从20℃升到50℃，总传热系数为2.8×103Wm-2℃-1。试求：①解：（1）w2=6000kg/h（2）逆流时℃A=m2（3）并流时℃A=m2（4）相同的进出口温度，逆流所需传热面积较小，因为逆流时传热推动力较大。34.在逆流换热器中，管子规格为38×3mm，用初温为15℃的水将2.5kgs-1的甲苯由80