食工原理课后习题答案解析第1-2章

./第一章1-1烟道气的组成约为N275%,CO215%,O25%,H2O5%〔体积百分数。试计算常压下400℃解：Mm=Miyi=0.75×28+0.15×44+0.05×32+0.05×18=30.1m=pMm/RT=101.3×103×30.1/<8.314×103×673>=0.545kg/m31-2已知XX和XX两地的平均大气压强分别为0.095MPa和0.062MPa。现有一果汁浓缩锅需保持锅内绝对压强为8.0kPa。问这一设备若置于XX和XX两地,表上读数分别应为多少？解：XXpR=95-8=87kPa〔真空度XXpR=62-8=54kPa〔真空度1-3用如附图所示的U型管压差计测定吸附器内气体在A点处的压强以及通过吸附剂层的压强降。在某气速下测得R1为400mmHg,R2为90mmHg,R3为40mmH2O,试求上述值。解：pB=R3H2Og+R2Hgg=0.04×1000×9.81+0.09×13600×9.81=12399.8Pa〔表pA=pB+R1Hgg=12399.8+0.4×13600×9.81=65766.2Pa〔表p=pA-pB=65766.2-12399.8=53366.4Pa〔表1-4如附图所示,倾斜微压差计由直径为D的贮液器和直径为d的倾斜管组成。若被测流体密度为0,空气密度为,试导出用R1表示的压强差计算式。如倾角为30º时,若要忽略贮液器内的液面高度h的变化,而测量误差又不得超过1%时,试确定D/d比值至少应为多少？解：由静力学方程p=R<0->g=R1sin<0->g=R1<0->g/2<1>若忽略贮液器内液面高度的变化,则斜管内液位为：R’=R-h液柱长度：R1’=R1-h/sin=R1-2p’=R’<0->g=R1’<0->g/2=<R1/2-h><0->又D2h/4=d2R1’/4即h=R1<d/D>2/[1+2<d/D>2所以p’=R1<0->g/[2+4<d/D>2]<2>相对误差为<p-p’>/p≤0.001代入式〔1和〔2：<p-p’>/p=1-1/[1+2<d/D>2]≤0.001解得：d/D≤0.02237即D/d≥44.71-5一虹吸管放于牛奶储槽中,其位置如图所示。储槽和虹吸管的直径分别为D和d,若流动阻力忽略不计,试计算虹吸管的流量。储槽液面高度视为恒定。解：p1/+u12/2+gz1=p1/+u22/2+gz2p1=p2,u1=0,z1=h,z2=0,u2=u2gh=u2u2=<2gh>1/2qv=0.785d2u2=0.785d2<2gh>1/21-6密度为920kg/m3的椰子油由总管流入两支管,总管尺寸为57mm×3.5mm,两支管尺寸分别为38mm×2.5mm和25mm×2.5mm。已知椰子油在总管中的流速为0.8m/s,且38mm×2.5mm与解：qv=0.785×0.052×0.8=1.57×10-3m3/sqv1+qv2=1.57×10-3m3/sqv1/qvqv2=1.57×10-3/3.2=4.91×10-4m3/sqv1=2.2qv2=1.079×10qm2=qv2=920×4.91×10-4=0.452kg/sqm1=qv1=920×1.079×10-3=0.993kg/su2=qv2/0.785d22=4.91×10-4/<0.785×0.022>=1.564m/su1=qv1/0.785d12=1.079×10-3/<0.785×0.0332>=1.262m/sw2=u2=920×1.564=1438.6kg/<m2.s>w1=u1=920×1.262=1161kg/<m2.s>1-7用一长度为0.35m的渐缩管将输水管路由内径100mm缩至30mm。当管内水流量为解：u1=qv1/0.785d12=0.52/<3600×0.785×0.12>=0.0184m/sRe1=d1u1/=0.1×0.0184×1000/0.0013077=1407<2000u2=qv1/0.785d22=0.52/<3600×0.785×0.032>=0.20d45m/sRe2=d2u2/=0.03×0.2045×1000/0.0013077=4691>4000故可以发生转变当Re=2000时,ud=2000×0.0013077/1000=0.0026154ud2=qv/0.785=0.52/<3600×0.785>=1.84×10-4两式相除d=1.84×10-4/0.0026154=0.07035>：xx7035>×0.35/<0.1-0.03>=0.1-8直径为1.0m的稀奶油高位槽底部有一排出孔,其孔径为15mm。当以2.0m3/h的固定流量向高位槽加稀奶油的同时底部排出孔也在向外排出奶油。若小孔的流量系数Cd解：设任一时刻槽内液位为h,则由柏努利方程得：理论流速uth=<2gh>1/2实际流速：u=C0<2gh>1/2流量：qv=d2u/4=0.785×0.0152×0.62×<2×9.81×h>1/2=4.85×10-4h1/2代入qv=2/3600m3/s,H=[2/<3600×4.85×10-4>]2=由物料衡算qv,in-qv,out=dV/d=0.785D2dh/d令y=h1/2,则dh=2ydy,当h=H时,y=H1/2=1.145m1-9用压缩空气将密度为1081kg/m3的蔗糖溶液从密闭容器中送至高位槽,如附图所示。要求每批的压送量为1.2m3,20分钟压完,管路能量损失为25J/kg,管内径为30mm,密闭容器与高位槽两液面差为16m解：p1/+u12/2+gz1=p2/+u22/2+gz2+hfu1=0,z1=0,p2=0,z2=16m,hf=25J/kgu2=1.2/<20×60×0.785×0.032>=1.415m/sp1=<1.4152/2+9.81×16+25>×1081=1.987×104Pa1-10敞口高位槽中的葡萄酒〔密度为985kg/m3经38mm×2.5mm的不锈钢导管流入蒸馏锅,如图所示。高位槽液面距地面8m,导管进蒸馏锅处距地面3m,蒸馏锅内真空度为8kPa。在本题特定条件下,管路摩擦损失可按hf=6.5u2J/kg〔不包括导管出口的局中阻力计算,u为葡萄酒在管内的流速m/s解：p1/+u12/2+gz1=p2/+u22/2+gz2+hfp1=0,u1=0,z1=8m,p2=-8kPa,z2=3m,u2=u8×9,81=-8000/985+u2/2+3×9.81+6.5u2qv=0.785×0.0332×2.86=2.443×10-3m31-11如附图所示,水从离地面18m处用273mm×5mm,长35m〔包括局部阻力损失的当量长度的管道连接到离地面10m处,并测得高低两处压强分别为345kPa和415解：u1=u2p1/+gz1=348×103/1000+18×9.81=524.58J/kgp2/+gz2=415×103/1000+10×9.81=513.1J/kgu12/2+524.58=u22/2+513.1+0.026×<35/0.263>×u2/2qv=0.785×0.2632×2.578=0.14m1-12如图所示,槽内水位维持不变,槽底部与内径为50mm的钢管联结,管路中B处装有一U型管压差计。当阀门关闭时读数R=350mmHg,h=1200mm。〔1阀门部分开启时,测得R=250mm,h=1250mm,若AB段能量损失为10J/kg,问管内流量为多少m3/h？〔2阀门全开时,若AB段与BC段的能量损失分别按hfAB=1.6u2J/kg,hfAC=7u2J/kg计算〔不包括管出口阻力,解：阀门全关时：p0=RHgg=0.35×13600×9.81=4.67×104Pa〔表HH2Og=4.67×104+hH2Og=4.67×104+1.2×1000×9.81=5.847×104PaH=5.847×104/<1000×9.81>=5.96m阀门部分开时：pA/+uA2/2+gzA=pB/+uB2/2+gzB+hfABpA=0,uA=0,zA=H=5.96m,hfAB=10J/kg,zB=0,uB=upB=0.25×13600×9.81+1.25×1000×9.81=4.562×104Pa〔表5.96×9.81=4.562×104/1000+u2/2+10u=2.388m/sqvh=0.785×0.052×2.388×3600=16.87m3阀门全开时：pA/+uA2/2+gzA=pC/+uC2/2+gzC+hfAB+hfBCzC=0,pC=0,uC=u5.96×9.81=u2/2+1.6u2+7u2u=2.535m/spB/+uB2/2+gzB=pC/+uC2/2+gzC+hfBCzB=zC,pC=0,uB=uCpB=1000×7×2.5352=2.249×104Pa〔表1-13如图所示的一冷冻盐水循环系统,盐水循环量为30m3/h时,盐水流经换热器A的阻力损失为50J/kg,流经换热器B的阻力损失为60J/kg,管路中流动的阻力损失为30J/kg。管路系统采用同直径管子,盐水密度为1100kg/m3〔忽略泵进、出口的高差,试计算：〔1若泵的效率为68%,泵的轴功率为多少kW？〔2若泵出口压强为0.26MPa解：〔1We=50+60+30=140J/kgqm=30×1100/3600=9.17kg/sP=Weqm/=140×9.17/0.68=1.89×103W〔2在泵出入口间列柏努利方程：p入/+We=p出/p入=1100×<0.26×106/1100-140>=1.06×105Pa1-14要求以均匀的速度向果汁蒸发浓缩釜中进料。现装设一高位槽,使料液自动流入釜中〔如附图所示。高位槽内的液面保持距槽底1.5m的高度不变,釜内的操作压强为0.01MPa〔真空度,釜的进料量须维持在每小时为12m3,则高位槽的液面要高出釜的进料口多少米才能达到要求？已知料液的密度为1050kg/m3,粘度为3.5cP,连接管为57mm×3.5mm的钢管,其长度为[<x-1.5>+3]m,管道上的管件有解：p1/+u12/2+gz1=p2/+u22/2+gz2+hfp1=0,u1=0,z1=x,p2=-10kPa,z2=0,u2=u=12/<3600×0.785×0.052>=1.7m/sRe=du/=0.05×1.7×1050/0.0035=2.55×104取=0.2mm,/d=0.004,=0.027；入=0.5,截止阀=9.5,弯头=0.75,回弯管=1.5hf=[0.027×<x+1.5>/0.05+0.5+0.75+9.5+1.5]×1.72/2=0.78x+18.8729.81x=-10000/1050+1.72/2+0.78x+18.872x=1.2m1-15如附图所示,拟安装一倒U型管压差计测量L管段的阻力损失。管内流体密度=900kg/m3,粘度=1.5×10-3Pa.s；指示剂为空气0=1.2kg/m3；管内径d=50mm,管壁绝对粗糙度=0.3mm。试推导：〔1管路条件〔L,d,和流速u一定时,倾角与两测点静压差p的关系以及与R读数的关系；〔2当流速为2m/s,L=1m解：p1/+u12/2+gz1=p2/+u22/2+gz2+hfu1=u2,z2=z1+Lsinhf=<L/d>u2/2p/=gLsin+<L/d>u2/2对倒U形压差计p1-gLsin-p2=R<-g>g=R<-g>g+gLsin当u=2m/s时Re=2×0.05×900/0.0015=6×104/d=0.3/50=0.006=0.023p=950<gLsin+0.023×<1/0.05>×22/2=950gLsin+874由950gLsin+874=R<950-1.2>×9.81+950gLsinR=874/[<950-1.2>×9.81]=0.094m1-16水由水箱A经一导管路流入敞口贮槽B中,各部分的相对位置如图所示。水箱液面上方压强为0.02MPa〔表压,导管为108mm×4mm的钢管,管路中装有一闸阀,转弯处均为90°标准弯头。试计算：〔1闸阀全开时水的流量〔设直管阻力可忽略不计；〔2闸阀1/2开时水的流量〔设直管阻力可忽略不计；〔3若此系统其它条件不变,仅输水管增长200解：〔1p1/+u12/2+gz1=p2/+u22/2+gz2+hfp1=2×104Pa,u1=0,z1=4m,p2=0,u2=0,z2=1.5m,入口=0.5,出口=1,闸阀=0.17,弯头=0.75,hf=<0.5+1+0.17+3×0.75>×u2/2=1.96u220000/1000+4×9.81=1.5×9.81+1.96u2u=4.766m/sqv=0.785×0.12×4.766=0.0374m3〔2闸阀’=4.5hf=<0.5+1+4.5+3×0.75>×u2/2=4.125u220000/1000+4×9.81=1.5×9.81+4.125u2u=3.285m/sqv=0.785×0.12×3.285=0.0258m3〔3hf=<p1-p2>/+<u12-u22>/2+g<z1-z2>=20000/1000+0+9.81×2.5=44.53J/kg1-17如附图所示某含有少量可溶物质的空气,在放空前需经一填料吸收塔进行净化。已知鼓风机入口处空气温度为50℃,压强为30mmH2O〔表压,流量为2200m3/h。输气管与放空管的内径均为200mm,管长与管件、阀门的当量长度之和为50m〔不包括进、出塔及管出口阻力,放空口与鼓风机进口的垂直距离为20m,空气通过塔内填料层的压降约为200mmH2O,管壁绝对粗糙度2ˊ21ˊ12ˊ21ˊ1解：如图界面p1/m+u12/2+gz1+We=p2/m+u22/2+gz2+hfpm=1×105+30×9.81/2≈1×105Pam=pmM/RT=1×105×29/<8314×323>=1.081kg/m3p1=294.3Pa,u1=0,z1=0,p2=0,u2=0,z2=20mu=2000/<3600×0.785×0.22>=17.69m/s=1.96×10-5Pa.sRe=du/=0.2×17.69×1.081/<1.96×10-5>=1.95×105/d=0.15/200=7.5×10-4=0.02hf=<0.02×50/0.2+0.5+1>×17.692/2+200×9.81/1.081=2832J/kg294.3/1.081+We=20×9.81+2832We=2756J/kgqm=2200×1.081/3600=0.661kg/sP=Weqm=1820W1-18用60mm×3.5mm钢管从敞口高位槽中引水至一常压吸收塔内。高位槽液面与水喷头出口高差10m,管路流量最大可达15m3解：〔1原来p1/m+u12/2+gz1=p2/m+u22/2+gz2+L/d>u2/2p1=p2,u1=0,z1=10m,u2=0,z2=0,u=15/<3600×0.785×0.0532>=1.89m/s10×9.81=<L/d>×1.892/2L/d=54.95后来p1/m+u12/2+gz1+We=p2/m+u22/2+gz2+L/d>u’2/2p1=p2,u1=0,z1=10m,u2=0,z2=0,u’=25/<3600×0.785×0.0532>=3.15m/sWe=-10×9.81+54.95×3.152/2=174.4/kgqm=25×1000/3600=6.94kg/sP=6.94×174.4=1211W〔2p1/m+u12/2+gz1=p2/m+u22/2+gz2+L/d">u"2/2u"=25/<3600×0.785×d2>=8.846×10-3/d"210×9.81=54.95×<0.053/d">×<8.846×10-3/d"2>2/2d"=0.075m1-19距某植物油罐A液面2.5m深处用一根油管向油箱B放油,连接A、B的油管为45mm×2.5mm不锈钢管,长度20m,油出口距油箱B液面0.5m,如附图所示。该植物油的=930kg/m解：p1/m+u12/2+gz1+We=p2/m+u22/2+gz2+hfp1=p2,u1=0,z1=2.5m,u2=0,z2=0.5m2.5×9.81=0.5×9.81+<×20/0.04+1+0.5>×u2/2设为层流,忽略进出口损失。则：=64/Re19.62=<64/du>×<L/d>×u2/2=32uL/d2,u=19.62×0.042×930/<32×0.04×20>=1.14m/sRe=du/=19.62×0.04×930/0.04=1060<2000qv=0.785×0.042×1.14=1.43×10-3m1-20为调节加热器出口空气的温度,在空气加热器的进出口并联一旁路〔附图。已知鼓风机出口压强为0.02MPa〔表,温度为25℃,流量为340m3/h,空气通过换热器的压降为0.01MPa。若旁路管长6解：旁路的流量qv=340×0.15/3600=0.0142m3/s弯头=0.75,调节阀=9.5,=1.96×10-5Pa.s,pm=0.02×106+1×105=1.2×105Pam=1.2×105×29/<8314×323>=1.296kg/sp=m<L/d+>×<qv/0.785d2>2/2hf=p/m=<L/d+>×u2/20.01×106=1.296×<6/d+2×0.75+9.5>×0.01422/<2×0.7852×d4>=1.272×10-3/d5+2.332×10-3/d5取=0.2mm,试差得：d=0.0473m,/d=0.00423,=0.0322,u=8.085m/s,Re=2.53×1041-21温度为20℃的空气以2000m3/h的流量通过194mm×6mm的钢管管路ABC于C处进入一常压设备,如附图所示。现因生产情况变动,C处的设备要求送风量减少为1200m3解：pB/+uB2/2+gzB=pC/+uC2/2+gzC+hfBC=pD/+uD2/2+gzD+hfBDpC=pD,zC=zD,uC=1200/<3600×0.785×0.1822>=12.82m/shfBC=7×12.822/2=575.2J/kguD=800/<3600×0.785×d2>=0.2831/d2hfBD=4×<0.2831/d2>2/2=0.1603/d412.822/2+575.2=657.4=<0.2831/d2>2/2+0.1603/d4=0.2004/d4d=0.132m1-22?拟用泵将葡萄酒由贮槽通过内径为50mm的光滑铜管送至白兰地蒸馏锅。贮槽液面高出地面3m,管子进蒸馏锅处高出地面10m。泵出口管路上有一调节阀,管路总长80m〔包括除调节阀以外的所有局部阻力的当量长度。葡萄酒的密度为985kg/m3,粘度为1.5mPa.s。试求：〔1在阀1/2开度和全开两种情况下,流动处于阻力平方区时管路特性方程；〔2流量为15解：〔1阀全开时=6.4HL=p/g+u2/2g+z+<L/d+z>u2/2g=p/g+z+8<L/d+z>qv2/2=0+<10-3>+<80/0.05+6.4>qv2/<0.7852×0.054×2×9.81>=7+2.1174×107qv2+8.47×104qv2阀半开=9.5HL=7+<80/0.05+9.5>qv2/<0.7852×0.054×2×9.81>=7+2.1174×107qv2+1.257×105qv2〔2当qv=15/3600=4.167×10-3m阀全开u=4.167×10-3/<0.785×0.052>=2.12m/sRe=2.12×0.05×985/0.0015=6.96×104=0.3164/Re0.25=0.0195HL=7+2.1174×107×0.0195×<4.167×10-3>2+8.47×104×<4.167×10-3>2=15.64mP=15.64×4.167×10-3×9.81×985=630W阀半开HL=7+2.1174×107×0.0195×<4.167×10-3>2+1.257×105×<4.167×10-3>2=16.35mP=16.35×4.167×10-3×9.81×985=658W1-23压强为0.35MPa〔表压,温度为25℃的天然气〔以甲烷计经过长100m〔包括局部阻力的当量长度25mm×3mm的水平钢管后,要求压强保持0.05MPa〔表压。如视为等温流动,天然气的粘度为0.011cP,钢管的绝对粗糙度取为0.15mm,大气压强为0.解：pm=3×105Pam=3×105×16/<8314×298>=1.937kg/m3p1-p2=<0.35-0.05>×106=3×105Paln<p1/p2>=ln<0.35/0.05>=1.946p1-p2=w2[ln<p1/p2>+L/2d]/m3×105=w2<1.946+100/0.038>/1.937试差得：u=8.565m/sw=16.6m/sRe=8.565×0.019×1.937/0.000011=2.87×104/d=0.15/19=0.00079=0.026qm=16.6×0.785×0.0192=4.7×10-3kg1-240℃的冷空气在直径为600mm的管内流动,将毕托管插入管的中心位置,以水为指示液,读数为4mm解：管中心流速为最大流速umaxumax=[2gR<a->/]0.50℃水a=999.9kg/m30℃空气=1.293kg/m3,=1.72×10-3Paumax=[2×9.81×<999.9-1.293>×0.004/1.293]0.5=7.79m/sRemax=dumax/=0.6×7.79×1.293/<1.72×10-3>=351365<湍流>由Remax与u/umax关联图查得：u=0.85umax=0.85×7.79=6.62m/sqv=d2u/4=0.785×0.62×6.62=1.87m3/s=6732m1-25用一转子流量计测定温度为60℃,压强为0.3MPa的二氧化碳气体的流量。该转子流量计上的刻度是由20℃、0.1MPa空气标定的,转子材料为铝材。当转子流量计上读数为5m3/h时,二氧化碳的实际流量应为多少？若将转子换为同形状、同大小的不锈钢转子,在此读数下二氧化碳的流量又为多少？〔铝与不锈钢的密度分别为f1=2670kg/m3,f2解：空气：=1.2kg/m3CO2：=3×105×44/<8314×333>=4.768kg/m3铝转子：不锈钢转子：1-26用离心泵将敞口贮槽中的大豆油〔密度为940kg/m3,粘度为40cP送住一精制设备中,如附图所示。设备内压强保持0.01MPa〔表压,贮槽液面与设备入口之间的垂直距离为10m,管路为57mm×4mm的钢管〔=0.2mm,管道总长60m〔包括除孔板流量计在外的所有局部阻力的当量长度。管路上装有孔径d0=16解：A0/A1=<d0/d1>2=0.107查得：C0=0.6u=9.8×10-4/<0.785×0.0492>=0.52m/sRe=0.52×0.049×940/0.04=598.7=64/Re=0.107孔板压差gR<i->=9.81×0.25×<13600-940>=31048Pa孔板阻力31048×0.8/940=26.42J/kghf=0.107×<60/0.049>×0.522/2+26.42=44.14J/kgWe=gz+p/+u2/2+hf=10×9.81+0.01×106/940+0.522/2+44.14=153J/kgqm=qv×9.8×104×940=0.9212kg/sPe=We×qmP=Pe/η=0.9212×153/0.65=217W若已知C0,则1-27某油田用300mm×15mm的钢管,将原油送到炼油厂。管路总长160km,送油量为240000kg/h,油管允许承受的最大压强为6.0MPa〔表。已知原油粘度为187×10-3Pa.s,密度890kg/m3解：u=240000/<890×3600×0.785×0.272>=1.31m/sRe=1.31×0.27×890/0.187=1682为层流=64/Re=0.03805L=d2p/32u=0.272×6×106/<32×0.187×1.31>=5.58×10160×103/<5.58×104>=2.86应用3个泵站1-28在用水测定离心泵的性能中,当排水量为12m3/h时,泵的出口压力表读数为0.38MPa,泵入口真空读数为200mmHg,轴功率为2.3kW。压力表和真空表两测压点的垂直距离为0.4m。吸入管和压出管的内径分别为68mm和41mm。两测点间管路阻力损失可忽略不计。大气压强为解：u1=12/<3600×0.785×0.0682>=0.918m/su2=12/<3600×0.785×0.0412>=2.526m/sH=[0.38×106/<1000×9.81>+200×105/<760×1000×9.81>]+0.4+<2.5262-0.9182>/<2×9.81>=42.1mPL=42.1×12×1000×9.81/3600=1376.7W=1376.7/2300=59.8%1-29某厂根据生产任务购回一台离心水泵,泵的铭牌上标着：qv=12.5m3/h、H=32mH2O、n=2900r.p.m、NSPH=2.0mH2O。现流量和扬程均符合要求,且已知吸入管路的全部阻力为1.5m水柱,当地大气压为0.1MPa。试计算：〔1输送20解：〔1p0=1×105Papv=2340PaHg=p0/g-pv/g-NSPH-Hf=<1×105-2340>/<1000×9.81>-2-1.5=6.46m〔2pv´=12340PaHg’=<1×105-12340>/<1000×9.81>-2-1.5=5.44m2'21-30某食品厂为节约用水,用一离心泵将常压热水池中60℃的废热水经68mm×3.5mm的管子输送至凉水塔顶,并经喷头喷出而入凉水池,以达冷却目的,水的输送量为22m3/h,喷头入口处需维持0.05MPa〔表压,喷头入口的位置较热水池液面高5m,吸入管和排出管的阻力损失分别为1mH2O和4mH22'2解：u=22/<3600×0.785×0.0612>=2.09m/s60℃水=983.2kg/m11'pv11'H=5+0.05×106/<983.2×9.81>+2.092/<2×9.81>+1+4=15.41m可用IS65-50-125清水泵,转速2900r.p.m.,流量25m3/h,扬程20m,NSPH=2.5mHg=<0.099×106-19923>/<983.2×9.81>-2.5-1=4.71-31一管路系统的特性曲线方程为HL=20+0.0065qv2。现有两台同型号的离心泵,该泵的特性曲线可用方程H=30-0.0025qv2表示〔上两式中HL和H的单位为m,qv的单位为m3/h。试求：当管路输送量为30m3解：〔1H=30-0.0025×302=27.75mHL=20+0.0065×302=25.85m<H能符合要求〔2两泵并联后的特性曲线为H=30-6.25×10-4qv2与HL=20+0.0065qv2联立得qv=37m3两泵串联后的特性曲线为H=60-5.0×10-3qv2与HL=20+0.0065qv2联立得qv=59m31-32某双动往复泵,其活塞直径为180mm,活塞杆直径为50mm,曲柄半径为145mm。活塞每分钟往复55次。实验测得此泵的排水量为42m3/h。试求该泵的容积效率解：冲程s=0.145×2=0.29mqvT=<2×0.785×0.182-0.785×0.052>×0.29×55×60=46.8m3=42/46.8=89.7%1-33温度为15℃的空气直接由大气进入风机,并通过内径为800mm的管道送至燃烧炉底,要求风量为20000m3/h〔以风机进口状态计,炉底表压为1100mmH2O。管长100m〔包括局部阻力当量长度,管壁粗糙度0.3mm。现库存一离心通风机,其铭牌上的流量为21800m3/h,全风压为1290mmH解：u=20000/<3600×0.785×0.82>=11.06m/sm=<1×105+1100×9.81/2>×29/<8314×288>=1.276kg/m3Re=11.06×0.8×1.276/<1.79×10-5>=6.31×105/d=0.3/800=3.75×10-4=0.017HT=1100×9.81+0.017×<100/0.8>×11.062×1.276/2=1.096×104PaHT′=1.096×104×1.2/1.276=1.03×104Pa=1050.3mmH2O<1290mmH2O可以用1-34实验中测定一离心通风机的性能,得以下数据：气体出口处压强为23mmH2O,入口处真空度为15mmH2O,送风量为3900m3/h。吸入管路与排出管路的直径相同。通风机的转速为960rpm,其所需要轴功率为0.81kW解：〔1HT=<23+15>×9.81=372.8Pa平均压强近似为大气压=1×105×29/<8314×293>=1.19kg/m3PL=HTqvρg=372.8×3900×1.19/<3600×1.19>=404W=404/810=49.9%〔2qv′=qvn′/n=3900×1150/960=4672m3/hP′=P<n′/n>3=0.81×<1150/960>3=1.39×103W1-35某单级双缸、双动空气压缩机将空气从0.1MPa〔绝对压缩到0.35MPa〔绝对。活塞直径为300mm,冲程200mm,每分钟往复480次。气缸余隙系数为8%；排气系数为容积系数的85%,压缩过程为绝热过程,绝热指数为1.4,总效率0.7。试计算该压缩机的排气量和轴功率？解：容积系数v=1-[<p2/p1>1/k-1]=1-0.08×[<0.35/0.1>1/1.4-1]=0.884排气系数p=0.85v=0.752排气量qv=0.785×0.32×0.2×480×60×0.752×2=611.8m3理论功率P=25.6/0.7=36.57kW第二章2-1燃料气含有3.1%〔摩尔分数,下同H2、27.2%CO、5.6%CO2、0.5%O2和63.6%N2,在过量20%的空气〔即高于完全燃烧生成CO2和H2O所需的空气量中燃烧。CO只有98%完全燃烧。试对100kmol燃料气,计算尾气中各组分的摩尔数。解：首先画出流程图〔附图,图上标出了尾气中各组分。以A代表空气的摩尔数,F代表尾气的摩尔数。化学反应式如下：2CO+O2=2CO2〔1Fkmol烟道气100kmol燃料气燃烧室H2O、CO、CO2、O2、N23.1%H2、27.2%CO5.6%CO2、0.5%O263.6%N2根据反应式,为使H2完全燃烧需氧：3.1×0.5=1.55kmol由于空气中含有79％〔摩尔分数的N2,故加入的N2量是：79×17.354/21=66.283kmol所有的H2都变成了H2O,即：3.1kmol对于CO有2.0%不反应,因此有：0.02×27.2=0.544kmol2-2在生产KNO3的过程中,1000kg/h的20%KNO3溶液送入蒸发器中,在422K温度下浓缩成50%KNO3浓溶液,然后再进入结晶器中冷却到310K,得含量为96%的KNO3结晶。结晶器中37.5%的KNO3母液送入蒸发器中循环使用。试计算循环的母液量与产品KNO3结晶量。解：首先按题意画出流程简图,如附图所示。W<kg/h>水1000kg/hC[kg/h]蒸发器结晶器20%KNO3溶液422K50%KNO3溶液310KR<kg/h>P<kg/h>37.5%KNO3母液96%KNO3结晶计算可分为两部分,先以1000kg/h的20%KNO3溶液为基准,对整个生产过程作物料衡算：1000=W+P1000×0.2=P×0.96解得：P=208kg/hW=792kg/h再对结晶器作物料衡算：C=R+2080.5C=0.375R+0.96解得：C=975kg/hR=767kg/h。2-3在一加热器中,用5×105Pa〔绝压的饱和蒸汽加热空气。空气流量为4000kg/h,进口温度为25℃,出口温度为125℃,空气平均比热容cp为1.009kJ/<kg.K>,冷凝液在饱和温度下排出。试求蒸汽消耗量解：首先按题意画出流程简图,如附图所示。4000kg/h4000kg/h25℃空气125加热器D[kg/h]D[kg/h]5×105Pa蒸汽冷凝水由空气带入加热器的热量qmccpct1由蒸汽带入加热器的热量DH由空气带出的热量qmccpct2由冷凝水带出的热量Dh由附录饱和水蒸气表查得：5×105Pa饱和水蒸气的焓为2753kJ/kg,151.7℃2-4图示为一台燃气轮机装置,其空气消耗量qm,a=100kg/s。压气机入口空气的焓h1=290kJ/kg,出口压缩空气的焓h2=580kJ/kg；在燃烧室中压缩空气和燃料混合燃烧,燃烧生成的高温燃气的焓h3=1250kJ/kg；高温燃气送入涡轮机中膨胀作功,作功后排出废气的焓h4=780kJ/kg。试求：〔1压气机消耗的功率；〔2燃料的发热量Qf=43960kJ/kg时的燃料消耗量；〔3涡轮机输出的功率；〔4燃气轮机装置的总功率。解：〔1按稳定流动能量方程式,在压气机中压缩1kg空气所消耗的功为：压气机消耗的功率为：Psc=wscqma=290×100=29000kW〔2加热1kg空气所需的加热量为：Q1=h3-h2=1250-580=670kJ/kg燃料的消耗量为：qmf=Q1qma/Qf=670×100/43960=1.5kg/s故涡轮机的功率为：PsT=wsTqma=470×100=47000kWPs=PsT-Psc=47000-29000=18000kW2-5水以9.5kg/s的质量流量稳定地通过一个上游端内径为0.0762m、下游端内径为0.0254m的水平汇合喷嘴〔参见附图。试计算水在大气压中喷出时喷嘴上的合力。解：此题为稳态流动。当选择控制面时,必须包括喷嘴的外壁面,这样喷嘴所受的合力才能计入总动量衡算中,使问题可以直接求解。因摩擦阻力可以忽略,x轴为水平方向,忽略截面上速度的变化,于是有：qmub=FxR+Fxp为求出式〔1中的Fxp,利用柏努利方程式可得：ub2/2+p/=0ub1=qm/A1=9.5/<1000×0.785×0.7622>=2.09m/sub2=qm/A2=9.5/<1000×0.785×0.02542>=18.8m/s故p=-<ub22-ub12>/2=-1000×<18.82-2.092>/2=-174500Pa力Fxp是截面A1、A2和侧面的压力在x方向上分量的代数和。截面A1的总压力在x方向上的分量为p1A1,方向向右；截面A2的总压力在x方向上的分量为p2A2=paA2,方向向左；外壁面的总压力在x方向上的分量为pa<A1-A2由此得喷嘴所受的合力为负值,作用在x轴的反方向上,与流动方向相反。2-6水稳定流过如图所示的暴露在大气中的等径直角弯管,管内径为0.05m,水的主体流速为20m/s,进口压强为1.5×105Pa〔表压。由于管道很短,摩擦阻力及重力的影响均可忽略。试计算此管所受合力的大小和方向。解：弯管〔包括固体壁面所受的合力,可分为两步求算：第一步先根据图中侧面为虚线的范围求算流体所受的合力,第二步再根据图中实线范围求算弯管所受的合力。〔1管中流体所受的力选择截面1、2及虚线所限定的范围为控制体。由于选择了管内的流体为控制体,故壁外的大气无需考虑。设截面A1和A2所受的压强分别为p1和p2〔绝压,管壁对流体的压力为Fx’和Fy’〔设力的作用方向均与坐标轴同向。由于dpx/d=0〔稳态,故：A1p1+Fx’=<qmux>=0-<qmux>1=-<qmux>又由于dpy/dq=0〔稳态,故：-A2p2+Fy’=<qmuy>=<qmuy>2-0=qmuy〔2弯管所受的力选择实线所限定的范围为控制体。此时弯管受两种力的作用,一是流体作用在管壁上的力,即-Fx’和-Fy’；另一是大气压力。控制面上只有A1和A2受来自对面大气压力的影响,其余部分因大气压的作用完全对称而相互抵消。设弯管所受的力为Fx和Fy,其方向均与坐标轴同向,于是：上二式中p1-p0表示表压。由题设数据得：p1=p0=1.5×105Paux=uy=ub=20m/sA1=0.785×0.052=1.9635×10-3Fx=39.25×20+1.9625×0-3×1.5×105=1079NFy=-39.25×20-1.9635×10-3×1.5×105=-1079N|F|=<Fx2+Fy2>1/2=<10792+10792>1/2=1526N’=/4弯管受力方向如附图〔b所示。2-7不可压缩流体绕一圆柱体作二维流动,流场可用下式表示：其中C、D为常数,说明此时是否满足连续性方程。解：又因为此流体为不可压缩流体,为常数,故所以满足连续性方程2-8已知不可压缩流体流动的速度场为：u=5x2yzi+3xy2zj-8xyz2k,流体的粘度=10.7mPa.s。求〔2,4,-6点处的法向应力和切向应力。解：法向应力=2<10xyz>-2<10xyz+6xyz-16xyz>/3=2×10.7×10-3×10×2×4×<-6>=-10.27Pa同理yy=2<6xyz>=-6.16Pazz=2<-16xyz>=16.44Pa切向应力=10.7×10-3×[5×4×<-6>+3×16×<-6>]=-4.37Pa同理=<3xy2-8xz2>=-5.14Pa=<5x2y-8yz2>=-4.62Pa2-9判断以下流动是否是不可压缩流动：〔1ux=2+2x+2yuy=-y-zuz=+x-z〔2ux=<y2-x2>/uy=2xy/uz=-2z/=2〔3ux=+3xuy=2-2yuz=4y+z-3证明：若为不可压缩流动,则需满足：〔1=3-2-1=0满足条件所以为不可压缩流体流动〔2不满足条件,所以此流动不是不可压缩流动〔3=3-2+1=0不满足条件,所以此流动不是不可压缩流动2-10试采用一般化连续性方程描述下述各种运动情况,并结合具体条件将连续性方程简化,指出简化过程的依据。〔1在矩形截面管道内,可压缩流体作稳态、一维流动；〔2在平板壁面上不可压缩流体作稳态二维流动；〔3在平板壁面上可压缩流体作二维稳态流动；〔4不可压缩流体在圆管中作轴对称的轴向稳态流动；〔5不可压缩流体作圆心对称的径向稳态流动。解：〔1