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1、化工原理课后习题解答(夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.)第一章流体流动3第二章流体输送机械23第三章机械分离和固体流态化.32第四章传热 4第五章蒸惚 56第六章吸燥 70第一章流体流动1 .某设备上真空表的读数为13.3X103 pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为98.7 X103 Pao解:由绝对压强=大气压强-真空度得到:设备内的绝对压强P绝=98.7 X103Pa -13.3 X103Pa=8.54 X103 Pa设备内的表压强P表二-真空度=-13.3X103 Pa2 .在本题附图所示的储油罐中盛有密度为960 kg/m3的油品,油面高于
2、罐底6.9m,油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的圆孔,其中心距罐底800 mm,孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23X106Pa ,问至少需要几个螺钉?分析:罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P油4。螺解:P 油二iXA =960X9.81X(960.8) X3.14X0.382=37.58 X103N。堪=39.03 X106 X 3.14 X 0.0072 X nP油6.26至少需要7个螺钉3.某流化床反应器上装有两个U型管压差计,如本题附图所示。测得R=400 mm , R2=50 mm,指示液为水银。为防止水银蒸汽向空气中扩散,于右
3、侧的 U型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水,其高度R3=50mm。试求A、B两处的表压强。分析:根据静力学基本原则,对于右边的U管压差计,a-a为等压面,对于左边的压差计,b-b为另一等压面,分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。解:设空气的密度为Rg,其他数据如图所示 ta - a 处 PA +&ghi =。水 gR?+ Q 水银gR2由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记即:PA =1.0 X103 X 9.81 X 0.05+13.6 X103 X 9.81 X 0.05=7.16X103 Pa fb-b处Pb+&典=Pa+&典+。水银建1Pb =13.6 X IO? x
4、9.81 X 0.4+7.16X 103=6.05X103Pa4.本题附图为远距离测量控制装置,用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H = lm, U管压差计的指示液为水银,煤油的密度为820Kg/nf。试求当压差计读数R=68mm时,相界面与油层的吹气管出口距离h。分析:解此题应选取的合适的截面如图所示:忽略空气产生的压强,本题中11和44为等压面,22和33为等压面,且11和22的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解解:设插入油层气管的管口距油面高Ah在1一1与22截面之间Pl= P2+。水银 gR Pl =p4, p2= p3且 P3二。煤油 gh ,
5、 P4=。水g (H-h)+。原油 g (Ah + h)联立这几个方程得到。水银gR=。水g(H-h)+ r煤油g (Ah + h)-q煤油gh即Q水银gR=Q水gH+。煤油gh-Q水通带入数据l.O3 X103Xl-13.6X103X 0.068= h(1.0 X 103-0.82 X IO3)h =0.418 m5 .用本题附图中串联U管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压,U管压差计的指示液为水银,两U管间的连接管内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为:h=2.3m, h2=1.2m, h 3=2.5m, h 4=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直距离h 5=3m0大气压强 pa=
6、99.3X103p a0试求锅炉上方水蒸气的压强P 0分析:首先选取合适的截面用以连接两个U管,本题应选取如图所示的11截面,再选取等压面,最后根据静力学基本原理列出方程,求解解:设11截面处的压强为P1对左边的U管取a-a等压面,由静力学基本方程P()+ Q水的5上4)= P1+。水银鼬3上。代入数据Po +1.0X103X 9.81 X (3-1.4)=P t +13.6 X103 X 9.81 X (2.5-1.4)对右边的U管取b-b等压面,由静力学基本方程Pi + Q水 g(h3-h2)=。水银 g&i-h。+ p a 代入数据P 1+1.0 X 103 X 9.81 X (2.5-
7、1.2)=13.6 X 103 X 9.81 X(2.3-1.2)+99.3X103解着两个方程得P0=3.64X105Pa6 .根据本题附图所示的微差压差计的读数,计算管路中气体的表压强p。压差计中以油和水为指示液,其密度分别为920 kg/ JCTpL尚m3,998 kg/mU管中油、水交接面高度不差R =300 mm,两扩大室的内径D均为I,h 60 mli1, U管内径d为6mm。当管路 I I TJ内气体压强等于大气压时,两扩大室液面习噩6附图平齐。分析:此题的关键是找准等压面,根据扩大室一端与大气相通,另一端与管路相通,可以列出两个方程,联立求解解:由静力学基本原则,选取11为等压
8、面,对于U管左边P表+&油g(hi+R)=P1对于U管右边P2= Q水gR+ R油妙!2P 表=。水 gR+。油油 g(hi+R)二q水 gR- q油 gR+e油 g(h2-hi)当p表=0时,扩大室液面平齐即兀(D/2)2(hrhj=n (d/2)2Rha-%=3 mmp 表=2.57X 102Pa7 .列管换热气的管束由121根甲X2.5mm的钢管组成。空气以9m/s速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50、压强为196X103pa(表压),当地大气压为98.7X103Pa试求:空气的质量流量;操作条件下,空气的体积流量;将的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量。解:空气的体积流量V
9、s = uA =9X兀/4 X0.022 X121=0.342m3/s质量流量 ws=Vse=Vs X (MP)/(RT)=0.342 X 29 X (98.7+196)/8.315 X 323=1.09 kg/s换算成标准状况V/V2P2=1/12VS2= PT2/P2T1 X VS1=(294.7 X 273)/(101 X 323)X 0.342=0.843 m3/s8 .高位槽内的水面高于地面8m,水从平108X4mm的管道中流出,管路出口高于地面2m。在本题特定条件下,水流经系统的能量损失可按Xhf=6.5u2计算,其中u 为水在管道的流速。试计算:(1) A-A截面处水的流速;(2
10、)水的流量,以m3/h计。分析:此题涉及的是流体动力学,有关流体动力学主要是能量恒算问题,一般运用的是柏努力方程式。运用柏努力方程式解题的关键是找准截面和基准面,对于本题来说,合适的截面是高位槽11,和出管口22;如图所示,选取地面为基准面。解:设水在水管中的流速为u ,在如图所示的1一,22处列柏努力方程Z1g +0+ P t/e= Z2 g + u2/2+ P2/q + Ehf (ZZ2)g = u2/2+6.5u2代入数据(8-2) X 9.81=7u2, u =2.9m/s换算成体积流量Vs = uA=2.9 X 兀/4 X 0.12 X 3600=82 m3/h9.20C 水以2.5
11、m/s的流速流经(p38X 2.5mm的水平管,此管以锥形管和另一中53X3m的水平管相连。如本题附图所示,在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。若水流经A、B两截面的能量损失为1.5J/kg,求两玻璃管的水面差(以mm计),并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。分析:根据水流过A、B两截面的体积流量相同和此两截面处的伯努利方程列等式求解解:设水流经A , B两截面处的流速分一w 别为叫、ubI J习网9附05UAA UrAb%二(Aa/Ab ) Ua =(33/47)2X2.5=1.23m/s在A、B两截面处列柏努力方程Zi g + u 丁/2+ P i/r = Z
12、2 g + u /2+ P 2/。+2 h fZ1 Z2(P1-P2)/R = Xhf+( u t2- u 22)/2 g (hrh2)=1.5+(1.232-2.52)/2 hrh2=0.0882 m =88.2 mm即两玻璃管的水面差为88.2mm10.用离心泵把20 C的水从贮槽送至水洗塔顶部,槽内水位维持恒定,各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为76X2.5mm,在操作条件下,泵入口处真空表的读数为24.66 X ICPPa,水流经吸入管与排处管(不包括喷头)的能量损失可分别按Z; hfj=2u2, Xhf2=10u2计算,由于管径不变,故式中U为吸入或排出管的流速m/s。排水
13、管与喷头连接处的压强为98.07 X 103Pa (表压)。试求泵的有效功率。分析:此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两部分来处理,从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管,在两段分别列柏努力方程。解:总能量损失2hf=Xhf+, iZlhf,2u1=u2=u=2u2+10u2=12u2在截面与真空表处取截面作方程:Zog+M/2+Po/r=Zig+i?/2+P/Q+hf,1(P()-Pi)/g= Zjg+u2+Zjhf j .,.u=2m/sws=uAg=7.9kg/s在真空表与排水管-喷头连接处取截面 Zig+u2/2+Pi/ Q +W=z2g
14、+u72+P2/e+Ehf 2-.We=22g+u2/24-P2/e+Zhf 2( Zig+u2/2+Pi/q)=12.5X9.81+(98.07+24.66)/998.2X 103+10X22=285.97J/kgNe= Wews=285.97 X 7.9=2.26kw11.本题附图所示的贮槽内径D为2/|m ,槽底与内径d0为33mm的钢管相-MU一也-连,槽内无液体补充,其液面高度%习题11时图为2m (以管子中心线为基准)。液体在本题管内流动时的全部能量损失可按XhLZOuZ公式来计算,式中u为液体在管内的流速m/s。试求当槽内液面下降1m所需的时间。分析:此题看似一个普通的解柏努力方
15、程的题,分析题中槽内无液体补充,则管内流速并不是一个定值而是一个关于液面高度的函数,抓住槽内和管内的体积流量相等列出一个微分方程,积分求解。解:在槽面处和出口管处取截面1-1,2-2列柏努力方程 hig=u2/2+L;hf =u2/2+20u2.,.u=(0.48h)1/2=0.7h1/2槽面下降dh,管内流出uA2dt的液体 Adh=uA2dt=0.7h1/2A2dt.dt二Aidh/(A20.7h1/2)习题12酎图 i-排热m 2-m对上式积分:t=1.8.h12.本题附图所示为冷冻盐水循环系统,盐水的密度为1100kg/m3,循环量为36m3。管路的直径相同,盐水由A流经两个换热器而至
16、B的能量损失为98.1J/kg,由B流至A的能量损失为49J/kg,试求:(1)若泵的效率为70%时,泵的抽功率为若干kw?(2)若A处的压强表读数为245.2X103pa时,B处的压强表读数为若干Pa?分析:本题是一个循环系统,盐水由A经两个换热器被冷却后又回到A继续被冷却,很明显可以在A-换热器-B和B-A两段列柏努利方程求解。解:(1)由A到B截面处作柏努利方程0+ua2/2+Pa/ QZBg+ug2/2+Pb/q+9.81管径相同得 A二%/.(PA-PB)/q二Zb”9.81由B到A段,在截面处作柏努力方程b ZBg+uB2/2+Pb/q+W=0+ua2+Pa/G+49.W=(Pa-
17、Pb)/e- ZBg+49=98.1+49=147.1J/kg Ws=Vsg=36/3600 XI 100=1 Ikg/sNe= WeXWs=147.1 Xll=1618.1w泵的抽功率 N二 Ne /76%=2311.57W=2.31kw(2)由第一个方程得(Pa-Pb)/59.81得Pb二Pa-Q (ZBg+9.81)=245.2 X103-1100 X(7X 9.81+98.1)=6.2X104Pa13.用压缩空气将密度为llOOkg/n?的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽,两槽的液位恒定。管路直径均为4)60X 3.5mm,其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为X hf,的=2 hf, c
18、d=/, h f, bc=L18u2。两压差计中的指示液均为水银。试求当Ri=45tnm, h=200mtn时:(1)压缩空气的压强Pi为若干?(2) U管差压计读数R2为多少?解:对上下两槽取截面列柏努力方程0+0+P1/g=Zg+0+P2/g+ZJ h fPi= Zgg+0+P2 h f=10X9.81X1100+1100(2u2+1.18u2)=107.91 X 103+3498u2在压强管的B, C处去取截面,由流体静力学方程得PB+eg (x+R)=pc +eg Sbc+x)+q水银RigPB+1100 X 9.81 X (0.045+x)=PC +1100X9.81 X (5+x)
19、+13.6X103X 9.81X0.045PB-Pc=5.95X104Pa在B, C处取截面列柏努力方程o+ub2/2+pb/e=Zg+uc2/2+Pc/e+E: h f BC.管径不变,.Ub=UcPB-Pc=e (Zg+Ehf, bc)=1100X (1.18u2+5X9.81)=5.95X 104Pau=4.27m/s压缩槽内表压Pi=1.23 X 105Pa(2)在B, D处取截面作柏努力方程0+u2/2+PB/e= Zg+0+0+汇 h f, bc+ h f, CDPB=(7X9.81+1.18u2+u2-0.5u2) X 1100=8.35 X 104PaPB-Qgh=Q 水银 R
20、2g8.35 X104-1100 X 9.81 X 0.2=13.6 X103 X 9.81 X R2R2=609.7mm14.在实验室中,用玻璃管输送20的70%醋酸.管内径为1.5cm,流量为10kg/min,用SI和物理单位各算一次雷诺准数,并指出流型。解:查20,70%的醋酸的密度q=1049Kg/m3,粘度卜=2.6mPa , s用SI单位计算:d=1.5X 10-2m,u=Ws/(qA)=0.9m/s/. Re=due/)n=(1.5 X IO2 X 0.9 X 1049)/(2.6 X 103)=5.45 X103用物理单位计算:g=1.049g/cm3, u=Ws/(gA)=9
21、0cm/s,d=1.5cmli=2.6 X 103Pa*S=2.6 X 103kg/(s*m)=2.6 X 10-2g/ s*cm1 Re=due/p,=(1.5 X90X 1.049)/(2.6 X IO-2)=5.45 X103,/5.45 X1034000.此流体属于湍流型15.在本题附图所示的实验装置中,于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计,以测量两截面的压强差。当水的流量为10800kg/h时,U管压差计读数R为100mm,粗细管的直径分别为60X3.5mm与45X3.5mm。计算:(1)1kg水流经两截面间的能量损失。(2)与该能量损失相当的压强降为若干Pa?解:(1)先计算A
22、, B两处的流速:uA=ws/QsA=295m/s, uB= ws/qsb在A, B截面处作柏努力方程:zAg+uA2/2+PA/Q=zBg+uB2/2+PB/Q+Ehf.lkg水流经A, B的能量损失:Zjhf=(ua2-ub2)/2+(PA- PB)/q=(ua2-ub2)/24-ggR/g=4.41J/kg (2).压强降与能量损失之间满足:Ehf=AP/e .,.P=eEhf=4.4i x io316.密度为850kg/m3,粘度为8X10-3Pa -s的液体在内径为14mm 的钢管内流动,溶液的流速为lm/s。试计算:(1)泪诺准数,并指出属于何种流型?(2)局部速度等于平均速度处与
23、管轴的距离;(3)该管路为水平管,若上游压强为147X103pa,液体流经多长的管子其压强才下降到127.5Xl(PPa?解:(1) Re =dug/p.=(14X1O3X1X85O)/(8X10-3)=1.49 X1032000二.此流体属于滞流型(2)由于滞流行流体流速沿管径按抛物线分布,令管径和流速满足y2=-2p (u-%)当 u =0时,/= r2=2Pom p =?/2= d2/8当 u = u 平均=0.5 u max=0.5m/s 时,六-2(0.5-1)=d2/8=0.125 d2.即与管轴的距离r=4.95X10-3m(3)在147 X IO?和127.5 X IO?两压强
24、面处列伯努利方程u 7/2+ Pa/q + Z1g = u 22/2+ Pb/q+ Z2g + A h f- u 1= U 2, Z二 Z2Pa/q二 Pb/q+ A h f损失能量 hL (PA-PB)/e=(147X103-127.5X103)/850=22.94.流体属于滞流型摩擦系数与雷若准数之间满足%=64/ Re又-/ hf=XX (t/d) X0.5u2i=14.95m.输送管为水平管,管长即为管子的当量长度即:管长为14.95m17.流体通过圆管湍流动时,管截面的速度分布可按下面经验公式来表示:u二u111ax (y/R)1/7,式中y为某点与壁面的距离,及 y=Rto试求起平
25、均速度u与最大速度的比值。分析:平均速度u为总流量与截面积的商,而总流量又可以看作是速度是L的流体流过27trdr的面积的叠加即:V=/()R lX2兀rdr解:平均速度 u = V/A/oRLXZTrrdr/(kR2)=/(jR/ax (y/R)1/7X27rrdr/(kR2)二2nm JR”/R (r -6 Gdr =0.82amu/=0.8218. 一定量的液体在圆形直管内做滞流流动。若管长及液体物性不变,而管径减至原有的1/2,问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍?解:.管径减少后流量不变 UA= u2A2而 r=上2A=4A2 ii2=4u由能量损失计算公式AhLQ(i/d)
26、X (l/2u2)得X hf,产入(i/d) X (l/2u/)E hf12=X-(t/d) X (1/2u22)工(i/d) X 8(uj 2二16 hi hf2=16 hfl 19.内截面为1000mmX 1200mm的矩形烟囱的高度为30 Aitn。平均分子量为30kg/kmol,平均温度为400的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持49Pa的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值,大气温度为20,地面处的大气压强为101.33 X 103Pao流体经烟囱时的摩擦系数可取为0.05,试求烟道气的流量为若干kg/h?解:烟囱的水力半径rH= A/n=(lX1.2)/2(l+1.2)=0.
27、273m当量直径de=4rH=1.109m流体流经烟囱损失的能量E h f=X*(i/ de)- u2/2=0.05 X (30/1.109) Xu2/2=0.687 u2空气的密度Q空j PM/RT =1.21Kg/tn3烟囱的上表面压强(表压)P上空气gh =1.21 X9.81 X30=-355.02 Pa烟囱的下表面压强(表压)P下=49 Pa烟囱内的平均压强 P=(P上+ P下)/2+ P0=101128 Pa 由PM/RT可以得到烟囱气体的密度q=(30X10-3x101128)/(8.314X673)=0.5422 Kg/m3在烟囱上下表面列伯努利方程P 上/&= P 下/。+
28、Zg+m h f.Xhk(P 上-P 下)/q - Zg =(-49+355.02)/0.5422-30X9.81=268.25=0.687 u2流体流速u =19.76 m/s质量流量ws= uAe=19.76X1X1.2X 0.5422=4.63X104Kg/h20.每小时将2 X 103kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽。反应器液面上方保持26.7X 103Pa的真空读,高位槽液面上方为大气压强。管道为的钢管,总长为50m,管线上有两个全开的闸阀,一个孔板流量计(局部阻力系数为4),5个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15m o若泵效率为0.7,求泵的轴功率。解:流体的质量流速
29、ws=2X104/3600=5.56 kg/s流速 u ws/(Ag)1.43tn/s雷偌准数 Re=due/1i=1651994000查本书附图1-29得5个标准弯头的当量长度:5 X2.110.5m2个全开阀的当量长度:2X0.45=0.9m.,.局部阻力当量长度ZX=105+0.9=11.4m假定 l/X1/2=2 lg(d /s)+1.14=2 lg(68/0.3)+1.14/. X=0.029检验 d/(eXReXX1/2)=0.0080.005二.符合假定即入=0.029.全流程阻力损失E h=XX(i+ EO/d X u2/2+ tXu2/2=0.029 X (50+11.4)/
30、(68 X103)+4X 1.4372=30.863 J/Kg在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得P】/q+ We = Zg + P2/e+ EhWe = Zg+(P1-P2)/e+Eh=15X9.81+26.7X1071073+30.863=202.9 J/Kg有效功率Ne = We X(os =202.9X5.56=1.128 X103轴功率 N = Ne/Y=1.128X103/0.7=1.61 X10%=1.61KW4j21.从设备送出的废气中有少量可V7溶物质,在放空之前令其通过一个A洗涤器,以回收这些物质进行综合利用,并避免环境污染。气体流习也21附图 I粳空II 2一埴内联量为36
31、00tn3/h,其物理性质与50的空气基本相同。如本题附图所示,气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U管压差计,起读数为30mm。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50m,放空机与鼓风机进口的垂直距离为20m,已估计气体通过塔内填料层的压强降为1.96 X 103Pao管壁的绝对粗糙度可取0.15mm,大气压强为101.33X 103o求鼓风机的有效功率。解:查表得该气体的有关物性常数q=1.093,=1.96X10-5Pa - s 气体流速 u =3600/(3600 X 4/兀 X 0.252)=20.38 m/s 质量流量 ws = uAs =20
32、.38 X 4/兀 X 0.252 X 1.093=1.093 Kg/s流体流动的雷偌准数 Re = du。/产2.84X105为湍流型所有当量长度之和I总=50me取0.15时 e/d =0.15/250=0.0006查表得入=0.0189所有能量损失包括出口,入口和管道能量损失即: h =0.5 X u2/2+1 X u2/2+(0.0189 X 50/0.25) u2/2=1100.66在1-1、2-2两截面处列伯努利方程u2/2+ Pi/r+ We = Zg + u2/2+ P2/e + hWe = Zg+(P2- PJ/e+E h而1-1、2-2两截面处的压强差 P2-B=P2-Q水
33、妙1=1.96X103-103X9.81X31X103=1665.7 PaWe =2820.83W/Kg泵的有效功率 Ne = WeXw=3083.2W =3.08 KW22.如本题附图所示,贮水槽水位维持不变。槽底与内径为100mm的钢质放水管相连,管路上装有一个闸阀,距管路入口端15m处安有以水银为指示液的U 管差压计,其一臂与管道相连,另一臂通大气。压差计连接管内充满了水,测压点与管路出口端之间的长度为20m。(1) .当闸阀关闭时,测得R=600mm, h=l500mm;当闸阀部分开启时,测的R=400mm, h=l400mm0摩擦系数可取0.025,管路入口处的局部阻力系数为0.5o
34、问每小时从管中水流出若干立方米。(2) .当闸阀全开时,U管压差计测压处的静压强为若干(Pa,表压)。闸阀全开时L/d2l5,摩擦系数仍取0.025。解:根据流体静力学基本方程,设槽面到管道的高度为xr水g(h+x尸。水银gR103X(1.5+x)=13.6 X103X 0.6x 6.6m部分开启时截面处的压强 P1=Q水银gR -Q水gh =39.63X 103Pa在槽面处和1-1截面处列伯努利方程Zg +0+0=0+ u2/2+ Pi/e + E;h而 Ah = EXO+EO/d +c u2/2=2.125 u2.-6.6X9.81= u2/2+39.63+2.125 u2u =3.09/
35、s体积流量3s= uAe=3.09 X 兀/4X (0.1)2X 3600=87.41m3/h闸阀全开时取2-2,3-3截面列伯努利方程Zg = u2/2+0.5u2/2+0.025 X(15+t/d)u2/2u =3.47m/s取1-1、3-3截面列伯努利方程P;/r = u2/2+0.025 X (15+i7d)u2/2.?;=3.7 X104Pa23.10的水以500L/min的流量流过一根长为300m 的水平管,管壁的绝对粗糙度为0.05。有6m的压头可供克服流动阻力,试求管径的最小尺寸。解:查表得10时的水的密度r=999.7Kg/m3卜=130.77X105U = VS/A=10.
36、85 X107d2X h f =6 X 9.81=58.8可/KgX h M i/d) u2/2=X -150 u2/d假设为滞流入=64/Re =64(i/duQ t- Hfg Zj h f /.d2000不符合假设.为湍流假设 Re =9.7X104即 due/=9.7 X104.,.d=8.34X10-2m则 e/d =0.0006查表得入=0.021要使X h fHfg成立则X -150 u2/d1.82X10-2mz L J/24.某油品的密度为800kg/m3,J.-乙_ J 2 J=-=Ld粘度为41cP,由附图所示的A槽送至B槽,A槽的液面比B 槽的液面高出1.5m。输送管径为
37、4)89X3.5mm (包括阀门当量长度),进出口损失可忽略。试求:(1)油的流量(nP/h);(2)若调节阀门的开度,使油的流量减少20%,此时阀门的当量长度为若干m?解:在两槽面处取截面列伯努利方程/2+ Zg+ P1/q二u2/2+ P2/g+ m h f,.Pi=P2Zg = h 尸入(i/d)- u2/21.5X9.81= X*(50/82X10-3)- u2/2假设流体流动为滞流,则摩擦阻力系数X=64/Re=64|i/due联立两式得到u =1.2m/s 核算Re = dup/19202000假设成立油的体积流量3s=uA=1.2 X 兀/4(82 X103)2 X 360022
38、.8m/h(2)调节阀门后的体积流量3;=22.8X (1-20%尸18.24m3/h调节阀门后的速度 u=0.96m/s同理由上述两式1.5X9.81二1(i/82Xl(T3)-0.962/2X=64/Re=64|j,/dug 可以得到 i=62.8m习题25附图/.阀门的当量长度1。=1-50=12.8m25.在两座尺寸相同的吸收塔内,各填充不同的填料,并以相同的管路并联组合。每条支管上均装有闸阀,两支路的管长均为5m (均包括除了闸阀以外的管件局部阻力的当量长度),管内径为200mm。通过田料层的能量损失可分别折算为5uy与4u22,式中U为气体在管内的流速m/s,气体在支管内流动的摩擦
39、系数为0.02。管路的气体总流量为0.3m3/s。试求:(1)两阀全开时,两塔的通气量;(2)附图中AB的能量损失。分析:并联两管路的能量损失相等,且各等于管路总的能量损失,各个管路的能量损失由两部分组成,一是气体在支管内流动产生的,而另一部分是气体通过填料层所产生的,即XhL入+ Zk/d) u2/2+ hf填而且并联管路气体总流量为个支路之和,即 Vs= VS1+ Vs2解:两阀全开时,两塔的通气量由本书附图129查得d=200mm时阀线的当量长度 i e=l 50mEhfl=x -(h + Etei/d) u/2+5“=0.02 X (50+150)/0.2 u/2+5 u/E h G=
40、X -(i2+工城/ u22/2+4 nJ=0.02 X (50+150)/0.2 u22/2+4 u/Xj h fl=Zj h q.-.Ui2/ u22=l 1.75/12.75即 U1= O.96U2又.二 V“+ Vs2=uA+ u2A2, At = A2=(0.2)27t/4=0.017t=(0.96u2+ uj O.OItc=0.3u2=4.875tn/su1A=4.68 m/s即两塔的通气量分别为V”=0.147 m3/s, Vs12=0.153m3/s(2)总的能量损失 X h厂Eh 口二汇h电=0.02 X155/0.2*/2+5 u/=12.5 u”279.25 J/Kg习题
41、26附图26 .用离心泵将20水经总管分别送至A, B容器内,总管流量为89tn/h3,总管直径为4)127 X 5mm o原出口压强为1.93X105Pa,容器B内水面上方表压为Ikgf/cn?,总管的流动阻力可忽略,各设备间的相对位置如本题附图所示。试求:(1)离心泵的有效压头He;(2)两支管的压头损失Hf, m , Hf)o.B)0解:(1)离心泵的有效压头总管流速口= Vs/A而 A =3600Xk/4X(117)2X 106u =2.3m/s在原水槽处与压强计管口处去截面列伯努利方程Zog + We = u2/2+ Po/q+E h f .总管流动阻力不计A h0We = u2/2
42、+ Po/e-Zog=2.32/2+1.93 X 107998.2-2 X 9.81=176.3司/Kg.有效压头 He = We/g=17.98m(2)两支管的压头损失在贮水槽和A、B表面分别列伯努利方程Zg + We = Zig + P/q+ E; h flZog + We=Z2g + P2/e+ h位得到两支管的能量损失分别为A h 日= Zog + We -(Zig + P/q)=2X9.81+176.38-(16X9.81+0)=39.04J/KgL h f2=Zog + We -(Z2g + P2/q)=2 X 9.81+176.38-(8 X 9.81+101.33X107998
43、.2)=16.0J/Kg压头损失 Hfl = E h fl/g =3.98 mHq = Zj h fz/g =1.63m习题27附图27 .用效率为80%的齿轮泵将粘稠的液体从敞口槽送至密闭容器中,两者液面均维持恒定,容器顶部压强表读数为30 X103Pao用旁路调节流量,起流程如本题附图所示,主管流量为14m3/h,管径为甲66X3mm,管长为80m (包括所有局部阻力的当量长度)。旁路的流量为5m3/h,管径为32X2.5mm,管长为20m (包括除阀门外的管件局部阻力的当量长度)两管路的流型相同,忽略贮槽液面至分支点。之间的能量损失。被输送液体的粘度为50mPas,密度为llOOkg/n
44、P,试计算:(1)泵的轴功率(2)旁路阀门的阻力系数。解:泵的轴功率分别把主管和旁管的体积流量换算成流速主管流速 u = V/A =14/3600X (汽/4) X (60)2X106=1.38 m/s旁管流速 ut = V/A =5/3600X(tc/4) X (27)2X10-6=2.43 m/s先计算主管流体的雷偌准数Re = due/=1821.62000属于滞流摩擦阻力系数可以按下式计算入二64/ Re =0.03513在槽面和容器液面处列伯努利方程We = Z2g + P2/e+hf=5X9.81+30X1071100+0.03513 X 1.382X 80/(60 X IO-3)
45、主管质量流量=120.93 J/Kgws= uAe=1.38 X (it/4) X (60)2 X 1100泵的轴功率=5.81Kg/sNe/y= We X ws/t=877.58 W=0.877KW旁路阀门的阻力系数旁管也为滞流其摩擦阻力系数入i =64/Re1=0.04434有效功 We=0+U/2+0+hf=u/2+ X u,/220/a + eu,/2旁路阀门的阻力系数e=(We -u/2-X - u/220/4)-2/u”7.1128 .本题附图所示为一输水系统,高仁I r二 f位槽的水面维持恒定,水分别从BCAJ,一7与BD两支管排出,高位槽液面与两C 0支管出口间的距离为11m, AB段内习题28附图径为38mm,长为58m; BC支管内径为32mm,长为12.5m; BD支管的内径为26mm,长为14m,各段管长均包括管件及阀门全开时的当量长度。AB与BC管的摩擦系数为0.03。试计算:当BD支管的阀门关闭时,BC支管的最大排水量为若干nP /h?当所有的阀门全开时,两支管的排水量各为若干m3/h? BD支管的管壁绝对粗糙度为0.15mm,水的密度为lOOOkg/nP,粘度为0.001 Pa , S
限制150内