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精选优质文档-倾情为你奉上目 录第一章 流体流动与输送机械（2）第二章 非均相物系分离（38）第三章 传热（44）第四章 蒸发（70）第五章 气体吸收（74）第六章 蒸馏（96）第七章 固体干燥（120） 1. 某烟道气的组成为CO2 13，N2 76，H2O 11（体积） ，试求此混合气体 在温度 500、压力 101.3kPa时的密度。 解：混合气体平均摩尔质量 M m = y i M i = (0.13 44 + 0.76 28 + 0.11 18) 10 ?3 = 28.98 10 ?3 kg/mol 混合密度 m =pM m 101.3 10 3 28.98 10 ?3 = = 0.457kg/m 3 8.31 (273 + 500) RT 2已知 20时苯和甲苯的密度分别为 879 kg/m3和 867 kg/m3,试计算含苯 40及甲苯 60（质量）的混合液密度。 解： 1m=1a1+ 2a2=0.4 0.6 + 879 867 混合液密度 m = 871.8kg/m 3 3某地区大气压力为 101.3kPa，一操作中的吸收塔塔内表压为 130kPa。若在大气压力 为 75 kPa 的高原地区操作该吸收塔，且保持塔内绝压相同，则此时表压应为多少？ 解： p绝 = p a + p 表 = p a p 表 （ p 表 = ( p ap 真 )p a = 101.3130) ? 75 = 156.3kPa 4如附图所示，密闭容器中存有密度为 900 kg/m3的液体。容 器上方的压力表读数为 42kPa，又在液面下装一压力表，表中心线 在测压口以上 0.55m，其读数为 58 kPa。试计算液面到下方测压口 的距离。 解：液面下测压口处压力 p = p0 + gz = p1 + gh z = p1 + gh ? p 0 p ? p0 (58 ? 42) 10 3 = 1 +h= + 0.55 = 2.36m g g 900 9.81 5. 如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的 厚度分别为 700mm和 600mm。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知 油与水的密度分别为 800 kg/m3和 1000 kg/m3。 （1）计算玻璃管内水柱的高度； （2）判断 A 与 B、C 与 D 点的压力是否相等。 解： （1）容器底部压力 h1 h2 C 题5 附图 A B D p = p a + 油 gh1 + 水 gh2 = p a + 水 gh h= 油 h1 + 水 h2 水 = 油 水 h1 + h2 = 800 0.7 + 0.6 = 1.16m 1000 （2） p A p B pC = p D 6为测得某容器内的压力，采用如图所示的U形压力计，指示 液为水银。已知该液体密度为 900kg/m3，h=0.8m，R=0.45m。试计 算容器中液面上方的表压。 解：如图，1-2 为等压面。 1 2 p1 = p + gh p 2 = p a + 0 gR 题 6 附图 p + gh = p a + 0 gR 则容器内表压： p ? p a = 0 gR ? gh = 13600 0.45 9.81 ? 900 0.8 9.81 = 53.0 kPa 7如附图所示，水在管道中流动。为测得A-A、 B-B截面的压力差，在管路上方安装一U形压差计， 指示液为水银。已知压差计的读数R180mm，试计 算A-A、B-B截面的压力差。已知水与水银的密度 分别为 1000kg/m3和 13600 kg/m3。 解：图中，1-1面与 2-2面间为静止、连续的 同种流体，且处于同一水平面，因此为等压面，即 题7 附图 p1 = p1 ，p 2 = p 22 又 p1 = p A ? gm p1 = p 2 + 0 gR = p 2 + 0 gR = p B ? g (m + R) + 0 gR 所以 p A ? gm = p B ? g (m + R) + 0 gR 整理得 p A ? p B = ( 0 ? ) gR 由此可见， U 形压差计所测压差的大小只与被测流体及指示液的密度、读数 R 有关， 而与 U 形压差计放置的位置无关。 代入数据 p A ? p B = (13600 ? 1000) 9.81 0.18 = 22249Pa 8用U形压差计测量某气体流经水平管道两截面的压力差，指示液为水，密度为 1000kg/m3，读数R为 12mm。为了提高测量精度，改为双液体U管压差计，指示液A为含 40 乙醇的水溶液，密度为 920 kg/m3，指示液C为煤油，密度为 850 kg/m3。问读数可以放大 多少倍？此时读数为多少？ 解：用 U 形压差计测量时，因被测流体为气体，则有 p1 ? p 2 Rg 0 用双液体 U 管压差计测量时，有 p1 ? p 2 = R g ( A ? C ) 因为所测压力差相同，联立以上二式，可得放大倍数 0 R 1000 = = = 14.3 R A ? C 920 ? 850 此时双液体 U 管的读数为 R = 14.3R = 14.3 12 = 171.6mm 9图示为汽液直接混合式冷凝器，水蒸气与冷水相遇被冷凝为 水，并沿气压管流至地沟排出。现已知真空表的读数为 78kPa，求气 压管中水上升的高度 h。 解: p + gh = p a 题9 附图 3 水柱高度 h= pa ? p 78 10 3 = 3 = 7.95m g 10 9.81 10硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为764mm和573.5mm。已 知硫酸的密度为 1830 kg/m3，体积流量为 9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质 量流量； （2）平均流速； （3）质量流速。 解: (1) 大管: 76 4mm m s = V s ? = 9 1830 = 16470kg/h u1 =Vs 0.785d2=9 / 3600 0.785 0.068 2 = 0.69m/s G1 = u1 = 0.69 1830 = 1262.7kg/(m 2 ? s) (2) 小管: 57 3.5mm 质量流量不变 u2 = Vs 2 0.785d 2 m s 2 = 16470kg/h = 9 / 3600 0.785 0.05 2 = 1.27m/s 或: u 2 = u1 ( d1 2 68 ) = 0.69( ) 2 = 1.27 m/s d2 50 G 2 = u 2 ? = 1.27 1830 = 2324.1kg/(m 2 ? s) 11如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且 高位槽中液面恒定。现要求料液以 1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损 失为 20J/kg（不包括出口） ，试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。 解: 以高位槽液面为 1-1面,管出口内侧为 2-2面,在 1-1 2-2间列柏努 力方程: z1 g + p1 p 1 1 2 + u12 = z 2 g + 2 + u 2 + W f 2 2 简化: 1 2 H = ( u2 + W f ) / g 2 1 = ( 1 + 20) 9.81 = 2.09m 2 4 12一水平管由内径分别为 33mm及 47mm的两段直管组成，水在小管内以 2.5m/s的速 度流向大管，在接头两侧相距 1m的 1、2 两截面处各接一测压管，已知两截面间的压头损失 为 70mmH2O，问两测压管中的水位哪一个高，相差多少？并作分析。 解：1、2 两截面间列柏努利方程： h z1 + p1 p 1 2 1 2 + u1 = z 2 + 2 + u2 + h f g 2 g g 2 g d u 2 = u1 ? 1 ?d ? 2 ? ? 33 ? ? = 2.5? ? = 1.23m/s ? ? 47 ? ? 2 2 其中： z1 = z 2 h = 1 2 p1 ? p 2 1 1 2 2 = (u 2 ? u1 ) + h f = (1.23 2 ? 2.5 2 ) + 0.07 = ?0.17 m g 2g 2 9.81 说明 2 截面处测压管中水位高。这是因为该处动能小，因而静压能高。 13如附图所示，用高位槽向一密闭容器送水，容器中的 表压为 80kPa。已知输送管路为 48 3.5 mm 的钢管，管路系 统的能量损失与流速的关系为 W f = 6.8u 2 （不包括出口能量 损失） ，试求： （1） 水的流量； （2） 若需将流量增加 20，高位槽应提高多少 m？ 解： （1）如图在高位槽液面 1-1 与管出口内侧 2-2 间列柏努利方程 题 13 附图 10m z1 g + p2 p1 p 1 1 2 + u12 = z 2 g + 2 + u 2 + W f 2 2 （1） 简化： z1 g = 1 2 + u2 + W f 2 即 解得 流量 10 9.81 = 80 10 3 1 2 2 + u 2 + 6.8u 2 1000 2 u 2 = 1.57m/s VS = 4 d 2 u 2 = 0.785 0.0412 1.57 = 2.07 10 ?3 m 3 / s = 7.45m 3 /h 5 （2）流量增加 20，则 u 2 = 1.2 1.57 = 1.88m/s 此时有 z 1 g = z1 = ( p2 1 2 + u 2 + W f 2 80 10 3 1 + 1.88 2 + 6.8 1.88 2 ) / 9.81 = 10.78m 1000 2 即高位槽需提升 0.78m。 14 附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统， 丙烯由贮槽回 流至塔顶。丙烯贮槽液面恒定，其液面上方的压力为 2.0MPa （表压） ，精馏塔内操作压力为 1.3MPa（表压） 。塔内丙烯管 出口处高出贮槽内液面 30m，管内径为 140mm，丙烯密度为 600kg/m3。现要求输送量为 40103kg/h，管路的全部能量损 失为 150J/kg（不包括出口能量损失） ，试核算该过程是否需要 泵。 解:在贮槽液面 1-1与回流管出口外侧 2-2间列柏努利方程: 题 14 附图 z1 g + p1 p 1 1 2 + u12 + We = z 2 g + 2 + u 2 + W f 2 2 p1 + We = z 2 g + p 2 ? p1 p2 1 2 + u2 + W f 2 简化: We = ms 2 1 2 + u2 + z2 g + W f 2 40 10 3 600 3600 = 1.2m/s 0.785 0.14 2 u2 = 0.785d = We = (1.3 ? 2.0) 10 6 1 + 1.2 2 + 30 9.81 + 150 600 2 = ?721.6J/kg 不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中 15用压缩空气将密闭容器中的硫酸压送至敞口高位 输送管路为373.5mm 如附图所示。 输送量为 2m3/h， 槽， 6 题 15 附图 的无缝钢管。两槽中液位恒定。设管路的总压头损失为 1m（不包括出口） ，硫酸的密度为 1830 kg/m3。试计算压缩空气的压力。 解: 以容器中液面为 1-1面,管出口内侧为 2-2面,且以 1-1面为基准,在 1-12-2间列柏努力方程: p1 p 1 2 1 2 u1 + z1 = 2 + + u2 + z2 + h f g 2 g 2g 简化: p1 1 2 = u2 + z2 + h f g 2 g 其中: u 2 = Vs 2 / 3600 = = 0.786m/s 2 0.785 0.03 2 d 4 代入: p1 = g ( 1 2 u2 + z2 + h f ) 2g 1 0.786 2 + 12 + 1) 2 9.81 = 1830 9.81 ( = 234kPa (表压) 16某一高位槽供水系统如附图所示，管子规格为452.5mm。当阀门全关时，压 力表的读数为 78kPa。当阀门全开时，压力表的读数为 75 kPa，且此时水槽液面至压力表处 的能量损失可以表示为 W f = u 2 J/kg（u 为水在管内的流速） 。 试求： （1）高位槽的液面高度； 。 （2）阀门全开时水在管内的流量（m3/h） 解: (1) 阀门全关,水静止 题 16 附图 1 h p = gh h = p 78 10 3 = 3 = 7.95m g 10 9.81 (2) 阀门全开: 在水槽 1-1面与压力表 2-2面间列柏努力方程: 7 z1 g + p1 p 1 1 2 + u12 = z 2 g + 2 + u 2 + W f 2 2 p2 1 2 + u2 + W f 2 简化: z1 g = 7.95 9.81 = 解之: 75 10 3 1 2 2 + u2 + u2 1000 2 u 2 = 1.412m/s 4 流量: Vs = d 2 u 2 = 0.785 0.04 2 1.412 = 1.773 10 ?3 m 3 /s = 6.38m 3 /h 17用泵将常压贮槽中的稀碱液送至蒸发器中浓缩，如附图所示。泵进口管为89 3.5mm， 碱液在其中的流速为 1.5m/s； 泵出口管为763mm。 贮槽中碱液的液面距蒸发器入口处的垂直距离为 7m。碱液在 管路中的能量损失为 40J/kg（不包括出口）蒸发器内碱液蒸发 压力保持在 20kPa（表压） ，碱液的密度为 1100kg/m3。设泵的 效率为 58，试求该泵的轴功率。 解：取贮槽液面为 1-1 截面，蒸发器进料口管内侧为 2-2 截面，且以 1-1 截面为基准面。 在 1-1 与 2-2 间列柏努利方程： 题 17 附图 z1 g + p1 p 1 1 2 + u12 + We = z 2 g + 2 + u 2 + W f 2 2 We = ( z 2 ? z1 ) g + z1=0； z2=7m； （a） 或 p ? p1 1 2 2 (u 2 ? u1 ) + 2 + W f 2 （b） 其中： p1=0（表压） u10 ； p2=2010 Pa（表压） 3 已知泵入口管的尺寸及碱液流速， 可根据连续性方程计算泵出口管中碱液的流速： u 2 = u入 ( d入 2 82 ) = 1.5( ) 2 = 2.06 m/s d2 70 =1100 kg/m3， Wf=40 J/kg 8 将以上各值代入（b）式，可求得输送碱液所需的外加能量 We = 7 9.81 + 碱液的质量流量 1 20 10 3 2.06 2 + + 40 = 129 2 1100 J/kg ms = 4 d 2 u 2 = 0.785 0.07 2 2.06 1100 = 8.72 2 kg/s 泵的有效功率 N e = We m s = 129 8.72 = 1125W = 1.125kW 泵的效率为 58%，则泵的轴功率 N= Ne = 1.125 = 1.94 0.58 kW 18如附图所示，水以 15m3/h的流量在倾斜管中流过，管内径由 100mm缩小到 50mm。 A、B两点的垂直距离为 0.1m。在两点间连接一U形压差计，指示剂为四氯化碳，其密度为 1590 kg/m3。若忽略流动阻力，试求： （1） U 形管中两侧的指示剂液面哪侧高，相差多少 mm？ （2） 若保持流量及其他条件不变， 而将管路改为水平放置， 压差计的读数有何变化? 则 解：在 1-1 与 2-2 截面间列柏努利方程 z1 g + 其中： u1 = p1 p 1 1 2 + u12 = z 2 g + 2 + u 2 + W f 2 2 = 15 / 3600 0.785 0.12 = 0.531m/s VS 0.785d 12 u2 = VS 2 0.785d 2 = 15 / 3600 0.785 0.05 2 = 2.123m/s 题 18 附图 z 2 ? z1 = 0.1m W f = 0 （1） p1 ? p 2 1 2 = ( z 2 ? z1 ) g + (u 2 ? u12 ) 2 = 0.1 9.81 + 0.5 (2.1232 ? 0.5312 ) = 3.093 由静力学基本方程： 9 ( p1 + gz1 ) ? ( p 2 + gz 2 ) = ( 0 ? ) gR R= = ( p1 + gz1 ) ? ( p 2 + gz 2 ) ( p1 ? p 2 ) + g ( z1 ? z 2 ) = ( 0 ? ) g ( 0 ? ) g 3.093 1000 ? 1000 9.81 0.1 = 0.365m (1590 ? 1000) 9.81 （2） 故 U 形压差计两侧为左低右高。 （2）当管路水平放置时： 由柏努利方程 p1 ? p 2 p1 ? p 2 = 1 2 (u 2 ? u12 ) 2 Rg ( 0 ? ) 由静力学方程 = = 两式联立： Rg ( 0 ? ) 1 2 (u 2 ? u12 ) 2 可见，流量不变时， u1 , u 2 不变，即 U 形压差计读数不变。 19附图所示的是冷冻盐水循环系统。盐水的密度为 1100 kg/m3，循环量为 45 m3/h。 管路的内径相同，盐水从A流经两个换热器至B的压头损失为 9m，由B流至A的压头损失为 12m，问： （1）若泵的效率为 70，则泵的轴功率为多少？ （2）若 A 处压力表的读数为 153kPa，则 B 处压力表的读数 为多少？ 解: (1) 对于循环系统: H e = h f = 9 + 12 = 21m 题 19 附图 N e = H e ? V s g = 21 45 轴功率 : N = 3600 1100 9.81 = 2.83kW N e 2.83 = = 4.04kW 0.7 (2) A B列柏努力方程: pA p 1 2 1 2 + uA + zA = B + u B + z B + h fAB g 2 g g 2 g 10 简化: p A pB = + z B + h fAB g g 153 10 3 = p B + 1100 9.81 (7 + 9) p B = ?19656 p a (表) B 处真空度为 19656 Pa。 20用离心泵将 20水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。泵吸入与压出管 路直径相同，均为762.5mm。水流经吸入与压出管路（不包括喷头）的能量损失分别 ，式中，u 为水在管内的流速。在操作条件下，泵入 为 W f 1 = 2u 2 及 W f 2 = 10u 2 （J/kg） 口真空表的读数为 26.6kPa，喷头处的压力为 98.1kPa（表压） 。 试求泵的有效功率。 解：以水槽液面为 1-1 截面，泵入口处为 2-2 截面，且以 1-1 面为基准面。在两截面间列柏努利方程 z1 g + p1 p 1 1 2 + u12 = z 2 g + 2 + u 2 + W f 1 2 2 p2 1 2 + u2 + W f 1 = 0 2 简化为 z2 g + 题 20 附图 即 解得 1.5 9.81 ? u 2 = 2.18m/s 26.6 10 3 1 2 2 + u 2 + 2u 2 = 0 1000 2 在水槽 1-1 截面与喷头处 3-3 截面间列柏努利方程 z1 g + p1 p 1 1 2 + u12 + We = z 3 g + 3 + u 3 + W f 2 2 p3 1 2 + u3 + W f 2 简化为 We = z 3 g + p3 即 其中 We = z 3 g + u = u 3 = u 2 = 2.18m/s p 1 2 2 + u 3 + 2u 2 + 10u 2 = z 3 g + 3 + 12.5u 3 2 11 则 水的流量： 泵有效功率 We = 14 9.81 + m S = Vs = 98.1 10 3 + 12.5 2.18 2 = 294.8J/kg 1000 2 d u = 0.785 0.0712 2.18 1000 = 8.63kg/s 4 N e = m S We = 8.63 294.8 = 2544W = 2.544kW 2125水以 35m3/h的流量在763mm的管道中流动，试判断水在管内的流动类型。 解: 查附录 25水物性: = 996.95kg/m 3 , = 0.903cP u= Vs 0.785d 2 = 3600 = 2.53m/s 0.785 0.07 2 35 Re = du = 0.07 996 .95 2.53 = 1.955 10 5 ? 4000 ?3 0.903 10 为湍流 22运动黏度为 3.210 5m2/s的有机液体在763.5mm的管内流动，试确定保持管 内层流流动的最大流量。 解: Re = du du = = 2000 2000 2000 3.2 10 ?5 = = 0.927m/s 0.069 d 2 d u max = 0.785 0.069 2 0.927 = 3.46 10 ?3 m 3 /s 4 u max = Vmax = = 12.46m 3 /h 长 23 计算 10水以 2.710 3m3/s的流量流过573.5mm、 20m水平钢管的能量损失、 （设管壁的粗糙度为 0.5mm） 压头损失及压力损失。 解: u= Vs 0.785d 2 = 2.7 10 ?3 0.785 0.05 2 = 1.376m/s 10水物性: = 999.7 kg/m 3 , = 1.305 10 ?3 p a ? s Re = du 0.05 999.7 1.376 = = 5.27 10 4 1.305 10 ?3 12 d = 0.5 = 0.01 50 查得 = 0.041 l u2 20 1.376 2 = 0.041 = 15.53J/kg d 2 0.05 2 W f = h f = W f / g = 1.583m Pf = W f ? = 15525Pa 24. 如附图所示，水从高位槽流向低位贮槽，管路系统中有两个 90o标准弯头及一个截 止阀，管内径为 100mm，管长为 20m。设摩擦系数 = 0.03 ，试求： （1） 截止阀全开时水的流量； （2） 将阀门关小至半开，水流量减少的百分数。 解：如图取高位槽中液面为 1-1面，低位贮槽液面为 2-2截面，且以 2-2面为基准 面。在 1-1与 2-2截面间列柏努利方程： 1 2 p 1 2 p z1 g + u1 + 1 = z 2 g + u 2 + 2 + W f 2 2 其中： z1=4； z2=0； 简化得 u10； u20； p1=0（表压） ； p2=0（表压） 1 1 4m 2 2 z1 g = W f 题 24 附图 各管件的局部阻力系数： 进口突然缩小 90o标准弯头 2 个 截止阀（全开） 出口突然扩大 = 0.5 = 0.75 2 = 1.5 = 6.0 = 1.0 = 0.5 + 1.5 + 6.0 + 1.0 = 9.0 l ? u2 ? 20 ? u 2 ? W f = ? + ? = ? 9.0 + 0.03 = 7.5u 2 ? d? 2 ? 0.1 ? 2 ? 13 4 9.81 = 7.5u 2 u = 2.29 m/s 水流量 VS = 2 d u = 0.785 0.12 2.29 = 0.018m 3 / s = 64.8m 3 / h 4 （2）截止阀关小至半开时： 截止阀半开的局部阻力系数 此时总阻力 = 9.5 l ? u 20 ? u ? ? W f = ? + ? = ?12.5 + 0.03 = 9.25u 2 ? d? 2 ? 0 .1 ? 2 ? 阀门关小后，局部阻力发生变化，但由于高位槽高度 z1 不变，所以管路总阻力不变， 即 W f = W f 2 2 7.5u 2 = 9.25u 2 VS u = = VS u 即流量减少 10。 7 .5 = 0 .9 9.25 25如附图所示，用泵将贮槽中 20的水以 40m3/h的流量输送至高位槽。两槽的液位 恒定，且相差 20m，输送管内径为 100mm，管子总长为 80m（包括所有局部阻力的当量长 度） 。试计算泵所需的有效功率。(设管壁的粗糙度为 0.2mm) 解: u= 40 Vs 3600 = 1.415m/s = 2 0.785 0.12 d 4 20水物性： = 998.2kg/m 3 , = 1.005cP Re = du 0.1 998.2 1.415 = = 1.405 10 5 ?3 1.005 10 根据 / d = 0.2 / 100 = 0.002 ，查得 = 0.025 题 25 附图 在贮槽 1 截面到高位槽 2 截面间列柏努力方程: z1 g + p1 p 1 1 2 + u12 + We = z 2 g + 2 + u 2 + W f 2 2 14 简化: 而: We = z 2 g + W f W f = l + le u 2 80 1.415 2 = 0.025 = 20.0J/kg d 2 0.1 2 We = 20 9.81 + 20.0 = 216.2J/kg m s = V s ? = 40 3600 998.2 = 11.09kg/s Ne = We ? m s = 216.2 11.09 = 2398W 2.40kW 26 有一等径管路如图所示， A 至 B 的总能量损失为 W f 。 从 若压差计的读数为 R，指示液的密度为 0 ，管路中流体的密度为 ，试推导 W f 的计算式。 解：在 A-B 截面间列柏努利方程，有 p 1 2 1 2 zAg + + u A = z B g + B + u B + W f 2 2 等径直管，故上式简化为 pA 题 26 附图 zAg + pA = zB g + pB + W f p A ? pB W f = (z A ? z B )g + 对于 U 形压差计，由静力学方程得 （1） p A + z A g = p B + ( z B ? R) g + R 0 g ( p A ? p B ) + ( z A ? z B ) g = R( 0 ? ) g (1)、 （2）联立，得 (2) W f = R( 0 ? ) g 27 求常压下 35的空气以 12m/s 的速度流经 120m 长的水平通风管的能量损失和压力 损失。管道截面为长方形，长为 300mm，宽为 200mm。 （设 d 0.0005） 解: 当量直径: 15 de = 4ab 2ab 2 0.3 0.2 = = = 0.24m 2(a + b) a + b 0.3 + 0.2 35空气物性: = 1.1465kg/m 3 , = 18.85 10 ?6 p a ? s Re = 由 d e u = 0.24 1.1465 12 = 1.752 10 5 ?6 18.85 10 d = 0.0005 ,查得 = 0.019 l u2 120 12 2 = 0.019 = 684J/kg de 2 0.24 2 W f = P f = W f ? = 684 1.1465 = 784.2Pa 黏度为 1.5 mPas 的 28 如附图所示， 密度为 800 kg/m3、 液体， 由敞口高位槽经1144mm的钢管流入一密闭容器中， 其压力为 0.16MPa（表压） ，两槽的液位恒定。液体在管内的 流速为 1.5m/s， 管路中闸阀为半开， 管壁的相对粗糙度 d 0.002，试计算两槽液面的垂直距离 z 。 解: 在高位槽 1 截面到容器 2 截面间列柏努力方程: 题 28 附图 z1 g + p1 p 1 1 2 + u12 = z 2 g + 2 + u 2 + W f 2 2 zg = p2 + W f 简化: Re = 由 du d = 0.106 800 1.5 = 8.48 10 4 1.5 10 ?3 = 0.002 ,查得 = 0.026 管路中: 进口 90弯头 半开闸阀 出口 = 0.5 = 0.75 = 4.5 =1 2个 16 W f = ( l u2 30 + 160 1.5 2 + ) = (0.026 + 0.5 + 2 0.75 + 4.5 + 1) d 2 0.106 2 = 60.87 J/kg z = ( p2 0.16 10 6 + W f ) / g = ( + 60.87) / 9.81 = 26.6m 800 29从设备排出的废气在放空前通过一个洗涤塔，以除去其中的有害物质，流程如附图 所示。气体流量为 3600m3/h，废气的物理性质与 50的空气相近，在鼓风机吸入管路上装 有U形压差计，指示液为水，其读数为 60mm。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 55m（不包括进、出塔及管出口阻力） ，放空口与鼓风机进口 管水平面的垂直距离为 15m，已估计气体通过洗涤塔填料层的压力降为 2.45kPa。管壁的绝 对粗糙度取为 0.15mm，大气压力为 101.3 kPa。试求鼓风机的有效功率。 解: 以吸入管测压处为 1-1面,洗涤塔管出口内侧为 2-2面, 列柏努力方程: z1 g + p1 p 1 1 2 + u12 + We = z 2 g + 2 + u 2 + W f 2 2 P1 + We = Z 2 g + W f 简化: 题 29 附图 其中: p1 = H 2O gR = 1000 9.81 0.06 = 588.6p a u= Vs 0.785 d 2 = 3600 = 20.38m/s 0.785 0.25 2 = 1.093kg/m 3 , = 19.6 10 ?6 p a ? s 3600 50空气物性: Re = du 0.25 1.093 20.38 = = 2.84 10 5 ?6 19.6 10 又 查得 d = 0.15 = 0.0006 250 = 0.018 17 W f = ( = ( l + le u2 + 进 + 出 ) + W f塔 2 d l + le u 2 p + 进 + 出 ) + d 2 55 20.38 2 2.45 10 3 + 1.5) + 0.25 2 1.093 = (0.018 = 3375J/kg We = z 2 g + W f ? p1 / = 15 9.81 + 3375 ? 588.6 / 1.093 = 2983.6J/kg Ne = m s ? We = V s ? ? We = 3600 3600 1.093 2983.6 = 3.26kW 30. 密度为 850kg/m3的溶液，在内径为 0.1m的管路中流动。当流量为 4.210-3m3/s时， 溶液在 6m长的水平管段上产生 450Pa的压力损失，试求该溶液的黏度。 解：流速 u= VS 0.785d 2 = 4.2 10 ?3 0.785 0.12 = 0.535m/s 设液体在管内为层流流动，则 p f = 32lu d2 = 450 0.12 = 0.0438Pa ? s 32 6 0.535 黏度 校核 Re： Re = = p f d 2 32lu du 0.1 850 0.535 = = 1038 2000 0.0438 流动为层流，以上计算正确。该液体的黏度为 0.0438Pas。 31 黏度为 30cP、 密度为 900kg/m3的某油品自容器A流过内径 40mm的管路进入容器B 。 两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门，阀前管长 50m， 阀后管长 20m（均包括所有局部阻力的当量长度） 。当阀门全关时， 阀前后的压力表读数分别为 88.3kPa和 44.2kPa。 现将阀门打开至 1/4 18 题 31 附图 开度，阀门阻力的当量长度为 30m。试求： （1）管路中油品的流量； （2）定性分析阀前、阀后压力表读数的变化。 解： （1）阀关闭时流体静止，由静力学基本方程可得： p1 ? p a 88.3 10 3 zA = = = 10 m g 900 9.81 zB = p 2 ? p a 44.2 10 3 = = 5m g 900 9.81 当阀打开 1 4 开度时，在 A 与 B 截面间列柏努利方程： zAg + 其中： 1 2 pA 1 2 p uA + = z B g + u B + B + W f 2 2 p A = p B = 0 (表压)， u A = u B = 0 则 有 l + l e u 2 ( z A ? z B ) g = W f = d 2 （a） 由于该油品的黏度较大，可设其流动为层流，则 = 64 64 = Re du 64 l + l e u 2 32 (l + l e )u = 2 du d d 2 代入式（a） ，有 (z A ? zB )g = u = d 2 (z A ? zB )g 0.04 2 900 (10 ? 5) 9.81 = = 0.736 m/s 32 (l + l e ) 32 30 10 ?3 (50 + 30 + 20) 校核： 假设成立。 Re = du = 0.04 900 0.736 = 883.2 0 ， d 3220苯由高位槽流入贮槽中，两槽均为敞口，两槽液面恒定且相差 5m。输送管为 383mm 的钢管（ 0.05mm）总长为 100m（包括所有局部阻力的当量长度） ，求苯的 流量。 解: 在两槽间列柏努力方程,并简化: zg = W f 即: zg = l + le u 2 d 2 代入数据: 100 u 2 5 9.81 = 0.032 2 化简得: u 2 = 0.03139 20 d 查完全湍流区 设 = 0.05 = 0.00156 32 = 0.022 u = 1.22m/s = 0.021 , 由(1)式得 由附录查得 20苯物性: = 879 kg m 3 = 0.737 mPa s Re = du = 0.032 879 1.22 = 4.66 10 4 0.737 10 ?3 查图， = 0.026 再设 = 0.026 ，由（1）得 u = 1.10m/s 0.032 879 1.10 = 4.20 10 4 ?3 0.737 10 假设正确 Re = 查得 = 0.26 u = 1.10m/s 流量： V s = 3 3 2 d u = 0.785 0.032 2 1.1 = 8.84 10 ? 4 m = 3.183 m s h 4 33某输水并联管路，由两个支路组成，其管长与内径分别为：l1 = 1200m ，d 1 = 0.6m ； l 2 = 800m ， d 1 = 0.8m 。已知总管中水的流量为 2.2m3/s，水温为 20，试求各支路中水的 流量。 （设管子的粗糙度为 0.3mm） 解：设两支路中的流动均进入阻力平方区，由 / d1 = 0.3 / 600 = 0.0005 及 / d 2 = 0.3 / 800 = 0. ，查得 1 = 0.017 ， 2 = 0.0156 VS 1 : VS 2 = = 5 d15 d2 : 1 (l + l e )1 2 (l + l e ) 2 0.6 5 0.8 5 : = 0.0617 : 0.162 0.017 1200 0.0156 800 VS 2 = 又 0.162 VS 1 = 2.6256VS 1 0.0617 VS = VS1 + VS 2 = 3.6256VS1 21 V S1 = VS 2.2 = = 0.61m 3 /s 3.6256 3.6256 V S
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