化工原理（第二版）國防工業(yè)出版社課后習題及答案【完整版】

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1、第一章 流體流動 1-1 燃燒重油所得的燃燒氣，經(jīng)分析測知其中含8.5%CO2，7.5%O2，76%N2，8%H2O（體積%）。試求溫度為500℃×103Pa時，該混合氣體的密度。 解 Mm=MAyA+ MByB+ MCyC+ MDyD =44′8.5%+32′7.5%+28′76%+18′8% r=P Mm /(RT) ′′773) =/m3 1-2 ×103Pa的地區(qū)，某真空蒸餾塔塔頂真空表讀數(shù)為×104×104Pa的地區(qū)使塔內(nèi)絕對壓強維持相同的數(shù)值，則真空表讀數(shù)應為多少？ 解 塔內(nèi)絕對壓強維持相同，則可列如下等式 Pa1-×104= Pa2-P

2、 P = Pa2-Pa1×104 ×104Pa 1-3 敞口容器底部有一層深的水，其上部為深的油。求器底的壓強，以Pa表示。此壓強是絕對壓強還是表壓強？水的密度為1000kg/m3，油的密度為916 kg/m3。 解 表壓強P(atg)=r1gh1+r2gh2 =1000′′0.52+916′′ ′104Pa 絕對壓強P(ata)= P(atg)+ Pa 習題1-4附圖 1－調(diào)節(jié)閥； 2－鼓泡觀察器瓶； 3－U管壓差計； 4－通氣管； 5－貯罐 ′104′103 ′105 Pa 1-4 為測量腐蝕性液體貯槽內(nèi)的

3、存液量，采用如本題附圖所示的裝置?？刂普{(diào)節(jié)閥使壓縮空氣緩慢地鼓泡通過觀察瓶進入貯槽。今測得U型壓差計讀數(shù)R=130mmHg，通氣管距貯槽底部h=20cm，貯槽直徑為2m，液體密度為980 kg/m3。試求貯槽內(nèi)液體的儲存量為多少噸？ 解 壓縮空氣流速很慢，阻力損失很小，可認為b截面與通氣管出口截面a壓強近似相等，設h1為通氣管深入液面下方距離，因此 1-5 一敞口貯槽內(nèi)盛20℃的苯，苯的密度為880 kg/m3。液面距槽底9m，槽底側(cè)面有一直徑為500mm的人孔，其中心距槽底600mm，人孔覆

4、以孔蓋，試求： （1） 人孔蓋共受多少液柱靜止力，以N表示； （2） 槽底面所受的壓強是多少？ 解 人孔蓋以中心水平線上下對稱，而靜壓強隨深度做線性變化 因此可以孔中心處的壓強計算人孔蓋所受壓力 P=rg(H–h)=880′′(9– F=PA=′p′2′104N 習題1-6附圖 1-6 為了放大所測氣體壓差的讀數(shù)，采用如本題附圖所示的斜管式壓差計，一臂垂直，一臂與水平成20°角。若U形管內(nèi)裝密度為804 kg/m3的95%乙醇溶液，求讀數(shù)R為29mm時的壓強差。 解 習題1-7附圖 1-7用雙液體U型壓差計測定兩點間空氣的壓差，測

5、得R=320mm。由于兩側(cè)的小室不夠大，致使小室內(nèi)兩液面產(chǎn)生4mm的位差。試求實際的壓差為多少Pa。若計算時忽略兩小室內(nèi)的液面的位差，會產(chǎn)生多少的誤差？兩液體密度值見圖。 解 如本題附圖所示a-a 截面為等壓面，所以 若忽略兩小室內(nèi)液面的位差，則壓差為 習題1-8附圖 相差 ， 誤差（318.236-282.528）/318.236=11.22% 1-8 為了排除煤氣管中的少量積水，用如本題附圖所示的水封設備，水由煤氣管路上的垂直支管排出，已知煤氣壓強為1×105Pa(絕對壓強)。問水封管插入液面下的深度h應為若

6、干？當?shù)卮髿鈮簭妏a×104Pa，水的密度ρ=1000 kg/m3。 解 P=rgh+Pa 所以h=(P-Pa)/ rg′105′104′1000= 習題1-9附圖 1―精餾塔；2―冷凝器 1-9 如本題附圖示某精餾塔的回流裝置中，由塔頂蒸出的蒸氣經(jīng)冷凝器冷凝，部分冷凝液將流回塔內(nèi)。已知冷凝器內(nèi)壓強p1×105Pa（絕壓），塔頂蒸氣壓強p2×105Pa（絕壓），為使冷凝器中液體能順利地流回塔內(nèi)，問冷凝器液面至少要比回流液入塔處高出多少？冷凝液密度為810 kg/m3。 解 若使冷凝器中液體能順利地流回

7、塔內(nèi)，則 p1+rgh = p2 \h=(p2-p1)/ rg ′105′105′810= 習題1-10附圖 1-10為測量氣罐中的壓強pB，采用如本題附圖所示的雙液杯式微差壓計。兩杯中放有密度為ρ1的液體，U形管下部指示液密度為ρ2。管與杯的直徑之比d/D。試證： 解 等壓面為1-1截面，由靜力學方程可得 pB+r1gDh +r2gh = r1gh +pa pB= pa +(r1 -r2)gh -r1gDh 由 DhpD2/4=hpd2/4 可得 Dh=h(d/D)2 所以 1-11 列管換熱器的管束由121根φ25×的鋼管組成，

8、空氣以9m/s的速度在列管內(nèi)流動?？諝庠诠軆?nèi)的平均溫度為50℃，壓強為196×103×103Pa。試求： （1）空氣的質(zhì)量流量； 習題1-11附圖 1―殼體；2―頂蓋；3―管束；4―花板；5－空氣進出口。 （2）操作條件下空氣的體積流量； （3）將（2）的計算結(jié)果換算為標準狀態(tài)下空氣的體積流量。 注：φ25×鋼管外徑為25mm，壁厚為，內(nèi)徑為20mm。 解 操作條件下空氣的體積流量 空氣的質(zhì)量流量 操作條件下空氣的密度 所以 由于 標準狀態(tài)下空氣的體積流量 1-12 如本題附圖所示，高位槽內(nèi)

9、的水面高于地面8m，水從φ108×4mm的管路中流出，管路出口高于地面2m。在本題中，水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按hfu2計算，其中u為水在管內(nèi)的流速，試計算： （1）A－A截面處水的流速； （2）出口水的流量，以m3/h計。 解 在高位槽水面（1-1截面）和管路出口（2-2截面）列柏努利方程，地面為基準面 式中 Z1=8m， Z2=6m ，p1=0（表壓）， p2=0（表壓）， u1≈0 ， 將數(shù)值代入上式，并簡化得 u2=/s Q=u2A ′3600′′(108-2′4)′10-6 =3/s=81.95 m3/h

10、 習題1-12附圖 習題1-13附圖 1-13 在圖示裝置中，水管直徑為φ57××104×104Pa，設總壓頭損失為。求水的流量為若干m3/h？水密度ρ=1000kg/m3。 解 當閥門全閉時，壓力表讀數(shù)顯示了槽子液面流體的勢能，當閥門開啟后，勢能部分轉(zhuǎn)化為動能，部分消耗于阻力損失，列機械能衡算式 其中 所以 水的流量為 1-14 某鼓風機吸入管直徑為200mm，在喇叭形進口處測得U型壓差計讀數(shù)R

11、=25mm，指示液為水，如本題附圖所示。若不計阻力損失，空氣的密度為/m3，試求管路內(nèi)空氣的流量。 解 在喇叭進口和風機進口處列柏努利方程 其中， ， 代入柏努利方程可得 習題1-14附圖 習題1-15附圖 1-15 用離心泵把20℃的水從貯槽送至水洗塔頂部，槽內(nèi)水位維持恒定。各部分相對位置如本題附圖所示。管路的直徑均為φ76××103Pa，水流經(jīng)吸入管與排出管（不包括噴頭）的阻力損失可分別按hf1=2u2與hf2

12、=10u2計算。式中u×103Pa（表壓）。試求泵的有效功率。 解 在貯槽液面（1-1截面）及泵入口真空表處（2-2截面）列柏努利方程，貯槽液面為基準面 式中 Z1=0m， p1=0（表壓）， u1≈0 ，Z2， p2=-′103Pa（表壓）， 將數(shù)值代入，并簡化得: 解得 u2=2m/s 在貯槽液面（1-1截面）及排出管與噴頭相連接處（3-3截面）列柏努利方程，貯槽液面為基準面 式中 Z1=0m， p1=0（表壓），u1≈0 ，Z3=14m ， p3′103pa（表壓）， u3= u2=2m/s， 將數(shù)值代入上式，并簡化得 We=14g+p3

13、/r=14′′103′22 ws=uAr=2′′(76-2′2.5)2′10-6′1000=/s Ne=Wew s′7.9=2256W 1-16 如本題附圖所示，30℃的水由高位槽流經(jīng)直徑不等的兩段管路。上部細管直徑為20mm，下部粗管直徑為36mm。不計所有阻力損失，管路中何處壓強最低？該處的水是否會發(fā)生汽化現(xiàn)象？ 解 在高位槽液面（1-1截面）和管路出口（3-3截面）之間列柏努力方程,?以管路出口截面為基準面 式中 Z1=1m， p1=0（表壓），u1≈0 ，Z3=0m ， p3=0（表壓） 將數(shù)值代入上式，并簡化得 m/s 又根據(jù)連續(xù)性方程可知: u2= u3

14、(d3/d2)2 =u3(36/20)2 =1m/s 高位槽出口處細管的動能最大，位能較大，靜壓能最小，壓強最低，該處壓強為 查得30℃的水的飽和蒸汽壓為4247.4 Pa，，所以該處會發(fā)生汽化。 習題1-16附圖 習題1-17附圖 1―換熱器 2―泵 1-17 如本題附圖所示，一冷凍鹽水的循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的循環(huán)量為45 m3/h，管徑相同。流體流經(jīng)管路的壓頭損失自A至B的一

15、段為9m，自B至A的一段為12m。鹽水的密度為1100 kg/m3，試求 （1）泵的功率，設其效率為0.65； （2）若A×104Pa，則B處的壓力表讀數(shù)應為多少帕斯卡（Pa）？ 解（1）以管路上任一截面同時作為上下游截面,列伯努利方程得 則 DZ=0， Du=0， Dp=0，We=?hf=( Hf1+ Hf2)g=(9+12)g=21g 所以 Ne= We ws =21′′1100′45/3600 =2833W Ne= Ne /η =2883/0.65=4358W （2）在A、 B兩截面間列伯努利方程得 則

16、ZA=0， ZB=7m， uA= uB， pA=′104 Pa（表壓） ?hf= Hf1g=9g 所以B處的壓力表讀數(shù)為 1-18 在水平管路中，水的流量為L/s，已知管內(nèi)徑d1=5cm，d2=及h1=1m，如本題附圖所示。若忽略能量損失，問連接于該管收縮面上的水管，可將水自容器內(nèi)吸上高度h2為多少？水密度ρ=1000 kg/m3。 解 在1-1截面和2-2截面間列柏努利方程，以管中心為基準面 其中 ， 所以 由于 所以 習

17、題1-18附圖 習題1-19附圖 1-19 密度850 kg/m3的料液從高位槽送入塔中，如本題附圖×103Pa，進料量為5m3/h。進料管為φ38×的鋼管，管內(nèi)流動的阻力損失為30J/kg。問高位槽內(nèi)液面應比塔的進料口高出多少？ 解 在高位槽內(nèi)液面（1-1截面）和塔的進料口截面（2-2截面）間列柏努利方程，2-2截面為基準面 其中 ， ， ， ， 代入方程可得 1-20 有一輸水系統(tǒng)如本題附圖所示。輸水管徑為φ57×。已知管內(nèi)的阻力損失按hf=45×u2/2計

18、算，式中u為管內(nèi)流速。求水的流量為多少m3/s？欲使水量增加20%，應將水槽的水面升高多少？ 解 在水槽內(nèi)液面（1-1截面）和管子出口截面（2-2截面）間列柏努利方程，2-2截面為基準面 其中: ， ， ， ， 代入方程可得 所以 欲使水量增加20%，則 由 習題1-20附圖 習題1-21附圖 1-21 ×10－3m3/s的流量流經(jīng)一擴大管段。細管直徑d=40mm，粗管直徑D=80mm，倒U型壓差計中水位差R=170mm，如本題附圖所示，

19、求水流經(jīng)該擴大管段的阻力損失Hf，以?米水柱（mH2O）表示。 解 習題1-22附圖 1-22 貯槽內(nèi)徑D為2m，槽底與內(nèi)徑d0為32mm的鋼管相連，如本題附圖所示。槽內(nèi)無液體補充，液面高度h1=2m。管內(nèi)的流動阻力損失按hf=20u2計算。式中u為管內(nèi)液體流速。試求當槽內(nèi)液面下降1m所需的時間。 解 本題屬不穩(wěn)定流動。槽內(nèi)液面下降1m所需的時間可通過微分時間內(nèi)的物料衡算和瞬間的柏努利方程求解。 在dθ時間內(nèi)對系統(tǒng)作物料衡算。設F'、D'分別為瞬時進、出料率，dA'為dθ時間內(nèi)的積累量，則dθ時間內(nèi)的物料

20、衡算為 F' dθ - D' dθ=dA' 又設在dθ時間內(nèi)，槽內(nèi)液面下降dh，液體在管內(nèi)瞬間流速為u，故 代入上式，得 其中 ， ， ， ， ， ， 將上式積分，得 1-23 90℃的水流入內(nèi)徑為20mm的管內(nèi)，欲使流動呈層流狀態(tài)，水的流速不可超過哪一數(shù)值？若管內(nèi)流動的是90℃的空氣，則這一數(shù)值又為多少？ 解 查教材附錄可知 90℃水的黏度 ， 密度kg/m3 90℃空氣的黏度 ，

21、 密度kg/m3 由可得，欲使流動呈層流狀態(tài)則 水 空氣 1-24 由實驗得知，單個球形顆粒在流體中的沉降速度ui與以下諸量有關： 顆粒直徑d；流體密度ρ與粘度μ，顆粒與流體的密度差ρa－ρ；重力加速度g。試通過因次分析方法導出顆粒沉降速度的無因次函數(shù)式。 解 所以

22、 所以 1-25 用φ168×9mm的鋼管輸送原油，管線總長100km，油量為60000kg×107Pa。已知50℃時油的密度為890kg/m3·s。假定輸油管水平放置，其局部阻力忽略不計，試問為完成上述輸送任務，中途需幾個加壓站？所謂油管最大抗壓能力系指管內(nèi)輸送的流體壓強不能大于此值，否則管子損壞。 解 解法1： <2000， 屬于層流 所以需兩個加壓站。 解法2： ，

23、 所以需要兩個加壓站。 1-26 每小時將2×104kg×103Pa的真空度，高位槽液面上方為大氣壓。管路為φ76×4mm鋼管，總長50m，管線上有兩個全開的閘閥，一個孔板流量計（ζ=4）、五個標準彎頭。反應器內(nèi)液面與管出口的距離為15m。若泵的效率為0.7，求泵的軸功率。溶液ρ=1073 kg/m3，μ×10－4Pa·s，ε=。 解 在反應器內(nèi)液面與管出口之間列柏努利方程 其中 ， 屬于湍流。 據(jù)查 Moody圖可得 兩個閘閥全開： 一個孔板流量計： 五個標準彎頭： 入口阻力系數(shù)：

24、 習題1-26附圖 習題1-27附圖 1-27 用壓縮空氣將密閉容器（酸蛋）中的硫酸壓送到敞口高位槽。輸送流量為3/min，輸送管路為φ38×3mm無縫鋼管。酸蛋中的液面離壓出管口的位差為10m，在壓送過程中設位差不變。管路總長20m，設有一個閘閥（全開），8個標準90°彎頭。求壓縮空氣所需的壓強為多少（表壓）？硫酸ρ為1830kg/m3，μ·s，鋼管的ε為。 解 在密閉容器（酸蛋）液面（1-1截面）

25、與管路出口截面（2-2截面）間列柏努利方程，1-1截面為基準面， 其中 閘閥全開： 8個標準90°彎頭： 進口： = ， 屬于湍流。 據(jù)查 Moody圖可得 1-28 粘度為0.03 Pa·s、密度為900 kg/m3的液體自容器A流過內(nèi)徑40mm的管路進入容器B。兩容器均為敞口，液面視作不變。管路中有一閥門，閥前管長50m，閥后管長20m×104×104Pa?，F(xiàn)將閥門打開至1/4開度，閥門阻力的當量長度為30m。試求： （1）管路的流量； （2）閥前、閥后壓力表的讀數(shù)有何變化？

26、解 當閥全關時， 在A—A 、B—B之間列柏努利方程，閥所在管路中心為基準面， 檢驗，所以假設成立，流動為層流。 （2） 在A—A截面與1—1截面間列柏努利方程，閥所在管路中心為基準面 ， 其中， 習題1-28附圖 習題1-29附圖 1-29 如本題附圖所示，某輸油管路未裝流量計，但在A、B兩點的壓力表讀數(shù)分別為pA×106Pa，pB×106Pa。試估計管路中油的流

27、量。已知管路尺寸為φ89×4mm的無縫鋼管。A、B兩點間的長度為40m，有6個90°彎頭，油的密度為820 kg/m3，粘度為0.121 Pa·s。 解 在A-A 截面和B-B截面間列柏努利方程，泵安裝平面為基準面 其中 所以 設為層流 其中 檢驗，所以假設成立。 1-30 欲將5000kg/h的煤氣輸送100km，管內(nèi)徑為300mm×104Pa（絕壓），試求管路起點需要多大的壓強？ 設整個管路中煤氣的溫度為20℃，λ為0.016，標準狀態(tài)下煤氣的密度為/m3。 解 管路中

28、煤氣流速為 流動阻力損失為 所以 1-31 一酸貯槽通過管路向其下方的反應器送酸，槽內(nèi)液面在管出口以上。管路由φ38×無縫鋼管組成，全長（包括管件的當量長度）為25m。由于使用已久，粗糙度應取為。貯槽及反應器均為大氣壓。求每分鐘可送酸多少m3？酸的密度ρ=1650 kg/m3，粘度μ·s。（提示：用試差法時可先設λ=0.04）。 解 在槽內(nèi)液面及管出口截面間列柏努利方程，管出口截面為基準面， （1） 采用試差法，初設 ，代入上式可得 （2） 據(jù) 查 M

29、oody圖可得 ，假設與計算不一致。 再設 據(jù)查 Moody圖可得 假設與計算一致，所以體積流量為 1-32 水位恒定的高位槽從C、D兩支管同時放水。AB段管長6m，內(nèi)徑41mm。BC段長15m，內(nèi)徑25mm。BD長24m，內(nèi)徑25mm。上述管長均包括閥門及其它局部阻力的當量長度，但不包括出口動能項，分支點B的能量損失可忽略。試求： （1）D、C兩支管的流量及水槽的總排水量； （2）當D閥關閉，求水槽由C支管流出的水量。設全部管部的摩擦系數(shù)λ均可取0.03，且不變化，出口損失應另行考慮。 解 由于BC和BD兩管路并聯(lián)，所以有 得 由連續(xù)

30、性方程可得 （1） 在高位槽水面和C-C截面列柏努利方程，以C-C截面為基準面 式中 （2） （1）（2） （2）當D閥關閉時 對高位槽水面和C-C截面列柏努利方程，以C-C截面為基準面 其中 代入得 1-33 用內(nèi)徑為300mm的鋼管輸送20℃的水，為了測量管內(nèi)水的流量，采用了如本題附圖所示的安排。在2m長的一段主管路上并聯(lián)了一根直徑為φ60×的支管，其總長與所有局部阻力的

31、當量長度之和為10m。支管上裝有轉(zhuǎn)子流量計，由流量計上的讀數(shù)知支管內(nèi)水的流量為3/h。試求水在主管路中的流量及總流量。設主管路的摩擦系數(shù)λ為0.018，支管路的摩擦系數(shù)λ為0.03。 解 由于支管與總管并聯(lián)，所以 其中 習題1-32附圖 習題1-33附圖

32、 習題2-1附圖 第二章 流體輸送機械 2-1擬用一泵將堿液由敞口堿液槽打入位差為10m×104Pa（表壓），流量20m3/h。全部輸送管均為φ57×無縫鋼管，管長50m（包括局部阻力的當量長度）如本題附圖所示。堿液的密度ρ=1500kg/m3，粘度μ=2×10－3Pa·s。管壁粗糙度為。試求： （1） 輸送單位重量液體所需提供的外功。 （2） 需向液體提供的功率。 解 在貯槽液面（1-1截面）和管子出口（2-2截面）列柏努利方程，貯槽液面為基準面， 式中 Z1=0m ， p1=

33、0（表壓），u1≈0 ， Z2=10m， p2′104Pa（表壓），u2≈0 管中堿液流速為 為湍流，ε/d 據(jù)查 Moody圖，得λ Ne=HeQρg ′20/3600′1500′ ′103W 習題2-2 附圖 2-2 在本題附圖所示的IS100-80-125型離心泵特性曲線圖上，任選一個流量，讀出其相應的壓頭和功率，核算其效率是否與圖中所示一致。 解 查圖知 計算結(jié)果和圖中基本一致。 2-3 用水對某離心泵作實驗，得到下列實驗數(shù)據(jù)： 習題2-3 附表 Q/（L·min－1） 0 100 200 3

34、00 400 500 H/m 38 37 若通過φ76×4mm、長355m（包括局部阻力的當量長度）的導管，用該泵輸送液體。已知吸入與排出的空間均為常壓設備，兩液面間的垂直距離為4.8m，摩擦系數(shù)λ×105Pa（表壓），再求此時泵的流量。被輸送液體的性質(zhì)與水相近。 解 管路特性曲線為 管子內(nèi)徑 其中 習題2-3圖解 ，則 所以 用泵特性曲線和管路特性曲線作圖，可得兩曲線的交點的橫坐標為400L/mi

35、n。 ×105Pa（表壓）， 則管路特性曲線為 2-4 某離心泵在作性能試驗時以恒定轉(zhuǎn)速打水。當流量為71m3×104Pa，泵壓出口處壓強計讀數(shù)3.14×105Pa。兩測壓點的位差不計，泵進、出口的管徑相同。測得此時泵的軸功率為10.4kW，試求泵的揚程及效率。 解 在離心泵的吸入口（1-1截面）、壓出口（2-2截面）處建立柏努利方程 其中Z1= Z2，u1=u2 ，?Hf=0 泵的揚程= 泵的效率 ′71/3600′1000′′104 =65.2% 2-5用泵從江中取水送入一貯水池內(nèi)。池中水面高出江面30m。管路長度（包括局部阻力的當量長度在內(nèi)）為94m。要

36、求水的流量為20~40m3/h。若水溫為20℃，ε/d=0.001， （1）選擇適當?shù)墓軓? （2）今有一離心泵，流量為45 m3/h，揚程為42m，效率60%，軸功率7kW。問該泵能否使用。 解 （1） 查書后附錄，20℃水的密度和黏度分別為 ， 取江水流速為/s，按最大流量計算管徑， 根據(jù)管路規(guī)格，取φ102× d×2=95mm 以江面為1-1截面，貯水池水面為2-2截面，1-1截面為基準面，列柏努利方程 其中 據(jù)查 Moody圖可得： 所以 該泵可用。 2-6用一離心泵將貯水池中的

37、冷卻水經(jīng)換熱器送到高位槽。已知高位槽液面比貯水池液面高出10m，管路總長（包括局部阻力的當量長度在內(nèi)）為400m，管內(nèi)徑為75mm，換熱器的壓頭損失為32（u2/2g），摩擦系數(shù)取0.03，離心泵的特性參數(shù)見附表。 習題2-6附表 Q/（m3·s－1） 0 H/m 26 23 21 12 試求： （1）管路特性曲線； （2）泵的工作點及其相應的流量及壓頭。 解 高位槽和水池兩截面的 管路特性曲線為He=A+KQe2 其中 所以 He′105

38、Qe2 泵的工作點為泵特性曲線和管路特性曲線的交點，用泵特性曲線和管路特性曲線作圖，如習題2-6、2-7、2-8圖解所示，工作點為A，33/h，壓頭為20m。 A B C 2-7 若題6改為兩個相同泵串聯(lián)操作，且管路特性不變。試求泵的工作點及其相應流量及壓頭。 解 將單臺泵的特性曲線的縱坐標加倍，橫坐標保持不變，可求得兩臺泵串聯(lián)后的合成特性曲線 。串聯(lián)時工作點B如習題2-6、2-7、2-8圖解所示。工作點坐標為（5m3/s, ），即流量為3/h，壓頭為。 習題2-6、2-7、2-8圖解 2-8 若題6改為兩個相同泵并聯(lián)操作，且管路特性不變。試求泵的工作點及其相應流量及壓頭。

39、解 將單臺泵特性曲線的橫坐標加倍，縱坐標不變，便可求得兩泵并聯(lián)后的合成特性曲線。并聯(lián)時工作點C如習題2-6、2-7、2-8圖解所示。工作點坐標為（3/s, ），即流量為3/h，壓頭為。 2-9 熱水池中水溫為65℃。用離心泵以40m3/h的流量送至涼水塔頂，再經(jīng)噴頭噴出落入涼水池中，達到冷卻目的。已知水進噴頭前需維持49×103Pa（表壓）。噴頭入口處較熱水池水面高6m。吸入管路和排出管路的壓頭損失分別為1m和3m×103Pa計。 解 在熱水池水面（1-1截面）與噴頭入口處（2-2截面）處建立柏努利方程，以1-1截面為基準面， 其中 當水溫為65℃時，飽和蒸汽壓pv=2554

40、0Pa，密度ρ3。 管路中動壓頭可忽略，所以 習題2-10 附圖 據(jù)Qe=40m3/h， He=查 IS型泵系列特性曲線，選IS100-65-200型泵。 查教材附錄25泵規(guī)格，IS100-65-200型水泵必需氣蝕余量為3 m。 ~1m左右。 ×104Pa（其中液體處于沸騰狀態(tài)，即其飽和蒸汽壓等于釜中絕對壓強）。泵位于地面上，吸入管總阻力為液柱。液體的密度為986kg/m3，已知該泵的必需汽蝕余量（NPSH）r =，試問該泵的安裝位置是否適宜？如不適宜應如何重新安排？ 解 泵的安裝高度 負號表示塔內(nèi)液面在泵的上方

41、，為避免汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，液面應高于泵的入口截面，使液面差在6m以上。可降低泵的安裝高度或提高塔內(nèi)液面高度。 2-11 15℃的空氣直接由大氣進入風機而通過內(nèi)徑為800mm×103Pa。空氣輸送量為20000m3/h（15℃×103Pa），管長與管件、閥門的當量長度之和為100m，管壁絕對粗糙度取。欲用庫存一臺離心通風機，其性能如下：轉(zhuǎn)速：1450r/min；風壓：12650Pa；風量：21800 m3/h 試核算此風機是否合用。 解 查空氣（15℃×103Pa）的物性， 密度，黏度 空氣在管中的流速為 在風機進、出口間列柏努利方程 ×103×2× 據(jù)查 M

42、oody圖可得 將操作條件換成實驗條件（） 所以該風機可用。 ×105Pa（表壓）壓縮到1.08MPa（表壓）。若生產(chǎn)能力為460 m3/h（標準狀況），總效率為0.7，氣體進口溫度為－10℃，試計算該級壓縮機所需功率及氨出口時的溫度。 設壓縮機內(nèi)進行的是絕熱過程，氨的絕熱指數(shù)為1.29。 解 氨出口時的溫度 吸入容積 壓縮機所需功率 第三章 機械分離 3-1 計算直徑為50μm及3mm的水滴在30℃常壓空氣中的自由沉降速度。 解 假設水滴沉降處于斯托克斯

43、（Stokes）區(qū)，查附錄3可知30℃常壓空氣密度ρ=1.165 kg/m3，黏度μ=1.86×10－5Pa·s；查附錄4可知水滴密度ρS=998.2 kg/m3（取20℃）。 由 驗算: Ret 假設成立，計算結(jié)果正確。 同理d=3mm時， 驗算: Ret 不符合Stokes區(qū)規(guī)律，由Ret，重新假設沉降處于牛頓定律區(qū)， 根據(jù)牛頓區(qū)沉降速度公式 驗算: Ret，假設成立，計算結(jié)果正確。 3-2 試求直徑30μm的球形石英粒子在20℃水中與20℃空氣中的沉降速度各為多少？已知石英密度 ρs=2600kg/m3。 解 查附錄4得20℃水密度ρ=998.

44、2 kg/m3，黏度μ=100.50×10－5Pa·s； 查附錄3得20℃空氣密度ρ=1.205 kg/m3，黏度μ=1.81×10－5Pa·s。 假設石英粒子沉降處于斯托克斯（Stokes）區(qū)，在20℃水中沉降速度為 驗算: Ret 假設成立，計算結(jié)果正確。 在20℃空氣中沉降速度為 驗算: Ret 假設成立，計算結(jié)果正確。 3-3 若石英砂粒在20℃的水和空氣中以同一速度沉降，并假定沉降處于斯托克斯區(qū)，試問此兩種介質(zhì)中沉降顆粒的直徑比例是多少？已知石英密度ρs=2600kg/m3。 解 查附錄4得20℃水密度ρ=998.2 kg/m3，黏度μ=10

45、0.50×10－5Pa·s； 查附錄3得20℃空氣密度ρ=1.205 kg/m3，黏度μ=1.81×10－5Pa·s。 由斯托克斯區(qū)重力沉降速度公式 得， 沉降速度相同，則 ：1 3-4 將含有球形染料微粒的水溶液于20℃下靜置于量筒中1h，然后用吸液管在液面下5cm處吸取少量試樣。已知染料密度為3000kg/m3，問可能存在于試樣中的最大顆粒為多少μm？ 解 假設球形染料微粒沉降處于斯托克斯（Stokes）區(qū)，沉降速度為 較大顆粒沉降速度快，沉降距離長。量筒靜置1h后，沉降距離為5cm的最大顆粒直徑為dmax，對應沉降速度為 m/s 查附錄4得20℃水密

46、度ρ=998.2 kg/m3，黏度μ=×10－5Pa·s。 最大顆粒直徑 驗算: Ret 假設成立，計算結(jié)果正確。 3-5 氣流中懸浮密度4000kg/m3的球形微粒，需除掉的最小微粒直徑為10μm，沉降處于斯托克斯區(qū)。今用一多層隔板降塵室以分離此氣體懸浮物。已知降塵室長10m，寬5m，共21層，每層高100mm，氣體密度為1.1 kg/m3，黏度為0.0218mPa·s。問： （1）為保證10μm微粒的沉降，可允許最大氣流速度為多少？ （2）降塵室的最大生產(chǎn)能力（m3/h）為多少？ （3）若取消室內(nèi)隔板，又保證10μm微粒的沉降，其最大生產(chǎn)能力為多少？ 解 （1）為保證10μ

47、m微粒的沉降，氣流在降塵室內(nèi)的停留時間應不低于沉降時間 即θ≥θt或≥ 斯托克斯區(qū)重力沉降速度 另外，一般應保證氣體流動的雷諾準數(shù)處于層流區(qū)，以免干擾顆粒的沉降或把已沉降下來的顆粒重新?lián)P起。核算氣體流動類型 Re 所以，最大氣流速度應為m/s 。 （2）最大生產(chǎn)能力為 Vs≤nblut=21 5 10 0.01= m3/s=37800 m3/h （3）Vs≤blut=5 10 0.01= m3/s=1800 m3/h 若取消室內(nèi)隔板，又保證10μm微粒的沉降，其最大生產(chǎn)能力為1800m3/s。 3-6 試求密度為2000kg/m3的球形粒子在15

48、℃空氣中自由沉降時服從斯托克斯定律的最大粒徑及服從牛頓定律的最小粒徑。 解 查附錄3得15℃空氣密度ρ=（1.205 +1.247）/2=/m3， 黏度μ=（1.81+1.77）×10－5/2=1.79×10－5Pa·s。 斯托克斯定律區(qū)最大粒徑時，Ret 沉降速度 同理，牛頓定律區(qū)最小粒徑時， Ret 沉降速度 3-7 使用附圖所示標準式旋風分離器收集流化床鍛燒器出口的碳酸鉀粉塵，在旋風分離器入口處，空氣的溫度為200℃，流量為3800 m3/h（200℃）。粉塵密度為2290 kg/m3，旋風分離器直徑D為650mm。求此設備能分離粉塵的臨界直徑dc。

49、 解 臨界直徑計算公式 查附錄3得200℃空氣黏度μ=2.6×10－5Pa·s。 標準旋風分離器Ne=5 進口氣速 習題3-7、3-9附圖 3-8 速溶咖啡粉的直徑為60μm，密度為1050kg/m3，由500℃的熱空氣帶入旋風分離器中，進入時的切線速度為20m/s。在器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)半徑為。求其徑向沉降速度。又若在靜止空氣中沉降時，其沉降速度應為多少？ 解 查附錄3可知500℃空氣黏度μ=3.62×10－5Pa·s， 密度ρ

50、=0.456 kg/m3 假設離心沉降處于Stokes區(qū)，徑向沉降速度 驗算： Rer，假設不成立。 重新假設沉降處于阿倫區(qū)， 計算得ur=/s 驗算： Rer，假設成立，計算結(jié)果正確。 若在靜止空氣中沉降，假設沉降處于Stokes區(qū)， 重力沉降速度 驗算: Ret 假設成立，計算結(jié)果正確。 3-9 某淀粉廠的氣流干燥器每小時送出10000m3帶有淀粉顆粒的氣流。氣流溫度為80℃，此時熱空氣的密度為1.0 kg/m3，黏度為0.02mPa·s。顆粒密度為1500 kg/m3。采用附圖所示標準型旋風分離器，器身直徑D=1000mm。試估算理論上可分離的最小直徑及設備的流

51、體阻力。 解 旋風分離器入口速度 理論上可分離的最小直徑及臨界直徑 設備的流體阻力 3-10 某板框壓濾機恒壓過濾1h，共送出濾液11m3，停止過濾后用3m3清水（其黏度與濾液相同）在同樣壓力下進行濾餅的橫穿洗滌。設忽略濾布阻力，求洗滌時間。 解 若忽略介質(zhì)阻力，由恒壓過濾方程得m6/h 洗滌速率 == 洗滌時間 3-11 板框過濾機的過濾面積為2，在表壓150kPa恒壓下，過濾某種懸浮液。4h后得濾液80m3。過濾介質(zhì)阻力忽略不計。試求： （1）當其它情況不變，過濾面積加倍，可得濾液多少？ （2）當其它情況不變

52、，操作時間縮短為2h，可得濾液多少？ （3）若過濾4h后，再用5m3性質(zhì)與濾液相近的水洗滌濾餅，問需多少洗滌時間？ （4）當表壓加倍，濾餅壓縮指數(shù)為0.3時，4h后可得濾液多少？ 解 由恒壓過濾方程，得 m6/h （1）當其它情況不變，過濾面積加倍， 濾液量也加倍，此時V=160m3 （2）當其它情況不變，操作時間縮短為2h，，濾液量為 m3 （3）洗滌速率 == 洗滌時間 （4）當表壓加倍，濾餅壓縮指數(shù)為0.3時，由得 3-12 以總過濾面積為2，濾框厚25mm的板框壓濾機過濾20℃下的CaCO3懸浮液。懸浮液含CaCO3質(zhì)量分率為13.9%，濾餅中含水的質(zhì)量分率為5

53、0%，純CaCO3密度為2710kg/m3。若恒壓下測得其過濾常數(shù)K=1.57×10－5m2/s，qe=3/m2。試求該板框壓濾機每次過濾（濾餅充滿濾框）所需的時間。 解1 據(jù)恒壓過濾方程 得 濾餅體積即 V濾框×0.025=3 設1m3濾餅含水量xkg，則含碳酸鈣也是xkg 得x= 生成1m3 ×2）/1000=3 ×0.00125=3 過濾終了時單位面積的濾液量q=V/A3/m2 由恒壓過濾方程 (0.0474+0.00378)2=×10－5(θ+0.91) θ=166s 解2 以100kg濾漿為基準，則 因為 ，

54、所以 得 同理，由恒壓過濾方程 (0.0474+0.00378)2=×10－5(θ+0.91) θ=166s 3-13 有一葉濾機，自始至終在恒壓下過濾某種懸浮液時，得出過濾方程式為：q2+20q=250θ 式中 q——L/m2； θ——min。 在實際操作中，先用5min作恒速過濾，此時壓強由零升至上述試驗壓強，以后維持此壓強不變進行恒壓過濾，全部過濾時間為20min。試求： （1）每一循環(huán)中每平方米過濾面積可得濾液量； （2）過濾后用濾液總量1/5的水進行濾餅洗滌，問洗滌時間為多少？ 解 （1）由恒壓過濾方程 q2+20q=2

55、50θ 得 qe=10L/m2 K=250 L/(m4?min) 恒速過濾速度 所以恒速過濾階段獲得濾液 qR= L/m2 由先恒速后恒壓過濾方程 得 每一循環(huán)中每平方米過濾面積可得濾液量q= L/m2 （2）洗滌時間 3-14 有一轉(zhuǎn)筒過濾機，轉(zhuǎn)速為2r/min，每小時可得濾液4m3?，F(xiàn)要求每小時得濾液5m3，試求每分種轉(zhuǎn)數(shù)及濾餅厚度的變化。設操作中真空度不變，過濾介質(zhì)阻力可忽略。 解 因轉(zhuǎn)筒以勻速運轉(zhuǎn)，故浸沒度ψ就是轉(zhuǎn)筒表面任何一小塊過濾面積每次浸入濾漿中的時間（即過濾時間

56、）θ與轉(zhuǎn)筒回轉(zhuǎn)一周所用時間T的比值。若轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速為n r/min，則 在此時間內(nèi)，整個轉(zhuǎn)筒表面上任何一小塊過濾面積所經(jīng)歷的過濾時間均為 每分鐘獲濾液量 過濾介質(zhì)阻力可忽略，則 所以 n′=2× 第四章 傳 熱 4-1 紅磚平壁墻，厚度為500mm，一側(cè)溫度為200℃，另一側(cè)為30℃。設紅磚的平均導熱系數(shù)取0.57W/（m·℃），試求： （1）單位時間、單位面積導過的熱量； （2）距離高溫側(cè)350mm處的溫度。 解

57、(1) 已知 b=500mm=，t1=30℃, t2=200℃,λ=0.57W/（m·℃） q=λ（t2- t1）/b2 (2) b=350mm=, t2=200℃, q=193.8 W/m2 t1= t2- qb/λ =200-119 =81℃ 4-2 用平板法測定材料的導熱系數(shù)。平板狀材料的一側(cè)用電熱器加熱，另一側(cè)用冷卻水通過夾層將熱量移走。所加熱量由加至電熱器的電壓和電流算出，平板兩側(cè)的表面溫度用熱電偶測得（見附表）。已知材料的導熱面積為2，其厚度為，測得的數(shù)據(jù)如下，試求： （1）材料的平均導熱系數(shù)； （2）設該材料的導熱系數(shù)為，試求和a'。 習題4-2 附表

58、電熱器 材料表面溫度/℃ 電壓/V 電流/A 高溫側(cè) 低溫側(cè) 140 300 100 114 200 50 解 (1) 已知S= m2，b=，熱損失忽略不計。 Q1=140×2.8=λ1 λ1= W/（m·℃） Q2=114×2.28=λ2 λ2= W/（m·℃） =(λ1+λ2)/2=(λ1+λ2 W/（m·℃） (2) 根據(jù)，可得 解得W/(m·℃) 4-3 某燃燒爐的平壁由下列三種磚依次徹成； 耐火磚：導熱系數(shù)=1.05 W/（m·℃）； 厚度b1=； 絕熱磚：導熱系數(shù)=0.151 W/（m·℃）

59、 每塊厚度b2=； 普通磚：導熱系數(shù)=0.93 W/（m·℃） 每塊厚度b3=； 若已知耐火磚內(nèi)側(cè)溫度為1000℃，耐火磚與絕熱磚接觸處溫度為940℃，而絕熱磚與普通磚接觸處的溫度不得超過138℃，試問： （1）絕熱層需幾塊絕熱磚？ （2）此時普通磚外側(cè)溫度為多少？ 解 (1)已知=1.05 W/（m·℃），=0.151 W/（m·℃），=0.93 W/（m·℃），b1=， b2=，b3=，t1=1000℃, t2=940℃, t3<138℃。假定絕熱磚和與普通磚接觸處的溫度為138℃，穩(wěn)定傳熱下各層磚的傳熱通量相等，則 q1=λ1（t1- t2）/b1=1.05

60、×（1000-940）/0.23=273.91 W/m2 q1=q2=λ2（t2- t3）/(nb2)= ×（940-138）/(n×) n=1.92，取n=2 (2) 設普通磚外側(cè)溫度為t4,當n=2時，絕熱磚與普通磚接觸處的溫度t3不是138℃，應通過計算求得。根據(jù) q1= q2=λ2（t2- t3）/(nb2)= ×（940- t3）/(2×)， t3=℃ 對于普通磚, q3=q1=λ3（t3- t4）/b3 t4= t3- q1b3/λ3 =℃ 解法2： q1= q4= t4=℃ 4-4 Φ60×3mm鋁合金管（導熱系數(shù)按不銹鋼管選?。獍粚雍?0mm

61、石棉后，又包一層30mm(m·℃)(m·℃)。又已知管內(nèi)壁溫度為-110℃，軟木外側(cè)溫度為10℃，求每米管長所損失的冷量。若將兩保溫材料互換，互換后假設石棉外側(cè)的溫度仍為10℃不變，則此時每米管長上損失的冷量為多少？ 解 (1) 管規(guī)格為Φ60×3mm，因此b1=3mm=, b2= b3=30mm=m, d1=60-2×3=54mm, d2=60mm, d3=60+30×2=120mm, d4=60+30×2=180mm，查書后附錄11，壁的導熱系數(shù)近似取λ1= W/（m·℃），λ2=0.1 6 W/（m·℃）, λ3=0.04W/(m·℃)，t1=-110℃，t4=10℃。 dm1= (

62、d2- d1)/ln (d2/ d1)=(60-54)/ ln(60/54)==，同理 dm2==656m dm3== （2）λ2= W/（m·℃）, λ3W/(m·℃) W/m 4-5空心球內(nèi)半徑為r1、溫度為ti，外半徑為r0、溫度為t0，且ti＞t0，球壁的導熱系數(shù)為λ。試推導空心球壁的導熱關系式。 解 對半徑為r、厚度為dr的微元球?qū)樱鶕?jù)傅立葉定律，有 對上式積分得 4-6 在長為3m，內(nèi)徑為53mm的管內(nèi)加熱苯溶液。苯的質(zhì)量流速為172kg/（s·m2）。苯在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下：Pa·s；W/( m·℃)；kJ/(kg·℃

63、)。 試求苯對管壁的對流傳熱系數(shù)。 解 已知l=3m，di=，Pa·s，W/m·℃，kJ/(kg·℃)。 Pr= 因為，l/d=56.6<60，所以根據(jù)NuRePr 計算的傳熱系數(shù)應乘以校正項[1+(di/l)]，即 W/（m2·℃） 4-7 有一套管換熱器，內(nèi)管為Φ25×1mm，外管為Φ38×。冷水在環(huán)隙內(nèi)流過，用以冷卻內(nèi)管中的高溫氣體，水的流速為/s，水的入口溫度為20℃，出口溫度為40℃。試求環(huán)隙內(nèi)水的對流傳熱系數(shù)。 解 該題為求環(huán)隙內(nèi)(非圓形管)流體的對流傳熱系數(shù)。水的定性溫度為(20+40)/2=30℃，查附錄4，得ρ3，μ=80.07×10-5Pa·s，Pr=

64、5.42，λ＝61.76×10-2 W/( m·℃)。 當量直徑為 <104 根據(jù)NuRePr[1-(6×105)/Re]，有 W/（m2·℃） 4-8 某無相變的流體，通過內(nèi)徑為50mm的圓形直管時的對流傳熱系數(shù)為120W/(m2·℃)，流體的Re=2×104。假如改用周長與圓管相等，高與寬之比等于1∶2的矩形管，而流體的流速增加0.5倍，試問對流傳熱系數(shù)有何變化？ 解 設矩形管的高為a，則寬為2a，根據(jù)題意，2(a+2a)=，解得a=。 矩形管的當量直徑de= ，因為流體的密度和黏度不變，因此 >10000，因此可以用NuRePr計算。 因此矩形管內(nèi)流體的對流

65、傳熱系數(shù)比圓形管增加了49%。 4-9 某廠用冷水冷卻柴油。冷卻器為Φ14×8mm鋼管組成的排管，水平浸于一很大的冷水槽中，冷水由槽下部進入，上部溢出，通過槽的流速很小。設冷水的平均溫度為42.5℃，鋼管外壁溫度為56℃，試求冷水的對流傳熱系數(shù)。 解 該題屬無相變大空間冷水的自然對流傳熱，可根據(jù)Nu=c（GrPr）n計算水對流傳熱系數(shù)，即。 水的定性溫度t=℃，該溫度下水的有關物性由附錄4查得： λ＝64.78×10-2W/（m·℃），μ=5×10-5Pa·s，ρ=/m3，Pr，4.49×10-41/℃。 其中 l=do=m m2/s 所以 GrPr

66、=527817×=×106 由教材表4-4查得：c=0.53，。所以 W/（m2·℃） 4-10 室內(nèi)有二根表面溫度相同的蒸氣管，由于自然對流兩管都向周圍空氣散失熱量。已知大管的直徑為小管直徑的10倍，小管的（Gr·Pr）=108。試問兩水平管單位時間、單位面積的熱損失的比值為多少？ 解 設大管直徑為d，小管直徑為，，室內(nèi)溫度為t。因為兩根蒸氣管表面溫度相同，所以兩管與空氣的傳熱溫差△t相等，空氣的定性溫度相同，Pr準數(shù)相等。 對于無相變大空間自然對流傳熱系數(shù)，可根據(jù)計算，式中l(wèi)=d。 根據(jù)，大管的（GrPr）大=103×108，由教材表4-4查得，大管的c=0.13，，小管的=0.53，。所以 兩管單位時間、單位面積熱損失比值為： q大/ q小=α大/(α小)=＝9 4-11 飽和溫度為100℃的水蒸氣在長3m、外徑為的單根黃銅管表面上冷凝。銅管堅直放置，管外壁的溫度維持96℃，試求每小時蒸氣的冷凝量。 又若將管子水平放置，蒸氣的冷凝量又為多少？ 解 飽和蒸氣的溫度ts=100℃，由附錄7查得冷凝潛熱rkJ/kg，壁面溫度tw=96℃。冷凝液的