发布时间 : 星期日 文章天津大学版化工原理上下册习题答案（2005夏清）更新完毕开始阅读f6bd1134ee06eff9aef8077b
21. 从设备送出的废气中有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤器，以回收这些 物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为3600m3/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1.96×103Pa。管壁的绝对粗糙度可取0.15mm，大气压强为101.33×103。求鼓风机的有效功率。
解：查表得该气体的有关物性常数ρ=1.093 , μ=1.96×10-5Pa·s
气体流速 u = 3600/(3600×4/π×0.252) = 20.38 m/s 质量流量 ωs = uAs = 20.38×4/π×0.252×1.093 =1.093 Kg/s
流体流动的雷偌准数 Re = duρ/μ= 2.84×105 为湍流型 所有当量长度之和 ι总=ι+Σιe =50m
ε取0.15时 ε/d = 0.15/250= 0.0006 查表得λ=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×u2/2 + 1×u2/2 + (0.0189×50/0.25)· u2/2 =1100.66
在1-1﹑2-2两截面处列伯努利方程
u2/2 + P1/ρ+ We = Zg + u2/2 + P2/ρ + ∑ｈ
We = Zg + (P2- P1)/ρ+∑ｈ
而1-1﹑2-2两截面处的压强差 P2- P1 = P2-ρ水gh = 1.96×103 - 103×9.81×31×103
= 1665.7 Pa
∴We = 2820.83 W/Kg
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泵的有效功率 Ne = We×ωs= 3083.2W = 3.08 KW
22. 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=1500mm；当闸阀部分开启时，测的R=400mm，h=1400mm。摩擦系数可取0.025，管路入口处的局部阻力系数为0.5。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le/d≈15，摩擦系数仍取0.025。
解: ⑴根据流体静力学基本方程, 设槽面到管道的高度为x ρ水g(h+x)= ρ水银gR
103×(1.5+x) = 13.6×103×0.6 x = 6.6m
部分开启时截面处的压强 P1 =ρ水银gR -ρ水gh = 39.63×103Pa 在槽面处和1-1截面处列伯努利方程 Zg + 0 + 0 = 0 + u2/2 + P1/ρ + ∑ｈ 而∑ｈ= ［λ(ι+Σιe)/d +ζ］· u2/2
= 2.125 u2
∴6.6×9.81 = u2/2 + 39.63 + 2.125 u2 u = 3.09/s
体积流量ωs= uAρ= 3.09×π/4×(0.1)2×3600 = 87.41m3/h ⑵ 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×(15 +ι/d)u2/2 u = 3.47m/s
取1-1﹑3-3截面列伯努利方程 P1'/ρ = u2/2 + 0.025×(15+ι'/d)u2/2 ∴P1' = 3.7×104Pa
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23. 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ρ= 999.7Kg/m3 μ = 130.77×10-5 Pa·s u = Vs/A = 10.85×10-3/d2 ∵ ∑ｈf = 6×9.81 = 58.86J/Kg ∑ｈf=(λ·ι/d) u2/2 =λ·150 u2/d 假设为滞流λ= 64/Re = 64μ/duρ ∵Hfg≥∑ｈf ∴d≤1.5×10-3 检验得Re = 7051.22 > 2000 ∴ 不符合假设 ∴为湍流 假设Re = 9.7×104 即 duρ/μ= 9.7×104 ∴d =8.34×10-2m
则ε/d = 0.0006 查表得λ= 0.021 要使∑ｈf≤Hfg 成立则 λ·150 u2/d≤58.86 d≥1.82×10-2m
24. 某油品的密度为800kg/m3，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ф89×3.5mm（包括阀门当量长度），进出口损
失可忽略。试求：（1）油的流量（m3/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：⑴ 在两槽面处取截面列伯努利方程 u2/2 + Zg + P1/ρ= u2/2 + P2/ρ+ ∑ｈf
∵P1= P2 Zg = ∑ｈf= λ·(ι/d)· u2/2
1.5×9.81= λ?(50/82×10-3)·u2/2 ① 假设流体流动为滞流,则摩擦阻力系数
λ=64/Re=64μ/duρ ②
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联立①②两式得到u =1.2m/s 核算Re = duρ/μ=1920 < 2000 假设成立 油的体积流量ωs=uA=1.2×π/4(82×103)2×3600 =22.8m3/h
⑵ 调节阀门后的体积流量 ωs'= 22.8×(1-20％)=18.24 m3/h
调节阀门后的速度 u=0.96m/s
同理由上述两式 1.5×9.81= λ?(ι/82×10-3)·0.962/2
λ=64/Re=64μ/duρ 可以得到 ι= 62.8m ∴阀门的当量长度ιe=ι-50 =12.8m
25. 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5u12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∑ｈ(ι＋∑ιe/d)· uf=λ·
2
/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：⑴两阀全开时，两塔的通气量
由本书附图１－２９查得d=200mm时阀线的当量长度 ιe=150m ∑ｈf1=λ·(ι1＋∑ιe1/d)· u12/2 + 5 u12 =0.02×(50+150)/0.2· u12/2 + 5 u12 ∑ｈf2=λ·(ι2＋∑ιe2/d)· u22/2 + 4 u12 = 0.02×(50+150)/0.2· u22/2 + 4 u12 ∵∑ｈf1=∑ｈf2
∴u12/ u22=11.75/12.75 即 u1 = 0.96u2 又∵Vs= Vs1 + Vs2
= u1A1+ u2A2 , A1 = A2 =(0.2)2π/4=0.01π
= (0.96u2+ u2)? 0.01π
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