寧波工程學(xué)院化工原理計(jì)算題

1、第一單元 流體流動(dòng)1-1 U型管壓差計(jì)測(cè)量蒸汽鍋爐水面上方的蒸汽壓，如圖 1-1 所示， U型管壓差計(jì)的指示液為水銀，兩 U 型管的連接管內(nèi)充滿水。已知水銀面與基準(zhǔn)面的垂直距離分別為：h1=2.3m, h2=1.2m, h 3=2.5m, h 4=1.4m, h 5=3m,大氣壓強(qiáng) Pa=745mmH。g 試求鍋爐上方水蒸汽的壓強(qiáng) P0 。解： 由靜力學(xué)方程得：pcpaHg g(h1h2)pcpg水 g(h3h2 ) PB水 g(h3h2)pApBHg g(h3h4)pApo水g(h5h4)pcpaHg g(h1h2)pcpapBpC水 g(h3h2)pApBpopA水 g(h5h4)圖 1-

2、1Hg g(h1 h2)Hg g(h3 h4)由以上各式可得： po paHg g (h1 h2) (h3 h4 ) 水g (h3 h2) (h5 h4 )74576010133013600 9.81( 2.3 1.2)(2.5 1.4)1000 9.81(2.5 1.2) (3 1.4)23.64 105 Pa本題是靜力學(xué)方程與 U型壓差計(jì)的應(yīng)用。1-2 密度為 850kg/m3 的某液體由敞口高位槽從 894mm的管道中流出， 高位槽液面高于地面 12m，管路出口高于地面 3m（如圖 1-2） 。已知該液體流經(jīng)2 3m系統(tǒng)的總能量損失可按 （ hf） Wf =7.5u 2 計(jì)算， u 為液

3、體在管內(nèi)的流速 m/s 。試計(jì)算：圖 1-21）管內(nèi)液體的流速；2）該液體的體積流量和質(zhì)量流量（分別以m3/h 和 kg/h ）。解：1） 在 1-1 與 2-2 之間列柏努利方程 ,，以 0-0 為基準(zhǔn)面22u1p1u2 p2gz1we gz2wf22已知： z 1=12m, z 2=3m, u 1=u2 0， p 1=p2=0( 表壓) We=0 , W f =7.5u 2 得： 12(9.81)=3(9.81) + 7.5u 2 u=3.43m/s2) V=u A=3.43 (3.14/4)(0.0812)=0.0177 m3/s=63.7 m3/h m=V =63.7 850=5414

4、5 kg/h 本題是練習(xí)柏努利方程、體積流量與質(zhì)量流量的計(jì)算及相互換算。1-3 質(zhì)量流量為 16200kg/h 的 25%氯化鈉（ NaCl）水溶液在 503mm的鋼管中流過。已 知水溶液的密度為 1186kg/m3，粘度為 2.3 10 - 3Pas。 求：1）判斷該水溶液的流動(dòng)類型；2）計(jì)算在層流時(shí)的最大流速。解：1）判斷流動(dòng)類型16200us36002.4972.5 m/sA(0.044)2 1186Redu0.044 2.5 1186567224000 為湍流2.3 10 32）求層流時(shí)的最大流速層流時(shí)， Re 準(zhǔn)數(shù)最大值為 2000，相應(yīng)的流速即為 umax滯Redumax 滯0.0

5、44 1186 umax 滯2.3 102000得 umax 滯 0.088 m/s本題是練習(xí) Re 數(shù)的計(jì)算及其流型判斷。1-4 某車間輸水管路為 603.5mm的鋼管，流速為 4m/s ，因生產(chǎn)情況有變動(dòng)，預(yù)使流速 減至 2.5m/s 左右，而用水量不變。擬采用兩個(gè)改進(jìn)方案：1)換一根粗管； 2)增加一根管子。求兩種方案各應(yīng)選用管子的型號(hào)。解： 1)換一根粗管根據(jù)連續(xù)性方程： Vs u1 A1 u2 A2即：22Vs(0.053) 2 4d粗 2.544所以： d粗4 (0.053) 0.067 m。粗 2.5故可選無縫熱軋鋼管，規(guī)格為 763.5mm 此時(shí)管內(nèi)實(shí)際流速： 2V4(0.05

6、3) ?4u s 4 2.36m/ sA 4 (0.069)22 )增加一根管子Vs 不變，總體積流量為兩根管子內(nèi)體積流量之和，用d 增 表示所增加管子的內(nèi)徑，則：2Vs(0.053) 2 4 (0.053)2 2.5 d增 2.54 4 4得： d增4 (0.053)2 2.5 (0.053)2 0.041m。503.5mm。增 2.5 可選無縫熱軋鋼管，規(guī)格為 此時(shí)新增管子內(nèi)實(shí)際流速為：22V4(0.053)2 ?44(0.053)2 ?2.5u s 4 4 2.28m/sA4(0.043)2本題要求掌握管子的選擇方法。1-5. 粘度為 0.075Pas，密度為 900kg/m3的某種油品

7、，以 36000kg/h 的流量在 1144.5mm 的鋼管中作定態(tài)流動(dòng)。求： 1)該油品流過 15m管長時(shí)因摩擦阻力而引起的壓強(qiáng)降Pf 為多少？： 2)若流量加大為原來的 3 倍，其它條件不變，則直管阻力 hf 又為多少？取鋼管壁面 絕對(duì)粗糙度為 0.15mm。解： 1）求 Pf 。求 u 及Re。36000vsuA3600 900 1.284 m/s2 (0.105) 24Re du0.105 1.284 9000.0751617.8 2000 屬層流求 ，hf 及求Pf 。hfPf64Re641617.80.03956l u20.03956d2hf 900 4.659150.105(1.

8、284)2 4.659 J/kg24193.1Pa2)當(dāng)流量為原來的 3 倍而其它條件不變，則 u=3 1.284=3.852m/sRe=31617.8=4853.44000 屬湍流應(yīng)據(jù) Re 值及 /d 值查莫狄圖求 相對(duì)粗糙度 /d=0.15 10 - 3/0.105=1.43 10 -3 及 Re=4853.4查出 =0.0215hf22 l u2 0.0215 15 (3.852)2 d 2 0.105 222.79 J/kg說明: 求壓降（阻力），必須先求 Re，確定流型后才能選用對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式。1-6 某車間丙烯精餾塔的回流系統(tǒng)如圖 1-3 所示，塔內(nèi) 操作壓強(qiáng)為 1304kPa（

9、表壓），丙烯貯槽內(nèi)液面上方的壓強(qiáng) 為 2011kPa （表壓），塔內(nèi)丙烯出口管距貯槽的高度差為 30m，管內(nèi)徑為 145mm，送液量為 40t/h 。丙烯的密度為 600kg/m3，設(shè)管路全部能量損失為 150J/kg 。問：將丙烯圖 1-3we 值后才能判斷從貯槽送到塔內(nèi)是否需要用泵？計(jì)算后簡要說明。解： 1）將丙烯從貯槽送到塔內(nèi)是否用泵，必須用柏努利方程式求出 2）取貯槽液面為 1- 1截面，且定為基準(zhǔn)水平面， 取塔內(nèi)丙烯出口管的管口為 2-2 截面， 如圖示3）在兩截面間列出柏努利方程：z1g2u12P1z2g2u22P2hf1 23已知： ： z1=0， z2=30m， u10， u2

10、 可求出， P 1=2011kPa，=600kg/m 3，P2 =1304kPa ，hf1 2 =150kJ/kg 。4）求 u2 及 we。u240 1033600(z21.12m / s(0.145)2 600422u2 u1 P2 P12z1)g2 hf1 2 30 9.81 (1.12)2(1.3042.011) 106150 733.4J /kg600說明： we 的涵義是外加功，計(jì)算結(jié)果 we 為負(fù)值，說明系統(tǒng)不需要外加功，而依靠貯槽與塔 兩個(gè)設(shè)備的壓強(qiáng)差即可滿足輸送丙烯的要求。1-7 用一虹吸管將 80熱水從高位槽中抽出，兩容器中 水面恒定（如圖 1-4 ）。已知 AB長 7m，

11、BC 長 15m（均包括 局部阻力的當(dāng)量長度） ，管路內(nèi)徑為 20mm，摩擦系數(shù)可取 為 0.023 。試求：1）當(dāng) z1 3m時(shí)，水在管內(nèi)的流量；2）在管子總長不變的情況下，欲使流量增加20，則 H1應(yīng)為多少 ?圖 1-43）當(dāng) H13m時(shí)，管路頂點(diǎn) B可提升的最大高度 ;4）對(duì)計(jì)算結(jié)果作簡要說明。解： 1）如圖所示，在高位槽液面（為1-1 截面）與低位槽液面（為 2-2 截面）間列柏努利方程z1g1 2 p12u1z2g1 2 p2 u222Wf ,1 2其中：z 1=3m；u1u2 0； p1= p2=0（表壓）；z2=0簡化z1gWf ,1 2l l e u2d2流速2gz1d(l l

12、e)2 9.81 3 0.020.023 221.525m / s流量2）欲使流量增加此時(shí)1.2u 1.21.525 1.83m / sH1Wf2lle u 2d2所以H12u22 1.8320.023 4.31m d 2g 0.022 9.81leVd2u 0.785 0.022 1.525 4.789 10 4m3/s 1.724m3 /h420%，需增大兩容器中水位的垂直距離。3）H1一定時(shí)， B 點(diǎn)的位置愈高，其壓力愈低。當(dāng)pB降至同溫度下水的飽和蒸汽壓時(shí)，水將汽化，流體不再連續(xù)，以此確定管路頂點(diǎn)提升的最大高度。查得 80水的飽和蒸汽壓為 47.38kPa ，密度為 977.8kg/m

13、3 。在 1-1 與 B-B間列柏努利1 2 p11 2 pB方程：z1gu11 zB guB B W f,1 B22簡化z1g1uBWf ,1 B1 2 B f ,1 B22H 2,maxp1 pB uBl le uBg 2g d 2g（101.3 47.38） 1037 1.5252（1 0.023 ）977.8 9.810.02 2 9.814.55m4）說明虹吸管是實(shí)際中經(jīng)常遇到的管路，由以上計(jì)算可知：輸送量與兩容器間的距離有關(guān)，距離越大，流量越大；虹吸管的頂點(diǎn)不宜過高，以避免液體在管路中汽化，尤其是輸送溫度較高、易揮發(fā)的液體時(shí)更需注意。1-8 用離心泵將常溫水從蓄水池送至常壓高位 槽

14、（如圖 1-5 所示）。管路為 57 3.5 mm的光滑管，直管長度與所有局部阻力 （包括孔板） 的當(dāng) 量長度之和為 250m。輸水量用孔板流量計(jì)測(cè)量，孔板孔徑 do 20 mm，流量系數(shù)為 0.61 ，從水池面到A點(diǎn)的管長（含所有局部阻力當(dāng)量長度）80m，兩 U 形壓差計(jì)的指示液均為汞。摩擦系數(shù)0.3164 30R.3e10.6254計(jì)算。若水流量為7.42 m3/h ， 求：圖 1-5每 kg 水從泵所獲得的有效功；A 截面處 U形壓差計(jì)讀數(shù) R1；孔板處壓差計(jì)讀數(shù) R2解： 1）在低位槽1-1 ）與高位槽（ 2-2）之間列柏努利方程，且以低位槽（ 1-1）截面為基準(zhǔn)： We2up zg2

15、upWf式中， u1 u20 ， p1 p2 0 （表壓）， z1 0 ， z2 15m7.42/36002 1.05m/ s0.785 0.052Redu52500 ，0.3164 0.0209Re0.25Wfl le u 57.6J /kg d2代入，We15 9.807 57.6204.7J /kg2）A截面 U形管壓差計(jì)讀數(shù) R1 ：在 A-A與 2-2 間列柏努利方程，并簡化式中，所以2pA u2z2gWf ,A 2u 1.05m / s ，Wf,ApA4.84對(duì)于 U形壓差計(jì)R1pAz21m2 0.0209 2500.05104Pa （表壓）3）80 1.052 39.17J /k

16、gpA 1.5 R1 g1.5 g 4.84 104R1 Ag1.5 1000 9.81 0.511m13600 1000 9.81孔板流量計(jì)的 U 形壓差計(jì)讀數(shù) R2 ：VS7.423600R2C0 A02R2A g20.61 0.02240.468m2 13600 1000 9.81R21000說明：本題是有關(guān)流體力學(xué)的綜合計(jì)算題，其中包括柏努利方程求 we ）、靜力學(xué)基本方程（求 R1），能量損失計(jì)算（求w f ），孔板流量計(jì)應(yīng)用（求 R2）等。1-9 如圖 1-6 所示，從自來水總管接一管 段 AB向?qū)嶒?yàn)樓供水，在 B 處分成兩路各通圖 1-6向一樓和二樓。兩支路各安裝一球形閥，出口分

17、別為 C 和 D。已知管段 AB、BC和 BD的長度 分別為 100m、 10m和 20m（僅包括管件的當(dāng)量長度） ，管內(nèi)徑皆為 30mm。假定總管在 A 處的 表壓為 0.343MPa，不考慮分支點(diǎn) B 處的動(dòng)能交換和能量損失，且可認(rèn)為各管段內(nèi)的流動(dòng)均 進(jìn)入阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)皆為 0.03 ，試求：1）D閥關(guān)閉， C閥全開（6.4）時(shí)， BC管的流量為多少？2）D 閥全開， C 閥關(guān)小至流量減半時(shí)， BD管的流量為多少？總管流量又為多少？解： 1）在 A-C 截面（出口內(nèi)側(cè)）列柏努利方程2 pA uA gzAA2AgzCpC2 uCwf ,A C zAzCuApC 0( 表)wf,AC(

18、lABl BCd入口2 ) uC2 閥)2pAl AB lBC( 入口d21)u2C2uC3.43 10510002 /(0.03100 100.030.5 6.4 1)=2.41m/suCd 2=2.4140.0324331.71 10 3m3 /s2） D 閥全開， C 閥關(guān)小至流量減半時(shí)：在 A-D 截面（出口內(nèi)側(cè)）列柏努利方程（不計(jì)分支點(diǎn)B 處能量損失）2 pAuAgzA A2AgzD2 pDuD2wf,A D其中： zA 0， zD 5muA 0pD 0(表)wf ,A DAB入口 ）l BD閥）2uD2pA 5gl ABd入口 ）l BDd1)2uD2uD2VD / d 2 4Vc

19、V2c VDd2424VD /0.0321414.7VD0.85 10 V D 1414.7VD 1.204(0.03)23.43 10510001009.81 (0.0301.0003 0.5)2(1414.7VD 1.20)2 20 D (0.03 2 0.0326.4 1) (1414.7VD)2化簡得1.28 108VD2 1.7 105VD221.59 0解得：VD 8.10 10 4m3 / s總管流量V VC VD 8.5 10 4 8.110 4 1.66 10 3m3/ s說明：對(duì)于分支管路，調(diào)節(jié)支路中的閥門（阻力），不僅改變了各支路的流量分配，同時(shí)也改變了總流量。但對(duì)于總管

20、阻力為主的分支管路，改變支路的阻力，總流量變化不大。10第二單元 流體輸送機(jī)械2-1. 離心泵在一定輸送流量范圍和轉(zhuǎn)速下， 壓頭和流量間關(guān)系可表示為 H 252.0Q2（式中 H 單位為 m， Q 單位為 m/min ）。若將該泵安裝在特定管路內(nèi)，該管路特性方程可表示為2H e 20 1.86Qe 。（式中 H單位為 m， Qe為 m3/min ）。試求： 1）輸送常溫下清水時(shí)，該泵的流量、壓頭和軸功率。2）輸送密度為 1200Kg/m3 的水溶液時(shí)，該泵的流量、壓頭和軸功率。 假設(shè)該泵的效率為 60。Q Qe ， H解： 1）根據(jù)離心泵的工作點(diǎn)定義可得： 求輸送常溫下清水時(shí)，該泵的性能。H

21、e 可得： 25 2.0Q220 1.86Q2，即 3.86Q2 53 3 3得： Q 1.138m /min=68.3m /h=0.019m /s 。 H 25 2.0Q2 25 2 (1.138)2 22.4mN QHP1021.1386022.4 1000102 0.66.942Kw2）求輸送密度為 1200Kg/m3 的水溶液時(shí)，該泵的性能。當(dāng)輸送液體的密度改變時(shí)，泵的流量和壓頭不變。故：3Q Q 0.019m /s， H H 22.4mNQH而軸功率發(fā)生變化，1020.019 22.4 1200102 0.68.345Kw本題要求掌握離心泵特性參數(shù)的計(jì)算及流體密度對(duì)其性能參數(shù)的影響。

22、2-2. 在某特定管路系統(tǒng)中，用離心泵輸送清水。當(dāng)泵的出口閥全開時(shí)，管路特性方程為He 18 1.3 10 Qe （Qe 單位是 m3/s ）。現(xiàn)關(guān)小閥門調(diào)節(jié)流量，當(dāng)泵的流量為0.012m3/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的壓頭為 44m。試求：1）關(guān)小閥門后的管路特性方程。 2）關(guān)小閥門造成壓頭損失占泵提供壓頭的百分?jǐn)?shù)。11解： 1)求關(guān)小閥門后的管路特性方程。 本題中， K不發(fā)生變化，而 B 值因關(guān)小閥門而變大。關(guān)小閥門后離心泵特性不變。22 K、Q、H值代入管路特性方程，可得： 44 18 BQe2 ，即 44 18 B(0.012)2 可解出 B 1.806 105故關(guān)小閥門后管路特性方程為：52He 1

23、8 1.806 105 Qe22) 流量為 0.012m3/s 時(shí)，原管路所要求的壓頭為：H e 18 1.3 105 (0.012)2 18 18.72 36.72m 故關(guān)小閥門多耗的壓頭為： H H H e 44 36.72 7.28mH 7.28 關(guān)小閥門造成的壓頭損失占泵提供壓頭的百分?jǐn)?shù)為： 100% 16.55%H 44本題是離心泵管路特性曲線的練習(xí)及管路閥門局部阻力對(duì)泵壓頭的影響。2-3. 某造紙廠抄紙車間一臺(tái)揚(yáng)克式紙機(jī)，原生產(chǎn)郵封紙，所配置得白水泵 (離心水泵)其流 量為 Q 20m3/h ，揚(yáng)程 H為 31m，軸功率 N為 2.6Kw，配套電機(jī) 4.5Kw?，F(xiàn)因市場變化，該紙機(jī)

24、轉(zhuǎn)產(chǎn)衛(wèi)生紙，白水泵流量比原來下降10，揚(yáng)程下降 20。若不更換泵，而將原白水泵Q、 H和 N：葉輪外徑切割 5，其它尺寸不變，改用 3Kw電機(jī)拖動(dòng)。問此方案是否可行？解： 據(jù)離心泵得切割定律，可算出葉輪外徑切割5后，泵的QD22 得：QD2HD2 2(DD22)2HN(DD2)3D2N由1)由2)由3)Q得：得：D2 Q 0.95D2 Q 0.95QD2D20.9Q又因 N 2.6Kw，則 NH (DD2)2D2N (DD2)3D20.857N 0.8570.95D2 2(0.9D52D2 )2 H0.95D2 3(0.9D52D2 )3 N2.6 2.23Kw0.903H 0.8H0.857

25、 N取安全系數(shù)為 1.2 倍來配套電機(jī)，則所需配套電機(jī)功率為：1.2 2.23 2.68Kw 3Kw4)由計(jì)算結(jié)果知，原水泵葉輪外徑切割5后，流量、揚(yáng)程、所配電機(jī)功率都適用，故此方案可行。122-4 用某離心油泵從貯槽取液態(tài)烴類至反應(yīng)器，貯槽液面恒定，其上方絕壓為660KPa，泵安裝于貯槽液面以下 1.6m 處。吸入管路得壓頭損失為 1.6m 。輸送條件下液態(tài)烴的密度為530Kg/m3，飽和蒸氣壓為 645KPa，輸送流量下泵的氣蝕余量為3.5m，請(qǐng)分析該泵能否正常操作。解：題給泵的氣蝕余量，可由下式求泵的安裝高度 HgpapvgNPSHH f0 13(660 645) 103530 9.81

26、3.5 1.62.21m1）輸送流量為 25m3/h、溫度為20C的水；2）輸送流量為 25m3/h、溫度為60C的水；33）輸送流量為 25m3/h、溫度為20C的油；飽和蒸汽壓 2.674310 Pa，密度 740kg/m )4）輸送流量為 30 m3/h、溫度為20C的水為安全起見，離心泵得實(shí)際安裝高度應(yīng)至少比計(jì)算值減0.5m，為：2.21m 0.5m 2.71m由題給條件， 目前泵的安裝高度為 -1.6m-2.71m ，表明泵的安裝高度已偏高， 很可能發(fā)生氣 蝕現(xiàn)象，故該泵不能正常操作。本題要求掌握離心泵的氣蝕現(xiàn)象及離心泵的安裝高度的確定。2-5 用某種型號(hào)的離心泵從敞口容器中輸送液體

27、， 離心泵的吸入管長度為 12m，直徑為 62mm。0.028 ，總局部阻力系數(shù)假定吸入管內(nèi)流體流動(dòng)已進(jìn)入阻力平方區(qū)，直管摩擦阻力系數(shù)為2.1 ，當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簽?.013 105Pa。試求此泵在以下各種情況下允許安裝高度為多少？5）輸送流量為 25m3/h 的沸騰水。解： 1）從泵的樣本查得，該泵在流量為25m3/h，允許汽蝕余量為2.0m。吸入管內(nèi)流速： u14Qd24* 2523.14* 0.0622 *36002.30m / s吸入管路阻力損失：Hf2 u 2g0.03 10 2.1 2.320.0622* 9.811.87m20 C 水的飽和蒸汽壓2.33kPa 。此時(shí)泵的允許安裝高度

28、為：13H p0 gmaxgpv gh H f51.01 1023301000 9.811000 9.812)60 C水的飽和蒸汽壓 19.93kPa ，代入上式解得：p0pv1.01 10519930H gmaxh H fgg1000 9.811000 9.813)20 C 油飽和蒸汽壓2.67104Pa，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式得：p0pv1.01 10526700H gmaxhHfgg740 9.81740 9.812.02.02.0流量變化，則吸入管路阻力也要變化。1.871.871.876.22m4.42m6.41m此時(shí)，u14Qd24*3023.14* 0.0622 * 36002.76

29、m / sHfu22g100.030.0622.122.7622.69m2* 9.81最大允許安裝高度：Hp0pvHg max51.01 1023302.0 2.69 5.4m1000 9.811000 9.815)液體沸騰時(shí)，pvp0此時(shí)， H gmax2.0 1.873.87m說明： 影響離心泵最大允許安裝高度的因素可以概括為以下幾個(gè)方面：流體的種類，一般來說，蒸汽壓越大，最大允許安裝高度越低； 流體的溫度，溫度越高，最大允許安裝高度越低； 流體流量，流量越大，吸入管路阻力越大，最大允許安裝高度越低； 儲(chǔ)槽壓力和吸入管路配置情況；當(dāng)被輸送液體沸騰時(shí)， 最大允許安裝高度與流體的種類無關(guān)， 主

30、要取決于流體的流量和吸 入管路的阻力?？梢?，生產(chǎn)中流體溫度和流量的上浮都可能導(dǎo)致原本正常工作的泵發(fā)生汽蝕。 因此， 計(jì) 算泵的最大允許安裝高度時(shí)，應(yīng)以可能的最高操作溫度和流量來計(jì)算。142-6 用離心泵將 20的水從水池送入高壓高位 槽（見圖 2-1 ）。泵的進(jìn)、出口處分別裝有真空表 及壓力表。在一定轉(zhuǎn)速下測(cè)得離心泵的流量 Q 、 揚(yáng)程 H e 、泵出口壓力 p 表、泵入口真空度 p真以及 泵的軸功率 N ?，F(xiàn)改變以下各條件之一而其它條 件不變，問上述離心泵各參數(shù)將如何變化？1）出口閥門開度增大；32）液體密度改為 1500 kg/m 3；3）泵葉輪直徑減小 5%；4）轉(zhuǎn)速提高 5%。解：1）

31、出口閥門開度增大， 則管路阻力變小， 管路特性曲線變平緩； 但其起點(diǎn) A z p/ g度增大將使工作點(diǎn)向右下方移動(dòng) （圖中由 D到 E），結(jié)果是流量 Q增大、揚(yáng)程 He 下降、軸功率 N上升。以低位槽液面為上游截面（ 1-1 ）、以壓力表所在處為下游截面（ 4-4 ），寫柏努利方程：p12u11 z1 H ep42u4z4g2gg2gH f 1 42l le u4p壓gp4 p1ggHez1 z42 u4 2gH f1 4 H ez1 z4d 2g1）不變；泵的特性不會(huì)發(fā)生變化。因此，出口閥門開當(dāng)出口閥門開大時(shí)，上式右端各變量中，He下降、 u4上升；其余量都不變。因此，壓力表讀數(shù)下降。以低位

32、槽液面為上游截面（ 1-1 ）、以壓力表所在處為下游截面（ 3-3 ），寫柏努利方程：p真p1p32 u3H f1 3z3 z1ggg3 1 2g2）15p12 u1p32 u3H f1 3z1z3g2gg2g當(dāng)出口閥門開大時(shí)，上式右端各變量中，表讀數(shù)上升。2）高位槽為密閉容器，故管路特性曲線在H軸上截距 A z p/ g 中的 p為正。當(dāng)被輸送液體密度增大時(shí)， A下降，管路特性曲線向下平移， 如圖所示。工作點(diǎn)由 A 點(diǎn)移到 B 點(diǎn)。結(jié)果是流量 Q增大、揚(yáng)程 He下降、軸功率 N上升（ 泵的 HQ曲線不隨被輸送液體密度的變化而變化）。當(dāng)流量增加時(shí)，管內(nèi)流速和能量損失都增大，由式（ 2）可知，真

33、空表讀數(shù)增大。以壓力表所在處 （ 4-4）為上游截面，以管路出口處2-2 ）為下游截面，寫柏努利方程：2p3 u3z3 g 2gp2g2 u2z2 H f 3 22g 2 f 3 2p壓 p3gg其中 u2 u3 。由式（ 3）可以看出，流量增加時(shí)，管路能量損失增大，在流體密度上升的情p2gz2 z3H f3 23）u3 上升、 H f1 3 上升，其余量不變。因此，真空而工作點(diǎn)由泵的特性和管路的特性共同決定。況下，壓力表讀數(shù)是增加的。3）葉輪直徑減小 5%時(shí)泵的特性曲線變化情況如圖所示，特性曲線由1 變?yōu)?3，工作點(diǎn)由 C變?yōu)?D，結(jié)果是流量 Q減小、揚(yáng)程 He 下降、軸功率 N下降。（用切

34、割定律也可得到相同的結(jié) 論）流量減小時(shí)，管路能量損失減小，由式（ 2）可 知，真空表讀數(shù)下降。流量減小時(shí)，管路能量損失減小，由式（ 3）可 以看出，壓力表讀數(shù)要減小。4）轉(zhuǎn)速提高 5%時(shí)泵的特性曲線變化如圖所示， 特性 曲線由 1 變?yōu)?2，工作點(diǎn)由 C 變?yōu)?E，結(jié)果是流量 Q 增加、揚(yáng)程 He 上升、軸功率 N上升。由式（ 3）可知，壓力表讀數(shù)增加；由式（ 2）可知，真空表讀數(shù)增加。說明 ：離心泵的工作狀態(tài)與其工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)，16 變這兩種特性都可以使工作點(diǎn)發(fā)生變化， 對(duì)應(yīng)的流量、壓力、 軸功率、壓力表和真空表都會(huì) 發(fā)生變化。工程上，離心泵所在管路的流量調(diào)節(jié)也正是基于這一原理而實(shí)現(xiàn)的。17第三

35、單元 沉降與過濾3-1 用落球法測(cè)定某液體的粘度（落球粘度計(jì)），將待測(cè)液體置于玻璃容器中測(cè)得直徑為36.35mm的鋼球在此液體內(nèi)沉降 200mm所需的時(shí)間為 7.32s, 已知鋼球的密度為 7900kg/m 3，液 體的密度為 1300 kg/m 3。試計(jì)算液體的粘度。200解：（ 1）鋼球的沉降速度 ut h 1000 0.2732m/ st 7.32 （2）假設(shè)沉降在滯留區(qū)，則可用斯托克斯公式計(jì)算：utd 2( s )g18d2( s )g (6.35 10 3)2 (7900 1300) 9.81s 5.309Pa S18ut18 0.027323) 核算流型：Retdut6.35 10

36、 3 0.02732 13005.3090.04248 1故假設(shè)成立，求出的 有效。本題要求掌握重力沉降速度的計(jì)算。3-2 采用降塵室回收常壓爐氣中所含球形固體顆粒。降塵室底面積為 10 ，高 1.6m。操33 作條件下氣體密度為 0.5kg/m 3，粘度為 2.0 10 5Pa s ，顆粒密度為 3000 kg/m 3。氣體體積3流量為 5m/s 。試求：1）可完全回收的最小顆粒直徑；2）如將降塵室改為多層以完全回收20 m 的顆粒，求多層降塵室的層數(shù)及板間距。解： 1）設(shè)沉降運(yùn)動(dòng)處在層流區(qū)，則能完全回收的最小顆粒直徑：dmin1852 10 559.813000 0.61078.2 mV5

37、校核：最小顆粒的沉降速度： u0 VAs0 150 0.5m/ s18Red minu78.2 100.5 0.610 51.173 2 ，近似認(rèn)為沉降運(yùn)動(dòng)處于層流區(qū)。2）20 m的顆粒也要能全部回收，所需要的降塵面積可按下式計(jì)算（既然直徑為78.2 m 的顆粒尚能處于層流區(qū)，則 20 m 的顆粒沉降也一定處在層流區(qū)） ：A018 Vsg s d2018 2 10 5 59.813000 0.620 10 6 22153m2需要降塵面積為 153 ，所以降塵室應(yīng)改為 16層（ 15 塊隔板），實(shí)際降塵面積為 160。 層間距為 0.16m。說明 ： 就設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)而言，降塵室的處理量主要取決于

38、其底面積而與高度無關(guān)；由本 題可以看出， 當(dāng)處理量一定時(shí)， 完全分離出更小的的粒徑就必須擴(kuò)大降塵室的底面積， 這是 通過多層結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的 。3-3 用一多層降塵室以除去爐氣中的礦塵。礦塵最小粒徑為8m，密度為 4000 kg/m3 。降塵室內(nèi)長 4.1m，寬 1.8m，高 4.2m，氣體溫度為 427，粘度為 3.4 10-5Pas，密度為 0.5 kg/m3 ，若每小時(shí)的爐氣量為 2160 標(biāo)準(zhǔn) m3。試求降塵室內(nèi)的隔板間距及層數(shù)。解： 1）操作條件下爐氣處理量為：1.54m3 /s2160 273 427Vs3600 2732）假設(shè)沉降在滯流區(qū)，可求出ututd2 ( s )g1862(8

39、 10 6 )2 (4000 0.5) 9.8134.1 10 3m/s而氣體水平通過速度 uvs /bH 1.54 /(1.84.2)0.20m/s3）層數(shù) nvs1.54n s 131511 5018 3.4 105b ut1.8 4.1 4.1 104) 隔板間距 hH (n 1)h 可得： h H 4.2m 0.082mn 1 515）核算顆粒沉降和氣體流動(dòng)是否都在滯流區(qū)19 Retdut8 10 6 4.1 10 3 0.54.8 10 43.4 101 在滯流區(qū) de2bhbh2 1.8 0.0821.8 0.0820.157m氣體流動(dòng)的 Re 為：Redeu0.157 0.205

40、 0.5 4623.4 10 52000 在滯流區(qū)。故降塵室計(jì)算合理，結(jié)果有效。3-4 采用標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器除去爐氣中的球形顆粒。要求旋風(fēng)分離器的生產(chǎn)能力為 直徑 D 為 0.4m，適宜的進(jìn)口氣速為 20m/s。爐氣的密度為 0.75kg/m 3，粘度為 2.6 （操作條件下的） ，固相密度為 3000kg/m3，求（ 1）需要幾個(gè)旋風(fēng)分離器并聯(lián)操作；2.0m 3，-5 10-5Pas( 2) 臨界粒徑 dc；（ 3）分割直徑 d50；4）壓強(qiáng)降 P。解： 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器，h=D/2 ， B=D/4， Ne=5，=81） 并聯(lián)旋風(fēng)分離器數(shù) n：單臺(tái)旋風(fēng)分離器的生產(chǎn)能力為：(Vs)單=hB

41、ui=DDui(0.4 2/8) 20=0.40m3/s2 4 in=Vs/ (Vs) 單 =2.0/0.40=52）求臨界粒徑 dcB=D/4=0.4/4=0.1m ，Ne=5，代入下式：dcN9eBsui59 2.6 10 5 0.14.985 3000 20610 6m 4.98 m3）分割直徑 d50d50 0.27 (D)ui0.2752.6 10 5 0.43000 203.554 10 6 m 3.5544）壓強(qiáng)降 P2 ui 28 0.75 (20) 2 1200Pa2本題要求掌握旋風(fēng)分離器性能參數(shù)及其計(jì)算。20433-5 用板框壓濾機(jī)在 9.81 104pa 恒壓差下過濾某種

42、水懸浮液。要求每小時(shí)處理料漿8m3。已測(cè)的 1m3 濾液可得濾餅 0.1m3, 過濾方程式為：V 2 V 5 10 4 A2 (單位為 s)。求 1)過濾面積 A ； 2 )恒壓過濾常數(shù) K、 qe、 e 解：1) 過濾面積 A3 由題給： 0.1 V VF /(1 ) 8/(1 0.1) 7.273m3代入題給過濾方程：2 4 2 2(7.273)2 7.273 5 10 4 3600 A260.17 1.8A23解出： A=5.782m32）求過濾常數(shù) K、 qe、把題給過濾方程與恒壓過濾方程 V 2 2VVe KA 2 相比較，可得-4 3 3 3K=510-4m3/s ； 2V e=1

43、m3； 故 Ve=0.5m30.5 3 2 qe=Ve/A= 0.0865m3 /m25.782eqe2 / K2(0.0865)25 10 415s本題要求掌握過濾常數(shù)的計(jì)算。23-6 某板框式壓濾機(jī)的過濾面積為0.2m2，在壓差 p 1.5atm 下以恒壓操作過濾一種懸 浮液， 2 小時(shí)后得濾液 4m3, 介質(zhì)阻力可略，濾餅不可壓縮，求： 1）若過濾面積加倍，其他 情況不變，可得多少濾液？ 2）若在原壓差下過濾 2 小時(shí)后用 0.5m3的水洗滌濾餅，需多長 洗滌時(shí)間？解：原工況下的過濾常數(shù) K 為：（介質(zhì)阻力可略）22K V 2 /(A2 )22(4.0)5.56 10 2m2 /s(0.

44、2)2 2 36001） 過濾面積加倍，其他情況不變可得濾液量：21VK(A ) 25.56 10 2(2 0.2)2 2 3600 8.0m32) 求洗滌時(shí)間 wVwdv( ) wd對(duì)于板框壓濾機(jī)，(dv)wdKA28(V Ve)因介質(zhì)阻力可略，故 Ve=0, 題給 Vw=0.5m3 代入后可得：71942s 2h0.5225.56 10 2 (0.2)28 4.0本題要求掌握過濾條件對(duì)過濾的影響。3-7 用板框式壓濾機(jī)在 2.95 105pa 的壓強(qiáng)差下，過濾某種懸浮液。過濾機(jī)的型號(hào)為 BMS20/635-25 ，共 26 個(gè)框?，F(xiàn) 已測(cè)得操作條 件下的過 濾常 數(shù) K=1.13 10-4

45、m2/s ， qe=0.023m3/m2，且 1m3濾液可得濾餅 0.020m3 求： 1) 濾餅充滿濾框所需的過濾時(shí)間。 2) 若洗滌時(shí)間為 0.793h ，每批操作的輔助時(shí)間為 15min，則過濾機(jī)的生產(chǎn)能力為多少？解：1) 過濾時(shí)間過濾面積為：A 2 (0.635) 2 26 20.98m2濾餅體積為：Vs (0.635)2 0.025 26 0.262m3濾液體積為：V Vs 0.262 / 0.020 13.10m3 v32而 q=V/A=13.10/20.98=0.624m 3/m2過濾時(shí)間22q22qqe (0.624)2 0.624 0.023e 4 3700sK 1.13 1

46、0 42)生產(chǎn)能力Q操作周期 T=Q+Qw+QD=3700+0.793 3600+15 60=7455sQ 3600VT3600 13.10 6.33m2 /h7455本題要求掌握過濾時(shí)間及過濾機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算。223-8 擬在 9.81 103Pa的恒定壓強(qiáng)差下過濾懸浮液。濾餅為不可壓縮，其比阻r 為 1.3310 2 3 3 -31010 1/m2，濾餅體積與濾液體積之比 v 為 0.333m3/m3，濾液的粘度為 1.0 10-3 Pa.S ；且過 濾介質(zhì)阻力可略。求： 1）每平方米過濾面積上獲得1.5m3 濾液所需的過濾時(shí)間； 2）若將此過濾時(shí)間延長一倍可以再獲得多少濾液？解：解： 1

47、）求 由題給條件可得，單位面積上所得濾液量q =1.5m 3/m21SK 2k p1 S1S2 p1 S32 p 2 9.81 1033 2rr 1.0 10 3 1.331010 0.333求 求 K，題給濾餅為不可壓縮，則S=0，r = r= 常數(shù)，代入已知量則：1.522當(dāng)過濾介質(zhì)可略時(shí)， q =k，則有4.43 10 3508s2）過濾時(shí)間加倍時(shí)，增加的濾液量 2 2 508 1016s q k4.43 10 3 1016 2.12m3 /m2 增加的濾液量為：32q q 2.12 1.5 0.62m3 /m2即每平方米過濾面積上將再得 0.62m3 濾液。說明：1）過濾常數(shù) K 與過

48、濾的壓力有關(guān)，只有當(dāng)恒壓過濾時(shí)，K才為常數(shù)；2）用恒壓過濾方程計(jì)算時(shí)，過濾時(shí)間與濾液量均為累計(jì)的量23第四單元 傳 熱4-1 外徑為 50mm的不銹鋼管，外包 6mm厚的玻璃纖維保溫層，其外再包20mm厚的石棉保溫層，管外壁溫為300 C，保溫層外壁溫為35 C，已知玻璃纖維和石棉的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.07W/(m K)和 0.3 W/(m K)，試求每米管長的熱損失及玻璃纖維層和石棉層之間的界面溫度。解：2 t1 t32 300 351 ln r21 r11 ln 62 1 ln1020.07 50 0.3 62351.9W /m351.9W /m2 t1 t21 r2ln1 r13.07 所以t2 300 351.9 128 C2本題要求掌握導(dǎo)熱過程的計(jì)算。4-2 有一列管式換熱器， 由 38 根25mm2.5mm的無縫鋼管組成。苯在管內(nèi)流動(dòng)，由20 被加熱至 80，苯的流量為 8.32kg/s 。外殼中通入水蒸氣進(jìn)行加熱。試求管壁對(duì)苯的傳熱 系數(shù)。當(dāng)苯的流量提高一倍，傳熱系數(shù)有何變化。解：苯在平均溫度 tm 1 20 80 50 下的物性可由附錄查得：m23密度 =86