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1、第一章 流体流动与输送机械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 混合密度 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： 混合液密度 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：题4 附图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，
2、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 BDh1h2AC题5 附图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 （2） 题6 附图126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
3、液面上方的表压。解：如图，1-2为等压面。 则容器内表压： 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 附图又 所以 整理得 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 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
4、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 用双液体U管压差计测量时，有 题9 附图因为所测压力差相同，联立以上二式，可得放大倍数 此时双液体U管的读数为 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: 水柱高度 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
5、.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: (2) 小管: 质量流量不变 或: 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: 简化: 12一水平管由内径分别为33mm及47mm的两段直管组成，水
6、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： 21其中： 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。题13 附图10m 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mm的钢管，管路系统的能量损失与流速的关系为（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 简化： （
7、1）即 解得 流量 （2）流量增加20，则此时有 即高位槽需提升0.78m。题14 附图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:简化: 题15 附图不需要泵,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
8、的硫酸压送至敞口高位槽，如附图所示。输送量为2m3/h，输送管路为373.5mm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: 简化: 其中: 代入: 1h题16 附图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J/kg（u为水在管内的流速）。试求：（1）高位槽的液面高度；（2
9、）阀门全开时水在管内的流量（m3/h）。解: (1) 阀门全关,水静止 (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: 简化: 解之: 流量: 题17 附图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893.5mm，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
10、为基准面。在1-1与2-2间列柏努利方程： （a） 或 （b） 其中： z1=0； p1=0（表压）； u10 z2=7m； p2=20103 Pa（表压） 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： m/s =1100 kg/m3， Wf=40 J/kg将以上各值代入（b）式，可求得输送碱液所需的外加能量 J/kg碱液的质量流量 kg/s泵的有效功率 泵的效率为58%，则泵的轴功率 kW18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159
11、0 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，则压差计的读数有何变化?解：在1-1与2-2截面间列柏努利方程题18 附图 其中： （1）由静力学基本方程： （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 由静力学方程 两式联立： 可见，流量不变时，不变，即U形压差计读数不变。题19 附图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
12、：（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: (2) 列柏努力方程: 简化: 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）的能量损失分别为及（J/kg），式中，u为水在管内的流速。在操作条件下，泵入口真空表的读数为26.6kPa，喷头处的压力为98.1kPa（表压）。试求泵的有效功率。题20 附图解：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 简化为 即 解得 在水槽1-1截面与喷头处3-3截面间列柏努利方程简化为 即 其中 则 水的流量： 泵有效功率 21
