化工原理课后习题解析

第2章流体输送2-1．某离心泵以C150水进行泵性能实验，体积流量为13h540m，泵出口压力表读数为kPa350，泵入口真空表读数为30kPa。若压力表和真空表测压截面间的垂直距离为350mm，吸入管和压出管内径分别为350mm及310mm，试求泵的扬程。（答：39.2m）解：1313sm15.0hm540Vq，1222sm99.131.015.04AquV，1211sm56.135.015.04AquV，guugPgPhguuHHhH2221222102122210m2.398.9256.199.18.9100010308.910001035035.02233。2-2．在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮水池经换热器送到另一个高位槽。已知高位槽液面比贮水池液面高出10m，管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为400m，管内径为75mm，换热器的压头损失为gu2322，在上述条件下摩擦系数可取为03.0，离心泵在转速1minr2900n时的VqH特性曲线数据如下表所示。13sm/Vq00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008m/H2625.524.5232118.515.5128.5试求：（1）管路特性曲线；（2）泵的工作点及其相应流量及压头。（答：13s0.0045m20m,HVq）解：设管路特性曲线为2VBqAH，2228.9108.9232075.040003.010232uugudlZH，2075.04VVqAqu代入上式得：254221003.510075.0168.910VVqqH，计算列表如下：13sm/Vq00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008m/H1010.51214.51822.628.134.642.2作泵的特性曲线和管路特性曲线图得：由图可以看出，泵的工作点为两条特性曲线的交点。工作点：m20H，13sm0045.0Vq。2-3．某离心泵的额定流量为13h16.8m，扬程为18m。试问此泵是否能将密度为3m1060kg、流量为13h15m的液体，从敞口贮槽向上输送到表压为30kPa的设备中，敞口贮槽与高位设备的液位的垂直距离为8.5m。已知管路的管径为mm75.3mm5.75，管长为124m（包括直管长度与所有管件的当量长度），摩擦系数为0.03。（答：此泵合用）解：12sm15.13600200375.00755.0154AquV18mm1.158.9215.1068.012403.08.9106010305.82232gudlgPZH离心泵的送液能力和扬程都大于管路系统所要求的，故此泵合用。2-4．由山上的湖泊中引水至某贮水池，湖面比贮水池面高出m45，管道流量达到13sm085.0,试选择管直径为多少？假定所选管道的磨檫系数0.02。经长期使用，输水管内壁锈蚀，其磨檫阻力系数增大至0.03。问此时水的流量减至若干？（答：m235.0d，13sm069.0vq）解：22211.0085.044dddqAquVV，因为水在管内的流速一般取1sm3~1，我们取1sm2u，此时：m235.0211.0d，选用mm19273的热轧无缝钢管。在湖面和贮水池面之间列伯努利方程得：fhuPgZuPgZ2222222111式中：m451Z，21PP，21uu，02Z，gudlhf222gudl2452，又24dqAquVV222211VVqq，131212sm069.0085.003.002.0VVqq2-4．由山上的湖泊中引水至某贮水池，湖面地面高出45m，管道总长4000m（包括直管长度和局部阻力当量长度），要求流量达到13sm085.0。若使用新铸铁管，其摩擦阻力系数0.02，则铸铁内径需多大？经长期使用，铸铁管内壁腐蚀，其摩擦阻力系数增大至0.03，问此时水流量减至若干？解：在湖面和贮水池面之间列伯努利方程得：gudlgugpZgugpZ222222222111因为021pp（表压），0,021uu所以gud2400002.0452（1）因为085.042udV所以21082.0du代入式(1)得00106.05d所以md254.0:当0.03时,代入式(1)得gu20254400003.04521367.1smu1320692.0367.10254785.0smV2-5．某工艺装置的部分流程如下图所示。已知各段管路均为3.5mm57mm的无缝钢管，AB段和BD段的总长度（包括直管与局部阻力当量长度）均为00m2，BC段总长度为20m1。管中流体密度为3mkg800,管内流动状况均处于阻力平方区，且0.025，其它条件如图所示，试计算泵的流量和扬程。（答：34.0mH，13hm8.16vq）图2-27习题2-5附图解：以地面为基准面。在E和F之间列伯努利方程得：FEfFFFEEEhgugPZgugPZ2222其中：RZZFE，FEPP，FEuu，guhFFEf22RguF221sm00.15.423.08.922gRuF，即在BD段中流体的流速1sm00.1u，在B与右侧贮液器之间列伯努利方程得：rBfrrrBBBhgugPZgugPZ2222……①在B与C之间列伯努利方程得：CBfCCCBBBhgugPZgugPZ2222……②由①②得：CBfCCCrBfrrrhgugPZhgugPZ2222其中：m4rZ，Pa1001.15rP，0ru，m5.14CZ，Pa1001.1760945CP，guhDrBf205.0200025.02，guhCrBf205.0120025.028.9205.0120025.08.928.98007601001.1945.148.9200.105.0200025.008.98001001.1422525CCuu21.31.160.22Cu1sm38.11.31.160.22Cu，由分支管路特性知：DCBududud2221sm38.200.138.1Bu，在B与左侧贮液器之间列伯努利方程得：HgugPZhgugPZllllBfBBB2222其中：m4lZ，Pa1001.15lP，0lu，guhBlBf205.0200025.02，m0.2222gugPZBBBm0.3408.98001001.148.9238.205.0200025.00.2252H泵的流量1322hm8.16360038.205.044BVudAuq第3章沉降过滤3-1、试求直径μm70，密度为3m650kg2的球形石英粒子，在C200水中及在C200空气中的沉降速度。（答：13sm1038.4，11sm1097.3）解：⑴在C20水中的沉降速度先假定此沉降属层流区，可按斯托克斯定律求tu，查表得C20水的3mkg2.998，sPa10004.13，133262sm1038.410004.1188.92.9982650107018gdust复核：147.010004.12.9981079.61070Re336ttdu与假定相符；⑵在C20空气中的沉降速度先假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求tu，查表得C20空气的3mkg205.1，sPa1081.15，15262sm39.01081.1188.9205.12650107018gdust复核：182.11081.1205.139.01070Re56ttdu与假定不符，再设该沉降属于过渡区，按艾伦定律求tu，6.0Re27.0tstgdu6.0682.1205.18.9205.12650107027.01111097.3sm397.0sm复核：864.11081.1205.1397.01070Re56ttdu属于过渡区，与假定相符。3-2、有一玉米淀粉水悬浮液，温度C200，淀粉颗粒平均直径为μm15，淀粉颗粒吸水后的密度为3mkg1020，试求颗粒的沉降速度。（答：16sm1066.2tu）解：先假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求tu，已知：mmd6101515，31020mkgs，查表得20℃的水的32.998mkg，sPa310004.1，1632621066.210004.1188.9)2.9981020()1015(18smgdust检验etR值：11096.310005.12.9981066.210155366tetduR计算结果表明，与假设相符，故算得的161066.2smut正确。3-3、密度为3mkg2650的球形石英微粒在C200空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大微粒直径及服从牛顿公式的最小微粒直径。（答：μm3.57，μm1510）解：⑴层流区Re的上限值：1Retctud，182gdduscct查表得C20空气的3mkg205.1，sPa1081.15，3218gdspm57.3m1073.58.9205.1205.126501081.1185325⑵湍流区Re的下限值：1000Retctud，gdduscct74.1100032621074.1gdspm5101m10510.18.9205.1205.126501081.11074.13325623-4、气流中悬浮某种球形微粒，其中最小微粒为10μm，沉降处于斯托克斯定律区。今用一多层隔板降尘室以分离此气体悬浮物。已知降尘室长度10m，宽度5m，共21层，每层高100mm，气体密度为3mkg1.1，粘度cp0218.0，微粒密度为3m000kg4。试问：（1）为保证最小微粒的完全沉降，可允许的最大气流速度为多少？（2）此降沉室最多每小时能处理多少3m气体？（答：1sm1，13hm37800）解：⑴13262sm01.0100218.0188.91.14000101018gdust水平流速1sm11.01001.0Hluut；⑵13hm37800360001.021510tVAuq。3-5、一除尘室用以除去炉气中的硫铁矿尘粒。矿尘最小粒径μm8，密度为3m000kg4。除尘室内长4.1m，宽1.8m，高4.2m。室内温度为C2740，在此温度下炉气的黏度为sPa104.35，密度为3m.5kg0。若每小时需处理炉气2160标准