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1第一章4.本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H=1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg／㎥。试求当压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离ｈ。分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1´和4－4´为等压面，2－2´和3－3´为等压面，且1－1´和2－2´的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解解：设插入油层气管的管口距油面高Δh在1－1´与2－2´截面之间P1=P2+ρ水银gR∵P1=P4，P2=P3且P3=ρ煤油gΔh，P4=ρ水g（H-h）+ρ煤油g（Δh+h）联立这几个方程得到ρ水银gR=ρ水g（H-h）+ρ煤油g（Δh+h）-ρ煤油gΔh即ρ水银gR=ρ水gH+ρ煤油gh-ρ水gh带入数据1.0³×10³×1-13.6×10³×0.068=h(1.0×10³-0.82×10³)ｈ=0.418ｍ6.根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强ｐ。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为920㎏／ｍ3,998㎏／ｍ3,Ｕ管中油﹑水交接面高度差R=300ｍｍ，两扩大室的内径D均为60ｍｍ，Ｕ管内径ｄ为6ｍｍ。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。分析：此题的关键是找准等压面，根据扩大室一端与大气相通，另一端与管路相通，可以列出两个方程，联立求解解：由静力学基本原则，选取1－1‘为等压面，对于Ｕ管左边ｐ表+ρ油g(h1+R)=Ｐ1对于Ｕ管右边Ｐ2=ρ水gR+ρ油gh22ｐ表=ρ水gR+ρ油gh2-ρ油g(h1+R)=ρ水gR-ρ油gR+ρ油g（h2-h1）当ｐ表=0时，扩大室液面平齐即π（D/2）2（h2-h1）=π（d/2）2Rh2-h1=3mmｐ表=2.57×102Pa8.高位槽内的水面高于地面8m，水从φ108×4mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按∑ｈf=6.5u2计算，其中u为水在管道的流速。试计算：⑴A—A'截面处水的流速；⑵水的流量，以m3/h计。分析：此题涉及的是流体动力学，有关流体动力学主要是能量恒算问题，一般运用的是柏努力方程式。运用柏努力方程式解题的关键是找准截面和基准面，对于本题来说，合适的截面是高位槽1—1,和出管口2—2,,如图所示，选取地面为基准面。解：设水在水管中的流速为u，在如图所示的1—1,，2—2,处列柏努力方程Z1ｇ+0+Ｐ1/ρ=Z2ｇ+ｕ2／2+Ｐ2/ρ+∑ｈf（Z1-Z2）g=u2/2+6.5u2代入数据(8-2)×9.81=7u2,u=2.9m/s换算成体积流量VS=uA=2.9×π/4×0.12×3600=82m3/h10.用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为Ф76×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66×10³Pa,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按∑ｈf,1=2u²，∑hf,2=10u2计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速ｍ/s。排水管与喷头连接处的压强为98.07×10³Pa（表压）。试求泵的有效功率。3分析：此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两部分来处理，从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管，在两段分别列柏努力方程。解：总能量损失∑hf=∑hf+，1∑hf，2u1=u2=u=2u2+10u²=12u²在截面与真空表处取截面作方程：z0g+u02/2+P0/ρ=z1g+u2/2+P1/ρ+∑hf，1（P0-P1）/ρ=z1g+u2/2+∑hf，1∴u=2m/s∴ws=uAρ=7.9kg/s在真空表与排水管-喷头连接处取截面z1g+u2/2+P1/ρ+We=z2g+u2/2+P2/ρ+∑hf，2∴We=z2g+u2/2+P2/ρ+∑hf，2—（z1g+u2/2+P1/ρ）=12.5×9.81+（98.07+24.66）/998.2×10³+10×2²=285.97J/kgNe=Wews=285.97×7.9=2.26kw13.用压缩空气将密度为1100kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液位恒定。管路直径均为ф60×3.5mm，其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为∑ｈf，AB=∑ｈf，CD=u2，∑ｈf，BC=1.18u2。两压差计中的指示液均为水银。试求当R1=45mm，h=200mm时：（1）压缩空气的压强P1为若干？（2）U管差压计读数R2为多少？解：对上下两槽取截面列柏努力方程0+0+P1/ρ=Zg+0+P2/ρ+∑ｈf∴P1=Zgρ+0+P2+ρ∑ｈf=10×9.81×1100+1100（2u2+1.18u2）=107.91×10³+3498u²在压强管的B，C处去取截面，由流体静力学方程得PB+ρg（x+R1）=Pc+ρg（hBC+x）+ρ水银R1gPB+1100×9.81×（0.045+x）=Pc+1100×9.81×（5+x）+13.6×10³×9.81×0.045PB-PC=5.95×104Pa在B，C处取截面列柏努力方程0+uB²/2+PB/ρ=Zg+uc2/2+PC/ρ+∑ｈf，BC4∵管径不变，∴ub=ucPB-PC=ρ（Zg+∑ｈf，BC）=1100×（1.18u2+5×9.81）=5.95×104Pau=4.27m/s压缩槽内表压P1=1.23×105Pa（2）在B，D处取截面作柏努力方程0+u2/2+PB/ρ=Zg+0+0+∑ｈf，BC+∑ｈf，CDPB=（7×9.81+1.18u2+u2-0.5u2）×1100=8.35×104PaPB-ρgh=ρ水银R2g8.35×104-1100×9.81×0.2=13.6×10³×9.81×R2R2=609.7mm20.每小时将2×10³kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽。反应器液面上方保持26.7×10³Pa的真空读，高位槽液面上方为大气压强。管道为的钢管，总长为50m，管线上有两个全开的闸阀，一个孔板流量计（局部阻力系数为4），5个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15m。若泵效率为0.7，求泵的轴功率。解：流体的质量流速ωs=2×104/3600=5.56kg/s流速u=ωs/(Aρ)=1.43m/s雷偌准数Re=duρ/μ=1651994000查本书附图1-29得5个标准弯头的当量长度:5×2.1=10.5m2个全开阀的当量长度:2×0.45=0.9m∴局部阻力当量长度∑ιe=10.5+0.9=11.4m假定1/λ1/2=2lg(d/ε)+1.14=2lg(68/0.3)+1.14∴λ=0.029检验d/(ε×Re×λ1/2)=0.0080.005∴符合假定即λ=0.029∴全流程阻力损失∑ｈ=λ×(ι+∑ιe)/d×u2/2+ζ×u2/2=[0.029×(50+11.4)/(68×103)+4]×1.432/2=30.863J/Kg5在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得P1/ρ+We=Zg+P2/ρ+∑ｈWe=Zg+(P1-P2)/ρ+∑ｈ=15×9.81+26.7×103/1073+30.863=202.9J/Kg有效功率Ne=We×ωs=202.9×5.56=1.128×103轴功率N=Ne/η=1.128×103/0.7=1.61×103W=1.61KW23.10℃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/m3µ=130.77×10-5Pa·su=Vs/A=10.85×10-3/d2∵∑ｈf=6×9.81=58.86J/Kg∑ｈf=(λ·ι/d)u2/2=λ·150u2/d假设为滞流λ=64/Re=64μ/duρ∵Hfg≥∑ｈf∴d≤1.5×10-3检验得Re=7051.222000∴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·150u2/d≤58.86d≥1.82×10-2m626.用离心泵将20℃水经总管分别送至A，B容器内，总管流量为89m/h³，总管直径为ф127×5mm。原出口压强为1.93×105Pa，容器B内水面上方表压为1kgf/cm²，总管的流动阻力可忽略，各设备间的相对位置如本题附图所示。试求：（1）离心泵的有效压头He；（2）两支管的压头损失Hf，o-A，Hf，o-B，。解：（1）离心泵的有效压头总管流速u=Vs/A而A=3600×π/4×(117)2×10-6u=2.3m/s在原水槽处与压强计管口处去截面列伯努利方程Z0g+We=u2/2+P0/ρ+∑ｈf∵总管流动阻力不计∑ｈf=0We=u2/2+P0/ρ-Z0g=2.32/2+1.93×105/998.2-2×9.81=176.38J/Kg∴有效压头He=We/g=17.98m⑵两支管的压头损失在贮水槽和Α﹑Β表面分别列伯努利方程Z0g+We=Z1g+P1/ρ+∑ｈf1Z0g+We=Z2g+P2/ρ+∑ｈf2得到两支管的能量损失分别为∑ｈf1=Z0g+We–(Z1g+P1/ρ)=2×9.81+176.38–(16×9.81+0)=39.04J/Kg∑ｈf2=Z0g+We-(Z2g+P2/ρ)=2×9.81+176.38–(8×9.81+101.33×103/998.2)=16.0J/Kg∴压头损失Hf1=∑ｈf1/g=3.98mHf2=∑ｈf2/g=1.63m第二章3．常压贮槽内盛有石油产品，其密度为760kg/m³，粘度小于20cSt，在贮槽条件下饱和蒸汽压为80kPa，现拟用65Y-60B型油泵将此油品以15m³流量送往表压强为177kPa的设备内。贮7槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5m，吸入管路和排出管路的全部压头损失为1m和4m。试核算该泵是否合用。若油泵位于贮槽液面以下1.2m处，问此泵能否正常操作？当地大气压按101.33kPa计.解:查附录二十三65Y-60B型泵的特性参数如下流量Q=19.8m3/s,气蚀余量△h=2.6m扬程H=38m允许吸上高度Hg=(P0-PV)/ρg-△h-Ηf,0-1=-0.74m-1.2扬升高度Z=H-Ηf,0-2=38–4=34m如图在1-1,2-2截面之间列方程u12/2g+P1/ρg+Η=u22/2g+P2/ρg+Ηf,1-2+△Z其中u12/2g=u22/2g=0管路所需要的压头:Ηe=(P2–P1)/ρg+△Z+Ηf,1-2=33.74mZ=34m游品流量Qm=15m3/sQ=19.8m3/s离心泵的流量,扬升高度均大雨管路要求,且安装高度有也低于最大允许吸上高度因此,能正常工作8.用两台离心泵从水池向高位槽送水，单台泵的特性曲线方程为H=25—1×106Q²管路特性曲线方程可近似表示为H=10+1×106Q²两式中Q的单位为m³/s，H的单位为m。试问两泵如何组合才能使输液量最大？（输水过程为定态流动）分析：两台泵有串联和并联两种组合方法串联时单台泵的送水量即为管路中的总量，泵的压头为单台泵的两倍；并联时泵的压头即为单台泵的压头，单台送水量为管路总送水量的一半解：①串联He=2H10+1×105Qe2=2×(25-1×106Q2)∴Qe=0.436×10-2m2/s②并联Q=Qe/225-1×106×Qe2=10+1×105(Qe/2)2∴Qe=0.383×10-2m2/s8总送水量Qe'=2Qe=0.765×10-2m2/s∴并联组合输送量大第三章4.蒸汽管外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍，若将两层材料互换位置，假定其他条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少？说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为合适？解：根据题