天津大學化工原理答案(第二版)完整(專業版)

　　

【正文】 解：（ 1）泵的流量 由水池液面和泵入口真空表所在截面之間列柏努利方程式（池中水面為基準面），得到 ? ????? 10,2111 20 fhupgZ ? 將有關數據代入上式并整理，得 321 ?????u ?u m/s 則 2π( 0 .0 8 3 .1 8 4 3 6 0 0 )4q ? ? ? ?m3/h= m3/h (2) 泵的揚程 29. 10)22060( 3021 ??????? ?? ?????? hHHH (3) 泵的效率 s 2 9 . 0 4 5 7 . 6 1 1 0 0 0 9 . 8 1 100%1 0 0 0 3 6 0 0 1 0 0 0 6 . 7H q gP?? ? ? ?? ? ???=68% 在指定轉速下，泵的性能參數為： q= m3/h H= m P= kW η=68% 3．對于習題 2 的實驗裝置，若分別改變如下參數，試求新操作條件下泵的流量、壓頭和軸功率（假如泵的效率保持不變）。 解： ? ? ? ? ???????? gRP ?? 查附錄得， 20 ℃ ， kPa 時空氣的密度為 kg/m3，黏度為 105 Pas? ，則管中空氣的密度為 33 ????? a x ????? ? Pu 5m a xm a x 50 . 3 1 6 . 5 5 1 . 1 6 6e 3 . 1 9 8 1 01 . 8 1 1 0duR ?? ??? ? ? ?? 查圖 128，得 max uu ? max ???? uu 2h ??????? ?? PuAW 25．在 ?? mm 的管路上裝有標準孔板流量計，孔板的孔徑為 mm，管中流動的是 20 ℃的甲苯，采用角接取壓法用 U 管壓差計測量孔板兩側的壓力差，以水銀為指示液，測壓連接管中充滿甲苯。有 6 m 的壓頭可供克服流動的摩擦阻力，試求管徑的最小尺寸。若管長及液 體物性不變，將管徑減至原來的 1/2，問因流動阻力而產生的能量損失為原來的多少倍？ 解：流體在水平光滑直圓管中作湍流流動時 fp? =fh?? 或 fh?= fp? /? =? 2b2uLd? ??f1f2hh =（ 2b1b22112 ))()( uudd?? 式中 21dd=2 ，b2b1uu =（ 21dd ） 2 =4 因此 ??f1f2hh = 221( )(2)(4)?? =32 12?? 又由于 ?? 12?? =（ 25021 .)ReRe =（ b12 b2)dudu =（ 2 25041 .) =（ ）= 故 ??f1f2hh =32 = 12 19．用泵將 2 104 kg/h 的溶液自反應器送至高位槽（見本題附圖）。如本題附圖所示，在錐形管兩側 A、 B 處各插入一垂直玻璃管以觀察兩截面的壓力。液封的作用是，當爐內壓力超過規定值時，氣體便從液封管排出。下 面以 HE為例： mft EE HH ?? 則 EEEE 280 ft280 HHHH ??????? 同理 ? ? GGG ????? ? 3 DD ?? 00 ZZ ?? ? ?3LL 101 ???? ?? LLL 0 6 2 4 ??? ???? 3 (3) 將以上關系式代原經驗公式，得 ? ? ? ?? ? ???????? ?????????????? ?LL3101 . 24 0 . 14E???ZDGH 整理上式并略去符號的上標，便得到換算后的經驗公式，即 ? ? ? ? L ???ZDGAH ??? 4 第一章 流體流動 流體的重要性質 1．某氣柜的容積為 6 000 m3，若氣柜內的表壓力為 kPa，溫度為 40 ℃。 解：上面經驗公式是混合單位制度，液體黏度為物理單位制，而其余諸物理量均為英制。為防止水銀擴散至空氣中，在水銀面上方充入少量水，其高度可以忽略不計。截面處水的平均流速；（ 2）水的流量（ m3/h）。 解：（ 1）22m a x bii1 ( ) 2 1 ( )rru u u? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? （ 1） 當 u=ub 時，由式（ 1）得 2i1( ) 1 2rr ?? 解得 rr? 由管壁面算起的距離為iiii rrrrry ????? （ 2） 由 ddur???? 對式（ 1）求導得 max2i2dd uu rrr? 11 故 m ax b22ii24uurrrr??? ?? （ 3） 在管中心處， r=0，故 τ =0。（閘閥全開時 Le/d≈15，摩擦系數仍可取 。測速管插入管道的中心線處。泵吸入管和排出管內徑均為 80 mm，吸入管中流動阻力可表達為 2f,0 1 ? ??（ u1 為吸入管內水的流速， m/s）。此流量下吸入管路的壓頭損失和動壓頭分別為 m 和 m。甲苯在孔板處的流速為 ? ? ? ? 866 86613 60 Aoo ???????? ? ??gRCu 19 甲苯的流量為 hkg542 7hkg016 0360 0 2oos ?????? ?AuV 檢驗 Re 值，管內流速為 33 2b1 ?????????u c43b11 ???? ???? ???udRe 原假定正確。水塔內水面維持恒定，并高于出水口 15 m。反應器內液面與管路出口的距離為 17 m。已知儲罐內液面維持恒定，其上方壓力為? 105 Pa。 s)]。設混合油為理想溶液。℉ ) （ 4）傳質系數 KG= kmol/(m2?h?atm) （ 5）表面張力 σ=74 dyn/cm （ 6）導熱系數 λ =1 kcal/(m?h?℃ ) 解：本題為物理量的單位換算。試求 A、 B 兩點的表壓力。小孔的直徑為 4 cm，測得水流過小孔的平均流速 u0 與槽內水面高度 z 的關系為： zgu ? 習題 7 附圖 7 試求算（ 1）放出 1 m3 水所需的時間（設水的密度為 1000 kg/m3）；（ 2）又若槽中裝滿煤油，其它條件不變，放出 1m3 煤油所需時間有何變化（設煤油密度為 800 kg/m3）？ 解：放出 1m3 水后液面高度降至 z1，則 ? ? 1 201 ?????? zz 由質量守恒，得 21d 0dMww ?? ? ?， 01?w （無水補充） 2 0 0 0 00. 62 2w u A A gz A???? （ 為 小 孔 截 面 積 ） AZM ?? (A 為儲槽截面積 ) 故有 0 ?? ??? ddzAgzA 即 ?dAAgzdz ?? 上式積分得 ))(( 2 2112100 zzAAg ??? ? ? m i 2 21212 ??????????? 11．如本題附圖所示，高位槽內的水位高于地面 7 m，水從 φ 108 mm 4 mm 的管道中流出，管路出口高于地面 m。 解：由質量衡算方程，得 12ddMWW??? （ 1） 21 2 0 bπ0 4W W d u ???， （ 2） 2d π dd 4 dMhD ???? （ 3） 將式（ 2），（ 3）代入式（ 1）得 220bπ d 04 4 d hd u D?????? 即 2b0d( ) 0dDhu d ??? （ 4） 在貯槽液面與管出口截面之間列機械能衡算方程 22b 1 b 2121 2 fuuppg z g z h??? ? ? ? ? ? ? 即 22 22bbf b b2 0 2 0 .5uug h h u u? ? ? ? ? ? 或寫成 ? b ? （ 5） 式（ 4）與式（ 5） 聯立，得 22d0 .6 9 2 ( ) 00 .0 3 2 d hh ??? 即 ?dhh ?? d5645 . θ=0， h=h1=2 m； θ=θ， h=1m 積分得 ? ? 1 . 3 hs4 6 7 6s2125 6 4 5 21 ????