化工原理第四版第一章课后习题答案(4)

解 水在20℃时

d

0.002

/h

，试求水从泵获得的外加机械能为

。

3

998.2kg/m

，

1.004 10

3

Pa s

d 0.106m, l le 1800m

流量 流速

qV 30m/h

qV

3

30/3600 (0.106)

2

u

4

2

d

0.9448m/s

4

Re

du

0.106 0.9448 998.2

1.004 10

3

9.96 10

4

湍流

习题1-33附图

查得 0.0252

摩擦阻力损失 hf

l leud

2

2

0.0252

18000.106

0.9448

2

2

191J/kg

以河水水面为基准面，从河水水面至水塔处的水管出口之间列伯努利方程。 外加机械能

W Z2g

u

2

2

hf 34.5 981.

0.9448

2

2

191 530 Jkg/

【1-34】如习题1-34附图所示，在水塔的输水管设计过程中，若输水管长度由最初方案缩短25%，水塔高度不变，试求水的流量将如何变化？变化了百分之几？水在管中的流动在阻力平方区，且输水管较长，可以忽略局部摩擦阻力损失及动压头。

解 在水塔高度H不变的条件下，输水管长度缩短，输水管中的水流量应增大。 从水塔水面至输水管出口之间列伯努利方程，求得

H H

f

ld

u

2

2g

因水塔高度H不变，故管路的压头损失不变。 管长缩短后的长度l'与原来长度l的关系为 在流体阻力平方区，摩擦系数恒定不变，有

'

H'f H

f

l' 0．75l

习题1-34附图

2

'

l'(u')d

2g

2

lu

2

d2g

lu

2

0.75l(u')d

2g

d2g

故流速的比值为

u'u

1.155

流量的比值为

q'VqV

1.155

流量增加了15.5%

管路计算

【1-35】用 168mm 9mm的钢管输送流量为60000kg/h的原油，管长为100km，油管最大承受压力为15.7MPa。已知50℃时油的密度为890kg

/m

3

，黏度为181mPa s。假设输油管水

平铺设，其局部摩擦阻力损失忽略不计，试问为完成输油任务，中途需设置几个加压站？

解 d 0.15m, l

10k0m,mq

600k/ 0g0h

3

890kg/m, 181mPa s

qV

60000/3600

890qV

2

=0.01873 m/s

3

u

0.01873

4

d

4

1.06m/s

0.15

2

Re

du

0.15 1.06 890181 1064Re

64782

3

782层流

0.0818

因为是等直径的水平管路，其流体的压力降为

p hf

lu

2

d2

=890 0．0818

100 100.15

3

1.062

2

=2.73 10Pa 27.3 MPa

7

油管最大承受压力为15.7MPa 加压站数

n

27.3

1.74

15.7

需设置2级加压，每级管长为50km，每级的 p 27.3/2 13.65MPa，低于油管最大承受压力。

【1-36】如习题1-36附图所示，温度为20℃的水，从水塔用 108mm 4mm钢管，输送到车间的低位槽中，低位槽与水塔的液面差为12m，管路长度为150m（包括管件的当量长度）。试求管路的输水量为多少m3/h，钢管的相对粗糙度 ／d

解 水，t

20℃, 998.2kg/m, =1004. 10

3

3

0.002

。

Pa s

由伯努利方程，得管路的摩擦阻力损失为

hf Hg 12 9.81 118 J/kg

l 150m、d 0.1m

管内水的流速

u

未知，摩擦系数 不能求出。本题属于已知、

/d 0.002、 hf 118J/kg，求u与qV的问题。

/d 3.7

u

0002. 3.7

2.55 m/s

Re

du

验算流动类型 体积流量

qV

0.1

9.982 25. 4 3

1.00 410

2

2.5 5

5

10湍流

4

du 3600

2

4

0.1 255. 3600

721.m／h

3

习题1-36附图 习题1-37附图

【1-37】如习题1-37附图所示，温度为20℃的水，从高位槽A输送到低位槽B，两水槽的液位保持恒定。当阀门关闭时水不流动，阀前与阀后的压力表读数分别为80kPa与30kPa。当管路上的阀门在一定的开度下，水的流量为1.7m3管的长度及管件的当量长度共为42m，管子为光滑管。

本题是计算光滑管的管径问题。虽然可以用试差法计算，但不方便。最好是用光滑管的摩擦系数计算式

0.3164Re

0.25

/h

，试计算所需的管径。输水

（适用于2.5 10

3

Re 10

5

）与 hf

lu

2

d2

及u

4qV

d

2

，推导

一个 hf与qV及d之间的计算式。

解 水在20℃时

998.2kg/m, 1004. 10

3 3

Pa s

水的流量1.7m3／h，管长及管件当量长度l

42m

阀门关闭时，压力表可测得水槽离压力表测压点的距离HA与HB。

HA HB

pA

80 10

3

g

pB

998.2 9.8130 10

3

8.17m

3.06m

g

998.2 9.81

两水槽液面的距离H HA HB 8.17 3.06 5.11m

以低位槽的液面为基准面，从高位槽A的液面到低位槽B之间列伯努利方程，得管路的摩擦损失 hf与H的关系式为

hf Hg 5.11 9.81 50.1 J/kg

对于水力光滑管， hf与qV及d之间的计算式为

hf 0.241l

0.241l

0.25

qVd

1.754.75

0.25

d

4.75

qV

1.75

hf

代入已知数

d

4.75

1.004 10 3

0．241 42

998.2

0.25

(1.7/3600)

50.1

1.75

求得管内径为 验证Re范围

du

4 qV

d 0.020m5

Re

d

3600 29000

3.14 1.004 10 0.0205

3

4 998.2

1.7

湍流

符合 计算式中规定的Re范围

【1-38】 如习题1-38附图所示，水槽中的水由管C与D放出，两根管的出水口位于同一水平面，阀门全开。各段管内径及管长（包括管件的当量长度）分别为

习题1-38附图

AB BC BD

d 50mm25mm25mm

l le

20m 7m

11m

试求阀门全开时，管C与管D的流量之比值，摩擦系数均取0.03。

解 从水槽的水面至出水口之间列伯努利方程，以出 …… 此处隐藏：1483字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……