题目

第一章1-1 烟道气的组成约为N275%,CO215%,O25%,H2O5%(体积百分数)。试计算常压下400℃时该混合气体的密度。

第一章

1-1 烟道气的组成约为N275%,CO215%,O25%,H2O5%(体积百分数)。试计算常压下400℃时该混合气体的密度。

题目解答

答案

解: Mm=Miyi=×28+×44+×32+×18=

m=pMm/RT=×103××103×673)=0.545kg/m3

1-2 已知成都和拉萨两地的平均大气压强分别为和。现有一果汁浓缩锅需保持锅内绝对压强为。问这一设备若置于成都和拉萨两地,表上读数分别应为多少

解:成都 pR=95-8=87kPa(真空度)

拉萨 pR=62-8=54kPa(真空度)

1-3 用如附图所示的U型管压差计测定吸附器内气体在A点处的压强以及通过吸附剂层的压强降。在某气速下测得R1为400mmHg,R2为90mmHg,R3为40mmH2O,试求上述值。

解: pB=R3H2Og+R2Hgg=×1000×+×13600×=(表)

pA=pB+R1Hgg=+×13600×=(表)

p=pA-pB=(表)

1-4 如附图所示,倾斜微压差计由直径为D的贮液器和直径为d的倾斜管组成。若被测流体密度为0,空气密度为,试导出用R1表示的压强差计算式。如倾角为30º时,若要忽略贮液器内的液面高度h的变化,而测量误差又不得超过1%时,试确定D/d比值至少应为多少

解: 由静力学方程 p=R(0-)g=R1sin(0-)g=R1(0-)g/2 (1)

若忽略贮液器内液面高度的变化,则斜管内液位为:R’=R-h

液柱长度: R1’=R1-h/sin=R1-2h

p’=R ’(0-)g=R1’(0-)g/2=(R1/2-h)(0-)g

又 D2h/4=d2R1’/4 即 h=R1(d/D)2/[1+2(d/D)2]

解:旁路的流量 qv=340×3600=s

弯头=,调节阀=,=×10-5 ,pm=×106+1×105=×105Pa

m=×105×29/(8314×323)=1.296kg/s p=m(L/d+)×(qv/2/2

hf =p/ m=(L/d+)×u2/2 ×106=×(6/d+2×+×(2××d4)=×10-3/d5+×10-3/d5

取=0.2mm,

试差得:d=,/d=,=,u=s, Re=×104

1-21 温度为20℃的空气以2000m3/h的流量通过194mm×6mm的钢管管路ABC于C处进入一常压设备,如附图所示。现因生产情况变动,C处的设备要求送风量减少为1200m3/h。另需在管道上的B处接出一支管BD,要求从此支管按每小时800m3的流量分气,于D处进入另一常压设备。设管道BC间和BD间各管段局部阻力系数之和分别为7及4,试计算BD分气支管的直径。

解: pB/ +uB2/2+gzB

=pC/ +uC2/2+gzC+hfBC=pD/ +uD2/2+gzD+hfBD

pC=pD,zC=zD,uC=1200/(3600××=12.82m/s

hfBC=7×2=kg uD=800/(3600××d2)=d2

hfBD=4×d2)2/2=d4

2+==d2)2/2+d4=d4

d=0.132m

1-22 拟用泵将葡萄酒由贮槽通过内径为50mm的光滑铜管送至白兰地蒸馏锅。贮槽液面高出地面3m,管子进蒸馏锅处高出地面10m。泵出口管路上有一调节阀,管路总长80m(包括除调节阀以外的所有局部阻力的当量长度)。葡萄酒的密度为985kg/m3,粘度为。试求:(1)在阀1/2开度和全开两种情况下,流动处于阻力平方区时管路特性方程;(2)流量为15m3/h时,两种情况下管路所需的压头及功率。

解:(1)阀全开时 =

HL=p/g+u2/2g+z+(L/d+z)u2/2g=p/g+z+8(L/d+z)qv2/2d4g

=0+(10-3)+(80/+qv2/××2×=7+×107qv2+×104qv2

阀半开 =

HL=7+(80/+qv2/××2×=7+×107qv2+×105qv2

(2)当qv=15/3600=×10-3m3/s时,

阀全开 u=×10-3/×=2.12m/s

Re=××985/=×104

==

HL=7+×107×××10-3)2+×104××10-3)2=15.64m

P=××10-3××985=630W

阀半开 HL=7+×107×××10-3)2+×105××10-3)2=16.35m

P=××10-3××985=658W

1-23 压强为(表压),温度为25℃的天然气(以甲烷计)经过长100m(包括局部阻力的当量长度)25mm×3mm的水平钢管后,要求压强保持(表压)。如视为等温流动,天然气的粘度为,钢管的绝对粗糙度取为0.15mm,大气压强为。求天然气的质量流量。

解: pm=3×105Pa m=3×105×16/(8314×298)= kg/m3

p1-p2= ln(p1/p2)=ln=

p1-p2=w2[ln(p1/p2)+L/2d]/m 3×105=w2+100//

试差得:u=8.565 m/s w=16.6 m/s Re=××=×104

/d=19= = qm=××=×10-3kg/s

1-24 0℃的冷空气在直径为600 mm的管内流动,将毕托管插入管的中心位置,以水为指示液,读数为4 mm,试求冷空气的流量。

解: 管中心流速为最大流速umax umax=[2gR(a-)/]

0℃水 a=999.9kg/m3 0℃空气 =1.293kg/m3,=×

umax=[2××7.79m Remax=dumax/=×××10-3)=351365 (湍流)

由Remax与u/umax关联图查得:u==×=6.62m/s

qv=d2u/4=××=1.87 m3/s=6732m3/h

1-25 用一转子流量计测定温度为60℃,压强为的二氧化碳气体的流量。该转子流量计上的刻度是由20℃、空气标定的,转子材料为铝材。当转子流量计上读数为5m3/h时,二氧化碳的实际流量应为多少若将转子换为同形状、同大小的不锈钢转子,在此读数下二氧化碳的流量又为多少(铝与不锈钢的密度分别为f1=2670kg/m3,f2=7900kg/m3)

解: 空气:= kg/m3 CO2: =3×105×44/(8314×333)=m3

铝转子:

不锈钢转子:

1-26 用离心泵将敞口贮槽中的大豆油(密度为940kg/m3,粘度为40cP)送住一精制设备中,如附图所示。设备内压强保持(表压),贮槽液面与设备入口之间的垂直距离为10m,管路为57mm×4mm的钢管(=0.2mm),管道总长60m(包括除孔板流量计在外的所有局部阻力的当量长度)。管路上装有孔径d0=16mm的孔板流量计。今测得连接孔板的指示剂为水银的U型管差压计的读数R=250mm,孔板阻力可取所测得压差的80%。试求泵消耗的轴功率,泵的效率取为65%。

解: A0/A1=(d0/d1)2= 查得:C0=

u=×10-4/×=0.52m/s

Re=××940/= =64/Re=

孔板压差 gR(i-)=××(13600-940)=31048Pa

孔板阻力 31048×940=kg hf=×(60/×2+=kg We=gz+p/+u2/2+hf=10×+×106/940+2+=153J/kg

qm=qv××104×940=0.9212kg/s

Pe= We×qm

P=Pe/η=×153/=217W

若已知 C0，

则

1-27 某油田用300mm×15mm的钢管,将原油送到炼油厂。管路总长160km,送油量为240000kg/h,油管允许承受的最大压强为(表)。已知原油粘度为187×,密度890kg/m3,忽略两地高差和局部阻力损失,试求中途需要多少个泵站

解: u=240000/(890×3600××=s

Re=××890/=1682 为层流 =64/Re=

L=d2p/32u=×6×106/(32××=×104m

160×103/×104)= 应用3个泵站

1-28 在用水测定离心泵的性能中,当排水量为12m3/h时,泵的出口压力表读数为,泵入口真空读数为200mmHg,轴功率为。压力表和真空表两测压点的垂直距离为0.4m。吸入管和压出管的内径分别为68mm和41mm。两测点间管路阻力损失可忽略不计。大气压强为。试计算该泵的效率,并列出该效率下泵的性能。

解: u1=12/(3600××=s u2=12/(3600××=s

H=[×106/(1000×+200×105/(760×1000×]++42.1m PL=×12×1000×3600=

=2300=%

1-29 某厂根据生产任务购回一台离心水泵,泵的铭牌上标着:qv=12.5m3/h、H=32mH2O、n=、NSPH=。现流量和扬程均符合要求,且已知吸入管路的全部阻力为1.5m水柱,当地大气压为。试计算:(1)输送20℃的水时,离心泵允许的安装高度;(2)若将水温提高到50℃时,离心泵允许的安装高度又为多少

解:(1)p0=1×105 Pa

pv=2340Pa

Hg=p0/g-pv/g-NSPH-Hf

= (1×105-2340)/ (1000×

=6.46m

(2)pv´=12340 Pa

Hg’= (1×105-12340)/ (1000×

=5.44m

1-30 某食品厂为节约用水,用一离心泵将常压热水池中60℃的废热水经68mm×3.5mm的管子输送至凉水塔顶,并经喷头喷出而入凉水池,以达冷却目的,水的输送量为22m3/h,喷头入口处需维持(表压),喷头入口的位置较热水池液面高5m,吸入管和排出管的阻力损失分别为1mH2O和4mH2O。试选用一台合适的离心泵,并确定泵的安装高度。(当地大气压为)

解: u=22/(3600××

=2.09m/s

60℃水 =983.2kg/m3

pv=

H=5+×106/×+(2×+1+4=15.41m

可用IS65-50-125清水泵,转速,流量25m3/h,扬程20m,NSPH=

Hg=×106-19923)/×=4.7m

1-31 一管路系统的特性曲线方程为HL=20+。现有两台同型号的离心泵,该泵的特性曲线可用方程H=表示(上两式中HL和H的单位为m,qv的单位为m3/h)。试求:当管路输送量为30m3/h时,安装一台泵能否满足要求(2)若将两泵联合安装在管路中,该管路可输送的最大流量为多少

解:(1)H=×302= m

HL=20+×302=25.85 m

能符合要求

(2)两泵并联后的特性曲线为 H=×10-4qv2

与HL=20+ 联立得 qv=37m3/h

两泵串联后的特性曲线为 H=×10-3qv2

与HL=20+ 联立得 qv=59m3/h

1-32 某双动往复泵,其活塞直径为180mm,活塞杆直径为50mm,曲柄半径为145mm。活塞每分钟往复55次。实验测得此泵的排水量为42m3/h。试求该泵的容积效率。

解:冲程 s=×2=

qvT=(2××46.8m3 =42/=%

1-33 温度为15℃的空气直接由大气进入风机,并通过内径为800mm的管道送至燃烧炉底,要求风量为20000m3/h(以风机进口状态计),炉底表压为1100mmH2O。管长100m(包括局部阻力当量长度),管壁粗糙度0.3mm。现库存一离心通风机,其铭牌上的流量为21800m3/h,全风压为1290mmH2O,问此风机是否合用(大气压为)。

解: u=20000/(3600××=s m=(1×105+1100×2)×29/(8314×288)

=1.276kg/m3 Re=×××10-5)=×105

/d=800=×10-4 =

HT=1100×+×(100/××2

=×104Pa

HT′=×104×=×104Pa

=<1290mmH2O 可以用

1-34 实验中测定一离心通风机的性能,得以下数据:气体出口处压强为23mmH2O,入口处真空度为15mmH2O,送风量为3900m3/h。吸入管路与排出管路的直径相同。通风机的转速为960rpm,其所需要轴功率为。试求此通风机的效率。若将此通风机的转速增为1150rpm,问转速增大后,此通风机的送风量和所需的轴功率各为若干

解:(1) HT=(23+15)×=

平均压强近似为大气压 =1×105×29/(8314×293)=m3

PL= HTqvρg =×3900×(3600×=404W

=404/810=%

(2)qv′=qvn′/n=3900×1150/960=4672m3/h

P′=P(n′/n)3=×(1150/960)3=×103W

1-35 某单级双缸、双动空气压缩机将空气从 MPa(绝对)压缩到(绝对)。活塞直径为300mm,冲程200mm,每分钟往复480次。气缸余隙系数为8%;排气系数为容积系数的85%,压缩过程为绝热过程,绝热指数为,总效率。试计算该压缩机的排气量和轴功率

解:容积系数 v=1-[(p2/p1)1/k-1]=×[1/]=

排气系数 p=v=

排气量 qv=×××480×60××2=611.8 m3/h

理论功率

P== kW