1、第一單元 流體流動1-1 U型管壓差計測量蒸汽鍋爐水面上方的蒸汽壓，如圖 1-1 所示， U型管壓差計的指示液為水銀，兩 U 型管的連接管內充滿水。已知水銀面與基準面的垂直距離分別為：h1=2.3m, h2=1.2m, h 3=2.5m, h 4=1.4m, h 5=3m,大氣壓強 Pa=745mmH。g 試求鍋爐上方水蒸汽的壓強 P0 。解： 由靜力學方程得：pcpaHg g(h1h2)pcpg水 g(h3h2 ) PB水 g(h3h2)pApBHg g(h3h4)pApo水g(h5h4)pcpaHg g(h1h2)pcpapBpC水 g(h3h2)pApBpopA水 g(h5h4)圖 1-

2、1Hg g(h1 h2)Hg g(h3 h4)由以上各式可得： po paHg g (h1 h2) (h3 h4 ) 水g (h3 h2) (h5 h4 )74576010133013600 9.81( 2.3 1.2)(2.5 1.4)1000 9.81(2.5 1.2) (3 1.4)23.64 105 Pa本題是靜力學方程與 U型壓差計的應用。1-2 密度為 850kg/m3 的某液體由敞口高位槽從 894mm的管道中流出， 高位槽液面高于地面 12m，管路出口高于地面 3m（如圖 1-2） 。已知該液體流經(jīng)2 3m系統(tǒng)的總能量損失可按 （ hf） Wf =7.5u 2 計算， u 為液

3、體在管內的流速 m/s 。試計算：圖 1-21）管內液體的流速；2）該液體的體積流量和質量流量（分別以m3/h 和 kg/h ）。解：1） 在 1-1 與 2-2 之間列柏努利方程 ,，以 0-0 為基準面22u1p1u2 p2gz1we gz2wf22已知： z 1=12m, z 2=3m, u 1=u2 0， p 1=p2=0( 表壓) We=0 , W f =7.5u 2 得： 12(9.81)=3(9.81) + 7.5u 2 u=3.43m/s2) V=u A=3.43 (3.14/4)(0.0812)=0.0177 m3/s=63.7 m3/h m=V =63.7 850=5414

4、5 kg/h 本題是練習柏努利方程、體積流量與質量流量的計算及相互換算。1-3 質量流量為 16200kg/h 的 25%氯化鈉（ NaCl）水溶液在 503mm的鋼管中流過。已 知水溶液的密度為 1186kg/m3，粘度為 2.3 10 - 3Pas。 求：1）判斷該水溶液的流動類型；2）計算在層流時的最大流速。解：1）判斷流動類型16200us36002.4972.5 m/sA(0.044)2 1186Redu0.044 2.5 1186567224000 為湍流2.3 10 32）求層流時的最大流速層流時， Re 準數(shù)最大值為 2000，相應的流速即為 umax滯Redumax 滯0.0

5、44 1186 umax 滯2.3 102000得 umax 滯 0.088 m/s本題是練習 Re 數(shù)的計算及其流型判斷。1-4 某車間輸水管路為 603.5mm的鋼管，流速為 4m/s ，因生產情況有變動，預使流速 減至 2.5m/s 左右，而用水量不變。擬采用兩個改進方案：1)換一根粗管； 2)增加一根管子。求兩種方案各應選用管子的型號。解： 1)換一根粗管根據(jù)連續(xù)性方程： Vs u1 A1 u2 A2即：22Vs(0.053) 2 4d粗 2.544所以： d粗4 (0.053) 0.067 m。粗 2.5故可選無縫熱軋鋼管，規(guī)格為 763.5mm 此時管內實際流速： 2V4(0.05

6、3) ?4u s 4 2.36m/ sA 4 (0.069)22 )增加一根管子Vs 不變，總體積流量為兩根管子內體積流量之和，用d 增 表示所增加管子的內徑，則：2Vs(0.053) 2 4 (0.053)2 2.5 d增 2.54 4 4得： d增4 (0.053)2 2.5 (0.053)2 0.041m。503.5mm。增 2.5 可選無縫熱軋鋼管，規(guī)格為 此時新增管子內實際流速為：22V4(0.053)2 ?44(0.053)2 ?2.5u s 4 4 2.28m/sA4(0.043)2本題要求掌握管子的選擇方法。1-5. 粘度為 0.075Pas，密度為 900kg/m3的某種油品

7、，以 36000kg/h 的流量在 1144.5mm 的鋼管中作定態(tài)流動。求： 1)該油品流過 15m管長時因摩擦阻力而引起的壓強降Pf 為多少？： 2)若流量加大為原來的 3 倍，其它條件不變，則直管阻力 hf 又為多少？取鋼管壁面 絕對粗糙度為 0.15mm。解： 1）求 Pf 。求 u 及Re。36000vsuA3600 900 1.284 m/s2 (0.105) 24Re du0.105 1.284 9000.0751617.8 2000 屬層流求 ，hf 及求Pf 。hfPf64Re641617.80.03956l u20.03956d2hf 900 4.659150.105(1.

8、284)2 4.659 J/kg24193.1Pa2)當流量為原來的 3 倍而其它條件不變，則 u=3 1.284=3.852m/sRe=31617.8=4853.44000 屬湍流應據(jù) Re 值及 /d 值查莫狄圖求 相對粗糙度 /d=0.15 10 - 3/0.105=1.43 10 -3 及 Re=4853.4查出 =0.0215hf22 l u2 0.0215 15 (3.852)2 d 2 0.105 222.79 J/kg說明: 求壓降（阻力），必須先求 Re，確定流型后才能選用對應的計算公式。1-6 某車間丙烯精餾塔的回流系統(tǒng)如圖 1-3 所示，塔內 操作壓強為 1304kPa（

9、表壓），丙烯貯槽內液面上方的壓強 為 2011kPa （表壓），塔內丙烯出口管距貯槽的高度差為 30m，管內徑為 145mm，送液量為 40t/h 。丙烯的密度為 600kg/m3，設管路全部能量損失為 150J/kg 。問：將丙烯圖 1-3we 值后才能判斷從貯槽送到塔內是否需要用泵？計算后簡要說明。解： 1）將丙烯從貯槽送到塔內是否用泵，必須用柏努利方程式求出 2）取貯槽液面為 1- 1截面，且定為基準水平面， 取塔內丙烯出口管的管口為 2-2 截面， 如圖示3）在兩截面間列出柏努利方程：z1g2u12P1z2g2u22P2hf1 23已知： ： z1=0， z2=30m， u10， u2

10、 可求出， P 1=2011kPa，=600kg/m 3，P2 =1304kPa ，hf1 2 =150kJ/kg 。4）求 u2 及 we。u240 1033600(z21.12m / s(0.145)2 600422u2 u1 P2 P12z1)g2 hf1 2 30 9.81 (1.12)2(1.3042.011) 106150 733.4J /kg600說明： we 的涵義是外加功，計算結果 we 為負值，說明系統(tǒng)不需要外加功，而依靠貯槽與塔 兩個設備的壓強差即可滿足輸送丙烯的要求。1-7 用一虹吸管將 80熱水從高位槽中抽出，兩容器中 水面恒定（如圖 1-4 ）。已知 AB長 7m，

11、BC 長 15m（均包括 局部阻力的當量長度） ，管路內徑為 20mm，摩擦系數(shù)可取 為 0.023 。試求：1）當 z1 3m時，水在管內的流量；2）在管子總長不變的情況下，欲使流量增加20，則 H1應為多少 ?圖 1-43）當 H13m時，管路頂點 B可提升的最大高度 ;4）對計算結果作簡要說明。解： 1）如圖所示，在高位槽液面（為1-1 截面）與低位槽液面（為 2-2 截面）間列柏努利方程z1g1 2 p12u1z2g1 2 p2 u222Wf ,1 2其中：z 1=3m；u1u2 0； p1= p2=0（表壓）；z2=0簡化z1gWf ,1 2l l e u2d2流速2gz1d(l l

12、e)2 9.81 3 0.020.023 221.525m / s流量2）欲使流量增加此時1.2u 1.21.525 1.83m / sH1Wf2lle u 2d2所以H12u22 1.8320.023 4.31m d 2g 0.022 9.81leVd2u 0.785 0.022 1.525 4.789 10 4m3/s 1.724m3 /h420%，需增大兩容器中水位的垂直距離。3）H1一定時， B 點的位置愈高，其壓力愈低。當pB降至同溫度下水的飽和蒸汽壓時，水將汽化，流體不再連續(xù)，以此確定管路頂點提升的最大高度。查得 80水的飽和蒸汽壓為 47.38kPa ，密度為 977.8kg/m

13、3 。在 1-1 與 B-B間列柏努利1 2 p11 2 pB方程：z1gu11 zB guB B W f,1 B22簡化z1g1uBWf ,1 B1 2 B f ,1 B22H 2,maxp1 pB uBl le uBg 2g d 2g（101.3 47.38） 1037 1.5252（1 0.023 ）977.8 9.810.02 2 9.814.55m4）說明虹吸管是實際中經(jīng)常遇到的管路，由以上計算可知：輸送量與兩容器間的距離有關，距離越大，流量越大；虹吸管的頂點不宜過高，以避免液體在管路中汽化，尤其是輸送溫度較高、易揮發(fā)的液體時更需注意。1-8 用離心泵將常溫水從蓄水池送至常壓高位 槽

14、（如圖 1-5 所示）。管路為 57 3.5 mm的光滑管，直管長度與所有局部阻力 （包括孔板） 的當 量長度之和為 250m。輸水量用孔板流量計測量，孔板孔徑 do 20 mm，流量系數(shù)為 0.61 ，從水池面到A點的管長（含所有局部阻力當量長度）80m，兩 U 形壓差計的指示液均為汞。摩擦系數(shù)0.3164 30R.3e10.6254計算。若水流量為7.42 m3/h ， 求：圖 1-5每 kg 水從泵所獲得的有效功；A 截面處 U形壓差計讀數(shù) R1；孔板處壓差計讀數(shù) R2解： 1）在低位槽1-1 ）與高位槽（ 2-2）之間列柏努利方程，且以低位槽（ 1-1）截面為基準： We2up zg2

15、upWf式中， u1 u20 ， p1 p2 0 （表壓）， z1 0 ， z2 15m7.42/36002 1.05m/ s0.785 0.052Redu52500 ，0.3164 0.0209Re0.25Wfl le u 57.6J /kg d2代入，We15 9.807 57.6204.7J /kg2）A截面 U形管壓差計讀數(shù) R1 ：在 A-A與 2-2 間列柏努利方程，并簡化式中，所以2pA u2z2gWf ,A 2u 1.05m / s ，Wf,ApA4.84對于 U形壓差計R1pAz21m2 0.0209 2500.05104Pa （表壓）3）80 1.052 39.17J /k

16、gpA 1.5 R1 g1.5 g 4.84 104R1 Ag1.5 1000 9.81 0.511m13600 1000 9.81孔板流量計的 U 形壓差計讀數(shù) R2 ：VS7.423600R2C0 A02R2A g20.61 0.02240.468m2 13600 1000 9.81R21000說明：本題是有關流體力學的綜合計算題，其中包括柏努利方程求 we ）、靜力學基本方程（求 R1），能量損失計算（求w f ），孔板流量計應用（求 R2）等。1-9 如圖 1-6 所示，從自來水總管接一管 段 AB向實驗樓供水，在 B 處分成兩路各通圖 1-6向一樓和二樓。兩支路各安裝一球形閥，出口分

17、別為 C 和 D。已知管段 AB、BC和 BD的長度 分別為 100m、 10m和 20m（僅包括管件的當量長度） ，管內徑皆為 30mm。假定總管在 A 處的 表壓為 0.343MPa，不考慮分支點 B 處的動能交換和能量損失，且可認為各管段內的流動均 進入阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)皆為 0.03 ，試求：1）D閥關閉， C閥全開（6.4）時， BC管的流量為多少？2）D 閥全開， C 閥關小至流量減半時， BD管的流量為多少？總管流量又為多少？解： 1）在 A-C 截面（出口內側）列柏努利方程2 pA uA gzAA2AgzCpC2 uCwf ,A C zAzCuApC 0( 表)wf,AC(

18、lABl BCd入口2 ) uC2 閥)2pAl AB lBC( 入口d21)u2C2uC3.43 10510002 /(0.03100 100.030.5 6.4 1)=2.41m/suCd 2=2.4140.0324331.71 10 3m3 /s2） D 閥全開， C 閥關小至流量減半時：在 A-D 截面（出口內側）列柏努利方程（不計分支點B 處能量損失）2 pAuAgzA A2AgzD2 pDuD2wf,A D其中： zA 0， zD 5muA 0pD 0(表)wf ,A DAB入口 ）l BD閥）2uD2pA 5gl ABd入口 ）l BDd1)2uD2uD2VD / d 2 4Vc

19、V2c VDd2424VD /0.0321414.7VD0.85 10 V D 1414.7VD 1.204(0.03)23.43 10510001009.81 (0.0301.0003 0.5)2(1414.7VD 1.20)2 20 D (0.03 2 0.0326.4 1) (1414.7VD)2化簡得1.28 108VD2 1.7 105VD221.59 0解得：VD 8.10 10 4m3 / s總管流量V VC VD 8.5 10 4 8.110 4 1.66 10 3m3/ s說明：對于分支管路，調節(jié)支路中的閥門（阻力），不僅改變了各支路的流量分配，同時也改變了總流量。但對于總管

20、阻力為主的分支管路，改變支路的阻力，總流量變化不大。10第二單元 流體輸送機械2-1. 離心泵在一定輸送流量范圍和轉速下， 壓頭和流量間關系可表示為 H 252.0Q2（式中 H 單位為 m， Q 單位為 m/min ）。若將該泵安裝在特定管路內，該管路特性方程可表示為2H e 20 1.86Qe 。（式中 H單位為 m， Qe為 m3/min ）。試求： 1）輸送常溫下清水時，該泵的流量、壓頭和軸功率。2）輸送密度為 1200Kg/m3 的水溶液時，該泵的流量、壓頭和軸功率。 假設該泵的效率為 60。Q Qe ， H解： 1）根據(jù)離心泵的工作點定義可得： 求輸送常溫下清水時，該泵的性能。H

21、e 可得： 25 2.0Q220 1.86Q2，即 3.86Q2 53 3 3得： Q 1.138m /min=68.3m /h=0.019m /s 。 H 25 2.0Q2 25 2 (1.138)2 22.4mN QHP1021.1386022.4 1000102 0.66.942Kw2）求輸送密度為 1200Kg/m3 的水溶液時，該泵的性能。當輸送液體的密度改變時，泵的流量和壓頭不變。故：3Q Q 0.019m /s， H H 22.4mNQH而軸功率發(fā)生變化，1020.019 22.4 1200102 0.68.345Kw本題要求掌握離心泵特性參數(shù)的計算及流體密度對其性能參數(shù)的影響。

22、2-2. 在某特定管路系統(tǒng)中，用離心泵輸送清水。當泵的出口閥全開時，管路特性方程為He 18 1.3 10 Qe （Qe 單位是 m3/s ）。現(xiàn)關小閥門調節(jié)流量，當泵的流量為0.012m3/s時，對應的壓頭為 44m。試求：1）關小閥門后的管路特性方程。 2）關小閥門造成壓頭損失占泵提供壓頭的百分數(shù)。11解： 1)求關小閥門后的管路特性方程。 本題中， K不發(fā)生變化，而 B 值因關小閥門而變大。關小閥門后離心泵特性不變。22 K、Q、H值代入管路特性方程，可得： 44 18 BQe2 ，即 44 18 B(0.012)2 可解出 B 1.806 105故關小閥門后管路特性方程為：52He 1

23、8 1.806 105 Qe22) 流量為 0.012m3/s 時，原管路所要求的壓頭為：H e 18 1.3 105 (0.012)2 18 18.72 36.72m 故關小閥門多耗的壓頭為： H H H e 44 36.72 7.28mH 7.28 關小閥門造成的壓頭損失占泵提供壓頭的百分數(shù)為： 100% 16.55%H 44本題是離心泵管路特性曲線的練習及管路閥門局部阻力對泵壓頭的影響。2-3. 某造紙廠抄紙車間一臺揚克式紙機，原生產郵封紙，所配置得白水泵 (離心水泵)其流 量為 Q 20m3/h ，揚程 H為 31m，軸功率 N為 2.6Kw，配套電機 4.5Kw。現(xiàn)因市場變化，該紙機

24、轉產衛(wèi)生紙，白水泵流量比原來下降10，揚程下降 20。若不更換泵，而將原白水泵Q、 H和 N：葉輪外徑切割 5，其它尺寸不變，改用 3Kw電機拖動。問此方案是否可行？解： 據(jù)離心泵得切割定律，可算出葉輪外徑切割5后，泵的QD22 得：QD2HD2 2(DD22)2HN(DD2)3D2N由1)由2)由3)Q得：得：D2 Q 0.95D2 Q 0.95QD2D20.9Q又因 N 2.6Kw，則 NH (DD2)2D2N (DD2)3D20.857N 0.8570.95D2 2(0.9D52D2 )2 H0.95D2 3(0.9D52D2 )3 N2.6 2.23Kw0.903H 0.8H0.857

25、 N取安全系數(shù)為 1.2 倍來配套電機，則所需配套電機功率為：1.2 2.23 2.68Kw 3Kw4)由計算結果知，原水泵葉輪外徑切割5后，流量、揚程、所配電機功率都適用，故此方案可行。122-4 用某離心油泵從貯槽取液態(tài)烴類至反應器，貯槽液面恒定，其上方絕壓為660KPa，泵安裝于貯槽液面以下 1.6m 處。吸入管路得壓頭損失為 1.6m 。輸送條件下液態(tài)烴的密度為530Kg/m3，飽和蒸氣壓為 645KPa，輸送流量下泵的氣蝕余量為3.5m，請分析該泵能否正常操作。解：題給泵的氣蝕余量，可由下式求泵的安裝高度 HgpapvgNPSHH f0 13(660 645) 103530 9.81

26、3.5 1.62.21m1）輸送流量為 25m3/h、溫度為20C的水；2）輸送流量為 25m3/h、溫度為60C的水；33）輸送流量為 25m3/h、溫度為20C的油；飽和蒸汽壓 2.674310 Pa，密度 740kg/m )4）輸送流量為 30 m3/h、溫度為20C的水為安全起見，離心泵得實際安裝高度應至少比計算值減0.5m，為：2.21m 0.5m 2.71m由題給條件， 目前泵的安裝高度為 -1.6m-2.71m ，表明泵的安裝高度已偏高， 很可能發(fā)生氣 蝕現(xiàn)象，故該泵不能正常操作。本題要求掌握離心泵的氣蝕現(xiàn)象及離心泵的安裝高度的確定。2-5 用某種型號的離心泵從敞口容器中輸送液體

27、， 離心泵的吸入管長度為 12m，直徑為 62mm。0.028 ，總局部阻力系數(shù)假定吸入管內流體流動已進入阻力平方區(qū)，直管摩擦阻力系數(shù)為2.1 ，當?shù)氐拇髿鈮簽?.013 105Pa。試求此泵在以下各種情況下允許安裝高度為多少？5）輸送流量為 25m3/h 的沸騰水。解： 1）從泵的樣本查得，該泵在流量為25m3/h，允許汽蝕余量為2.0m。吸入管內流速： u14Qd24* 2523.14* 0.0622 *36002.30m / s吸入管路阻力損失：Hf2 u 2g0.03 10 2.1 2.320.0622* 9.811.87m20 C 水的飽和蒸汽壓2.33kPa 。此時泵的允許安裝高度

28、為：13H p0 gmaxgpv gh H f51.01 1023301000 9.811000 9.812)60 C水的飽和蒸汽壓 19.93kPa ，代入上式解得：p0pv1.01 10519930H gmaxh H fgg1000 9.811000 9.813)20 C 油飽和蒸汽壓2.67104Pa，將相關數(shù)據(jù)代入上式得：p0pv1.01 10526700H gmaxhHfgg740 9.81740 9.812.02.02.0流量變化，則吸入管路阻力也要變化。1.871.871.876.22m4.42m6.41m此時，u14Qd24*3023.14* 0.0622 * 36002.76

29、m / sHfu22g100.030.0622.122.7622.69m2* 9.81最大允許安裝高度：Hp0pvHg max51.01 1023302.0 2.69 5.4m1000 9.811000 9.815)液體沸騰時，pvp0此時， H gmax2.0 1.873.87m說明： 影響離心泵最大允許安裝高度的因素可以概括為以下幾個方面：流體的種類，一般來說，蒸汽壓越大，最大允許安裝高度越低； 流體的溫度，溫度越高，最大允許安裝高度越低； 流體流量，流量越大，吸入管路阻力越大，最大允許安裝高度越低； 儲槽壓力和吸入管路配置情況；當被輸送液體沸騰時， 最大允許安裝高度與流體的種類無關， 主

30、要取決于流體的流量和吸 入管路的阻力。可見，生產中流體溫度和流量的上浮都可能導致原本正常工作的泵發(fā)生汽蝕。 因此， 計 算泵的最大允許安裝高度時，應以可能的最高操作溫度和流量來計算。142-6 用離心泵將 20的水從水池送入高壓高位 槽（見圖 2-1 ）。泵的進、出口處分別裝有真空表 及壓力表。在一定轉速下測得離心泵的流量 Q 、 揚程 H e 、泵出口壓力 p 表、泵入口真空度 p真以及 泵的軸功率 N 。現(xiàn)改變以下各條件之一而其它條 件不變，問上述離心泵各參數(shù)將如何變化？1）出口閥門開度增大；32）液體密度改為 1500 kg/m 3；3）泵葉輪直徑減小 5%；4）轉速提高 5%。解：1）

31、出口閥門開度增大， 則管路阻力變小， 管路特性曲線變平緩； 但其起點 A z p/ g度增大將使工作點向右下方移動 （圖中由 D到 E），結果是流量 Q增大、揚程 He 下降、軸功率 N上升。以低位槽液面為上游截面（ 1-1 ）、以壓力表所在處為下游截面（ 4-4 ），寫柏努利方程：p12u11 z1 H ep42u4z4g2gg2gH f 1 42l le u4p壓gp4 p1ggHez1 z42 u4 2gH f1 4 H ez1 z4d 2g1）不變；泵的特性不會發(fā)生變化。因此，出口閥門開當出口閥門開大時，上式右端各變量中，He下降、 u4上升；其余量都不變。因此，壓力表讀數(shù)下降。以低位

32、槽液面為上游截面（ 1-1 ）、以壓力表所在處為下游截面（ 3-3 ），寫柏努利方程：p真p1p32 u3H f1 3z3 z1ggg3 1 2g2）15p12 u1p32 u3H f1 3z1z3g2gg2g當出口閥門開大時，上式右端各變量中，表讀數(shù)上升。2）高位槽為密閉容器，故管路特性曲線在H軸上截距 A z p/ g 中的 p為正。當被輸送液體密度增大時， A下降，管路特性曲線向下平移， 如圖所示。工作點由 A 點移到 B 點。結果是流量 Q增大、揚程 He下降、軸功率 N上升（ 泵的 HQ曲線不隨被輸送液體密度的變化而變化）。當流量增加時，管內流速和能量損失都增大，由式（ 2）可知，真

33、空表讀數(shù)增大。以壓力表所在處 （ 4-4）為上游截面，以管路出口處2-2 ）為下游截面，寫柏努利方程：2p3 u3z3 g 2gp2g2 u2z2 H f 3 22g 2 f 3 2p壓 p3gg其中 u2 u3 。由式（ 3）可以看出，流量增加時，管路能量損失增大，在流體密度上升的情p2gz2 z3H f3 23）u3 上升、 H f1 3 上升，其余量不變。因此，真空而工作點由泵的特性和管路的特性共同決定。況下，壓力表讀數(shù)是增加的。3）葉輪直徑減小 5%時泵的特性曲線變化情況如圖所示，特性曲線由1 變?yōu)?3，工作點由 C變?yōu)?D，結果是流量 Q減小、揚程 He 下降、軸功率 N下降。（用切

34、割定律也可得到相同的結 論）流量減小時，管路能量損失減小，由式（ 2）可 知，真空表讀數(shù)下降。流量減小時，管路能量損失減小，由式（ 3）可 以看出，壓力表讀數(shù)要減小。4）轉速提高 5%時泵的特性曲線變化如圖所示， 特性 曲線由 1 變?yōu)?2，工作點由 C 變?yōu)?E，結果是流量 Q 增加、揚程 He 上升、軸功率 N上升。由式（ 3）可知，壓力表讀數(shù)增加；由式（ 2）可知，真空表讀數(shù)增加。說明 ：離心泵的工作狀態(tài)與其工作點對應，16 變這兩種特性都可以使工作點發(fā)生變化， 對應的流量、壓力、 軸功率、壓力表和真空表都會 發(fā)生變化。工程上，離心泵所在管路的流量調節(jié)也正是基于這一原理而實現(xiàn)的。17第三

35、單元 沉降與過濾3-1 用落球法測定某液體的粘度（落球粘度計），將待測液體置于玻璃容器中測得直徑為36.35mm的鋼球在此液體內沉降 200mm所需的時間為 7.32s, 已知鋼球的密度為 7900kg/m 3，液 體的密度為 1300 kg/m 3。試計算液體的粘度。200解：（ 1）鋼球的沉降速度 ut h 1000 0.2732m/ st 7.32 （2）假設沉降在滯留區(qū)，則可用斯托克斯公式計算：utd 2( s )g18d2( s )g (6.35 10 3)2 (7900 1300) 9.81s 5.309Pa S18ut18 0.027323) 核算流型：Retdut6.35 10

36、 3 0.02732 13005.3090.04248 1故假設成立，求出的 有效。本題要求掌握重力沉降速度的計算。3-2 采用降塵室回收常壓爐氣中所含球形固體顆粒。降塵室底面積為 10 ，高 1.6m。操33 作條件下氣體密度為 0.5kg/m 3，粘度為 2.0 10 5Pa s ，顆粒密度為 3000 kg/m 3。氣體體積3流量為 5m/s 。試求：1）可完全回收的最小顆粒直徑；2）如將降塵室改為多層以完全回收20 m 的顆粒，求多層降塵室的層數(shù)及板間距。解： 1）設沉降運動處在層流區(qū)，則能完全回收的最小顆粒直徑：dmin1852 10 559.813000 0.61078.2 mV5

37、校核：最小顆粒的沉降速度： u0 VAs0 150 0.5m/ s18Red minu78.2 100.5 0.610 51.173 2 ，近似認為沉降運動處于層流區(qū)。2）20 m的顆粒也要能全部回收，所需要的降塵面積可按下式計算（既然直徑為78.2 m 的顆粒尚能處于層流區(qū)，則 20 m 的顆粒沉降也一定處在層流區(qū)） ：A018 Vsg s d2018 2 10 5 59.813000 0.620 10 6 22153m2需要降塵面積為 153 ，所以降塵室應改為 16層（ 15 塊隔板），實際降塵面積為 160。 層間距為 0.16m。說明 ： 就設備結構參數(shù)而言，降塵室的處理量主要取決于

38、其底面積而與高度無關；由本 題可以看出， 當處理量一定時， 完全分離出更小的的粒徑就必須擴大降塵室的底面積， 這是 通過多層結構來實現(xiàn)的 。3-3 用一多層降塵室以除去爐氣中的礦塵。礦塵最小粒徑為8m，密度為 4000 kg/m3 。降塵室內長 4.1m，寬 1.8m，高 4.2m，氣體溫度為 427，粘度為 3.4 10-5Pas，密度為 0.5 kg/m3 ，若每小時的爐氣量為 2160 標準 m3。試求降塵室內的隔板間距及層數(shù)。解： 1）操作條件下爐氣處理量為：1.54m3 /s2160 273 427Vs3600 2732）假設沉降在滯流區(qū)，可求出ututd2 ( s )g1862(8

39、 10 6 )2 (4000 0.5) 9.8134.1 10 3m/s而氣體水平通過速度 uvs /bH 1.54 /(1.84.2)0.20m/s3）層數(shù) nvs1.54n s 131511 5018 3.4 105b ut1.8 4.1 4.1 104) 隔板間距 hH (n 1)h 可得： h H 4.2m 0.082mn 1 515）核算顆粒沉降和氣體流動是否都在滯流區(qū)19 Retdut8 10 6 4.1 10 3 0.54.8 10 43.4 101 在滯流區(qū) de2bhbh2 1.8 0.0821.8 0.0820.157m氣體流動的 Re 為：Redeu0.157 0.205

40、 0.5 4623.4 10 52000 在滯流區(qū)。故降塵室計算合理，結果有效。3-4 采用標準型旋風分離器除去爐氣中的球形顆粒。要求旋風分離器的生產能力為 直徑 D 為 0.4m，適宜的進口氣速為 20m/s。爐氣的密度為 0.75kg/m 3，粘度為 2.6 （操作條件下的） ，固相密度為 3000kg/m3，求（ 1）需要幾個旋風分離器并聯(lián)操作；2.0m 3，-5 10-5Pas( 2) 臨界粒徑 dc；（ 3）分割直徑 d50；4）壓強降 P。解： 對于標準型旋風分離器，h=D/2 ， B=D/4， Ne=5，=81） 并聯(lián)旋風分離器數(shù) n：單臺旋風分離器的生產能力為：(Vs)單=hB

41、ui=DDui(0.4 2/8) 20=0.40m3/s2 4 in=Vs/ (Vs) 單 =2.0/0.40=52）求臨界粒徑 dcB=D/4=0.4/4=0.1m ，Ne=5，代入下式：dcN9eBsui59 2.6 10 5 0.14.985 3000 20610 6m 4.98 m3）分割直徑 d50d50 0.27 (D)ui0.2752.6 10 5 0.43000 203.554 10 6 m 3.5544）壓強降 P2 ui 28 0.75 (20) 2 1200Pa2本題要求掌握旋風分離器性能參數(shù)及其計算。20433-5 用板框壓濾機在 9.81 104pa 恒壓差下過濾某種

42、水懸浮液。要求每小時處理料漿8m3。已測的 1m3 濾液可得濾餅 0.1m3, 過濾方程式為：V 2 V 5 10 4 A2 (單位為 s)。求 1)過濾面積 A ； 2 )恒壓過濾常數(shù) K、 qe、 e 解：1) 過濾面積 A3 由題給： 0.1 V VF /(1 ) 8/(1 0.1) 7.273m3代入題給過濾方程：2 4 2 2(7.273)2 7.273 5 10 4 3600 A260.17 1.8A23解出： A=5.782m32）求過濾常數(shù) K、 qe、把題給過濾方程與恒壓過濾方程 V 2 2VVe KA 2 相比較，可得-4 3 3 3K=510-4m3/s ； 2V e=1

43、m3； 故 Ve=0.5m30.5 3 2 qe=Ve/A= 0.0865m3 /m25.782eqe2 / K2(0.0865)25 10 415s本題要求掌握過濾常數(shù)的計算。23-6 某板框式壓濾機的過濾面積為0.2m2，在壓差 p 1.5atm 下以恒壓操作過濾一種懸 浮液， 2 小時后得濾液 4m3, 介質阻力可略，濾餅不可壓縮，求： 1）若過濾面積加倍，其他 情況不變，可得多少濾液？ 2）若在原壓差下過濾 2 小時后用 0.5m3的水洗滌濾餅，需多長 洗滌時間？解：原工況下的過濾常數(shù) K 為：（介質阻力可略）22K V 2 /(A2 )22(4.0)5.56 10 2m2 /s(0.

44、2)2 2 36001） 過濾面積加倍，其他情況不變可得濾液量：21VK(A ) 25.56 10 2(2 0.2)2 2 3600 8.0m32) 求洗滌時間 wVwdv( ) wd對于板框壓濾機，(dv)wdKA28(V Ve)因介質阻力可略，故 Ve=0, 題給 Vw=0.5m3 代入后可得：71942s 2h0.5225.56 10 2 (0.2)28 4.0本題要求掌握過濾條件對過濾的影響。3-7 用板框式壓濾機在 2.95 105pa 的壓強差下，過濾某種懸浮液。過濾機的型號為 BMS20/635-25 ，共 26 個框。現(xiàn) 已測得操作條 件下的過 濾常 數(shù) K=1.13 10-4

45、m2/s ， qe=0.023m3/m2，且 1m3濾液可得濾餅 0.020m3 求： 1) 濾餅充滿濾框所需的過濾時間。 2) 若洗滌時間為 0.793h ，每批操作的輔助時間為 15min，則過濾機的生產能力為多少？解：1) 過濾時間過濾面積為：A 2 (0.635) 2 26 20.98m2濾餅體積為：Vs (0.635)2 0.025 26 0.262m3濾液體積為：V Vs 0.262 / 0.020 13.10m3 v32而 q=V/A=13.10/20.98=0.624m 3/m2過濾時間22q22qqe (0.624)2 0.624 0.023e 4 3700sK 1.13 1

46、0 42)生產能力Q操作周期 T=Q+Qw+QD=3700+0.793 3600+15 60=7455sQ 3600VT3600 13.10 6.33m2 /h7455本題要求掌握過濾時間及過濾機生產能力的計算。223-8 擬在 9.81 103Pa的恒定壓強差下過濾懸浮液。濾餅為不可壓縮，其比阻r 為 1.3310 2 3 3 -31010 1/m2，濾餅體積與濾液體積之比 v 為 0.333m3/m3，濾液的粘度為 1.0 10-3 Pa.S ；且過 濾介質阻力可略。求： 1）每平方米過濾面積上獲得1.5m3 濾液所需的過濾時間； 2）若將此過濾時間延長一倍可以再獲得多少濾液？解：解： 1

47、）求 由題給條件可得，單位面積上所得濾液量q =1.5m 3/m21SK 2k p1 S1S2 p1 S32 p 2 9.81 1033 2rr 1.0 10 3 1.331010 0.333求 求 K，題給濾餅為不可壓縮，則S=0，r = r= 常數(shù)，代入已知量則：1.522當過濾介質可略時， q =k，則有4.43 10 3508s2）過濾時間加倍時，增加的濾液量 2 2 508 1016s q k4.43 10 3 1016 2.12m3 /m2 增加的濾液量為：32q q 2.12 1.5 0.62m3 /m2即每平方米過濾面積上將再得 0.62m3 濾液。說明：1）過濾常數(shù) K 與過

48、濾的壓力有關，只有當恒壓過濾時，K才為常數(shù)；2）用恒壓過濾方程計算時，過濾時間與濾液量均為累計的量23第四單元 傳 熱4-1 外徑為 50mm的不銹鋼管，外包 6mm厚的玻璃纖維保溫層，其外再包20mm厚的石棉保溫層，管外壁溫為300 C，保溫層外壁溫為35 C，已知玻璃纖維和石棉的導熱系數(shù)分別為0.07W/(m K)和 0.3 W/(m K)，試求每米管長的熱損失及玻璃纖維層和石棉層之間的界面溫度。解：2 t1 t32 300 351 ln r21 r11 ln 62 1 ln1020.07 50 0.3 62351.9W /m351.9W /m2 t1 t21 r2ln1 r13.07 所以t2 300 351.9 128 C2本題要求掌握導熱過程的計算。4-2 有一列管式換熱器， 由 38 根25mm2.5mm的無縫鋼管組成。苯在管內流動，由20 被加熱至 80，苯的流量為 8.32kg/s 。外殼中通入水蒸氣進行加熱。試求管壁對苯的傳熱 系數(shù)。當苯的流量提高一倍，傳熱系數(shù)有何變化。解：苯在平均溫度 tm 1 20 80 50 下的物性可由附錄查得：m23密度 =86