1、答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解【1-4】附圖所示為汽液直接接觸混合式冷凝器，蒸汽被水冷凝后，冷凝液和水】附圖所示為汽液直接接觸混合式冷凝器，蒸汽被水冷凝后，冷凝液和水一道沿管流至水池，現已知冷凝器內真空度為一道沿管流至水池，現已知冷凝器內真空度為0.83kPa，管內水溫管內水溫40 ，試估計管內的水柱高度，試估計管內的水柱高度H。kPa83 p取水池液面a-a為基準面，則a-a處表壓0a p由靜力學方程知gHpp a查附錄五，知水在40時的密度為992.2kg/m3，固有m53. 881. 92 .992)1083(03a gppH 【解】冷凝器內表壓【解】冷凝器內表壓答答化化

2、工工 原原 理理 習習 題題 解解【1-5】用一復式】用一復式U管壓差計測定水流管道管壓差計測定水流管道A、B兩點壓差，壓差計指示液為汞，兩點壓差，壓差計指示液為汞，兩段汞柱之間放的是水，今若測得兩段汞柱之間放的是水，今若測得h1=1.2m，h2=1.3m，R1=0.9m，R2=0.95m。問管道中問管道中A、B兩點間的壓差兩點間的壓差pAB為多少？（先推導關系式，再進行數值運算）為多少？（先推導關系式，再進行數值運算）【解】因此壓差計內充填的為非連續性【解】因此壓差計內充填的為非連續性均質液體，故需尋找等壓面分段計算之均質液體，故需尋找等壓面分段計算之（1 1首先推導關系式首先推導關系式)(

3、)()(2Hg22OHB3121OH321Hg211OH1A222 gRRhgpphhRgppgRppghpp )()()(21OHHgBAABAB2RRgppppp 答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解（2 2根據上述關系式計算根據上述關系式計算p p的值的值kPa7 .22881. 9)95. 090. 0(81. 9)100013600()()()(21OHHgBAAB2 RRgppp 討論討論若采用簡單的U管水銀壓差計，不難算出mHg714. 181. 913600107 .2283HgAB gpR 既不便于觀察，也不便于操作和維護。本題壓降只與汞柱高度R有關，而與水柱高度h無

4、關。采用復式壓差計可大大降低可觀察液面的高度。答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解【1-6】用雙液體】用雙液體U管壓差計測定兩點間空氣的壓差，讀數管壓差計測定兩點間空氣的壓差，讀數R 320mm。由于側。由于側壁上的兩個小室不夠大，致使小室內兩液面產生壁上的兩個小室不夠大，致使小室內兩液面產生4mm的高差。求實際的壓差為的高差。求實際的壓差為多少多少Pa。若計算不考慮兩小室內液面有高差，會造成多大的誤差？兩液體的密。若計算不考慮兩小室內液面有高差，會造成多大的誤差？兩液體的密度分別為度分別為1 910kg/m3和和2 1000kg/m3。【解】對于等壓面【解】對于等壓面a-a，根據靜力

5、學方程有，根據靜力學方程有gRhgpgRp21211 Pa2 .3187 .355 .282004. 081. 991032. 081. 9)9101000()(11221 hggRpp 實際壓差相對誤差%2 .11%1002 .3185 .2822 .318 答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解【1-9】從容器】從容器A用泵將密度為用泵將密度為890 kg/m3的液體送入塔的液體送入塔B。容器內與塔內的表壓。容器內與塔內的表壓如附圖所示。輸送量為如附圖所示。輸送量為15kg/s流體流經管內的阻力損失為流體流經管內的阻力損失為122J/kg。求泵的有。求泵的有效功率。效功率。【解】在【

6、解】在1-1至至2-2兩截面之間列機械能衡算式，并考慮兩截面之間列機械能衡算式，并考慮2-2截面的截面的速度頭已計入阻力損失，于是有速度頭已計入阻力損失，于是有43.2kW152882J/kg28821222)00(89001016. 2)1 . 236(81. 92)(see6f21221212e mwNwuuppzzgw 答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解【解】(a) 對于封閉的循環系統，不難證明泵所提供的機械能全部用于克服流動阻力做功(可在A點選二截面重合列機械能衡算式)。故有： 4.35kW3600)/0.651100(45206/206J/kg9.819)(12)(sefe

7、 mwNghw【1-10】附圖所示為一制冷鹽水的循環系統，鹽水的循環量為】附圖所示為一制冷鹽水的循環系統，鹽水的循環量為45m3/h，流體流，流體流經管內的壓頭損失為：自經管內的壓頭損失為：自A至至B的一段為的一段為9米；自米；自B至至A的一段為的一段為12米鹽水的密度米鹽水的密度為為1100 kg/m3。求：。求： (a)泵的功率，設泵的效率為泵的功率，設泵的效率為0.65 (b)若若A處的壓力表讀數為處的壓力表讀數為0.15MPa，則則B處的壓力表的讀數應為多少處的壓力表的讀數應為多少答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解(b) 在A和B兩處截面間列機械能衡算式fAB2BBB2AAA

8、2/2/ghupgzupgz kPa7 .22Pa226560)97(81. 911001015. 02/)()(2/)()(62B2AfABBAAfAB2B2ABAAB uuhzzgpghuuzzgpp答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解【1-11】一水平管由內徑分別為】一水平管由內徑分別為33及及47毫米的兩段直管接成，水在小管內以毫米的兩段直管接成，水在小管內以 2.5 m/s的速度流向大管，在接頭兩側相距的速度流向大管，在接頭兩側相距1m的的A、B兩截面處各接一測壓管，已知兩截面處各接一測壓管，已知A-B兩截面間的壓頭損失為兩截面間的壓頭損失為70mmH2O，問兩測壓管中的水位

9、那個高，相差多少？，問兩測壓管中的水位那個高，相差多少？并作分析。并作分析。fAB2B2AABfAB2BB2AA222hguugpphgugpgugp 【解】以管中心線為基準水平面，在【解】以管中心線為基準水平面，在A、B兩點所處兩點所處的截面之間列機械能衡算式的截面之間列機械能衡算式 注意到gppgpzgpzhh ABAABBAB 答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解應注意式中的 ，故B點所在的測壓管高出A171mmH2O。0BA zzOmmH171OmH171. 007. 081. 92)47/33(15 . 22)/(2242fAB4BA2A2AABAB hgdduugpphh

10、再由連續性方程 得：2BB2AAdudu 答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解m/s28.10m/s78. 5m/s70. 3321 uuu【解】【解】(1)1,2,3三點所在截面的流速。三點所在截面的流速。依題意，阻力損失被忽略，現考察依題意，阻力損失被忽略，現考察1,2,3三點三點所在截面，有下列方程：所在截面，有下列方程：【1-12】如下圖，水由高位水箱經管道從噴嘴流出，已知】如下圖，水由高位水箱經管道從噴嘴流出，已知d1=125mm，d2=100 mm，噴嘴，噴嘴d3=75mm，壓差計讀數，壓差計讀數R=80mmHg，若阻力損失可忽略，求，若阻力損失可忽略，求H和和pA。233

11、2222112122OH21OHOHHgOH21sin2sin2222dududugLuuppgLgRpp 靜力學方程動力學方程連續性方程聯立上述三式求解得答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解(2)在在0-0和和3-3截面間列柏努力方程有：截面間列柏努力方程有：(3)在壓力表接口在壓力表接口A-A和和3-3截面間列柏努力方程：截面間列柏努力方程：kPa2 .362222223A2322A uupuupm39. 581. 9228.1022222323332000 guHgugpzgugpz 若在0-0至A-A兩截面間列機械能衡算式，則有gugpH222A kPa2 .36Pa102 .

12、36278. 539. 581. 9100023222A ugHp (表壓)答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解【1-16】其他條件不變，若管內流速愈大，則湍動程度愈大，其摩擦損失應愈大。】其他條件不變，若管內流速愈大，則湍動程度愈大，其摩擦損失應愈大。然而，雷若數增大時摩擦因數卻變小，兩者是否矛盾？應如何解釋？然而，雷若數增大時摩擦因數卻變小，兩者是否矛盾？應如何解釋？【分析如下】【分析如下】 fwReu 結論：兩者不矛盾。針對（1首先分析雷若數)()()(22uud/uuduRe 粘性力慣性力 流速u增大時，Re增大，因慣性力增大的比率比粘性力大，故增大u時湍動程度加劇慣性力加劇湍

13、動，粘性力抑制湍動）。（2其次分析摩擦因數答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解)()(822uuu 慣性力粘性力 u增大時，粘性力增大的比率比慣性力小，故摩擦因數下降。 層流時 ReuuRed.uduRe.230230681016464湍流時（3最后分析阻力損失uduudlw 3222f層流時湍流時7712302f68102.uRed.udlw 完全湍流時2fuw (摩擦因數為常數)答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解【1-17】有一供粗略估計的規則：湍流條件下，管長每等于管徑的】有一供粗略估計的規則：湍流條件下，管長每等于管徑的50倍，則壓力倍，則壓力損失約等于一個速度頭。試

14、根據范寧公式論證其合理性。損失約等于一個速度頭。試根據范寧公式論證其合理性。gudlgp22f 【解】根據范寧公式【解】根據范寧公式對一般管道，摩擦因數值約為0.020.03gugu.gudlgp22500202222f 即管長每等于管徑的50倍，其壓頭損失約等于一個速度頭或稍高。答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解【解】設小管直徑為【解】設小管直徑為d1，大管直徑為，大管直徑為d2，小管流速為，小管流速為u1，大管流速為，大管流速為u2，輸送距離為，輸送距離為L。 212211s222ddAuAuV (1)所需設備費用比較)(241222237137121倍一根大管設備費用兩根小管設

15、備費用.dd. 顯然小管的設備費用比大管高，大約高出24%的費用。(2)消耗功率比較(兩種方案流速相同)【1-18】已知鋼管的價格與其直徑的】已知鋼管的價格與其直徑的1.37次方成正比，現擬將一定體積流量的流體輸送某次方成正比，現擬將一定體積流量的流體輸送某一段距離，試對采用兩根小直徑管道輸送和一根大直徑管道輸送兩種方案，作如下比較：一段距離，試對采用兩根小直徑管道輸送和一根大直徑管道輸送兩種方案，作如下比較： (1)所需的設備費所需的設備費(兩種方案流速相同兩種方案流速相同)； (2)若流體在大管中為層流，則改用上述兩根小管后其克服管路阻力所消耗的功率將為若流體在大管中為層流，則改用上述兩根

16、小管后其克服管路阻力所消耗的功率將為大管的幾倍？若管內均為湍流，則情況又將如何大管的幾倍？若管內均為湍流，則情況又將如何(摩擦因數按柏拉修斯公式計算摩擦因數按柏拉修斯公式計算)？答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解大管為層流時，因兩種方案流速相同，固有2221221121 dd/ud/udReRe 這說明：流體若在大管中為層流，則在小管中也為層流。于是有：232322122222211f2f1 dddLudLupp 克服阻力所消耗的功率為 22121f2f1f2sf1sf1s21 pppmpmpmNN 若流體在大小管中均為湍流時答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解 541222

17、25125112122501222212121f2f1.ddddddu/udL/dLpp. 250122501225022501213164031640.ddReReRe./Re. 摩擦因素之比壓力損失之比541f2f121.ppNN 損耗功率之比答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解【1-19】鼓風機將車間空氣抽入截面為】鼓風機將車間空氣抽入截面為200mm300mm、長、長155m的風道內的風道內(粗粗糙度糙度= 0.1mm)，然后排至大氣中，體積流量為，然后排至大氣中，體積流量為0.5m3/s。大氣壓力為。大氣壓力為750mmHg溫度為溫度為15。求鼓風機的功率，設其效率為。求鼓風

18、機的功率，設其效率為0.6。【解】【解】(1)將空氣視為不可壓縮氣體將空氣視為不可壓縮氣體因鼓風機進出口壓差很小，故可將空氣密度視為不變，權作不可壓縮流體進行計算。查表得 sPa109176 . 8.33m/s0.06ms2 A/VuabA，而31.21kg/m2883148293101760750 .RT/PM 0.605kg/s21150ss .Vm 0.24m3020302022e .baabd答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解02010351682401010106810103511091721133824023053230e56e.Red.udRe. J/kg4644823

19、38240155020222ef.udlw 483.25J/kg5644823380022f2e .gwupzgw 0.487kW487W0.605/0.625483se ./mw/NNe (2)考慮空氣的可壓縮性，采用可壓縮氣體的簡化近似計算法計算 答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解在風機出口1與管路出口2之間列機械能衡算式，對可壓縮流體的等溫流動過程有 dLppMRTGpp2ln22122221 skg/m10.09)(222s22 RT/MpA/VuG 56emme10351109170910240 ././Gd/udRe (教材教材1-79式式) kPa5 .10009.10

20、29288831424. 015502. 0999675 . 0225 . 02221 GMRTdLpp 通常情況下管內壓降很小，括弧內第一項(動能差)可忽略，于是有22221GMRTdLpp (教材教材1-75式式)kPa99.97Pa999671013007607502 p顯然，二者壓差很小，可近似為不可壓縮。答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解 31111.217kg/m288831410050829 /RT/Mp （大氣狀態）32222107kg/m1)(.RT/Mp 310mm/kg214. 12217. 12107. 12 在風機入口0與風機出口1間列機械能衡算式有 0.4

21、86kW6 . 010005835 . 01000/583Pa217. 1209.101013007607501005082/2/2/t21201211012111t0 QpNGppupppupppt由此可看出：兩種計算方法所得結果相差無幾，非常接近。答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解【 1-21 】由山上湖泊引水至貯水池，湖面比池面高】由山上湖泊引水至貯水池，湖面比池面高45m，管路長度取為，管路長度取為1000m (包括所有局部阻力的當量長度在內包括所有局部阻力的當量長度在內)，要求流量為，要求流量為300m3h1，湖水溫度可取，湖水溫度可取為為10。如采用新鑄鐵管，要多大直徑的

22、鑄鐵管。如采用新鑄鐵管，要多大直徑的鑄鐵管(取整取整)? 如經長期銹蝕，絕對粗如經長期銹蝕，絕對粗糙度糙度變為變為1mm，輸水管能否繼續使用，輸水管能否繼續使用?【解】（【解】（1 1鑄鐵管直徑鑄鐵管直徑10水的密度近似取為1000kg/m3，查附錄五得 sPa10305. 13 在湖面1-1和池面2-2之間列機械能衡算式有5252252e2e21f574403600300819143100084582d.d.Vgd)ll (gudllhzs 0127605.d 答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解 23056810012760.Red.d （1）（2）的范圍一般約為0.020.03，

23、現因Vs較大，故的初值可取小一些，新鑄鐵管的絕對粗糙度為0.3mm，經試差解得：m197002300.d. 取整得： mm200 d 000130023030023160003160023160020000222111.計設計設 內插法說明內插法說明023040003160000130020000023160. d.d./d.VdduRe481346785010305136003001000785032s 答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解設設dRe(/ d + 68 / Re)計計設設計計0.02000 0.1912 425561 0.0017292300.02316 -0.003

24、16 0.02100 0.1930 421429 0.0017155570.02312 -0.00212 0.02200 0.1948 417526 0.0017026720.02308 0.02308 -0.00108 0.02300 0.1966 413831 0.0016904980.02304 -0.00004 0.02400 0.1982 410323 0.0016789670.02300 0.00100 0.02500 0.2019 406987 0.0016680210.02297 0.00203 0.02600 0.2019 403807 0.0016576090.02293

25、0.00307 0.02301 0.1966 413795 0.0016903790.02304 -0.00003 0.02302 0.1966 413759 0.0016902610.02304 -0.00002 0.02303 0.1966 413723 0.0016901430.02304 -0.00001 0.02304 0.1966 413687 0.0016900250.02304 0.00000 0.02305 0.1967 413651 0.0016899060.02304 0.00001 0.02306 0.1967 413615 0.0016897880.02304 0.0

26、0002 答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解【1-24】從高位水塔引水至車間，水塔的水位可視為不變，】從高位水塔引水至車間，水塔的水位可視為不變，管段管段1、2 管徑相同，現因管段管徑相同，現因管段 2 有滲漏，而將其換成一較有滲漏，而將其換成一較小管徑的管子，長度與原來相同，試分析輸送能力和閥門前小管徑的管子，長度與原來相同，試分析輸送能力和閥門前壓力的變化。壓力的變化。解：解：(1)輸送能力變化分析輸送能力變化分析 在1-1 2-2間列機械能衡算式2212522e2222512e111222e222211e11121)()(8)(82)(2)(VBBVdllVdlludlludl

27、lEtEt 因 均不變，而 可視為不變，即 B1 不變，現 d2 減小，亦即 B2 增大，故 V 必減小。 1e1e12121,lldllEtEt21, 答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解(2) 閥前壓力變化分析閥前壓力變化分析 在1-1 A點所在的截面之間列機械能衡算式212A1AA1AudlgzEtp 因V 減小，u 亦減小，而其他不變，故 pA 增大。答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解【1-26】如圖，】如圖，20軟水由高位槽分別流入反應器軟水由高位槽分別流入反應器B和吸收塔和吸收塔C中，器中，器B內壓力內壓力為為0.5atm表壓），塔表壓），塔C中真空度為中真空度為

28、0.1atm，總管為，總管為573.5mm，管長為，管長為(20+ZA)m，通向器，通向器B的管路為的管路為252.5mm，長，長15m；通向器；通向器C的管路為的管路為252.5mm，長，長20m(以上管長包括各種局部阻力的當量長度在內以上管長包括各種局部阻力的當量長度在內)。管道皆為。管道皆為無縫鋼管，粗糙度可取為無縫鋼管，粗糙度可取為0.15mm。如果要求向反應器。如果要求向反應器B供應供應0.314kg/s的水，向的水，向吸收塔供應吸收塔供應0.471kg/s的水，問高位槽液位至少高于地面多少？的水，問高位槽液位至少高于地面多少？ 答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解【解】20

29、軟水物性：33000kg/m1, sPa10005. 1 d.mRed.mu 78507850s2s 各管路參數計算結果如下表：，而管路d，mu，m/sReAO0.050.421040.0030.03130.03150.0314OB0.021.021040.00750.03540.03780.0383OC0.021.531040.00750.03450.03670.0375d/ 1 Re.d.Red.5182log274116810230(1)(2) 分別為用(1)式計算，(2)式計算和查圖所得結果，因摩擦因數圖是用(2)式繪制的，應選 用于下面的管路計算。2 3 321 ，2 答答化化 工工

30、 原原 理理 習習 題題 解解附摩擦因素的試差結果管路管路摩擦因素式兩邊的差值摩擦因素式兩邊的差值AO0.0314400 5.6397 5.6359 0.00383 0.0315400 5.6308 5.6366 -0.00577 0.0314850 5.6357 5.6362 -0.00050 0.0314800 5.6362 5.6362 -0.00002 0.0314798 5.6362 5.6362 0.00000 OB0.0370000 5.1988 5.1440 0.05475 0.0375000 5.1640 5.1454 0.01855 0.0377500 5.1469 5.1

31、461 0.00072 0.0377600 5.1462 5.1462 0.00001 0.0377602 5.1462 5.1462 0.00000 OC0.0370000 5.1988 5.2179 -0.01917 0.0367360 5.2174 5.2174 0.00003 0.0367362 5.2174 5.2174 0.00001 0.0367364 5.2174 5.2174 0.00000 Re.d.5182log2741 1 答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解列機械能衡算式有 m77.1020 . 102. 0150378. 024 . 005. 0200315

32、. 0010001013005 . 00481. 92)(2)(22)(2)(A22AAOB2eAO2e2221212AOB2eAO2et2t1 zzzudlludlluuppzzgudlludllEE 答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解 m34. 1125 . 102. 0200367. 024 . 005. 0200315. 0010001013001 . 00881. 92)(2)(2A22AAOC2eAO2e23213131 zzzudlludlluuppzzg 取二者之中的較大者，故高位槽液面至少高于地面11.34m。答答化化 工工 原原 理理 習習 題題 解解【1-28】對如附圖所示的分支管路系統，試分】對如附圖所示的分支管路系統，試分析當支管析當支管1上的閥門上的閥門k1關小后，總管流量、支管關小后，總管流量、支管1、2內的流量及壓力表讀數內的流量及壓力表讀數 pA 如何變化。如何變化。【解】管路流量變化分析【解】管路流量變化分析在0-0至1-1和0-0至2-2間列衡算式12O1O120OO02O1O152e20O0O52e10)(8)(8EtVBVBVdllVdllEtEt 22O2O220OO0