11． 某流化床反应器上装有两个U管压差计，如图所示。 测得R1 =400mm，R2 =50mm，指示液为水银。为防止水 银蒸气向空间扩散，在右侧的U管与大气连通的玻璃 管内灌入一段水，其高度R3 =50mm。求A、B两处的表压强。 解：已知P0=101.33kPa=101.33?103Pa, R1 =400mm=0.4m，R2 =50mm=0. 05m，
R3 =50mm=0.05m，?水=1000kg/m3，?汞=13600kg/m3， 由图可知：
PA?P1??水gR3??汞gR2?1000?9.8?0.05?13600?9.8?0.05 ?67.13?103Pa(表压)P2
P1
P1?P2?PB??汞gR13?PB?P1??汞gR1?67.13?10?13600?9.8?0.5习题11附图
??53.31?103Pa?PB的真空度为53.31kpa
12． 密度为1820kg/m3的硫酸，定态流过内径为50mm和68mm组成的串联管路，体积流量为150 l/min。试求硫酸在大管和小管中的质量流量kg/s和流速m/s？
解：已知?硫酸=1820kg/m3， d1=50mm=0.05m， d2=68mm=0.068m， Vs=150L/min=2.5?10-3m3/s
Vs2.5?10?3u1?2??1.23m/s?d1/43.14?0.052/4
.
ms1?ms2??硫酸?Vs?1820?2.5?10-3?4.55kg/s
13． 如图所示，甲烷以1700m3/h的流量流过管路，管路是内径从200mm逐渐缩小到100mm，在粗细两管上连有一U形管压差计，指示液为水。甲烷通过管路时，U形管压差计的读数为多少毫米？（设甲烷与水的密度分别为1.43kg/m3和1000kg/m3，甲烷的流动阻力损失可忽略不计）。 解：已知
Vs=1700m3/h=0.472m3/s， d1=200mm=0.2m，
d2=100mm=0.1m，
?水 =1000kg/m3， ?甲烷 =1.84kg/m3，所以可知
u1?Vs0.472Vs0.472u???60.2m/s; ??15.0m/s , 22222?d2/43.14?0.1/4?d/43.14?0.2/41
2
由图可知，A，B点的压强相同，故可得
PA?P1,PB?P2??水gR?PA?PB，?P1?P2??水gR?R?P1?P2 ?水g
A B
习题13附图
以1，2面列伯努利方程得：
?Z1g?P11p12?u12?Z2g?2?u2??Wf?2?22u12Pu2P1简化后得：???22?甲烷2?甲烷22?u2??甲烷?60.2215.02?1.84Pu21?P2?R???????g???2?2??1000?9.8?0.319m?319mm?水g?22??水??
14． 如图所示，将25℃水由水池打入高位槽，槽的水平面高于池面50m，管路阻力损失为2.14m，流量为34m3/h，需外加多少有效功
.
率才能达到目的?
解：已知Vs=34m3/h=0.0094m3/s，hf=2.14m， ?z=50m， ?=998m3/h。
2u12u2由He??P?P2?z2?hf简化可得， 1?z1?2g2gHe?z2?z1?hf??z?hf
We?g?He?g??z?hf??9.8(50?2.14)?510.97J/kg
15． 将293K、98%硫酸用泵从常压贮槽送入表压为200kPa的设备中,所用管子内径为50mm，硫酸流入设备处与贮槽液面垂直距离为15m，损失压头为22.6m，硫酸流量为3kg/s。求泵的有效功率? 解：已知，? =1820kg/m3，P1=0(表压)， P2=200kPa=200?103Pa(表压)，hf=22.6m，d=50mm=0.05m，?z=15m，ms=3kg/s，故可得
u?ms?0.839m/s
???d2/42Weu12Pu2P1由伯努利方程得：???z1??2?z2??hf
g2g?g2g?g
?We??z2?z1?g?P2?P1?200?103?g?hf?15?9.81??9.81?22.6?478.4J/kg
1820所以 Pe?We?ms?478.4?3?1.435kW
16． 用泵将储槽中密度为1200 kg/m3的溶液送到蒸发器内。储槽内液面维持恒定，其上方与大气相通。蒸发器内的操作压强为200mmHg（真空度），蒸发器进料口高于储槽内的液面15m，输送管道的直径为Φ68×4 mm，送料量为20m3/h，溶液流经全部管道的能量损失为
.
120J/kg，求泵的有效功率？
解：已知，? =1200kg/m3，P1=0(真空度)， P2=gh??=9.8?0.2?13600=26656Pa(
真
空
度
)，
Wf=120J/kg
汞，
d=68-4?2=60mm=0.06m， ?z=15m， Vs=20m3/h=5.6?10-3m3/s，
2u12Pu2P1由伯努利方程得：We???z1g??2?z2g??Wf
2?2??We??z2?z1?g?P2?P1???Wf?15?9.8?26656?120?289.21J/kg 1200所以 Pe?We?ms?We???Vs?289.21?1200?5.6?10?3?1.944kW
17． 20℃的水以流速1m/s流经内径为20mm的圆管，试判断水的流形。
解：已知d=20mm=0.02m,u=1m/s, ?=998.2 kg/m3,
?=0.8937mPa?S=0.8937?10-3Pa?S
Re?du???0.02?1?998.25?2.23?10?4000 故水的流型为湍流 ?30.8937?1018． 某溶液的密度为980kg/m3，性质与水相似，当料液的流量为50t/h时，试选择流速分别为1.5m/s与2.5m/s所需的管子规格? 解：已知
ms=50t/h=13.9kg/s, u1=1.5m/s, u2=2.5m/s,
?=980kg/m3,
u?msms13.9?d???0.110m?110mm，所以选1???d2/4??1??u980??3.14?1.5144用内径为125mm的管，为?133?4的无缝不锈钢管；
.
u?msms13.9所以选用?d???0.085m?85mm；211???d/4??4??u2980?4?3.14?2.5内径为100mm的管，为?108?4的无缝不锈钢管；
19． 某油品以层流状态在直管内流动，流量不变时，下列情况阻力损失为原来的多少？①管长增加一倍；②管径增大一倍；③提高油温使粘度为原来的1/2（密度变化不大）。
64lu264?l?u232l?u232l?u??解：由Re?，??得： Wf????
d2Re?d?2du?d??Redu? 所以， 由上式可知，(1)当长度加倍时，阻力损失变为原来的2倍；(2)当管径加倍时，阻力损失变为原来的1/2；(3)当粘度降低为原来一半时，阻力损失变为原来的1/2；
20． 用Φ108×4mm的钢管从水塔将水引至车间，管路长度150m（包括管件的当量长度）。若此管路的全部能量损失为118J/kg，此管路输水量为若干m3/h？（管路摩擦系数可取为0.02，水的密度取为1000kg/m3）?
解：已知d=108-4?2=100mm=0.1m, l总?150m,Wf=118J/kg, ?=0.02,
?=1000kg/m3,故可得
l总u2Wf????u?d2?d22Wfd?l总?2?118?0.1?2.80m/s
0.02?1503.14?0.12Vs?u??2.80??0.022m3/s?79.1m3/h
4421． 如附图所示，密度为800 kg/m3、黏度为1.5 mPa·s 的液体，由敞口高位槽经φ114×4mm的钢管流入一密闭容器中，其压力为
.
化工单元操作与控制(杨成德)习题答案解答项目一WORD
