第一章。
1－9 精馏塔底部用蛇管加热如图所示，液体的饱和蒸汽压为1.093×105nm-2，液体密度为950kgm-3，采用形管出料，形管顶部与塔内蒸汽空间有一细管相连。试求。
1）为保证塔底液面高度不低于1m，形管高度应为多少？
2）为防止塔内蒸汽由连通管逸出，形管出口液封高度至少应为多少？
解：1. 假设液体排出量很小，塔内液体可近似认为处于静止状态。
由于连通管的存在，塔内压强pa等于形管顶部压强pb。在静止流体内部，等压面必是等高面，故形管顶部距塔底的距离h＝1m。
2. 塔内蒸汽欲经形管逸出，首先必须将管段bc内的液面压低降至点c。此时，c点的压强pc＝pa＝pa＋。为防止蒸汽逸出，液封的最小高度。
1－15如图，水 （h2o=1000kgm－3）从水槽沿内径为100 mm 的管子流出。
a. 当阀门关闭时，u型压力计读数 r=600 mmhg，此时h＝1500 mm，当阀门部分开启时，r=400mmhg，而h=1400mm, 管路的摩擦系数=0.025，出口的局部阻力系数 =0.
4, 求水的体积流量为多少m3 h-1?
b. 当阀门全开，2－2面的压强为多少pa? 假设仍为0.025，阀门的当量长度为1.5 m， hg=13600kgm－3。
解：(1)阀门部分开启，对1-1’&2-2’面，由
p1=0(表压)
p2=g(=9.81(13600-1000)=39630n/m2(表压)
u1=0,z2=0,hf=
阀门关闭，则z1 可求得。
h=1.5m,r=0.6m,
u=3.13m/s,vh=
2)阀门全开，对1-1’&3-3’面，有
z3=0 z1=6.66m,u1=0,p1=p3
u=3.51m/s
对 1-1’&2-2’
p1=0(表压),z1=6.66m,z2=0,u1=0,u2=3.51m/s
p2=32970n/m2(表压)
1－17如图所示，用一高位槽向一敞口水池送水，已知高位槽内的水面高于地面10 m，管路出口高于地面2 m，管子为ф48×3.5mm钢管，在本题条件下，水流经该系统的总阻力损失σhf =3.4u2(jkg-1)，(未包括管出口阻力损失，其中u为水在管内的流速，m/s。
)试计算 （1）a—a′截面处水的流速ms-1。
2）水的流量，以m3h-1计。
3）若水流量增加20%，可采用什么措施？（计算说明）（或高位槽液面应提高多少米？）
习题1－17 附图。
解：（1）对1-1和2-2面列。
8g=3.4 u2 +1/2u2
u=4.49m/s
2)v=ua=21.33m3h-1
3)水流量增加20%，水的流速为u’=1.24.49=5.39m/s
对新液面1’-1’和2-2面列。
8+z)g=3.45.392/2+1/2 (5.39)2
z=3.54m
1－18用泵将密度为850kgm-3，粘度为0.190pas的重油从贮油池送至敞口高位槽中，如图所示，升扬高度为20m。输送管路为ф108×4mm钢管，总长为1000m（包括直管长度及所有局部阻力的当量长度）。
管路上装有孔径为80mm的孔板以测定流量，其油水压差计的读数r＝500mm。孔流系数c0＝0.62，水的密度为1000kgm-3。
试求：(1)输油量是多少m3h-1？
(2)若泵的效率为0.55，计算泵的轴功率。
习题1－18 附图。
解： (1)uo = co[2rg(o-)/1/2 =0.62[20.59.8(1000-850)/850] 1/2=0.81m/s
输油量为v=0.810.7850.082=4.110-3m3/s=14.7 m3h-1
u= uo (ao/a)=0.81(0.08/0.1)2 =0.52m/s
2)re=0.520.1850/0.19=232<2000 层流。
管线阻力为hf=64/re(l/d)u2/2=64/232(1000/0.1)(0.522/2)=373j/kg
泵的有效功为w=209.81+hf=569.5j/kg
轴功率为n=569.54.110-3850/0.55=3.61kw
1－23 有一输水管系统如下图所示，出水口处管子直径为φ552.5mm，设管路的压头损失为16u2/2（u指出水管的水流速，未包括出口损失）。求水的流量为多少m3h-1？
由于工程上的需要，要求水流量增加20%，此时，应将水箱的水面升高多少m？
假设管路损失仍可以用16u2/2（u指出水管的水流速，未包括出口损失）表示。
习题1－23 附图。
解：对液面和管出口处列。
8g = 16u2/2+u2/2 所以管内流速 u=3.04m/s
流量为v=ud2/4=3.040.052/4=0.006m3/s = 21.6m3/h
提高水量20%后： 因为 u’=1.2u = 3.65m/s
所以 z= 11.5m 水箱的水面升高为 11.5 – 8 = 3.5 m
1－25如图所示，用某离心泵将水从一敞口水池输送到另一高位槽中，高位槽的压力为0.2kgfm-2（表压），要求送水量为每小时50 m3，管路总长（包括所有局部阻力的当量长度）为150m，吸入管和排出管路均ф108×4mm的光滑管，当re=3000~106时，管路的摩擦系数λ=0.3164re-0.
25。试求：（1）流体流经管道阻力损失。
2）该泵输出功。
已知泵的效率是65%，水的密度为1000kg m-3，水的粘度为1×10-3pas。
习题1－25 附图。
=0.3164/re0.25= 0.3164/1770000.25=0.01543
两液面列柏努利方程。
z1=0, z2=20; p1=0, p2=0.2×9.81×104n/m2; u1=u2=0,
mh2o2) 泵的输出功为
第二章。2－1用泵将20℃水从敞口贮槽送至表压为2×105pa的密闭容器，两槽液面均恒定不变，各部分相对位置如图所示。输送管路尺寸为108×4mm的无缝钢管，吸入管长为20m，排出管长为100m（各段管长均包括所有局部阻力的当量长度）。
当阀门全开时，真空表读数为30000pa，两测压口的垂直距离为0.5m，忽略两测压口之间的阻力，摩擦系数可取为0.02。
试求：1)阀门全开时管路的流量(m3h－1)；
2)泵出口压强表读数（pa）；
3)泵的压头（m）；
4)若离心泵运行一年后发现有气缚现象，试分析其原因。
解：（1）阀门全开时管路的流量(m3/h)；
在贮槽液面0-0与真空表所在截面1-1间列柏努利方程。以0-0截面为基准水平面，有：
其中， ,z0=0， u0=0, p0=0（表压）, z1=2m, p1=-30000pa（表压）
代入上式，得： u1=2.04m/s， q=
2)压强表读数（pa）；
在压力表所在截面2-2与容器液面3-3间列柏努利方程。仍以0-0截面为基准水平面，有：
解得， p2=312547（表压）
3）泵的压头（m）；
在真空表与压力表所在截面间列柏努利方程，可得，3）若离心泵运行一年后发现有气缚现象，原因是进口管有泄漏。
2－2如图所示，用某离心泵将水从一敞口水池输送到另一高位槽中，高位槽的压力为0.2kgf/cm2，要求送水量为每小时50 m3，管路总长（包括所有局部阻力的当量长度）为150m，吸入管和排出管路均ф108×4mm的光滑管，当re=3000~106时，管路的摩擦系数λ=0.3164re-0..
25。试求：（1）该泵的扬程和轴功率。已知泵的效率为65%，水的密度为1000kgm-3，水的粘度为1×10-3pas。
2）若阀门开度不变，该泵现改为输送密度为1200kgm-3某液体，（该液体的其他物性可视为与水相同）。试说明：①流量有无变化？
②扬程有无变化？③离心泵的轴功率有无变化？画图表明工作点的变化趋势。
习题2－2 附图。
解： （1）代入有关数据得：u=1.769m/s，re=176900 湍流。
在两液面列柏努利方程。
代入有关数据得：∑hf1-2=3.689mh2o，he=we/g=25.69m，n=5.38kw
2) q′增大 ，h′减小 ， n′增大。
2－4某厂准备用离心泵将20°c的清水以40mh-1的流量由敞口的水池送到某吸收塔顶。已知塔内的表压强为1.0kgfcm-2，塔顶水入口距水池水面的垂直距离为6m，吸入管和排出管的压头损失分别为1m 和3m。
当地的大气压为10.33m水柱，水的密度为1000kgm-3 。
1) 现仓库内存有三台离心泵，其型号和铭牌上标有的性能参数如下，从中选一台比较合适的以作上述送水之用。
型号流量（mh-1扬程(m允许气蚀余量（m)
3b57a50386.0
3b3345325.0
3b1938204.0
(2)求泵的安装高度为多少米？
解：he =z+p/ρg +σhf = 6+10+4=20 (m)
根据qe=40 m，应选3b33
2－5 图示离心泵管路系统，将水从低位槽送往高位槽，吸入管（泵前）直径d1=80mm,长l1=6m,摩擦系数λ1=0.02。排出管（泵后）直径d2=60mm,长l2=13m, 摩擦系数λ2=0.
03，在排出管c处装有阀门，其局部阻力系数ζ＝6.4，吸入管路和排出管路各有一个90弯头，ζ=0.75。
管路两端水面高度差h＝10m，泵进口高于水面2m，管内水流量为12ls－1。试求：
1）每kg流体需从泵获得多少机械能（泵的有效功w）？
2) 泵进、出口断面的压强pa和pb各为多少？
3) 如果是高位槽中的水沿同样管路向下（低位槽）流出，管内流量不变，问是否需要安装离心泵？
化工原理作业
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