化工原理练习题五.计算题1.密度为1200kg.m的盐水，以25m3.h-1的流量流过内径为75mm的无缝钢管。两液面间的垂直距离为25m，钢管总长为120m，管件、阀门等的局部阻力为钢管阻力的25％。试求泵的轴功率。假设：（1）摩擦系数λ＝0.03；（2）泵的效率η＝0.61.答案*****Z1＋ｕ2/2ｇ＋P1/ρｇ＋He＝Z2＋ｕ2/2ｇ＋P2/ρg+∑HfZ＝0，Z＝25m，ｕ≈0，ｕ≈0，P＝P∴H＝Z＋∑H＝25＋∑H∑H＝（λ×ｌ/d×ｕ/2ｇ）×1.25ｕ＝Ｖ/A＝25/（3600×0.785×（0.075））＝1.573m.s∑H＝（0.03×120/0.075×1.573/（2×9.81）×1.25＝7.567m盐水柱H＝25＋7.567＝32.567mN＝QHρ/102＝25×32.567×1200/（3600×102）＝2.66kwN轴＝N/η＝2.66/0.6＝4.43kw2.(16分)如图的输水系统。已知管内径为d=50mm,在阀门全开时输送系统的Σ(l+le)=50m,摩擦系数可取λ=0.03,泵的性能曲线,在流量为6m3.h-1至15m3.h-1范围内可用下式描述:H=18.92-0.82Q2.，此处H为泵的扬程m,Q为泵的流量m3.h-1,问:(1)如要求流量为10m3.h-1，单位质量的水所需外加功为多少?单位重量的水所需外加功为多少?此泵能否完成任务?(2)如要求输送量减至8m3.h-1(通过关小阀门来达到)，泵的轴功率减少百分之多少?(设泵的效率变化忽略不计)答案*****⑴u=10/(3600×0.785×0.05)=1.415[m.s-1]Σhf=λ[Σ(l+le)/d](u2/2)=0.03×(50/0.05)(1.4152/2)=30.03Pa/ρ+W=Pa/ρ+Zg+Σhf1-2W=Z2g+Σhf1-2=10×9.81+30.03=128.13[J.kg]H需要=W/g=128.13/9.81=13.06[m]而H泵=18.92-0.82(10)=13.746[m]H泵>H需故泵可用⑵N=H泵Q泵ρg/ηρg/η=常数∴N∝H泵Q泵N前∝13.746×10H泵后=18.92-0.82(8)0.8=14.59N后∝14.59×8N后/N前=14.59×8/(13.746×10)=0.849(N前-N后)/N前=1-0.849≈15.1%3.如图3B57离心泵将20℃的水由敞口水池送到一压力为2.5at的塔内,管径为φ108×4mm管路全长100m(包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内)。已知：水的流量为56.5m.h，水的粘度为1厘泊，密度为1000kg.m，管路摩擦系数可取为0.024，试计算并回答：(1)水在管内流动时的流动形态；(2)管路所需要的压头和功率；答案*****已知：d=108-2×4=100mm=0.1mA=(π/4)d=3.14×(1/4)×0.1=0.785×10ml+Σl=100mQ=56.5m.h∴u=Q/A=56.5/(3600×0.785×10)=2m.sμ=1cp=10Pa·Sρ=1000kg.mλ=0.024⑴∵Re=duρ/μ=0.1×2×1000/10=2×10>4000∴水在管内流动呈湍流⑵以1-1面为水平基准面,在1-1与2-2面间列柏努利方程：Z+(u/2g)+(p/ρg)+He=Z+(u/2g)+(p/ρg)+Σhf∵Z=0u=0p0(表压)Z=18mu=0p/ρg=2.5×9.81×10/(1000×9.81)=25mΣhf=λ[(l+Σle)/d](u/2g)=0.024×(100/0.1)×[2/(2×9.81)]=4.9m∴He=18+25+4.9=47.9mNe=HQρg=47.9×1000×9.81×56.5/3600=7.4kw4.如图所示，用离心泵将水从贮水池输送到敞口高位槽中，已知高位槽的水面离贮水池的水面高度保持为10m，输送水量用孔板流量计测得。孔板安装在离高位槽水面0.8m处,孔径为20mm，孔流系数为0.61。管路为φ57×3.5mm的钢管，直管长度和局部阻力当量长度之和(包括孔板局部阻力当量长度)为250m，其中贮水池至孔板前测压点A的直管长度和局部阻力当量长度之和为50m。水的密度为1000kg.m，水的粘度为1cp,摩擦系数近似为λ=0.3164/Re。U形管中指示液均为水银,其密度为13600kg.m。当水的流量为6.86m.h时，试确