=0+(10-3)+(80?/0.05+6.4)qv2/(0.7852×0.054×2×9.81)=7+2.1174×107?qv2+8.47×104qv2 阀半开 ?=9.5
HL=7+(80?/0.05+9.5)qv2/(0.7852×0.054×2×9.81)=7+2.1174×107?qv2+1.257×105qv2 （2）当qv=15/3600=4.167×10-3m3/s时， 阀全开 u=4.167×10-3/(0.785×0.052)=2.12m/s Re=2.12×0.05×985/0.0015=6.96×104 ?=0.3164/Re0.25=0.0195 HL=7+2.1174×107×0.0195×(4.167×10-3)2+8.47×104×(4.167×10-3)2=15.64m P=15.64×4.167×10-3×9.81×985=630W
7
阀半开 HL=7+2.1174×10×0.0195×(4.167×10-3)2+1.257×105×(4.167×10-3)2=16.35m P=16.35×4.167×10-3×9.81×985=658W
1-23 压强为0.35MPa（表压），温度为25℃的天然气（以甲烷计）经过长100m（包括局部阻力的当量长度）?25mm×3mm的水平钢管后，要求压强保持0.05MPa（表压）。如视为等温流动，天然气的粘度为0.011cP，钢管的绝对粗糙度取为0.15mm，大气压强为0.1MPa。求天然气的质量流量。 解： pm=3×105Pa ?m=3×105×16/(8314×298)=1.937 kg/m3 p1-p2=(0.35-0.05)×106=3×105Pa ln(p1/p2)=ln(0.35/0.05)=1.946 p1-p2=w2[ln(p1/p2)+?L/2d]/?m 3×105=w2(1.946+100?/0.038)/1.937 试差得：u=8.565 m/s w=16.6 m/s Re=8.565×0.019×1.937/0.000011=2.87×104 ?/d=0.15/19=0.00079 ?=0.026 qm=16.6×0.785×0.0192=4.7×10-3kg/s
1-24 0℃的冷空气在直径为600 mm的管内流动，将毕托管插入管的中心位置，以水为指示液，读数为4 mm，试求冷空气的流量。
解： 管中心流速为最大流速umax umax=[2gR(?a-??)/?]0.5
0℃水 ?a=999.9kg/m3 0℃空气 ?=1.293kg/m3，?=1.72×10-3Pa.s umax=[2×9.81×(999.9-1.293)×0.004/1.293]0.5=7.79m/s Remax=dumax?/?=0.6×7.79×1.293/(1.72×10-3)=351365 (湍流) 由Remax与u/umax关联图查得：u=0.85umax=0.85×7.79=6.62m/s
2233
qv=?du/4=0.785×0.6×6.62=1.87 m/s=6732m/h
1-25 用一转子流量计测定温度为60℃，压强为0.3MPa的二氧化碳气体的流量。该转子流量计上的刻度是由20℃、0.1MPa空气标定的，转子材料为铝材。当转子流量计上读数为5m3/h时，二氧化碳的实际流量应为多少？若将转子换为同形状、同大小的不锈钢转子，在此读数下二氧化碳的流量又为多少？（铝与不锈钢的密度分别为?f1=2670kg/m3，?f2=7900kg/m3） 解： 空气：?=1.2 kg/m3 CO2：? =3×105×44/(8314×333)=4.768kg/m3 铝转子： q'?5?1.2?(2670?4.768)?2.5m3/h
v4.768?(2670?1.2) 不锈钢转子： q'?5?1.2?(7900?4.768)?2.5m3/h
v4.768?(7900?1.2)
1-26 用离心泵将敞口贮槽中的大豆油（密度为940kg/m3，粘度为40cP）送住一精制设备中，如附图所示。设备内压强保持0.01MPa（表压），贮槽液面与设备入口之间的垂直距离为10m，管路为?57mm×4mm的钢管（?=0.2mm），管道总长60m（包括除孔板流量计在外的所有局部阻力的当量长度）。管路上装有孔径d0=16mm的孔板流量计。今测得连接孔板的指示剂为水银的U型管差压计的读数R=250mm，孔板阻力可取所测得压差的80%。试求泵消耗的轴功率，泵的效率取为65%。
习题解 11
解：
A0/A1=(d0/d1)=0.107
2
查
得：C0=0.6
qv?C0A02gR(?i??)?2u=9.8×10-4/(0.785×0.0492)=0.52m/s Re=0.52×0.049×940/0.04=598.7 ?=64/Re=0.107 孔板压差 gR(?i-?)=9.81×0.25×(13600-940)=31048Pa 孔板阻力 31048×0.8/940=26.42J/kg ?hf=0.107×(60/0.049)×0.522/2+26.42=44.14J/kg We=g?z+?p/?+?u2/2+?hf=10×9.81+0.01×106/940+0.522/2+44.14=153J/kg qm=qv×??9.8×104×940=0.9212kg/s Pe= We×qm
P=Pe/η=0.9212×153/0.65=217W 若已知 C0， 则
2gR(?i??)u0?C0?
2?d0?主管流速u1?u0??d??1??
1-27 某油田用?300mm×15mm的钢管，将原油送到炼油厂。管路总长160km，送油量为240000kg/h，油管允许承受的最大压强为6.0MPa（表）。已知原油粘度为187×10-3Pa.s，密度890kg/m3，忽略两地高差和局部阻力损失，试求中途需要多少个泵站？ 解： u=240000/(890×3600×0.785×0.272)=1.31m/s Re=1.31×0.27×890/0.187=1682 为层流 ?=64/Re=0.03805
2
L=d?p/32?u=0.272×6×106/(32×0.187×1.31)=5.58×104m 160×103/(5.58×104)=2.86 应用3个泵站
1-28 在用水测定离心泵的性能中，当排水量为12m3/h时，泵的出口压力表读数为0.38MPa，泵入口真空读数为200mmHg，轴功率为2.3kW。压力表和真空表两测压点的垂直距离为0.4m。吸入管和压出管的内径分别为68mm和41mm。两测点间管路阻力损失可忽略不计。大气压强为0.1MPa。试计算该泵的效率，并列出该效率下泵的性能。 解： u1=12/(3600×0.785×0.0682)=0.918m/s u2=12/(3600×0.785×0.0412)=2.526m/s
习题解
12
2?9.81?0.25?(13600?940)?0.6?0.785?0.016? 940?9.8?10?4m3/s H=[0.38×106/(1000×9.81)+200×105/(760×1000×9.81)]+0.4+(2.5262-0.9182)/(2×9.81)=42.1m PL=42.1×12×1000×9.81/3600=1376.7W ?=1376.7/2300=59.8%
1-29 某厂根据生产任务购回一台离心水泵，泵的铭牌上标着：qv=12.5m3/h、H=32mH2O、n=2900r.p.m、NSPH=2.0mH2O。现流量和扬程均符合要求，且已知吸入管路的全部阻力为1.5m水柱，当地大气压为0.1MPa。试计算：（1）输送20℃的水时，离心泵允许的安装高度；（2）若将水温提高到50℃时，离心泵允许的安装高度又为多少？ 解：（1）p0=1×105 Pa
pv=2340Pa
Hg=p0/?g-pv/?g-NSPH-?Hf
= (1×105-2340)/ (1000×9.81)-2-1.5 =6.46m
（2）pv′=12340 Pa Hg’= (1×105-12340)/ (1000×9.81)-2-1.5
=5.44m
1-30 某食品厂为节约用水，用一离心泵将常压热水池中60℃的废热水经?68mm×3.5mm的管子输送
3
至凉水塔顶，并经喷头喷出而入凉水池，以达冷却目的，水的输送量为22m/h，喷头入口处需维持0.05MPa（表压），喷头入口的位置较热水池液面高5m，吸入管和排出管的阻力损失分别为1mH2O和4mH2O。试选用一台合适的离心泵，并确定泵的安装高度。（当地大气压为0.099MPa）
2
解： u=22/(3600×0.785×0.061)
=2.09m/s
60℃水 ?=983.2kg/m3
pv=19.923kPa
1 1' H=5+0.05×106/(983.2×9.81)+2.092/(2×9.81)+1+4=15.41m
可用IS65-50-125清水泵，转速2900r.p.m.，流量25m3/h，扬程20m，NSPH=2.5m Hg=(0.099×106-19923)/(983.2×9.81)-2.5-1=4.7m
2 2' 1-31 一管路系统的特性曲线方程为HL=20+0.0065qv2。现有两台同型号的离心泵，该泵的特性曲线可用方程H=30-0.0025qv2表示（上两式中HL和H的单位为m，qv的单位为m3/h）。试求：当管路输3
送量为30m/h时，安装一台泵能否满足要求？（2）若将两泵联合安装在管路中，该管路可输送的最大流量为多少？ 解：（1）H=30-0.0025×302=27.75 m HL=20+0.0065×302=25.85 m （2）两泵并联后的特性曲线为 H=30-6.25×10-4qv2 与HL=20+0.0065qv2 联立得 qv=37m3/h 两泵串联后的特性曲线为 H=60-5.0×10-3qv2 与HL=20+0.0065qv2 联立得 qv=59m3/h 1-32 某双动往复泵，其活塞直径为180mm，活塞杆直径为50mm，曲柄半径为145mm。活塞每分钟往复55次。实验测得此泵的排水量为42m3/h。试求该泵的容积效率?。 解：冲程 s=0.145×2=0.29m qvT=(2×0.785×0.182-0.785×0.052)×0.29×55×60=46.8m3/h ?=42/46.8=89.7% 1-33 温度为15℃的空气直接由大气进入风机，并通过内径为800mm的管道送至燃烧炉底，要求风量为20000m3/h（以风机进口状态计），炉底表压为1100mmH2O。管长100m（包括局部阻力当量长度），管壁粗糙度0.3mm。现库存一离心通风机，其铭牌上的流量为21800m3/h，全风压为1290mmH2O，问此风机是否合用？（大气压为0.1MPa）。 2 解： u=20000/(3600×0.785×0.8)=11.06m/s 5 ?m=(1×10+1100×9.81/2)×29/(8314×288) 习题解 13 =1.276kg/m3 Re=11.06×0.8×1.276/(1.79×10-5)=6.31×105 ?/d=0.3/800=3.75×10-4 ?=0.017 HT=1100×9.81+0.017×(100/0.8)×11.062×1.276/2 4 =1.096×10Pa HT′=1.096×104×1.2/1.276=1.03×104Pa =1050.3mmH2O<1290mmH2O 可以用 1-34 实验中测定一离心通风机的性能，得以下数据：气体出口处压强为23mmH2O，入口处真空度为15mmH2O，送风量为3900m3/h。吸入管路与排出管路的直径相同。通风机的转速为960rpm，其所需要轴功率为0.81kW。试求此通风机的效率。若将此通风机的转速增为1150rpm，问转速增大后，此通风机的送风量和所需的轴功率各为若干？ 解：（1） HT=(23+15)×9.81=372.8Pa 平均压强近似为大气压 ?=1×105×29/(8314×293)=1.19kg/m3 PL= HTqvρg =372.8×3900×1.19/(3600×1.19)=404W ?=404/810=49.9% （2）qv′=qvn′/n=3900×1150/960=4672m3/h P′=P(n′/n)3=0.81×(1150/960)3=1.39×103W 1-35 某单级双缸、双动空气压缩机将空气从0.1 MPa（绝对）压缩到0.35MPa（绝对）。活塞直径为300mm，冲程200mm，每分钟往复480次。气缸余隙系数为8%；排气系数为容积系数的85%，压缩过程为绝热过程，绝热指数为1.4，总效率0.7。试计算该压缩机的排气量和轴功率？ 解：容积系数 ?v=1-?[(p2/p1)1/k-1]=1-0.08×[(0.35/0.1)1/1.4-1]=0.884 排气系数 ?p=0.85?v=0.752 排气量 qv=0.785×0.32×0.2×480×60×0.752×2=611.8 m3/h 理论功率 P?pVT1minkk?1[(p2p1k?1)k611.81.40.351.4?1]?0.1?106???[()?1]?25.6?103W 36000.40.10.4 P=25.6/0.7=36.57 kW 第二章 2-1 燃料气含有3.1%（摩尔分数，下同）H2、27.2%CO、5.6%CO2、0.5%O2和63.6%N2，在过量20%的空气（即高于完全燃烧生成CO2和H2O所需的空气量）中燃烧。CO只有98%完全燃烧。试对100 kmol燃料气，计算尾气中各组分的摩尔数。 解：首先画出流程图（附图），图上标出了尾气中各组分。以A代表空气的摩尔数，F代表尾气的摩尔数。化学反应式如下： 2CO+O2=2CO2 （1） 2H2+O2=2H2O （2） A kmol空气 F kmol烟道气 100 kmol燃料气 燃烧室 H2O、CO、CO2、O2、N2 3.1%H2、27.2% CO 5.6% CO2、0.5% O2 63.6% N2 根据反应式，为使H2完全燃烧需氧： 3.1×0.5=1.55kmol 为使CO完全燃烧需氧：27.2×0.5×0.98=13.33kmol 因为过量20%，共需氧： 1.2×(1.55+13.33)=17.854kmol 应加入： 18.18-0.5=17.354kmol 由于空气中含有79％（摩尔分数）的N2，故加入的N2量是：79×17.354/21=66.283kmol 下面计算尾气中各组分的摩尔数： 习题解 14 所有的H2都变成了H2O，即： 3.1kmol 对于CO有2.0%不反应，因此有： 0.02×27.2=0.544kmol CO2： 5.6+27.2×0.98=32.256kmol N2： 63.6+66.283=129.883kmol O2： 17.354-(1.55+13.33)+0.5=2.974kmol 2-2 在生产KNO3的过程中，1000kg/h的20%KNO3溶液送入蒸发器中，在422K温度下浓缩成50%KNO3浓溶液，然后再进入结晶器中冷却到310K，得含量为96%的KNO3结晶。结晶器中37.5%的KNO3母液送入蒸发器中循环使用。试计算循环的母液量与产品KNO3结晶量。 解：首先按题意画出流程简图，如附图所示。 W(kg/h)水 1000 kg/h C [kg/h] 蒸发器 结晶器 20%KNO3溶液 422 K 50%KNO3溶液 310 K R(kg/h) P(kg/h) 37.5%KNO3母液 96%KNO3结晶 计算可分为两部分，先以1000 kg/h的20%KNO3溶液为基准，对整个生产过程作物料衡算： 1000=W+P 1000×0.2=P×0.96 解得： P=208kg/h W=792kg/h 再对结晶器作物料衡算： C=R+208 0.5C=0.375R+0.96×208 解得： C=975kg/h R=767kg/h。 2-3 在一加热器中，用5×105Pa（绝压）的饱和蒸汽加热空气。空气流量为4000kg/h，进口温度为25℃，出口温度为125℃，空气平均比热容cp为1.009kJ/(kg.K)，冷凝液在饱和温度下排出。试求蒸汽消耗量（不计热损失）。 解：首先按题意画出流程简图，如附图所示。 4000kg/h 4000kg/h 25℃空气 125℃空气 加热器 D[kg/h] D[kg/h] 5×105Pa蒸汽 冷凝水 由空气带入加热器的热量 qmccpct1 由蒸汽带入加热器的热量 DH 由空气带出的热量 qmccpct2 由冷凝水带出的热量 Dh qmccpct1+DH=qmccpct2+Dh D(H-h)=qmccp(t2- t1) 由附录饱和水蒸气表查得：5×105Pa饱和水蒸气的焓为2753kJ/kg，151.7℃水的焓为639.6kJ/kg。 D=4000×1.009(398-298)/(2753-639.6)=191kg/h 2-4 图示为一台燃气轮机装置，其空气消耗量qm,a=100kg/s。压气机入口空气的焓h1=290kJ/kg，出口压缩空气的焓h2=580 kJ/kg；在燃烧室中压缩空气和燃料混合燃烧，燃烧生成的高温燃气的焓h3=1250kJ/kg；高温燃气送入涡轮机中膨胀作功，作功后排出废气的焓h4=780kJ/kg。试求：（1）压气机消耗的功率；（2）燃料的发热量Qf=43960kJ/kg时的燃料消耗量；（3）涡轮机输出的功率；（4）燃气轮机装置的总功率。 习题解 15
