化工原理(第二版)上册课后习题答案(5)

解：（1）泵的流量

由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面），得到

u120?gZ1????hf,0?1

?2p1将有关数据代入上式并整理，得

60?1033.5u??2.5?9.81?35.48

100021u1?3.184m/s

π则 q?(?0.082?3.184?3600)m3/h=57.61 m3/h

4(2) 泵的扬程

?(60?220)?103?H?H1?H2?h0???0.5?m?29.04m

?1000?9.81?(3) 泵的效率

Hq?g29.04?57.61?1000?9.81??s??100%=68%

1000P3600?1000?6.7在指定转速下，泵的性能参数为：q=57.61 m3/h H=29.04 m P=6.7 kW η=68%

3．对于习题2的实验装置，若分别改变如下参数，试求新操作条件下泵的流量、压头和轴功率（假如泵的效率保持不变）。

（1）改送密度为1220 kg/m3的果汁（其他性质与水相近）； （2）泵的转速降至2610 r/min。

解：由习题2求得：q=57.61 m3/h H=29.04 m P=6.7 kW （1）改送果汁

改送果汁后，q，H不变，P随ρ加大而增加，即

?1220?P??P???6.7?1.22kW=8.174kW

?1000?(2) 降低泵的转速

根据比例定律，降低转速后有关参数为

?2610?33q??57.61???mh?51.85mh?2900?

?2610?H??29.04???m?23.52m?2900? ?2610?P???6.7???kW?4.884kW

?2900?324．用离心泵（转速为2900 r/min）将20 ℃的清水以60 m3/h的流量送至敞口容器。此流量下吸入管路的压头损失和动压头分别为2.4 m和0.61 m。规定泵入口的真空度不能大于64 kPa。泵的必需气蚀余量为3.5 m。试求（1）泵的安装高度（当地大气压为100 kPa）；（2）若改送55 ℃的清水，泵的安装高度是否合适。

解：(1) 泵的安装高度

21

在水池液面和泵入口截面之间列柏努利方程式（水池液面为基准面），得

pa?p1u12?(Hg??Hf,0?1) ?g2g64?103即 ?Hg?0.61?2.4

1000?9.81Hg?3.51m

（2）输送55 ℃清水的允许安装高度

55 ℃清水的密度为985.7 kg/m3，饱和蒸汽压为15.733 kPa

?(100?15.733)?103?pa?pv则 Hg???(3.5?0.5)?2.4?m=2.31m ?(NPSH)?Hf,0?1=?985.7?9.81?g??原安装高度（3.51 m）需下降1.5 m才能不发生气蚀现象。

5．对于习题4的输送任务，若选用3B57型水泵，其操作条件下（55 ℃清水）的允许吸上真空度为5.3 m，试确定离心泵的安装高度。

解：为确保泵的安全运行，应以55 ℃热水为基准确定安装高度。

u12Hg?HS??Hf,0?1??5.3?0.61?2.4??2.29m

2g泵的安装高度为2.0 m。 6．用离心泵将真空精馏塔的釜残液送至常压贮罐。塔底液面上的绝对压力为32.5 kPa(即输送温度下溶液的饱和蒸汽压)。已知：吸入管路压头损失为1.46 m，泵的必需气蚀余量为2.3 m，该泵安装在塔内液面下3.0 m处。试核算该泵能否正常操作。

解：泵的允许安装高度为

p?pvHg?a?NPSH?Hf,0?1

?g式中

pa?pv?0 ?g则 Hg?[?(2.3?0.5)?1.46]m?-4.26m

泵的允许安装位置应在塔内液面下4.26m处，实际安装高度为–3.0m，故泵在操作时可能发生气蚀现象。为安全运行，离心泵应再下移1.5 m。

7．在指定转速下，用20 ℃的清水对离心泵进行性能测试，测得q～H数据如本题附表所示。

习题7 附表1 q (m3/min) H /m 0 37.2 0.1 38.0 0.2 37 0.3 34.5 0.4 31.8 0.5 28.5 在实验范围内，摩擦系数变化不大，管路特性方程为

2（qe的单位为m3/min） He?12?80.0qe试确定此管路中的q、H和P(η=81%)

22

习题7 附图

解：该题是用作图法确定泵的工作点。由题给实验数据作出q～H曲线。同时计算出对应流量下管路所要求的He，在同一坐标图中作qe～He曲线，如本题附图所示。

两曲线的交点M即泵在此管路中的工作点，由图读得q=0.455 m3/min，H=29.0 m，则

40q～H

30H/mM

2010000.10.2qe～He

习题7 附图 q / (m/min)

3

0.30.40.5P?Hqs?29.0?0.455?1000kW=2.66 kW ?102?60?102?0.81

习题7 附表2 qe / (m3/min) He /m 0 12.0 0.1 12.8 0.2 15.2 0.3 19.2 0.4 24.8 0.5 32.0 注意：在低流量时，q～H曲线出现峰值。

8．用离心泵将水库中的清水送至灌溉渠，两液面维持恒差8.8 m，管内流动在阻力平方区，管路特性方程为

2 （qe的单位为m3/s） He?8.8?5.2?105qe单台泵的特性方程为

3

H?28?4.2?105q2 （q的单位为m/s）

试求泵的流量、压头和有效功率。

解：联立管路和泵的特性方程便可求泵的工作点对应的q、H，进而计算Pe。

2管路特性方程 He?8.8?5.2?105qe

泵的特性方程 H?28?4.2?105q2 联立两方程，得到 q=4.52×10

–3

m3/s H=19.42 m

?3则 PW=861 W e?Hqs?g?19.42?4.52?10?1000?9.819．对于习题8的管路系统，若用两台规格相同的离心泵（单台泵的特性方程与习题8相同）组合操作，试求可能的最大输水量。

解：本题旨在比较离心泵的并联和串联的效果。 （1）两台泵的并联

q8.8?5.2?105q2?28?4.2?105()2

2解得： q=5.54×10

–3

m3/s=19.95 m3/h

23

(2) 两台泵的串联

8.8?5.2?105q2?2?(28?4.2?105q2)

解得： q=5.89×103 m3/s=21.2 m3/h

在本题条件下，两台泵串联可获得较大的输水量21.2 m3/h。

10．采用一台三效单动往复泵，将敞口贮槽中密度为1200 kg/m3的粘稠液体送至表压为1.62×103 kPa的高位槽中，两容器中液面维持恒差8 m，管路系统总压头损失为4 m。已知泵的活塞直径为70 mm，冲程为225 mm，往复次数为200 min-1，泵的容积效率和总效率分别为0.96和0.91。试求泵的流量、压头和轴功率。

解：（1）往复泵的实际流量

π33

q?3?vASnr?3?0.96??0.072?0.225?200m/min=0.499 m/min

4–

(2)泵的扬程

1.62?106H?He?(8??4)m=149.6 m

1200?9.81(3)泵的轴功率

Hqs?149.6?0.499?1200kW=16.08 kW P??102?60?102?0.9111．用离心通风机将50 ℃、101.3 kPa的空气通过内径为600 mm，总长105 m（包括

所有局部阻力当量长度）的水平管道送至某表压为1×104 Pa的设备中。空气的输送量为1.5×104 m3/h。摩擦系数可取为0.0175。现库房中有一台离心通风机，其性能为：转速1450 min-1，风量1.6×104 m3/h，风压为1.2×104 Pa。试核算该风机是否合用。

解：将操作条件的风压和风量来换算库存风机是否合用。

HT?(p2?p1)??u22???hf

?1?104?pm??101300??Pa=106300Pa

2???m?1.205?106300293kg/m3=1.147 kg/m3 ?101330323u?Vspv15000?101300m/s=14.40 m/s ?π2πdpm3600??0.62?10630044?105?14.402??4则 HT???1?10?1.147??0.0175??1???Pa=10483 Pa

0.62????HT?10483?1.2Pa=10967 Pa

1.147库存风机的风量q=1.6×104 m3/h，风压HT=1.2×104 Pa均大于管路要求（qe=1.5×104

m3/h，HT=10967 Pa），故风机合用。

12．有一台单动往复压缩机，余隙系数为0.06，气体的入口温度为20 ℃，绝热压缩指数为1.4，要求压缩比为9，试求（1）单级压缩的容积系数和气体的出口温度；（2）两级压缩的容积系数和第一级气体的出口温度；（3）往复压缩机的压缩极限。

解：（1）单级压缩的容积系数和气体的出口温度

24

1??1k???p2??1?0.06?91.4?1??0.7718 ??0?1?????1??????p?1???????k?1k?p2?T2?T1??p???1??293?90.41.4K=548.9K

（2）两级压缩的容积系数和第一级气体出口温度 改为两级压缩后，每级的压缩比为

1?p2?2 x???p???9?3?1?12则重复上面计算，得到

?11??0?1?0.06?3.4?1??0.9285

??T1?293?3K=401 K

（3）压缩极限

1??k??p2??0?1?????1??0 ????p1??????1??1.4??p即 0.06???2??1??1

???p1???????0.41.4解得

p2?55.71 p1 第五章 传热过程基础

1．用平板法测定固体的导热系数，在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却，同时在板两侧用热电偶测量其表面温度，若所测固体的表面积为0.02 m2，厚度为0.02 m，实验测得电流表读数为0.5 A，伏特表读数为100 V，两侧表面温度分别为200 ℃和50 ℃，试求该材料的导热系数。

解：传热达稳态后电热器的加热速率应与固体的散热（导热）速率相等，即

t1?t2 L式中 Q?IV?0.5?100W?50W

Q??S S?0.02m2，t1?200?C，t2?50?C，L?0.02m 将上述数据代入，可得

??

QL50?0.02?W?m??C??0.333W?m??C?

S?t1?t2?0.02??200?50?25

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