流体输送与传热习题答案

《流体输送与传热》习题答案

1. 燃烧重油的燃烧气，经分析测知其中含8.5%CO 2、7.5%O 2、76%N 2、8%H 2O （体积分数），试求温度为500o C 、压强为1atm 时，该气体的密度。 解：根据气体的状态方程pM

RT

ρ=，因此只需求出混合气体的平均分子量即可。

0.085440.075320.76280.0818 3.74 2.421.28 1.4428.86i i M M x ==⨯+⨯+⨯+⨯=+++=∑

128.86/0.455/0.082/773pM atm g mol

g L RT L atm mol K K

ρ⨯=

==⋅⋅⨯

2. 在大气压为0.101MPa 的地区，某真空精馏塔顶真空表的读数为0.095MPa ，若在大气压为0.088MPa 的地区使该塔内绝对压力维持相同的数值，则真空表的读数应为多少？ 解：真空度＝大气压－绝对压力

即，精馏塔内绝对压力＝0.101－0.095＝0.006MPa 故，在大气压为0.088MPa 的地区，保持塔内压力不变， 真空表读数＝0.088－0.006＝0.082MPa

3. 如图所示的储油罐中盛有密度为960kg/m 3的油，油面距罐底9.6m ，油面上方为常压，在罐侧壁的下部有一直径为760mm 的圆孔，其中心距罐底800mm ，孔盖用M14钢制的螺钉固定，该螺钉材料的工作应力取为3.93×107N/m 2。问至少需要几个螺钉？

解：根据流体静力学原理，圆孔处的压力为：

32960/9.8/8.882790.4/p gh kg m N kg m N m ρ==⨯⨯=

因此，对圆盖的力为：

M14六角螺钉的尺寸为22mm （相间顶点间距），则其面积为：

'422211 4.1910S m -=⨯=⨯

则每个螺钉可承受的力为：7242'' 3.9310/ 4.191016466.7F pS N m m N -==⨯⨯⨯= 故需要的螺钉数目为：37538.5 2.28'16466.7

F n F =

== 即：最少需要3个螺钉才可。

2222

1182790.4/ 3.140.764437538.5F pS p D N m m N

π===⨯⨯=

4. 如图所示的一冷冻盐水循环系统，盐水的循环量为45m 3/h ，密度为1100kg/m 3，管路的直径相同，盐水自A 流经两个换热器到B 处的能量损失为98J/kg ，自B 流到A 处的能量损失为49J/kg ，试计算：

（1）泵的轴功率为多少kW ，设泵的效率为70%；

（2）若A 处的压力表读数为0.25MPa ，B 处的压力表读数为多少？

解：自B 流向A 时，有伯努利方程：

2222b b a a b e a f u p u p

gz W gz h ρρ

+++=+++∑

由于管路管径相同，a b u u =

()a b

e a b

f p p W

g z z

h ρ

-=-+

+∑ （1）

自A 流向B 时，有伯努利方程：

22'22a a b b a b f u p u p gz gz h ρρ

++=+++∑

故：

()'a b

b a f p p g z z h ρ

-=-+∑ （2）

代入（1）式有： '

9849147/e f f W h h J k g =+=

+=∑∑ 盐水的体积流量345/v q m h =，密度31100/kg m ρ=，即其质量流量为：

45110049500/m v q q kg h ρ==⨯=

因此，泵的有效功率为：147/49500/2021/ 2.0213600/e e m J kg kg h

P W q J s kW s h

⨯==

==

泵的效率70%ϕ=，故泵的轴功率为 2.021

2.890.7

e

P P kW ϕ

=

=

= 由（2）式可知：()()'

110079.8980.18a b b a f p p g z z h MPa ρ⎡⎤-=-+=⨯+=⎣⎦∑

故：0.180.07b a p p MPa =-=(表压)

第4题图

5、将25o C 的水由水池打至一高位槽，槽的水面高于池面50m ，管路摩擦损失为20J/kg ，流量为34m 3/h ，问对水需加多大的功率才能达到目的？

解：将水池液面定为1－1，高位槽液面定为2－2，有伯努利方程：

22

11221222e f u p u p

gz W gz h ρρ

+++=+++∑

其中：120u u ==，12a p p p ==，故：

()21509.820510/e f W g z z h J kg =-+=⨯+=∑ 水的密度31000/kg m ρ=，其质量流量为：

3334/1000/34000/m v q q m h kg m kg h ρ==⨯=

故对水的有效功率为：510/34000/ 4.823600/e e m J kg kg h

P W q kW s h

⨯==

=

6、用离心泵从井中抽水，吸水量为20m 3/h ，吸水管直径为φ108×4（mm ），吸水管路阻力损失为0.5m 水柱，求泵入口处的真空度为多少？

解：设水面为1－1，泵入口处截面为2－2，有伯努利方程：

22

11221222f u p u p z z H g g g g

ρρ++=+++

()2

2

2112212f u u p p g z z H g ρ⎡⎤--=-++⎢⎥⎣⎦

（1）

其中：110,a u p p ==

吸水管内径108421000.1d mm m =-⨯== 故：3224

20/0.71/3.140.13600

v q u m h m s S =

=⨯=⨯⨯ 代入（1）式有：()2210009.85.50.50.7110000.06a p p MPa -=⨯++⨯= 即泵入口处的真空度为0.06MPa

第6题图

第5题图