第一章 流体流动与输送机械1. 某烟道气的组成为CO 2 13％，N 2 76％，H 2O 11％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa 时的密度。

解：混合气体平均摩尔质量k g /m o l 1098.2810)1811.02876.04413.0(33--⨯=⨯⨯+⨯+⨯=∑=i i m M y M∴ 混合密度333kg/m 457.0)500273(31.81098.28103.101=+⨯⨯⨯⨯==-RT pM ρm m 2．已知20℃时苯和甲苯的密度分别为879 kg/m 3和867 kg/m 3,试计算含苯40％及甲苯60％（质量％）的混合液密度。

解：8676.08794.012211+=+=ρρρa a m混合液密度 3k g /m 8.871=m ρ3．某地区大气压力为101.3kPa ，一操作中的吸收塔塔内表压为130kPa 。

若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作该吸收塔，且保持塔内绝压相同，则此时表压应为多少？解：''表表绝＋p p p p p a a =+=∴kPa 3.15675)1303.101)(''=-==＋（－＋真表a a p p p p 4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900 kg/m 3的液体。

容器上方的压力表读数为42kPa ，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m ，其读数为58 kPa 。

试计算液面到下方测压口的距离。

解：液面下测压口处压力 gh p z g p p ρρ+=∆+=10m 36.255.081.990010)4258(30101=+⨯⨯-=+ρ-=ρ-ρ+=∆∴h g p p g p gh p z5. 如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为700mm 和600mm 。

在容器底部开孔与玻璃管相连。

已知油与水的密度分别为800 kg/m 3和1000 kg/m 3。

（1）计算玻璃管内水柱的高度；题4 附图B D题5 附图（2）判断A 与B 、C 与D 点的压力是否相等。

解：（1）容器底部压力gh p gh gh p p a a 水水油ρρρ+=++=21 m 16.16.07.010008002121=+⨯=+ρρ=ρρ+ρ=∴h h h h h 水油水水油 （2）B A p p ≠ D C p p =6．为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压力计，指示液为水银。

已知该液体密度为900kg/m 3，h=0.8m ，R=0.45m 。

试计算容器中液面上方的表压。

解：如图，1-2为等压面。

gh p p ρ+=1 gR p p a 02ρ+= gR p gh p a 0ρρ+=+ 则容器内表压：k P a 0.5381.98.090081.945.136000=⨯⨯-⨯⨯=ρ-ρ=-g h g R p p a7．如附图所示，水在管道中流动。

为测得A -A ′、B -B ′截面的压力差，在管路上方安装一U 形压差计，指示液为水银。

已知压差计的读数R ＝180mm ，试计算A -A ′、B -B ′截面的压力差。

已知水与水银的密度分别为1000kg/m 3和13600 kg/m 3。

解：图中，1-1′面与2-2′面间为静止、连续的同种流体，且处于同一水平面，因此为等压面，即'11p p =， '22p p =又 gm p p A ρ-='1gRR m g p gR p gR p p B 002021)('ρρρρ++-=+=+=所以 gR R m g p gm p B A 0)(ρρρ++-=-整理得 gR p p B A )(0ρρ-=-由此可见， U 形压差计所测压差的大小只与被测流体及指示液的密度、读数R 有关，而与U 形压差计放置的位置无关。

代入数据 Pa 2224918.081.9)100013600(=⨯⨯-=-B A p p题7 附图题6 附图128．用U 形压差计测量某气体流经水平管道两截面的压力差，指示液为水，密度为1000kg/m 3，读数R 为12mm 。

为了提高测量精度，改为双液体U 管压差计，指示液A 为含40％乙醇的水溶液，密度为920 kg/m 3，指示液C 为煤油，密度为850 kg/m 3。

问读数可以放大多少倍？此时读数为多少？解：用U 形压差计测量时，因被测流体为气体，则有 021ρRg p p ≈- 用双液体U 管压差计测量时，有)('21C A g R p p ρρ-=-因为所测压力差相同，联立以上二式，可得放大倍数3.1485092010000'=-=-=C A R R ρρρ此时双液体U 管的读数为mm 6.171123.143.14'=⨯==R R9．图示为汽液直接混合式冷凝器，水蒸气与冷水相遇被冷凝为水，并沿气压管流至地沟排出。

现已知真空表的读数为78kPa ，求气压管中水上升的高度h 。

解: a p gh p =+ρ水柱高度 m 95.781.910107833=⨯⨯=ρ-=g p p h a 10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。

已知硫酸的密度为1830 kg/m 3，体积流量为9m 3/h ,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。

解: (1) 大管: mm 476⨯φkg/h 1647018309=⨯=ρ⋅=s s V m m/s 69.0068.0785.03600/9785.0221=⨯==dV u ss)kg/(m 7.1262183069.0211⋅=⨯=ρ=u G (2) 小管: mm 5.357⨯φ质量流量不变 kg/h 164702=s mm/s 27.105.0785.03600/9785.02222=⨯==d V u s题9 附图或: m/s 27.1)5068(69.0)(222112===d d u u s)kg/(m 1.2324183027.1222⋅=⨯=ρ⋅=u G11．如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。

现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。

解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～ 2-2’间列柏努力方程: f W u p g z u p g z ∑+++=++222221112121ρρ 简化: g W u H f /)21(22∑+= m 09.281.9)20121(=÷+⨯=12．一水平管由内径分别为33mm 及47mm 的两段直管组成，水在小管内以2.5m/s 的速度流向大管，在接头两侧相距1m 的1、2两截面处各接一测压管，已知两截面间的压头损失为70mmH 2O ，问两测压管中的水位哪一个高，相差多少？并作分析。

解：1、2两截面间列柏努利方程： f h u gg p z u g g p z ∑+++=++222221112121ρρ 其中：21z z = m/s 23.147335.2222112=⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=dd u u m 17.007.0)5.223.1(81.921)(2122212221-=+-⨯=∑+-=ρ-=∆f h u u g g p p h 说明2截面处测压管中水位高。

这是因为该处动能小，因而静压能高。

13．如附图所示，用高位槽向一密闭容器送水，容器中的表压为80kPa 。

已知输送管路为5.348⨯φmm 的钢管，管路系统的能量损失与流速的关系为28.6u W f =∑（不包括出口能量损失），试求：（1） 水的流量；（2） 若需将流量增加20％，高位槽应提高多少m ？解：（1）如图在高位槽液面1-1与管出口内侧2-2间列柏努利方程题13 附图2f W u pg z u p g z ∑+++=++222221112121ρρ 简化： f W u p g z ∑++=222121ρ （1） 即 222238.6211000108081.910u u ++⨯=⨯解得 m/s 57.12=u 流量 /h m 45.7/1007.257.1041.0785.04333222=⨯=⨯⨯==-s m u d V S π（2）流量增加20％，则m/s 88.157.12.1'2=⨯=u 此时有 f W u p g z '22'21'21∑++=ρm 78.1081.9/)88.18.688.12110001080(223'1=⨯+⨯+⨯=z即高位槽需提升0.78m 。

14．附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统，丙烯由贮槽回流至塔顶。

丙烯贮槽液面恒定，其液面上方的压力为 2.0MPa （表压），精馏塔内操作压力为 1.3MPa （表压）。

塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面30m ，管内径为140mm ，丙烯密度为600kg/m 3。

现要求输送量为40×103kg/h ，管路的全部能量损失为150J/kg （不包括出口能量损失），试核算该过程是否需要泵。

解:在贮槽液面1-1’与回流管出口外侧2-2’间列柏努利方程:f e W u pg z W u p g z ∑+++=+++222221112121ρρ 简化:f e W u pg z W p ∑+++=+2222121ρρf e Wg z u p p W ∑+++-=2221221ρm/s 2.114.0785.060036001040785.02322=⨯⨯⨯=ρ=d m u s15081.9302.12160010)0.23.1(26+⨯+⨯+⨯-=∴e W 题14 附图J/kg 6.721-=∴ 不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中15．用压缩空气将密闭容器中的硫酸压送至敞口高位槽，如附图所示。

输送量为2m 3/h ，输送管路为φ37×3.5mm 的无缝钢管。

两槽中液位恒定。

设管路的总压头损失为1m （不包括出口），硫酸的密度为1830 kg/m 3。

试计算压缩空气的压力。

解: 以容器中液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,且以1-1’面为基准,在1-1’～2-2’间列柏努力方程:∑+++=++f h z u gp z u g g p 222212112121ρρ 简化:∑++=f h z u gg p 222121ρ 其中: m/s 786.003.0785.03600/24222=⨯=π=d V u s 代入: )21(2221∑++=f h z u gg p ρ )112786.081.921(81.918302++⨯⨯⨯⨯=)(kP 234a 表压=16．某一高位槽供水系统如附图所示，管子规格为φ45×2.5mm 。