第一章 流体流动
1-1 试计算空气在-40℃和310mmHg真空度下的密度。 解：T=-40+273=233K
-1
M=29kg·kmol
P(绝)=p(大气压)-p(真空度)=760-310=450mmHg或60kPa 根据理想气体状态方程可知
ρ=
p(绝)MRT?60?298.314?233?0.898kg?m?3
1-2 在大气压为760mmHg的地区，某真空蒸馏塔塔顶真空表的读数为738mmHg。若在大气压为655mmHg的地区使塔内绝对压力维持相同的数值，则真空表读数应为多少？ 解：塔内绝对压力p(绝)=760-738=22mmHg
在大气压为655mmHg的地区，真空表读数应为 p（真）=655-22=633mmHg
1-4 附图所示为汽液直接接触的混合式冷凝器，水蒸气被水冷凝后，冷凝水和水一道沿管流至水池，现已知冷凝器内真空度为83kPa，管内水温40℃，试估计管内水柱的高度H。
解：冷凝器内表压p=-p（真空度）=-83×103Pa 取水池液面为a-a，则a-a处表压pa=0 根据静力学方程，可知
pa-p=ρgH
查附录五知40℃水的密度为ρ=992.2kg·m-3，于是有 H=
pa?p?0?(?83?10)992.2?9.813?g?8.53m
1-8 一敞口高位槽向喷头供应液体，液体密度为1050kg·m-3。为了达到所要求的喷洒条件，喷头入口处要维持40kPa的压力。液体在管路内的
-1-1
速度为2.2m·s，从高位槽至喷头入口的管路阻力损失估计为25J·kg。求高位槽内的液面至少要在喷头入口以上多少m。
解：取高位槽液面为1-1面，喷头入口处截面为2-2面。根据机械能衡算方程，有
gz1?u122?p1??gz2?u222?p2???f
式中，u1=0，p1=0，u2=2.2m·s-1，p2=40×103Pa，ωf=25J·kg-1，代入上式得 ?z?u222g?p2?p1?g??gf?2.222?9.81?40?10?01050?9.813?259.81?6.68m
1-13 某列管式换热器中共有250根平行换热管。流经管内的总水量为144t·h-1，平均水温10℃，为了保证换热器的冷却效果，需使管内水流处于湍流状态，问对管径有何要求？ 解：查附录五可知，10℃水的粘度μ=1.305mPa·s即1.305×10-3Pa·s。
Re??ud??ms(?/4)dn??144?10/3600(?/4)d?250?1.305?10?33?156.2d
要求Re≥4000，即
156.2d?4000，因此
d≤0.039m或39mm 即管内径应不大于39mm。 第二章 流体输送机械
2-3 如附图所示的循环管路系统，管内径均为40mm，管路摩擦系数λ=0.02，吸入管路和压出管路总长为10m。阀门全开时，泵入口处真空表的读数为40kPa，泵出口处压力表的读数为107.5kPa。泵的特性曲线方
23-1
程可用H=22-B0Q表示，其中，H以m计；Q以m·h计；B0为待定常数。试求：（1）阀门全开时泵的输水量和扬程；（2）现需将流量减小到阀门全开时的90％，采用切削叶轮直径的方法，则泵的有效功率为多少KW？叶轮直径应切削为原来的百分之几？ 解：（1）对泵进、出口列机械能衡算方程，有
H?p出?p入（真）?107.5?10?40?101000?9.8133?g?15.04m
对整个循环系统做机械能衡算（从面1-1经泵再回到面1-1）：
he?BQ28?0.02?10?Q??Q??22 （a） ?25???1.245?10Q???25?dg?3600???0.04?9.81?3600?8?L22式中，Q以m3·h-1计。
将H=he=15.04m代入式（a）得 Q=34.76m3·h-1
将Q、H代入泵特性方程中得
B0?(22?H)/Q2?(22?15.04)/34.7632?5.76?10?1?3
(2)Q??9000Q?34.76?0.9?31.28m?h
'?22代入式（a）得 he?1.245?10?31.28?12.18m
?有效功率 Ne?heQ??g?12.18?31.28?1000?9.81/3600?1038W或1.04kW
叶轮直径应切削的百分率：
因管路特性曲线方程he=BQ2为过原点的曲线，再根据教材中式（2-16）可以证明，此种情形下的管路特性曲线与叶轮切割前后泵的特性曲线的两个交点，即为新、旧工作点，满足式（2-16），即
Q?Q?D?D?0.90
2-6 将密度为1500kg·m-3的硝酸送入反应釜，最大流量为6m3·h-1，升举高度为8m。釜内压力为300kPa，管路的压力损失为30kPa。试在下面的耐腐蚀泵性能表中选定一个型号，并估计泵的轴功率。
IH型耐腐蚀泵的性能参数 型号 IH40-32-160 IH40-32-200 IH40-32-350 解：he??z??p?3
流量/m·h6.3 3-1 扬程/m 32 50 80 转速/r·min 2900 -1效率/％ 36 34 36 ?pf?g?g-1
?8?300?10001500?9.81?30?1031500?9.81?30.4m
根据he=30.4m、Q=6m·h，选表中IH40-32-160型泵，最高效率为36％。 泵的轴功率N?Qhe?g?6?30.4?1500?9.810.36?3600?2071W或2.07kW
?2-7 有下列输送任务，试分别提出适合的泵类型： ①向空气压缩机的汽缸中注入润滑油； ②输送浓番茄汁至装罐机；
③输送带有结晶的饱和盐溶液至过滤机；
④将水从水池送到冷却塔顶（塔高30m，水流量5000m3·h-1）；
⑤将洗衣粉浆液送到喷雾干燥器的喷头中（喷头内压力10MPa，流量5m·h）； ⑥配合pH控制器，将碱液按控制的流量加入参与化学反应的物流中。 解：①齿轮泵或螺杆泵。理由：流量较小，黏度较大。 ②离心泵（开式或半开式叶轮）。理由：含固体物。
③压力不大时用离心泵（开式叶轮），压力大时用隔膜泵。理由：含固体物。 ④双吸离心泵。理由：流量很大，而扬程不算太大。
⑤柱塞式往复泵或螺杆泵。理由：出口处压力大，但流量较小。 ⑥计量泵。理由：流量需定量控制。
2-8 要用通风机从喷雾干燥器中排气，并使干燥器内维持15mmH2O的负压，以防粉尘泄漏到大气中。干燥器的气体出口至通风机的入口之间的管路阻力及旋风除尘器的阻力共为155mmH2O。通风机出口的动压可取为15mmH2O。干燥器送出的湿空气密度为1.0kg·m。试计算风机的全风压（折算为“标定状况”后的数值）。 解：已知p0（真）=15mmH2O，
?pf(0?1)?155mmHO,
-3
3
-1
u2222??15mmH2O，
p2=0。
据题意可绘出流程（如附图所示），风机出口全风压为
p2?u2?/2?0?15?15mmH2O
2对0-0、1-1截面列机械能衡算方程： p0?(p1?u1?/2)??pf(0?1)
2于是得风机进口全风压为
p1?u1?/2?p0??pf(0?1)??15?155??170mmH22O
风机的全风压pt=出口全风压-入口全风压=15-（-170）=185mmH2O 标定状况全风压pt?pt0?0?-1
?185?1.21.0?222mmH2O
2-9 习题2-8中的喷雾干燥器每小时要排出16000m3湿空气。现有一台4-72No.8通风机可用，它在转速n=1000r·min时的操作性能如下所示。问此通风机是否能满足需要？如不适用，有无办法改造到能用？ 序号 1 2 3 4 5 6 7 全压/mmH2O 98 97 95 92 88 81 74 0风量/m3·h-1 11200 12000 13900 15300 16600 18000 19300 轴功率/kW 3.63 3.78 3.96 4.25 4.38 4.48 4.60 3-1
解：由本题已知条件及习题2-8知pt?222mmH2O，Q=16000m·h。表中列出的最高全
风压仅为98mmH2O，远小于所需值。但若将转速提高，有可能达到要求。 根据教材中式（2-14），为使表中序号1的全风压达到222mmH2O，转速n?应满足
n?n?22298?1.505
故n?=1.505×1000=1505 r·min-1序号1的流量变为
Q??11200(n?/n)?11200?1.505?16860m?h3?1
可以满足需要。
第三章 机械分离与固体流态化
3-1 求直径为60μm的石英颗粒（密度为2600kg·m-3）分别在20℃水中和20℃空气中的沉降速度。
解：根据题意给定及查取附录，可得如下数据。 石英颗粒：d=60×10-6m；ρs=2600 kg·m-3 20℃水：ρ=1000kg·m-3；μ=1×10-3Pa·s
20℃空气：ρ=1.205 kg·m-3；μ=0.0181×10-3Pa·s （a）在20℃水中沉降 设斯托克斯定律适用，则 u0?d(?s??)g18?2?(60?10?6)?(2600?1000)?9.8118?(1?10?32)?0.00314m?s?1
验算 Re0?du0???(60?10?6)?0.00314?10001?10?3?0.188?2
故用斯托克斯公式，u0结果正确。 （b）在20℃空气中沉降 u0?(60?10?6)?2600?9.81?3218?(0.0181?10)?0.280m?s?1
验算 Re0?(60?10?6)?0.282?1.205?30.0181?10?1.13?2
故也可用斯托克斯定律。
3-2 一种测定液体粘度的仪器由一钢球及玻璃筒构成，测试时筒内充有被测液体，记录钢球下落一定距离所需的时间即可测出液体粘度。已知球的直径为6mm，下落距离为200mm。测试一种糖浆时记下的时间间隔为7.32s，此糖浆的密度为1300kg·m，钢的密度为7900kg·m。求此糖浆的黏度。 解：钢球沉降速度 u0?0.27.32?0.0273m?s-3
-3
-3
?1
-3
又已知d=0.006m，ρ=1300kg·m，ρs=7900 kg·m 设沉降在斯托克斯区，则 ??d(?s??)g18u02?0.0062?(7900?1300)?9.8118?0.0273?4.74Pa?s
验算：Re?du0???0.006?0.0273?13004.74?0.045?2
故以上计算有效。
3-6 原用一个旋风分离器分离排放气中的灰尘，因分离效率不够高，拟改用三个同一型号、较小规格的并联，其各部分尺寸的比例不变，气体进口速度也不变。求每个小旋风分离器的直径应为原来的几倍？可分离的临界粒径为原来的几倍？
解：根据题意改用三个旋风分离器并联工作，但保持进气速度不变，故每个小旋风分离器的进口截面（A、B、）应为原来的1/3。由于几何相似的对应长度之比等于面积比的平方根，故
D??1/3D?0.58D
又因临界粒径与器身直径的平方根成正比，故有
?dcdc?D?D?0.58?0.76
3-8 某板框压滤机在恒压过滤1h之后，共送出滤液11m3，停止过滤后用3m3清水（其黏度与滤液相同）于同样压力下对滤饼进行洗涤。求洗涤时间，设滤布阻力可以忽略。 解：滤布阻力忽略时，恒压过滤方程为 V2?KA?
2将V=11m3，θ=1h代入上式得 KA
2?V2??1112?121m?h
6?1