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

解：（1）按稳定流动能量方程式，在压气机中压缩1kg空气所消耗的功为： wsc=-(h1-h2)=-(290-580)=290kJ/kg

压气机消耗的功率为： Psc=wscqma=290×100=29000kW （2）加热1kg空气所需的加热量为： Q1=h3-h2=1250-580=670kJ/kg 燃料的消耗量为： qmf=Q1qma/Qf=670×100/43960=1.5kg/s

（3）在涡轮机中1 kg燃气所作的功为：wsT=h3-h4=1250-780=470 kJ/kg 故涡轮机的功率为： PsT=wsTqma=470×100=47000kW

（4）燃气轮机装置的总功率等于涡轮机发出的功率及压气机消耗功率之差，即： Ps=PsT-Psc=47000-29000=18000kW

2-5 水以9.5kg/s的质量流量稳定地通过一个上游端内径为0.0762m、下游端内径为0.0254m的水平汇合喷嘴（参见附图）。试计算水在大气压中喷出时喷嘴上的合力。

解：此题为稳态流动。当选择控制面时，必须包括喷嘴的外壁面，这样喷嘴所受的合力才能计入总动量衡算中，使问题可以直接求解。因摩擦阻力可以忽略，x轴为水平方向，忽略截面上速度的变化，于是有： qm?ub=FxR+Fxp

为求出式（1）中的Fxp，利用柏努利方程式可得： ?ub2/2+?p/?=0 ub1=qm/?A1=9.5/(1000×0.785×0.7622)=2.09m/s ub2=qm/?A2=9.5/(1000×0.785×0.02542)=18.8m/s qm?ub=9.5×(18.8-2.09)=159 N

2

故 ?p=-?(ub2-ub12)/2=-1000×(18.82-2.092)/2=-174500Pa

力Fxp是截面A1、A2和侧面的压力在x方向上分量的代数和。截面A1的总压力在x方向上的分量为p1A1，方向向右；截面A2的总压力在x方向上的分量为p2A2=paA2，方向向左；外壁面的总压力在x方向上的分量为pa(A1-A2)，方向向左。因此：

Fxp=p1A1-p2A2-pa(A1-A2)=-A1?p=0.785×0.7622×174500=795N FxR=qm?ub-Fxp=159-795=-636N

由此得喷嘴所受的合力为负值，作用在x轴的反方向上，与流动方向相反。

2-6 水稳定流过如图所示的暴露在大气中的等径直角弯管，管内径为0.05m，水的主体流速为20m/s，进口压强为1.5×105Pa（表压）。由于管道很短，摩擦阻力及重力的影响均可忽略。试计算此管所受合力的大小和方向。

习题解 16