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时间:2018-11-04
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1、《环境工程原理》习题解答第三章流体流动习题3.3污水处理厂中,将污水从调节池提升至沉淀池。两池水面差最大为10m,管路摩擦损失为4J/kg。流量为34m3/h。求提升水所需要的功率。设水的温度为25℃。解:(1)根据流体输送能量方程(3.1.18):因2池均为敞口池,且池面很宽广,故p1=p2=0,um1=um2=0。根据题意:z2-z1=10m,因此有:=9.8×10+4=102J/kg“-”号表示流体机械给水做功,即为水泵。(2)查附录5知:ρ20=998.2kg/m3,ρ30=995.7kg/m3,则25时水的密度:ρ25=(998.2+995.7)/2=997.0kg/m3故提升水所
2、需功率为:N=We×ρQ=102×997.0×34=3.46×106J/h=961w(J/s)=0.96kw习题3.5如图所示,有一直径为1m的高位水槽,其水面高于地面8m,水从内径为100mm的管道中流出,管路出口高于地面2m,水流经系统的能量损失(不包括出口的能量损失)可按∑hf=6.5u2计算,式中u为水在管内的流速,单位为m/s。试计算:(1)若水槽中水位不变,试计算水的流量;(2)若高位水槽供水中断,随水的出流高位槽液面下降,试计算液面下降1m所需的时间。解:(1)按图示选取计算断面,基准面0-0取在地面,则有:p1=p2=0,um1=0,z1=8m,z2=2m按单位重量的能量方程
3、(3.1.24)进行计算:其中上式中的∑hf=6.5um22/g将已知条件代入可得:解之得:则出流流量:Q1=0.785×0.12×2.9=0.0228m3/s=82.0m3/h(2)设某一时刻水池液位高度为z,则能量方程可写为:整理得:经时间dt后,水流从管内流出的水量为:dQ=0.785×d2×um2dt=0.785×0.12×=9.3×10-3dt此时,水池中的液位下降了dz=dQ/(0.785×D2)=11.85×10-3dt则:当z从8m降为7m时所需时间:T=36s习题3.10题略解:(1)因Q=140m3/h=0.0389m3/s则150mm和100mm管内的流速为:u150=
4、2.20m/s,u100=4.96m/s其:Re150=997×2.2×0.15/(90.3×10-5)=3.64×105Re100=997×4.96×0.10/(90.3×10-5)=5.48×105(2)查莫迪图可得摩阻系数λ150=0.014,λ100=0.013查P87表3.4.4得局部阻力系数:90度弯头ξw=0.75,底阀ξd=1.5,闸阀ξf=0.17(全开)入口ξe=0.5,出口ξo=1.0,变径头ξb=0.32(d2/D2=0.45)(1)则所需水泵扬程=60+{0.014×(60+23)/0.15+(0.5+1.5+2×0.75)}×2.22/(2×9.81)+{0.01
5、3×100/0.1+(3×0.75+0.17+0.32+1)}×4.962/(2×9.81)=60+3.05+23.08=86.1m(2)所需水泵理论功率Ne=Hp×Q×ρg=86.1×0.0389×997×9.81=32.8×103w=32.8kw(3)水泵实际功率Ns=Ne/η=32.8/60%=54.7kw(4)水泵每天所需电费Fd=54.7×24×0.46=603.9≈604元/日习题3.13题略解:(1)全部按长管计算,忽略局部损失,且均按完全湍流计算管段管长L(m)管径d(mm)相对粗糙度(e/d)摩阻系数λ比阻R{}MAN10002000.0020.0266.73MBO9003
6、000.00130.0230.784ON3002500.00160.0242.03(2)设A管段流量为QA,B管段流量为QB,可列出如下方程组:RMANLMANQA2=(RMBOLMBO+RONLON)QB2QA+QB=Q将已知数据代入:6.73×1000×QA2=(0.784×900+2.03×300)QB2QA+QB=0.12解之得:QA=0.0368m3/s=36.8L/sQB=0.12-0.0368=0.0832m3/s=83.2L/s(3)MN之间的阻力损失为:HMN=RMANLMANQA2=6.73×1000×0.03682=9.11m热量传递习题4.4某一DN60×3mm的铝复
7、合管,其导热系数为45W/(m.K),外包一层厚30mm的石棉后,又包了一层厚为30mm的软木,石棉和软木的导热系数分别为0.15W/(m.K)和0.04W/(m.K)。试求:(1)如已知管内壁温度为-105℃,软木外侧温度为5℃,则每米管长的冷损失量为多少?(2)若将2层保温材料互换,假设互换后石棉外侧温度仍为5℃,则此时每米管长的冷损失量为多少?解:(1)该问题为一串连传热问题,现采用表格法计算。材料铝复
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