化工原理课后答案

第一章

3.答案：p= 30.04kPa =0.296atm=3.06mH2O 该压力为表压

常见错误：答成绝压

5.答案：图和推算过程略Δp=(ρHg - ρH2O) g (R1+R2)=228.4kPa

7.已知n=121 d=0.02m u=9 m/s T=313K p = 248.7 × 103 Pa M=29 g/mol

答案：(1) ρ = pM/RT = 2.77 kg/m3

q m =q vρ= n 0.785d2 u ρ =0.942 kg/s (2) q v = n 0.785d2 u = 0.343 m3/s

(2) V0/V =(T0p)/(Tp0) = 2.14 q v0 =2.14 q v = 0.734 m3/s

常见错误：

（1）n没有计入

（2）p0按照98.7 × 103 pa计算

8. 已知d1=0.05m d2=0.068m q v=3.33×10-3 m3/s

（1）q m1= q m2 =q vρ =6.09 kg/s

(2) u1= q v1/(0.785d12) =1.70 m/s

u2 = q v2/(0.785d22) =0.92 m/s

(3) G1 = q m1/(0.785d12) =3105 kg/m2·s

G2 = q m2/(0.785d22) =1679 kg/m2·s

常见错误：直径d算错

9. 图略

q v= 0.0167 m3/s d1= 0.2m d2= 0.1m u1= 0.532m/s u2= 2.127m/s

(1) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 7.02×103 Pa

p A-p B=0.5gρH2O +(ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m

(2) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 2.13×103 Pa

p A-p B= (ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m

所以R没有变化

12. 图略

取高位储槽液面为1-1液面，管路出口为2-2截面，以出口为基准水平面

已知q v= 0.00139 m3/s u1= 0 m/s u2 = 1.626 m/s p1= 0(表压) p2= 9.807×103 Pa(表压)

在1-1面和2-2面之间立柏努利方程Δz = 4.37m

注意：答题时出口侧的选择：

为了便于统一，建议选择出口侧为2-2面，u2为管路中流体的流速，不为0，压力为出口容器的压力，不是管路内流体压力

13.已知q v=0.04m3/s 处于湍流状态，则Re>4000 所以d<0.039m

14.答案：16倍

17. 答案：

第一种：(1)选ε = 0.2mm，ε/d = 0.002 Re= 99.5 × 103查Moody图，得λ = 0.025

Δp f = 49.64 kPa H f = 4.60 m

(2) ε增大10倍ε′= = 2mm，ε′=/d = 0.02 Re不变，查Moody图，得λ′= = 0.048

Δp f ′= 95.31 kPa （Δp f′ -Δp f）/Δp f =92% 压力损失增加了92%

第二种：(1)选ε = 0.046mm，ε/d = 0.00046 Re= 99.5 × 103查Moody图，得λ = 0.021

Δp f = 41.6 kPa H f = 3.86 m

(2) ε增大10倍ε = 0.46mm，ε/d = 0.0046 Re不变，查Moody图，得λ = 0.031

Δp f =62.8 kPa 增加了51%

错误：计算λ用柏拉休斯公式，计算λ′利用Moody图，这样相互之间的偏差比较大

18.答案

图略取储槽液面为1-1液面，反应器入口管为2-2截面，以储槽面为基准水平面

已知：

在1-1面和2-2面之间立柏努利方程式H = Δz +Δ(u2)/(2g) +Δp/(ρg) + ΣH f =15.86m

其中ΣH f= （λl/d + Σζ）u2/ 2g =(0.035 ×45/0.081 + 0.5 +1 + 8.25 + 2 ×0.17 + 3 ×0.75) 0.0542/(2 × 9.8) ---计入了管路入口的突然缩小以及出口突然放大的阻力损失

P=Pe/η = Hq m g/0.65 = 79.62 W

备注; 如取ε=0.046mm P= 79.5 W

20题图略

答案：

（1）C阀门打开，D阀门关闭

取H面为1-1面，C面为2-2面，并取C面为基准水平面

u AB/u2= d BC2/ d AB2=0.372 (1)

ΣH f =ΣH f，AB+ΣH BC (2)

其中

ΣH f，AB = [λAB (l AB +Σl e, AB )/d AB +0.5] u AB2/ 2g ---ζ=0.5：从水槽进入管入口（突然缩小）的局部阻力系数

ΣH f，BC = [λBC (l BC +Σl e, BC )/d BC +1.0] u 2 2/ 2g ---ζ=1.0：管出口（突然放大）的局部阻力系数

由方程（1）（2）联立，得ΣH f =0.953 u22

在1-1面和2-2面之间立柏努利方程

10 = u22/(2g) + ΣH f = u22/(2g) +0.953 u22

得出：u2= 3.16m/s

u AB= 1.17m/s 流量q V =1.55× 10-3 m3/s

（2）C,D阀门全开

在H面和B面之间立柏努利方程

10 = 6 + u B2/2g +p B/ρg +ΣH f ,HB =6 + u B2/2g +p B/ρg + (0.5 +λl AB/d AB ) u AB2/ 2g ---ζ=0.5：从水槽进入管入口（突然缩小）的局部阻力系数

4= 5.89 u B2/2g + p B/ρg (1)

在B面和C面之间立柏努利方程

H B = H C +ΣH f ,BC

6 + u B2/2g +p B/ρg = u C2/2g + (1.0 +λl BC/d BC ) u C2/ 2g ---ζ=1.0：管出口（突然放大）的局部阻力系数(2)

在B面和D面之间立柏努利方程

H B = H D +ΣH f ,BD

6 + u B2/2g +p B/ρg = u D2/2g + (1.0 +λl BD/d BD ) u D2/ 2g ---ζ=1.0：管出口（突然放大）的局部阻力系数(3)

另外，q vB = q Vc + q vD

u B = 0.372 (u C + u D) (4)

方程(1) (2) (3) (4)联立，解得

u B =2.03 m/s

u C =3.04 m/s q Vc =1.49× 10-3 m3/s

u D =2.43 m/s q VD =1.19× 10-3 m3/s