化工原理第一章习题课
化工原理课后习题答案
第一章流体流动1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。
已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。
解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到：设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa=8.54×103 Pa设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/㎥的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。
在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P油≤σ螺解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762150.307×103 Nσ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×nP油≤σ螺得 n ≥ 6.23取 n min= 7至少需要7个螺钉4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。
已知两吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg／㎥。
试求当压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离ｈ。
分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1´和4－4´为等压面，2－2´和3－3´为等压面，且1－1´和2－2´的压强相等。
根据静力学基本方程列出一个方程组求解解：设插入油层气管的管口距油面高Δh在1－1´与2－2´截面之间P1 = P2 + ρ水银gR∵P1 = P4，P2 = P3且P3 = ρ煤油gΔh ， P4 = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）联立这几个方程得到ρ水银gR = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）-ρ煤油gΔh 即ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据1.0³×10³×1 - 13.6×10³×0.068 = h(1.0×10³-0.82×10³)ｈ= 0.418ｍ6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强ｐ。
化工原理(杨祖荣主编)课后习题解答
化工原理（杨祖荣主编）课后习题解答目录第一章流体流动和输送设备（2）第2章非均相系统分离（26）第3章传热（32）第4章蒸发（44）第5章气体吸收（48）第6章蒸馏（68）第7章干燥（84）第8章萃取（92）1第一章流体流动与输送机械1.燃烧重油所得的燃烧气，经分析知其中含co28.5％，o27.5％，n276％，h2o8％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kpa时的密度。
溶液：混合气体的平均摩尔质量mm??yimi?0.085?44?0.075?32?0.76?28?0.08?18?28.86?10?3kg/mol∴混合密度pmm101。
3.103? 28.86? 10? 3.0.455kg/m3？Mrt8。
31? (273?500)2．已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2kg/m3和789kg/m3,试计算50％（质量％）乙醇水溶液的密度。
又知其实测值为935kg/m3，计算相对误差。
溶液：乙醇水溶液的混合密度1?m?a1?1?a2?2?0.50.5?998.27893??m?881.36kg/m相对误差：?m实??m?881.36??100%??1???100%?5.74%? 我实际935？？3．在大气压力为101.3kpa的地区，某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kpa。
若在大气压力为90kpa的地区，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时真空表的读数应为多少？解决方案：P觉？帕P真的吗？帕P正确''?p真?pa?(pa?p真)?90?(101.3?85)?73.7kpa4.如附图所示，封闭容器中有密度为900kg/m3的液体。
容器上方的压力表读数为42kpa，液位下方安装一个压力表。
压力表的中心线在测压口上方0.55M处，读数为58kpa。
试着计算从液位到下面测压口的距离。
解：液面下测压口处压力Pp0？？GZp1？？生长激素题4附图“p1？？gh？p0p1？p0（58？42）？103?? ZH0.55? 2.36米?g?g900?9.81二5.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。
化工原理第一章习题课
局部阻力系数ζ （进口为0.5，出口为1） 当量长度le 4.非圆形管当量直径
4A de C
管内湍流 Re 2000
机械能衡算方程
u 2 P we gz wf 2
J/kg
例：为了测出平直等径管AD上某泄漏点M的位置，采用 如图所示的方法，在A、B、C、D四处各安装一个压力表， 并使LAB=LCD 。现已知AD段、AB段管长及4个压力表读 数，且管内流体处于完全湍流区。试用上述已知量确定泄 漏点M的位置，并求泄漏量点总流量的百分数。
2.ρ——流体密度，kg/m3（平均值）
P1 P2 3.柏式应用于可压缩流体， P1 0.2 用平均压强来计算ρm代入
机械能衡算方程
u 2 P we gz wf 2
J/kg
w f w f w f ——管路总阻力，J/kg
'
1.静止流体或理想流体 w f 0
( Hg ) g
Hf , ab；
( Hg ) g
Hf , cd ;
机械能衡算方程
u 2 P we gz wf 2
J/kg
P
Байду номын сангаас
——静压能（流动力），J/kg
1.△P——两截面上压强差，若两容器开口，△P=0 绝压，表压，真空度（负表压）的概念 流体静力学基方方程式
P Pa gh
U形管压差计测两截面（容器）总势能差
gz P R( A ) g
如图所示，贮槽内水位维持不变。管路直径100mm，管路 上装有一个闸阀，距管口入口端15m处安有以水银为指示 液的U形管压差计。测压点与管路出口端之间的直管长度为 20m。求1）当闸阀关闭时，测得R=600mm，h=1500mm， 当闸阀部分开启时，测得R=400mm，h=1400mm。摩擦系 数可取0.025。问每小时流量？2）当闸阀全开时，U管压差 计的静压强为若干？闸阀全开时，le/d=15，摩擦系数不变。
化工原理第一章习题课(李鑫)
【例2-2】
• 解：（1）两槽液面的高度差H • 在压力表所在截面2-2´与高位槽液面3-3´间列柏 努利方程，以贮槽液面为基准水平面0-0´ ， • 得：
2 u32 p3 u 2 p2 gH2 gH h f , 23 2 2
H
• • • • •
3
3
【例2-5】 将高位槽内料液向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为 大气压。要求料液在管内以0.5m/s的速度流动。设料液在管内压头 损失为1.2m（不包括出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔 入口处高出多少米？
用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞口高位槽， 如附图所示。输送量为0.1m3/min，输送管路为φ 38×3mm的无缝钢 管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，且在压送过程中不变。 设管路的总压头损失为3.5m（不包括出口），硫酸的密度为1830 kg/m3，问酸蛋中应保持多大的压力？
流体能自动从高（机械能）能位 流向低（机械能）能位
2 4.32J / kg
6.92 2 9.81 1 14.13J / kg 2 2 u p (表) p 2 (表) 2 2
9.81
1
1
Et2<Et3
小管中的水自下而上流动。
1m 2 4
大气
2 2 2 4
1m
喉径
2 4
2
2
2
u4 2 9.81 1 4.43m / s 大气 u2=（d4/ d2）2 u4 =（1/ 0.8）2 4.43=6.92m/s 2 u2 p 2 ( 表 ) 4 1-1 与 2-2 间 gz 1 2
1m
p 2 (表)
化工原理课后习题解析(第一章)
第1章 流体流动1-1．容器A 中气体的表压力为60kPa ，容器B 中的气体的真空度为Pa 102.14⨯。
试分别求出A 、B 二容器中气体的绝对压力为若干Pa 。
该处环境大气压等于标准大气压。
（答：A,160kPa ；B,88kPa ）解：取标准大气压为kPa 100，所以得到：kPa 16010060=+=A P ；kPa 8812100=-=B P 。
1-2．某设备进、出口的表压分别为 12kPa -和157kPa ，当地大气压为101.3kPa ，试求此设备进、出口的压力差为多少Pa 。
(答：169kPa -) 解：kPa 16915712-=--=-=∆出进P P P 。
1-3．为了排除煤气管中的少量积水，用如图示水封设备，水由煤气管道上的垂直支管排出，已知煤气压力为10kPa （表压）。
问水封管插入液面下的深度h 最小应为若干？ （答：m 02.1）解：m 02.18.910101033=⨯⨯=∆=g P H ρ习题1-3 附图1-4．某一套管换热器，其内管为mm,25.3mm 5.33⨯φ外管为mm 5.3mm 60⨯φ。
内管流过密度为3m 1150kg -⋅，流量为1h 5000kg -⋅的冷冻盐水。
管隙间流着压力（绝压）为MPa 5.0，平均温度为C 00，流量为1h 160kg -⋅的气体。
标准状态下气体密度为3m 1.2kg -⋅，试求气体和液体的流速分别为若干1s m -⋅？（ 答：1L s m 11.2U -⋅=；1g s 5.69m U -⋅= ）习题1-4 附图解：mm 27225.35.33=⨯-=内d ，m m 5325.360=⨯-=外d ；对液体：122s m 11.2027.011503600/500044/-⋅=⨯⨯⨯===ππρ内d m A V u l l l l l ； 对气体：0101P P =ρρ⇒3560101m kg 92.51001325.1105.02.1-⋅=⨯⨯⨯==P P ρρ，()224内外内外D d A A A g -=-=π()2322m 1032.10335.0053.04⨯=-=π，13s m 69.592.51032.13600/160/--⋅=⨯⨯===ggg gg g A m A V u ρ。
化工原理第一章习题课
化工原理第一章习题课(总6页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--一、概念题1．某封闭容器内盛有水，水面上方压强为p 0，如图所示器壁上分别装有两个水银压强计和一个水银压差计，其读数分别为R 1、R 2和R 3，试判断： 1）R 1 R 2（＞，＜，＝）； 2）R 3 0（＞，＜，＝）；3）若水面压强p 0增大，则R 1 R 2 R 3 有何变化（变大、变小，不变）2．如图所示，水从内径为d 1的管段流向内径为d 2管段，已知122d d =，d 1管段流体流动的速度头为，m h 7.01=，忽略流经AB 段的能量损失，则=2h m ，=3h m 。
3．如图所示，管中水的流向为A →B ，流经AB 段的能量损失可忽略，则p 1与p 2的关系为 。
21)p p A > m p p B 5.0)21+> m p p C 5.0)21-> 21)p p D <4．圆形直管内，Vs 一定，设计时若将d 增加一倍，则层流时h f 是原值的 倍，高度湍流时，h f 是原值的 倍（忽略管壁相对粗糙度的影响）。
5．某水平直管中，输水时流量为Vs ，今改为输2Vs 的有机物，且水μμ2=，水ρρ5.0=，设两种输液下，流体均处于高度湍流状态，则阻力损失为水的倍；管路两端压差为水的 倍。
6．已知图示均匀直管管路中输送水，在A 、B 两测压点间装一U 形管压差计，指示液为水银，读数为R （图示为正）。
则： 1）R 0（>，=，<）2）A 、B 两点的压差p ∆= Pa 。
)()ρρ-i Rg A gh Rg B i ρρρ+-)() )()ρρρ--i Rg gh C gh Rg D i ρρρ--)()3）流体流经A 、B 点间的阻力损失f h 为 J/kg 。
4）若将水管水平放置，U 形管压差计仍竖直，则R ，p ∆ ，f h 有何变化7．在垂直安装的水管中，装有水银压差计，管段很短，1，2两点间阻力可近似认为等于阀门阻力，如图所示，试讨论：1）当阀门全开，阀门阻力可忽略时，1p 2p （＞，＜，＝）；2）当阀门关小，阀门阻力较大时，1p 2p （＞，＜，＝），R （变大，变小，不变）；3）若流量不变，而流向改为向上流动时，则两压力表的读数差p ∆，R ；（变大，变小，不变）。
化工原理课后习题答案第一章流体流动答案
第一章 流体流动习题解答1.解：（1） 1atm= Pa=760 mmHg真空度=大气压力—绝对压力，表压=绝对压力—大气压力 所以出口压差为p =461097.8)10082.0(10132576.00⨯=⨯--⨯N/m 2（2）由真空度、表压、大气压、绝对压之间的关系可知，进出口压差与当地大气压无关，所以出口压力仍为41097.8⨯Pa 2.解： T=470+273=703K ，p=2200kPa混合气体的摩尔质量Mm=28×0.77+32×0.065+28×0.038+44×0.071+18×0.056=28.84 g/mol混合气体在该条件下的密度为：ρm=ρm0×T0T×pp0=28.8422.4××.3=10.858 kg/m33.解：由题意，设高度为H 处的大气压为p ，根据流体静力学基本方程，得 dp=-ρgdH大气的密度根据气体状态方程，得 ρ=pMRT根据题意得，温度随海拔的变化关系为 T=293.15+4.81000H代入上式得ρ=pMR （293.15-4.8×10-3H ）=-dpgdh移项整理得dpp=-MgdHR293.15-4.8×10-3H对以上等式两边积分， pdpp=-0HMgdHR293.15-4.8×10-3H所以大气压与海拔高度的关系式为 lnp=7.13×ln293.15-4.8×10-3H293.15即：lnp=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526（2）已知地平面处的压力为 Pa ，则高山顶处的压力为 p 山顶=×=45431 Pa将p 山顶代入上式ln 45431=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526 解得H =6500 m ，所以此山海拔为6500 m 。
化工原理第一章习题课
pa
(
Z1
Z
3
)(g
d
u32 ) u32 22
(1.5 d )
(Z1
Z 3 )(9.807
0.0251.982 2 0.05
)
1.982 2
(1.5
0.025 0.05)
(Z1 Z3)8.8269 1.9602
显然，此式为单调增函数，且在 Z1-Z3=1m处，
=3.05105Pa
例2：有一液位恒定的高位槽通过管路向水池供水（见 附图），高位槽内液面高度h1为1m，供水总高度h2为 10m，输水管内径50mm，总长度100m（包括所有局 部阻力的当量长度），λ=0.025。试求:
1) 供水量为多少？
2) 若此时在管垂直部分某处出现一直径为1mm的小孔， 有人说因虹吸现象，在某一高度范围内不会从小孔向外 流水，而还有人则认为水将从小孔流出。试推导证明哪 一种说法正确。
2）仍取高位槽上液面为截面1，再取垂直管处任意一
点为截面3，在1-1’和3-3’间列柏努利方程，可得：
p1
u12 2
Z1g
p3
u
2 3
2
Z3g
W f 13
p3
p1
(Z1
Z3)g
u32 2
(
Z1
Z3 d
1 u32 2
0.5
u
2 3
)
2
p3
（B）
7. 流体流过两个并联管路管1和2，两管内均呈层流。 两管的管长L1=L2、管内径d1=2d2，则体积流量V2/V1为 （ ）。
化工原理第一章习题课
一、概念题1．某封闭容器内盛有水，水面上方压强为p 0，如图所示器壁上分别装有两个水银压强计和一个水银压差计，其读数分别为R 1、R 2和R 3，试判断： 1）R 1 R 2（＞，＜，＝）； 2）R 3 0（＞，＜，＝）；3）若水面压强p 0增大，则R 1 R 2 R 3 有何变化（变大、变小，不变）2．如图所示，水从内径为d 1的管段流向内径为d 2管段，已知122d d =，d 1管段流体流动的速度头为，m h 7.01=，忽略流经AB 段的能量损失，则=2h m ，=3h m 。
3．如图所示，管中水的流向为A →B ，流经AB 段的能量损失可忽略，则p 1与p 2的关系为 。
21)p p A > m p p B 5.0)21+> m p p C 5.0)21-> 21)p p D <4．圆形直管内，Vs 一定，设计时若将d 增加一倍，则层流时h f 是原值的 倍，高度湍流时，h f 是原值的 倍（忽略管壁相对粗糙度的影响）。
5．某水平直管中，输水时流量为Vs ，今改为输2Vs 的有机物，且水μμ2=，水ρρ5.0=，设两种输液下，流体均处于高度湍流状态，则阻力损失为水的 倍；管路两端压差为水的 倍。
6．已知图示均匀直管管路中输送水，在A 、B 两测压点间装一U 形管压差计，指示液为水银，读数为R （图示为正）。
则： 1）R 0（>，=，<）2）A 、B 两点的压差p ∆= Pa 。
)()ρρ-i Rg A gh Rg B i ρρρ+-)() )()ρρρ--i Rg gh C gh Rg D i ρρρ--)()3）流体流经A 、B 点间的阻力损失f h 为 J/kg 。
4）若将水管水平放置，U 形管压差计仍竖直，则R ，p ∆ ，f h 有何变化7．在垂直安装的水管中，装有水银压差计，管段很短，1，2两点间阻力可近似认为等于阀门阻力，如图所示，试讨论：1）当阀门全开，阀门阻力可忽略时，1p 2p （＞，＜，＝）；2）当阀门关小，阀门阻力较大时，1p 2p （＞，＜，＝），R （变大，变小，不变）；3）若流量不变，而流向改为向上流动时，则两压力表的读数差p ∆ ，R ；（变大，变小，不变）。
化工原理第1章
化工原理第1章--流体流动-习题及答案、单选题A 质量；B 粘度；C 位能；D 动能。
A 绝对压力；B 表压力；C 静压力；D 真空度。
A 绝对压力；B 表压力；C 静压力；D 真空度。
当被测流体的（ ）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表A 真空度；B 表压力；C 相对压力；D 绝对压力。
A 大于；B 小于；C 等于；D 近似于。
9.（ ）上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值，称为表 压力1. 单位体积流体所具有的（）称为流体的密度。
2. 单位体积流体所具有的质量称为流体的（）。
3.流;4. 5. A 密度；B 粘度；C 位能;层流与湍流的本质区别是（ A 湍流流速〉层流流速;D 动能。
流道截面大的为湍流，截面小的为C 层流的雷诺数v 湍流的雷诺数;气体是（ ）的流体。
A 可移动；B 可压缩；C 可流动;层流无径向脉动，而湍流有径向脉 D 可测量。
在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的（ ）。
动。
6. 以绝对零压作起点计算的压力，称为（）。
7. 表。
当被测流体的绝对压力（）外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力A 压力表；B 真空表；C 高度表；D 速度表。
10. 被测流体的（）小于外界大气压力时，所用测压仪表称为真空表。
DA 大气压；B 表压力；C 相对压力；D 绝对压力。
11. 流体在园管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心的最大流速的关系为（）。
BA. Um = 1/2Umax ；B. Um = 0.8Umax ； 12.从流体静力学基本方程了解到 U 型管压力计测量其压强差是（）13.层流底层越薄（ ）14•双液体U 形差压计要求指示液的密度差（） CA.大；B.中等；C.小；D.越大越好。
15. 转子流量计的主要特点是（）。
CA.恒截面、恒压差；B.变截面、变压差；C.恒流速、恒压差；D.变流速、恒压差。
16. 层流与湍流的本质区别是：（ ）。
化工原理(杨祖荣主编)课后习题解答资料
目录第一章流体流动与输送设备 (2)第二章非均相物系分离 (26)第三章传热 (32)第四章蒸发 (44)第五章气体吸收 (48)第六章蒸馏 (68)第七章干燥 (84)第八章萃取 (92)第一章 流体流动与输送机械1. 燃烧重油所得的燃烧气，经分析知其中含CO 28.5％，O 27.5％，N 276％，H 2O8％（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m o lkg M y M i i m /1086.281808.02876.032075.044085.03-⨯=⨯+⨯+⨯+⨯=∑=∴ 混合密度333/455.0)500273(31.81086.28103.101m kg RT pM m m =+⨯⨯⨯⨯==-ρ2．已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2 kg/m 3和789kg/m 3,试计算50％（质量％）乙醇水溶液的密度。
又知其实测值为935 kg/m 3，计算相对误差。
解：乙醇水溶液的混合密度7895.02.9985.012211+=+=ρρρa a m3/36.881m kg m =∴ρ相对误差：%74.5%10093536.8811%100=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⨯-实实m m m ρρρ3．在大气压力为101.3kPa 的地区，某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kPa 。
若在大气压力为90 kPa 的地区，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时真空表的读数应为多少？解：''真真绝p p p p p a a -=-=∴kPa p p p p a a 7.73)853.101(90)(''=--=--=真真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。
化工原理第四版第一章课后习题答案
第一章 流体的压力【1-1】容器A 中的气体表压为60kPa ，容器B 中的气体真空度为.⨯41210Pa 。
试分别求出A 、B 二容器中气体的绝对压力为若干帕，该处环境的大气压力等于标准大气压力。
解 标准大气压力为101.325kPa容器A 的绝对压力 ..p kPa ==A 101325+60161325 容器B 的绝对压力 ..B p kPa =-=1013251289325【1-2】某设备进、出口的表压分别为-12kPa 和157kPa ，当地大气压力为101.3kPa 。
试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。
解 进口绝对压力 ..进101312893 =-=p kPa出口绝对压力 ..出101 31572583 =+=p kPa 进、出口的压力差..p kPa p kPa ∆=--=+=∆=-=157（12）15712169 或 258 389 3169流体的密度【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩尔分数为0.4，试求该混合液在20℃下的密度。
解 正庚烷的摩尔质量为/kg kmol 100，正辛烷的摩尔质量为/kg kmol 114。
将摩尔分数换算为质量分数 正庚烷的质量分数 (104100)03690410006114ω⨯==⨯+⨯正辛烷的质量分数 ..2103690631ω=-=从附录四查得20℃下正庚烷的密度/kg m ρ=31684，正辛烷的密度为/kg m ρ=32703 混合液的密度 /..3169603690631684703ρ==+m kg m【1-4】温度20℃，苯与甲苯按4:6的体积比进行混合，求其混合液的密度。
解 20℃时，苯的密度为/3879kg m ，甲苯的密度为/3867kg m 。
混合液密度 ../3879048670．68718 ρ=⨯+⨯=m kg m 【1-5】有一气柜，满装时可装36000m 混合气体，已知混合气体各组分的体积分数为2224H N COCO CH .04 0.2 0.32 0.07 0.01操作压力的表压为5.5kPa ，温度为40℃。
化工原理第一章习题答案
1-1．容器A 中气体的表压力为60kPa ，容器B 中的气体的真空度为Pa 102.14⨯。
试分别求出A 、B 二容器中气体的绝对压力为若干Pa 。
该处环境大气压等于标准大气压。
（答：A,160kPa ；B,88kPa ）解：取标准大气压为kPa 100，所以得到：kPa 16010060=+=A P ；kPa 8812100=-=B P 。
1-2．某设备进、出口的表压分别为 12kPa -和157kPa ，当地大气压为101.3kPa ，试求此设备进、出口的压力差为多少Pa 。
(答：169kPa -) 解：kPa 16915712-=--=-=∆出进P P P 。
1-3．为了排除煤气管中的少量积水，用如图示水封设备，水由煤气管道上的垂直支管排出，已知煤气压力为10kPa （表压）。
问水封管插入液面下的深度h 最小应为若干？ （答：m 02.1）解：m 02.18.910101033=⨯⨯=∆=g P H ρ习题1-3 附图1-4．某一套管换热器，其内管为mm,25.3mm 5.33⨯φ外管为mm 5.3mm 60⨯φ。
内管流过密度为3m 1150kg -⋅，流量为1h5000kg -⋅的冷冻盐水。
管隙间流着压力（绝压）为MPa 5.0，平均温度为C 00，流量为1h 160kg -⋅的气体。
标准状态下气体密度为3m 1.2kg -⋅，试求气体和液体的流速分别为若干1s m -⋅？（ 答：1L s m 11.2U -⋅=；1g s 5.69m U -⋅= ）习题1-4 附图解：mm 27225.35.33=⨯-=内d ，mm 5325.360=⨯-=外d ；对液体：122s m 11.2027.011503600/500044/-⋅=⨯⨯⨯===ππρ内d m A V u l l l l l ； 对气体：0101P P =ρρ⇒3560101m kg 92.51001325.1105.02.1-⋅=⨯⨯⨯==P P ρρ，()224内外内外D d A A A g -=-=π()2322m 1032.10335.0053.04⨯=-=π，13s m 69.592.51032.13600/160/--⋅=⨯⨯===ggg gg g A m A V u ρ。
化工原理第一章习题及答案
第一章流体流动问题1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件?答1．假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。
质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。
问题2. 描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?答2．前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。
问题3. 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降?答3．分子间的引力和分子的热运动。
通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主；温度上升，热运动加剧，粘度上升。
液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。
问题4. 静压强有什么特性?答4．静压强的特性：①静止流体中任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；③压强各向传递。
问题5. 图示一玻璃容器内装有水，容器底面积为8×10-3m2，水和容器总重10N。
(1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向)；(2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少？哪一侧的压力大？为什么？题5附图题6附图答5．1）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下大。
2）内部压强p=ρgh=1000××；外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa<内部压强。
因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。
问题6.图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一U形压差计，读数分别为R1、R2，两压差计间用一橡皮管相连接，现将容器A连同U形压差计一起向下移动一段距离，试问读数R1与R2有何变化？(说明理由)答6．容器A的液体势能下降，使它与容器B的液体势能差减小，从而R2减小。
华东理工大学化工原理考研资料课后习题第01章流体流动
2
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习题 20 附图
习题 21 附图
流动的内部结构
21. 活塞在气缸中以 0.8m/s 的速度运动，活塞与气缸间的缝隙中充满润滑油。已知气缸内径 D=100mm，活塞外径 d=99.96mm， 宽度 l=120mm，润滑油粘度为 100mPa・s。油在气缸壁与活塞侧面之间的流动为层流，求作用与活塞侧面的粘性力。 *22. 图示为一毛细管粘度计，刻度 a 至 b 间的体积为 3.5×10-31，毛细管直径为 1mm。若液体由液面 a 降至 b 需要 80s，求此 液体的运动粘度。 提示：毛细管两端 b 和 c 的静压强都是 1atm，a 与 b 间的液柱静压及毛细管表面张力的影响均忽略不计。
机械能守恒
12. 水以 60m3/h 的流量在一倾斜管中流过，此管的内径由 100mm 突然扩大到 200mm，见附图。A、B 两点的垂直距离为 0.2m。 在此两点间连接一 U 形压差计，指示液为四氯化碳，其密度为 1630kg/m3。若忽略阻力损失，试求： (1) U 形管两侧的指示液液面哪侧高，相差多少 mm？ (2) 若将上述扩大管道改为水平放置，压差计的读数有何变化？
习题 18 附图
习题 19 附图
19. 流体流经突然扩大管道时伴有机械能损失(见附图)。试用动量守恒定律证明
A1 u12 hf = 1 − A 2 2
其中 A1、A2 分别为 1,2 截面面积，u1 为小管中的流速。 提示：可假定 Fn =p1 (A2 -A1 )，并忽略管壁对流体的摩擦阻力 Ff。 *20. 水由直径为 0.04m 的喷口流出，流速为 uj=20m/s。另一股水流以 us =0.5m/s 的流速在喷嘴外的导管环隙中流动，导管直 径为 D=0.10m。设图中截面 1 各点虚拟压强 P1 相同，截面 2 处流速分布均匀，并忽略截面 1 至 2 间管壁对流体的摩擦力，求： (1) 截面 2 处的水流速度 u2； (2) 图示 U 形压差计的读数 R。
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已知泵入口管的尺寸及碱液流速，可根据连续性方 程计算泵出口管中碱液的流速： d1 2 100 2 u2 = u1 ( ) = 1.2( ) = 2.45 (m / s) d2 70
解：1）取高位槽上液面为截面1，输水管出口外侧为截 面2，出口管中心线为基准面，在1-1’和2-2’间列柏努利 方程，可得：
2 u12 p2 u2 + + Z1 g = + + Z 2 g + ∑W f 1− 2 ρ 2 ρ 2 p1 = p2 = 0(表压) u1 = u2 ≈ 0
p1
将阻力公式代入 ，整理得：
（B）
二、计算
例1：如本题附图所示，蒸汽锅炉上装置一复式U形水 银测压计，截面2、4间充满水。已知对某基准面而言 各点的标高为z0=2.1m， z2=0.9m， z4=2.0m， z6=0.7m， z7=2.5m。 试求锅炉内水面上的蒸汽压强。
解：按静力学原理，同一种静止流体的连通器内、 同一水平面上的压强相等，故有:
解：如图所示，取碱液池中液面为1-1’截面，塔顶喷嘴 入口处为2-2‘截面，并且以1-1‘截面为基准水平面。 在1-1‘和2-2’截面间列柏努利方程
p 2 − p1 1 2 2 We = ( z 2 − z1 ) g + (u 2 − u1 ) + + ΣW f 2 ρ 其中：z1=0；p1=0（表压）；u1≈0 z2=20-1.5=18.5m； p2=29.4×103 Pa（表压）
N e = We m s = 242 × 10.37 = 2510 W = 2.51kW
泵的效率为60%，则泵的轴功率：
2.51 N= = = 4.18 ( kW ) η 0.6
Ne
例4：如本题附图所示，密度为950kg/m3、粘度为 1.24mPa·s的料液从高位槽送入塔中，高位槽内的液面 维持恒定，并高于塔的进料口4.5m，塔内表压强为 3.5×103Pa。送液管道的直径为45×2.5mm，长为35m （包括管件及阀门的当量长度,但不包括进、出口损失）， 管壁的绝对粗糙度为0.2mm，试求输液量为若干m3/h。
2）仍取高位槽上液面为截面1，再取垂直管处任意一 点为截面3，在1-1’和3-3’间列柏努利方程，可得：
Hale Waihona Puke p12 p3 u 3 u12 + + Z1 g = + + Z 3 g + ∑ W f 1−3 ρ 2 ρ 2
2 2 2 u3 Z1 − Z 3 − 1 u3 u3 = (Z1 − Z 3 ) g − − (λ + 0.5 ) 2 d 2 2
三、讨论题
例1：如图所示，在两个压强不 同的密闭容器A，B内充满了密 度为ρ的液体，两容器的上部与 下部分别连接两支规格相同的U 行管水银压差计，连接管内充满 密度为 ρ的液体。试回答： （1）pM和pN的关系； 1 p p （2）判断1-2，2-3，3-4及5-6， 6-7，7-8等对应截面上的压强是 否相等； （3）两压差计读数R与H的关 系。
一、 填空或选择 1．某设备表压为100kPa，则它的绝对压强为 kPa； 另一设备真空度为400mmHg，则它的绝对压强 。（当地大气压为101.33 kPa） 为 （ 201.33 ； 360mmHg ） 2.流体在钢管内作湍流流动时，摩擦系数λ与 和 有 关；若作完全湍流（阻力平方区），则λ仅与 有关。 (Re, ε/d , ε/d ) 3.从液面恒定的高位槽向常压容器加水，若将放水管路 上的阀门开度关小，则管内水流量将 ，管路的局部 ，管路总阻力将 。（设 阻力将 ，直管阻力将 动能项可忽略） (减小 , 增大，减小，不变)
解：该例为操作型试差计算题。计算过程如下： 以高位槽液面为上游截面1-1’，输液管出口内侧为下游 截面2-2’，并以截面2-2’的中心线为基准水平面。在两 截面间列柏努利方程式，即
将已知数据代入上两式，经整理得到
故需试差。 试差方法一： 先取ε 值，求 ε/d值，在阻力平方区查取λ，然后按如下 方框进行计算。
取ε=0.2mm，ε/d=0.2/40=0.005，在图1-28的阻力平 方区查得λ=0.03。将λ值代入式a计算u，即
由ε/d及Re值，再查图1-28，得到λ＝0.0322，与原取 0.03有差别，进行第二次试差，解得u=1.656m/s， Re=5.08×104，λ＝0.0322。于是u=1.656m/s即为所 求，故液体输送量为 试差方法二 根据流体性质初设u，按如下步骤进行计算。
答：（1）pM＞pN。 （2）1-2，3-4，5-6，6-7为等压面（连续的同一介质 在同一水平面上）。 （3）R和H相等。 因 又 有：
由于L3＝L2，所以： 即：R=H
例2：本题附图中所示的高位 槽液面维持恒定，管路中ab 和cd两段的长度、直径及粗糙 度均相同。某液体以一定流量 流过管路，液体在流动过程中 温度可视为不变。问：（1） 液体通过ab和cd两管段的能 量损失是否相等？（2）此两 管段的压强差是否相等？并写 出它们的表达式；（3）两U 管压差计的指示液相同，压差 计的读数是否相等？
答：（1）由于管路及流动情况完全相同，故 ：
（2）两管段的压强不相等。在a、b两截面间列柏努 利方程式并化简，得到
式中 表示a、b两截面间的垂直距离（即直管长度）。 同理，在c、d两截面之间列柏努利方程并化简，得到
（3）压差计读数反映了两管段的能量损失，故两管 段压差计的读数应相等。
ρ=1100 kg/m3， ΣWf=30.8 J/kg 将以上各值代入，可求得输送碱液所需的外加能量
1 29.4 × 103 + 30.8 = 242.0 ( J / kg ) We = 18.5 × 9.81 + × 2.452 + 2 1100
碱液的质量流量：
ms =
π
4 泵的有效功率：
d 2 2u2 ρ = 0.785 × 0.07 2 × 2.45 × 1100 = 10.37 (kg / s )
)−
1.98 2 2
(1.5 − 0.025
) 0.05
显然，此式为单调增函数，且在 Z1-Z3=1m处，
ρ
= 6.8667 > 0
所以在Z1-Z3=1～9m时（即垂直管段任意高度处），
p3 − p a
ρ
>0
即
p3 > p a
表示管内静压高于大气压力，故不会出现虹吸现象， 水将从小孔流出。 讨论：判断水是否流出的依据是孔处压力的大小，若 讨论： 该处压力大于大气压力，则水从小孔流出；否则，水 不会流出。
p 对水平面1-2而言： 2 = p1 = pa + ρi g ( z0 − z1 ) 对水平面3-4而言：
p6 = p5 = p4 + ρi g ( z4 − z5 ) 锅炉蒸汽压强 p = p6 − ρ g ( z7 − z6 ) = pa + ρi g ( z0 − z1 ) + ρi g ( z4 − z5 ) − ρ g ( z4 − z2 ) − ρ g ( z7 − z6 ) 则蒸汽的表压为
4.一转子流量计，当通过水流量为1m3/h时，测得该流 量计进、出间压强降为20Pa；当流量增加到1.5m3/h时， 相应的压强降 。 （不变） 5.在一水平变径管路中,在小管截面A和大管截面B连接 一U型压差计,当流体流过该管时,压差计读数R值反映( ). A．两截面间的压强差 ； B．两截面间的流动阻力； C．两截面间动压头变化；D. 突然扩大或缩小的阻力。 （A） 6.因次方析的目的在于( )。 A．得到各变量间的确切定量关系； B．用无因次数群 代替变量,使实验与关联简化；C．得到无因次数群间定 量关系； D．无需进行实验，即可得到关联式. （B）
p − pa = ρi g ( z0 − z1 + z4 − z5 ) − ρ g ( z4 − z2 + z7 − z6 ) = 13600 × 9.81× (2.1-0.9+2.0-0.7)-1000 × 9.81× (2.0-0.9+2.5-0.7) =3.05 ×105 Pa
p1 = p2 ; p3 = p4 ; p5 = p6
对水平面5-6而言：
p3 = p4 = p2 − ρ g ( z4 − z2 )
例2：有一液位恒定的高位槽通过管路向水池供水（见 附图），高位槽内液面高度h1为1m，供水总高度h2为 10m，输水管内径50mm，总长度100m（包括所有局 部阻力的当量长度），λ=0.025。试求: 1) 供水量为多少？ 2) 若此时在管垂直部分某处出现一直径为1mm的小孔， 有人说因虹吸现象，在某一高度范围内不会从小孔向外 流水，而还有人则认为水将从小孔流出。试推导证明哪 一种说法正确。
ρ p3 − p a
p3 − p1
ρ
2 u3 = ( Z1 − Z 3 )( g − ) − (1.5 − λ ) d d 2 2
2 λ u3
= ( Z1 − Z 3 )(9.807 −
0.025 × 1.98 2
2 × 0.05 = ( Z1 − Z 3 )8.8269 − 1.9602
p3 − p a
7. 流体流过两个并联管路管1和2，两管内均呈层流。 两管的管长L1=L2、管内径d1=2d2，则体积流量V2/V1为 （ ）。 A.1/2; B.1/4; C. 1/8; D.1/16。 （D） 8.流体在长为3m、高为2m的矩形管道内流动，则该矩 形管道的当量直径为（ ）。 A. 1.2m； B. 0.6m； C. 2.4m； D. 4.8m。 （C） 9.圆形直管内径d=100mm，一般情况下输水能力为（ ） m3/h 。 A. 3； B. 30； C. 200； D. 300。