天津大学化工原理(第二版)上册课后习题答案[1]

第一章 流体流动

流体的重要性质

1．某气柜的容积为6 000 m 3，若气柜内的表压力为5.5 kPa ，温度为40 ℃。已知各组分气体的体积分数为：H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、CH 4 1%，大气压力为 101.3 kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。

解：气柜满载时各气体的总摩尔数

()mol 4.246245mol 313

314.86000

0.10005.53.101t =⨯⨯⨯+==

RT pV n 各组分的质量：

kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =⨯⨯=⨯=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =⨯⨯=⨯=M n m

kg 36.2206kg 284.246245%32%32CO t CO =⨯⨯=⨯=M n m kg 44.758kg 444.246245%7%722CO t CO =⨯⨯=⨯=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144CH t CH =⨯⨯=⨯=M n m

2．若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起，试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。

解： ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m

33

122

1

1

21t m 157.0m 7106083060=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+=+=

+=ρρm m V V V 3

3t t m m kg 33.764m kg 157

.0120===

V m ρ 流体静力学

3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若

改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？

解：（1）设备内绝对压力

绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=⨯-⨯ （2）真空表读数

真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=⨯-⨯

化 4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的孔，其中心距罐底1000 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5×106 Pa ，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3×103 Pa ）？

解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm 处的流体压力为 []（绝压）Pa 10813.1Pa )0.15.9(81.9960103.10133⨯=-⨯⨯+⨯=+=gh p p ρ 作用在孔盖上的总力为

N 10627.3N 76.04

π103.10110813.1)(4233a ⨯⨯⨯⨯⨯-=＝）－＝（A p p F 每个螺钉所受力为

N 10093.6N 014.04

π

105.39321⨯=÷⨯⨯=F 因此

()（个）

6

95

.5

N

10

093

.6

10

627

.33

4

1

≈

=

⨯

⨯

=

=F

F

n

化环5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U管压差计。读数分别

为R1=500 mm，R2=80 mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于

右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3=100 mm。试求A、

B两点的表压力。

解：（1）A点的压力

()（表）

Pa

10

1.165

Pa

08

.0

81

.9

13600

1.0

81

.9

10004

2

汞

3

水

A

⨯

=

⨯

⨯

+

⨯

⨯

=

+

=gR

gR

pρ

ρ

（2）B点的压力

()（表）

Pa

10

7.836

Pa

5.0

81

.9

13600

10

165

.14

4

1

汞

A

B

⨯

=

⨯

⨯

+

⨯

=

+

=gR

p

pρ

习题5附图

习题4附图

化环6．如本题附图所示，水在管道内流动。为测量流体压力，在管道某截面处连接U 管压差计，指示液为水银，读数R =100 mm ，h =800 mm 。为防止水银扩散至空气中，在水银面上方充入少量水，其高度可以忽略不计。已知当地大气压力为101.3 kPa ，试求管路中心处流体的压力。 解：设管路中心处流体的压力为p 根据流体静力学基本方程式，A A p p '= 则 a ++p gh gR p ρρ=汞水

()80.132kPa

Pa 1.08.9136008.08.91000103.1013

=⨯⨯-⨯⨯-⨯=--=gR

gh p p a 汞水ρρ

流体流动概述

化环8. 密度为1800 kg/m 3的某液体经一内径为60 mm 的管道输送到某处，若其平均流速为0.8 m/s ，求该液体的体积流量（m 3/h ）、质量流量（kg/s ）和质量通量[kg/(m 2·s)]。

解： h m 14.8s m 360006.0414

.38.04π3322h =⨯⨯⨯

===d u uA V

kg 26.2s kg 100006.04

14

.38.04π22s =⨯⨯⨯===ρρd u uA w

()()s m kg 800s m kg 10008.022⋅=⋅⨯==ρu G

化环10．有一装满水的储槽，直径1.2 m ，高3 m 。现由槽底部的小孔向外排水。小孔的直径为4 cm ，测得水流过小孔的平均流速u 0与槽内水面高度z 的关系为：

zg u 262.00=

试求算（1）放出1 m 3水所需的时间（设水的密度为1000 kg/m 3）；（2）又若槽中装满煤油，其它条件不变，放出1m 3煤油所需时间有何变化（设煤油密度为800 kg/m 3）？