化工原理王志魁第五版习题解答：第一章 流体流动

第一章流体流动

流体静力学

【1-6】如习题1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中，管中水柱较水槽液面高出2m ，当地大气压力为101.2kPa 。试求：(1)管子上端空间的绝对压力；(2)管子上端空间的表压；(3)管子上端空间的真空度；(4)若将水换成四氯化碳，管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米？

解

管中水柱高出槽液面2m ，h=2m 水柱。

(1)管子上端空间的绝对压力绝p 在水平面11'-处的压力平衡，有

.绝绝大气压力

1012001000981281580 （绝对压力）

ρ+==-⨯⨯=p gh p Pa (2)管子上端空间的表压表

p 表绝 -大气压力=8158010120019620 =-=-p p Pa

(3)管子上端空间的真空度真

p ()真表=-=-1962019620 p p Pa

-=(4)槽内为四氯化碳，管中液柱高度'

h 'ccl

h

h ρρ=

4

水常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为/ccl kg m ρ=4

3

1594 '.h m ⨯=

=10002

125 1594

【1-7】在20℃条件下，在试管内先装入12cm 高的水银，再在其上面装入5cm 高的水。水银的密度为/313550kg m ，当地大气压力为101kPa 。试求试管底部的绝对压力为多少Pa 。

解

水的密度/3

水=998ρkg m ()....331011001213550005998981117410=⨯+⨯+⨯⨯=⨯p Pa

【1-8】如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为/31250kg m 的液体，液面高度为3.2m 。容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为2m 及1m ，

容器上部

习题1-6附图

空间的压力（表压）为29.4kPa 。试求：(1)压差计读数（指示液密度为/31400kg m ）；(2)A 、B 两个弹簧压力表的读数。

解

容器上部空间的压力.29 4（表压）

=p kPa 液体密度/31250ρ=kg m ，指示液密度/301400ρ=kg m (1)压差计读数R=?在等压面''11

11上-=p p ()()()()().'...p p h R g p p h g R g p h R g p h g R g Rg ρρρρρρρρ=+-++=+-++++++=+++-=11000 321 32212222 0

()0因g 0，故0

ρρ-≠=R (2)

().....A p p g Pa

ρ=+-=⨯+⨯⨯=⨯333212941022125098156410().....333222941012125098144110ρ=+-=⨯+⨯⨯=⨯B p p g Pa

【1-9】如习题1-9附图所示的测压差装置，其U 形压差计的指示液为水银，其他管中皆为水。若指示液读数为150=R mm ，试求A 、B 两点的压力差。

解

等压面''11

11，-=p p 1水ρ=-A p p H g

()'.1汞水05g

ρρ=-+++B p p H R g R 由以上三式，得

().汞水05ρρ-=-+A B p p R g R g

已知./3汞015，13600ρ==R m kg m ，

() (01513600981050151000981)

-=⨯⨯-+⨯⨯A B p p ..31364101364 =⨯=Pa kPa

【1-10】常温的水在如习题1-10附图所示的管路中流动，为测量A 、B 两截面间的压力差，安装了两个串联的U 形管压差计，指示液为汞。测压用的连接管中充满水。两U 形管的连接管中，充满空气。若测压前两U 形压差计的水银液面为同一高度，试推导A 、B 两点的压力差∆p 与液柱压力汁的

读数12、R R 之间的关系式。

习题1-8附图

习题1-9附图

习题1-10附图

解设测压前两U 形压差计的水银液面，距输水管中心线的距离为H 。

在等压面'22-处

11

221汞水气22ρρρ+⎛⎫⎛⎫

=++-+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭A R R R p p H g R g g '222汞水2ρρ⎛

⎫=+-+ ⎪⎝

⎭B R p p H g R g

因'22=p p ，由上两式求得()水气12汞g

2ρρρ+⎛

⎫-=+- ⎪⎝⎭

A B p p R R 因气水ρρ<<故

() 水12汞-2ρρ⎛

⎫-=+ ⎪⎝

⎭A B p p R R g

【1-11】力了排除煤气管中的少量积水，用如习题1-11附图所示水封设备，使水由煤气管路上的垂直管排出。已知煤气

压力为10kPa （表压），试计算水封管插入液面下的深度h 最小应

为若干

米。

解

..3

10101021000981

ρ⨯===⨯p h m

g 流量与流速

【1-12】有密度为/31800kg m 的液体，在内径为60mm 的管中输送到某处。若其流速为/0．

8m s ，试求该液体的体积流量()3／m h 、质量流量()/kg s 与质量流速()/2

⎡⎤⋅⎣⎦kg m s 。

解(1)体积流量

./.223330．060．822610814 ／44

ππ

-=

=⨯⨯=⨯=V q d u m s m h (2)质量流量../m V q q kg s

ρ-==⨯⨯=3226101800407 (3)质量流速

./().22

407=

==1440 0064

m q kg m s A ωπ⋅⨯【1-13】如习题1-13附图所示的套管式换热器，其内管为.mm .mm 335325φ⨯，外管为mm .mm 6035φ⨯。内管中有密度为/31150kg m 、流量为/5000kg h 的冷冻盐水流动。内、外管之间的环隙有绝对压力为

0．5MPa ，进、出口平均温度为0℃，流量为/160kg h 的气体流动。在标准状态下(0℃，

101.325)kPa ，气体的密度为./312kg m 。试求气体和盐水的流速。

解

液体

/3

1150 ρ=kg m 内管内径

...d mm m

=-⨯==内3353252270027 习题1-11附图