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3

m 1150kg -⋅，流量为1

h 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3

m 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 -⋅=；1

g 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：1

2

2s m 11.2027

.011503600/500044

/-⋅=⨯⨯⨯===

ππρ内d m A V u l l l l l ； 对气体：0101P P =ρρ⇒356

0101m kg 92.510

01325.1105.02.1-⋅=⨯⨯⨯==P P ρρ，

()

2

24

内外

内外D d A A A g -=

-=π

()

2322

m 1032.10335.0053.04

⨯=-=

π

，

13

s m 69.592

.51032.13600

/160/--⋅=⨯⨯=

=

=

g

g

g g

g g A m A V u ρ。 1-5．C 250水在内径为50mm 的管内流动，流速为1s 2m -⋅。试求雷诺准数为若干？ （ 答： 51012.1⨯ ）

解：51012.1Re ⨯===

μ

ρdu

。（C 250下水的ρ，μ查物性手册） 1-6．（1）设流量为1s 4L -⋅，水温C 200，管径为mm 5.3mm 57⨯φ，试判断流动类型。

（2）条件与上相同，但管中流过的是某种油类，油的运动黏度为12s cm 4.4-⋅⋅，试判断流动类型。 （答：（1）51001.1⨯，湍流 ；(2) 2000231<，层流） 解：⑴mm 5025.357=⨯-=d ，

123

2s m 04.205

.010444--⋅=⨯⨯⨯===ππd q A q u V V ， 查物性手册得C 200下水的密度和粘度分别为：

3m kg 2.998-⋅=ρ，s Pa 10004.13⋅⨯=-μ，

40001001.110

004.104.205.02.998Re 5

3

>⨯=⨯⨯⨯==-μρdu 所以流体在管内的流动类型为湍流； ⑵ρμν=

⇒200023110

4.404

.205.0Re 4

<=⨯⨯===-νμρdu du 所以流体在管内的流动类型为层流。

1-7．密度为3

m 1800kg -⋅的某液体经一内径为mm 60的管道输送到某处，若其流速为1s 8m .0-⋅，求该液体的体积流量1

3

h m -⋅，质量流量1

s kg -⋅和质量流速12

s m

kg --⋅⋅。

（答：13h m 148-⋅⋅；1s kg 074-⋅⋅；12s m kg 1440--⋅⋅） 解：4

8

.006.0422⨯⨯=

=

=ππu d Au q V 13133h m 148s m 1026.2---⋅⋅=⋅⨯=， 13s kg 07418001026.2--⋅⋅=⨯⨯==ρV m q q ，

122s m kg 1440)06.00785/(07.4/--⋅⋅=⨯==A q u m m 。

1-8．有一输水管路，C 200的水从主管向两支管流动，主管内水的流速为1s m 06.1-⋅，支管1与支管2的水流量分别为13h kg 1020-⋅⨯与1

3h

kg 1010-⋅⨯。支管为

mm 5.3mm 89⨯φ。试求：

（1）主管的内径；（2）支管1内水的流速。 (答：（1）0.1m d =；（2）1

s 1.053m -⋅)

习题1-8 附图

解：⑴Au q ρ=，21q q q +=

⇒233m 1088.706

.12.9983600/10)1020(-⨯=⨯⨯+==u q A ρ， 4

2

d A π=

⇒m 1.01088.7443

=⨯⨯=

=-π

π

A

d ；

⑵11Au q ρ=，

⇒()4

231110

25.3892.9983600

/10204-⨯⨯-⨯⨯⨯⨯==πρA q u 12s m kg 053.1--⋅⋅=。

1-9．已知水在管中流动。在截面1处的流速为1s 0.5m -⋅。管内径为0.2m ，由于水的压力产生水柱高为1m ；在截面2处管内径为0.1m 。试计算在截面1、2处产生水柱高度差h 为多少？（忽略水由1到2处的能量损失） （答：0.191m ）

习题1-9 附图

解：12

2

2

1

12s m 21.02.05.0-⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪

⎪⎭

⎫ ⎝⎛=d

d u u ， 对截面1与截面2列伯努利方程：

g P

g u g P g u ρρ22

212

122+=+

⇒g

u u g P P 2_2

1

2

221=

-ρ， gh P P P ρ=-=∆21，

∴m 191.08

.925.022_222

12

221=⨯-==-=∆=g u u g P P g P h ρρ。

1-10．图示吸液装置中，吸入管尺寸为mm 5.2mm 32⨯φ，管的下端位于水面下m 2，

并装有底阀及拦污网，该处的局部压头损失为g u 282

。若截面2-2'处的真空度为kPa 2.39，

由1-1'截面至2-2'截面的压头损失为g

u 2212 。求：（1）吸入管中水的流量，1

3h m -⋅;（2）

吸入口1-1'处的表压。 (答：（1）13h 2.95m -⋅ ；（2）Pa 101.044

⨯

)