化工原理第四版陈敏恒答案

第一章习题

静压强及其应用

1. 用图示的U形压差计测量管道A点的压强，U形压差计与管道的连接导管中充满水。指示剂为汞，读数R=120mm，当地大气压p a=760mmHg，试求：

(1) A点的绝对压强，Pa；

(2) A点的表压，mH2O。

2. 为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U形压差计读数为R=130mm，通气管距贮槽底面h=20cm，贮槽直径为2m，液体密度为980kg/m3。试求贮槽内液体的储存量为多少吨？

3. 一敞口贮槽内盛20℃的苯，苯的密度为880kg/m3。液面距槽底9m，槽底侧面有一直径为500mm的人孔，其中心距槽底600mm，人孔覆以孔盖，试求：

(1) 人孔盖共受多少液柱静压力，以kg(f)表示；

(2) 槽底面所受的压强是多少Pa？

4. 附图为一油水分离器。油与水的混合物连续进入该器，利用密度不同使油和水分层。油由上部溢出，水由底部经一倒U形管连续排出。该管顶部用一管道与分离器上方相通，使两处压强相等。已知观察镜的中心离溢油口的垂直距离H s=500mm，油的密度为780kg/m3，水的密度为1000kg/m3。今欲使油水分界面维持在观察镜中心处，问倒U形出口管顶部距分界面的垂直距离H应为多少？

因液体在器内及管内的流动缓慢，本题可作静力学处理。

5. 用一复式U形压差计测定水管A、B两点的压差。指示液为汞，其间充满水。今测得h1 =1.20m，h2

=0.3m，h3 =1.30m，h4 =0.25m，试以N/m2为单位表示A、B两点的压差Δp。

6. 附图为一气柜，其内径9m，钟罩及其附件共重10吨，忽略其浸在水中部分所受之浮力，进入气柜的气速很低，动能及阻力可忽略。求钟罩上浮时，气柜内气体的压强和钟罩内外水位差Δh (即“水封高”)为多少？

7. 附图所示的汽液直接接触混合式冷凝器，蒸汽被水冷凝后，凝液与水沿大气腿流至地沟排出，现已知器内真空度为82kPa，当地大气压为100kPa，问其绝对压为多少Pa？并估计大气腿内的水柱高度H为多少米？

8. 如图所示，在A 、B 两容器的上、下各接一压差计，两压差计的指示液相同，其密度均为ρi 。容器及测压导管中均充满水，试求： (1) 读数R 与H 之间的关系；

(2) A 点和B 点静压强之间的关系。

*9. 测量气体的微小压强差，可用附图所示的双液杯式微差压计。两杯中放有密度为ρ1的液体，U 形管下部指示液密度为ρ2，管与杯的直径之比d/D 。试证气罐中的压强p B 可用下式计算：

p p hg hg d D B a =---()ρρρ2112

2

*10. 试利用流体平衡的一般表达式(1-9)，推导大气压p与海拔高度h之间的关系。设海平面处的大气压强为p a，大气可视作等温的理想气体。

质量守恒

11. 某厂用φ114×4.5mm的钢管输送压强p=2MPa(绝压)、温度为20℃的空气，流量为6300Nm3/h(N指标准状况,0℃,1atm)。试求空气在管道中的流速、质量流量和质量流速。

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？

13. 某鼓风机吸入管直径为200mm，在喇叭形进口处测得U形压差计读数R=25mm，指示剂为水。若不计阻力损失，空气的密度为1.2kg/m3，试求管道内空气的流量。

14. 图示为马利奥特容器，其上部密封，液体由下部小孔流出。当液体流出时，容器上部形成负压，外界空气自中央细管吸入。试以图示尺寸计算容器内液面下降0.5m所需的时间。小孔直径为10mm。

设小孔的孔流系数C0=0.62。

15. 水以3.77×10-3m3/s的流量流经一扩大管段。细管直径d=40mm，粗管直径D=80mm，倒U形压差计中水位差R=170mm。求水流经该扩大管段的阻力损失H f，以J/N表示。

16. 图示为30℃的水由高位槽流经直径不等的两管段。上部细管直径为20mm，下部粗管直径为36mm。不计所有阻力损失，管路中何处压强最低？该处的水是否会发生汽化现象？

*17. 在一水平管道中流着密度为ρ的液体，收缩管前后的压差为(p1-p2)，管截面积为A1及A2。忽略阻力损失，试列出流速u1和u2的计算式。

动量守恒

18. 水由喷嘴喷入大气，流量V=0.025m3/s，d1 =80mm，d2 =40mm，p1 =0.8MPa(表压)。求水流对喷嘴的作用力。

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

2

12

12

21u A A h f ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=

其中A 1、A 2分别为1,2截面面积，u 1为小管中的流速。

提示：可假定F n =p 1 (A 2 -A 1 )，并忽略管壁对流体的摩擦阻力F f 。

*20. 水由直径为0.04m 的喷口流出，流速为u j =20m/s 。另一股水流以u s =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P 1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u 2； (2) 图示U 形压差计的读数R 。

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。