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1、化工原理习题及解答 （华南理工大学化工原理教研组编） 2004 年 6 月 流体力学与传热 第一章 流体流动 1.1 解：混合气体的平均分子量 Mn 为 Mn=My+ My+ My+ My 2co2co2o2o2N2NOH 2OH 2 =440.085+320.075+280.76+180.08 =28.86kg/kmol 该混合气体在 500，1atm 时的密度为 =0.455kg/m poT pToMm * 4 . 22 * 4 . 22 86.28 273 273 1.2 解：设备上真空表的绝对压强为 绝对压强=大气压真空度 =740100 =640mmHg =640=8.5310 N/
2、m 760 100133 . 1 5 4 设备内的表压强为 表压强=真空度 =100mmHg =（100）=1.3310 N/m 760 100133 . 1 5 4 或表压强=（1001.3310 ）=1.3310 N/m 24 1.3 解：设通过孔盖中心的 00 水平面上液体的静压强为 p，则 p 便是罐内液体作用于孔 盖上的平均压强。 根据流体静力学基本方程知 p=p +g h a 作用在孔盖外侧的是大气压强 p ，故孔盖内外两侧所受压强差为 a p=pp = p+ghgh aa a p p=9609.81(9.60.8)=8.2910 N/m 4 作用在孔盖上的静压力为 p=8.291
3、0Np 2 4 d 424 1076. 376 . 0 4 每个螺钉能承受的力为 N 32 1004 . 6 014 . 0 4 807 . 9 400 螺钉的个数=3.7610=6.23 个 3 4 1004 . 6 1.4解：U 管压差计连接管中是气体。若以分别表示气体，水和水银的密度， HgOHg , 2 因为，故由气体高度所产生 的压强差可以忽略。由此可认为 g Hg DBcA pppp及 由静力学基本方程式知 = cA pp 222 gRgR HgOH =10009.810.05+136009.810.05 =7161N/m =7161+136009.810.4=6.0510 N/m
4、(表压) 1 gRppp HgADB 4 1.5 解：1）1，2，3 三处压强不相等，因为这三处虽在静止流体的同一水平面上，但不是 连通着的 同一种流体。 2）4，5，6 三处压强相等，因为这三处是静止的，连通这的同一种流体内，并在同 一水平面上。 3） 54 pp 即 112222 )(ghhhgpghpp HgOHBOHA 12 )(ghpp OHHgAB =101330（136001000）9.810.1 =88970N/m 或 =12360N/m（真空度） B p 又由于 64 pp 即 222 ghpghp HgCOHA 所以 c p 22 )(ghp OHHgA =101330（1
5、36001000）9.810.2 =76610N/m 或24720N/m（真空度） c p 1.6 解：在串联 U 管的界面上选 2，3，4 为基准面，利用流体静力学基本原理从基准面 2 开始，写出各基准面压强的计算式，将所得的各式联解，即可求出锅炉上方水蒸气的压强 。 0 p 或 )( 2122 hhgppp Hga )( 212 hhgpp Hga 或 )( 23233 hhgppp OHa )( 23223 hhgpp OH 或 )( 4344 hhgppp Hga )( 4334 hhgpp Hg 或 )( 45240 hhgpp OH )( 45240 hhgpp oH 将以上右式各
6、式相加，并整理得 )()()()( 4523243210 hhhhghhhhgpp OHHga 将已知值代入上式得 101330+136009.81（2.31.2）+（2.51.4） 760 745 0 p 10009.81（2.51.2）+（31.4） =364400N/m 或=364400/9.80710 =3.72kgf/cm 0 p 4 1.7 解：当管路内气体压强等于大气压强时，两扩大室的液面平齐。则两扩大室液面差 h 与微差压差计读数 R 的关系为 RdhD 22 44 当压差计读数 R=300mm 时，两扩大室液面差为 h=Rm D d 003 . 0 ) 60 6 (3 . 0
7、)( 22 以分别表示水与油的密度，根据流体静力学基本原理推导出 21, hggRpp a 221 )( 即管路中气体中的表压强 p 为 p=（998920）9.810.3+9209.810.003=257N/m（表压） 1.8 解：1）空气的质量流量 从本教材附录三查得标准状况下空气的密度为 1.293kg/m。 操作压强N/m 545 1095 . 2 10807 . 9 2100133 . 1 760 740 p 操作条件下空气的密度为 =1.293 pT pT 3 5 5 /18 . 3 100133. 1 )50273( 1095 . 2 273 mkg 空气的质量流量为 skguA
8、ws/09 . 1 18 . 3 02. 0 4 1219 2 2）操作条件下空气的体积流量 smwV ss /343 . 0 18 . 3 /09 . 1 / 3 3）标准状况下空气的体积流量为 smwV ss /843 . 0 293 . 1 /09 . 1 / 3 1.9 解：以下标 1 表示压强为 1atm 的情况，下标 2 表示压强为 5atm 的情况。 在两种情况下 sss www 21 TTT 21 uuu 21 由于 222111 AuAuws 21 12 21 2 4 PT pT dA 所以 2 1 2 12 1 2 )( p p d d 即mm p p dd0313 . 0
9、 5 1 07 . 0 2 1 12 1.10 解：以高位槽液面为上游截面 11 ，连接管出口内侧为下游截面 22 ，并以截面 11为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式，即 f h pu gZ pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 式中0 1 Z smAVu p u s /62 . 1 033 . 0 4 3600 5 / (0 0 2 2 1 1 表压） 表压）(/980710807 . 9 1 . 0 24 2 mNp kgJhf/30 将上列数值代入柏努利方程式，并解得 mZ37 . 4 81 . 9 / )30 850 9807 2 62 . 1 ( 2 2 高位槽内的液
10、面应比塔的进料口高 4.37m。 1.11 解：1）AA截面处水的流速 以高位槽液面为上游截面 11 ，管路出口内侧为下游截面 22 ，并以地面为基 准面。在两截面间列柏努利方程式，即 f h pu gZ pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 式中mZ8 1 mZ2 2 2 2 2 21 1 5 . 65 . 6 0 uuh pp u f 将上列数值代入柏努利方程式，并解得 smu/9 . 27/681 . 9 2 由于输水管的直径相同，且水的密度可视为常数，所以 AA截面处的流速 smuA/9 . 2 2）水的流量 23 360036000.12.982/ 4 h VAumh 1
11、.12 解：上游截面 AA ，下游截面 BB ，通过管子中心线作基准水平面。在两接 间列柏努利方程式，即 ABf BB B AA A h pu gZ pu gZ , 22 22 式中 kgJh smu ZZ ABf A BA /5 . 1 /5 . 2 0 , 根据连续性方程式，对于不可压缩流体，则 22 44 BBAA dudu 所以 sm d d uu B A AB /23 . 1 ) 47 33 (5 . 2)( 22 两截面的压强差为 ) 2 ( , 22 ABf BA AB h uu pp =（ 2 22 / 5 . 8681000)5 . 1 2 23 . 1 5 . 2 mN 即
12、=868.5/9.798=88.6mmH2O AB pp 两截面玻璃管的水面差为 88.6mm。 由于 AB pp 6 . 88 所以 AB pp B 处玻璃管的水面比 A 处玻璃管的水面高。 1.13 解：水在管内流速与流量 贮槽水面为截面 11,真空表连接处为截面 22 ，并以截面 11为基准 水平面。在两截面间列柏努利方程，即 1 , 2 2 2 2 1 2 1 1 22 f h pu gZ pu gZ 式中0 1 ZmZ5 . 1 2 0 2 (0 2 2 1 , 1 u uh p f 表压） 表压）(/1047. 2100133 . 1 760 185 245 2 mNp 将上列数值
13、代入柏努利方程式，并解得水在管内的流速为 smu/25 . 2)5 . 181 . 9 1000 1047 . 2 ( 4 水的流量为 skguAws/92 . 7 1000071 . 0 4 2 2 2）泵的有效功率 贮槽水面为上游截面 11 ，排水管与喷头连接处为下游截面 33 ，仍以截面 11为基准水平面。在两截面间列柏努利方程，即 2,1 , 2 2 2 2 1 2 1 1 22 ffe hh pu gZW pu gZ 式中 （表压）0 0 0 1 1 1 p u Z 表压）(/10807 . 9 /2 14 24 2 2 2 mNp smu mZ 222 2,1 , 12102uuu
14、hh ff 将上列数值代入柏努利方程式，并解得 kgJWe/ 4 . 2852 5 . 12 1000 10807 . 9 1481 . 9 2 4 泵的有效功率为 kWWwWN see 26 . 2 226092 . 7 4 . 285 2.14 解：本题属于不稳定流动，槽内液面下降 1m 时所需要的时间，可通过微分时间 内的物料衡式与瞬间柏努利方程式求解。 在 d 时间内对系统作物料衡算。设 F为瞬时进料率，D为瞬时出料率，dA为在 d 时间内的积累量，则在 d 时间内的物料衡算试为 FdDd=dA 又设在 d 时间内，槽内液面下降 dh，液体在管内瞬间流速为 u。 式中F=0 D=ud 2 0 4 dhDAd 2 4 则上式变为 dhDudd 2 0 44 或 u dh d D d 2 0 ）（ 式 （a）中瞬时液面高度 h（以排液管中心线为基准）与瞬时流速 u 的关系，可由瞬间 的柏努利方程式获得。 在瞬间液面 11与管子出口外侧截面 22间柏努利方程式，并通过截面 2 2的
