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1、化工原理习题及解答 第一章 流体流动0第一章 流体流动 11 某敞口容器内盛有水与油。如图所示。已知水及油的密度分别为 1000和 860kg/m3，解：h 1=600mm，h 2=800mm，问 H 为多少 mm？习题 1-1 附图mHkgmkgh32.181.90.81906.890?,/ /,33321油 水 ，解 ： 12 有一幢 102 层的高楼，每层高度为 4m。若在高楼范围内气温维持20不变。设大气静止，气体压强为变量。地平面处大气压强为 760mmHg。试计算楼顶的大气压强，以 mmHg 为单位。 12 7.24,04763.8109.8)760/(1.9109.)2384/(
2、 1540855Pp mHgppLndzd pgz 代 入 ， 得 解 ： 13 某水池，水深 4 米，水面通大气，水池侧壁是铅垂向的。问：水池侧壁平面每 3 米宽度承受水的压力是多少 N？外界大气压为 1atm。解： NdzgPF 640 235 1045./81.904103.)( 水14 外界大气压为 1atm，试按理想气体定律计算 0.20at（表压）、20干空气的密度。空气分子量按 29 计。543(.013.20981)291./43.PMkgmRT解 ：15 有个外径为 R2、内径为 R1为的空心球，由密度为 的材料制成。若将该球完全淹没在某密度为 的液体中，若球能在任意位置停留
3、，试求该球的外径与内径之比。设球内空气重量可略。化工原理习题及解答 第一章 流体流动13/1123232)(/ )4()4RgRg（解 ：16 为放大以 U 形压差计测气体压强的读数，采用倾斜式 U 形压差计。指示液是 =920kg/m 3的乙醇水溶液。气体密度为 1.20kg/m3。读数 R=100mm。问p1与 p2的差值是多少 mmHg？ mHg31.2.082sin1.089)2.10(2sin)(: 解 PagRPi 17 采用微差 U 形压差计测压差。如图示。已知 U 形管内直径 d 为 6mm，两扩大室半径均为 80mm，压差计中用水和矿物油作指示液，密度分别为 1000及 86
4、0kg/m3。当管路内气体压强 p 与外界大气压 p0相等时，两扩大室油面齐平，U 形管两只管内油、水交界面亦齐平。现读得读数 R=350mm，试计算：（1）气体压强 p（表）。（2）若不计扩大室油面高度差，算得的气体压强 p 是多少？（3）若压差计内只有水而不倒入矿物油，如一般 U 形压差计，在该气体压强 p值下读数 R0为多少？习题 1-7 附图mRgPPaaDdgRP0493.81.90.487.5.)61(8.4 160/(35.89603.19)0( )/()(0120 2212即 ）解 ： 18 某倾斜的等径直管道内有某密度 的液体流过。在管道的 A、B 截面设置了两套 U 形压差
5、计测压差，下测用的是一般 U 形压差计，上测用的是复式U 形压差计，所用的指示液均为密度是 i的同一种液体。复式压差计中两段指示液之间的流体是密度为 的流过管道内的液体。试求读数 R1与 R2、R 3的关系。321 321 )()()(RggRgiii解 ：19 将水银倒入到图示的均匀管径的 U 形管内，水银高度 h1=0.25m。然后将水从左支管倒入，测得平衡后左支管的水面比右支管的水银面高出 0.40m。试计算 U 形管内水与水银的体积比。解： R 1 =0.4mR2h1=0.25m 1 1化工原理习题及解答 第一章 流体流动2L=0.015m L习题 1-9 附图如图所示 1-1 为等压
6、面, p 1=p1水 g(R1+R2) = 水银 gR2103(0.4+R2) = 13.6103R2 R2 = 0.0317mV 水银 = d2(2h1+L) V 水 = d2(R1+R2)44 V 水银 / V 水 = (2h1+L)/ (R1+R2) = (20.25+0.015)/(0.4+0.0317) = 1.19110 一直立煤气管，在底部 U 形压差计 h1=120mm，在 H=25m 高处的 U 形压差计 h2=124.8mm。U 形管指示液为水。管外空气密度为 1.28kg/m3。设管内煤气及管外空气皆静止，求管内煤气的密度。h2Hh1习题 1-10 附图p2 p2解：H
7、p1 p1p1p 1= 水 gh1 (1)p2p 2= 水 gh2 (2)(1)减(2)，得(p1p 2)(p 1p 2) = 水 g(h1h 2) (3)其中 p 1p 2 = 煤 gH，p 1p 2 = 空 gH，代入(3)式,得：煤 gH 空 gH = 水 g(h1h 2)即 煤 = 水 (h1h 2)/H 空 = 103(0.1200.1248)/251.28= 1.088 kg/m3化工原理习题及解答 第一章 流体流动31-11 以 2”的普通壁厚的水煤气钢管输送 15的清水，水在管内满流。已知水流速 u=1.5m/s，求水的质量流量、质量流速和体积流量。 3 232/9 106.)
8、035.6.()4/,60mkg mA 水 的 密 度 壁 厚 横 截 面 积解 ： 管 子 ， 查 得 外 径 smuAV/1039.12.53体 积 流 量 kg6.076W质 量 流 量 )/(49. 2skgG质 量 流 速1-12 如图所示，质量为 3.5kg，面积为 4046cm2的一块木板沿着涂有油的斜面等速向下滑动。已知 v=1.2m/s，=1.5mm（油膜厚度）。求滑油的粘度。13 512 v 习题 1-12 附图13解： 512V G从受力分析 Gsin = Amg sin = A = =3.59.81 /(404610-4) = 71.77 N/m2mgsin513 =
9、= dvy = = 71.771.510-3/1.2 = 0.0897 Pas化工原理习题及解答 第一章 流体流动41-13 以压缩空气将某液体自储槽压送到高度 H=5.0m、压强 p2为 2.5at（表压）的容器内。已知液体密度 =1800kg/m 3，流体的流动阻力为 4.0J/kg。问：所需的压缩空气压强 p1至少为多少 at（表压）？atPuhugHPkJh mkgatmff 473.1047.3 )0.418.952089()( 2(?,/0.4/80,(5.25211 3表 略 去表 ）解 ： 1-14 水以 70m3/h 的流量流过倾斜的异径管通。已知小管内径 dA=100mm，
10、大管内径 dB=150mm，B、A 截面中心点高度差 h=0.3m，U 形压差计的指示液为汞。若不计 AB 段的流体流动阻力，试问：U 形压差计哪一支管内的指使液液面较高？R 为多少？支 管 内 的 高 。左 支 管 内 指 示 液 位 比 右可 见 ，（即 （由 ， 式 得 解 ： ,02. 248.10.18.9).63) /10.)5.(/3670/48.215.0)(4/367)()32222mRRUg smsmURPABAiBmBAi1-15 水以 6.410-4m3/s 的流量流经由小至大的管段内。小管内径d1=20mm，大管内径 d2=46mm。欲测 1、2 两截面处水的压差，为
11、取得较大的读数R，采用倒 U 形压差计。已知压差计内水面上空是 =2.5kg/m 3的空气，读数R=100mm。求水由 1 至 2 截面的流动阻力h f。412212 22136.0.37/(/).85/()()(0.)9810.78.57310/mimf sPgRPaUh Jkg解 ：） （ ）化工原理习题及解答 第一章 流体流动51-16 水从喷嘴口 1-1 截面垂直向上喷射至大气。如图。设在大气中流束截面保持圆形，已知喷嘴内直径 d1=20mm，出喷嘴口水流速 u1=15m/s。问：在高于喷嘴出口 5m 处水流的直径是多大？忽略摩擦阻力。解：1-1 与 2-2 之间列柏努利方程 2 2g
12、z1u 12/2p 1/ = gz2u 22/2p 2/ z1 = 0，z 2 = 5m，p 1 = p2 u12/2 = gz2u 22/2152/2 = 9.815u 22/2 1 1 u2 = 11.26m/s 又， u 1d12 = u2d22 习题 1-16 附图 d2 = (u1/u2)1/2d1 = 0.020 = 0.0231 m526/.1-17 高、低水库的水面高度差 H=42m，水流量为 30m3/s，水流的总阻力为4.5mH2O。如图。已知透平的效率 =0.78，试计算透平的输出功率。解：u 1=u2=0，p 1=p2，z 2=0， 1 1z1=H=42m1-1 与 2
13、-2 间列柏努利方程 Hgz1u12/2p1/Ws=gz2u22/2p2/hfWs =gz 1hf =9.81424.59.81 103/103 2 2 =368 J/kgNa = WsV =36830 103=1.10107 W 习题 1-17 附图Ne= Na = 1.101070.78=8.61106 W=8.61103 kW1-18 某水溶液在圆直、等径管内层流动。管内半径为 R。设测点流速的探针头位置与管轴线的距离为 r。问：测点相对位置 为多少时该点的点流速/r等于平均流速？2max2maxax1(/)/2/0.7VRrRUr解 ： 一 般 式 ：令 时 ，即化工原理习题及解答 第一章 流体流动61-19 以水平圆直管输送某油品。管内径为 d1，管两段压差为 。因管道腐蚀，拟更换管道。对新装管道要求如下：管长不变，管段压降为原来压降的 0.75，而流量加倍。设前后情况流体皆为层流。问：新管道内径 d2与原来管内径 d1之比为多少？28.1)(75.0324212ddVPvul解 ： 层 流1-20 在机械工程中常会遇到流体在两平行固体壁的间隙中作一维定态流动的情况。如图。设流动为层流。设间隙厚为 2y0，试证流体沿 y 轴向点流速呈如
