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1、化工原理习题及解答 第一章 流体流动0第一章第一章 流体流动流体流动 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:h1=600mm,h2=800mm,问 H 为多少 mm?习题 1-1 附图mHHHmkgmkgmmhmmh32. 181. 91080. 081. 91060. 081. 9860?,/860/10,800,60033333 21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
2、单位。 127 .724,04763. 040810190. 181. 9)760/(10190. 181. 910190. 1)2 .2938314/(2915 1408055PPpmmHgppLndzpdpppgdzd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:NdzgzPF640235 01045. 12/481. 9103410013. 13)(3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。54 3(
3、1.013 100.20 9.81 10 ) 291.439/8314 293.2PMkg mRT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,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13/1 123 23 13 2 )/1 (/)3/4()3/4(RRgRgRR(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/m3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
4、少 mmHg? mmHg31. 23 .30820sin1 . 081. 9)20. 1920(20sin)(:00 21解PagRPPi17 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 860kg/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
5、 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mRRgRPPPagRPPPaDdgRgRPP0493. 081. 910008 .4847 .48035. 081. 9)8601000()(8 .484160/6(35. 081. 986035. 081. 9)8601000()/()(0001012022 1120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
6、流过管道内的液体。试求读数 R1与 R2、R3的关 系。321321)()()(RRRgRgRgRiii 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: R1 =0.4mR2 h1=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 为等压面, p1=p1 水g(R1+R2) = 水银gR2103(0.4+R2) = 13.6103R2 R2 = 0.0317mV水银 = d2(
7、2h1+L) V水 = d2(R1+R2) 4 4 V水银/ V水 = (2h1+L)/ (R1+R2) = (20.25+0.015)/(0.4+0.0317) = 1.19 110 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。h2 Hh1习题 1-10 附图p2 p2 解: H p1 p1p1p1= 水gh1 (1) p2p2= 水gh2 (2) (1)减(2),得 (p1p2)(p1p2) = 水g(h1h2) (
8、3) 其中 p1p2 = 煤gH,p1p2 = 空gH,代入(3)式,得: 煤gH空gH = 水g(h1h2) 即 煤 = 水(h1h2)/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。3232/99910206. 2)0035. 02060. 0()4/(,60mkgmAmm水的密度壁厚横截面积解:管子,查得外径smuAV/10309. 310206. 25 . 1333体积流量
9、skg /306. 3999102076. 25 . 1uAW3质量流量 )/(14999995 . 12mskguG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/m2mg Asin5 13 = = dv dy = = 71.771.510-3/1.2 = 0.0897 Pas 化工原理习题及
10、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/m3,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)?atPaPuhuPgHPPkgJhmkgatPmHff473. 310407. 3)0 . 418001081. 95 . 20 . 581. 9(1800)()2(2?,/0 . 4/1800,(5 . 2,0 . 55412 22 22113 2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=100
11、mm, 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:,020. 0248. 210. 11081. 910)0 . 16 .132)/10. 1)15. 0)(4/(3600/70/48. 2)15. 0)(4/(3600/70)()()(2)( 2)(2233222222mRRUUgRsmUsmUgRPPUPUPABBAiBmAmBBmAAmi1-15 水以 6.410-4m3/s 的流量流经由
12、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/m3的空气,读数 R=100mm。求水由 1 至 2 截面的流动阻力hf。412422212222 1212 36.4 102.037/(/ 4)(0.020)6.4 100.385/(/ 4)(0.046) ()()(10002.5) 9.81 0.10978.5()(978.52.0370.3851.02/2102mmimm fUm sUm sPPgRPaPPUUhJ kg 解:)()化工原理习题及解答 第一章
13、 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 2gz1u12/2p1/ = gz2u22/2p2/ z1 = 0,z2 = 5m,p1 = p2 u12/2 = gz2u22/2152/2 = 9.815u22/2 1 1 u2 = 11.26m/s 又, u1d12 = u2d22 习题 1-16 附图 d2 = (u1/u2)1/2d1 = 0.020 = 0.0231 m15 1126/.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:u1=u2=0,p1=p2,z2=0, 1 1 z1=H=42m 1-1 与 2-2 间列柏努利方程 Hgz1u12/2p1/Ws=gz2u22/2p2/hfWs =gz1hf =9.81424.59.81103/103 2 2