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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
