《化工原理第一章答案全》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理第一章答案全（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章流体流动1-1在大气压强为98.7x103 Pa的地区，某真空精馏塔塔顶真空表的读数为13.3x103 Pa, 试计算精馏塔塔顶内的绝对压强与表压强。绝对压强：8.54x103Pa；表压强：-13.3X103Pa 【解】由绝对压强=大气压强-真空度 得到：精馏塔塔顶的绝对压强 P 绝=98.7X103Pa - 13.3X 103Pa= 8.54x103Pa精馏塔塔顶的表压强P表=-真空度=-13.3X103Pa1-2某流化床反应器上装有两个U型管压差计，指示液为水 银，为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的U型管与大气连通 的玻璃管内灌入一段水，如本题附图所示。测得R1=400 mm, R
2、2=50 mm, R3=50 mm。试求 A、B 两处的表压强。A： 7.16x103Pa； B： 6.05x103Pa【解】设空气的密度为pg,其他数据如图所示a-a处 Pa+ Pggh= p 水 gR3+ p 水银 gR2由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 即：PA=1.0 x103x9.81x0.05 + 13.6x103x9.81x0.05A.=7.16x103Pair32b-b处 Pb+ pggh3= PA + pggh2 + P 水银 gR1即：P =13.6x103x9.81x0.4 + 7.16x103=6.05x103PaB1-3用一复式U形管压差计测定水流过管
3、道上A、B两点的压差，压差计的指示液为水银,两段水银之间是水，今若测得h1=1.2 m，h2=1.3 m， R1=0.9 m，R2=0.95 m,试求管道中A、B两点间的压差APAB为多少mmHg?（先推导关系 式，再进行数字运算）1716 mmHg【解】如附图所示，取水平面1-1、2-2和3-3，则其均为等压面，即P3P3根据静力学方程，有PA + P H203nP2 + P Hg 迟二 P1因为p1 - p1，故由上两式可得PA + P H 2 Ogh1 = P2 + P HggR即P 二 P + P gh - P gR2 A H 2O 1 Hg 1 设2与3之间的高度差为h,再根据静力学
4、方程，有(a)p2，+pP3PB + PH2Og (牛)+PHggR2因为p3 - ”，故由上两式可得P2+p 劝二 PB + p - R)+pH 2 O22Hg 2(b)(c)其中将式(c)代入式(b)整理得P2g ( h1- R1) + (p Hg -p H 2 O ) gR2(d)pA + pH2。的-pHg 督 pB + pH2Og W 一 R1) + (pHg - p )gRHO 2可用下式计算:因为P广P；，故由式(a)和式(d)得Ap二 pAB-p 二(p -p)g(R + R )BHgH 2 O12=(13600-1000) X 9.81X(0.9+0.95) =228.7kP
5、a 或 1716mmHg1-4测量气罐中的压强可用附图所示的微差压差计。微差压差计上部杯中充填有密度为p C的指示液，下部U管中装有密度为p的指示液，管与杯的直径之比为d/D。试证气罐中的压强pAp = p - (p - p ) gh - p ghd 2 /D 2B aA CC分析：此题的关键是找准等压面，根据扩大室一端与大气相通，另一端与管路相通，可 以列出两个方程，联立求解【解】由静力学基本原则，选取11 为等压面，对于U管左边 P表+ pCg(h+R) = P 1对于U管右边P 2 = pAgR + pCgh2P 表=pAgR + pcgh2 pcg(h1+R)=pAgR _pCgR +
6、pCg(h2-h1)当卩=0时，扩大室液面平齐 即n(D/2)2(h2-hJ= n(d/2)2R表21则可得 p = p -(p - p )gh- p ghd2/D2B aA CC1-5硫酸流经由大小管组成的串联管路，硫酸密度为1830 kg/m3，体积流量为2.5x10-3m3/s，大小管尺寸分别为076mmx4mm和O57mmx3.5 mm,试分别计算硫酸在大、 小管中的质量流量、平均流速及质量流速。质量流量：4.575 kg/s；平均流速：u 小=1.27m/s； u 大=0.69 m/s；质量流速：G 小=2324kg/m2s； G 大=1263 kg/m2s【解】质量流量在大小管中是
7、相等的，即ms 小=ms 大=Vs P = 250-3 X1830 =4575 kg/s小2.5 X10-3(兀 4) X 0.052=1.27m/sV2.5 xlO3(冗 4) x 0.0682=0.69m/sG 小=p u 小=1830 x 1.27=2324kg/m2sG = p u =1830 x 0.69=1263 kg/m2s 大大1-6 20C水以2.5m/s的流速流经038x2.5mm的水平管，此管以锥形管和另一 p53mmx3mm的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。若水流经A、B两截面的能量损失为1.5J/kg,求两玻璃 管
8、的水面差（以mm计）。【解】1-7用压缩空气将密度为1100kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液位恒 定。管路直径均为060x3.5mm,其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为hf 2AB=hf CD=u, 工hf bc=1.18u2。两压差计中的指示液均为水银。试求当R=45mm, h=200mm时：（1）压缩 空气的压强P为若干？ （2） U管差压计读数R2为多少？压缩空气的压强P： 1.23x105Pa； 压计读数R2： 609.7mm【解】对上下两槽取截面列柏努力方程，并取低截面为基准水平面0+0+P/p=Z g+0+P2/p+hf.P= Z gp+0+P2+phf=10
9、x9.81x1100+1100(2u2+1.18u2)=107.91x103+3498u2在压强管的B，C处取截面，由流体静力学方程得PB+pg (x+R1)=P +pg (hBC+x) +p B1CBC水银R1gP+1100x9.81x(0.045+x)=Pc+1100x9.81x(5+x)+13.6x103x9.81x0.045BP -P =5.95x104PaB C在B，C处取截面列柏努力方程，并取低截面为基准水平面0+UB2/2+PB/p=Z g+Uc2/2+Pc/p+h f,BCT管径不变，.：ub=ub cp -p =p (Zg+M ”)=1100x(1.18u2+5x9.81)
10、=5.95x104PaB Cf， BCu=4.27m/s压缩槽内表压P1=1.23x105Pa(2)在B，D处取截面列柏努力方程，并取低截面为 基准水平面0+u2/2+PB/p= Z g+0+0+h f，bc+Y h f，CDp =(7x9.81+1.18u2+u2-0.5u2)x1100=8.35x104PaBPB-pgh=p 水银 R2g8.35x104-1100x9.81x0.2=13.6x103x9.81xRc2R2=609.7mm1-8密度为850kg/m3,粘度为8x10-3Pas的液体在内径为14mm的钢管内流动，溶液的流速为1m/s。试计算：（1）雷诺准数，并指出属于何种流型？
11、（2）局部速度等于平均速度 处与管轴的距离；（3）该管路为水平管，若上游压强为147x103Pa，液体流经多长的管子其 压强才下降到127.5xlO3Pa?属于滞流型；与管轴的距离：r=4.95xl0-3m；管长为14.95m【解】(1) Re =dup/y=(14x10-3x1x850)/(8x10-3)=1.49x103 2000此流体属于滞流型(2) 由于滞流行流体流速沿管径按抛物线分布，令管径和流速满足y2= -2P(U-Um) 当 u =0 时，y2= r2= 2pum. p = r2/2 = d2/8当 u = u 平均=0.5 u = 0.5m/s 时，maxy2= - 2p (
12、0.5-1) = d2/8=0.125 d2.即 与管轴的距离r=4.95x10-3m(3) 在147x103和127.5x103两压强面处列伯努利方程U2/2 + PA/p + Z1g = u22/2 + PB/p+ Z2g + 丫 h f u1= u2, Z1= Z2: PA/P= PB/P+hf损失能量 h= (P - P ) /p= (147x103-127.5x103) /850=22.94fA B流体属于滞流型摩擦系数与雷若准数之间满足入=64/ Re又 Th fix (l/d) x0.5 u2l=14.95m 输送管为水平管，管长即为管子的当量长度即:管长为14.95m1-9某列
13、管式换热器中共有250根平行换热管。流经管内的总水量为144 t/h，平均水温 为10C，为了保证换热器的冷却效果，需使管内水流处于湍流状态，问对管内径有何要求？ 管内径W39 mm【解】 查附录可知，10C水的黏度卩=1.305mPas即1.305X10-3Pas。R pud _ m _144 x 103/3600_ 156.2Re s 卩（兀 /4）dnp （兀 /4）d x 250 x 1.305 x 10-3d亠156.2t要求Re三4000，即三4000，因此ddW0.039m 或 39mm即管内径应不大于39mm。1-10 90C的水流进内径20 mm的管内，问当水的流速不超过哪一
14、数值时流动才一定为层 流？若管内流动的是90C的空气，则此一数值应为多少？ 90C的水：uW0.0326 m/s； 90C的 空气：uW2.21 m/s【解】层流Re dup 2000P90 C水p=965.3kg m-3“=0.315 X 10-3Pa s一 2000 x 0.315 x 10-3u 0.0326 ms10.02 x 965.390 C空气p=0.972kg m-3“=2.15 X 10-5Pa s2000 x 2.15 x 10-5,uW 2.21 ms-10.02 x 0.9721-11黏度为0.075pas、密度为900kg/m3的油品，以10kg/s的流量在巾114x3.5mm的管 中作等温稳态流动，试求该油品流过15m管长时因摩擦阻力而引起的压强降为多少？【解】从半径为R的管内流动的流体中划分出来一个极薄的环形空间，其半径为r,厚 度为dr,如本题附图所示。流体通过此环隙的体积流量二；为d% = ur2iTrdr将湍流时速度分布的经验式代入上式，得川匕=2?rrdr = 2皿闻伍-刃聞旳通过整个管截面的体积流量为
