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1、word化工原理课后习题解答夏清、常贵主编.化工原理.大学,2005.第一章 流体流动1. 某设备上真空表的读数为 13.3103 Pa,试计算设备的绝对压强与表压强。该地区大气压强为103 Pa。解：由绝对压强 = 大气压强真空度得到：设备的绝对压强P绝103 103 Pa103 Pa设备的表压强 P表 = -真空度103 Pa 2在此题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 /的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。假如螺钉材料的工作应力取为106 Pa ，问至少需要几个螺钉？
2、分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即 P油螺解：P螺 = ghA = 960(9.6-0.8) 2103 N螺1032n P油螺得 n 取 n min= 7至少需要7个螺钉 3某流化床反响器上装有两个U型管压差计，如此题附图所示。测得R1 = 400 mm ， R2 = 50 mm，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灌入一段水，其高度R3 = 50 mm。试求AB两处的表压强。分析：根据静力学根本原如此，对于右边的管压差计，aa为等压面，对于左边的压差计，bb为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学根本方程求解。解：设空气的密度为g，其他数据
3、如下列图 aa处 PA + ggh1 = 水gR3 + 水银R2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 103103103 Pa b-b处 PB + ggh3 = PA + ggh2 + 水银gR1 PB103103103Pa4. 此题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽煤油和水的两相界面位置。两吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg。试求当压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离。分析：解此题应选取的适宜的截面如下列图：忽略空气产生的压强，此题中11和44为等压面，22和33为等压面，且11和22的压强相
4、等。根据静力学根本方程列出一个方程组求解解：设插入油层气管的管口距油面高h 在11与22截面之间P1 = P2 + 水银gRP1 = P4 ，P2 = P3且P3= 煤油gh ， P4 = 水gH-h+ 煤油gh + h联立这几个方程得到水银gR = 水gH-h+ 煤油gh + h-煤油gh 即水银gR =水gH + 煤油gh -水gh 带入数据10101010)= 0.418 5用此题附图中串联管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，管压差计的指示液为水银，两管间的连接收充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：12.3m，2=1.2m,3=2.5m,4。锅中水面与基准面之间的垂直距离5=3
5、m。大气压强a103。试求锅炉上方水蒸气的压强。分析：首先选取适宜的截面用以连接两个管，此题应选取如下列图的11截面，再选取等压面，最后根据静力学根本原理列出方程，求解解：设11截面处的压强为1对左边的管取-等压面， 由静力学根本方程 0 + 水g(h5-h4) = 1 + 水银g(h3-h4) 代入数据0103(3-1.4) = 1103(2.5-1.4)对右边的管取-等压面，由静力学根本方程1 + 水g(h3-h2) = 水银g(h1-h2) + 代入数据1103103103解着两个方程 得0 105Pa6. 根据此题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强。压差计中以油和水为指
6、示液，其密度分别为9203 ,9983,管中油水交接面高度差R = 300 ，两扩大室的径D 均为60 ，管径为6 。当管路气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。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：由静力学根本原如此，选取11为等压面，对于管左边表 + 油g(h1+R) = 1 对于管右边 2 = 水gR + 油gh2 表 =水gR + 油gh2 -油g(h1+R) =水gR - 油gR +油gh2-h1 当表= 0时，扩大室液面平齐 即 D/22h2-h1= d/22Rh2-h1 = 3 mm 表102Pa7.列管换热气
7、的管束由121根2.5mm的钢管组成。空气以9m/s速度在列管流动。空气在管的平均温度为50压强为196103103Pa试求： 空气的质量流量； 操作条件下，空气的体积流量； 将的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量。解：空气的体积流量 S = uA = 9/4 0.02 2121 = 0.342 m3/s质量流量 ws =S=S(MP)/(RT)29/s换算成标准状况 V1P1/V2P2 =T1/T2S2 = P1T2/P2T1S1273)/(101323) = 0.843 m3/s8 .高位槽的水面高于地面8m，水从1084mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。在此题特定条件下，水流经
8、系统的能量损失可按f = 6.5 u2 计算，其中u为水在管道的流速。试计算： AA 截面处水的流速； 水的流量，以m3/h计。分析：此题涉与的是流体动力学，有关流体动力学主要是能量恒算问题，一般运用的是柏努力方程式。运用柏努力方程式解题的关键是找准截面和基准面，对于此题来说，适宜的截面是高位槽11,和出管口 22,如下列图，选取地面为基准面。解：设水在水管中的流速为u ，在如下列图的11, ，22,处列柏努力方程Z1 + 0 + 1/= Z2+ 22 + 2/ + fZ1 - Z2g = u22 代入数据 (8-2)9.81 = 7u2换算成体积流量 VS = uA= 2.9 /4 2 36
9、00 = 82 m3/h 9. 20382.5mm的水平管，此管以锥形管和另一533m的水平管相连。如此题附图所示，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。假如水流经A B两截面的能量损失为1.5J/，求两玻璃管的水面差以计，并在此题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。分析:根据水流过A、B两截面的体积流量一样和此两截面处的伯努利方程列等式求解解：设水流经两截面处的流速分别为uA、 uB uAAA = uBAB uB = AA/AB uA = 33/472在两截面处列柏努力方程Z1 + 122 + 1/ = Z2+ 222 + 2/ + f Z1 = Z2 1-2/ = f
10、 +12-222gh1-h 22-2) /2 h1-h 2 m mm即两玻璃管的水面差为的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽水位维持恒定，各局部相对位置如此题附图所示。管路的直径均为7610Pa,水流经吸入管与排处管不包括喷头的能量损失可分别按f,1=2u，hf,2=10u210Pa表压。试求泵的有效功率。分析：此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两局部来处理，从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管，在两段分别列柏努力方程。解：总能量损失hf=hf+，1hf，2u1=u2=u=2u2+10u=12u在截面与真空表处取截面作方程： z0g+u02/2+P0/
11、=z1g+u2/2+P1/+hf，1 P0-P1/= z1g+u2/2 +hf，1 u=2m/s ws=uA在真空表与排水管-喷头连接处取截面 z1g+u2/2+P1/+We=z2g+u2/2+P2/+hf，2We= z2g+u2/2+P2/+hf，2 z1g+u2/2+P1/10+102Ne= Wews11.此题附图所示的贮槽径D为2，槽底与径d0为33mm的钢管相连，槽无液体补充，其液面高度h0为2m以管子中心线为基准。液体在此题管流动时的全部能量损失可按hf=20u公式来计算，式中u为液体在管的流速ms。试求当槽液面下降1m所需的时间。分析：此题看似一个普通的解柏努力方程的题，分析题中槽
12、无液体补充，如此管流速并不是一个定值而是一个关于液面高度的函数，抓住槽和管的体积流量相等列出一个微分方程，积分求解。解：在槽面处和出口管处取截面1-1，2-2列柏努力方程h1g=u2/2+hf =u2/2+20u2u=(0.48h)1/21/2槽面下降dh，管流出uA2dt的液体Adh=uA21/2A2dtdt=A1dh/A21/2 对上式积分：t=1.h12.此题附图所示为冷冻盐水循环系统，盐水的密度为1100kgm，循环量为36m10Pa时，B处的压强表读数为假如干Pa？分析：此题是一个循环系统，盐水由A经两个换热器被冷却后又回到A继续被冷却，很明显可以在A-换热器-B和B-A两段列柏努利
13、方程求解。解：1由A到B截面处作柏努利方程 0+uA/2+PA/1=ZBg+uB2+PB 管径一样得uA=uBPA-PB/=ZB由B到A段，在截面处作柏努力方程BZBg+uB2+PB/+We=0+uA+PA/+49We=PA-PB/- ZBWS=VS=36/36001100=11kg/s Ne= WeWS泵的抽功率N= Ne2由第一个方程得PA-PB/=ZB得PB=PA-ZBg+9.8110-1100(79.81+98.1)104Pa13. 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603.5mm，其他尺寸见此题附图。各管段的能量损失为f，AB=f，CD=u2，f，BC2。两压差计中的指示液均为水银。试求当R1=45mm，h=200mm时：1压缩空气的压强P1为假如干？2U管差压计读数R2为多少？解：对上下两槽取截面列柏努力方程0+0+P1/=Zg+0+P2/+fP1= Zg+0+P2 +f =101100+11002u2210+3498u在压强管的B，C处去取截面，由流体静力学方程得 PB+gx+R1
