化工原理课后习题答案第一章流体流动答案

第一章 流体流动习题解答

1.解：（1） 1atm=101325 Pa=760 mmHg

真空度=大气压力—绝对压力，表压=绝对压力—大气压力 所以出口压差为

p =4

6

1097.8)10082.0(10132576.00?=?--?N/m 2

（2）由真空度、表压、大气压、绝对压之间的关系可知，进出口压差与当地大气压无关，所以出口压力仍为4

1097.8?Pa 2.解： T=470+273=703K ，p=2200kPa

混合气体的摩尔质量

Mm=28×0.77+32×0.065+28×0.038+44×0.071+18×0.056=28.84 g/mol

混合气体在该条件下的密度为：

ρm=ρm0×T0T×pp0=28.8422.4×273703×2200101.3=10.858 kg/m3

3.解：由题意，设高度为H 处的大气压为p ，根据流体静力学基本方程，得 dp=-ρgdH

大气的密度根据气体状态方程，得 ρ=pMRT

根据题意得，温度随海拔的变化关系为 T=293.15+4.81000H

代入上式得

ρ=pMR （293.15-4.8×10-3H ）=-dpgdh

移项整理得

dpp=-MgdHR293.15-4.8×10-3H

对以上等式两边积分，

101325pdpp=-0HMgdHR293.15-4.8×10-3H

所以大气压与海拔高度的关系式为 lnp101325=7.13×ln293.15-4.8×10-3H293.15

即：

lnp=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526

（2）已知地平面处的压力为101325 Pa ，则高山顶处的压力为 p 山顶=101325×330763=45431 Pa

将p 山顶代入上式

ln 45431=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526 解得H =6500 m ，所以此山海拔为6500 m 。 4.解：根据流体静力学基本方程可导出 p 容器-p 大气=Rgρ水-ρ煤油

所以容器的压力为

p 容器=p 大气+Rgρ水-ρ煤油=101.3+8.31×9.81×（995-848）1000=113.3 kPa 5.解：6030sin 120sin '=?==

αR R mm

以设备内液面为基准，根据流体静力学基本方程，得

8

.10110

6081.98501013253

001=???+=+=-gR p p ρkPa

6.解： （1）如图所示，取水平等压面1—1’， 2—2’， 3—3’与4—4’，选取水平管轴心水平面为位能基准面。根据流体静力学基本方程可知 pA=p1+ρgz1

同理，有

p1=p1'=P2+ρigR2 ，p2=p2'=P3-ρg （z2-z3） p3=p3'=p4+ρigR3 ，p4=p4'=pB-ρgz4 以上各式相加，得

PA-PB=ρigR2+R3-ρgz2-z1+z4-z3 因为 z2-z1=R2，z4-z3=R3

PA-PB=ρi -ρgR2+R3=13.6-1×9.81×0.37+0.28=80.34kPa 同理，有

PA-PB=ρi -ρgR1=ρi -ρgR2+R3

故单U 形压差的读数为 R1=R2+R3=0.37+0.28=0.65 m

（2）由于空气密度远小于液体密度，故可认为测压连接管中空气内部各处压强近似相等。 即 p2=p2'≈p3=p3'

故有 p2=p2'=p3=p3'=p4+ρigR3

因为 z2-z1+z4-z3=R2+R3=h+z4-z1 ?z4-z1=R2+R3-h

所以 PA-PB=ρigR2+R3-ρgz4-z1=ρi -ρgR2+R3+ρgh= 13.6-1×9.81×0.65+1×9.81×0.31=83.68kPa

此测量值的相对误差为 83.68-80.3480.34×100%=4.16%

7.解：（1）在A —A ’，B —B ’ 两截面间列伯努利方程，得

∑+

+

+

=++

+

f

h

u p gz W u p gz 2

2

2

22

22

11

1ρ

ρ

其中W =0，1z =2z ，∑

f

h =2.2J/kg

化简为 2

.2)(2

12

12

22

1+-=-u u p p ρ

由题目知：输水量

16

.1=v q m 3/h 4

1022.3?= m 3/s

03

.102

.0785.010

22.34

2

4

2

1

1=??=

=

-d q u v

π

m/s

27

.0039

.0785.010

22.34

2

4

2

2

2=??=

=

-d q u v

π

m/s

查表得20℃水的密度为998.2kg/m 3

所以

706

.12.2)03.127

.0(2

12.2)(2

12

2

2

12

22

1=+-=

+-=-u u p p ρ

J/kg

3

2110

703.1706.12.998?=?=-p p Pa

（2）若实际操作中水为反向流动，同样在''B B A A --，两截面间列伯努利方程，得

∑+

+

+

=++

+

f

h

u p gz W u p gz 2

2

2

11

12

22

2ρ

ρ

其中W =0，1z =2z ，∑

f

h =2.2 J/kg

化简为

2

.2)(2

12

22

11

2+-=-u u p p ρ

由于流量没有变，所以两管内的速度没有变，将已知数据带入上式，得

3

221210

689.22.2)27.003.1(212.998?=??????+-??=-p p Pa

8.解： 查表1-3 ，选取水在管路中的流速为u=1.5 ms ，则求管径 d=qvπ4u=2536000.785×1.5=76.8 mm

查附录 13 进行管子规格圆整，最后选取管外径为83 mm ，壁厚为3.5mm ，即合适的管径为Φ83mm×3.5mm 。 9.解： （1） 管内流体的质量流量 qm=ρqv=π4d2ρu 有上式得出质量流速为 ρu=qmπ4d2

雷诺数 Re=duρμ=d×qmπ4d2μ=0.2×120036000.785×0.222×10-5=1.06×105>2000

所以该气体在管内的流动类型为湍流。

（2）层流输送最大速度时，其雷诺数为2000，于是质量流速可通过下式计算：

ρu=Re μd=2000×2×10-50.2=0.2 kg(m2?s)

所以层流输送时的最大质量流量 qm=π4d2ρu=0.785×0.22×0.2×3600=22.608kgh

10.解： （1）根据题意得：u=20y-200y2 ，将上式配方得 u=20y-200y2=-200y-0.052+0.5

所以当y=0.05m 时管内油品的流速最大，umax=0.5ms （2）由牛顿粘性定律得 τ=-μdudy

其中 dudy=20-400y

代入上式得管道内剪应力的分布式 τ=-μdudy=-μ20-400y=-60×103（20-400y ）

所以管壁处的剪应力 τs=-60×10320-400×0=-1.2 Nm2 （负号表示与流动方向相反）

11.解：（1）

∏=

?=

A d e 44润湿周边

管道截面积

根据题意可算出：2330tan 40==?

AE mm ，462==AE AD mm 8623240=?+=AB mm

通道截面积

3

6

10

52.210

40)4086(2

1)(2

1--?=??+=

?+=

DE CD AB A m 2

润湿周边2182=++?=∏AB CD AD mm = 0.218m 046

.0218

.010

52.243

=??=

-e d m

（2）

v

q =40 m 3/h=0.011 m 3/s

62

.6046

.0785.0011.04

2

2

=?=

=

e

v

d q u π

m/s

4000

10

04.310

12

.99862.6046.0Re 5

3

>?=???=

=

-μ

ρ

u d e

故该流型为湍流。

12.解： 如课本图1-17，流体在内外管的半径分别为r1和r2的同心套管环隙间沿轴向做定态流动，在环隙内取半径为r ，长度为L ，厚度为d r 的薄壁圆管形微元体，运动方向上作用于该微元体的压力为 P1=2πr drp1 ，P2=-2πr drp2

作用于环形微元体内外表面的内摩擦力分别为 F1=2πrLτr=2πL （rτ）r ，F2=-2πr+drLτr+dr=-2πL （rτ）r+dr

因微元体作匀速直线运动，根据牛顿第二定律，作用于微元体上的合力等于零，即

2πr drp1-2πr drp2+2πLrτr -2πLrτr+dr=0 简化后可得

p1-p2L=1r?（rτ）r+dr-（rτ）rdr=1r×d （rτ）dr 在层流条件下， τ=-μdudy 带入上式可得 ddrrdudr=-ΔpμL r 上式积分得 rdudr=-Δp2μL r2+C1 u=-Δp4μL r2+C1lnr+C2

利用管壁处的边界条件 r=r1 时，ur=0；r=r2 时，ur=0 可得 C1=Δp4μLr22-r12lnr2r1 ；C2=-Δp4μL -r12+r22-r12lnr2r1lnr1 所以同心套管环隙间径向上的速度分布为 u=Δp4μL （r12-r2）+r22-r12lnr2r1lnrr1

13.解： 取桶内液面为1—1’截面，桶侧面开孔处的截面为2—2’截面，开孔处离桶底距离

为h ，从1—1’截面至2—2’截面列机械能守恒方程式，得

∑+

+

+

=+

+

f

h

u p gz u p gz 2

2

2

22

22

11

1ρ

ρ

以2—2’截面为基准面，则z1=H-h ，z0=0，1p =2p =0表压，u1=0，∑hf=0 gH-h+0+0=0+0+u222

化解得 u2=2gH-h 假设液体的水平射程为X ，则 h=12gt2

X=u2t=2gH-h×2hg=2-h2+hH=2-h-H22+H24 所以当h= H2 时，射程最远， Xmax=H 。

14.解： （1）对1—1’至2—2’截面间列伯努利方程，可得 gz1+p1ρ+u122=gz2+p2ρ+u222

取1—1’截面为位能基准面，由题意得z1=0，z2=-3 m ，zB=h=1m ；p1=p2=pa ；u1=0，u2=uB 。所以

u2=2g(z1-z2)=2×9.81×3=7.67m/s

对1—1’至B —B ’截面间列伯努利方程，可得 gz1+p1ρ+u122=gzB+PBρ+uB22 所以

PB=Pa-ρgh -u222=1.01×105-103×9.81×1-103×7.6722=62.1 kPa

（2）虹吸管延长后，?z 增加使虹吸管出口流速u 增加，从而引起pB 降低；当pB 降至与该温度水的饱和蒸汽压相等(pB=pv)时，管内水发生气化现象。由于此时uB'=uD ，故对1—1’至B —B ’截面间列伯努利方程，可得 gz1+paρ+u122=gzB+pvρ+uD22 所以

uD=2Pa-Pvρ-gh=21.01×105-1.992×104103-9.81×1=11.9 m/s

对1—1’至3—3’截面间列伯努利方程，可得 gz1+Paρ+u122=gzmax+Paρ+uD22 所以

zmax=z1-uD22=0-11.922×9.81=-7.22 m （负号表示在1—1’截面位置下方）

15．解：如图所示在'22'11--和截面间列伯努利方程式，以A 点所在水平面为基准面，

则：

∑+

+

+

=+

+

f

H

g

u g

p z g

u g

p z 222

2

2

22

1

1

1ρρ

其中

1=z ，

1

2=z m ，

1

1=u m/s

由题目已知可得 4

21)(

2

2

2

112=?==d d u u m/s

根据流体静力学方程：

52

.32.0)11000

13600(

1)1(

)(0122

1=?-+=-+-=-h z z g

p p ρ

ρρm

所以

76

.181

.924

152.312)(2

2

2

2

12

121=?-+

+-=-+

-+

-=∑g

u u g

p p z z H

f

ρm

16. 解：已知螺钉的直径d =14mm ， 由题意，取容器液面为1-1截面，侧壁孔中心截面为

2-2截面。

根据流体静力学基本方程，可得：

1

2

12

p p gz gz ρ

ρ

+=

+

211212()()

a p p g z z p g z z ρρ∴=

+-=+-

作用在孔盖外侧的是大气压强p a ，故孔盖内外两侧所受压差为： 3

212()11209.81(100.65)10

102.73a p p p g z z kPa

ρ-?=-=-=??-?=

此时作用在孔盖上的静压力为：

22

102.730.7850.739.524

F p d kN

π

=??

=??=

由于单个螺钉能承受的力为

3

2

30100.014 4.614

f kN

π=??

?=

要想将孔盖紧固，则作用在孔盖上的静压力不能超过螺钉的工作应力，即：

nf F

≥

因此，所求螺钉的数量为：

39.52

8.579()

4.61F n f

==

=≈个

17.解：（1）取高位槽水面为上游截面'11-，管路出口内侧为下游截面'22-，在两截面之间列伯努利方程：

∑+

+

+

=+

+

f

h

u p gz u p gz 2

2

2

22

22

11

1ρ

ρ

以地面为基准面，则 81=z m ，22=z m ，01=u ，1p =2p =0p

，2

288.5u h f =∑

化简得

2

2

2

22188.52

)(u u g z z +=

-

04

.338

.681.9638

.6)(212=?=

-=

g z z u m/s

32

.48360004.3075.0785.036004

2

22=???=?=

u d q v π

m 3/h

（2） 在截面'11-与截面'A A -间列伯努利方程：

∑-+

+

+

=++

)

1(2

2

11

12

2

A f A A

A

h

u p gz

u p gz ρ

ρ

其中 h z z A =-1，01=u

于是上式可化简为

)

2

(

)

1(2

1

∑-+

-=-A f A A h

u hg p p ρ

阀门从全开到关闭的过程中，A u 逐渐减小（∑hf1→A 也随之减小），由上式可以看出，左边的值不断增大，而1p 不变，所以截面'A A -位置处的压力是不断增大的。 18.解： 根据题意，该烟囱正常排烟的基本条件要求烟囱出口压强 p2应不超过外界气压pa 。若以大气压为计算基准，则有 p1=-ρigR=-103×9.81×0.022=-216 Pa p2=-ρagH=-1.23×9.81H=-12.07H

烟气在烟囱中的流速为 u=qvπ4d2=18.80.785×1.42=12.2 m/s 所以

∑Hf1→2=∑λld+ξu22g=0.032×H1.4×12.222×9.81=0.173H

对1—1’至2—2’截面间列机械能守恒式，可得 z1+P1ρg+u122g=z2+P2ρg+u222g+∑Hf1→2

取1—1’截面为位能基准面z1=0，z2=H ，u1=u2。即 -2160.69×9.81=H-12.07H0.69×9.81+0.173H 解得正常排烟时该烟囱的高度为 H=52.3 m

19.解：（1）根据流量公式

u

d q v 2

4

π

=

得

05

.115

.0785.0)

3600900(600004

2

2

=??=

=

d

q u v

π

m/s

2000

5.78718

.0900

05.115.0Re <=??=

=

μ

ρ

du

所以管内原油的流动类型为层流。

（2）在管路入口截面与出口截面之间列伯努利方程，得

∑+

+

+

=+

+

f

h

u p gz u p gz 2

2

2

22

22

11

1ρ

ρ

其中 21z z =，21u u =，于是上式化简为

∑=

-f

h

p p ρ

2

1 管内原油流动类型为层流，所以摩擦系数

081

.05

.78764Re

64==

=

λ

5

.1488372

05.115

.0105081.02

2

5

2

=?

??

==∑u

d l h

f

λ

J/kg

95

.1335.14883790021=?==-∑f h p p ρMPa

中途需要加压站的数量

8

4.7189

5.133≈==n

所以为完成上述输送任务，中途需要8个加压站。

20.解： （1）由题意：l=5 m ，d=0.018 m ，ρ=1180 kgm3，μ=2.26×10-3 Pa?s ，qm =2.5×103kgh ，故管内流速

u=qm π4d2ρ=2.5×10336000.785×0.0182×1180=2.31ms Re=duρμ=0.018×2.31×11802.26×10-3=2.17×104>4000（湍流） 光滑管 λ 计算根据布拉修斯公式

λ=0.3164Re0.25=0.31642.17×1040.25=0.0261

对1—1’至2—2’截面间列机械能守恒式，可得 z1+p1ρg+u122g=z2+p2ρg+u222g+∑Hf1→2

取2—2’截面为基准面，则 p1=p2= pa ，u1=0，z1=h ，z2=0；阻力损失为 ∑Hf1→2=λld+∑ξu22g

其中局部阻力系数包括管入口的突然缩小（ξ=0.5）与回弯头（ξ=1.5）。 所以

h=u222g+∑Hf1→2=1+0.0261×50.018+0.5+1.5×2.3122×9.81=2.79 m

（2）假设虹吸管最高处的截面为A —A ’， 对2—2’至A —A ’截面间列机械能守恒式，可得 zA+pAρg+uA22g=z2+p2ρg+u222g+∑HfA→2

取2—2’截面为基准面，则 zA=h+0.5=2.79+0.5=3.29，z2=0，u1=u2=2.31ms ，p2=101325 Pa ；阻力损失为 ∑HfA→2=λldu22g

pA=ρgz2-zA+p2+ρg?∑HfA→2 即：pA=ρgz2-zA+p2+ρλldu22 将数值代入上式，解得

pA=1180×9.81×0-3.29+101325+1180×0.0261×3.290.018×2.3122=78260 Pa=78.26 kPa 21.解：在储槽水面和管路出口截面之间列伯努利方程，可得

∑+

+

+

=++

+

f

h

u p gz W u p gz 2

2

2

22

22

11

1ρ

ρ

以储槽水面为基准面，则

1=z ，

25

2=z m ，

1=u ，

1p p =，

630

2=p kPa

化简为

∑+

+

-+

=f

h

u p p gz W 2

2

21

22ρ

(1)

24

.5045

.0785.03600304

2

2

2=?=

=

d

q u v

π

m/s

查表：20℃乙醇的密度为789 kg/m 3，黏度为3

10

15.1-?Pa·s ，

雷诺数

5

3

10

62.110

15.1789

24.5045.0Re ?=???=

=

-μ

ρ

du

取管壁粗糙度3.0=εmm

根据007.0453.0==d ε和Re 查图得034.0=λ

查表得：90°标准弯头75.01=ζ，全开的50mm 底阀102=ζ，半开的标准截止阀5

.93=ζ

所以

2

24.5)5.91075.02045

.030034.0(2

)(2

2

2?

++?+?

=?

+

=∑∑u d l h

f

ζλ

5.599=J/kg

将数据代入（1）式中，得所需外加功为：

9

.15285.5992

24.5789

10

1011063081.9252

3

3

=++

?-?+?=W J/kg

22.解： 据题意得进料处塔的压力pa=0.35 at=0.35×101.325=35.46 kPa

管内液体流速 u=4.83600π4×0.042=1.06 ms

Re=duρμ=0.04×1.06×8901.2×10-3=3.15×104

取管壁绝对粗糙度E=0.3mm ，相对粗糙度?d=0.340=0.0075 。查图1-22 的无缝钢管的摩察系数λ=0.038。查表 1-2，全开截止阀的阻力系数ξ=6。 ∑Hf=λld+∑ξu22g=0.038×120.04+6+0.5×1.0622×9.81=1.025

选取高位槽液面为1—1’截面，料液的入塔口为2—2’截面，在两截面间列伯努利方程为

z1+P1ρg+u122g=z2+P2ρg+u222g+∑Hf

以料液的入塔口中心的水平面0—0’为基准面，则有 z1=h ，z2=0。若以大气压为基准，有p1=0表压，p2=35.46 kPa 表压。u1≈0 所以高位槽高出塔的进料口为

h=p2-p1ρg+u22g+∑Hf=35.46×103-0890×9.81+1.0622×9.81+1.025=5.14 m 23.解：（1） 在'00-截面与'22-截面间列伯努利方程，得

∑+

+

+

=++

f

h

u

p gz u p gz 2

2

2

2

22

00

0ρ

ρ

（1）

以'00-截面为基准面，则 0p =0（表压），6.432-=p kPa （表压），0

0=z ，

32=z m ，00=u

2

2

2

655.82

)1275.0043

.07028.0(2

)(u

u

u

d

l h

f

=?

++?

=?

+

=∑∑ζλ

于是（1）式化简为

655.82

2

2

2

2=++

+

u

u

p gz ρ

即

655.82

1000

10

6.4381.932

2

3

=++

?-+?u u

解得 244.1=u m/s 5

.63600244.1043.0785.036004

2

2=???=?=

u d q v π

m 3

/h

（2）

5

5

0110

21.1281.9100010

01.1?=??+?=+=gh p p ρPa

24.解：（1）根据流体静力学基本方程，设槽底部管道到槽面的高度为x ，则 ρ水gh+x=ρ水银gR

x=ρ水银gRρ水g-h=13.6×103×0.5103-1.8=5 m

在槽面处和C 截面处列伯努利方程，得 gz+pρ+u22=gzC+pCρ+uC22+∑hf

其中 ∑hf=λl+led+ξ?uB22=0.018×500.1+15+0.5?uB22=4.885 uB2

以C 截面为基准面，则有 zC=0，z=x ，p=0表压，pC=0表压，u≈0 。即：

gx+0+0=0+0+uC22+4.885uC2 ? uC=gx5.385=9.81×55.385=3.02 ms 所以阀门全开时流量

qv=u ?π4d2=3.02×0.785×0.12×3600=85.3 m3h （2）对B 至C 截面间列伯努利方程，可得 gzB+pBρ+uB22=gzC+pCρ+uC22+∑hf

由于zB=zC=0，pC=0表压，uB=uC=u ， 其中

∑hf=λl+led?uC22=0.018×200.1+15?uC2 2=1.935uC2 所以阀门全开时B 位置的表压为 PB=1.935ρuC2=1.935×103×3.022=17.65 kPa

25.解： (1) 换热器壳程内径 4.0=D m ，内管外径 019.0=d m ，则可求得换热器壳程的当量直径

d e =0262

.0019

.01744.0019.01744.0)

()

(4442

22

2

=?+?-=

+-?=

∏

nd D nd D

A

ππ

m

则壳程热水流速

32

.20262

.0785.036005.44

2

2

=?=

=

e

v

d q u π

m/s

雷诺数R e

4000

10

66.110

55.3972

32.20262.05

4

>?=???=

=-μ

ρ

u d e

所以壳层环隙内水的流型为湍流。 （2） 根据题意，摩擦系数

[]

0359

.0)0085.02lg(274.11

)2lg(274.11

2

2

=?-=

??

????

-=d ελ

故水通过换热器壳程的压降为

5

.212

32.20262

.060359.09722

2

2

=?

?

?==?u

d l p

e

f ρλ

kPa

26.解： （1）设某时刻t 水槽的液面降至h ，管内流速为 u ，则有

-π4D2dhdt=π4d2u

对1—1’至2—2’截面间列机械能守恒式，可得 gz1+p1ρ+u122=gz2+p2ρ+u222+∑hf1→2

输水最初若以2—2’截面为基准面 ，则 z2=0 ，z1=h ， p1=p2= pa ，u1≈0，u2=u ，∑hf1→2=35.5u2。

故有

gh=u222+∑hf1→2 ? 9.81h=36u2 所以

u=9.8136h=0.522h

因此初始水流量为

qv0=π4d2u0=0.785×0.044×0.5229×3600=8.57 m3h

（2）将u=0.522h 带入质量守恒式，得 -π4×42 dhdt=π4×0.0442×0.522h 整理得 dt=-15832dhh 代入积分上下限得 03×3600dt=-158329hdhh

即

3×3600=-15832×2（h-9）

解得，输水3h 后水槽下降后的高度为 h=7.07 m 。

27.解： （1） 并联管路中不可压缩流体的定态流动中，各支路流量满足以下公式

3

35

3

2

25

2

1

15

1

321:

:

::l d l d l d q q q v v v λλλ=

本题中各支管的摩擦系数相等，则：

3

18:8:11

3

:

2

2

:

4

1

::5

5

5

321==

v v v q q q

（2） 三支管的阻力损失比为

)

231

(:)2

2

2(

:)2

1

4(

2

:2

:2

::2

3

2

22

1

2

33

2

22

22

2

1

111

321u u u u u d l u d l h h h f f f ??

?

==λλλ

简化得 hf1:hf2:hf3

2

3

2

22

13

1:

:4u u u =

由2

4

d

q u v

π

=

，已知

3

18:8:1::321=v v v q q q ，

9

:4:1::2

32221=d d d

解得 3

2:2:1::321=u u u

于是

1

:1:1::321=f f f h h h ，即并联时各支管的阻力损失相等。

28.解： 由题意，L1和L2系一组并联管路，后与L3串联。根据并联管路的流量分配方程，有

qv1qv2=d15λ1L1:d25λ2L2=1

所以 qv=qv3=2qv1

故

u=u3=2（d1d3）3u1=2×(5060)2 u1=1.39 u1 并联管路 ∑hf 并=hf1=hf2 串联管路 ∑hf 串=hf1+hf3 因此总阻力

∑hf1→2=hf1+hf3=λ1L1d1u12+λ3L3d3u32

油品输送先假设管内为层流，则 λ=64Re 。直接应用Hagen-Poiseuill e 方程可得 hf1=32μL1u1ρd12=32×0.08×80×u1.39850×0.052=69.4u hf3=32μL3u3ρd32=32×0.08×100×u850×0.062=83.7u 对A —A'至B —B'截面间列伯努利方程，可得 gzA+pAρ+uA22=gzB+pBρ+uB22+∑hfA→B

取B —B ’截面为位能基准面，则 pA=pB= pa ， uA=uB=0，zB=0 ，zA=H= 5 m 。 ∑hfA→B=69.4+83.7u=gH ?u=9.81×569.4+83.7=0.320 ms 故所求重油流量为

qv=π4d32u=0.785×0.062×0.320=9.04×10-4 ms=3.26 m3h

校验

Re=d3uρμ=0.06×0.32×8500.08=204<2000 层流

与原假设一致，故计算结果有效。

29.解：（1）在'00-截面至'11-截面列伯努利方程，可得：

∑-+

+

+

=++

)

10(2

11

12

00

02

2

f h

u p gz u p gz ρ

ρ

以'22-截面为基准面，则 200=z m ，101=z m ，10p p =，0

0=u ，

197

.003

.0785.036005.04

2

2

1

1=?=

=

d

q u v π

m/s

上式可化简为

∑-+

=

-)

10(2

1102

)(f h

u g z z

于是

08

.982

197.081.9)1020(2

)

10(=-

?-=∑-f h

J/kg

而

22

2

1

112

)

10(u d

l l u d

l l h

e N e MN

f +++=∑-λ

λ

2

197.003

.01216025.02

03

.01170025.02

2

?

+?

+?

+?

=u

453.075.332

+=u

所以 08.98453.075.332

=+u ，解得 70.1=u m/s

32

.4360070.103.0785.036004

2

2=???=?=

u d q v πm 3/h ，

82

.35.032.412=-=-=v v v q q q m 3/h

（2） 若将阀门k 1全开，假设支管1中无水流出，即假设支管1流量为零。在'00-截面至'22-截面列伯努利方程，可得：

∑-+

+

+

=+

+

)

20(2

22

22

00

02

2

f h

u p gz u p gz ρ

ρ

以'22-截面为基准面，则 200=z m ，02=z ，20p p =，00=u ，

原式可化简为

∑-+

=

)

20(2

22

20f h

u g

而

22

2

2

222

2

)

20(u d

l l u d

l l h

e N e MN

f +++=∑-λ

λ

203

.0105025.02

03

.01170025.02

2

2

2u u ?

+?+?

+?

=

2

2

40u =

所以

2

2

2

2402

20u u g +=

，解得 20.22=u m/s

则此时管路MN 的速度为2.20m/s

校核：在'00-截面至'N N -截面之间列伯努利方程

∑-+

+

+

=+

+

)

0(2

2

022N f N

N

N H

g

u g

p z g

u g

p z ρρ 其中

20

0=z m ，

=N z ，

0=p (表压)，

0=u ，

20

.2=N u m/s

上式化简为 ∑∑---

=-

-

-=)

0()

0(2

075.192)(N f N f N

N N

H

H

g

u z z g

p ρ

而

65

.1681

.9220

.203

.01170025.022

2

)

0(=??

+?

=+=∑-g

u d

l l H

N

e MN N

f λ

m

于是 1

.365.1675.19=-=g

p N

ρm <10m

故支管1中无水流过，与假设相符合，因此原计算有效。 30.解： 查表得20 ℃ 时空气的粘度为 μ=1.81×10-5Pa?s

20 ℃ 时空气的密度

ρ=2922.4×273273+20×122101.325=1.452kgm3 假设 Re=2.53×105

当A0A1=50100=0.5 时，查孔板流量计的C0与Re ，A0A1的关系得到 C0=0.695

则体积流量为 qv=C0A02Rgρ'-ρρ

qv=0.695×π4×0.052×2×0.18×9.81×13.6×103-1.4521.452=0.248m3s 流速

u=qvA=0.248π4×0.12=31.6 ms 核算雷诺准数

Re=duρμ=0.1×31.6×1.4521.81×10-5=2.53×105 与假设基本相符，所以空气的质量流量 qm=qv×ρ=0.248×1.452=0.360kgs

31.解：（1）根据孔板流量计流量计算公式

ρ

ρρ)

(20

0-=i v gR A C q

其中 63

.00=C ，

4

2

2

0010

11.20164

.0785.04

-?=?==

d A πm 2

13600

=i ρkg/m 3，870=ρkg/m 3，6.0=R m

代入已知数据解得

3

4

10

74.1870

)

87013600(6.081.9210

11.263.0--?=-????

??=v q m 3

/s

04

.2033

.0785.010

74.14

2

3

2

=??=

=

-d

q u v

π

m/s

（2） 流体流经AB 段所产生的压差是由阻力损失和孔板的永久压降造成的，所以

4

2

10

62

)(?+?

?=?+=-∑u

d

l p h p p f B A λ

ρρ

4

2

10

62

04.2)033

.030022.0(870?+?

?

?=

4

1062.9?=Pa

即流经AB 段所产生的压差为96.2 kPa

32.解：（1）转子出厂标定条件下空气的密度为

ρ1=pMRT=101.3×103×0.0298.31×（273+20）=1.21 kgm3

操作条件下氨气的密度

ρ2=pMRT=（101.3+60）×103×0.0178.31×（273+50）=1.02 kgm3

由于气体密度远小于被测液体密度或转子密度，根据流量换算公式，有

qv2qv1=ρ1(ρf-ρ2)ρ2(ρf-ρ1)≈ρ1ρ2=1.211.02=1.08

即：同一刻度下，氨气的流量应是空气流量的1.08倍。故此时转子流量计的最大量程为65.0 m3h 。

（2）液体测量是以常态清水（ρ0=1000 kgm3）为标定介质的，当用于测量丙酮时，根据转子流量计的流量换算公式，得

qv3qv0=ρ0(ρf-ρ3)ρ3(ρf-ρ0)=103×（7900-790）790×（7900-1000）=1.14

即：同一刻度下，丙酮的流量应是清水流量的1.14倍。故此时该转子流量计测量丙酮时的流量范围为456~2280 m3h 。

化工原理课后习题答案上下册(钟理版)

下册第一章蒸馏 解： 总压 P=75mmHg=10kp 。 由拉乌尔定律得出 0 A p x A ＋0 B p x B =P 所以 x A = 000B A B p p p p --；y A =p p A 00 00B A B p p p p --。 因此所求得的t-x-y 数据如下： t, ℃ x y 113.7 1 1 114.6 0.837 0.871 115.4 0.692 0.748 117.0 0.440 0.509 117.8 0.321 0.385 118.6 0.201 0.249 119.4 0.095 0.122 120.0 0 0. 2. 承接第一题，利用各组数据计算 （1）在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度i α,取各i α的算术平均值为α，算出α对i α的最大相对误差。 （2）以平均α作为常数代入平衡方程式算出各点的“y-x ”关系,算出由此法得出的各组y i 值的最大相对误差。 解： （1）对理想物系，有 α＝00B A p p 。所以可得出

t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 i α 1.299 1.310 1.317 1.316 1.322 1.323 1.324 1.325 1.326 算术平均值α= 9 ∑i α=1.318。α对i α的最大相对误差＝ %6.0%100)(max =?-α ααi 。 （2）由x x x x y 318.01318.1)1(1+=-+= αα得出如下数据： t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 x 1 0.837 0.692 0.558 0.440 0.321 0.201 0.095 0 y 1 0.871 0.748 0.625 0.509 0.384 0.249 0.122 0 各组y i 值的最大相对误差= =?i y y m ax )(0.3%。 3.已知乙苯(A )与苯乙烯(B )的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算: 95.5947 .32790195.16ln 0 -- =T p A 72 .6357.33280195.16ln 0 --=T p B 式中 0 p 的单位是mmHg,T 的单位是K 。 问:总压为60mmHg(绝压)时，A 与B 的沸点各为多少?在上述总压和65℃时,该物系可视为理想物系。此物系的平衡气、液相浓度各为多少摩尔分率？ 解： 由题意知 T A ==-- 0195.1660ln 47 .327995.59334.95K ＝61.8℃ T B ==--0195 .1660ln 57 .332872.63342.84K=69.69℃ 65℃时，算得0 A p ＝68.81mmHg ；0 B p =48.93 mmHg 。由0 A p x A ＋0 B p （1－x A ）=60得 x A ＝0.56， x B =0.44; y A =0 A p x A /60=0.64; y B =1-0.64=0.36。 4 无

化工原理(流体输送机械练习题)

第2章流体输送机械 学习目的与要求 1、掌握离心泵的工作原理、结构及主要性能参数。 2、掌握离心泵特性曲线、管路特性曲线、工作点。 3、理解汽蚀现象成因，掌握离心泵最大安装高度计算。 4、了解往复泵和旋转泵结构。 5、了解风机结构和工作原理。 6、了解真空泵、真空技术及相关知识。 综合练习 一. 填空题 1．离心泵的主要部件有_________、_________和_________。 2．离心泵的泵壳制成螺壳状，其作用是_________。 3．离心泵特性曲线包括_________、_________和_________三条曲线。 4．离心泵特性曲线是在一定_________下，用常温_________为介质，通过实验测定得到的。 5．离心泵启动前需要向泵充满被输送的液体，否则将可能发生_________现象。．6．离心泵的安装高度超过允许吸上高度时，将可能发生_________现象。 7．离心泵的扬程是指_________，它的单位是_________。 8．若离心泵人口处真空表读数为 kPa，当地大气压强为 kPa，则输送42℃水（饱和蒸气压为 kPa）时，则泵内_________发生气蚀现象。 9．离心泵安装在一定管路上，其工作点是指_________。 10．若被输送液体的粘度增高，则离心泵的压头_________、流量_________、效

率_________、轴功率_________。 答案：1. 叶轮泵壳轴封装置 2. 转能，即使部分动能转化为静压能、N-Q、η-Q 4．转速水 5. 气缚 6. 气蚀 7. 泵对单位重量流体提供的有效能量 m 8. 会 9. 泵的特性曲线与管路曲线交点 10. 减小减小下降增大 二、选择题 1．离心泵的扬程是指（）。 A．实际的升扬高度 B．泵的吸上高度 C．单位重量液体通过泵的能量 D．液体出泵和进泵的压强差换算成的液柱高 2．离心泵的轴功率是（）。 A．在流量为零时最大 B．在压头最大时最大 C．在流量为零时最小 D．在工作点处最小 3．离心泵的效率η和流量Q的关系为（）。 A．Q增大，η增大 B． Q增大，η先增大后减小 C．Q增大，η减小 D． Q增大，η先减小后增大 4．离心泵的轴功率N和流量Q关系为（）。 A．Q增大，N增大 B． Q增大，N先增大后减小 C．Q增大，N减小． D．Q增大，N先减小后增大 5．离心泵气蚀余量△h与流量Q关系为（）。 A． Q增大, △h增大 B． Q增大, △h减小 c． Q增大, △h不变 D．Q增大, △h先增大后减小 6．离心泵在一定管路系统下工作，压头与被输送液体密度无关的条件是（）。 A．z 2-z 1 =0 B．Σh f =0 C． 2 2 2 1 2 2= - u u D．P 2 – P 1 =0 7．离心泵停止操作时，宜（）。 A．先关出口阀后停电 B．先停电后关出口阀

化工原理流体流动

化工原理绪论、流体流动、流体输送机械 、填空题 一个生产工艺是由若干个 各单元操作的操作原理及设备计算都是以 四个概念为依据的。 常见的单位制有 一个过程在一定条件下能否进行，以及进行到什么程度，只有通过 断。 单位时间过程的变化率称为 问答题 7. 什么是单元操作？主要包括哪些基本操作? 8. 提高过程速率的途径是什么？ 第一章流体流动 填空题 流体垂直作用于单位面积上的力，称为 两种。 当管中流体形成稳定流动时，管中必定充满流体，即流体必定是 因。另外，管壁粗糙度和管子的长度、直径均对流体阻力 流体在管道中的流动状态可分为 点运动方式上的区别是 判断液体处于同一水平面上的各点压强是否相等的依据是 流体若由低压头处流向高压头处时，所加入外加功的作用是 在测量流体的流量时，随流量的增加孔板流量计两侧的压差将 ________ ，若改用转 子流量计，随流量增加转子两侧压差值 ___________________ 。 选择题 构成的。 由于在计量各个物理量时采用了不同的 ，因而产生了不同的单位制。 来判 单位体积流体的质量称为 ，它与 互为倒数。 单位时间流经管道任一截面的流体量称为 ,其表示方法有 的。 产生流体阻力的根本原因是 ；而 是产生流体阻力的第二位原 .两种类型，二者在部质 10 . 液体的密度随温度的升高而

11 表压值是从压强表上读得的，它表示的是 D 大气压强 13 - 气体在等截面的管道中流动时，如质量流量不变则其质量流速 14 - 粘度愈大的流体其流动阻力 15 - 柏努利方程式既可说明流体流动时的基本规律也能说明流体静止时的基本规律, 响却越来越明显。 18 - 当液体部任一点的压强有变化时，将使液体部其它各点的压强 二' 判断题 19 - 气体的粘度随压力的升高而增大。 （） 20 - 层流层的厚度随流体湍动程度的增加而增加。 21 -流体在管路中作稳定流动时，任一截面处流体的流速、密度与截面积的乘积均相等。 22 ■当液体部某点压强一定时，则液体的密度越大，此点距液面的高度也越大。 23 -流体阻力的主要表现之一是静压强下降。 24 ■ 真空度为定值时，大气压强越大，则绝对压强越大。 A 增大 B 减小 C 不变 不一定 A 比大气压强高出的部分 B 设备的真实压力 比大气压强低的部分 12 ■ 流体的流动类型可以用 的大小来判定。 A 流速 B 雷诺准数 C 流量 摩擦系数 A 随温度大小变化 B 随压力大小变化 C 不变 D 随流速大小变化 A 愈大 B 愈小 C 二者无关系 D 不会变化 表明静止流体任一点流体的 是常数。 A 总能量 B 静压能与动压能的和 C 压强 静压 台匕 冃匕 16 -流体的流动状态是由多方面因素决定的, 增大，都使流体向 向移动， 增大，使流体向 方向移动。 A 湍流 B 滞流 C 过渡流 D 稳流 17 ■ 湍流流动的流体随 Re 值的增大，摩擦系数与 关系不大，而 的影 A 雷诺准数 B 粘度 C 管壁粗糙度 D 流体阻力 A 发生变化 B 发生同样大小的变化 C 不变化 D 发生不同情况的变

化工原理课后答案

3．在大气压力为101.3kPa 的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少？ 解：KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=0.8m,R=0.45m 。试计算容器中液面上方的表压。 解： kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378 .081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。 解: (1) 大管: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。 解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～

化工原理第1章流体流动习题及答案

一、单选题 1．单位体积流体所具有的（）称为流体的密度。 A A 质量； B 粘度； C 位能； D 动能。 2．单位体积流体所具有的质量称为流体的（）。 A A 密度； B 粘度； C 位能； D 动能。 3．层流与湍流的本质区别是（）。 D A 湍流流速＞层流流速； B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C 层流的雷诺数＜湍流的雷诺数； D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。4．气体是（）的流体。 B A 可移动； B 可压缩； C 可流动； D 可测量。 5．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的（）。 C A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 6．以绝对零压作起点计算的压力，称为（）。 A A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 7．当被测流体的（）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。D A 真空度； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 8．当被测流体的绝对压力（）外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 A A 大于； B 小于； C 等于； D 近似于。 9．（）上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值，称为表压力。 A A 压力表； B 真空表； C 高度表； D 速度表。

10．被测流体的（）小于外界大气压力时，所用测压仪表称为真空表。 D A 大气压； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 11. 流体在园管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心的 最大流速的关系为（）。B A. Um＝1/2Umax； B. Um＝； C. Um＝3/2Umax。 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A A. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关； B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关； C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。 13.层流底层越薄( )。 C A. 近壁面速度梯度越小； B. 流动阻力越小； C. 流动阻力越大； D. 流体湍动程度越小。 14.双液体U形差压计要求指示液的密度差( ) C A. 大； B. 中等； C. 小； D. 越大越好。 15.转子流量计的主要特点是( )。 C A. 恒截面、恒压差； B. 变截面、变压差； C. 恒流速、恒压差； D. 变流速、恒压差。 16.层流与湍流的本质区别是：( )。 D A. 湍流流速>层流流速； B. 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C. 层流的雷诺数<湍流的雷诺数； D. 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 17.圆直管内流动流体，湍流时雷诺准数是（）。B A. Re ≤ 2000； B. Re ≥ 4000； C. Re = 2000～4000。 18.某离心泵入口处真空表的读数为200mmHg ，当地大气压为101kPa, 则泵

化工原理课后习题解答

化工原理课后习题解答（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.） 第一章流体流动 1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。 解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到： 设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa =8.54×103 Pa 设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa 2．在本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。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ， 问至少需要几个螺钉？ 分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即 P油≤σ螺 解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762 150.307×103 N σ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×n P油≤σ螺得 n ≥ 6.23 取 n min= 7

至少需要7个螺钉 3．某流化床反应器上装有两个U 型管压差计，如本题附 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 连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3= 50 mm。试求A﹑B 两处的表压强。 分析：根据静力学基本原则，对于右边的Ｕ管压差计，a– a′为等压面，对于左边的压差计，b–b′为另一等压面，分 别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。 解：设空气的密度为ρg，其他数据如图所示 a–a′处 P A + ρg gh1 = ρ水gR3 + ρ水银ɡR2 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：P A = 1.0 ×103×9.81×0.05 + 13.6×103×9.81×0.05 = 7.16×103 Pa b-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1 P B = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103 =6.05×103Pa 4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测 定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两 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ｈ。 分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1′和4－4′为等压面，2－2′和3－3′为等压面，且1－1′和2－2′的压强相等。根据静力学基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Δh 在1－1′与2－2′截面之间

化工原理流体习题

化工原理流体习题

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1. 当地大气压为750mmＨｇ，测得一容器内的绝对压力为360mmＨg,则真空度 O。测得另一容器内的表压强为9８0mmHg,则其绝对压强为＿为＿_____＿__mH ２ Ｏ；２3０.66KPa __＿____KPa。 5.3ｍH 2 ２．液体在圆形管道中流动,如果只将流量增加一倍后仍为层流流动，则阻力 损失为原来的___＿＿__＿倍;如果保持流量不变只将管径增加一倍，则阻力损失为原来的____＿_____倍。２；１/４ 3.已知某油品在圆管中稳定流动,其雷诺数为16０0。测得此时管中心处的点 速度为１ｍ／s，则此管截面上的平均速度为_____＿m/s。１/２(或0.５m/s） ４. 水在内径一定的圆形管中稳定流动,若质量流量一定,当温度降低时,Re 值将__＿__＿__。减小 5. 如图所示，用离心泵将密封储槽中的20°C的水通过φ１００×2mm的管道送往敞口高位储槽。两储槽液面高度差为１6m，密封槽液面上真空表p1读数为500mｍHg(真空度),泵进口处真空表p2读数为290ｍmＨg(真空度)。泵排出管路上装有一个孔板流量计,其孔口直径为７0ｍｍ,流量系数为0.7，所接U型水银压差计读数Ｒ为170mm。已知全部管路能量损失为36J／kｇ，试求: （1）泵的输水量(m3/ｈ)。 （2）泵出口处压力表p3的指示值（KPａ）。（已知真空表与压力表相距０.2m） （3）包 括全部 局部阻 力的当 量长度 在内的 管路长 度。(已 知摩擦系数为0．01）

化工原理 流体流动

化工原理绪论、流体流动、流体输送机械 一、填空题 1．一个生产工艺是由若干个__________ 和___________构成的。 2．各单元操作的操作原理及设备计算都是以__________、___________、___________、和___________四个概念为依据的。 3．常见的单位制有____________、_____________和_______________。 4．由于在计量各个物理量时采用了不同的__________，因而产生了不同的单位制。 5．一个过程在一定条件下能否进行，以及进行到什么程度，只有通过__________来判断。 6．单位时间内过程的变化率称为___________。 二问答题 7．什么是单元操作？主要包括哪些基本操作？ 8．提高过程速率的途径是什么？ 9．第一章流体流动 一填空题 1．单位体积流体的质量称为________，它与________互为倒数。 2．流体垂直作用于单位面积上的力，称为____________。 3．单位时间内流经管道任一截面的流体量称为________，其表示方法有________和________两种。 4．当管中流体形成稳定流动时，管中必定充满流体，即流体必定是_________的。 5．产生流体阻力的根本原因是________；而___________是产生流体阻力的第二位原因。另外，管壁粗糙度和管子的长度、直径均对流体阻力_______________。 6．流体在管道中的流动状态可分为______ 和__________两种类型，二者在内部质点运动方式上的区别是_____________________________________。 7．判断液体内处于同一水平面上的各点压强是否相等的依据是_________、___________、________________。 8．流体若由低压头处流向高压头处时，所加入外加功的作用是______________________________。 9．在测量流体的流量时，随流量的增加孔板流量计两侧的压差将_______，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值________。 一、选择题 10．液体的密度随温度的升高而_________。

化工原理课后答案

3．在大气压力为的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少 解：KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=,R=。试计算容器中液面上方的表压。 解： kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378.081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。 解: (1) 大管: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。 解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～

化工原理课后习题答案详解第四章.doc

第四章多组分系统热力学 4.1有溶剂A与溶质B形成一定组成的溶液。此溶液中B的浓度为c B，质量摩尔浓度为b B，此溶液的密度为。以M A，M B分别代表溶剂和溶质的摩尔质量，若溶液的组成用B的摩尔分数x B表示时，试导出x B与c B，x B与b B之间的关系。 解：根据各组成表示的定义 4.2D-果糖溶于水（A）中形成的某溶液，质量分数，此溶液在20 C时的密度。求：此溶液中D-果糖的（1）摩尔分数；（2）浓度；（3）质量摩尔浓度。 解：质量分数的定义为

4.3在25 C，1 kg水（A）中溶有醋酸（B），当醋酸的质量摩尔浓度b B介于 和之间时，溶液的总体积 。求： （1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩尔体积分别表示成b B的函数关系。（2）时水和醋酸的偏摩尔体积。 解：根据定义

当时 4.460 ?C时甲醇的饱和蒸气压是84.4 kPa，乙醇的饱和蒸气压是47.0 kPa。二者可形成理想液态混合物。若混合物的组成为二者的质量分数各50 %，求60 ?C 时此混合物的平衡蒸气组成，以摩尔分数表示。 解：质量分数与摩尔分数的关系为 求得甲醇的摩尔分数为

根据Raoult定律 4.580 ?C是纯苯的蒸气压为100 kPa，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa。两液体可形成理想液态混合物。若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80 ?C时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。 解：根据Raoult定律 4.6在18 ?C，气体压力101.352 kPa下，1 dm3的水中能溶解O2 0.045 g，能溶解N2 0.02 g。现将 1 dm3被202.65 kPa空气所饱和了的水溶液加热至沸腾，赶出所溶解的O2和N2，并干燥之，求此干燥气体在101.325 kPa，18 ?C下的体积及其组成。设空气为理想气体混合物。其组成体积分数为：，

化工原理流体力学习题及答案

一、单选题1．层流与湍流的本质区别是（）。 D A 湍流流速＞层流流速； B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C 层流的雷诺数＜湍流的雷诺数； D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 2．以绝对零压作起点计算的压力，称为（）。 A A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 3．当被测流体的（）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 D A 真空度；B 表压力；C 相对压力；D 绝对压力。 4．当被测流体的绝对压力（）外界大气压力时，所用的测压仪表称为真空表。 B A 大于； B 小于； C 等于； D 近似于。 5. 流体在园管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心的最大流速 的关系为（）。 B A. Um＝1/2Umax； B. Um＝0.8Umax； C. Um＝3/2Umax。 6. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A A. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关； B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关；

C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。 7.层流底层越薄( )。 C A. 近壁面速度梯度越小； B. 流动阻力越小； C. 流动阻力越大； D. 流体湍动程度越小。 8.层流与湍流的本质区别是：( )。 D A. 湍流流速>层流流速； B. 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C. 层流的雷诺数<湍流的雷诺数； D. 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 9.在稳定流动系统中，水由粗管连续地流入细管，若粗管直径是细管的2倍，则细管流速是粗管的（）倍。 C A. 2； B. 8； C. 4。 10.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（）。 C A. 流动速度大于零； B. 管边不够光滑； C. 流体具有粘性。 11.水在园形直管中作滞流流动，流速不变，若管子直径增大一倍，则阻力损失为原来的（）。 A A. 1/4； B. 1/2； C. 2倍。 12．柏努利方程式中的项表示单位质量流体所具有的（）。 B A 位能； B 动能； C 静压能； D 有效功。

化工原理课后答案

第一章 3.答案：p= 30.04kPa =0.296atm=3.06mH2O 该压力为表压 常见错误：答成绝压 5.答案：图和推算过程略Δp=(ρHg - ρH2O) g (R1+R2)=228.4kPa 7.已知n=121 d=0.02m u=9 m/s T=313K p = 248.7 × 103 Pa M=29 g/mol 答案：(1) ρ = pM/RT = 2.77 kg/m3 q m =q vρ= n 0.785d2 u ρ =0.942 kg/s (2) q v = n 0.785d2 u = 0.343 m3/s (2) V0/V =(T0p)/(Tp0) = 2.14 q v0 =2.14 q v = 0.734 m3/s 常见错误： （1）n没有计入 （2）p0按照98.7 × 103 pa计算 8. 已知d1=0.05m d2=0.068m q v=3.33×10-3 m3/s （1）q m1= q m2 =q vρ =6.09 kg/s (2) u1= q v1/(0.785d12) =1.70 m/s u2 = q v2/(0.785d22) =0.92 m/s (3) G1 = q m1/(0.785d12) =3105 kg/m2?s G2 = q m2/(0.785d22) =1679 kg/m2?s 常见错误：直径d算错 9. 图略 q v= 0.0167 m3/s d1= 0.2m d2= 0.1m u1= 0.532m/s u2= 2.127m/s (1) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 7.02×103 Pa p A-p B=0.5gρH2O +(ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m (2) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 2.13×103 Pa p A-p B= (ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m 所以R没有变化 12. 图略 取高位储槽液面为1-1液面，管路出口为2-2截面，以出口为基准水平面 已知q v= 0.00139 m3/s u1= 0 m/s u2 = 1.626 m/s p1= 0(表压) p2= 9.807×103 Pa(表压) 在1-1面和2-2面之间立柏努利方程Δz = 4.37m 注意：答题时出口侧的选择： 为了便于统一，建议选择出口侧为2-2面，u2为管路中流体的流速，不为0，压力为出口容器的压力，不是管路内流体压力

化工原理上册课后习题及答案

第一章：流体流动 二、本章思考题 1-1 何谓理想流体？实际流体与理想流体有何区别？如何体现在伯努利方程上？ 1-2 何谓绝对压力、表压和真空度？表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压力、大气压力有什么关系？ 1-3 流体静力学方程式有几种表达形式？它们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何确定等压面？ 1-4 如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时，直管水平安装与垂直安装所得结果是否相同？ 1-5 如何判断管路系统中流体流动的方向？ 1-6何谓流体的层流流动与湍流流动？如何判断流体的流动是层流还是湍流？ 1-7 一定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水温升高时，Re 将如何变化？ 1-8 何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？ 1-9 何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？ 1-10摩擦系数λ与雷诺数Re 及相对粗糙度d / 的关联图分为4个区域。每个区域中，λ与哪些因素有关？哪个区域的流体摩擦损失f h 与流速u 的一次方成正比？哪个区域的 f h 与2 u 成正比？光 滑管流动时的摩擦损失 f h 与u 的几次方成正比？ 1-11管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响？何谓流体的光滑管流动？ 1-12 在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，需要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计算平均流速？ 三、本章例题 例1-1 如本题附图所示，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。已知贮槽直径D 为3m ，油品密度为900kg/m3。压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为h1。已测得当压差计上指示剂读数为R1时，贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离为H1。试计算当右侧支管内油面向下移动30mm 后，贮槽中排放出油品的质量。 解：本题只要求出压差计油面向下移动30mm 时，贮槽内油面相应下移的高度，即可求出 排放量。 首先应了解槽内液面下降后压差计中指示剂读数的变化情况，然后再寻求压差计中油面下移高度与槽内油面下移高度间的关系。 设压差计中油面下移h 高度，槽内油面相应 下移H 高度。不管槽内油面如何变化，压差计右侧支管中油品及整个管内水银体积没有变化。 故当 1-1附图

化工原理流体习题

１. 当地大气压为750ｍmHg,测得一容器内得绝对压力为360mmHg,则真空度为 O、测得另一容器内得表压强为98０mmHg,则其绝对压强为___＿＿＿_＿_ｍH ２ O;230、66KPa ________KPa。5、3mH ２ 2.液体在圆形管道中流动,如果只将流量增加一倍后仍为层流流动,则阻力 损失为原来得＿__＿____倍;如果保持流量不变只将管径增加一倍,则阻力损失为原来得_＿___＿＿__＿倍。2; 1／4 3。已知某油品在圆管中稳定流动,其雷诺数为1600。测得此时管中心处得点 速度为1m/s, 则此管截面上得平均速度为___＿＿_ｍ/s。１/2(或０。５m/s) 4.水在内径一定得圆形管中稳定流动,若质量流量一定,当温度降低时,Rｅ 值将_＿_＿_＿_＿。减小 5。如图所示,用离心泵将密封储槽中得20°C得水通过φ100×2mm得管道送往敞口高位储槽、两储槽液面高度差为16ｍ,密封槽液面上真空表p1读数为500ｍmHg(真空度),泵进口处真空表p2读数为290mmHｇ(真空度)、泵排出管路上装有一个孔板流量计,其孔口直径为70mm,流量系数为0。7,所接U型水银压差计读数R为170mm。已知全部管路能量损失为36Ｊ/ｋg,试求: （1）泵得输水量(m3/h)。 （2）泵出口处压力表p3得指示值(KPａ)。(已知真空表与压力表相距０.2m)（3）包括全部局部阻力得当量长度在内得管路长度。(已知摩擦系数为０、01) (1) (2) 选低槽 液面1 －１与 高液面4-４之间列伯努利方程:

O mH H g p Z Z H f 23311446.2681 .93681.9101066.6616)(41=+??+=+--=∑-ρ 选泵进出口为２-2与３-3截面列伯努利方程 (３) 1. 当地大气压强为750m ｍH ｇ,测得一容器内得绝对压强为３50m ｍH ｇ,则真 空度为 mmH ｇ。测得另一容器内得表压强为1３40 m ｍHg,则其绝压 为 mmHg 、 400; 209０ ２. 某水平直管输水量为,今改为输送得有机物,且、 设两种输液下,流体均在层流下流动,则管路两端压差为水得_＿___＿__倍。 ４ ３。层流底层越薄,则以下结论正确得就是 、C A 、近壁处速度梯度越小 B 、流动阻力越小 C 、流动阻力越大 Ｄ、流体湍动程度越小 ４。 如图所示,水流经一扩大管段ｄ1=40ｍm, d 2=80mm,已知d 1中水得流速为 2.4m ／s,倒U 形压差计中水位差R=150mm 。 试求:1)水流经两测压点间得阻力损失h f (Ｊ/ｋg); 2)如将粗管端抬高,使管段倾斜放置,而流量不变,问此时R 得读数如何变 化？(定性说明,不必计算) 解:1) 在两测压点间列伯努利方程,以管子轴线为基准面,化简得,

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1. 当地大气压为750mmHg，测得一容器内的绝对压力为360mmHg，则真空度为_________mH2O。测得另一容器内的表压强为980mmHg，则其绝对压强为________KPa。； 2．液体在圆形管道中流动，如果只将流量增加一倍后仍为层流流动，则阻力 损失为原来的________倍；如果保持流量不变只将管径增加一倍，则阻力损失为原来的__________倍。2；1/4 3．已知某油品在圆管中稳定流动，其雷诺数为1600。测得此时管中心处的点速度为1m/s，则此管截面上的平均速度为______m/s。1/2（或s） 4. 水在内径一定的圆形管中稳定流动，若质量流量一定，当温度降低时，Re 值将________。减小 5. 如图所示，用离心泵将密封储槽中的20°C的水通过φ100×2mm的管道送往敞口高位储槽。两储槽液面高度差为16m，密封槽液面上真空表p1读数为500mmHg（真空度），泵进口处真空表p2读数为290mmHg（真空度）。泵排出管路上装有一个孔板流量计，其孔口直径为70mm，流量系数为，所接U型水银压差计读数R为170mm。已知全部管路能量损失为36J/kg，试求： （1）* 3/h)。 （2）泵的输水量(m （3）泵出口处压力表p3的指示值(KPa)。(已知真空表与压力表相距 （4）包 括全部 局部阻 力的当 量长度 在内的 管路长 度。（已 知摩擦系数为）

' （1） /h 62.84m /s 0.0174m 03.4207.0785.07.0 1000 ) 100013600(17.081.9207.04 7.0 ) (233220==???=-???? ?? =-=πρρρgR A C V O O s ￥ （2） s m d V u /405.2096 .0785.00174 .04 2 2 =?= = π 选低槽液面1-1和高液面4-4之间列伯努利方程： kPa p kPa p H g u g p Z H g u g p Z f 66.3833.101760 29066.6633.101760500 22212 4 2421114 1=?==?=+++=+++-∑ρρ O mH H g p Z Z H f 23311446.2681 .936 81.9101066.6616)(41=+??+=+--=∑-ρ 选泵进出口为2-2和3-3截面列伯努利方程

化工原理课后习题答案

化工原理课后习题答案 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

第七章 吸收 1,解：（1）008.0=* y 1047.018 100017101710=+=x （2）KPa P 9.301= H,E 不变，则2563.010 9.3011074.73 4 ??==P E m (3)0195.010 9.301109.53 3=??=* y 01047.0=x 2，解：09.0=y 05.0=x x y 97.0=* 同理也可用液相浓度进行判断 3，解：HCl 在空气中的扩散系数需估算。现atm P 1=，,293k T = 故()( ) s m D G 2 52 17571071.11 .205.2112915.361293102 1212 1 --?=+?+?= HCl 在水中的扩散系数L D .水的缔和参数,6.2=α分子量,18=s M 粘度(),005.1293CP K =μ 分子体积mol cm V A 33.286.247.3=+= 4，解:吸收速率方程()()()12A A BM A P P P P RTx D N --= 1和2表示气膜的水侧和气侧，A 和B 表示氨和空气 ()24.986.1002.962 1 m kN P BM =+=代入式 x=0.000044m 得气膜厚度为0.44mm. 5，解：查s cm D C 2256.025=为水汽在空气中扩散系数 下C 80，s cm s cm T T D D 2 5275 .175 .112121044.3344.029*******.0-?==??? ???=??? ? ??= C 80水的蒸汽压为kPa P 38.471=，02=P 时间s NA M t 21693 .041025.718224=???==-π 6,解：画图 7,解：塔低：6110315-?=y s m kg G 234.0=' 塔顶：621031-?=y 02=x 的NaOH 液含3100405.2m kgNaOH l g =? 的NaOH 液的比重＝液体的平均分子量： 通过塔的物料衡算，得到()()ZA L y y P K A y y G m G m -=-21 如果NaOH 溶液相当浓，可设溶液面上2CO 蒸汽压可以忽略，即气相阻力控制传递过 程。 ∴在塔顶的推动力6210310-?=-=y 在塔底的推动力61103150-?=-=y 对数平均推动力()()66 105.12231 3151031315--?=?-= -In L y y m 由上式得：()2351093.8m kN s m kmol a K G -?=

天津大学化工原理(第二版)上册课后习题答案

天津大学化工原理（第二版）上册课后习题答案 -大学课后习题解答之 化工原理(上)-天津大学化工学院-柴诚敬主编 09化工2班制作 QQ972289312 绪论 1. 从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI单位。水的黏度μ= g/(cm·s) 密度ρ= kgf ?s2/m4 某物质的比热容CP= BTU/(lb·℉) 传质系数KG= kmol/(m2?h?atm) 表面张力σ=74 dyn/cm 导热系数λ=1 kcal/(m?h?℃) 解：本题为物理量的单位换算。 水的黏度基本物理量的换算关系为 1 kg=1000 g，1 m=100 cm ??10?4kg?m?s???10?4Pa?s ?????则????cm?s??1000g??1m?密度基本物理量的换算关系为 1 kgf= N，1 N=1 kg?m/s2 ?g??1kg??100cm??kgf?s2????1kg?ms2?3???1350kgm??????4则 ?m??1kgf??1N?从附录二查出有关基本物理量的换算关系为 1 BTU= kJ，l b= kg 1oF?5oC

9 1 则 ?BTU????1lb??1?F?cp????1BTU????59?C???kg??C? lb?F????????传质系数基本物理量的换算关系为 1 h=3600 s，1 atm= kPa 则 ?kmol??1h??1atm?KG??2??10?5kmol?m2?s?kPa? ??????m?h?atm??3600s???表面张力基本物理量的换算关系为 1 dyn=1×10–5 N 1 m=100 cm 则 ?dyn??1?10N??100cm???74???10?2Nm ??????cm??1dyn??1m?导热系数基本物理量的换算关系为 1 kcal=×103 J，1 h=3600 s 则 3?kcall???10J??1h???1?2???????m?s??C???m??C? 1kcal3600s?m?h??C??????52．乱堆25cm拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即 HE???10?4G?????BC13??L?L 式中 HE—等板高度，ft； G—气相质量速度，lb/(ft2?h)； D—塔径，ft； Z0—每段填料层高度，ft；α—相对挥发度，量纲为一；μL —液相黏度，cP；ρL—液相密度，lb/ft3

化工原理流体流动部分模拟试题及答案

化工原理流体流动部分模拟试题及答案 一填空 (1）流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的 2 倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的 1/4 倍。 (2）离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 η-Q 和 N-Q 曲线，这些曲线表示在一定 转速 下，输送某种特定的液体时泵的性能。 (3) 处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须是 静止的 、 连通着的 、 同一种连续的液体 。流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用 皮托 流量计测量。 (4) 如果流体为理想流体且无外加功的情况下，写出： 单位质量流体的机械能衡算式为????常数=+ + =g p g u z E ρ22 ???少乘一个g ???????????； 单位体积流体的机械能衡算式为????? 常数=++ =p u gz E 2 2 ρρ????????????； 单位重量流体的机械能衡算式为?????? 常数=+ + =g p g u z E ρ22 ???????????； (5) 有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为 z 1ρg+（u 12 ρ/2）+p 1+W s ρ= z 2ρg+（u 22ρ/2）+p 2 +ρ∑h f ，各项单位为 Pa （N/m 2） 。 (6）气体的粘度随温度升高而 增加 ，水的粘度随温度升高而 降低 。 (7) 流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能 减小 。 (8) 流体流动的连续性方程是 u 1A ρ1= u 2A ρ2=······= u A ρ ；适 用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为 u 1d 12 = u 2d 22 = ······= u d 2 。 (9) 当地大气压为745mmHg 测得一容器内的绝对压强为350mmHg ，则真空度为 395mmHg 。测得另一容器内的表压强为1360 mmHg ，则其绝对压强为2105mmHg 。 (10) 并联管路中各管段压强降 相等 ；管子长、直径小的管段通过的流量 小 。 (11) 测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧压差值将 增加 ，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值将 不变 。 (12) 离心泵的轴封装置主要有两种： 填料密封 和 机械密封 。 (13) 离心通风机的全风压是指 静风压 与 动风压 之和，其单位为 Pa 。 (14) 若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头 降低，流量减小，效率降低，轴功率增加。 降尘室的生产能力只与 沉降面积 和 颗粒沉降速度 有关，而与 高度 无关。 (15) 分离因素的定义式为 u t 2 /gR 。 (16) 已知旋风分离器的平均旋转半径为0. 5m ，气体的切向进口速度为20m/s ，则该分离器的分离因数为 800/9.8 。 (17) 板框过滤机的洗涤速率为最终过滤速率的 1/4 。 (18) 在层流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 2 次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的 0.5 次方成正比。 二选择