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
61097.8)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
8.101106081.98501013253001=???+=+=-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 222
222211
1ρρ
其中W =0，1z =2z ，
∑f
h
=2.2J/kg
化简为 2.2)(212
1222
1+-=
-u u p p ρ
由题目知：输水量
16.1=v q m 3/h 41022.3?= m 3/s
03
.102.0785.01022.342
4
211=??==-d q u v
πm/s
27.0039
.0785.01022.34
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(212.2)(21222
1222
1=+-=+-=
-u u p p ρ
J/kg
32110703.1706.12.998?=?=-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 222
111222
2ρρ
其中W =0，1z =2z ，
∑f
h
=2.2 J/kg
化简为
2.2)(212
2211
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
221210689.22.2)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
361052.21040)4086(21
)(21--?=??+=?+=
DE CD AB A m 2
润湿周边2182=++?=∏AB CD AD mm = 0.218m
046
.0218.01052.243
=??=-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
40001004.31012.99862.6046.0Re 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 222
222211
1ρρ
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
2222111ρρ
其中 01=z ，12=z m ，11=u m/s
由题目已知可得
421)(
22
2
112=?==d d u u m/s
根据流体静力学方程：
52.32.0)1100013600
(1)1()(01221=?-+=-+-=-h z z g p p ρρρm
所以76.181.924152.312)(2
2
22
12121=?-++-=-+-+-=∑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：
3212()11209.81(100.65)10102.73a p p p g z z kPa ρ-?=-=-=??-?=
此时作用在孔盖上的静压力为：
22102.730.7850.739.524
F p d kN
π
=??
=??=
由于单个螺钉能承受的力为
3230100.014 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 222
222211
1ρρ
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
222=???=?=
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
211
122A f A A A h u
p gz u p gz ρρ
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 24
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 222
222211
1ρρ
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
081.05.78764
Re 64===
λ
5.148837
205.115.0105081.022
52=???==∑u d l h f λJ/kg
95
.1335.14883790021=?==-∑f h p p ρMPa
中途需要加压站的数量 84.71895.133≈==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 222
222211
1ρρ
以储槽水面为基准面，则 01=z ，252=z m ，01=u ，01
p p =，6302=p kPa
化简为
∑++-+
=f
h u
p p gz W 22
21
22ρ
(1)
24.5045
.0785.03600
304
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
1015.1-?Pa·s ，
雷诺数
5
3
10
62.11015.178924.5045.0Re ?=???=
=
-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
.15285.599224.5789101011063081.9252
33=++?-?+?=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 222
222
00
0ρρ （1）
以'00-截面为基准面，则
0p =0（表压），6.432-=p kPa （表压），00=z ，
32=z m ，00=u
22
2655.82)1275.0043.07028.0(2)(u
u u d l h f =?++?=?+=∑∑ζλ 于是（1）式化简为 0
655.8222
2
2=+++u u p gz ρ
即 0
655.821000106.4381.9322
3=++?-+?u u
解得 244.1=u m/s
5
.63600244.1043.0785.036004
22=???=?=
u d q v π
m 3/h
（2） 5
5011021.1281.910001001.1?=??+?=+=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)
()
(4
442222=?+?-=+-?
=∏
nd D nd D A
ππ
m
则壳程热水流速
32
.20262.0785.03600
5.44
2
2
=?=
=
e
v
d q u π
m/s
雷诺数R e
40001066.11055.397232.20262.05
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
.21232.20262.060359.097222
2=???==?u d l p e f ρλkPa
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
32252
1151321::::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
18:8:113:22:41::5
55321==v v v q q q
（2） 三支管的阻力损失比为
)
231(:)222(:)214(2:2:2::2
3
222123322222211113
21u u u u u d l u d l h h h f f f ???==λλλ
简化得 hf1:hf2:hf32
3
222131::4u u u =
由2
4
d q u v
π
=
，已知318:8:1::3
21=v v v q q q ，9:4:1::2
32221=d d d
解得 32:2:1::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-Poiseuille 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
111200
022f h u
p gz u p gz ρρ
以'22-截面为基准面，则
200=z m ，101=z m ，10p p =，00=u ， 197
.003.0785.036005.042
211=?==d q u v πm/s
上式可化简为 ∑-+=-)
10(2
1102)(f h u
g z z
于是
08
.982197.081.9)1020(2
)
10(=-?-=∑-f h
J/kg
而
222
1
112)
10(u
d l l u d l l h
e N e MN
f +++=∑-λλ
2197.003.01216025.0203.01170025.02
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
22=???=?=
u d q v π
m 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
222200
022f h u
p gz u p gz ρρ
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
2220f h u
g
而
222
2
2222)
20(u
d l l u d l l h
e N e MN
f +++=∑-λλ
203.0105025.0203.01170025.02
2
2
2u u ?
+?+?+?= 2
240u =
所以 2
2
2
240220u 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
200022N f N N N H g u
g p z g u g p z ρρ
其中
200=z m ，0=N z ，00=p (表压)，00=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
.1681.9220.203.01170025.0222
)
0(=??+?=+=∑-g u d l l H
N e MN N f λm
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
22
001011.20164.0785.04
-?=?==
d A π
m 2
13600=i ρkg/m 3，870=ρkg/m 3，6.0=R m
代入已知数据解得
3
41074.1870)
87013600(6.081.921011.263.0--?=-????
??=v q m 3/s
04.2033
.0785.01074.14
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
1062)(?+??=?+=-∑u d l p h p p f B A λρρ
4
2
106204.2)033.030022.0(870?+???=
41062.9?=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 。
吸收 一填空 (1) 在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分系数k y=2kmol/m2·h，气相传质总K y=1.5kmol/m2·h，则该处气液界面上气相浓度y i应为?0.01????。平衡关系y=0.5x。 (2) 逆流操作的吸收塔，当吸收因素A<1且填料为无穷高时，气液两相将在塔底达到平衡。 (3) 在填料塔中用清水吸收混合气中HCl，当水量减少时气相总传质单元数N OG增加。 (4) 板式塔的类型有；板式塔从总体上看汽液两相呈逆流接触，在板上汽液两相呈错流接触。 (5) 在填料塔中用清水吸收混合气中NH3，当水泵发生故障使上水量减少时，气相总传质单元数NOG (增加）（增加，减少）。 (6) 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，吸收操作中温度不变，压力增加，可使相平衡常数???减小?（增大、减小、不变），传质推动力??增大?（增大、减小、不变），亨利系数??不变（增大、减小、不变）。 (7) 易溶气体溶液上方的分压（小），难溶气体溶液上方的分压（大) ，只要组份在气相中的分压(大于）液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行。 (8) 压力（减小),温度( 升高）,将有利于解吸的进行；吸收因素(A= L/mV ) ,当 A>1 时,对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔（顶）达到平衡。 (9) 在逆流吸收塔操作时，物系为低浓度气膜控制系统，如其它操作条件不变，而气液流量按比例同步减少,则此时气体出口组成y2将 (减小），液体出口组成将（增大），回收率将。 (10) 当塔板中（气液两相达到平衡状态)，该塔板称为理论板。 (11) 吸收过程的传质速率方程N A=K G( )=k y( )。 (12) 对一定操作条件下的填料吸收塔，如将填料层增高一些，则塔的H OG将不变，N OG将增大。 (13)吸收因数A可表示为 mV/L，它在X–Y图上的几何意义是平衡线斜率与操作线斜率之比。 (14)亨利定律的表达式为；亨利系数E的单位为 kPa 。 (15) 某低浓度气体吸收过程，已知相平衡常数m=1 ，气膜和液膜体积吸收系数分别为k y a=2× 10-4kmol/m3.s, k x a=0.4kmol/m3.s, 则该吸收过程为（气膜阻力控制）及气膜阻力占总阻力的百分数分别为 99.95% ；该气体为易溶气体。 二选择 1.根据双膜理论，当被吸收组分在液相中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数 B 。 A大于液相传质分系数 B 近似等于液相传质分系数 C小于气相传质分系数 D 近似等于气相传质分系数 2.单向扩散中飘流因子 A 。
中南大学考试试卷(A) 2013 ~ 2014 学年2 学期时间110分钟化工原理课程48 学时 3 学分考试形式: 闭卷 专业年级:化工?制药?应化11级总分100分，占总评成绩70 % 一、选择填空(35分) 1?(2分) 某离心泵入口处真空表的读数为 200mmHg ，当地大气压为101kPa，则泵入口处的绝对压强为( )? A. 74.3kPa; B. 101kPa; C. 127.6kPa? 2?(2分) 水在圆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. 1/4; B. 1/2; C. 2倍? 3?(4分) 当地大气压为750mmHg时，测得某体系的表压为100mmHg，则该体系的绝对压强为Pa，真空度为Pa? 4?(2分) 一球形石英颗粒，分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降，若系统温度升高，则其在水中的沉降速度将，在空气中的沉降速度将? 5?(5分) 套管由Φ57×2.5mm和Φ25×2.5mm的钢管组成，则环隙的流通截面积等于，润湿周边等于，当量直径等于? 6?(2分) 板框压滤机中，最终的过滤速率是洗涤速率的( )? A.一倍 B.一半 C.四倍 D.四分之一
7?(4分) 冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90o C，出口温度为50o C，冷水进口温度为15o C，出口温度为53o C，冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性为相同，则热损失占传热量的( )? A?5%; B?6%; C?7%; D?8%; 8?(2分) 为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是( ) A?表面光滑，颜色较浅; B?表面粗糙，颜色较深; C?表面粗糙，颜色较浅; D?表面光滑，颜色较深; 9?(4分) 黑体的表面温度从300℃升至600℃，其辐射能力增大到原来的倍?10?(1分) 采用多效蒸发的目的是为了提高( )? A. 完成液的浓度; B. 加热蒸汽经济程度; C. 生产能力 11、(1分) 多效蒸发中，蒸汽消耗量的减少是通过增加( )而换取的? A. 传热面积; B. 加热蒸汽压力; C. 传热系数 12?(1分) ( )加料的多效蒸发流程的缺点是料液粘度沿流动方向逐效增大，致使后效的传热系数降低? A. 并流; B. 逆流; C. 平流 13?(1分) 离心泵的调节阀( ) ， A.只能安在进口管路; B.只能安在出口管路上; C.安装在进口管路和出口管路上均可; D.只能安在旁路上 14?(1分) 泵的工作点( )? A 由泵铭牌上的流量和扬程所决定; B 即泵的最大效率所对应的点; C 由泵的特性曲线所决定; D 是泵的特性曲线与管路特性曲线的交点?15?(3分) 在旋风分离器中，某球形颗粒的旋转半径为0.4 m，切向速度为15 m/s ?当颗粒与流体的相对运动属层流时，其分离因数K c为?
化工原理下册题库 300题
化工原理（下）题库（1） 一、选择题（将正确答案字母填入括号内） 1、混合物中某组分的质量与混合物质量之比称为该组分的（ A ）。 A. 质量分数 B. 摩尔分数 C. 质量比 2、关于精馏塔中理论的叙述错误的是（ B ）。 A.实际上不存在理论塔板 B. 理论塔板仅作为衡量实际塔板效率的一个标准。 C. 理论塔板数比实际塔板数多 3、在精馏塔中每一块塔板上（ C ）。 A. 只进行传质作用 B. 只进行传热作用 C. 同时进行传热传质作用 4、气体吸收过程中，吸收速率与推动力成（ A ）。 A. 正比 B. 反比 C. 无关 5、气体的溶解度很大时，溶质的吸收速率主要受气膜一方的阻力所控制，故称为（ A ）。 A. 气膜控制 B. 液膜控制 C. 双膜控制 6、普通温度计的感温球露在空气中，所测得的温度为空气的（ A ）温度。 A. 干球 B. 湿球 C. 绝热饱和 7、混合物中某组分的物质的量与混合物物质的量之比称为该组分的（B ）。
A. 质量分数 B. 摩尔分数 C. 质量比 8、在蒸馏过程中，混合气体中各组分的挥发性相差越大，越（B ）进行分离。 A. 难 B. 容易 C. 不影响 9、气体吸收过程中，吸收速率与吸收阻力成（ B ）。 A. 正比 B. 反比 C. 无关 10、气体的溶解度很小时，溶质的吸收速率主要受液膜一方的阻力所控制，故称为（ B ）。 A. 气膜控制 B. 液膜控制 C. 双膜控制 11、某二元混合物，进料量为100kmol/h，xF=0.6，要求得 到塔顶xD不小于0.9，则塔顶最大产量为（ B ） A 60kmol/h B 66.7kmol/h C 90kmol/h D 不能定 12、二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起以下 线的变化 ( B ) 。 A平衡线 B 操作线与q线 C平衡线与操作线 D 平衡线与q线 13、下列情况 ( D ) 不是诱发降液管液泛的原因。 A液、气负荷过大 B 过量雾沫夹带 C塔板间距过小 D 过量漏液 14、以下有关全回流的说法正确的是（ A、C ）。 A、精馏段操作线与提馏段操作线对角线重合 B、此时 所需理论塔板数量多
化工原理第一章习题及答案
第一章流体流动 问题1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件? 答1．假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。 质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。问题2. 描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点? 答2．前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。 问题3. 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降? 答3．分子间的引力和分子的热运动。 通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主；温度上升，热运动加剧，粘度上升。液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。 问题4. 静压强有什么特性? 答4．静压强的特性：①静止流体中任意界面
上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；③压强各向传递。 问题 5. 图示一玻璃容器内装有水，容器底面积为8×10-3m2，水和容器总重10N。 (1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向)； (2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少？哪一侧的压力大？为什么？ 题5附图题6附图 答5．1）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下
大。 2）内部压强p=ρgh=1000×9.81×0.5=4.91kPa ； 外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa<内部压强4.91kPa 。 因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。 问题 6. 图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一U 形压差计，读数分别为R 1、R 2，两压差计间 用一橡皮管相连接，现将容器A 连同U 形压差计一起向下移动一段距离，试问读数R 1与R 2有何变化？(说明理由) 答6．容器A 的液体势能下降，使它与容器B 的液体势能差减小，从而R 2减小。R 1不变，因为该 U 形管两边同时降低，势能差不变。 问题7. 为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好? 答7．由静力学方程可以导出Δp=H(ρ冷-ρ热)g ，所以H 增加，压差增加，拔风量大。 问题8. 什么叫均匀分布? 什么叫均匀流段? 答8．前者指速度分布大小均匀；后者指速度方向平行、无迁移加速度。 问题9. 伯努利方程的应用条件有哪些?
化工原理试卷及答案 1填空题（每空 1 分，共 20 分） 1．某容器内的绝对压强为200 kPa ，当地大气压为101.3 kPa ，则表压为______。 2．在重力沉降操作中，影响沉降速度的因素主要有 、 和 。 3．热量传递的基本方式有 、 和 。 4．吸收因子A 可表示为 ，它是 与 的比值。 5．空气的干球温度为t ，湿球温度为t w ，露点温度为t d ，当空气的相对湿度等于1时，则t 、 t w 和t d 的大小关系为 。 6．吸收操作一般用于分离 混合物，其原理是利用原料中各组分 差异来达到分离的目的；精馏操作则一般用于分离 混合物，其原理是利用原料中各组分的 差异来达到分离的目的。 7．恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括 阶段和 阶段。 8．全回流（R = ∞）时，精馏段操作线的斜率为 ，提馏段操作线的斜率为 ，对相同的x D 和x W ，部分回流比全回流所需的理论板数 。 一、 选择题（每小题 2 分，共 20 分） 1．不可压缩流体在圆管内作稳定流动，流动速度与管径的关系是 （ ） A . 21221()u d u d = B ．2112 2 ()u d u d = C ． 11 22 u d u d = D ． 12 21 u d u d = 2．离心泵的特性曲线是在哪种情况下测定 （ ） A ．效率一定 B ．功率一定 C ．转速一定 D ．管路（l +∑l e ）一定 3． 对一台正在工作的列管式换热器，已知α1＝11600 W?m -2?K -1 ，α2＝116 W?m -2?K -1，要提高总传热系数K ，最简单有效的途径是 （ ） A ．设法增大α1 B ．设法增大α2 C ．同时增大α1和α2 D ．不确定 4．在降尘室内，要使微粒从气流中除去的条件是 （ ）
第一章流体力学 1.表压与大气压、绝对压的正确关系是（A）。 A. 表压＝绝对压-大气压 B. 表压＝大气压-绝对压 C. 表压＝绝对压+真空度 2.压力表上显示的压力，即为被测流体的（B ）。 A. 绝对压 B. 表压 C. 真空度 D. 大气压 3.压强表上的读数表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为（B ）。 A.真空度 B.表压强 C.绝对压强 D.附加压强 4.设备内的真空度愈高，即说明设备内的绝对压强（ B ）。 A. 愈大 B. 愈小 C. 愈接近大气压 D. 无法确定 5.一密闭容器内的真空度为80kPa,则表压为（ B ）kPa。 A. 80 B. －80 C. 21.3 D.181.3 6.某设备进、出口测压仪表中的读数分别为p1（表压）=1200mmHg和p2（真空度）=700mmHg，当地大气压为750mmHg，则两处的绝对压强差为（D ）mmHg。 A.500 B.1250 C.1150 D.1900 7.当水面压强为一个工程大气压，水深20m处的绝对压强为（B ）。 A. 1个工程大气压 B. 2个工程大气压 C. 3个工程大气压 D. 4个工程大气压
8.某塔高30m，进行水压试验时，离塔底10m高处的压力表的读数为500kpa，（塔外大气压强为100kpa）。那么塔顶处水的压强（A ）。 A．403．8kpa B. 698. 1kpa C. 600kpa D. 100kpa 9.在静止的连续的同一液体中，处于同一水平面上各点的压强（A ） A. 均相等 B. 不相等 C. 不一定相等 10.液体的液封高度的确定是根据( C ). A.连续性方程 B.物料衡算式 C.静力学方程 D.牛顿黏性定律 11.为使U形压差计的灵敏度较高，选择指示液时，应使指示液和被测流体的密度差 （ρ指-ρ）的值（ B ）。 A. 偏大 B. 偏小 C. 越大越好 12.稳定流动是指流体在流动系统中，任一截面上流体的流速、压强、密度等与流动有关的物理量（A ）。 A. 仅随位置变，不随时间变 B. 仅随时间变，不随位置变 C. 既不随时间变，也不随位置变 D. 既随时间变，也随位置变 13.流体在稳定连续流动系统中，单位时间通过任一截面的（ B ）流量都相等。 A. 体积 B. 质量 C. 体积和质量 D.摩尔
化工原理试题及答案(绝密请勿到处宣扬) 12月25日 一、填空题（共15空，每空2分，共30分） 1. 一容器真空表读数为10 kpa，当地大气压强为100 kpa，则此容器的绝对压强和表压强（以kpa计）分别为：（90kpa）和（ -10kpa）。 2. 热传导只发生在固体和（静止）的或（滞）流动的流体中。 3. 物体的吸收率越（大），其辐射能力越（大）。（填大或小） 4. 蒸发中以（二次蒸汽）是否再利用而分为单效或多效蒸发。 5. 蒸发中的温度差损失主要由溶液中的（不挥发溶质）、液柱的（静压头）和管路（阻力）所引起的沸点升高三部分组成。 6. 一容器压力表读数为10 kpa，当地大气压强为100 kpa，则此容器的绝对压强（以kpa计）为：（90kpa）。 7. 对于同种流体，自然对流时的对流传热系数比时的（小）。（填大或小） 8. 物体的吸收率越大，其辐射能力越（大），所以黑体的辐射能力比灰体的（大）。（填大或小） 9. 蒸发操作所用的设备称为（蒸发器）。 10. 按二次蒸汽是否被利用，蒸发分为（单效蒸发）和（多效蒸发）。 二、选择题（共5题，每题2分，共10分） 1. 对吸收操作有利的条件是：（D） A. 操作温度高、压强高； B. 操作温度高、压强低； C. 操作温度低、压强低； D. 操作温度低、压强高 2. 精馏塔内上层塔板液相轻组分浓度较下层塔板（A ），液相温度较下层塔板（） A. 高，低； B. 低，高； C. 高，高； D. 低，低 3. （D ）是塔内气液两相总体上呈逆流流动，而在每块塔板上呈均匀的错流流动。 A. 板式塔的传质意图； B. 板式塔的设计过程； C. 板式塔的恒摩尔流要求； D. 板式塔的设计意图 4. 恒定干燥条件是指湿空气在干燥器内的（C）及与物料的接触方式都不变。 A. 温度、焓值、湿度； B. 流速、压强、湿度； C. 流速、温度、湿度； D. 温度、湿度、压强 5. 对于湿物料的湿含量，下面哪种说法是正确的？（B） A. 平衡水一定是自由水； B. 平衡水一定是结合水； C. 自由水一定是结合水； D. 自由水一定是非结合水 6. 当二组分液体混合物的相对挥发度为（ C）时，不能用普通精馏方法分离。当相对挥发度为（ A ）时，可以采用精馏方法
化工原理例题与习题标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]
第一章流体流动 【例1-1】已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4 =（+）10-4=×10-4 ρ m =1372kg/m3 【例1-2】已知干空气的组成为：O 221%、N 2 78%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在 压力为×104Pa及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文 100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量 M m =32×+28×+× =m3 根据式1-3a气体的平均密度为： 【例1-3 】本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=、密度ρ 1 =800kg/m3，水层高度h2=、密度ρ2=1000kg/m3。 （1）判断下列两关系是否成立，即p A=p'A p B=p'B （2）计算水在玻璃管内的高度h。 解：（1）判断题给两关系式是否成立p A=p'A的关系成立。因A与A'两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上。所以截面A-A'称为等压面。 p B =p' B 的关系不能成立。因B及B'两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通 着的同一种流体，即截面B-B'不是等压面。 （2）计算玻璃管内水的高度h由上面讨论 知，p A=p'A，而p A=p'A都可以用流体静力学基本方程式计算，即 p A =p a +ρ 1 gh 1 +ρ 2 gh 2 p A '=p a +ρ 2 gh 于是p a+ρ1gh1+ρ2gh2=p a+ρ2gh 简化上式并将已知值代入，得 800×+1000×=1000h 解得h= 【例1-4】如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1'、2-2’）连一倒置U管压差计，压差计读数R=200mm。试求两截面间的压强差。 解：因为倒置U管，所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为ρg与ρ，根据流体静力学基本原理，截面a-a'为等压面，则 p a =p a ' 又由流体静力学基本方程式可得 p a =p 1 －ρgM
第八章课堂练习： 1、吸收操作的基本依据是什么？答：混合气体各组分溶解度不同 2、吸收溶剂的选择性指的是什么：对被分离组分溶解度高，对其它组分溶解度低 3、若某气体在水中的亨利系数 E 值很大，说明该气体为难溶气体。 4、易溶气体溶液上方的分压低，难溶气体溶液上方的分压高。 5、解吸时溶质由液相向气相传递；压力低，温度高，将有利于解吸的进行。 6、接近常压的低浓度气液平衡系统，当总压增加时，亨利常数 E 不变， H 不变，相平衡常数 m 减小 1、①实验室用水吸收空气中的O2 ，过程属于（ B ） A 、气膜控制B、液膜控制C、两相扩散控制 ② 其气膜阻力（C）液膜阻力 A 、大于B、等于C、小于 ２、溶解度很大的气体，属于气膜控制 ３、当平衡线在所涉及的范围内是斜率为m 的直线时，则 1/Ky=1/ky+ m /kx 4、若某气体在水中的亨利常数 E 值很大，则说明该气体为难溶气体 5 、总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+1/HkG ，当(气膜阻力 1/HkG) 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。 1、低含量气体吸收的特点是L 、 G 、Ky 、 Kx 、T 可按常量处理 2、传质单元高度HOG 分离任表征设备效能高低特性，传质单元数NOG 表征了（分离任务的难易）特性。 3、吸收因子 A 的定义式为 L/ （ Gm ），它的几何意义表示操作线斜率与平衡线斜率之比 4、当 A<1 时，塔高 H= ∞，则气液两相将于塔底达到平衡 5、增加吸收剂用量，操作线的斜率增大，吸收推动力增大，则操作线向（远离）平衡线的方向偏移。 6、液气比低于（L/G ） min 时，吸收操作能否进行？能 此时将会出现吸收效果达不到要求现象。 7、在逆流操作的吸收塔中，若其他操作条件不变而系统温度增加，则塔的气相总传质单元 高度 HOG 将↑，总传质单元数NOG将↓，操作线斜率（L/G ）将不变。 8、若吸收剂入塔浓度 x2 降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率↑，出口气体浓度↓。 x2 增大，其它条件不变，则 9、在逆流吸收塔中，吸收过程为气膜控制，若进塔液体组 成气相总传质单元高度将（ A ）。 A. 不变 B.不确定 C.减小 D. 增大 吸收小结： 1、亨利定律、费克定律表达式 及温度而异，单位与压强的 2、亨利系数与温度、压力的关系； E 值随物系的特性单 位一致； m 与物系特性、温度、压力有关（无因次） 3、 E 、 H 、 m 之间的换算关系 4、吸收塔在最小液气比以下能否正常工作。 5、操作线方程（并、逆流时）及在y~x 图上的画法 6、出塔气体有一最小值，出塔液体有一最大值，及各自的计算式 7、气膜控制、液膜控制的特点 8、最小液气比(L/G)min 、适宜液气比的计算 9、加压和降温溶解度高，有利于吸收 减压和升温溶解度低，有利于解吸
第一章 流体的压力 【1-1】容器 A 中的气体表压为 60kPa ,容器 B 中的气体真空度为 1.2x104 Pa 。试分别 B 二容器中气体的绝对压力为若干帕，该处环境的大气压力等于标准大气压力。 试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。 进、出口的压力差 G =157 —(—12) =157+12 =169kPa 或 i p = 258. 3 -89. 3 =169 kPa 流体的密度 【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩尔分数为 的密度。 100k g/ km,o 正辛烷的摩尔质量为 114kg/ km 。I 将摩尔分数换算为质量分数 从附录四查得 20 C 下正庚烷的密度 # =684kg / m 3 ,正辛烷的密度为 骂=703kg / 1 P = = 696kg / m 3 m 0 369 丄 0 631 9 - -- + --- 684 703 【1-4】温度20 C,苯与甲苯按 4:6的体积比进行混合， 求其混合液的密度。 解 20 C 时，苯的密度为 879 kg/m 3，甲苯的密度为 混合液密度 P =8 7 中.0 4 8 667 07.1 k8g / m 【1-5】有一气柜，满装时可装 6000m 3混合气体，已知混合气体各组分的体积分数为 求出A 、 标准大气压力为 101.325k Pa 容器 A 的绝对压力 P A =101.325+60=161.325 kPa 容器 B 的绝对压力 P B =101.325—12=89.325 kPa 【1-2】某设备进、出口的表压分别为 -12kPa 和157kPa ，当地大气压力为 101.3kPa 。 解进口绝对压力 P 进=101.3 -12 =89.3 kPa 出口绝对压力 卩出=101.3 +157 =258.3 kPa 0.4，试求该混合液在 解正庚烷的摩尔质量为 正庚烷的质量分数 0.4X100 正辛烷的质量分数 - =0.369 0.4X100+0.6X114 =1 -0.369=0.631 混合液的密度 867 kg/m 3。
模拟试题一 1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395 mmHg。测得另一容器内的 表压强为1360 mmHg，则其绝对压强为2105mmHg ____ 。 2、流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为0 ，临近管壁处存在层流底层，若Re值越大，则该层厚 度越薄 3、离心泵开始工作之前要先灌满输送液体，目的是为了防止气缚现象发生：而且离心泵的安装高度也不能 够太高，目的是避免汽蚀现象发生。4、离心泵的气蚀余量越小，则其抗气蚀性能越强。 5、在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数，而壁温接近于 饱和水蒸汽侧流体的温度值。 6、热传导的基本定律是傅立叶定律。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻_大（大、小）一侧的：?值。间壁换热器管壁温度t w接近于：?值大（大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈大（大、小），其两侧的温差愈大（大、小）。 7、Z=（V/K Y a. Q.（y i —Y2）/ △ Y m,式中：△ Y m称气相传质平均推动力,单位是kmol吸收质/kmol惰气;（Y i—丫2） /△ Y m称气相总传质单元数。 8、吸收总推动力用气相浓度差表示时，应等于气相主体摩尔浓度和同液相主体浓度相平衡的气相浓度之 差。 9、按照溶液在加热室中运动的情况，可将蒸发器分为循环型和非循环型两大类。 10、______________________________________________________________________________________ 蒸发过程中引起温度差损失的原因有：溶液蒸汽压下降、加热管内液柱静压强、管路阻力。____________________________ 11、工业上精馏装置，由精馏塔塔、冷凝器、再沸器等构成。 12、分配系数k A是指』A/X A—，其值愈大，萃取效果越好。 13、萃取过程是利用溶液中各组分在某种溶剂中溶解度的差异而达到混合液中组分分离的操作。 14、在实际的干燥操作中，常用干湿球温度计来测量空气的湿度。 15、对流干燥操作的必要条件是湿物料表面的水汽分压大于干燥介质中的水分分压;干燥过程是热量传递和质 量传递相结合的过程。 1、气体在直径不变的圆形管道内作等温定态流动，则各截面上的（ D ） A.速度不等 B.体积流量相等 C.速度逐渐减小 D.质量流速相等 2、装在某设备进口处的真空表读数为-50kPa，出口压力表的读数为100kPa，此设备进出口之间的绝对压强差为 （A A. 50 B. 150 C. 75 D .无法确定 3、离心泵的阀门开大时，则（ B ）。A ?吸入管路的阻力损失减小 C .泵入口处真空度减小 D .泵工作点的扬程升高 4、下列（A ）不能实现对往复泵流量的调节。 A .调节泵出口阀的开度 C .改变活塞冲程D.改变活塞往复频率 5、已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度（ B .泵出口的压力减小 B ?旁路调节装置 D ）耐火砖的黑度。 ，使空气温度由20 C升至80 C,
1. 某双组分理想物系当温度t=80℃时，P A°=，P B°=40kPa，液相摩尔组成x A=，试求：⑴与此液相组成相平衡的汽相组成y；⑵相对挥发度α。 解：（1）x A=(P总－P B°)／(P A°－P B°) ； =(P总－40)／（－40） ∴P总=； y A=x A·P A°／P总=×／= （２）α=P A°／P B°=／40= 5. 某精馏塔在常压下分离苯－甲苯混合液，此时该塔的精馏段和提馏段操作线方程分别为y=+和y'='，每小时送入塔内75kmol的混合液，进料为泡点下的饱和液体，试求精馏段和提馏段上升的蒸汽量为多少（kmol/h）。 解:已知两操作线方程: y=+(精馏段) y′=′(提馏段) ∴R/(R+1)= R= x D / (R+1)= x D=×= ！ 两操作线交点时, y=y′x=x′ ∴+= x F = 饱和液体进料q=1, x F = x = 提馏段操作线经过点(x W，x W) ∴y′=x w =－x W= 由全塔物料衡算F=D+W F x F = D x D + W x W D =(x F—x W)/(x D－x W)F = ∵饱和液体进料 V′=V=L+D=(R+1)D=×=h - 6. 已知某精馏塔进料组成x F=，塔顶馏出液组成x D=，平衡关系ｙ＝ｘ＋，试求下列二种情况下的最小回流比R min。⑴饱和蒸汽加料；⑵饱和液体加料。解：R min = (x D－y q)/(y q －x q ) (1) ； y q= x q + (2) ；
y q= qx q/ (q－1)－x f / (q－1) (3) ⑴q=0, 由(3) y q=x f=，由(2) x q = ， R min = 由(3) x q =x f =，由(2) y q =×+=， R min= 用常压精馏塔分离双组分理想混合物，泡点进料，进料量100kmol/h，加料组成为50% ,塔顶产品组成x D=95％，产量D=50kmol/h，回流比R=2R min，设全塔均为理论板，以上组成均为摩尔分率。相对挥发度α=3。求：(最小回流比) 2.精馏段和提馏段上升蒸汽量。3.列出该情况下的精馏段操作线方程。解：1. y=αx/[1+(α－1)x]=3x/(1+2x) 泡点进料q=1, x q = x F = , y q =3×(1+2×=2= R min / (R min+1)= ： R min=4/5= 2. V=V′=(R+1)D=(2×+1)×50=130kmol/h 3. y=[R/(R+1)]x + x D / (R+1)=+ 12. 某精馏塔用于分离苯－甲苯混合液，泡点进料，进料量30kmol/h，进料中苯的摩尔分率为，塔顶、底产品中苯的摩尔分率分别为和，采用回流比为最小回流比的倍，操作条件下可取系统的平均相对挥发度α=。(1)求塔顶、底的产品量；(2)若塔顶设全凝器，各塔板可视为理论板，求离开第二块板的蒸汽和液体组成。 解：（1）F=D+W ，Fx F=Dx D＋Wx W 30=D+W ，30×= D×+W× ∴D= / h W= / h （2）x q=x F= ， y q =αx q／[1+ (α—1)x q ] =×[1+ —1)×] = R min =(x D－y q)／(y q－x q)=—/ —=， ？ R = ×R min =×= 精馏段的操作线方程为： y = [R / (R+1)]x +x D／（R+1)
·流体 流动部分 1．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3 的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的孔，其中心距罐底1000 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5×106 Pa ，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3×103 Pa ）？ 解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm 处的流体压力为 作用在孔盖上的总力为 每个螺钉所受力为 因此 2．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm ，R 2=80 mm ，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右 侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 习题2附图 习题1附图
解：（1）A点的压力 （2）B点的压力 3、如本题附图所示，水在管道内流动。为测量流体压力，在管道某截面处连接U管压差计，指示液为水银，读数R=100毫米，h=800mm。为防止水银扩散至空气中，在水银液面上方充入少量水，其高度可忽略不计。已知当地大气压为101.3KPa试求管路中心处流体的压力。 解：设管路中心处流体的压力为p P A =P A P + ρ 水gh + ρ 汞 gR = P P=p 0- ρ 水 gh - ρ 汞 gR =（101.3×103-1000×9.8x0.8 - 13600×9.8×0.1） P=80.132kpa 4、如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7 m，水从φ108 mm×4 mm的管道中流出，管路出口高于地面1.5 m。已知水流经系统的能量损失可按∑h f=5.5u2计算，其中u为水在管内的平均流速（m/s）。设流动为稳态，试计算（1）A-A'截面处水的平均流速；（2）水的流量（m3/h）。
三 计算题 1 （15分）在如图所示的输水系统中，已知 管路总长度（包括所有当量长度，下同）为 100m ，其中压力表之后的管路长度为80m ， 管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m ， 水的密度为1000Kg/m 3，泵的效率为0.85， 输水量为15m 3/h 。求： （1）整个管路的阻力损失，J/Kg ； （2）泵轴功率，Kw ； （3）压力表的读数，Pa 。 解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg ； 由题意知， s m A V u s /12.2) 4 05.03600(15 2 =??==π 则kg J u d l h f /1.1352 12.205.010003.022 2=??=??=∑λ （2）泵轴功率，kw ； 在贮槽液面0-0′与高位槽液面1-1′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： ∑-+++=+++10,1 21020022f e h p u gH W p u gH ρ ρ 其中， ∑=kg J h f /1.135, u 0= u 1=0， p 1= p 0=0（表压）, H 0=0， H=20m 代入方程得： kg J h gH W f e /3.3311.1352081.9=+?=+=∑ 又 s kg V W s s /17.410003600 15 =?= =ρ 故 w W W N e s e 5.1381=?=， η=80%， kw w N N e 727.11727===η 2 （15分）如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定 不变，输送管路尺寸为φ83×3.5mm ，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H 1为4.8m ，压力表安装位置离贮槽的水面高度H 2为5m 。当输水量为36m 3/h 时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg ，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg ，压力表读数为2.452×
第3章非均相物系分离 一、选择题 恒压过滤且介质阻力忽略不计时，如粘度降低20%，则在同一时刻滤液增加（）。A、11.8%；B、9.54%; C、20%; D、44% 板框式压滤机由板与滤框构成，板又分为过滤板和洗涤板，为了便于区别，在板与框的边上设有小钮标志，过滤板以一钮为记号，洗涤板以三钮为记号，而滤框以二钮为记号，组装板框压滤机时，正确的钮数排列是（）. A、1—2—3—2—1 B、1—3—2—2—1 C、1—2—2—3—1 D、1—3—2—1—2 与沉降相比，过滤操作使悬浮液的分离更加（）。 A、迅速、彻底 B、缓慢、彻底 C、迅速、不彻底 D、缓慢、不彻底 多层隔板降尘室的生产能力跟下列哪个因素无关（）。 A、高度 B、宽度 C、长度 D、沉降速度 降尘室的生产能力（）。 A、与沉降面积A和沉降速度ut有关 B、与沉降面积A、沉降速度ut和沉降室高度H有关 C、只与沉降面积A有关 D、只与沉降速度ut有关 现采用一降尘室处理含尘气体，颗粒沉降处于滞流区，当其它条件都相同时，比较降尘室处理200℃与20℃的含尘气体的生产能力V的大小（）。 A、V200℃>V20℃ B、V200℃＝V20℃ C、V200℃ 判断 有效的过滤操作是（）。 A、刚开始过滤时 B、过滤介质上形成滤饼层后 C、过滤介质上形成比较厚的滤渣层 D、加了助滤剂后 当固体粒子沉降时，在层流情况下，Re ＝１，其ζ为（）。 A、64/Re B、24/Re C、0.44 D、1 含尘气体通过降尘室的时间是t，最小固体颗粒的沉降时间是t 0，为使固体颗粒都能沉降下来，必须（）： A、t 第一章 流体流动 流体的重要性质 1．某气柜的容积为6 000 m 3，若气柜内的表压力为5.5 kPa ，温度为40 ℃。已知各组分气体的体积分数为：H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、C H 4 1%，大气压力为 101.3 kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。 解：气柜满载时各气体的总摩尔数 ()mol 4.246245mol 313 314.86000 0.10005.53.101t =???+== RT pV n 各组分的质量： kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =??=?=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =??=?=M n m kg 36.2206kg 284.246245%32%32C O t C O =??=?=M n m kg 44.758kg 444.246245%7%722C O t C O =??=?=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144C H t C H =??=?=M n m 2．若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起，试求混合油的 密度。设混合油为理想溶液。 解： ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m 33 122 1 1 21t m 157.0m 7106083060=??? ? ??+=+ = +=ρρm m V V V 3 3t t m m kg 33.764m kg 157 .0120=== V m ρ 流体静力学 3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= () kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-? （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压=() kPa 03.36Pa 103.651033.10133=?-? 4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的孔，其中心距罐底1000 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5×106 Pa ，问至少需要几个螺钉（大 一、名词解释（每题2分） 1. 非均相混合物 物系组成不同，分布不均匀，组分之间有相界面 2. 斯托克斯式 3. 球形度s 非球形粒子体积相同的球形颗粒的面积与球形颗粒总面积的比值 4. 离心分离因数 离心加速度与重力加速度的比值 5?临界直径de 离心分离器分离颗粒最小直径 6. 过滤 利用多孔性介质使悬浮液中液固得到分离的操作 7. 过滤速率 单位时间所产生的滤液量 8. 过滤周期 间歇过滤中过滤、洗涤、拆装、清理完成一次过滤所用时间 9. 过滤机生产能力 过滤机单位时间产生滤液体积 10. 浸没度 转筒过滤机浸没角度与圆周角比值 二、单选择题（每题2分） 1、自由沉降的意思是______ 。 A颗粒在沉降过程中受到的流体阻力可忽略不计E颗粒开始的降落速度为零，没有附加一个初始速度C颗粒在降落的方向上只受重力作用，没有离心力等的作用 D颗粒间不发生碰撞或接触的情况下的沉降过程D 2、颗粒的沉降速度不是指_______ 。 A等速运动段的颗粒降落的速度 E加速运动段任一时刻颗粒的降落速度 C加速运动段结束时颗粒的降落速度 D净重力（重力减去浮力）与流体阻力平衡时颗粒的降落速度B 3、对于恒压过滤______ 。 A 滤液体积增大一倍则过滤时间增大为原来的？2倍 B 滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的2倍 C 滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的4倍 D 当介质阻力不计时，滤液体积增大一倍，则过滤时间增大至原来的4倍D 4、恒压过滤时，如介质阻力不计，滤饼不可压缩，过滤压差增大一倍时同一过滤时刻所得滤液量 __ 。 A增大至原来的2倍E增大至原来的4倍 C增大至原来的2倍D增大至原来的倍 化工原理典型习题解答 王国庆陈兰英 广东工业大学化工原理教研室 2003 上 册 一、选择题 1、 某液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不变，则 (1) 层流时，流动阻力变为原来的 C 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 (2) 完全湍流(阻力平方区)时，流动阻力变为原来的 D 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 解：(1) 由222322642d lu u d l du u d l h f ρμμ ρλ=??=??=得 1624 4 212212 2122 121212==??? ? ??=???? ??????? ??==d d d d d d d u d u h h f f (2) 由 2222u d l d f u d l h f ????? ??=??=ελ得 322 5 5 21214 212 2112212==???? ??=????? ??==d d d d d d d u d u h h f f 2． 水由高位槽流入贮水池，若水管总长（包括局部阻力的当量长度在内）缩短25%，而高位槽水面与贮水池水 面的位差保持不变，假定流体完全湍流流动(即流动在阻力平方区)不变，则水的流量变为原来的 A 。 A ．1.155倍 B ．1.165倍 C ．1.175倍 D ．1.185倍 解：由 f h u p gz u p gz ∑+++=++2 22 2 22211 1ρρ得 21f f h h ∑=∑ 所以 ()()2 222222 11 1u d l l u d l l e e ?+?=?+? λλ 又由完全湍流流动，得 ?? ? ??=d f ελ 所以 ()()2 2 2211u l l u l l e e ?+=?+，而 24 d u uA V π ?== 所以 ()()1547.175 .01 2 11 2 12== ++==e e l l l l u u V V 3． 两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降。已知玻璃球的密度为2500kg/m 3，水 的密度为998.2kg/m 3，水的粘度为 1.005?10-3Pa ?s ，空气的密度为 1.205kg/m 3，空气的粘度为1.81?10-5Pa ?s 。 （1）若在层流区重力沉降，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 B 。 A ．8.612 B ．9.612 C ．10.612 D ．11.612 （2）若在层流区离心沉降，已知旋风分离因数与旋液分离因数之比为2，则水中颗粒直径与空气中颗粒 直径之比为 D 。 A ．10.593 B ．11.593 C ．12.593 D ．13.593 解：(1) 由 ()μ ρρ182g d u s t -=，得 ()g u d s t ρρμ-= 18(01)第一章 流体流动1化工原理答案
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