第一章 流体流动
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
[]
（绝压）Pa 10813.1Pa )0.15.9(81.9960103.10133?=-??+?=+=gh p p ρ 作用在孔盖上的总力为
N 10627.3N 76.04
π103.10110813.1)(4233a ?????-=＝）－＝（A p p F
每个螺钉所受力为
N 10093.6N 014.04
π
105.39321?=÷??=F
因此
()（个）
695.5N 10093.610627.3341≈=??==F F n
5．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。 解：（1）A 点的压力
()（表）Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ?=??+??=+=gR gR p ρρ
（2）B 点的压力
(
)
（表）
Pa 107.836Pa 5.081.91360010165.14
4
1
汞A B ?=??+?=+=gR p p ρ
7．某工厂为了控制乙炔发生炉内的压力不超过13.3 kPa （表压），在炉外装一安全液封管（又称水封）装置，如本题附图所示。液封的作用是，当炉内压力超过规定值时，气体便从液封管排出。试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h 。
习题5附图
习题4附图
解：3.13=gh 水ρ
()()m 36.1m 8.9100010003.133.13=??==g h 水ρ
10．有一装满水的储槽，直径1.2 m ，高3 m 。现由槽底部的小孔向外排水。小孔的直径为4 cm ，测得水流过小孔的平均流速u 0与槽内水面高度z 的关系为：
zg u 262.00=
试求算（1）放出1 m 3水所需的时间（设水的密度为1000 kg/m 3）；（2）又若槽中装满煤油，其它条件不变，放出1m 3煤油所需时间有何变化（设煤油密度为800 kg/m 3）？ 解：放出1m 3水后液面高度降至z 1，则
()m 115.2m 8846.032.1785.01
2
01=-=?-=z z 由质量守恒，得
21d 0d M w w θ-+=，01=w （无水补充）
20000.62w u A A A ρρ==（为小孔截面积）
AZ M ρ= (A 为储槽截面积) 故有 0262.00=+θρρd dz A gz A
即
θd A
A gz
dz 0
62
.02-= 上式积分得 ))((
262.02
2
112100
z z A A g -=
θ ()m i n 1.2s 4.126
s 115.2304.0181.9262.02
2
1212
==-??? ?
??= 11．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 =5.5u 2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（m 3/h ）。 解：（1）A - A '截面处水的平均流速
在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程,得
22121b12b2f 1122p p gz u gz u h ρρ
++=+++∑ （1）
式中 z 1=7 m ，u b1～0，p 1=0（表压） z 2=1.5 m ，p 2=0（表压），u b2 =5.5 u 2 代入式（1）得
习题7附图
22b2
b2
19.8179.81 1.5 5.52
u u ?=?++ m 0.3b =u
（2）水的流量（以m 3/h 计）
()h m 78.84s m 02355.0004.02018.04
14.30.3332
b2s ==?-??==A u V
13．如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为1.0133?105 Pa 。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21?105 Pa ，进料口高于储罐内的液面8 m ，输送管道直径为φ68 mm ?4 mm ，进料量为20 m 3/h 。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg ，求泵的有效功率。
解：在截面-A A '和截面-B B '之间列柏努利方程式，得
22
1122
1e 2f 22
p u p u gZ W gZ h ρρ+++=+++∑ ()s m 966.1s m 004.02068.04
14.33600204πkg
J 700m 0.8Pa 1021.1Pa 100133.12
22f 1125251=?-?===
=≈=-?=?=∑
d V
A V u h u Z Z p p ；；
；；
()22
2121e 21f 2
p p u u W g Z Z h ρ--=++-+∑ ()()768.9W
W 17380020kg J 175kg J 704.7893.146.2kg
J 700.88.92966.1800100133.121.1e s e 25=??===+++=??
?
???+?++?-=W w N W e 14．本题附图所示的贮槽内径D =2 m ，槽底与内径d 0为32 mm 的钢
管相连，槽内无液体补充，其初始液面高度h 1为2 m （以管子中心线为基准）。液体在管内流动时的全部能量损失可按∑h f =20 u 2计算，式中的u 为液体在管内的平均流速（m/s ）。试求当槽内液面下降1 m 时所需的时间。 解：由质量衡算方程，得
12d d M W W θ
=+ （1）
习题11附图
习题13附图
习题14附图
2120b π04
W W d u ρ==， （2）
2d πd d 4d M h D ρθθ= （3）
将式（2），（3）代入式（1）得
220b πd 044d h d u D πρρθ
+=
即 2b 0d ()0d D h u d θ
+= （4）
在贮槽液面与管出口截面之间列机械能衡算方程
22
b1b21212f 22u u p p gz gz h ρρ
++=+++∑
即 22
22b b f b b 2020.52
2
u u gh h u u =+∑=+=
或写成 2b 20.59.81
h u =
b u = （5） 式（4）与式（5）联立，得
22d ()00.032d h θ=
即 θd h
h =-d 5645
i.c. θ=0，h =h 1=2 m ；θ=θ，h =1m 积分得 [] 1.3h
s 4676s 212564521==-?-=θ 18．某液体以一定的质量流量在水平直圆管内作湍流流动。若管长及液体物性不变，将管径减至原
来的1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍？ 解：流体在水平光滑直圆管中作湍流流动时 f p ?=f h ρ∑ 或
f h ∑
=f p ?/ρ=λ2
b 2
u L d ρ
∑∑f1
f2h
h =（
2
b1
b22112))()(u u d d λλ 式中 2
1d d =2 ，b2b1u u =（21d d
）2 =4
因此
∑∑f1
f2h
h
=221
(
)(2)(4)λλ=3212λλ
又由于 25
.0Re
316.0=λ
12λλ=（25021.)Re Re =（0.251b12b2
)d u d u =（2×25041
.)=（0.5）0.25=0.841 故
∑∑f1
f2h
h =32×0.84=26.9
19．用泵将2×104 kg/h 的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持25.9×103 Pa 的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为φ76 mm ×4 mm 的钢管，总长为35 m ，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为17 m 。若泵的效率为0.7，求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073 kg/m 3，黏度为6.3?10-4 Pa ?s 。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm 。）
解：在反应器液面1-1，
与管路出口内侧截面2-2，
间列机械能衡
算方程，以截面1-1，
为基准水平面，得
22b1b2121e 2f 22u u p p gz W gz h ρρ+++=+++∑ （1） 式中 z 1=0，z 2=17 m ，u b1≈0 s m 43.1m 1073
068.0785.036001024
2
4
2b2=????==
ρ
π
d w
u p 1=-25.9×103 Pa (表)，p 2=0 (表) 将以上数据代入式（1），并整理得
2
b221e 21f ()2u p p W g z z h ρ
-=-+++∑
=9.81×17+24312.+1073
109.253
?+
f
h
∑=192.0+
f
h
∑
其中
f
h
∑=（λ+
e
L L d
+∑+∑ζ）2
b22
u
=Re b du ρμ
=3
0.068 1.4310730.6310-???=1.656×105
0044.0=d e
根据Re 与e /d 值，查得λ=0.03，并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为 闸阀（全开）： 0.43×2 m =0.86 m
标准弯头： 2.2×5 m =11 m
故 f h ∑=(0.03×350.8611
0.068+++0.5+4)kg J 243.12=25.74J/kg
于是 ()kg J 217.7kg J 74.250.192e =+=W 泵的轴功率为
习题19附图
s N =e W η/w =W 7
.036001027.2174
???=1.73kW
流体输送管路的计算
20．如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100 mm 的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15 m 处安有以水银为指示液的U 管压差计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度为20 m 。
（1）当闸阀关闭时，测得R =600 mm 、h =1500 mm ；当闸阀部分开启时，测得R =400 mm 、h =1400 mm 。摩擦系数λ可取为0.025，管路入口处的局部阻力系数取为0.5。问每小时从管中流出多少水（m 3）？
（2）当闸阀全开时，U 管压差计测压处的压力为多少Pa （表压）。（闸阀全开时L e /d ≈15，摩擦系数仍可取0.025。）
解：（1）闸阀部分开启时水的流量
在贮槽水面1-1，与测压点处截面2-2，间列机械能衡算方程，并通过截面2-2，
的中心作基准水平面，得
22
b1b21212f 12
22u u p p gz gz h ρρ
++=+++∑，－ （a ） 式中 p 1=0(表)
()（表）Pa 39630Pa 4.181.910004.081.913600O H Hg 22=??-??=-=gR gR p ρρ u b2=0，z 2=0
z 1可通过闸阀全关时的数据求取。当闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学基本方程知 2
H O 1Hg ()g z h gR ρρ+= （b ）
式中 h =1.5 m, R =0.6 m 将已知数据代入式（b ）得
m 66.6m 5.110006.0136001=??
?
??-?=z
22
22b b f,1-2
c b b
15() 2.13(0.0250.5) 2.1320.12
u u L h u u d λζ∑=+==?+= 将以上各值代入式（a ），即
9.81×6.66=2b 2u +100039630
+2.13 u b 2
解得 s m 13.3b =u
水的流量为 ()
m 43.1s m 13.31.0785.036004
π
3600332b 2s =???==u d V
（2）闸阀全开时测压点处的压力
在截面1-1，与管路出口内侧截面3-3，
间列机械能衡算方程，并通过管中心线作基准平面，得
22
b1b33113f 13
22u u p p gz gz h ρρ
++=+++∑，－ （c ） 式中 z 1=6.66 m ，z 3=0，u b1=0，p 1=p 3
习题20附图
2e b f,13
c ()2L L u h
d λζ-+∑∑=+=2
2b
b 350.025(15)0.5 4.810.12
u u ??++=????
将以上数据代入式（c ），即 9.81×6.66=2
b 2
u +4.81 u b 2
解得 s m 13.3b =u
再在截面1-1，与2-2，
间列机械能衡算方程，基平面同前，得
22
b1b21212f 12
22u u p p gz gz h ρρ
++=+++∑，－ （d ） 式中 z 1=6.66 m ，z 2=0，u b1≈0，u b2=3.51 m/s ，p 1=0（表压力）
kg J 26.2kg J 2
51
.35.01.05.1025.02
2
f,1=??? ??+=∑-h
将以上数值代入上式，则
2.261000251.366.681.922
++=?p
解得 p 2=3.30×104 Pa （表压）
22．如本题附图所示，自水塔将水送至车间，输送管路用
114mm 4φ?mm 的钢管，管路总长为190 m （包括管件与阀门的当
量长度，但不包括进、出口损失）。水塔内水面维持恒定，并高于出水口15 m 。设水温为12 ℃，试求管路的输水量（m 3/h ）。
解：在截面11'-和截面22'-之间列柏努利方程式，得
22
1122
12f 22p u p u gZ gZ h ρρ++=+++∑
55122111.013310Pa 1.013310Pa 15.0m 0p p Z Z u =?=?-=≈；； ；
()22
e 2
212f 9.8150.522
l l u u g Z Z h d λ??+=--=?-+ ? ???∑∑ e 22 1.5294l l u d λ??++= ? ???
∑
2u =
（1）
采用试差法，2 2.57m u =假设 55
0.106 2.57999.8
e=
2.1910124.2310
du R ρ
μ
-??=
=??则
习题22附图
0.2
0.0019
106e d =≈取管壁的绝对粗糙度为0.2 mm ，
则管壁的相对粗糙度为 0.024
λ=查图1-22，得
代入式（1）得， 2 2.57m s u =
故假设正确，2 2.57m s u = 管路的输水量
()h m 61.81h m 3600004.02114.04
14
.357.23322=??-??
==A u V 第二章 流体输送机械
2．用离心泵（转速为2900 r/min ）进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空表和出口压力表的读数分别为60 kPa 和220 kPa ，两测压口之间垂直距离为0.5 m ，泵的轴功率为6.7 kW 。泵吸入管和排出管内径均为80 mm ，吸入管中流动阻力可表达为2f,0113.0h u -=∑（u 1为吸入管内水的流速，m/s ）。离心泵的安装高度为2.5 m ，实验是在20 ℃，98.1 kPa 的条件下进行。试计算泵的流量、压头和效率。
解：（1）泵的流量
由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面），得到
∑-+++=10,2
11
12
0f h u p gZ ρ
将有关数据代入上式并整理，得
48.3581.95.21000
10605.332
1=?-?=u
184.31=u m/s
则 2π
(0.08 3.1843600)4
q =???m 3/h=57.61 m 3/h
(2) 泵的扬程
29.04m m 5.081.9100010)22060(3021=??
?
???+??+=++=h H H H
(3) 泵的效率
s 29.0457.6110009.81100%100036001000 6.7
Hq g P ρη???==???=68%
在指定转速下，泵的性能参数为：q =57.61 m 3/h H =29.04 m P =6.7 kW η=68%
4．用离心泵（转速为2900 r/min ）将20 ℃的清水以60 m 3/h 的流量送至敞口容器。此流量下吸入管路的压头损失和动压头分别为2.4 m 和0.61 m 。规定泵入口的真空度不能大于64 kPa 。泵的必需气蚀余量为3.5 m 。试求（1）泵的安装高度（当地大气压为100 kPa ）；（2）若改送55 ℃的清水，泵的安装高度是否合适。
解：(1) 泵的安装高度
在水池液面和泵入口截面之间列柏努利方程式（水池液面为基准面），得
2
a 11g f,01()2p p u H H g g
ρ--=++ 即 3
g 64100.61 2.410009.81
H ?=++?
51.3=g H m
（2）输送55 ℃清水的允许安装高度
55 ℃清水的密度为985.7 kg/m 3，饱和蒸汽压为15.733 kPa
则 a v
g f,01()p p H NPSH H g ρ--'=--=??
??
??-+-??-4.2)5.05.3(81.97.98510)733.15100(3m=2.31m 原安装高度（3.51 m ）需下降1.5 m 才能不发生气蚀现象。
8．用离心泵将水库中的清水送至灌溉渠，两液面维持恒差8.8 m ，管内流动在阻力平方区，管路特性方程为
52
e e
8.8 5.210H q =+? （q e 的单位为m 3/s ） 单台泵的特性方程为
25102.428q H ?-= （q 的单位为m 3
/s ）
试求泵的流量、压头和有效功率。
解：联立管路和泵的特性方程便可求泵的工作点对应的q 、H ，进而计算P e 。
管路特性方程 52
e e 8.8 5.210H q =+?
泵的特性方程 25102.428q H ?-= 联立两方程，得到 q =4.52×10
–3
m 3/s H =19.42 m
则 3e s 19.42 4.521010009.81P Hq g ρ-==????W=861 W
11．用离心通风机将50 ℃、101.3 kPa 的空气通过内径为600 mm ，总长105 m （包括所有局部阻力当量长度）的水平管道送至某表压为1×104 Pa 的设备中。空气的输送量为1.5×104 m 3/h 。摩擦系数可取为0.0175。现库房中有一台离心通风机，其性能为：转速1450 min -1，风量1.6×104 m 3/h ，风压为1.2×104 Pa 。试核算该风机是否合用。
解：将操作条件的风压和风量来换算库存风机是否合用。
2
T 21f ()2
u H p p h ρρ=-++∑
4m 1101013002p ???=+ ???
Pa=106300Pa
m 106300293
1.205101330323
ρ=?
?
kg/m 3=1.147 kg/m 3 s v 22m 150********ππ
36000.610630044
V p u d p ?=
=???m/s=14.40 m/s
则 24
T 10514.40110 1.1470.017510.62H ????'=?+??+? ??????
?Pa=10483 Pa 147
.12.110483T ?
=H Pa=10967 Pa
库存风机的风量q =1.6×104 m 3/h ，风压H T =1.2×104 Pa 均大于管路要求（q e =1.5×104 m 3/h ，H T =10967 Pa ），故风机合用。
第三章 非均相混合物分离及固体流态化
1．颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2 650 kg/m 3，直径为0.04 mm 的球形石英颗粒在20 ℃空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为2 650 kg/m 3，球形度6.0=φ的非球形颗粒在20 ℃清水中的沉降速度为0.1 m/ s ，颗粒的等体积当量直径是多少？（3）密度为7 900 kg/m 3，直径为6.35 mm 的钢球在密度为1 600 kg/m 3的液体中沉降150 mm 所需的时间为7.32 s ，液体的黏度是多少？
解：（1）假设为滞流沉降，则：
2
s t
()18d u ρρμ
-=
查附录20 ℃空气31.205kg/m ρ=，s Pa 1081.15??=-μ，所以，
()()()m 1276.0s m 1081.11881.9205.126501004.0185
2
3s 2t =???-??=-=--μρρg d u
核算流型：
3
t 5
1.2050.12760.04100.3411.8110
du Re ρμ--???===
（2）采用摩擦数群法
()()s 123
t 5
23
434 1.8110
2650 1.2059.81431.9
3 1.2050.1g Re u μρρξρ---=
??-?=
=??
依6.0=φ，9.431Re
1
=-ξ，查出：t e
t 0.3u d Re ρμ
=
=，所以： 5
5e 0.3 1.8110 4.50610m 45μm 1.2050.1
d --??==?=?
（3）假设为滞流沉降，得：
2
s t
()18d g u ρρμ-=
其中 s m 02049.0s m 32.715.0t ===θh u 将已知数据代入上式得：
()s Pa 757.6s Pa 02049
.01881
.91600790000635.02?=???-=μ
核算流型
t 0.006350.020491600
0.0308116.757
du Re ρμ??=
==< 2．用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5 m ，宽5 m ，高4.2 m ，固体杂质为球形颗粒，密度为3000
kg/m 3。气体的处理量为3000（标准）m 3/h 。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。 （1）若操作在20 ℃下进行，操作条件下的气体密度为1.06 kg/m 3，黏度为1.8×10-5 Pa?s 。 （2）若操作在420 ℃下进行，操作条件下的气体密度为0.5 kg/m 3，黏度为3.3×10-5 Pa?s 。 解：（1）在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：
m 03577.0s m 5
5360027320
2733000s v,t =??+?
==bl q u 设沉降在斯托克斯区，则：
2
t ()0.0357718s d g u ρρμ
-==
51.98510m 19.85μm d -=?= 核算流型：
5t t 5
1.985100.03577 1.06
0.041811.810
du Re ρ
μ--???===
（2）计算过程与（1）相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：
s m 0846.0s m 5
53600273420
2733000s v,t =??+?
==bl q u 设沉降在斯托克斯区，则：
54.13210m 41.32μm d -=
=?=
核算流型：
5t t 5
4.132100.08460.5
0.052913.310du Re ρ
μ--???===
原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4.132×10-5 m 。
3．对2题中的降尘室与含尘气体，在427 ℃下操作，若需除去的最小颗粒粒径为10 μm ，试确定降尘室内隔板的间距及层数。
解：取隔板间距为h ，令
t
L h u u =
则 t L
h u u
=
（1） m 1017.0m 2
.45273
42727336003000s v,=?+?==bH q u
10 μm 尘粒的沉降速度
()()()m 10954.4m 10
31.31881
.95.0300010101835
2
6s 2t ---?=???-??=-=μρρg d u 由（1）式计算h
∴ 0.244m m 10954.41017.05
3=??=
-h 层数2.17244.02
.4===h H n 取18层
0.233m m 18
2.418===H h 核算颗粒沉降雷诺数：
644t t 5
1010 4.954100.5
e 7.51013.310
du R ρ
μ----????===?
e 52250.233
(
)0.10170.5
5.23368621003.310
bh u d u b h Re ρρμμ-????+====
解：恒压过滤方程为： θK qq q =+e 2
2 由实验数据知： min 51=θ，231/m m 01.01
.0001
.0==
q min 101=θ，231/m m 016.0=q 将上两组数据代入上式得： K q 5)01.0(2)01.0(e 2=+ K q 10)016.0(2)016.0(e 2=+ 解得 23e /m m 007.0=q
/s m 108min /m 108.42725--?=?=K 所以，恒压过滤方程为
θ72108014.0-?=+q q （m 3/m 2，s ）
或 θ921080014.0-?=+V V （m 3，s ）
7．用10个框的板框过滤机恒压过滤某悬浮液，滤框尺寸为635 mm×635 mm×25 mm 。已知操作条件下过滤常数为/s m 10225-?=K ，23e /m m 01.0=q ， 滤饼与滤液体积之比为v =0.06。试求滤框充满滤饼所需时间及所得滤液体积。
解：恒压过滤方程为θK qq q =+e 22
θ5210202.0-?=+q q
332c m 1008.0m 025.0635.010=??=V
33
c m 680.1m 06
.01008.0===
v V V ，222m 0645.8m 102635.0=??=A 2323/m m 208.0/m m 0645.8680.1===A V q
代入恒压过滤方程
θ52102208.001.02208.0-?=??+ 得 min 52.39s 2.2317==θ 8．在0.04 m 2的过滤面积上以1×10-4 m 3/s 的速率进行恒速过滤试验，测得过滤100 s 时，过滤压力差为3×104 Pa ；过滤600 s 时，过滤压力差为9×104 Pa 。滤饼不可压缩。今欲用框内尺寸为635 mm×635 mm×60 mm 的板框过滤机处理同一料浆，所用滤布与试验时的相同。过滤开始时，以与试验相同的滤液流速进行恒速过滤，在过滤压强差达到6×104 Pa 时改为恒压操作。每获得1 m 3滤液所生成的滤饼体积为0.02 m 3。试求框内充满滤饼所需的时间。
解：第一阶段是恒速过滤，其过滤时间θ与过滤压差之间的关系可表示为： b a p +=?θ
板框过滤机所处理的悬浮液特性及所用滤布均与试验时相同，且过滤速度也一样，因此，上式中a ，b 值可根据实验测得的两组数据求出： 3×104=100a+b 9×104=600a+b 解得 a=120，b=1.8×104 即 4108.1120?+=?θp
恒速阶段终了时的压力差Pa 1064R ?=?p ，故恒速段过滤时间为
s 350s 120
108.110644R R =?-?=-?=a b p θ
恒速阶段过滤速度与实验时相同
m/s 105.2m/s 04
.010134
R --?=?==θA V u
23233R R R /m m 875.0/m m 350105.2=??==-θu q 根据方程3-71，
120 =a 2
R
2R
==k u ru μυ
4e R e R 108.1?===k
q
u q u r b υμ
解得： s)/(Pa m 10208528??=-.k ，23e /m m 3750.q = 恒压操作阶段过滤压力差为6×104 Pa ，所以
/s m 10250.6/s m 10610208.52223248--?=????=?=p k K 板框过滤机的过滤面积222m 8065.0m 635.02=?=A
滤饼体积及单位过滤面积上的滤液体积为 322c m 0242.00.06m 635.0=?=V
2323c /m m 5.1/m m 02
.08065.00242.0/)(
=?==υA V q 应用先恒速后恒压过滤方程
)()(2)(R R e 2
R 2θθ-=-+-K q q q q q
将K 、q e 、q R 、q 的数值代入上式，得：
()
()()3501025.6875.05.137.02875.05.13222-?=-?+--θ
解得 s 5.662=θ
9. 在实验室用一个每边长0.16 m 的小型滤框对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤试验。操作条件下在过滤压力差为275.8 kPa ，浆料温度为20 ℃。已知碳酸钙颗粒为球形，密度为2 930 kg/m 3。悬浮液中固体质量分数为0.072 3。滤饼不可压缩，每1 m 3滤饼烘干后的质量为1 620 kg 。实验中测得得到1 L 滤液需要15.4 s ，得到2 L 滤液需要48.8 s 。试求过滤常数e K V 和，滤饼的空隙滤ε，滤饼的比阻r 及滤饼颗粒的比表面积a 。
解：根据过滤实验数据求过滤常数e V K ，
已知s 4.15=θ，3m 001.0=V ；s 8.48=θ，3m 002.0=V 及222m 0512.0m 16.02=?=A 代入恒压过滤方程式 θ2e 22KA VV V =+
K V 2e 360512.04.1510210?=?+--
K V 52e 36100512.08.48104104---??=?+?
联立以上两式，解得/s m 10234.425-?=K ，34e m 10547.3-?=V 滤饼的空隙滤 4471.02930
1620
1=-
=ε 悬浮液的密度 33F s F m k g /m 1050k g /m )10009277
.029300723.0(1)1(1=????
?
?
?
???+=-+=
ρ
ρρX X 以1 m 3悬浮液为基准求ν 滤饼体积33
s m 04686.0m 16200723.01050=?=V ， 滤液体积m 9531.01s =-=V V
∴ 0492.09531
.004686
.0s
===
V
V ν
滤饼不可压缩时，rv
p
p k K μ?=
?=22 所以，滤饼比阻为21425
33
m 10648.2m 10
234.40492.010108.27522----?=?????=?=vK p r μ 颗粒的比表面积 326325.02
3145
.023m m 10935.3m m ))
4472.01(54471.010648.2())1(5(?=-???=-=εεr a
第五章 传热过程基础
2．某平壁燃烧炉由一层400 mm 厚的耐火砖和一层200 mm 厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500 ℃，外表面温度为100 ℃，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为10.80.0006t λ=+，绝缘砖的导热系数为20.30.0003t λ=+，W /(m C)??。两式中的t 可分别取为各层材料的平均温度。
解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即 Q Q Q ==21 （5-32） 或 2
32212
11b t t S b t t S
Q -=-=λλ （5-32a ） 式中 115000.80.00060.80.0006 1.250.00032t t t λ+=+=+?=+
21000.30.00030.30.00030.3150.000152t t t λ+=+=+?=+
代入λ1、λ2得
2.0100)00015.0315.0(4.01500)000
3.025.1(-+=-+t t t t
解之得
C 9772?==t t
())()C m W 543.1C m W 9770003.025.10003.025.11??=???+=+=t λ
则 ()
221
11
m W 2017m W 4
.0977
1500543.1=-?
=-=b t t S Q λ
4．直径为57mm 3.5φ?mm 的钢管用40 mm 厚的软木包扎，其外又包扎100 mm 厚的保温灰作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为120-℃，绝热层外表面温度为10 ℃。软木和保温灰的导热系数分别为0.043?W/(m ℃)和0.07?W/(m ℃)，试求每米管长的冷损失量。
解：此为两层圆筒壁的热传导问题，则
()()m
W 53.24m
W 04.00285.01.004.00285.0ln 07.010285.004.00285.0ln 043.011012014.32ln
1
ln 1π22
3212121-=+++++--??=+-=r r r r t t L Q λλ 7．在一传热面积为25 m 2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。冷却水的流量为28 000kg/h ，其温度由25 ℃升至38 ℃，平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。有机溶液的温度由110 ℃降至65 ℃，平均比热容为1.72 kJ/(kg·℃)。两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机溶液的处理量。 解：p,c 4.17C = kJ/(kg·℃) c p,c 21()Q W C t t =- ()W 1022.4W 25381017.43600
28000
53?=-???=
求m t ?
有机物 110 → 65
水 38 ← 25 ———————————————— t ? 72 40 C 4.54C 40
72ln 4072m ?=?-=?t
())C m W 3.310C m W 4
.54251022.4225
??=????=K
()()
h kg 10963.1s kg 452.5s kg 651101072.11022.44
3521h h ?==-???=-=K T T c Q W p
8．在一单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶剂。冷却水的流量为10 000 kg/h ，其初始温度为30 ℃，
平均比热容为4.174 kJ/（kg·℃）。有机溶剂的流量为14 000 kg/h ，温度由180 ℃降至120 ℃，平均比热容为1.72
kJ/（kg·℃）。设换热器的总传热系数为500 W/(m 2
·℃)，试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积，设换热器的热损失和污垢热阻可以忽略。
解： ()()kW 3.401h kJ 104448.1h kJ 12018072.114000621h =?=-??=-=T T Wc Q p 冷却水的出口温度为
C 61.64C 30174.410000104448.161c c 2?=????
? ??+??=+=t c W Q
t p 逆流时
()()C 102.2C 90
39.115ln
39
.25C 30
12061
.64180ln
3012061.64180m ?=?=
?-----=
?t 223m m 854.7m 2
.102500103.401=??=?=t K Q S 逆
并流时
()()C 97.94C 150
39.55ln
61
.94C 30
18061.64120ln
3018061.64120m ?=?=
?-----=
?t 223m m 452.8m 97
.94500103.401=??=?=t K Q S 逆
10．在一单壳程、双管程的管壳式换热器中，水在壳程内流动，进口温度为30 ℃，出口温度为65 ℃。油在管程流动，进口温度为120 ℃。出口温度为75 ℃，试求其传热平均温度差。 解：先求逆流时平均温度差 油 120 → 75 水 65 30 t ? 55 45 C 8.49C 4555
ln 4555ln 12
12m
?=?-=???-?='?t t t t t
计算P 及R
21116530
0.38912030t t P T t --===-- 122112075
1.2866530
T T R t t --=
==-- 查图5-11（a ）得 Δt 0.875?=
C 6.43C 8.49875.0m
Δt m ?=??='?=?t t ? 12．在一单程管壳式换热器中，管外热水被管内冷水所冷却。已知换热器的传热面积为5 m 2，总传热系
数为1 400 W/(m 2·℃)；热水的初温为100 ℃，流量为5 000 kg/h ；冷水的初温为20 ℃，流量为10 000 kg/h 。试计算热水和冷水的出口温度及传热量。设水的平均比热容为4.18 kJ/(kg·℃)，热损失可忽略不计。 解： C W 5806C W 1018.43600
5000
3h h ?=???=p c W C W 11611C W 1018.43600
10000
3c c =??=p c W 5.011611
6
.5805max min R ===
C C C min min 14005
() 1.215805.6
KA NTU C ?=== 查图得
0.575
ε= 传热量 m i n 1
1
()Q C T t ε=- ()W 1067.2W 201006.5805575.05?=-??= 122111000.57510020
T T T T t ε--=
==-- 解出 254T =℃ 212R 1220
0.510054
t t t C T T --=
==-- 解出 243t =℃
22．某炼油厂拟采用管壳式换热器将柴油从176℃冷却至65℃。柴油的流量为9800kg/h 。冷却介质采用35℃的循环水。要求换热器的管程和壳程压降不大于30kPa ，试选择适宜型号的管壳式换热器。
解：略
第8章
3. 在总压为110.5 kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为0.032y =、3
1.06koml/m c =。
气膜吸收系数k G =5.2×10-6 kmol/(m 2·s ·kPa)，液膜吸收系数k L =1.55×10-4 m/s 。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H ＝0.725 kmol/(m 3·kPa)。 （1）试计算以p ?、c ?表示的总推动力和相应的总吸收系数；
（2）试分析该过程的控制因素。 解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为 t 1.06
*(110.50.032)kPa 2.0740.725
c p p p p y H ?=-=-=?-=kPa 其对应的总吸收系数为 246
G L G 11111
()(m s kPa)/kmol 0.725 1.5510 5.210
K Hk k --=+=+?????
35252(8.89910 1.92310)(m s Pa)/kmol 2.01210(m s Pa)/kmol =?+???=???
6G 1097.4-?=K kmol/(m 2
·s ·kPa)
以液相组成差表示的总推动力为
3
3
*(110.50.0320.725 1.06)kmol/m 1.504kmol/m c c c pH c ?=-=-=??-= 其对应的总吸收系数为 m/s 10855.6m/s 102.5725
.01055.111
1166
4G
L L
---?=?+
?=
+=
k H k K
（2）吸收过程的控制因素
气膜阻力占总阻力的百分数为
%58.95%10010
2.51097.4/1/16
6
G G G G =???==--k K K k 气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。
5. 在101.3 kPa 及25 ℃的条件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫。已知混合气进塔和出塔的组成分别为y 1=0.04、y 2=0.002。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为4.13×103 kPa ，吸收剂用量为最小用量的1.45倍。
（1） 试计算吸收液的组成；
（2） 若操作压力提高到1013 kPa 而其他条件不变，再求吸收液的组成。
解：（1）11
10.04
0.0417110.04
y Y y =
==-- 2220.002
0.002110.002
y Y y =
=≈-- 3
t 4.131040.77101.3
E m p ?===
吸收剂为清水，所以 02=X
n,L
12n,V 12min 0.04170.002
38.81/0.0417/40.770q Y Y q Y m X ??--=== ? ?
--?? 所以操作时的液气比为
n,L n,L
n,V
n,V
min
1.45 1.4538.8156.27
q q q q
??
==?= ? ??? 吸收液的组成为 ()()n,V 411
2
2
n,L
1
0.04170.00207.0541056.27
q X Y Y X
q -=
-+=
?-+=? （2） 3
t 4.1310 4.0771013
E m p ?'==='
n,L
12n,V
12min 0.04170.002
3.8810.0417/0
4.077
q
Y Y q Y m X '??--=== ? ?'-??- n ,L n ,L
n ,V n ,V m i n 1.45 1.45 3.881 5.627q q q q ''????==?
= ? ? ? ????? ()()n ,V 3
11
22n ,L 1
0.04170.00207.05
5105.627q X Y Y X q -'??'=-+=?-+=
? ? ???
6. 在一直径为0.8 m 的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。已知混合气的流量为45 kmol/h ，二氧化硫的体积分数为0.032。操作条件下气液平衡关系为34.5Y X =，气相总体积吸收系数为0.056 2 kmol/(m 3·s)。若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76%，要求回收率为98%。求水的用量（kg/h ）及所需的填料层高度。
()()21A 10.033110.980.000662Y Y ?=-=?-=
4110.0331*9.5941034.5
Y X m -===? 44110.76*0.769.594107.29110X X --==??=?
惰性气体的流量为
n,V 45(10.032)kmol/h 43.56kmol/h q =?-=
水的用量为
()
n,V 123n,L 4
12
()43.560.03310.000662kmol/h 1.93810kmol/h 7.291100
q Y Y q X X --?-=
=
=?-?-
34m,L 1.9381018kg/h 3.48810kg/h q =??=?
求填料层高度 m 429.0m 8
.0785.00562.03600
/56.432
Y V n,OG =??=
Ω
=
a K q H 4
111*0.033134.57.291100.00795Y Y Y -?=-=-??= 222*0.00066234.500.000662Y Y Y ?=-=-?=
0.
0.
1
.
2
.
3
.
40.50.60.70.80.91
.
.
00.10.20.30.40.50.60.70.80.91
.011
5
d b
x W x
D c a
e
x F
y
X
07.1100293
.0000662
.00331.0m 21OG =-=?-=
Y Y Y N m 749.4m 429.007.11O G O G =?==H N Z
7. 某填料吸收塔内装有5 m 高，比表面积为221 m 2/m 3的金属阶梯环填料，在该填料塔中，用清水逆流吸收某混合气体中的溶质组分。已知混合气的流量为50 kmol/h ，溶质的含量为5％（体积分数％）；进塔清水流量为200 kmol/h ，其用量为最小用量的1.6倍；操作条件下的气液平衡关系为 2.75Y X =；气相总吸收系数为4
2
310kmol/(m s)-??；填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90％。试计算（1）填料塔的吸收率；（2）填料塔的直径。
解：（1）惰性气体的流量为
n,V 50(10.05)kmol/h 47.5kmol/h q =?-=
对于纯溶剂吸收
n,L
12
A n,V 12min
/q Y Y m q Y m X ???-== ? ?-?? 依题意
n,L n,V
min
200 2.63247.5 1.6q q ??== ? ???? n,L n,V min
A (/) 2.632
95.71%2.75
q q m
?=
=
=
化工原理实验思考题 实验一：柏努利方程实验 1． 关闭出口阀，旋转测压管小孔使其处于不同方向（垂直或正对 流向），观测并记录各测压管中的液柱高度H 并回答以下问题： （1） 各测压管旋转时，液柱高度H 有无变化？这一现象说明了什 么？这一高度的物理意义是什么？ 答：在关闭出口阀情况下，各测压管无论如何旋转液柱高度H 无任何变化。这一现象可通过柏努利方程得到解释：当管内流速u =0时动压头02 2 ==u H 动 ，流体没有运动就不存在阻力，即Σh f =0，由于流体保持静止状态也就无外功加入，既W e =0，此时该式反映流体静止状态 见（P31）。这一液位高度的物理意义是总能量（总压头）。 （2） A 、B 、C 、D 、E 测压管内的液位是否同一高度？为什么？ 答：A 、B 、C 、D 、E 测压管内的液位在同一高度（排除测量基准和人为误差）。这一现象说明各测压管总能量相等。 2． 当流量计阀门半开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观 察其的液位高度H / 并回答以下问题： （1） 各H / 值的物理意义是什么？ 答：当测压管小孔转到正对流向时H / 值指该测压点的冲压头H / 冲；当测压管小孔转到垂直流向时H / 值指该测压点的静压头H / 静；两者之间的差值为动压头H / 动=H / 冲-H / 静。 （2） 对同一测压点比较H 与H / 各值之差，并分析其原因。
答：对同一测压点H ＞H /值，而上游的测压点H / 值均大于下游相邻测压点H / 值，原因显然是各点总能量相等的前提下减去上、下游相邻测压点之间的流体阻力损失Σh f 所致。 （3） 为什么离水槽越远H 与H / 差值越大？ （4） 答：离水槽越远流体阻力损失Σh f 就越大，就直管阻力公式可 以看出2 2 u d l H f ? ?=λ与管长l 呈正比。 3. 当流量计阀门全开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度 H 2222d c u u = 22 ab u ρcd p ρab p 2 2 u d l H f ??=λ计算流量计阀门半开和 全开A 点以及C 点所处截面流速大小。 答：注：A 点处的管径d=(m) ;C 点处的管径d=(m) A 点半开时的流速： 135.00145 .036004 08.0360042 2=???=???= ππd Vs u A 半 （m/s ） A 点全开时的流速： 269.00145.036004 16.0360042 2=???=???= ππd Vs u A 全 （m/s ） C 点半开时的流速： 1965.0012 .036004 08.0360042 2=???=???=ππd Vs u c 半 （m/s ） C 点全开时的流速： 393.0012.036004 16.0360042 2=???=???= ππd Vs u c 全 （m/s ） 实验二：雷诺实验 1. 根据雷诺实验测定的读数和观察流态现象，列举层流和湍流临界雷诺准数的计算过程，并提供数据完整的原始数据表。 答：根据观察流态，层流临界状态时流量为90（ l/h ）
化工原理（上）复习题及答案 一、填空题 1.在阻力平方区内，摩擦系数λ与（相对粗糙度）有关。 2.转子流量计的主要特点是（恒流速、恒压差）。 3.正常情况下，离心泵的最大允许安装高度随泵的流量增大而（减少）。 4.气体在等径圆管内作定态流动时，管内各截面上的（质量流速相等）相等。 5.在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是（在同一种水平面上、同一种连续的流 体） 6.离心泵的效率η和流量Q的关系为（Q增大，η先增大后减小） 7.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与（指示液密度、液面高 度）有关。 8.离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生（气缚）现象。 9.离心泵在一定的管路系统工作，如被输送液体的密度发生变化(液体其余性质不变)，则 扬程（不变）。 10.已知列管换热器内外侧对流传热系数分别为αi和αo且αi>>αo,则要提高总传热系数， 关键是（增大αo）。 11.现场真空表的读数为8×104 Pa，该处绝对压力为（2×104 Pa ）（当时当地大气压为 1×105 Pa）。 12.为防止泵发生汽蚀，则要求装置的汽蚀余量（大于）泵的必需汽蚀余量。（大于、 小于、等于） 13.某流体于内径为50mm的圆形直管中作稳定的层流流动。其管中心处流速为3m/s，则 该流体的流量为（10.60 ）m3/h，管壁处的流速为（0 ）m/s。 14.在稳态流动系统中，水连续地从粗管流入细管。粗管内径为细管的两倍，则细管内水的 流速是粗管内的（4 ）倍。 15.离心泵的工作点是指（泵）特性曲线和（管路）特性曲线的交点。 16.离心泵的泵壳做成蜗壳状，其作用是（汇集液体）和（转换能量）。 17.除阻力平方区外，摩擦系数随流体流速的增加而（减小）；阻力损失随流体流速的 增加而（增大）。 18.两流体通过间壁换热，冷流体从20℃被加热到50℃，热流体从100℃被冷却到70℃， 则并流时的Δt m= （43.5 ）℃。 19.A、B两种流体在管壳式换热器中进行换热，A为腐蚀性介质，而B无腐蚀性。（A腐 蚀性介质）流体应走管内。
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
化工原理第二版夏清，贾绍义 课后习题解答 （夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津大学出版） 社,2011.8.） 第1章蒸馏 1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯 和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t（℃） 80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B *，P A *，由于总压 P = 99kPa，则由x = (P-P B *)/(P A *-P B *)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x 图数据。
以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C 5H 12 ）和正己烷（C 6 H 14 ）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa下该 溶液的平衡数据。 温度 C 5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C 6H 14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解：根据附表数据得出相同温度下C 5H 12 （A）和C 6 H 14 （B）的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P B * = 1.3kPa 查得P A *= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3 P A *(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 P B *(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据 平衡液相组成以260.6℃时为例 当t= 260.6℃时 x = (P-P B *)/(P A *-P B *) =（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例 当t= 260.6℃时 y = P A *x/P = 13.3×1/13.3 = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下 t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289 x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0
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
CHAPTER1流体流动 一、概念题 1．某封闭容器内盛有水，水面上方压强为p 0，如图所示器壁上分别装有两个水银压强计和一个水银压差计，其读数分别为R 1、R 2和R 3，试判断： 1）R 1 R 2（＞，＜，＝）； 2）R 3 0（＞，＜，＝）； 3）若水面压强p 0增大，则R 1 R 2 R 3 有何变化（变大、变小，不变） 答：1）小于，根据静力学方程可知。 2）等于 · 3）变大，变大，不变 2．如图所示，水从内径为d 1的管段流向内径为d 2管段，已知122d d =，d 1管段流体流动的速度头为0.8m ，m h 7.01=，忽略流经AB 段的能量损失，则=2h _____m ，=3h m 。 答案：m h 3.12=，m h 5.13= g u h g u h 222 2 2211+ =+
122d d =， 2)2 1 ()( 12122112u u d d u u === 421 22u u =∴，m g u g u 2.024122122== m h 3.12=∴ 、 m g u h h 5.122 2 23=+= 3．如图所示，管中水的流向为A →B ，流经AB 段的能量损失可忽略，则p 1与p 2的关系为 。 21)p p A > m p p B 5.0)21+> m p p C 5.0)21-> 21)p p D < 答：C 据伯努利方程 2 212 2 2 p u gz p u gz B B A A ++ =++ ρρρρ ) (2 )(2221A B A B u u z z g p p -+ -+=ρ ρ , ) (2 5.02 221A B u u g p p -+ -=ρ ρ ,A B u u <,g p p ρ5.021-<∴ 4．圆形直管内，Vs 一定，设计时若将d 增加一倍，则层流时h f 是原值的 倍，高度湍流时，h f 是原值的 倍（忽略管壁相对粗糙度的影响）。
干燥习题与题解 一、填空题: 1. 在湿度一定时，不饱和空气的温度越低，其相对湿度越＿＿_. ***答案*** 大 2. 等速干燥阶段物料表面的温度等于__________________。 ***答案*** 干燥介质一热空气的湿球温度 3. 在实际的干燥操作中， 常用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿来测量空气的湿度。 ***答案*** 干、湿球温度计 4. 1kg 绝干空气及_____________________所具有的焓，称为湿空气的焓。 ***答案*** 其所带的H kg 水汽 5. 某物料含水量为0.5 kg 水.kg 1-绝干料，当与一定状态的空气接触时，测出平衡水分为0.1kg 水.kg 1-绝干料，则此物料的自由水分为_____________。 ***答案*** 0.4 kg 水.kg 1- 绝干料 6. 已知在ｔ＝50℃、P ＝1atm 时空气中水蒸汽分压Pw =55.3mmHg ，则该空气的湿含量H ＝＿＿＿＿＿＿＿＿；相对湿度φ＝＿＿＿＿＿＿＿；（50℃时,水的饱和蒸汽压为92.51mmHg ） ***答案*** 0.0488， 0.598 7. 恒速干燥与降速干燥阶段的分界点，称为______________；其对应的物料含水量称为_____________________。 ***答案*** 临界点 、 临界含水量 8. 干燥进行的必要条件是物料表面所产生的水汽（或其它蒸汽）压力__________________。 ***答案*** 大于干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压。 9. 等焓干燥过程的条件是________________________________________________。 ***答案*** 干燥器内无补充热，无热损失，且被干燥的物料带进，带出干燥器的热量之差可以忽略不计。 10. 作为干燥介质的湿空气，其预热的目的_______________________________________。 ***答案*** 降低相对湿度（增大吸湿的能力）和提高温度（增加其热焓） 11. 当湿空气的总压一定时， 相对湿度φ仅与＿＿＿＿＿＿＿＿及＿＿＿＿＿＿＿＿有关。 ***答案*** H ， ｔ 12. 已知在常压及25℃下水份在某湿物料与空气之间的平衡关系为：相对湿度φ=100％ 时, 平衡含水量X * %100=?=0.02kg 水.kg 1- 绝干料；相对湿度φ=40％时, 平衡含水量 X *=0.007。现该物料含水量为0.23kg 水. kg 1- 绝干料,令其与25℃,φ=40％的空气接触, 则该物料的自由含水量为＿＿＿＿＿＿kg 水.kg 1-绝干料, 结合水含量为＿＿＿＿＿＿kg 水.kg 1-绝干料,非结合水的含量为＿＿＿＿＿＿kg 水.kg 1- 绝干料。 ***答案*** 自由含水量 X-X *=0.23-0.007=0.223； 结合水量为 X * %100=?=0.02 非结合水量 X-X *%100=?=0.23-0.02=0.21 13. 影响恒速干燥速率的因素主要是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿； 影响降速干燥速率的因素主要是＿＿＿_＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
第八章 化学反应工程基本原理 1、已知某气相反应在450K 温度下进行时，其反应速率方程为： 126A h p ,p 1058.2)p (???×=?d a A d t k P 的单位 为 试求：①反应速率常数132A R A h m kmol ,kc t d n d V 1)r (????=?? =? ②假如反应速率方程可表示，那么k c 为多少？ 解：（1）因（t P d d A ?）的单位为Pa ? h ?1， k p =2.P 58×10?6Pa ?1 ? h ?1 （2）因A 所以：58×10?6 ? Pa ? h ?1/(a)2=2.P =RT c RT n A = V A 所以：（?r A ）=t P d d A ?= ?2A A )(d )(d RT c t RT c p k = 即：?t c RT d d A = k p (RT )2 ? c A 2 故 k c = k = 2.58 8. 4 × 450 2、乙烷脱氢裂解反应方程式为： 4+H 2 物料中A 的浓度为y A =0.0900，求A 的转化率。 pRT ×10?6×31= 9.65 × 10?3m 3 ? mol ?1 ? h ?1 C 2H 6→C 2H A R S 已知反应物A 的初始浓度y A,o =1.0000，出口解：1111=?+=δ 1A )y 1(A A 0,A A 0,A A δy y y x +?==835.0) 0900.01(0000.10900.00000.1=+? = 83.5% 3、氨接触氧化的主、副反应为： （主反应） 入口处（mol%）出口处（mol%） 4NH 3+5O 2 4NO+6H 2O+Q 4NH 3+5O 2 2N 2+6H 2O+Q （副反应） 已知反应器进出口处物料组成为： 组 成 NH 311.52 0.22 O 223.04 8.7 N 2 62.67 H 2O 2.76 NO O 求氨的转化率和一氧化氮的收率和选择性。 表示NO 和N 2的生成量（mol ），根据进料组成和化学计量式，解：以100mol 进料为计算基准，并设x 和y 分别可列下表： 1
第二章 流体输送机械 2-1 流体输送机械有何作用？ 答：提高流体的位能、静压能、流速，克服管路阻力。 2-2 离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体？启动后，液体在泵内是怎样提高压力的？泵入口的压力处于什么状体？ 答：离心泵在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气的密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体（气缚）； 启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口位置处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。 泵入口处于一定的真空状态（或负压） 2-3 离心泵的主要特性参数有哪些？其定义与单位是什么？ 1、流量q v : 单位时间内泵所输送到液体体积，m 3/s, m 3/min, m 3/h.。 2、扬程H ：单位重量液体流经泵所获得的能量，J/N ，m 3、功率与效率： 轴功率P ：泵轴所需的功率。或电动机传给泵轴的功率。 有效功率P e ：gH q v ρ=e P 效率η：p P e =η 2-4 离心泵的特性曲线有几条？其曲线的形状是什么样子？离心泵启动时，为什么要关闭出口阀门？ 答：1、离心泵的H 、P 、η与q v 之间的关系曲线称为特性曲线。共三条； 2、离心泵的压头H 一般随流量加大而下降 离心泵的轴功率P 在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。 η与q v 先增大，后减小。额定流量下泵的效率最高。该最高效率点称为泵的设计点，对应的值称为最佳工况参数。 3、关闭出口阀，使电动机的启动电流减至最小，以保护电动机。 2-5 什么是液体输送机械的扬程？离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的？液体的流量、泵的转速、液体的粘度对扬程有何影响？ 答：1、单位重量液体流经泵所获得的能量 2、在泵的进、出口管路处分别安装真空表和压力表，在这两处管路截面1、2间列伯努利方程得： f V M H g u u g P P h H ∑+-+-+=221220ρ 3、离心泵的流量、压头均与液体密度无关，效率也不随液体密度而改变，因而当被输送液体密度发生变化时，H-Q 与η-Q 曲线基本不变，但泵的轴功率与液体密度成正比。当被输送液体的粘度大于常温水的粘度时，泵内液体的能量损失增大，导致泵的流量、扬程减小，效率下降，但轴功率增加，泵的特性曲线均发生变化。 2-6 在测定离心泵的扬程与流量的关系时，当离心泵出口管路上的阀门开度增大后，泵出口压力及进口处的液体压力将如何变化？
干燥 1、干燥实验中，哪些干燥条件应恒定不变？在此条件下进行长时间干燥，最终能否得到绝干物料？ 2、结合水与平衡水分有何区别和联系？ 答：平衡水分是空气状态和物料特性的函数，对一定的物料，平衡水分随空气状态而变化。平衡水分是在一定空气状态下不能被干燥除去的水分，是干燥的极限。 结合水只与物料的特性有关，而与空气的状态无关。结合水是能与饱和湿空气平衡的湿物料所含水分的最低值，湿物料的含水量低于此值便会从饱和湿空气中吸收水分。 一般地，结合水的一部分是自由水分，其能被干燥除去；另一部分是平衡水分，其不能被一定状态的空气干燥除去。 3、如何区别平衡水分和自由水分？（5分） 4、请示意性的画出湿空气的湿焓图，对于任意空气状态指出它的状态点：水气分压p，湿度H；焓I；露点t d；湿球温度t W；相对湿度φ。 水气分压p， 湿度H； 焓I； 露点t d； 湿球温度t W； 相对湿度φ 画出图（2分） 并指出上述六个参数。（4分） 5、湿球温度 6、绝热饱和温度 下册干燥 湿度、相对湿度、焓 带循环的干燥器物料衡算（求循环量） 热量衡算（求温度） 预热器热量【例5－5】 三、请回答下列问题（10分） ３、（２０分）某种湿物料在常压气流干燥器中进行干燥，湿物料的流量为1kg/s，初始湿基含水量为3.5%，干燥产品的湿基含水量为0.5%。空气的状况为：初始温度为25℃，湿度为0.005kg水分/kg干空气，经预热后进干燥器的温度为140℃，若离开干燥器的温度选定为60℃，试计算需要的空气消耗量及预热器的传热速率。假设空气在干燥器内经历等焓过程，I=（1.01+1.88H）t+2490H。
第二章 习题 1. 在用水测定离心泵性能的实验中，当 流量为26 m 3/h 时，泵出口处压强表和入口处真空表的读数分别为152 kPa 和24.7 kPa ，轴功率为 2.45 kW ，转速为2900 r/min 。若真空表和压强表两测压口间的垂直距离为0.4m ，泵的进、出口管径相同，两测压口间管路流动阻力可忽略不计。试计算该泵的效率，并列出该效率下泵的性能。 解：在真空表和压强表测压口处所在的截面11'-和22'-间列柏努利方程，得 22112212,1222e f p u p u z H z H g g g g ρρ-+++=+++∑ 其中：210.4z z m -=41 2.4710()p P a =-?表压 52 1.5210p Pa =?(表压) 12u u = ,120f H -=∑ 则泵的有效压头为： 5 21213(1.520.247)10()0.418.41109.81 e p p H z z m g ρ-+?=-+=+=? 泵的效率3 2618.4110100%53.2%1023600102 2.45e e Q H N ρη??==?=??
该效率下泵的性能为： 326/Q m h = 18.14H m =53.2%η= 2.45N kW =
3. 常压贮槽内盛有石油产品，其密度为 760 kg/m 3，黏度小于20 cSt ，在贮存条件下饱和蒸气压为80kPa ，现拟用 65Y-60B 型油泵将此油品以15 m 3/h 的流 量送往表压强为177 kPa 的设备内。贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5 m ，吸入管路和排出管路的全部压头损失分别为1 m 和4 m 。试核算该泵是否合用。 若油泵位于贮槽液面以下1.2m 处，问此泵能否正常操作?当地大气压按101.33kPa 计。 解：要核算此泵是否合用，应根据题给条件计算在输送任务下管路所需压头,e e H Q 的值，然后与泵能提供的压头数值 比较。 由本教材附录24 (2)查得65Y-60B 泵的性能如下： 319.8/Q m h =，38e H m =，2950/min r r =， 3.75e N kW =，55%η=，() 2.7r NPSH m = 在贮槽液面11'-与输送管出口外侧截面22'-间列柏努利方程，并以截面11'-
一、填空题 1、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汽分压）；干燥过程是（热量传递和质量传递）相结合的过程。 2、在实际的干燥操作中，常用（干湿球温度计）来测量空气的温度。 3、恒定得干燥条件是指（温度）、（湿度）、（流速）均不变的干燥过程。 4、在一定得温度和总压强下，以湿空气作干燥介质，当所用湿空气的相对湿度 较大时，则湿物料得平衡水分相应（增大），自由水分相应（减少）。 5、恒速干燥阶段又称（表面汽化）控制阶段，影响该阶段干燥速率的主要因素是（干燥介质的状况、流速及其与物料的接触方式）；降速干燥阶段又称（内部迁移）控制阶段，影响该阶段干燥速率的主要因素是（物料结构、尺寸及其与干燥介质的接触方式、物料本身的温度等）。 6、在恒速干燥阶段，湿物料表面的温度近似等于（热空气的湿球温度）。 7、可用来判断湿空气的干燥能力的大小的性质是相对湿度。
8、湿空气在预热过程中，湿度 不变 温度 增加 。 9、干燥进行的必要条件是 干燥介质是不饱和的热空气 。 10、干燥过程所消耗的热量用于 加热空气 ， 加热湿物料 、 气化水分 、 补偿热损失 。 二、选择题 1、已知湿空气的如下两个参数，便可确定其他参数（C ）。 A ．p H , B.d t H , C.t H , D.as t I , 2、在恒定条件下将含水量为（干基,下同）的湿物料进行干燥。当干燥至含水量为时干燥速率下降，再继续干燥至恒重，测得此时含水量为，则物料的临界含水量为（A ），平衡水分为（C ）。 3、已知物料的临界含水量为（干基,下同），先将该物料从初始含水量干燥降至，则干燥终了时物料表面温度θ为（A ）。 A. w t ?θ B. w t =θ C. d t =θ D. t =θ 4、利用空气作干燥介质干燥热敏性物料，且干燥处于降速阶段，欲缩短干燥时间，则可采取的最有效措施是（ B ）。 A.提高干燥介质的温度 B.增大干燥面积、减薄物料厚度
第四章 习题 2． 燃烧炉的内层为460mm 厚的耐火砖, 外层为230mm 厚的绝缘砖。若炉的内表 面温度t 1为1400℃,外表面温度t 3为 100℃。试求导热的热通量及两砖间的界 面温度。设两层砖接触良好,已知耐火砖 的导热系数为t 0007.09.01+=λ,绝缘砖的导 热系数为t 0003.03.02+=λ。两式中t 可分别 取为各层材料的平均温度,单位为℃,λ 单位为W/(m·℃)。 解：设两砖之间的界面温度为2t ，由 23121212t t t t b b λλ??=，得 2223312 23140010094946010/(0.90.000723010/(0.30.0003)22t t t C t t t t ????=?=++?+? ?+?热通量 212 1689/14009490.40/0.970.00072t t q W m ?==+??+? ???
3．直径为mm mm 360?φ,钢管用30mm 厚 的软木包扎,其外又用100mm 厚的保温灰 包扎,以作为绝热层。现测得钢管外壁面 温度为-110℃,绝热层外表面温度10℃。 已知软木和保温灰的导热系数分别为 0.043和0.07W/(m ·℃),试求每米管长 的冷量损失量。 解：每半管长的热损失，可由通过两层 圆筒壁的传热速率方程求出： 13 32112211ln ln 22t t Q r r L r r πλπλ?=+ 1100101601160ln ln 2 3.140.043302 3.140.000760 ??=+???? 25/W m =? 负号表示由外界向体系传递的热量，即 为冷量损失。
化工原理第二版 第1章蒸馏 1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t（℃） 80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B *，P A *，由于总压 P = 99kPa，则由x = (P-P B *)/(P A *-P B *)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平 衡t-x图数据。 以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C 5H 12 ）和正己烷（C 6 H 14 ）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa 下该溶液的平衡数据。 温度C 5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C 6H 14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解：根据附表数据得出相同温度下C 5H 12 （A）和C 6 H 14 （B）的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P B * = 1.3kPa 查得P A *= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3
《化工原理》复习材料 0绪论 0.1单元操作所说的“三传”是指__动量传递___、___热量传递__和___质量传递__。 0.2任何一种单位制都是由__基本单位__和__导出单位__构成的。 0.3重力单位制的基本单位是__长度__、__时间__和__力__。 0.4绝对单位制的基本单位是__长度__、__时间__和__质量__。 第一章 流体流动 一、填空题 1.1.流体静力学方程式仅适用于__连通着__的，__同一种连续__的，不可__压缩__静止流体。 1.2圆形直管内，流体体积流量一定，设计时若将d 增加一倍，则层流时h f 是原值的___16___倍；高度湍流时h f 是原值的___32___倍（忽略d ε变化的影响）。 1.3流量V q 增加一倍，孔板流量计的孔口速度为原来的____2__倍，转子流量计的阻力损失为原来的____1__倍，孔板流量计的阻力损失为原来的__4__倍，转子流量计的环隙通道面积为原来的____2__倍。 1.4流体在圆形管道中做层流流动，如果只将流速提高一倍，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_0.25__倍。 1.5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__。流体流动时，要测取管截面上的流速分布，应选用___皮托管______流量计测量。 1.6如果流体为理想流体且无外加功的情况下，单位质量流体的机械能衡算式为 __常数=++ρp u gz 22_；单位重量流体的机械能衡算式为_常数=++g p g u z ρ22_；单位体积流体的机械能衡算式为___常数=++p u gz 22 ρρ_。
第一章 流体流动与输送机械 1. 某烟道气的组成为CO 2 13％，N 2 76％，H 2O 11％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa 时的密度。 解：混合气体平均摩尔质量 k g /m o l 1098.2810)1811.02876.04413.0(33--?=??+?+?=∑=i i m M y M ∴ 混合密度 33 3kg/m 457.0) 500273(31.81098.28103.101=+????== -RT pM ρm m 2．已知20℃时苯和甲苯的密度分别为879 kg/m 3和867 kg/m 3,试计算含苯40％及甲苯60％（质量％）的混合液密度。 解： 867 6 .08794.01 2 2 1 1 += + = ρρρa a m 混合液密度 3 k g /m 8.871=m ρ 3．某地区大气压力为101.3kPa ，一操作中的吸收塔塔内表压为130kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作该吸收塔，且保持塔内绝压相同，则此时表压应为多少？ 解： ' '表表绝＋p p p p p a a =+= ∴kPa 3.15675)1303.101)(' '=-==＋（ －＋真表a a p p p p 4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900 kg/m 3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa ，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m ，其读数为58 kPa 。试计算液面到下方测压口的距离。 解：液面下测压口处压力 gh p z g p p ρρ+=?+=10 m 36.255.081 .990010)4258(3 0101=+??-=+ρ-=ρ-ρ+=?∴h g p p g p gh p z 5. 如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为700mm 和600mm 。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知油与水的密度分别为800 kg/m 3和1000 kg/m 3。 （1）计算玻璃管内水柱的高度； 题4 附图 B D 题5 附图
化工原理思考题答案集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
化工原理思考题答案 第一章流体流动与输送机械 1、压力与剪应力的方向及作用面有何不同 答：压力垂直作用于流体表面，方向指向流体的作用面，剪应力平行作用于流体表面，方向与法向速度梯度成正比。 2、试说明粘度的单位、物理意义及影响因素 答:单位是N·S/m2即Pa·s，也用cp，1cp=1mPa·s，物理意义为：分子间的引力和分子的运动和碰撞，与流体的种类、温度及压力有关 3、采用U型压差计测某阀门前后的压力差,压差计的读数与U型压差计放置的位置有关吗？ 答：无关，对于均匀管路，无论如何放置，在流量及管路其他条件一定时，流体流动阻力均相同，因此U型压差计的读数相同，但两截面的压力差却不相同。 4、流体流动有几种类型？判断依据是什么？ 答：流型有两种，层流和湍流，依据是：Re≤2000时，流动为层流；Re ≥4000时，为湍流， 2000≤Re≤4000时，可能为层流，也可能为湍流5、雷诺数的物理意义是什么？ 答：雷诺数表示流体流动中惯性力与黏性力的对比关系，反映流体流动的湍动状态 6、层流与湍流的本质区别是什么？ 答：层流与湍流的本质区别是层流没有径向脉动，湍流有径向脉动 7、流体在圆管内湍流流动时，在径向上从管壁到管中心可分为哪几个区域？
答：层流内层、过渡层和湍流气体三个区域。 8、流体在圆形直管中流动，若管径一定而流量增大一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？ 答：层流时W f ∝u ，流量增大一倍能量损失是原来的2倍，完全湍流时Wf ∝u 2 ，流量增大一倍能量损失是原来的4倍。 9、圆形直管中，流量一定，设计时若将管径增加一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？ 答： 10、如图所示，水槽液面恒定，管路中ab 及cd 两段的管径、长度及粗糙度均相同，试比较一下各量大小 11、用孔板流量计测量流体流量时，随流量的增加，孔板前后的压差值将如何变化？若改用转子流量计，转子上下压差值又将如何变化？ 答：孔板前后压力差Δp=p 1-p 2，流量越大，压差越大，转子流量计属于 截面式流量计，恒压差，压差不变。 12、区分留心泵的气缚与气蚀现象、扬程与升扬高度、工作点与设计点等概念 答：气缚：离心泵启动前未充液，泵壳内存有空气，由于空气密度远小于液体的密度，产生离心力很小，因而叶轮叶心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，此时启动离心泵也不能输送液体。 气蚀：贮槽液面一定，离心泵安装位置离液面越高，贮槽液面与泵入口处的压差越大，当安装高度达到一定值时，泵内最低压力降至输送温度下液体的饱和蒸汽压，液体在该处形成气泡，进入叶轮真空高压区后气
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