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。 （1）水的黏度μ=0.00856 g/(cm·s) （2）密度ρ=138.6 kgf ?s 2/m 4
（3）某物质的比热容C P =0.24 BTU/(lb·℉) （4）传质系数K G =34.2 kmol/(m 2?h ?atm) （5）表面张力σ=74 dyn/cm
（6）导热系数λ=1 kcal/(m ?h ?℃)
解：本题为物理量的单位换算。
（1）水的黏度 基本物理量的换算关系为
1 kg=1000 g ，1 m=100 cm
则 )s
Pa 10
56
.8s m kg
1056.81m
100cm 1000g 1kg
s cm g
00856.04
4
??=??=??
?
???????????????
?=--μ
（2）密度 基本物理量的换算关系为
1 kgf=9.81 N ，1 N=1 kg ?m/s 2
则 3
2
42m kg 13501N s m 1kg 1kgf N 81.9m s kgf 6.138=??
??????????????????=ρ （3）从附录二查出有关基本物理量的换算关系为
1 BTU=1.055 kJ ，l b=0.4536 kg
o
o
51F C
9
=
则
()
C kg kJ 005.1C 95F 10.4536kg 1lb 1BTU
kJ
055.1F lb BTU 24.0??=??
?
?
?????????
?
????
?????????=p c
（4）传质系数 基本物理量的换算关系为 1 h=3600 s ，1 atm=101.33 kPa
则
()kPa
s m
kmol
10378.9101.33kPa
1atm
3600s h 1atm h m kmol 2.342
5
2
G ???=??
?
?
????????????????=-K
（5）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
m
N 104.71m 100cm 1dyn N 101cm
dyn
742
5
--?=?
?
?
??????????????
??=σ
（6）导热系数 基本物理量的换算关系为
1 kcal=4.1868×103
J ，1 h=3600 s
则
()()C m W 163.1C s m J 163.13600s 1h 1kcal J 104.1868C h m kcall 132
??=???=???
?????
??????????????=λ
2． 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
()()
()
L
L
3
10C
B
4
E 3048
.001.1210
78.29.3ραμ
Z D G A H -?=
式中 H E —等板高度，ft ；
G —气相质量速度，lb/(ft 2?h)；
D —塔径，ft ；
Z 0—每段（即两层液体分布板之间）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/ft 3
A 、
B 、
C 为常数，对25 mm 的拉西环，其数值分别为0.57、-0.1及1.24。 试将上面经验公式中各物理量的单位均换算为SI 单位。 解：上面经验公式是混合单位制度，液体黏度为物理单位制，而其余诸物理量均为英制。 经验公式单位换算的基本要点是：找出式中每个物理量新旧单位之间的换算关系，导出物理量“数字”的表达式，然后代入经验公式并整理，以便使式中各符号都变为所希望的单位。具体换算过程如下：
（1）从附录查出或计算出经验公式有关物理量新旧单位之间的关系为
m 3049.0ft 1=
())s m
kg
10
356.1h ft lb 12
3
2
??=?- （见1）
α量纲为一，不必换算
s Pa 10
1cp 13
??=-
13lb
ft =13
3lb 1kg 3.2803ft ft 2.2046lb 1m ??????
? ? ???????
=16.01 kg/m 2 (2) 将原符号加上“′”以代表新单位的符号，导出原符号的“数字”表达式。下面以H E 为例：
m ft E
E H H '= 则 E
E
E
E 2803.3m
ft
2803.3ft
m ft
m H H H H '=?
'='= 同理 ()G G G '=?'=-5.73710356.13
D D '=2803.3
02803.3Z Z '= ()3
L
L 101-?'=μμ
L L
L 06246.001.16ρρρ'='= (3) 将以上关系式代原经验公式，得
()
()
()???
?
?
?
'
''???
'?'???='-L L 10
1.24
-0.1
4
E
0624.010002803.33048
.02803
.301.125.7371078.257.09.32803.3ρμαZ D G H
整理上式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即
()
()L
L
3
101.240.1
-4
E 4.39205.010
084.1ραμ
Z D G A H -?=
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
0.1000
5.53.101t =???+=
=
RT
pV n
各组分的质量：
kg 197kg 24.246245%40%402
2H t H =??=?=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%202
2N t N =??=?=M
n m
kg 36.2206kg 284.246245%32%32CO t CO =??=?=M n m kg 44.758kg 444.246245%7%72
2
CO t CO =??=?=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%14
4
CH t CH
=??=?=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
12
2
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)(4
233a ?????-=＝）－＝（A p p F
每个螺钉所受力为 N
10093.6N 014.04
π105.393
21?=÷??=F
因此
()（个）695.5N 10093.610
627.33
4
1≈=??==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。
习题5附图
习题4附图
解：（1）A 点的压力
()（表）
Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.910004
2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
6．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 mm ，h =800 mm 。为防止水银扩散至空气中，在水银面上方充入少量水，其高度可以忽略不计。已知当地大气压力为101.3 kPa ，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
根据流体静力学基本方程式，A A p p '= 则 a ++p gh gR p ρρ=汞水
()80.132kPa
Pa 1.08.9136008.08.9100010
3.1013
=??-??-?=--=gR gh p p a 汞水ρρ
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 。
解：3.13=gh 水ρ
)()m
36.1m 8.910001000
3.133.13=??==g h 水ρ
流体流动概述
8. 密度为1800 kg/m 3的某液体经一内径为60 mm 的管道输送到某处，若其平均流速为0.8 m/s ，求该液体的体积流量（m 3/h ）、质量流量（kg/s ）和质量通量[kg/(m 2·s)]。
解： h m
14.8s m
360006.04
14.38.04π3
3
22
h =???
===d u
uA V
s kg 26.2s kg 100006.04
14.38.04
π2
2
s =???
===ρρd u
uA w
()()s m
kg 800s m
kg
10008.02
2
?=??==ρu G
9．在实验室中，用内径为1.5 cm 的玻璃管路输送20 ℃的70%醋酸。已知质量流量为10 kg/min 。试分别用用SI 和厘米克秒单位计算该流动的雷诺数，并指出流动型态。 解：（1）用SI 单位计算
查附录70%醋酸在20 ℃时，s Pa 1050.2m kg 106933??==-μρ，
习题7附图
习题6附图
0.015m cm 5.1==d
)s m 882.0m 1069015
.04π
60102
b =???=u
()5657
105.21069
882.0015.03
b =???==
-μ
ρ
du Re 故为湍流。
（2）用物理单位计算
()s cm g 025.0cm g 10693?==μρ， cm 5.1=d ，m c 2.88b ==u 5657025.0069.12.885.1b =??==
μ
ρ
du Re
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
.1785.012
01=-=?-=z z
由质量守恒，得
21d 0d M w w θ
-+
=，01=w
（无水补充）
2000
0.62w u A z A ρρ==（
为小孔截面积） AZ M ρ= (A 为储槽截面积) 故有 0262.00
=+θ
ρρd dz A
gz A
即
θ
d A
A gz
dz 062
.02-=
上式积分得 ))((
262
.022
112
100
z z A A g
-=θ
()m i n 1.2s 4.126s 115
.2304.0181.9262
.02
2
12
12
==-??
? ???=
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
2
2121b1
2b2f 112
2p 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
2
2
b 2b 219.8179.81 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
14.30.33
3
2
b2s ==?-??
==A u V
12．20 ℃的水以2.5 m/s 的平均流速流经φ38 mm ×2.5 mm 的水平管，此管以锥形管与另一φ53 mm ×3 mm 的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A 、B 处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压力。若水流经A 、B 两截面间的能量损失为1.5 J/kg ，求两玻璃管的水面差（以mm 计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。 解：在A 、B 两截面之间列机械能衡算方程
22121b1
2b2f 112
2p p gz u gz u h ρρ
++=+++∑
式中 z 1=z 2=0，s m 0.3b1=u
s m 232.1s m 2003.0053.020025.0038.05.22
2
2
21b121b1b2
=???
???-?-=???
? ??=????
??=d d u A A u u
∑h f =1.5 J/kg
kg J 866.0kg J 5.125.2232.12
22f 2
b1
2
b2b22
1-=???
?
??+-=+
-=
-∑
h u u u p p ρ
故
mm
3.88m 0883.0m 81.9866.02
1===-g
p p ρ
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
习题11附图 习题12附图
习题13附图
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
2
2
1
12
21e 2f
2
2
p u p u gZ W gZ h
ρ
ρ
+
++=
+
++
∑
()
s
m 966.1m 004
.02068.04
14.33600
204
πkg
J 700m 0.8Pa 1021.1Pa 100133.12
2
2f
1125
25
1=?-?=
==
=≈=-?=?=∑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 173800360020kg J 175kg J 704.7893.146.2kg
J 700.88.92
966.1800100133.121.1e s e 2
5
=??===+++=??
?
?
?
?+?++
?-=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）
2
120b
π04W W d u ρ==
， （2）
2d πd d 4
d M h D ρθ
θ
= （3）
将式（2），（3）代入式（1）得
2
2
0b πd 0
4
4
d h d u D π
ρρ
θ
+
=
即 2b 0
d ()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
2
2
b1b 21
2
12f
2
2
u u p p gz gz h ρ
ρ
+
+
=+
+
+∑ 即 2
2
2
2
b b f b b
2020.52
2
u u gh h u u =+∑=
+=
或写成
2
b 20.59.81
h u =
b 0.6u = （5） 式（4）与式（5）联立，得
习题14附图
2
2d (
)
00.032
d 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 动量传递现象与管内流动阻力
15．某不可压缩流体在矩形截面的管道中作一维定态层流流动。设管道宽度为b ，高度2y 0，且b >>y 0，流道长度为L ，两端压力降为p ?，试根据力的衡算导出（1）剪应力τ随高度y （自中心至任意一点的距离）变化的关系式；（2）通道截面上的速度分布方程；（3）平均流速与最大流速的关系。
解：（1）由于b>>y 0 ,可近似认为两板无限宽，故有 y L
p yb p bL
?-=
??-=
)2(21τ （1）
（2）将牛顿黏性定律代入（1）得 d d u y
τμ=-
d d u p y y
L
μ?=
上式积分得
C
y
L
p u +?=
2
2μ （2）
边界条件为 y =0，u =0，代入式（2）中，得 C =-2
02y L
p C μ?=
因此
)
(22
02
y y
L
p u -?=
μ （3）
（3）当y =y 0，u =u max 故有 2
m a x 2y L
p u μ?-
=
再将式（3）写成
2m a x 0
1(
)y u u y ??=-???
?
（4） 根据u b 的定义，得
2
b m
a x
m a x
1
1
2d 1()d 3A
A
y
u u A u
A u
A
A
y ??=
=
-=???
?
????
16．不可压缩流体在水平圆管中作一维定态轴向层流流动，试证明（1）与主体流速u
相应的速度点出现在离管壁0.293r i 处，其中r i 为管内半径；（2）剪应力沿径向为直线分布，且在管中心为零。
解：（1）22max b i
i
1()21()r r u u u r r ?
?
?
?
=-=-?????
?
?
?
（1）
当u =u b 时，由式（1）得
2
i
1()12
r r =-
解得 i 707.0r r =
由管壁面算起的距离为i i i i 293.0707.0r r r r r y =-=-= （2） 由d d u r
τμ
=- 对式（1）求导得
m ax 2
i
2d d u u r r
r =
故 m a x b 22
i i
24u u r r
r r μμτ== （3） 在管中心处，r =0，故τ=0。
17．流体在圆管内作定态湍流时的速度分布可用如下的经验式表达
7
1max
z 1?
?? ?
?
-=R r u u
试计算管内平均流速与最大流速之比u /u max 。 解：17
R R z m ax 2
2
112πd 12πd ππr u u r r u r r R
R
R ?
?==
- ?
?
??
?
令
R 11
172
187
z m ax m ax m ax
2
2
1(1)
1
12πd 2π(1)d 2()d 0.817ππr y r R y R
u u r r y u R y y u y
y
y u R
R
-==-=
=
-=-=?
?
?，则
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
f2
h
h =（
2
b1
b22
11
2))(
)(
u u d d λλ
式中 2
1d d =2 ，b2b1
u u =（
2
1d d ）2 =4
因此
∑∑f1
f2
h
h =2
21
(
)(2)(4)λλ=32
1
2λλ
又由于 25
.0Re
316.0=
λ
1
2λλ=（
25
02
1.)
Re Re =（0.25
1b12b2
)
d u d u =（2×2504
1
.)=（0.5）
0.25
=0.841
故
∑∑f1
f2
h
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 2
2
b1b21
2
1e 2f 2
2
u u p p gz W gz h ρ
ρ
+
+
+=+
+
+∑ （1）
式中 z 1=0，z 2=17 m ，u b1≈0 s m 43.1m 1073
068.0785.0360010
24
2
4
2
b2=????=
=
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
b221
e 21
f ()2
u p p W g z z h ρ
-=-+
+
+∑
=9.81×17+
2
4312
.+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 ρ
μ
=
3
0.068 1.431073
0.6310
-???=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 2
43.12
=25.74J/kg
于是 ()kg J 217.7kg J 74.250.192e =+=W
习题19附图
泵的轴功率为
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
2
2
b1b21
2
12f 12
2
2
u u p p gz gz h ρ
ρ
+
+
=+
+
+∑，－ （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 2H O
1H g
()g z h gR
ρ
ρ
+= （b ）
式中 h =1.5 m, R =0.6 m 将已知数据代入式（b ）得 m 66.6m 5.11000
6
.0136001=??
?
?
?-?=z
2
2
2
2
b b f,1-2
c b b
15()
2.13(0.0250.5)
2.132
0.1
2
u u L h u u d λ
ζ∑=+==?
+=
将以上各值代入式（a ），即 9.81×6.66=2
b 2
u +
1000
39630+2.13 u b 2
解得 s m 13.3b =u 水的流量为 ()s m
43.1s m
13.31.0785.036004
π3600
3
3
2
b 2
s =???==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，
习题20附图
得
2
2
b1b33
1
13f 13
2
2
u u p p gz gz h ρ
ρ
+
+
=+
+
+∑，－ （c ）
式中 z 1=6.66 m ，z 3=0，u b1=0，p 1=p 3
2e b f,13c ()2
L L u h d λζ-+∑∑=+=2
2b b 350.025(15)0.5 4.810.1
2
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
2
2
b1b21
2
12f 12
2
2
u u p p gz gz h ρ
ρ
+
+
=+
+
+∑，－
（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 2.261000
2
51.366.681.922
++
=
?p
解得 p 2=3.30×104 Pa （表压）
21．10 ℃的水以500 l/min 的流量流经一长为300 m 的水平管，管壁的绝对粗糙度为
0.05 mm 。有6 m 的压头可供克服流动的摩擦阻力，试求管径的最小尺寸。 解：由于是直径均一的水平圆管，故机械能衡算方程简化为
12
f
p p h ρ
-=∑
上式两端同除以加速度g ，得 g
p p ρ2
1-=f h ∑/g=6 m （题给）
即 f
h
∑=2
b 2
u L d λ
=6×9.81 J/kg =58.56 J/kg
（a ） 2
2
3
2
s b 01062.04π60105004π--=?
?=
=
d
d
d
V u
将u b 代入式（a ），并简化得
λ4510874.2-?=d
（b ）
λ与Re 及e /d 有关，采用试差法，设λ=0.021代入式（b ），求出d =0.0904m 。 下面验算所设的λ值是否正确：
000553.00904.01005.03=?=-d e s m 3.1s m 0904
.001062.02
b ==u
10 ℃水物性由附录查得
ρ=1000 kg/m 3
，μ=130.77×10-5
Pa s ? )4
5
b 10
99.81077.130100003.10904.0?=???=-μρdu Re
由e /d 及Re ，查得λ=0.021
故 mm 4.90m 0904.0==d
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
2
2
1
12
212f
2
2
p u p u gZ gZ h
ρρ
++=
+
++
∑
5
5
122111.013310Pa 1.013310Pa 15.0m 0p p Z Z u =?=?-=≈；； ；
()2
2
e 22
12f 9.8150.52
2
l l u u g Z Z h d λ??+=--=?-+ ?
???∑∑
e 2
2 1.5294l l u d λ??++= ? ???
∑
2u =
（1）
采用试差法，2 2.57m u =假设
5
5
0.106 2.57999.8e=
2.1910124.2310
du R ρ
μ
-??=
=??则
0.20.0019
106
e 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 u =
故假设正确，2 2.57m s u = 管路的输水量
习题22附图
()h m
61.81h m
3600
004
.02114.04
14.357.23
3
2
2=??-??
==A u V
23．本题附图所示为一输水系统，高位槽的水面维持恒定，水分别从BC 与BD 两支管排出，高位槽液面与两支管出口间的距离均为11 。AB 管段内径为38 m 、长为58 m ；BC 支管的内径为32 mm 、长为12.5 m ；BD 支管的内径为26 mm 、长为14 m ，各段管长均包
括管件及阀门全开时的当量长度。AB 与BC 管段的摩擦系数λ均可取为0.03。试计算（1）当BD 支管的阀门关闭时，BC 支管的最大排水量为多少（m 3
/h ）；（2）当所有阀门全开时，两支管的排水量各为多少（m 3
/h ）？（BD 支管的管壁绝对粗糙度，可取为0.15
mm ，水的密度为1000 kg/m 3
，黏度为0.001P a s ?。） 解：（1）当BD 支管的阀门关闭时，BC 支管的最大排水量
在高位槽水面1-1，与BC 支管出口内侧截面C-C ,间列机械能衡算方程，并以截面C-C ,为基准平面得
2
2
b1b 1
1f
2
2
C C
C u u p p gz gz h ρ
ρ
+
+
=+
+
+∑
式中 z 1=11 m ，z c =0，u b1≈0，p 1=p c 故
2
b f 2
C u h +∑=9.81×11=107.9J/kg （a ）
f f ,f ,A B B C h h h ∑=∑+∑ （b ） 2
b,e
f,c ()
2
AB AB u L L h d λ
ζ+∑∑=+
2
b,2
b,58(0.030.5)
23.150.038
2
AB AB u u =?
+= （c ）
2
b,2
f,b,12.5(0.03) 5.860.032
2
BC BC BC
u h u ∑=?= （d ） 2
2
4
2
2
b,b,b,b,b,32(
)(
)0.538
BC AB BC
AB BC BC AB
d u u u u u d =∴
==
（e ）
将式（e ）代入式（b ）得
22f,b,b,23.150.511.58AB BC
BC h u u ∑=?= （f ） 将式（f ）、（d ）代入式（b ）,得
222
f b ,b ,b ,11.585.8617.44B C B C
B C
h u u u ∑=+= u bC =u b,BC ，并以∑h f 值代入式（a ），解得 u b,BC =2.45 m/s 故 V BC =3600×
π4
×0.0322×2.45 m 3/h=7.10 m 3/h
（2）当所有阀门全开时，两支管的排水量根据分支管路流动规律，有
习题23附图
2
2
b,b f,f,2
2
D C C
D
C BC
D BD
u u p p gz h gz h ρ
ρ
+
+
+∑=+
+
+∑ （a ）
两支管出口均在同一水平面上，下游截面列于两支管出口外侧，于是上式可简化为 f ,f ,B C B D
h h ∑=∑
2
b,e
f,c ()2
BC BC D u L L h d
λ
ζ+∑∑=+
2
b,2
b,12.5(0.031)
6.360.032
2
BC BC u u =?+=
2
b,2
f,b,14
(1)
(269.20.5)0.026
2
BD BD BD
u h u λ
λ∑=+=+
将f,f,B C B D h h ∑∑、值代入式（a ）中，得
22b,b,6.36(269.20.5)BC
BD u u λ=+ （b ）
分支管路的主管与支管的流量关系为 V AB =V BC +V BD
222b ,b ,b ,
A B A B B C B C
B D B D
d u d u d u =+
22
2
b ,b ,b ,0.0380.0320.026A B B C
B
D
u u u =+ 上式经整理后得
b,b,b,0.7080.469A B B C B D u u u =+
（c ）
在截面1-1，与C-C ’间列机械能衡算方程，并以C -C ’为基准水平面，得
2
2
b,b11
1f
2
2
C C
C u u p p gz gz h ρ
ρ
+
+
=+
+
+∑ （d ）
上式中 z 1=11 m ，z C =0，u b1≈0，u b, C ≈0
上式可简化为
f f ,f ,107.9J k g
A B B C h h h ∑=∑+∑= 前已算出 2
2
f,b,
f,b,23.15 6.36AB AB
BC BC h u h u ∑=∑=
因此 22
b,b,23.15 6.36107.9AB
BC u u += 在式（b ）、（c ）、（d ）中，u b,AB 、u b,BC 、u b,BD 即λ均为未知数，且λ又为u b,BD 的函数，可采用试差法求解。设u b,BD =1.45 m/s ，则 37700
10
11000
45.126.03
b =???=
=-μρdu Re 0058.026
15.0==
d e
查摩擦系数图得λ=0.034。将λ与u b,BD 代入式（b ）得
()2BC ,245.15.0034.02.26936.6?+?=b u
解得 s m 79.1BC b,=u
将u b,BC 、u b,BD 值代入式（c ），解得
()m 95.1s m 45.1469.079.1708.0AB b,=?+?=u 将u b,AB 、u b,BC 值代入式（d ）左侧，即
4.10879.136.69
5.115.2322=?+?
计算结果与式（d ）右侧数值基本相符（108.4≈107.9），故u b,BD 可以接受，于是两支管的排水量分别为 h m 18.5h m 79.1032.04π36003
3
2
BC =???=V h m
77.2h m
45.1026
.04π36003
32BC =???
=V
24．在内径为300 mm 的管道中，用测速管测量管内空气的流量。测量点处的温度为20 ℃，真空度为500 Pa ，大气压力为98.66×103
Pa 。测速管插入管道的中心线处。测压装置为微差压差计，指示液是油和水，其密度分别为835 kg/m 3和998 kg/m 3 ，测得的读数为100 mm 。试求空气的质量流量（kg/h ）。
解： ()()Pa 74.159Pa 1.08.9835998C A =??-=-=?gR P ρρ
查附录得，20 ℃，101.3 kPa 时空气的密度为1.203 kg/m 3，黏度为1.81×10-5 Pa s ?，则管中空气的密度为
3
3
m kg 166.1m
kg 3.1015.066.98203.1=-?
=ρ
s m 55.16s m 166.174.15922max =?=
?=
ρ
P
u 5
max max -5
0.316.55 1.166
e 3.198101.8110
du R ρ
μ
??=
=
=??
查图1-28，得
max
0.85u u =
s m 07.14s m 55.1685.085.0m ax =?==u u
h kg 159.11h kg 166.13.0785.007.1422
h =???=?=ρ
ρ
P
uA W
25．在5.2mm 38?φmm 的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为16.4 mm ，管中流动的是20 ℃的甲苯，采用角接取压法用U 管压差计测量孔板两侧的压力差，以水银为指示液，测压连接管中充满甲苯。现测得U 管压差计的读数为600 mm ，试计算管中甲苯的流量为多少（kg/h ）？
解：已知孔板直径d o =16.4 mm ，管径d 1=33 mm ，则 ()()247.0033.00164.02
2
1o 1o ===d d A A
设Re >Re o ，由教材查图1-30得C o =0.626，查附录得20 ℃甲苯的密度为866 kg/m 3，黏度为0.6×10-3 Pa·s 。甲苯在孔板处的流速为
()
()
s m 24.8s m 866
866
136006.081.92626
.02A o
o =-???=-=ρ
ρρgR C u
甲苯的流量为 h kg 5427h kg 0164
.04
π24.8360036002
o o s =???==ρA u V
检验Re 值，管内流速为 s m 04.2s m 24.8334.162
b1
=???
? ??=u
c
4
3
b11Re
10
72.910
6.0866
04.2033.0>?=???==-μρu d Re
原假定正确。
非牛顿型流体的流动
26．用泵将容器中的蜂蜜以6.28×10-3 m 3/s 流量送往高位槽中，管路长（包括局部阻力的当量长度）为20 m ，管径为
0.l m ，蜂蜜的流动特性服从幂律5
.0d d 05.0???
? ?
?=y
u z
τ，
密度ρ=1250 kg /m 3，求泵应提供的能量（J /kg ）。
解：在截面11'-和截面22'-之间列柏努利方程式，得
2
2
1
12
21e 2f
2
2
p u p u gZ W gZ h
ρ
ρ
+
++=
+
++
∑
5
5
122111.013310Pa 1.013310Pa 6.0m 0
p p Z Z u =?=?-=≈；； ；；02≈u
()2
32
2
e 2e 21
f 6.28103.14
0.1204
9.8658.820.12
l l u W g Z Z h d λλ
-?
?
?? ? ??+??=-+
=?-=-∑∑
58.864λ=-
0.5
2
0.52
1
0.51
0.5
3130.510.8
648640.058
440.512500.1
n
n n n
n u K n d λρ----+?+????==?? ? ???????
1.5
0.5
05
0.8
1.3983.21
2.5
8
3.2 3.540.3540.00451250
1250
--=?=??
?=
()kg J 51.58kg J 0045.0648.58648.58e =?-=-=λW
习题26附图
第二章 流体输送机械
1．用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情况如本题附图所示。启动泵之
前A 、C 两压力表的读数相等。启动离心泵并将出口阀调至某开度时，输油量为39 m 3
/h ，此时泵的压头为38 m 。已知输油管内径为100 mm ，摩擦系数为0.02；油品密度为810 kg/m 3。试求（1）管路特性方程；（2）输油管线的总长度（包括所有局部阻力当量长度）。
解：（1）管路特性方程
甲、乙两地油罐液面分别取作1-1’与2-2’
截面，以水平管轴线为基准面，在两截面之间列柏努利方程，得到
2
e e H K Bq =+
由于启动离心泵之前p A =p C ,于是
g
p
Z K ρ?+
?==0
则 2e e H B q = 又 e 38H H ==m
])39/(38[2
=B h 2/m 5=2.5×10–2 h 2/m 5
则 22e e 2.510H q -=?（q e 的单位为m 3/h ）
（2）输油管线总长度
2
e 2l l u H d
g
λ
+=
39π0.0136004u ??
??
??=? ?
?????
????
m/s=1.38 m/s 于是 e 2
2
229.810.1380.02 1.38
gdH
l l u
λ???+=
=
?m=1960 m
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
习题1 附图
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
∑-+
++
=1
0,2
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
10605.33
2
1
=?-?=
u
184.31=u m/s
则 2
π(
0.083.184
3600)
4
q =??
?m 3/h=57.61 m 3
/h (2) 泵的扬程
29.04m
m 5.081
.9100010)22060(3
02
1=??
?
?
??+??+=++=h H
H H
(3) 泵的效率
s 29.0457.6110009.81
100%100036001000 6.7
H q 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% 3．对于习题2的实验装置，若分别改变如下参数，试求新操作条件下泵的流量、压头和轴功率（假如泵的效率保持不变）。
（1）改送密度为1220 kg/m 3
的果汁（其他性质与水相近）； （2）泵的转速降至2610 r/min 。 解：由习题2求得：q =57.61 m 3/h H =29.04 m P =6.7 kW （1）改送果汁
改送果汁后，q ，H 不变，P 随ρ加大而增加，即
1220 6.7 1.22kW =8.174kW 1000P P ??
'==? ???
(2) 降低泵的转速
根据比例定律，降低转速后有关参数为
h
m 85.51h m 2900261061.573
3=??? ???='q
m
52.23m 2900261004.292
=???
???='H 4.884kW
kW 290026107.63
=??
?
???=''P
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。
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
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ο 下C ο80，s cm s cm T T D D 2 5275 .175 .112121044.3344.029*******.0-?==??? ???=??? ? ??= C ο80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 λ-=-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 λ 由上式得：()2351093.8m kN s m kmol a K G -?=
第一章流体流动 ?学习指导 ?一、基本要求: ?了解流体流动的基本规律，要求熟练掌握流体静力学基本方程、连续性方程、柏努利方程的内容及应用，并在此基础上解决流体输送的管路计算问题。
?二、掌握的内容 ?流体的密度和粘度的定义、单位、影响因素及数据的求取；?压强的定义、表示法及单位换算； ?流体静力学基本方程、连续性方程、柏努利方程的内容及应用； ?流动型态及其判断，雷诺准数的物理意义及计算； ?流动阻力产生的原因，流体在管内流动时流动阻力（直管阻力和局部阻力）的计算； ?简单管路的设计计算及输送能力的核算； ?管路中流体的压力、流速及流量的测量：液柱压差计、测速管（毕托管）、孔板流量计、转子流量计的工作原理、 基本结构及计算； ?因次分析法的原理、依据、结果及应用。 ?3、了解的内容 ?牛顿型流体与非牛顿型流体； ?层流内层与边界层，边界层的分离。
第一节流体的重要性质 ? 1.1.1连续介质假定 把流体视为由无数个流体微团（或流体质点）所组成，这些流体微团紧密接触，彼此没有间隙。这就是连续介质模型。流体微团（或流体质点）： 宏观上足够小，以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点；同时微观上足够大，它里面包含着许许多多的分子，其行为已经表现出大量分子的统计学性质。 u ?? ?液体 气体流体
密度——单位体积流体的质量。 V m = ρkg/m 31.单组分密度 ) ,(T p f =ρ液体密度仅随温度变化（极高压力除外），其变 化关系可从手册中查得。 1.1.2 流体的密度
气体当压力不太高、温度不太低时，可按理想 气体状态方程计算： RT pM = ρ注意：手册中查得的气体密度均为一定压力与温度 下之值，若条件不同，则需进行换算。
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’～
化工原理第二版 第1章蒸馏 1.已知含苯（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（℃） 85 90 95 100 105 x 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）/（）= 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 = 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 = 下该溶液的平衡数据。 温度 C 5H 12 K C 6H 14 饱和蒸汽压(kPa) 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 * = 查得P A *= 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 279 289
P A *(kPa) 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 *) =（）/（）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例 当t= 260.6℃时 y = P A *x/P = ×1/ = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下 t(℃) 279 289 x 1 0 y 1 0 根据平衡数据绘出t-x-y曲线 3.利用习题2的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题2 的结果相比较。 解：①计算平均相对挥发度 理想溶液相对挥发度α= P A */P B *计算出各温度下的相对挥发度： t(℃) α - - - - - - - - 取275.1℃和279℃时的α值做平均α m = （+）/2 = ②按习题2的x数据计算平衡气相组成y的值 当x = 时， y = ×[1+×]= 同理得到其他y值列表如下 t(℃) 279 289 α
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
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，m3/s, m3/min, m3/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
第七章干燥 一、名词解释 1干燥 用加热的方法除去物料中湿分的操作。 2、湿度（H） 单位质量空气中所含水分量。 3、相对湿度（） 在一定总压和温度下，湿空气中水蒸气分压与同温度下饱和水蒸气压比值。 4、饱和湿度（s） 湿空气中水蒸气分压等于同温度下水的饱和蒸汽压时的湿度。 5、湿空气的焓（I） 每kg干空气的焓与其所含Hkg水汽的焓之和。 6、湿空气比容（V H ） 1kg干空气所具有的空气及Hkg水汽所具有的总体积。 7、干球温度⑴ 用普通温度计所测得的湿空气的真实温度。 8、湿球温度（tw） 用湿球温度计所测得湿空气平衡时温度。 9、露点（td） 不饱和空气等湿冷却到饱和状态时温度。 10、绝对饱和温度（tas） 湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到的极限冷却温度。 11、结合水分 存在于物料毛细管中及物料细胞壁内的水分。 12、平衡水分 一定干燥条件下物料可以干燥的程度。 13、干基含水量 湿物料中水分的质量与湿物料中绝干料的质量之比。14、临界水分 恒速段与降速段交点含水量。 15、干燥速率 单位时间单位面积气化的水分质量。 二、单选择题 1、B 2、A 3、B 4、B 5、B
7、A 8、B
10、A 11、C 12、D 13、C 14、D 15、D 16、C 17、A 18 C 19、C 20、C 21、C 22、C 23、C 24、A 25、D 26、 B 27、A 三、填空题 1、高 2、对 3、上升；下降；不变；不变 4、Q=( +)(t1-t0) 5、①较大；较小②③由恒速干燥转到降速阶段的临界点 时物料中的含水率; 6、逆流 7、H=0.0235 kg 水/kg 绝干气；I = kJ/kg 绝干气 8、变大；不变；变小 9、气流；流化 10、粉粒状；起始流化速度；带出速度 11、①U=-GC dx/ (Ad B); q=Q/ (Ad 0) ②； 12、大；少；水面；流速>5m/s 13、>；< 14、湿度；温度；速度；与物料接触的状况 15、；；\ 16、在物料表面和大孔隙中附着的水份 17、咼 18、流化床干燥器 19、物料结构；含水类型；物料与空气接触方式；物料本身的温度 20、=；=；= 21、咼 四、问答题 1、答：将不饱和的空气等湿冷却至饱和状态，此时的温度称为该空气的露点td。
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’～
化工原理试题库（上册） 第一章流体流动 一、选择题 1. 连续操作时，物料衡算通式中的过程积累量GA为（ A ）。 A.零 B.正数 C.负数 D.任意值 2. 热量衡算中，物料的焓为相对值，通常规定（ A ）的焓为零。 A.0℃液体 B.0℃气体 C.100℃液体 D.100℃气体 3. 流体阻力的表现，下列阐述错误的是（ D ）。 A.阻力越大，静压强下降就越大 B.流体的粘度越大，阻力越大 C.流体的流动状况是产生流体阻力的根本原因 D.流体的内摩擦力在流体激烈流动时不存在 4. 压强的具有专门名称的国际单位是Pa，用基本单位表示是（ C ）。 A.atm B.mmHg C.Kg/m.s2 D.N/m2 5. 水在直管中流动，现保持流量不变，增大管径，则流速（ B ）。 A.增大 B.减小 C.不变 D.无法判断 6. 对可压缩流体，满足( C )条件时，才能应用柏努力方程求解。 A. )%(20ppp121式中压强采用表压表示 B. )%(01ppp12 1式中压强采用表压表示 C. )%(20ppp121式中压强采用绝压表示 D. )%(01ppp1 2 1式中压强采用绝压表示 7. 判断流体的流动类型用（ C ）准数。 A.欧拉 B.施伍德 C.雷诺 D.努塞尔特 8. 流体在圆形直管中滞流流动时的速度分布曲线为( B )。 A.直线 B.抛物线 C.双曲线 D.椭圆线 9. 增大流体的流量，则在孔板流量计的孔板前后形成的压强差（ A ）。 A.增大 B.减小 C.不变 D.无法判断 10. 流体在管内流动时的摩擦系数与（ B ）有关。 A.雷诺准数和绝对粗糙度 B. 雷诺准数和相对粗糙度 C.欧拉准数和绝对粗糙度 D. 欧拉准数和相对粗糙度 11. 测速管测量得到的速度是流体（ C ）速度。 A.在管壁处 B.在管中心 C.瞬时 D.平均 12. 在层流流动中，若流体的总流率不变，则规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的（ C ）倍。 A. 2； B. 6； C. 4； D. 1。 13. 流体在长为3m、高为2m的矩形管道内流动，则该矩形管道的当量直径为（ C ）。 A. 1.2m； B. 0.6m； C. 2.4m； D. 4.8m 2 14. 流体在长为2m、高为1m的矩形管道内流动，则该矩形管道的当量直径为（ A ）。 A. 1.33m； B. 2.66m； C. 0.33m； D. 0.66m。 15. 流体在内管外径为25mm，外管内径为70mm的环隙流道内流动，则该环隙流道的当量直径为（ D ）。 A. 25mm； B. 70mm； C. 95mm； D. 45mm。 16. 当流体在园管内流动时，管中心流速最大，滞流时的平均速度与管中心的最大流速的关系为( C ) A. u ＝3/2.umax B. u ＝0.8 umax C. u ＝1/2. umax D u =0.75 umax 17. 判断流体流动类型的准数为（ A ） A . Re数 B. Nu 数 C . Pr数 D . Fr数 18. 流体在圆形直管内作强制湍流时，其对流传热系数α与雷诺准数Re 的n 次方成正比，其中的n 值为（ B ） A . 0.5 B. 0.8 C. 1 D. 0.2 19. 牛顿粘性定律适用于牛顿型流体，且流体应呈（ A ） A．层流流动 B 湍流流动 C 过渡型流动 D 静止状态 20. 计算管路系统突然扩大和突然缩小的局部阻力时，速度值应取为（ C ） A. 上游截面处流速 B 下游截面处流速 C 小管中流速 D 大管中流速 21. 用离心泵在两个敞口容器间输送液体。若维持两容器的液面高度不变，则当输送管道上的阀门关小后，管路总阻力将（ A ）。 A. 增大； B. 不变； C. 减小； D. 不确定。 22. 流体的压强有多种表示方式，1标准大气压为 ( C ) A.780mm汞柱 B.1Kgf/cm2 D.10130Pa 23. 流体在圆管中层流流动，若只将管内流体流速提高一倍，管内流体流动型态仍为层流，则阻力损失为原来的（ B ）倍。 A.4 B.2 C.2 D.不能确定 24. 阻力系数法将局部阻力hf表示成局部阻力系数与动压头的乘积，管出口入容器的阻力系数为 ( A ) A.1.0 B.0.5 25. 在柏努利方程式中，P/ρg被称为 ( A ) A.静压头 B.动压头 C.位压头 D.无法确定 26. 流体的流动形式可用雷诺准数来判定，若为湍流则Re ( D ) A.<4000 B.<2000 C.>2000 D.>4000 27. 不可压缩性流在管道内稳定流动的连续性方程式为（ A ）可压缩性流体在管道内稳定流动的连续性方程式为（ D ） 3 A.u1Ａ1=u2Ａ2 B.u1Ａ2=u2Ａ1
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 -?=
第七章干燥 一、名词解释 1、干燥 用加热的方法除去物料中湿分的操作。 2、湿度（H） 单位质量空气中所含水分量。 3、相对湿度（ ?） 在一定总压和温度下，湿空气中水蒸气分压与同温度下饱和水蒸气压比值。 4、饱和湿度 ) ( s ? 湿空气中水蒸气分压等于同温度下水的饱和蒸汽压时的湿度。 5、湿空气的焓（I） 每kg干空气的焓与其所含Hkg水汽的焓之和。 6、湿空气比容 ) ( H v 1kg干空气所具有的空气及Hkg水汽所具有的总体积。 7、干球温度(t) 用普通温度计所测得的湿空气的真实温度。 8、湿球温度(tw) 用湿球温度计所测得湿空气平衡时温度。 9、露点(td) 不饱和空气等湿冷却到饱和状态时温度。 10、绝对饱和温度(tas) 湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到的极限冷却温度。 11、结合水分 存在于物料毛细管中及物料细胞壁内的水分。 12、平衡水分 一定干燥条件下物料可以干燥的程度。 13、干基含水量 湿物料中水分的质量与湿物料中绝干料的质量之比。14、临界水分 恒速段与降速段交点含水量。 15、干燥速率 单位时间单位面积气化的水分质量。 二、单选择题 1、B 2、A 3、B 4、B 5、B 6、C 7、A 8、B
9、D 10、A 11、C 12、D 13、C 14、D 15、D 16、C 17、A 18、C 19、C 20、C 21、C 22、C 23、C 24、A 25、D 26、B 27、A 三、填空题 1、高 2、对 3、上升；下降；不变；不变 4、Q=（+）（t1-t0） 5、①较大；较小②③由恒速干燥转到降速阶段的临界点时物料中的含水率；大 6、逆流 7、H=0.0235 kg水/kg绝干气；I = kJ/kg绝干气 8、变大；不变；变小 9、气流；流化 10、粉粒状；起始流化速度；带出速度 11、①U=-GC dx/（Adθ）；q=Q/（Adθ）②； 12、大；少；水面；流速>5m/s 13、>；< 14、湿度；温度；速度；与物料接触的状况 15、；； 16、在物料表面和大孔隙中附着的水份 17、高 18、流化床干燥器 19、物料结构；含水类型；物料与空气接触方式；物料本身的温度 20、=；=；= 21、高 四、问答题 1、答：将不饱和的空气等湿冷却至饱和状态，此时的温度称为该空气的露点td。 ∵Hd = / (P－ps) ∴ps = HdP /＋Hd)
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）考试试题A、B卷 题型例及思路 试题题型--- 填空10% （5小题）； 气体的净制按操作原理可分为________________、______________、 _______________.旋风分离器属________ ___ _ 。 选择10% （5小题）； 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（）。 A. 偏大； B. 偏小； C. 越大越好。 判断10% （5小题）； 若洗涤压差与过滤压差相等，洗水粘度与滤液粘度相同时，对转筒真空过滤机来 说，洗涤速率=过滤未速度。（） 问答10% （2~3小题）； 为什么单缸往复压缩机的压缩比太大，会使压缩机不能正常工作？ 计算60% （4小题）。 计算题题型： 一、流体流动与输送 20分 1、已知两截面的压强P 1 P 2 高度差⊿Z 有效功W e 摩擦系数λ管路总长Σl 管直径与壁厚φ密度ρ ,求体积流量 V (m3/h). 解题思路：求体积流量，需要知道管内流速。先选取截面，列出机械能衡算式，代入已知的压强，高度差，有效功，大截面上的速度约为零，摩擦损失用计算公式代入，衡算式中只有速度未知。求出速度，再乘于管道面积即得体积流量，再进行单位换算。 2、已知高度差⊿Z P 1 P 2 管路总长Σl 体积流量V 摩擦系数λ, 求(1)管径 d ;(2)在此管径d下, 摩擦系数λ改变后的体积流量V . 解题思路：（1）求管径，先选取截面，列出机械能衡算式，代入已知的压强，高度差，无有效功，大截面上的速度约为零，摩擦损失用计算公式代入，其中速度用已知的体积流量除于管道截面积表示，当中包含了直径，进行体积流量的单位换算，整个衡算只有直径未知。（2）在确定的直径下，用改变了的摩擦系数求体积流量，方法同题1。 3、已知管直径与壁厚φ密度ρ粘度μ位置高度Z 管路总长Σl (层流λ=64/Re, 需判断)，两截面的压强P 1 P 2 体积流量V 泵效率η，求轴功率N. 解题思路：求轴功率，需要求出有效功率，则先选取截面，列出机械能衡算式，代入
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。故当压差计中油面下移h 后，油柱高度没有变化，仍为h1，但因右侧水银面也随之下移h ，而左侧水银面必上升h ，故压差计中指示剂读数变为（R-2h ），槽内液面与左侧水银面间的垂直距离变为（H1-H-h ）。 当压差计中油面下移h 后，选左侧支管油与水银交界面为参考面m ，再在右侧支管上找出等压面n （图中未画出m 及n 面），该两面上的表压强分别为： g h H H p m 01)(ρ--= （ ρ为油品密度） 1-1附图 m
化工原理课后思考题参考答案
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，m3/s, m3/min, m3/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？
第二章流体输送机械 流体输送机械：向流体作功以提高流体机械能的装置。?输送液体的机械通称为泵； 例如：离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵。 ?输送气体的机械按不同的工况分别称为: 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。
本章的目的： 结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的操作原理、基本构造与性能，合理地选择其类型、决定规格、计算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等 ∑+++=+++f 2222e 2 11122h g u g p Z h g u g p Z ρρ
学习指导： ?学习目的： ?（1）熟悉各种流体输送机械的工作原理和基本结构； ?（2）掌握离心泵性能参数、特性曲线、工作点的计算及 学会离心泵的选用、安装、维护等； ?（3）了解各种流体输送机械的结构、特点及使用场合。 ?学习内容： ?（1）离心泵的基本方程、性能参数的影响因素及相似泵 的相似比；（2）离心泵安装高度的计算；（3）离心泵在管路系统中的工作点与流量调节；（4）风机的风量与风压，以及离心泵与风机的特性曲线的测定、绘制与应用。
?学习难点： ?（1）离心泵的结构特征和工作原理； ?（2）离心泵的气缚与气蚀性能，离心泵的安装高度； ?（3）离心泵在管路系统中的工作点与流量调节； ?（4）离心泵的组合操作。 ?学习方法： ?在教学过程中做到课堂授课和观看模型相结合，例题讲解 与练习相结合，质疑与习作讨论相结合。
2.1概述 ?2.1.1流体输送机械的作用 ?一、管路系统对流体输送机械的能量要求?——管路特性方程 在截面1-1′与2-2′间列柏 努利方程式，并以1-1′截面为 基准水平面，则液体流过管路 所需的压头为：
第二章 吸收习题解答 1从手册中查得101.33KPa 、25℃时,若100g 水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987KPa 。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律,试求溶解度系数H(kmol/ (m 3·kPa))及相平衡常数m 。 解: (1) 求H 由33NH NH C P H * = .求算. 已知:30.987NH a P kP *=.相应的溶液浓度3NH C 可用如下方法算出: 以100g 水为基准,因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为 31000/kg m .则: 3333 3 1 170.582/1001 1000 0.5820.590/()0.987 NH NH a NH C kmol m C H kmol m kP P * ==+∴===? (2).求m .由333 333330.987 0.00974 101.33 1 170.0105 11001718 0.009740.928 0.0105 NH NH NH NH NH NH NH NH y m x P y P x y m x ** * *== = ===+=== 2: 101.33kpa 、1O ℃时,氧气在水中的溶解度可用p o2=3.31×106x 表示。式中:P o2为氧在气相中的分压,kPa 、x 为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与
空气充分接触后的水中,每立方米溶有多少克氧. 解:氧在空气中的摩尔分数为0.21.故 222 26 6 101.330.2121.2821.28 6.43103.31106 3.3110 O O a O O P Py kP P x -==?====??? 因2O x 值甚小,故可以认为X x ≈ 即:2266.4310O O X x -≈=? 所以:溶解度6522322()()6.431032 1.141011.4118()()kg O g O kg H O m H O --????==?=????? 3. 某混合气体中含有2%(体积)CO 2,其余为空气。混合气体的温度为30℃,总压强为506.6kPa 。从手册中查得30℃时C02在水中的亨利系数E=1.88x105KPa,试求溶解度系数H(kmol/（m 3·kPa 、）)及相平衡常数m,并计算每100克与该气体相平衡的水中溶有多少克CO 2。 解:(1).求H 由2H O H EM ρ = 求算 2435 1000 2.95510/()1.881018 a H O H kmol m kP EM ρ -= = =???? (2)求m 5 1.8810371506.6 E m ρ?=== (2) 当0.02y =时.100g 水溶解的2CO (3) 2255 506.60.0210.1310.13 5.3910 1.8810CO a CO P kP P x E ** -=?====?? 因x 很小,故可近似认为X x ≈