化工原理课后习题
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
P1 = P2 + ρ水银gR
∵P1 = P4，P2 = P3
且P3 = ρ煤油gΔh ，P4= ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）
联立这几个方程得到
ρ水银gR = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）-ρ煤油gΔh 即
ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据
1.03×103×1 - 13.6×103×0.068 = h(1.0×103-0.82×103)
ｈ= 0.418ｍ
5．用本题附图中串联Ｕ管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气
压，Ｕ管压差计的指示液为水银，两Ｕ管间的连接管内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：ｈ1﹦2.3m，ｈ2=1.2m, ｈ3=2.5m,ｈ4=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直距离ｈ
=3m。大气压强ｐa= 99.3×103ｐａ。
5
试求锅炉上方水蒸气的压强Ｐ。
分析：首先选取合适的截面用以连接两
个Ｕ管，本题应选取如图所示的1－1
截面，再选取等压面，最后根据静力学
基本原理列出方程，求解
解：设1－1截面处的压强为Ｐ1
对左边的Ｕ管取ａ-ａ等压面，由静力学基本方程
Ｐ0+ ρ水g(h5-h4) = Ｐ1+ ρ水银g(h3-h4) 代入数据
Ｐ0 + 1.0×103×9.81×(3-1.4)
= Ｐ1 + 13.6×103×9.81×(2.5-1.4)
对右边的Ｕ管取ｂ-ｂ等压面，由静力学基本方程Ｐ1+ ρ水g(h3-h2) = ρ水银g(h1-h2) + ｐａ代入数据
Ｐ1 + 1.0×103×9.81×﹙2.5-1.2﹚= 13.6×103×9.81×﹙2.3-1.2﹚+ 99.3×103
解着两个方程得
Ｐ0 = 3.64×105Pa
6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强ｐ。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为920㎏／
ｍ3,998㎏／ｍ3,Ｕ管中油﹑水交接面高
度差R = 300 ｍｍ，两扩大室的内径D 均
为60 ｍｍ，Ｕ管内径ｄ为6 ｍｍ。当管
路内气体压强等于大气压时，两扩大室液
面平齐。
分析：此题的关键是找准等压面，根据扩大室一端与大气相通，另一端与管路相通，可以列出两个方程，联立求解
解：由静力学基本原则，选取1－1‘为等压面，
对于Ｕ管左边ｐ表+ ρ油g(h1+R) = Ｐ1
对于Ｕ管右边Ｐ2 = ρ水gR + ρ油gh2
ｐ表=ρ水gR + ρ油gh2 -ρ油g(h1+R)
=ρ水gR - ρ油gR +ρ油g（h2-h1）
当ｐ表= 0时，扩大室液面平齐即π（D/2）2（h2-h1）= π（d/2）2R
h2-h1 = 3 mm
ｐ表= 2.57×102Pa
7.列管换热气的管束由121根φ×2.5mm的钢管组成。空气以9m/s速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50℃﹑压强
为196×103Pa(表压)，当地大气压为98.7×103Pa
试求：⑴空气的质量流量；⑵操作条件下，空气的体积流量；
⑶将⑵的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量。
解：空气的体积流量ＶS= uA = 9×π/4 ×0.02 2×121 = 0.342 m3/s
质量流量w s =ＶSρ=ＶS ×(MP)/(RT)
=
0.342×[29×(98.7+196)]/[8.315×323]=1.09㎏/s
换算成标准状况V1P1/V2P2 =T1/T2
ＶS2 = P1T2/P2T1 ×ＶS1 = (294.7×273)/(101×323) ×0.342
= 0.843 m3/s
8 .高位槽内的水面高于地面8m，水从
φ108×4mm的管道中流出，管路出口高
于地面2m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按∑ｈf = 6.5 u2计算，其中u为水在管道的流速。试计算：
⑴ A—A'截面处水的流速；
⑵水的流量，以m3/h计。
分析：此题涉及的是流体动力学，有关流体动力学主要是能量恒算问题，一般运用的是柏努力方程式。运用柏努力方程式解题的
关键是找准截面和基准面，对于本题来说，合适的截面是高位槽1—1,和出管口2—2,,如图所示，选取地面为基准面。
解：设水在水管中的流速为u ，在如图所示的1—1,，2—2,处列柏努力方程
Z1ｇ+ 0 + Ｐ1/ρ= Z2ｇ+ ｕ2／2 + Ｐ2/ρ + ∑ｈf
（Z1 - Z2）g = u2/2 + 6.5u2代入数据
(8-2)×9.81 = 7u2 , u = 2.9m/s
换算成体积流量
V S= uA= 2.9 ×π/4 × 0.12 × 3600
= 82 m3/h
9. 20℃水以2.5m/s的流速流经φ38×2.5mm的水平管，此管以锥形管和另一φ53×3m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强。若水流经A ﹑B两截面的能量损失为1.5J/㎏，求两玻璃管的水面差（以ｍｍ计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。
分析:根据水流过A、B两截面的体积流量相同和此两截面处的伯努利方程列等式求解
解：设水流经Ａ﹑Ｂ两截面处的流速分
别为u A、u B
u A A A = u B A B
∴ u B = （A A/A B）u A = （33/47）2×2.5 = 1.23m/s
在Ａ﹑Ｂ两截面处列柏努力方程
Z1ｇ+ ｕ12／2 + Ｐ1/ρ = Z2ｇ+ ｕ22／2 + Ｐ2/ρ + ∑ｈf
∵ Z1 = Z2
∴（Ｐ1-Ｐ2）/ρ = ∑ｈf +（ｕ12-ｕ22）／2
g（h1-h 2）= 1.5 + (1.232-2.52) /2
h1-h 2 = 0.0882 m = 88.2 mm
即两玻璃管的水面差为88.2mm
10.用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持
恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为
Ф76×2.5mm，在操作条件下，
泵入口处真空表的读数为
24.66×103Pa,水流经吸入管与
排处管（不包括喷头）的能量
损失可分别按∑ｈf,1=2u2，
∑h f,2=10u2计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流
速ｍ/s。排水管与喷头连接处的压强为98.07×103Pa（表压）。试
求泵的有效功率。
分析：此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两部分来处理，从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管，在两段分别列柏努力方程。
解：总能量损失∑hf=∑hf+，1∑hf，2
u1=u2=u=2u2+10u2=12u2
在截面与真空表处取截面作方程：z0g+u02/2+P0/ρ=z1g+u2/2+P1/ρ+∑hf，1
（P0-P1）/ρ= z1g+u2/2 +∑hf，1 ∴u=2m/s
∴ w s=uAρ=7.9kg/s
在真空表与排水管-喷头连接处取截面z1g+u2/2+P1/ρ+W e=z2g+u2/2+P2/ρ+∑hf，2
∴W e= z2g+u2/2+P2/ρ+∑hf，2—（z1g+u2/2+P1/ρ）
=12.5×9.81+（98.07+24.66）/998.2×103+10×22
=285.97J/kg
N e= W e w s=285.97×7.9=2.26kw
11.本题附图所示的贮槽内径D为2
ｍ，槽底与内径d0为33mm的钢管
相连，槽内无液体补充，其液面高度
h0为2m（以管子中心线为基准）。液
体在本题管内流动时的全部能量损失可按∑h f=20u2公式来计算，
式中u为液体在管内的流速m／s。试求当槽内液面下降1m所需
的时间。
分析：此题看似一个普通的解柏努力方程的题，分析题中槽内无
液体补充，则管内流速并不是一个定值而是一个关于液面高度的
函数，抓住槽内和管内的体积流量相等列出一个微分方程，积分
求解。
解：在槽面处和出口管处取截面1-1，2-2列柏努力方程
h1g=u2/2+∑h f =u2/2+20u2
∴u=(0.48h)1/2=0.7h1/2
槽面下降dh，管内流出uA2dt的液体
∴Adh=uA2dt=0.7h1/2A2dt
∴dt=A1dh/（A20.7h1/2）
对上式积分：t=1.⒏h
12.本题附图所示为冷冻盐水循环系统，
盐水的密度为1100kg／m3，循环量为
36m3。管路的直径相同，盐水由A流经两个换热器而至B的能量损失为98.1J／kg，由B流至A的能量损失为49J／kg，试求：（1）若泵的效率为70%时，泵的抽功率为若干kw？（2）若A处的压强表读数为245.2×103Pa时，B 处的压强表读数为若干Pa？
分析：本题是一个循环系统，盐水由A经两个换热器被冷却后又回到A继续被冷却，很明显可以在A-换热器-B和B-A两段列柏努利方程求解。
解：（1）由A到B截面处作柏努利方程
0+u A2/2+P A/ρ1=Z B g+u B2／2+P B／ρ+9.81
管径相同得u A=u B∴（P A-P B）/ρ=Z B g+9.81
由B到A段，在截面处作柏努力方程B Z B g+u B2／2+P B/ρ+W e=0+u A2+P A/ρ+49
∴W e=（P A-P B）/ρ- Z B g+49=98.1+49=147.1J/kg ∴W S=V Sρ=36/3600×1100=11kg/s
N e= W e×W S=147.1×11=1618.1w
泵的抽功率N= N e /76%=2311.57W=2.31kw
（2）由第一个方程得（P A-P B）/ρ=Z B g+9.81得
P B=P A-ρ（Z B g+9.81）
=245.2×103-1100×(7×9.81+98.1)
=6.2×104Pa
13. 用压缩空气将密度为1100kg/m3的
腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽
的液位恒定。管路直径均为
ф60×3.5mm，其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为∑ｈf，AB=∑ｈf，CD=u2，∑ｈf，BC=1.18u2。两压差计中的指示液均为水银。试求当R1=45mm，h=200mm时：（1）压缩空气的压强P1为若干？（2）U管差压计读数R2为多少？解：对上下两槽取截面列柏努力方程
0+0+P1/ρ=Zg+0+P2/ρ+∑ｈf
∴P1= Zgρ+0+P2+ρ∑ｈf
=10×9.81×1100+1100（2u2+1.18u2）
=107.91×103+3498u2
在压强管的B，C处去取截面，由流体静力学方程得
P B+ρg（x+R1）=P c +ρg（h BC+x）+ρ水银R1g
P B+1100×9.81×（0.045+x）=P c+1100×9.81×（5+x）+13.6×103×9.81×0.045
P B-P C=5.95×104Pa
在B，C处取截面列柏努力方程
0+u B2/2+P B/ρ=Zg+u c2/2+P C/ρ+∑ｈf，BC
∵管径不变，∴u b=u c
P B-P C=ρ（Zg+∑ｈf，BC）=1100×（1.18u2+5×9.81）=5.95×104Pa u=4.27m/s
压缩槽内表压P1=1.23×105Pa
（2）在B，D处取截面作柏努力方程
0+u2/2+P B/ρ= Zg+0+0+∑ｈf，BC+∑ｈf，CD
P B=（7×9.81+1.18u2+u2-0.5u2）×1100=8.35×104Pa
P B-ρgh=ρ水银R2g
8.35×104-1100×9.81×0.2=13.6×103×9.81×R2
R2=609.7mm
14. 在实验室中,用玻璃管输送20℃的70%醋酸.管内径为1.5cm,流量为10kg/min,用SI和物理单位各算一次雷诺准数,并指出流型。
解：查20℃，70％的醋酸的密度ρ= 1049Kg/m3,粘度μ= 2.6mPa·s
用SI单位计算：
d=1.5×10-2m,u=W S/(ρA)=0.9m/s
∴Re=duρ/μ=(1.5×10-2×0.9×1049)/(2.6×103)
=5.45×103
用物理单位计算：
ρ=1.049g/cm3, u=W S/(ρA)=90cm/s,d=1.5cm
μ=2.6×10-3Pa?S=2.6×10-3kg/(s?m)=2.6×10-2g/s?cm-1
∴Re=duρ/μ=(1.5×90×1.049)/(2.6×10-2)
=5.45×103
∵5.45×103 > 4000
∴此流体属于湍流型
15.在本题附图所示的实验装置中，于异径水
平管段两截面间连一倒置U管压差计，以测
量两截面的压强差。当水的流量为10800kg/h
时，U管压差计读数R为100mm，粗细管的直径分别为Ф60×3.5mm与Ф45×3.5mm。计算：（1）1kg水流经两截面间的能量损失。（2）与该能量损失相当的压强降为若干Pa？
解：（1）先计算A，B两处的流速：
u A=w s/ρs A=295m/s，u B= w s/ρs B
在A，B截面处作柏努力方程：
z A g+u A2/2+P A/ρ=z B g+u B2/2+P B/ρ+∑hf
∴1kg水流经A，B的能量损失：
∑hf= （u A2-u B2）/2+（P A- P B）/ρ=（u A2-u B2）/2+ρgR/ρ=4.41J/kg （2）.压强降与能量损失之间满足：
∑hf=ΔP/ρ ∴ΔP=ρ∑hf=4.41×103
16. 密度为850kg/m3，粘度为8×10-3Pa·s的液体在内径为14mm 的钢管内流动，溶液的流速为1m/s。试计算：（1）泪诺准数，并指出属于何种流型？（2）局部速度等于平均速度处与管轴的距离；（3）该管路为水平管，若上游压强为147×103Pa，液体流经多长的管子其压强才下降到127.5×103Pa？
解：（1）Re =duρ/μ
=（14×10-3×1×850）/（8×10-3）
=1.49×103 > 2000
∴此流体属于滞流型
（2）由于滞流行流体流速沿管径按抛物线分布，令管径和流速满足
y2 = -2p（u-u m）
当ｕ=0时,y2 = r2 = 2pu m∴ p = r2/2 = d2/8
当ｕ=ｕ平均=0.5ｕmax= 0.5m/s时,
y2= - 2p（0.5-1）= d2/8
=0.125 d2
∴即与管轴的距离r=4.95×10-3m
(3)在147×103和127.5×103两压强面处列伯努利方程
u 12/2 + P A/ρ + Z1g = u 22/2 + P B/ρ+ Z2g + ∑ｈf
∵ u 1 = u 2 , Z1 = Z2
∴ P A/ρ= P B/ρ+ ∑ｈf
损失能量ｈf=（P A-P B）/ρ=（147×103-127.5×103）/850
=22.94
∵流体属于滞流型
∴摩擦系数与雷若准数之间满足λ=64/ Re
又∵ｈf=λ×（ι/d）×0.5 u 2
∴ι=14.95m
∵输送管为水平管，∴管长即为管子的当量长度
即：管长为14.95m
17 . 流体通过圆管湍流动时，管截面的速度分布可按下面经验公式来表示：u r=u max（y/R）1/7 ，式中y为某点与壁面的距离，及y=R—r。试求起平均速度u与最大速度u max的比值。
分析：平均速度u为总流量与截面积的商，而总流量又可以看作是速度是u r的流体流过
2πrdr的面积的叠加即：V=∫0R u r×2πrdr
解：平均速度u = V/A =∫0R u r×2πrdr/（πR2）
=∫0R u max（y/R）1/7×2πrdr/（πR2）
= 2u max/R15/7∫0R（R – r）1/7rdr
= 0.82u max
u/ u max=0.82
18. 一定量的液体在圆形直管内做滞流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至原有的1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍？
解：∵管径减少后流量不变
∴u1A1=u2A2而r1=r2
∴A1=4A2∴u2=4u
由能量损失计算公式∑ｈf=λ?（ι/d）×（1/2u2）得
∑ｈf，1=λ?（ι/d）×（1/2u12）
∑ｈf，2=λ?（ι/d）×（1/2u22）=λ?（ι/d）× 8（u1）2
=16∑ｈf，1
∴h f2 = 16 h f1
19. 内截面为1000mm×1200mm的矩形烟囱的高度为30 A1m。平均分子量为30kg/kmol，平均温度为400℃的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持49Pa的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值，大气温度为20℃，地面处的大气压强为101.33×103Pa。流体经烟囱时的摩擦系数可取为0.05，试求烟道
气的流量为若干kg/h？
解：烟囱的水力半径rН= A/п= (1×1.2)/2(1+1.2)=0.273m 当量直径d e= 4rН=1.109m
流体流经烟囱损失的能量
∑ｈf=λ?（ι/ d e）·u2/2
=0.05×(30/1.109)×u2/2
=0.687 u2
空气的密度ρ空气= PM/RT = 1.21Kg/m3
烟囱的上表面压强(表压) P上=-ρ空气gh = 1.21×9.81×30
=-355.02 Pa
烟囱的下表面压强(表压) P下=-49 Pa
烟囱内的平均压强P= (P上+ P下)/2 + P0 = 101128 Pa
由ρ= PM/RT 可以得到烟囱气体的密度
ρ= （30×10-3×101128）/（8.314×673）
= 0.5422 Kg/m3
在烟囱上下表面列伯努利方程
P上/ρ= P下/ρ+ Zg+∑ｈf
∴∑ｈf= (P上- P下)/ρ– Zg
=(-49+355.02)/0.5422 – 30×9.81
= 268.25 = 0.687 u2
流体流速u = 19.76 m/s
质量流量ωs= uAρ= 19.76×1×1.2×0.5422
= 4.63×104 Kg/h
20. 每小时将2×103kg的溶液用泵从反应器
输送到高位槽。反应器液面上方保持
26.7×103Pa的真空读，高位槽液面上方为大
气压强。管道为的钢管，总长为50m，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），5个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15m 。若泵效率为0.7，求泵的轴功率。
解：流体的质量流速ωs = 2×104/3600 = 5.56 kg/s
流速u =ωs/(Aρ)=1.43m/s
雷偌准数Re=duρ/μ= 165199 > 4000
查本书附图1-29得5个标准弯头的当量长度: 5×2.1=10.5m
2个全开阀的当量长度: 2×0.45 = 0.9m ∴局部阻力当量长度∑ιe=10.5 + 0.9 = 11.4m
假定1/λ1/2=2 lg(d /ε) +1.14 = 2 lg(68/0.3) + 1.14
∴λ= 0.029
检验d/(ε×Re×λ1/2) = 0.008 > 0.005
∴符合假定即λ=0.029
∴全流程阻力损失∑ｈ=λ×(ι+ ∑ιe)/d × u2/2 + ζ×u2/2
= [0.029×(50+11.4)/(68×103)
+ 4]×1.432/2
= 30.863 J/Kg
在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得
P1/ρ+ We = Zg + P2/ρ+ ∑ｈ
We = Zg + (P1- P2)/ρ+∑ｈ
= 15×9.81 + 26.7×103/1073 + 30.863
= 202.9 J/Kg
有效功率Ne = We×ωs = 202.9×5.56 = 1.128×103
轴功率N = Ne/η=1.128×103/0.7 = 1.61×103W
= 1.61KW
21. 从设备送出的废气中有少量可
溶物质，在放空之前令其通过一个
洗涤器，以回收这些物质进行综
合利用，并避免环境污染。气体流
量为3600m3/h，其物理性质与50℃的空气基本相同。如本题附图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U管压差计，起读数为30mm。输气管与放空管的内径均为250mm，管长与管件，阀门的当量长度之和为50m，放空机与鼓风机进口的垂直距离为20m，已估计气体通过塔内填料层的压强降为1.96×103Pa。管壁的绝对粗糙度可取0.15mm，大气压强为101.33×103。求鼓风机的有效功率。
解：查表得该气体的有关物性常数ρ=1.093 , μ=1.96×10-5Pa·s 气体流速u = 3600/(3600×4/π×0.252) = 20.38 m/s
质量流量ωs = uAs = 20.38×4/π×0.252×1.093
=1.093 Kg/s
流体流动的雷偌准数Re = duρ/μ= 2.84×105为湍流型
所有当量长度之和ι总=ι+Σιe
=50m
ε取0.15时ε/d = 0.15/250= 0.0006 查表得λ=0.0189 所有能量损失包括出口,入口和管道能量损失
即: ∑ｈ= 0.5×u2/2 + 1×u2/2 + (0.0189×50/0.25)· u2/2
=1100.66
在1-1﹑2-2两截面处列伯努利方程
u2/2 + P1/ρ+ We = Zg + u2/2 + P2/ρ+ ∑ｈ
We = Zg + (P2- P1)/ρ+∑ｈ
而1-1﹑2-2两截面处的压强差P2- P1 = P2-ρ水gh = 1.96×103 - 103×9.81×31×103
= 1665.7 Pa
∴We = 2820.83
W/Kg
泵的有效功率Ne = We×ωs=
3083.2W = 3.08 KW
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。
天津大学专业课考研历年真题解析 ——826化工原理 主编：弘毅考研 编者：轶鸿大师 弘毅教育出品 https://www.doczj.com/doc/bf4381027.html,
【资料说明】 《天津大学化工原理（826）专业历年真题》系天津大学优秀考研辅导团队集体编撰的“历年考研真题解析系列资料”之一。 历年真题是除了参考教材之外的最重要的一份资料，其实，这也是我们聚团队之力，编撰此资料的原因所在。历年真题除了能直接告诉我们历年考研试题中考了哪些内容、哪一年考试难、哪一年考试容易之外，还能告诉我们很多东西。 1.命题风格与试题难易 从历年天津大学化工原理（826）考研真题来看，化工原理考研试题有以下几个特点： ①天津大学化工原理的考研试题均来自于课本，但是这些试题并不拘泥于课本，有些题目还高于课本。其中的一些小题，也就是选择填空题以及实验题需要对基础知识有很好的掌握。当然部分基础题也有一定的难度，需要考生培养发散的思维方式，只靠记背是无法答题的。 ②天津大学化工原理的大型计算题的题型、考点均保持相同的风格不变。但是各年的考题难度有差异。例如，10年的传热题、11年的精馏题、12年的吸收题在当年来说都是相对较难的题目。那么14年的答题会是哪一个题目较难了？ ③天津大学化工原理的考研试题，总体难度是不会太难，基本题型与大家考试非常熟悉。但是，据笔者在2013年的考研过程中，最后考分不高的最直接原因是时间不够。因此，这就需要考生加强计算能力，提高对知识点的认识熟悉度。 2.考试题型与分值 天津大学化工原理考研试题有明确的考试大纲，提出考试的重、难点。考试大纲给出了各章节的分值分配，并可以从历年真题中总结题型特点。这些信息有助于大家应付这场考试，希望大家好好把握。 3.重要的已考知识点 天津大学化工原理考试试卷中，很多考点会反复出现，甚至有些题目会重复考。一方面告诉大家这是重点，另一方面也可以帮助大家记忆重要知识点，灵活的掌握各种答题方法。比如08年的干燥题与09年的干燥题基本相同，只是改变了一个条件和一个数据，问题也相同。如此相近的两年出现如此相近的两题，这说明历年考研真题在考研专业课复习过程中的重要性。再如：05年实验题中的第（1）题，在09年实验题的第（3）题有些雷同，再有，笔者记得，在05年的实验题在13年的考研题中再次出现，笔者在做05年这一题时做错了，但是考前复习后，在13年考试中，这一题时得心应手。
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。
化工原理 一、考试的总体要求对于学术型考生，本考试涉及三大部分内容： （1）化工原理课程， （2）化工原理实验， （3）化工传递。 其中第一部分化工原理课程为必考内容（约占85%），第二部分化工原理实验和第三部分化工传递为选考内容（约占15%），即化工原理实验和化工传递为并列关系，考生可根据自己情况选择其中之一进行考试。 对于专业型考生，本考试涉及二大部分内容：（1）化工原理课程，（2）化工原理实验。均为必考内容，其中第一部分化工原理课程约占85%，第二部分化工原理实验约占15%。 要求考生全面掌握、理解、灵活运用教学大纲规定的基本内容。要求考生具有熟练的运算能力、分析问题和解决问题的能力。答题务必书写清晰，过程必须详细，应注明物理量的符号和单位，注意计算结果的有效数字。不在试卷上答题，解答一律写在专用答题纸上，并注意不要书写在答题范围之外。 二、考试的内容及比例 （一）【化工原理课程考试内容及比例】（125分） 1．流体流动（20分）流体静力学基本方程式；流体的流动现象（流体的黏性及黏度的概念、边界层的概念）；流体在管内的流动（连续性方程、柏努利方程及应用）；流体在管内的流动阻力（量纲分析、管内流动阻力的计算）；管路计算（简单管路、并联管路、分支管路）；流量测量（皮托管、孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计）。 2．流体输送设备（10分）离心泵（结构及工作原理、性能描述、选择、安装、操作及流量调节）；其它化工用泵；气体输送和压缩设备（以离心通风机为主）。 3．非均相物系的分离（12分）重力沉降（基本概念及重力沉降设备-降尘室）、；离心沉降（基本概念及离心沉降设备-旋风分离器）；过滤（基本概念、恒压过滤的计算、过滤设备）。 4．传热（20分）传热概述；热传导；对流传热分析及对流传热系数关联式（包括蒸汽冷凝及沸腾传热）；传热过程分析及传热计算（热量衡算、传热速率计算、总传热系数计算）；辐射传热的基本概念；换热器（分类，列管式换热器的类型、计算及设计问题）。 5．蒸馏（16分）两组分溶液的汽液平衡；精馏原理和流程；两组分连续精馏的计算。6．吸收（15分）气－液相平衡；传质机理与吸收速率；吸收塔的计算。 7．蒸馏和吸收塔设备（8分）塔板类型；板式塔的流体力学性能；填料的类型；填料塔的流体力学性能。 8．液－液萃取（9分）三元体系的液－液萃取相平衡与萃取操作原理；单级萃取过程的计算。 9．干燥（15分）湿空气的性质及湿度图；干燥过程的基本概念，干燥过程的计算（物料衡算、热量衡算）；干燥过程中的平衡关系与速率关系。 （二）【化工原理实验考试内容及比例】（25分） 1．考试内容涉及以下几个实验单相流动阻力实验；离心泵的操作和性能测定实验；流量计性能测定实验；恒压过滤常数的测定实验；对流传热系数及其准数关联式常数的测定实验；精馏塔实验；吸收塔实验；萃取塔实验；洞道干燥速率曲线测定实验。 2．考试内容涉及以下几个方面实验目的和内容、实验原理、实验流程及装置、实验方法、实验数据处理方法、实验结果分析等几个方面。 （三）【化工传递考试内容及比例】（25分） 1．微分衡算方程的推导与简化连续性方程（单组分）的推导与简化；传热微分方程的推
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)
化工原理版天津大学上 下册课后答案 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】
上册 第一章 流体流动习题解答 1. 某设备上真空表的读数为×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×103 Pa 。 解：真空度＝大气压－绝压 表压＝－真空度＝310Pa ? 2. 在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为960 kg/m 3的油品，油面高于罐底 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14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为×106 Pa ，问至少需要几个螺钉 解：设通过圆孔中心的水平液面生的静压强为p ，则p 罐内液体作用于孔盖上的平均压强 9609.81(9.60.8)82874p g z Pa ρ=?=??-=( 作用在孔盖外侧的是大气压a p ，故孔盖内外所受的压强差为82874p Pa ?= 作用在孔盖上的净压力为 每个螺钉能承受的最大力为： 螺钉的个数为433.7610/4.96107.58??=个 所需的螺钉数量最少为8个 3. 某流化床反应器上装有两个U 管压差计，如本题附图所示。测得R 1=400 mm ，R 2=50 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=50mm 。试 求A 、B 两处的表压强。 解：U 管压差计连接管中是气体。若以2,,g H O Hg ρρρ分别表示气体、水与水银的密度，因为g Hg ρρ，故由 C p
化工原理试题（所有试题均来自天津大学题库） [五] j05b10045考过的题目 通过连续操作的单效蒸发器，将进料量为1200Kg/h的溶液从20％浓缩至40％，进料液的温度为40℃，比热为3.86KJ/（Kg. ℃），蒸发室的压强为0.03MPa（绝压），该压强下水的蒸发潜热r’＝2335KJ/Kg，蒸发器的传热面积A＝12m2，总传热系数K＝800 W/m2·℃。试求： （1）溶液的沸点为73.9℃，计算温度差损失 （2）加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出，并忽略损失和浓缩热时，所需要的加热蒸汽温度。 已知数据如下： 压强 MPa 0.101 0.05 0.03 溶液沸点℃ 108 87.2 纯水沸点℃ 100 80.9 68.7 [五] j05b10045 （1）根据所给数据，杜林曲线的斜率为 K=（108-87.2）/（100-80.9）＝1.089 溶液的沸点 （87.2-t1）/（80.9-68.7）＝1.089 t1＝73.9℃ 沸点升高?′＝73.9-68.7＝5.2℃ （2）蒸发水量W＝F（1－X0/X1） ＝1200（1-0.2/0.4）＝600Kg/h 蒸发器的热负荷 Q＝FCo（t1－t0）＋Wr′ ＝（1200/3600）×3.86（73.9-40）＋600/3600×2335 ＝432.8Kw 所需加热蒸汽温度T Q＝KA（T－t1） T＝Q/（KA）＋t1 ＝432.8×103/（800×12）＋73.9 ＝119℃ [五] j05b10048 用一双效并流蒸发器，浓缩浓度为5％（质量百分率，下同）的水溶液，沸点进料，进料量为2000Kg/h。第一、二效的溶液沸点分别为95℃和75℃，耗用生蒸汽量为800Kg/h。各个温度下水蒸汽的汽化潜热均可取为2280KJ/Kg。试求不计热损失时的蒸发水量。 [五] j05b10048 解：第一效蒸发量： 已知：D1＝800kg/h， r1＝r1′＝2280KJ/kg， W1＝D1＝800kg/h 第二效蒸发水量： 已知：D2＝W1＝800kg/h， F2＝F1－W1＝2000-800＝1200kg/h X02＝X1＝FX0/（F－W1）＝2000×0.05/（2000-800）＝0.0833 t02＝95℃ t2＝70℃ r2＝r2′＝2280KJ/kg Cp02＝Cpw(1-X 02)=4.187×(1-0.0833) =3.84KJ/（kg·℃） D2r2＝（F2Cp02（t2－t02））/r2′＋W2 r2′ W2＝（800×2280－1200×3.84×（75－95））/2280 ＝840kg/h 蒸发水量W＝W1＋W2 ＝800＋840＝1640kg/h[五] j05a10014 在真空度为91.3KPa下，将12000Kg的饱和水急送至真空度为93.3KPa的蒸发罐内。忽略热损失。试定量说明将发生什么变化。水的平均比热为4.18 KJ/Kg·℃。当地大气压为101.3KPa饱和水的性质为真空度， KPa 温度，℃汽化热，KJ/Kg 蒸汽密度，Kg/m3 91.3 45.3 2390 0.06798 93.3 41.3 2398 0.05514 [五] j05a10014 与真空度为91.3KPa相对应得绝压为101.3-91.3＝10KPa 与真空度为93.3KPa相对应得绝压为101.3-93.3＝8KPa
第五章蒸馏 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（C5H12）和正己烷（C6H14）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 1 3.3kPa下该溶液的平衡数据。 温度C5H12223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C6H14 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C5H12（A）和C6H14（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*)
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：
化工原理课后习题 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。
上册 第一章 流体流动习题解答 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：真空度＝大气压－绝压 表压＝－真空度＝-13.3310Pa ? 2. 在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为960 kg/m 3的油品，油面高于罐底9.6 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14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为32.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉 解：设通过圆孔中心的水平液面生的静压强为p ，则p 罐内液体作用于孔盖上的平均压强 9609.81(9.60.8)82874p g z ρ=?=??-= 作用在孔盖外侧的是大气压a p ，故孔盖内外所受的压强差为 82874p Pa ?= 作用在孔盖上的净压力为 每个螺钉能承受的最大力为： 螺钉的个数为433.7610/4.96107.58??=个 所需的螺钉数量最少为8个 3. 某流化床反应器上装有两个U 管压差计，如本题附图所示。测得R 1=400 mm ，R 2=50 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=50mm 。试求A 、B 两处的表压强。 解：U 管压差计连接管中是气体。若以2,,g H O Hg ρρρ分别表示气体、水与水银的密度，因为g Hg ρρ=，故由气柱高度所产生的压强差可以忽略。由此可以认为A C p p ≈， B D p p ≈。 C D p
由静力学基本方程式知 7161Pa =(表压) 4. 本题附图为远距离制量控制装置，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 =1 m ，U 管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820 kg/m 3。试求当压差计读数R=68 m 时，相界面与油层的吹气管出口距离h 。 解：如图，设水层吹气管出口处为a ，煤油层吹气管出口处为b ，且煤油层吹气管到液气界面的高度为H 1。则 1a p p = 2b p p = 1()()a p g H h g H h ρρ=++-油水(表 压) 1b p gH ρ=油(表压) U 管压差计中，12Hg p p gR ρ-= (忽略吹气管内的气柱压力) 分别代入a p 与b p 的表达式，整理可得： 根据计算结果可知从压差指示剂的读数可以确定相界面的位置。并可通过控制分相槽底部排水阀的开关情况，使油水两相界面仍维持在两管之间。 5. 用本题附图中串联U 管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸汽压，U 管压差计的指示液为水银，两U 管间的连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距离分别为：h 1=2.3 m 、h 2=1.2 m 、h 3=2.5 m 及h 4=1.4 m 。锅中水面与基准面间的垂直距离h 5=3 m 。大气压强a p =99.3×103 Pa 。试求锅炉上方水蒸气的压强p 。(分别以Pa 和kgf/cm 2来计量)。 2 3 4 H 1 压缩空气 p
天津大学研究生院二0 0一年招收硕士生入学试题 题号： 考试科目：化工原理（含化工原理实验）页数： 一、选择与填空（20%） 1、用离心泵将某贮槽A内的液体输送到一常压设备B，若设备B变为高压设备，则泵的输液量，轴功率。 2、球形颗粒的自由沉降过程包括加速运动和等速运动两个阶段，沉降速度是指阶段中的颗粒相对于流体的运动速度。 3、通过三层平壁的定态热传导过程，各层界面接触均匀，第一层两侧面温度分别为120℃和80℃，第三层外表面温度为40℃，则第一层热阻R1与第二、三层热阻R2、R3的大小关系为。 A、R1＞(R2+ R3) B、R1＜(R2+ R3) C、R1＝(R2+ R3) D、无法确定 4、某二元物系，相对挥发度α=2.5，对n、n-1两层理论板，在全回流条件下，已知xn=0.35，则yn-1= 。 5、在吸收操作中，若c*－c ≈ci－c，则该过程为。 A、液膜控制 B、气膜控制 C、双膜控制 D、不能确定 6、分配系数kA增加，则选择性系数β。 A、减小 B、不变 C、增加 D、不确定 7、在填料塔的Δp/z—u曲线图上，有和两个折点，该两个折点将曲线分为三个区，它们分别是、、。 8、采用一定状态的空气干燥某湿物料，不能通过干燥除去。 A、结合水分 B、非结合水分 C、自由水分 D、平衡水分 二、如图所示(附件)，用离心泵将储槽A中的液体输送到高位槽B（两个槽位敞开），两槽液面保持恒定，两液面的高度差为12m，管路内径为38mm，管路总长度为50m（包括管件、阀门、流量计的当量长度）。管路上安装一孔板流量计，孔板的孔径为20mm，流量系数C0为0.63，U管压差计读数R为540mm，指示液为汞（汞的密度为13600kg/m3）。操作条件下液体密度为1260kg/m3，粘度为1×10-3Pa·s。若泵的效率为60%，试求泵的轴功率，kW。 摩擦系数可按下式计算： 滞流时，λ= 64/Re 湍流时，λ= 0.3164/Re0.25 （13％） 三、在一定条件下恒压过滤某悬浮液，实际测得K=5×10-5m2/s，Ve=0.5m3。先采用滤框尺寸为635mm×635mm×25mm的板框压滤机在同一条件下过过滤某悬浮液，欲在30min过滤时间内获得5m3滤液，试求所需滤框的个数n。（6%） 第一页，共二页 四、有一列管换热器，装有Φ25mm×2.5mm钢管300根，管长为2m。将管程的空气由20℃加热到85℃，空气流量为8000kg/h。用108℃的饱和蒸汽在壳程作为介质，水蒸气的冷凝传热膜系数为1×104W/(m2·K)。管壁及两侧污垢热阻可忽略，热损失可忽略。已知管内空气的普兰特准数Pr为0.7，雷诺准数Re为2.383×104，空气导热系数为2.85×10-2W/(m·K)，比热容为1kJ/(kg·K)。试求： （1）空气在管内的对流传热系数； （2）换热器的总传热系数（以管外表面积为基础）； （3）通过计算说明该换热器能够满足要求。（12%） 五、在一连续精馏塔中分离某理想二元混合物。已知原料液流量为100kmol/h，其组成为0.5（易挥发组分的摩尔分率，下同）；塔顶馏出液流量为50kmol/h，其组成为0.96；泡点进料；塔顶采用全凝器，泡点回流，操作回流比为最小回流比的1.5倍；操作条件下平均相对挥发度为2.1，每层塔板的气相默弗里板效率为0.5。（1）计算釜残液组成；
天津大学研究生院2003年招收硕士生入学试题 题号： 考试科目：化工原理（含实验）页数： 一、选择与填空（共30分） 1、如图所示的流动系统，当阀门C的开度增大时，流动系统的总摩擦阻力损失Σhf将，AB管段的摩擦阻力损失Σhf，AB将。（2分） 2、三只长度相等的并联管路，管径的比为1:2:3，若三只管路的流动摩擦系数均相等，则三只管路的体积流量之比为。（2分） : 3 C、1: 24:39 D、1:4:9 A、1:2:3 B、1: 1题附图 3题附图 3、如图所示的清水输送系统，两液面均为敞口容器。现用该系统输送密度为1200kg/m3的某溶液（溶液的其他性质与水相同），与输送清水相比，离心泵所提供的压头，轴功率。（2分） A、增大 B、减小 C、不变 D、不确定 4、如图所示为某流动系统的竖直圆管段部分，当清水的平均流速为50mm/s时（此时管内为层流），管轴心处的某刚性球形固体颗粒由A 截面到达B截面的时间为20s；当平均流速为30mm/s时，该固体颗粒在管轴心处由A截面到达B截面的时间为。（2分） 5、板框过滤机采用横穿洗涤法洗涤滤饼，其洗涤操作的特征是：洗液流经滤饼的厚度大约是过滤终点滤饼厚度的倍；洗液流通面积是过滤面积的倍。（2分） A、1 B、0.5 C、2 D、4 6、一维稳态温度场傅立叶定律的表达式为。（2分） 7、在传热计算中，平均温度差法往往用于计算，传热单元数法往往用于计算。（2分） A、设计型 B、核算型 C、设计型和核算型 8、操作中的精馏塔，若保持F、xF、q、R不变，减小W，则L/V ，L’
。（2分） A、减小 B、不变 C、增大 D、不确定 9、在吸收操作中，以液相组成差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为。（2分） A、X*－X B、X－X* C、Xi－X D、X－Xi 第一页共三页 10、板式塔是接触式气液传质设备，操作时为连续相；填料塔是接触式气液传质设备，操作时为连续相。（4分） 11、若萃取相和萃余相在脱除溶剂后的组成均与原料液的组成相同，则所用萃取剂的选择性系数。（2分） A、小于1 B、大于1 C、不确定 D、等于1 12、多级错流萃取的特点是：、和。（3分） 13、常压湿空气由t1加热到t2，则空气的性质参数H2 H1、I2 I1、tW2 tW1。（3分） A、大于 B、不确定 C、小于 D、等于 二、采用如图所示的输送系统，将水池中的清水（密度为 1000kg/m3）输送到密闭高位槽中。离心泵的特性方程为H＝40－7.0×104Q2（式中H的单位为m，Q的单位为m3/s），当压力表的读数为100kPa时，输水量为10L/s，此时管内流动已进入阻力平方区。若管路及阀门开度不变，当压力表读数为80kPa时，试求： （1）管路的特性方程；（10分） （2）输水体积流量；（5分） （3）离心泵的有效功率。（5分） 三、过滤基本方程式为：)('dd12esVVvrpAV Δ=?μθ 式中 V——过滤体积，m3； θ——过滤时间，s； A——过滤面积，m2； Δp——过滤的压差，Pa；
3.2 过滤分离原理及设备 3.2.1流体通过固定颗粒床层的流动 一、固体颗粒群的特性 ——由大小不同的颗粒组成的集合体称为颗粒群。 1.颗粒群粒度分布 颗粒群的粒度组成情况即粒径分布。可用筛分分析法测定各种尺寸颗粒所占的分率。 2.颗粒的平均粒径∑==n i pi i d x d 1p 1G G x i i =
二、固定颗粒床层的特性 ? 1. 床层的空隙率ε ?——床层中空隙体积占床层总体积的比率。 床层总体积 颗粒总体积床层体积床层总体积床层空隙体积-==ε影响因素: a.颗粒粒径的均匀性：粒径越均匀，ε越大。 b.颗粒表面的光滑性：颗粒表面越光滑，ε越小。 c.颗粒的大小：颗粒粒径越大，ε越大。 d.非球形颗粒的球形度：球形度越小，ε越小。 e.床层的堆积方式：乱堆床层ε大。 f.床层的堆积速度：堆积越快，ε越大。
2. 床层的平均自由截面积A ? ——有效流动截面积在高度范围的平均值ε==??=床层体积空隙体积床床A L A L A A 床 A A ?=ε3. 床层的比表面积 ()()a a a b ?-=?-=?==ε1床层体积 空隙体积床层体积床层体积颗粒体积颗粒表面积颗粒体积床层体积颗粒表面积
4.床层流道的当量直径de ?①将床层中的不规则通道简化为长度为le 的一组平行细管。?②细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面积。 ?③细管的全部流动空间等于床层的空隙体积。 ()a a l l d b e e e ?-==?=??=?=?=???=?=εεεεε144444444床层总体积 床层颗粒总表面积床层颗粒总表面积 床层总体积床层颗粒总表面积 床层空隙总体积细管的全部内表面积床层的流动空间润湿周边流道截面积润湿周边流道截面积
化工原理课后习题解答 第一章流体流动 1.某设备上真空表的读数为×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×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= ×103 Pa ×103 Pa=×103 Pa 设备内的表压强 P表 = -真空度 = - ×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 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×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×× ×× ×103 N σ螺= ×103×××n P油≤ σ螺得n ≥ 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= ×103×× + ×103×× = ×103 Pa
第二章 流体输送机械习题 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 22 1122 12,1222e f p u p u z H z H g g g g ρρ-+++=+++∑ 其中：210.4z z m -= 41 2.4710()p Pa =-?表压 52 1.5210p Pa =?(表压) 12u u = ,12 0f 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 = 2. 用某离心泵以40 m 3/h 的流量将贮水池中65℃的热水输送到凉水塔顶，并经喷头喷出而落入凉水池中，以达到冷却的目的。已知水在进入喷头之前需要维持49 kPa 的表压强，喷头入口较贮水池水面高8 m 。吸入管路和排出管路中压头损失分别为l m 和5 m ，管路中的动压头可以忽略不计。试选用合适的离心泵，并确定泵的安装高度。当地大气压按101.33kPa 计。 解：在贮槽液面11'-与喷头进口截面22'-之间列柏努利方程，得 22 1122 12,1222e f p u p u z H z H g g g g ρρ-+ ++=+++∑
化工原理-修订版-天津大学-上下册课后答案
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上册 第一章 流体流动习题解答 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：真空度＝大气压－绝压 3(98.713.3)10atm p p p Pa =-=-?绝压真空度 表压＝－真空度＝-13.3310Pa ? 2. 在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为960 kg/m 3的油品，油面高于罐底 9.6 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14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为32.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉? 解：设通过圆孔中心的水平液面生的静压强为p ，则p 罐内液体作用于孔盖上的平均压强 9609.81(9.60.8)82874p g z Pa ρ=?=??-=(表压) 作用在孔盖外侧的是大气压a p ，故孔盖内外所受的压强差为82874p Pa ?= 作用在孔盖上的净压力为 2282575(0.76) 3.7644p p d N ππ =?=??=?410 每个螺钉能承受的最大力为： p
62332.23100.014 4.96104F N π=???=?钉 螺钉的个数为433.7610/4.96107.58??=个 所需的螺钉数量最少为8个 3. 某流化床反应器上装有两个U 管压差计，如本题附图所示。测得R 1=400 mm ，R 2=50 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=50mm 。试求 A 、 B 两处的表压强。 解：U 管压差计连接管中是气体。若以2,,g H O Hg ρρρ分 别表示气体、水与水银的密度，因为g Hg ρρ=，故由气柱 高度所产生的压强差可以忽略。由此可以认为A C p p ≈， B D p p ≈。 由静力学基本方程式知 232A C H O Hg p p gR gR ρρ≈=+ 10009.810.05136009.810.05=??+?? 7161Pa =(表压) 417161136009.810.4 6.0510B D A Hg p p p gR Pa ρ≈=+=+??=? 4. 本题附图为远距离制量控制装置，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 =1 m ，U 管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820 kg/m 3。试求当压差计读数R=68 m 时，相界面与油层的吹气管出口距离h 。 解：如图，设水层吹气管出口处为a ， 煤油层吹气管出口处为b ，且煤油层吹气 管到液气界面的高度为H 1。则 1a p p = 2b p p = 1()()a p g H h g H h ρρ=++-油水(表压) C D H 压缩空气 p
一、单项选择题（共15分,每小题1分） 1．吸收操作的作用是分离……………………………………………………（） A. 气体混合物 B. 液体混合物 C. 气液混合物 D. 部分互溶的液体混合物 2．已知SO2水溶液在三种温度t1、t2、t3下的亨利系数分别为E1=0.0035atm、E2=0.011atm、E3=0.00625atm，则…………………………………………（） A. t1＜t2 B. t3 ＞t2 C. t1 ＞t2 D. t3＜t1 3．对常压低浓度吸收系统，系统总压在较小范围增加时，亨利系数E将……（） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 不确定 4．在下列吸收过程中，属于气膜控制的过程是…………………………………（） A.水吸收氢 B.水吸收氧 C.水吸收氨 D.水吸收二氧化碳 5. 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………………………………………………………………………（） 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 6. 精馏塔提馏段的操作线斜率………………………………………………（） A. 大于1 B. 小于1 C. 等于1 D. 不确定 7．液体混合物中，两组分相对挥发度越接近于1，表示用精馏的方法分离该溶液时越……………………………………………………………………………（） A. 完全 B. 不完全 C. 容易 D. 困难 8. 若加料热状态参数q值减小，将使…………………………………………（） A．精馏段操作线斜率增大 B. 精馏段操作线斜率减小 C．提馏段操作线斜率增大D．提馏段操作线斜率减小 9．精馏塔中由塔顶向下的第n-1、 n、 n+1层塔板，其气相组成关系为……（） A. y n+1＞y n＞y n-1 B. y n+1 = y n = y n-1 C. y n+1＜y n＜y n-1 D. y n ＜y n-1 ＜y n+1 10. 当蒸馏分离沸点较高，且又是热敏性混合物时，操作压力应采用………（） A. 常压 B. 减压 C. 加压 D. 先常压后加压 11. 作为干燥介质的热空气，一般采用的是…………………………………（） A．饱和空气 B. 不饱和空气 C．过饱和空气D．绝干空气 12. 固体物料在恒速干燥终了时的含水量称为……………………………（） A．自由含水量 B. 平衡含水量 C．结合水量D．临界含水量 13. 当干燥一种团块或者是颗粒较大的湿物料，要求含水量降至最低时，较适宜的干燥器型式为……………………………………………………………（） A. 厢式 B. 气流 C. 带式 D. 转筒 14. 湿空气在预热过程中不发生变化的状态参数是…………………………（）