化工原理绪论
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绪论
一、《化工原理》课程的研究对象与性质
1.研究对象
《化工原理》课程是研究化工生产过程中共有的物理操作过程的基本原理、所用典型设备的结构和设备工艺尺寸的计算与设备选型。通常将这些物理操作过程称为单元操作。
2.单元操作（UnitOperations）
使物质发生状态、组成、能量上变化的操作称为单元操作。单元操作的研究包括“过程”和“设备”两个方面的内容，故单元操作又称为化工过程和设备。化工原理是研究诸单元操作共性的课程。一切化工生产过程不论其生产规模大小，除化学反应外，其它均可分解为一系列的物理加工过程。这些物理加工过程称为“单元操作”。流体输送、过滤、沉降、搅拌、颗粒流态化、气力输送、加热冷却、蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥、结晶等。
3.《化工原理》课程的内容
通过什么样的工程方法和设备来实现其工艺过程？
反应物如何供给、产物又如何分离？
如何提供反应所需的热量及使用反应放出的热量？
怎样才能从工业规模生产中获得最佳的经济效益？
4.《化工原理》在化工领域中的地位
本课程不是教学生如何合成得到新的物质？如何提取新的物质？如何表征新的物质？这是化学家的事情。化学工程研究的是如何把化学家们的小试研究成果开发放大为中试，再开发为生产规模。是在科学实验与化工之间架桥的工作，是直接为人类服务的创造价值的劳动。
5.共同的研究对象——传递过程
5.1.物理性操作，即只改变物料的状态或物性，并不改变化学性质；
5.2.它们都是化工生产过程中共有的操作，但不同的化工过程中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异；
5.3.对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现；
5.4.某单元操作用于不同的化工过程，其基本原理并无不同，进行该操作的设备也往往是通用的。具体应用时也要结合各化工过程的特点来考虑，如原材料与产品的理化性质，生产规模等。
实际问题的复杂性—过程、体系、设备、工程性强、计算量大
6.单元操作按操作的目的分类如下：
6.1.物料的加压、减压和输送、物料的混合、非均相混合物的分离－－动量传递过程
6.2.物料的加热或冷却――热量传递过程
6.3.均相混合物的分离――质量传递过程
以上三种传递过程简称“三传”。是《化工原理》的共同规律和联系。
《化工原理》课程研究对象就是研究“三传”理论和“三传”理论的应用。
“三传理论的建立”是单元操作在理论上的进一步发展和深化。传递过程是联系各单元操作的一条主线。
7.性质
《化工原理》课程是高等数学、物理、物理化学等课程的后继课程。它是一门专业技术课程，属于工程学科，具有工程性、应用性。在我们的教学计划中起到了自然学科与应用学科的桥梁作用。作为一门综合性技术学科的一个重要组成部分，主要研究各单元操作的基本原理，所用的典型设备结构，工艺尺寸设计和设备的选型的共性问题，是一门重要的专业基础课。、本课程是一门实践性很强的工程学科，在长期的发展过程中，形成两种基本研究方法，即：
7.1．实验研究方法（经验法）
7.2．数学模型法（半经验半理论方法）
8.化工原理课程的两条主线
8.1.动量传递、传热和传质皆属于传递过程，是本门课程统一的研究对象，是联系各单元操作的一条主线。
8.2.研究工程问题的方法论是联系各单元操作的另一条主线。各单元操作有共同的研究方法。
a.实验研究方法（经验的方法）
一般用因次分析和相似论为指导，依靠实验来确定过程变量之间的关系，通过无因次数群（或称准数）构成的关系式来表达。是一种工程上通用的基本方法。
b.数学模型法（半经验半理论的方法）
在对实际过程的机理深入分析的基础上，在抓住过程本质的前提下，作出某种合理简化，建立物理模型，进行数学描述，得出数学模型。通过实验确定模型参数。如一个物理过程的影响因素较少，各参数之间的关系比较简单，能建立数学方程并能直接求解，则称为解析法。
二、《化工原理》课程的任务
1.研究与掌握化工单元操作过程的基本原理并能进行过程的选择；
2.进行设备工艺尺寸的计算及设备的选型计算；
3.根据生产的不同的要求进行操作和调节，并具有一定寻找故障的原因及排除故障的能力；
4.了解强化过程的途径。
通过本课程的学习，培养学生有分析和解决单元操作中各种问题的能力，即在科学研究和生产实践中对设备应具有操作管理、设计、强化与过程开发的本领。总之，学习《化工原理》的目的是：掌握规律、开发工艺、创新设计、诊断过程、强化操作。
三、单位制度及单位换算
任何物理量的大小都是由数字和单位联合来表达的，二者缺一不可。如管长为10m，水的流速为3.5m/s等。
（一）单位制度
在工程和科学中，单位制度有不同的分类方法。
1．基本单位和导出单位
基本单位：一般选择几个独立的物理量（如质量、长度、时间、温度等），根据使用方便的原则规定出它们的单位，这些选择的物理量称为基本物理量，其单位称为基本单位。导出单位：其它的物理量（如速度、加速度、密度等）的单位则根据其本身的物理意义，由有关基本单位组合而成。这种组合单位称为导出单位。我国的法定计量单位（简称法定单位）是以国际单位制为基础，同时选用了一些非国际单位制的单位构成。见本教材
P327附录一。
国际上趋向于采用国际单位制（SI制）。SI制基本单位7个：
长度L：米（m）；质量M：千克（kg）；时间T：秒（s）；热力学温度θ：开尔文（k）；物质的量：摩尔（mol）；电流I：安培（A）；发光强度：坎德拉（cd）
SI制主要优点：
①通用性：是一套完整的单位制，适合于各个领域；
②一贯性：每种物理量只有一个单位，如热功都用J（焦耳）表示。
化工生产中，还使用一些非SI单位，如：温度有℃，时间min、hr、d、Yr，压强单位除了Pa外，有atm、mmHg、m水柱、bar、ata等。
（二）单位换算
在化工计算中，各种数据来源不同，故其单位不一定符合公式的要求，计算时则需要进行单位换算。换算原则是：连同换算因子一起换算。
换算因子：彼此相等而单位不同的两个同名物理量（包括单位在内）的比值称为换算因子。如1m和100cm的换算因子为100cm/m。包括单位在内的任何换算因子在本质上都是纯数1。任何物理量乘以或除以换算因子，都不会改变原物理量的大小。常用的单位换算关系要牢记，复杂的单位逐个分解代入换算。常用的单位换算因子数据见教材P328附录二。
1．物理量的单位换算
同一物理量，若采用不同的单位则数值就不相同。例如最简单的一个物理量，圆形反应器的直径为1m，在物理单位制度中，单位为cm，其值为100；而在英制中，其单位为ft，其值为3.2808。它们之间的换算关系为：反应器的直径D=1m=100cm=3.2808ft。若查不到一个导出物理量的单位换算关系，则从该导出单位的基本单位换算入手，采用单位之间的换算因数与基本单位相乘或相除的方法，以消去原单位而引入新单位。
物理量＝数字×单位单位＝物理量／数字
将物理量单位由一种制度换算成另一种制度时，换算时只需乘以两相关物理单位之间的换算系数。经验公式（又称数字公式，根据实验结果整理而得）中各符号只代表物理量的数字部分，而它们的单位必须采用指定的单位。
例0—1.通用气体常数R＝0.08206atm.L/mol.K，试用国际单位J/mol.K表示。
解：R＝0.08206atm.L/mol.K
＝0.08206atm.L/mol.K×1m3/1000L×101325Pa/atm
＝8.314Pa.m3/mol.K＝8.314J/mol.K
2．经验公式（或数字公式）的单位换算
化工计算中常遇到的公式有两类：一类为物理方程，它是根据物理规律建立起来的，物理方程遵循单位或因次一致的原则。同一物理方程中绝不允许采用两种单位制度。用一定单位制度的基本物理量来表示某一物理量，称为该物理量的因次。在SI单位制度中，基本物理量质量、长度、时间、热力学温度的因次分别用M、L、T与θ表示，力的因次为MLT－2；因次一致的原则是因次分析方法的基础。另一类为经验方程，它是根据实验数据而整理成的公式，式中各物理量的符号只代表指定单位制度的数据部分，因而经验公式又称数字公式。当所给物理量的单位与经验公式指定的单位制度不相同时，则需要进行单位换算。可采取两种方式进行单位换算：将诸物理量的数据换算成经验公式中指定的单位后，再分别代入经验公式进行计算；若经验公式需经常使用，对大量的数据进行单位换算很繁琐，则可将公式加以变换，使式中各符号都采用所希望的单位制度。
四、五个基本概念
物料衡算、能量衡算、物料的平衡关系、过程速率和经济核算五个基本概念贯穿于各个单元操作的始终。化工过程计算可分为设计型计算和操作型计算两类，其在不同计算中的处理方法各有特点，但是不管何种计算都是以质量守恒、能量守恒、平衡关系和速率关系为基础的。
五、学习本课程的基础和学习方法
1.物料衡算
根据质量守恒定律，即在稳定过程中，依输入的物料＝输出的物料，进行物料衡
算：，该公式称为总物料衡算式。在定态操作过程中，该式可简化为： 定态过程（稳定过程）：一般连续不断的流水作业（即连续操作）为定态过程，其特点是在设备的各个不同位置上，物料的流速、浓度、温度、压强等参数可各自不相同，但在同一位置上这些参数都不随时间而变。物料的累积量G A ＝0。
若过程中有物料累积，则属于非定态过程（非稳定过程），一般的间歇操作（即分批操作）或连续操作中的开车、波动状态及发生故障时属于非定态过程，在设备的同一位置上诸参数随时间而变。
物料衡算步骤及要点：
①物流图；②确定衡算体系；③确定衡算基准；④确定衡算物料；⑤列衡算方程。
2.能量衡算
A
01G G G ＋＝∑∑
根据能量守恒和转换定律，即在稳定过程中，依输入的能量＝输出的能量，进行能量衡算；如：热量衡算：
热量衡算步骤及要点：
①物流图（标明温度、比热）；②确定衡算体系；③确定衡算基准；④确定衡算物料；⑤确定基准温度（焓值：相对值）；⑥列衡算方程；⑦注意热损失。
3.平衡关系（equilibriumrelation ）
可以用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的限度。
4.传递速率
过程的传递速率（rateoftransferprocess ）与推动力成正比，与阻力（resistance ）成反比，即 如同电学中的欧姆定律：
5.经济核算
为生产定量的某种产品所需要的设备，根据设备的型式和材料的不同，可以有若干设计方案。对同一台设备，所选用的操作参数不同，会影响到设备费与操作费。因此，要用经济核算确定最经济的设计方案。
过程的阻力
过程的推动力
速率方程＝
化工原理知识 绪论 1、单元操作：（Unit Operations）： 用来为化学反应过程创造适宜的条件或将反应物分离制成纯净品，在化工生产中共有的过程称为单元操作（12）。 单元操作特点： ①所有的单元操作都是物理性操作，不改变化学性质。②单元操作是化工生产过程中共有的操作。③单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用设备也是通用的。单元操作理论基础：（11、12） 质量守恒定律：输入=输出+积存 能量守恒定律：对于稳定的过，程输入=输出 动量守恒定律：动量的输入=动量的输出+动量的积存 2、研究方法： 实验研究方法（经验法）：用量纲分析和相似论为指导，依靠实验来确定过程变量之间的关系，通常用无量纲数群(或称准数)构成的关系来表达。 数学模型法（半经验半理论方法）：通过分析，在抓住过程本质的前提下，对过程做出合理的简化，得出能基本反映过程机理的物理模型。（04） 3、因次分析法与数学模型法的区别：（08B） 数学模型法（半经验半理论）因次论指导下的实验研究法 实验：寻找函数形式，决定参数
第二章：流体输送机械 一、概念题 1、离心泵的压头（或扬程）： 离心泵的压头（或扬程）：泵向单位重量的液体提供的机械能。以H 表示，单位为m 。 2、离心泵的理论压头： 理论压头：离心泵的叶轮叶片无限多，液体完全沿着叶片弯曲的表面流动而无任何其他的流动，液体为粘性等于零的理想流体，泵在这种理想状态下产生的压头称为理论压头。 实际压头：离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于流体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括：1）叶片间的环流，2）流体的阻力损失，3）冲击损失。 3、气缚现象及其防止： 气缚现象：离心泵开动时如果泵壳内和吸入管内没有充满液体，它便没有抽吸液体的能力，这是因为气体的密度比液体的密度小的多，随叶轮旋转产生的离心力不足以造成吸上液体所需要的真空度。像这种泵壳内因为存在气体而导致吸不上液的现象称为气缚。 防止：在吸入管底部装上止逆阀，使启动前泵内充满液体。 4、轴功率、有效功率、效率 有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne 表示。 效率： 轴功率：电机输入离心泵的功率,用N 表示，单位为J/S,W 或kW 。 二、简述题 1、离心泵的工作点的确定及流量调节 工作点：管路特性曲线与离心泵的特性曲线的交点，就是将液体送过管路所需的压头与泵对液体所提供的压头正好相对等时的流量，该交点称为泵在管路上的工作点。 流量调节： 1）改变出口阀开度——改变管路特性曲线； 2）改变泵的转速——改变泵的特性曲线。 2、离心泵的工作原理、过程： 开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在此作用下，从叶轮中心被抛向 g QH N e ρ=η/e N N =η ρ/g QH N =
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%、CH 4 1%，大气压力为 101.3 kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。 解：气柜满载时各气体的总摩尔数 ()mol 4.246245mol 313 314.86000 0.10005.53.101t =???+== RT pV n 各组分的质量： kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =??=?=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =??=?=M n m kg 36.2206kg 284.246245%32%32CO t CO =??=?=M n m kg 44.758kg 444.246245%7%722CO t CO =??=?=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144CH 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 33 122 1 1 21t m 157.0m 7106083060=??? ? ??+=+= +=ρρm m V V V 3 3t t m m kg 33.764m kg 157 .0120=== V m ρ 流体静力学 3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若
8.3干燥过程的物料衡算与热量衡算 干燥过程是热、质同时传递的过程。进行干燥计算，必须解决干燥中湿物料去除的水分量及所需的热空气量。湿物料中的水分量如何表征呢？ 湿物料中的含水量有两种表示方法 1.湿基含水量w 湿物料总质量 湿物料中水分的质量= w kg 水/kg 湿料 2.干基含水量X 量 湿物料中绝干物料的质湿物料中水分的质量= X kg 水/kg 绝干物料 3.二者关系 X X w +=1w w X -=1 说明：干燥过程中，湿物料的质量是变化的，而绝干物料的质量是不变的。因此，用干基含 水量计算较为方便。 图8.7 物料衡算 符号说明： L ：绝干空气流量，kg 干气/h ； G 1、G 2：进、出干燥器的湿物料量，kg 湿料/h ； G c ：湿物料中绝干物料量，kg 干料/h 。 产品 G 2, w 2, (X 2), θ2 G 1, w 1, (X 1), θ1 L, t 2 , H 2
目的：通过干燥过程的物料衡算，可确定出将湿物料干燥到指定的含水量所需除去的水分量及所需的空气量。从而确定在给定干燥任务下所用的干燥器尺寸，并配备合适的风机。 1.湿物料的水分蒸发量W[kg 水/h] 通过干燥器的湿空气中绝干空气量是不变的，又因为湿物料中蒸发出的水分被空气带 走，故湿物料中水分的减少量等于湿物料中水分汽化量等于湿空气中水分增加量。即： [])]([][)(1221221121H H L W X X G w G w G G G c -==-=-=- 所以：1212221 1 2111w w w G w w w G G G W --=--=-= 2.干空气用量L[kg 干气/h] 1212) (H H W L H H L W -=∴-=Θ 令121H H W L l -== [kg 干气/kg 水] l 称为比空气用量，即每汽化1kg 的水所需干空气的量。 因为空气在预热器中为等湿加热，所以H 0＝H 1，0 21211H H H H l -=-=，因此l 只与空气的初、终湿度有关，而与路径无关，是状态函数。 湿空气用量：)1(0'H L L += kg 湿气/h 或)1(0'H l l += kg 湿气/kg 水 湿空气体积：H s L V υ= m 3湿气/h 或H s l V υ=' m 3湿气/kg 水 通过干燥器的热量衡算，可以确定物料干燥所消耗的热量或干燥器排出空气的状态。作为计算空气预热器和加热器的传热面积、加热剂的用量、干燥器的尺寸或热效率的依据。 1.流程图
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：
大学课后习题解答 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= g/(cm ·s) （2）密度ρ= kgf ?s 2/m 4 （3）某物质的比热容C P = BTU/(lb ·℉) （4）传质系数K G = 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 1056.8s m kg 1056.81m 100cm 1000g 1kg s cm g 00856.044??=??=? ? ? ????????????? ???=--μ （2）密度 基本物理量的换算关系为 1 kgf= N ，1 N=1 kg ?m/s 2 则 3 242m 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= kJ ，l b= kg o o 51F C 9 = 则 ()C kg kJ 005.1C 5F 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= kPa 则 ()kPa s m kmol 10378.9101.33kPa 1atm 3600s h 1atm h m kmol 2.342 52G ???=? ? ??????????????????=-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=×103 J ，1 h=3600 s 则
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*)
第三章 机械分离和固体流态化 1. 取颗粒试样500 g ，作筛分分析，所用筛号及筛孔尺寸见本题附表中第1、2列，筛析后称取各号筛面上的颗粒截留量列于本题附表中第3列，试求颗粒群的平均直径。 习题1附表 解：颗粒平均直径的计算 由 11i a i G d d G =∑ 2204080130110 (500 1.651 1.168 1.1680.8330.8330.5890.5890.4170.4170.295 603015105 0.2950.2080.2080.1470.1470.1040.1040.0740.0740.053 = ?++++ +++++++++++++++ ） 2.905=(1/mm) 由此可知，颗粒群的平均直径为d a =0.345mm. 2. 密度为2650 kg/m 3的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。 解：20C 时，351.205/, 1.8110kg m Pa s ρμ-==??空气 对应牛顿公式，K 的下限为69.1，斯脱克斯区K 的上限为2.62 那么，斯脱克斯区： max 57.4d m μ= ==
min 1513d m μ= = 3. 在底面积为40 m 2的除尘室回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理量为3600 m 3/h ，固体的密度3/3000m kg =ρ，操作条件下气体的密度3/06.1m kg =ρ，黏度为2×10-5 P a·s。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。 解：同P 151.例3-3 在降尘室中能被完全分离除去的最小颗粒的沉降速度u t ， 则 36000.025/4003600 s t V u m s bl = ==? 假设沉降在滞流区，用斯托克斯公式求算最小颗粒直径。 min 17.5d um === 核算沉降流型：6min 5 17.5100.025 1.06 R 0.0231210t et d u ρ μ --???= ==
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≤?螺
解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762 150.307×103 N ?螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×n P油≤?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
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；
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
一、名词解释 1.单元操作：在各种化工生产过程中，除化学反应外的其余物理操作。 2.牛顿流体：服从牛顿粘性定律的流体， 3.理想流体: 粘度为零的流体。实际自然中并不存在，引入理想流体的概念，对研究实际流体起重要作用。 4.真空度：当被测流体的绝对压强小于外界大气压强时，真空表的数值。 5.流体边界层：当流体流经固体壁面时，由于流体具有黏度，在垂直于流体流动的方向上流速逐渐减弱，受壁面影响而存在速度梯度的流体层。 6.边界层分离：当流体沿曲面流动或流动中遇障碍物时，不论是层流或湍流，会发生边界层脱离壁面的现象。 7.局部阻力：主要是由于流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力。 8.直管阻力：是流体流经一定管径的直管时，由于流体内摩擦而产生的阻力，这种阻力的大 小与路程长度成正比，或称为沿程阻力。 9.层流流动：是流体两种基本流动形态之一，当管内流动的Re<2000时，流体质点在管内呈平行直线流动，无不规则运动和相互碰撞及混杂。 10.完全湍流区：λ-Re 曲线趋于水平线，即摩擦系数λ只与ε/d 有关，而与Re 准数无关的 一个区域，又hf 与u 2成正比，所以又称阻力平方区。 11.当量直径：非圆形管的直径用4倍的水力半径来代替，称当量直径，以de 表示，即de=4rH=4x 流通截面积/润湿周边长。 12.泵的特性曲线：泵在一定的转速下，压头、功率、效率与流量之间的关系曲线。 13.汽蚀现象：当吸上真空度达最大值（泵的入口压强等于或小于输送温度下的饱和蒸汽压）时，液体就要沸腾汽化，产生大量汽泡，汽泡随液流进入叶轮的高压区而被压缩，迅速凝成液体，体积急剧变小，周围液体就以极高速度冲向原汽泡所占空间，产生极大的冲击频率和压强，引起震动和噪音，材料表面由点蚀形成裂纹，致使叶片受到严重损伤。 14.泵的安装高度：泵的吸入口轴线与贮液槽液面间的垂直距离。1022110----=f g H g u g p p H ρ 15.泵的工作点：泵的特性曲线和管路特性曲线的交点。 dy du μτ=()Kg J u d L h f /22λ=
化工原理实验 1. 真值：① 定义：某物理量客观存在的确定值；② 替代真值的值：理论真值、相对真值、平均值。 2. 误差：① 定义：实验测量值与真值之差，即 误差＝测量值－真值；② 含义：表示每一次测量值相对于真值的不符合程度；③ 分类：系统误差【可消除】、随机误差【不可消除、但可减小】、粗大误差。 3. 绝对误差()D x ：测量值x 与真值A 4. 相对误差()r E x ：绝对误差()D x 与真值A 5. 绝对误差是一个有量纲的值，相对误差是无量纲的真分数。 6. 实验数据的有效数字的位数：反映仪表的准确度和存在疑问的数字位置。 7. 准确度的表示方法：① 最大引用误差；② 准确度等级。 8. 准确度等级：准确度等级为P 级，则其最大引用误差为%P 。 9. 仪表的测量范围n x ：仪表量程的上限－下限。 10. 仪表示值x 的误差：① 绝对误差：()%n D x x P ≤?，② 11. 实验数据的处理方法：① 列表法，② 图示法，③ 12. 坐标系的分类：① 普通直角坐标系，② 半对数坐标系，③ 双对数坐标系。 13. 的选择：① Re C -曲线选用半对数坐标系；② 泵的特性曲线和过滤关系选用直角坐标系；③ 除①、②以外，其余一切的关系曲线都选用双对数坐标系。 14. 双对数坐标系的特征：① 坐标轴是分度不均匀的对数坐标，其分度不能随便改动，一般乘以10n ±来变化；② 在双对数坐标系上，根据点的坐标()11,x y 、()22,x y 可求直线的斜率，即2121 lg lg lg lg y y k x x -=-。 15. 压力计和压差计：① 液柱式压差计：U 形管压差计、斜管压差计、U 管双指示液压差计；② 压力计：薄膜式、波纹管式、弹簧管式。 16. 压力差传感器：① 应变片式，② 电容式，③ 压阻式。 17. 节流式流量计的工作原理：利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的，故节流式流量计又称差压式流量计（定截面，变压差）。 18. 节流式流量计的组成：① 节流元件：能将被测流量转换为压力差信号，【如：孔板、喷嘴、文丘里管】；② 差压计：测量压力差。 19. 节流式流量计的取压方式：① 理论取压法，② 径距取压法，③ 角接取压法，④ 法兰取压法。 20. 转子流量计的工作原理：① 定压差，变截面；② 属于面积式流量计。 21. 涡轮流量计的工作原理：① 动量矩守恒原理；② 属于速度式流量计。
绪论 一、《化工原理》课程的研究对象与性质 1. 研究对象 《化工原理》课程是研究化工生产过程中共有的物理操作过程的基本原理、所用典型设备的结构和设备工艺尺寸的计算与设备选型。通常将这些物理操作过程称为单元操作。 2. 单元操作（Unit Operations） 使物质发生状态、组成、能量上变化的操作称为单元操作。单元操作的研究包括“过程”和“设备”两个方面的内容，故单元操作又称为化工过程和设备。化工原理是研究诸单元操作共性的课程。一切化工生产过程不论其生产规模大小，除化学反应外，其它均可分解为一系列的物理加工过程。这些物理加工过程称为“单元操作”。流体输送、过滤、沉降、搅拌、颗粒流态化、气力输送、加热冷却、蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥、结晶等。 3. 《化工原理》课程的内容 ?通过什么样的工程方法和设备来实现其工艺过程？ 反应物如何供给、产物又如何分离？ ?如何提供反应所需的热量及使用反应放出的热量？ ?怎样才能从工业规模生产中获得最佳的经济效益？ 4. 《化工原理》在化工领域中的地位 本课程不是教学生如何合成得到新的物质？如何提取新的物质？如何表征新的物质？这是化学家的事情。化学工程研究的是如何把化学家们的小试研究成果开发放大为中试，再开发为生产规模。是在科学实验与化工之间架桥的工作，是直接为人类服务的创造价值的劳动。 5. 共同的研究对象——传递过程 . 物理性操作，即只改变物料的状态或物性，并不改变化学性质； . 它们都是化工生产过程中共有的操作，但不同的化工过程中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异； . 对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现； . 某单元操作用于不同的化工过程，其基本原理并无不同，进行该操作的设备也往往是通
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
天津大学2018年《826化工原理》考研大纲 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。
化工原理绪论 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
绪论 一、《化工原理》课程的研究对象与性质 1.研究对象 《化工原理》课程是研究化工生产过程中共有的物理操作过程的基本原理、所用典型设备的结构和设备工艺尺寸的计算与设备选型。通常将这些物理操作过程称为单元操作。 2.单元操作（UnitOperations） 使物质发生状态、组成、能量上变化的操作称为单元操作。单元操作的研究包括“过程”和“设备”两个方面的内容，故单元操作又称为化工过程和设备。化工原理是研究诸单元操作共性的课程。一切化工生产过程不论其生产规模大小，除化学反应外，其它均可分解为一系列的物理加工过程。这些物理加工过程称为“单元操作”。流体输送、过滤、沉降、搅拌、颗粒流态化、气力输送、加热冷却、蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥、结晶等。 3.《化工原理》课程的内容 通过什么样的工程方法和设备来实现其工艺过程？ 反应物如何供给、产物又如何分离？ 如何提供反应所需的热量及使用反应放出的热量？ 怎样才能从工业规模生产中获得最佳的经济效益？
4.《化工原理》在化工领域中的地位 本课程不是教学生如何合成得到新的物质？如何提取新的物质？如何表征新的物质？这是化学家的事情。化学工程研究的是如何把化学家们的小试研究成果开发放大为中试，再开发为生产规模。是在科学实验与化工之间架桥的工作，是直接为人类服务的创造价值的劳动。 5.共同的研究对象——传递过程 5.1.物理性操作，即只改变物料的状态或物性，并不改变化学性质； 5.2.它们都是化工生产过程中共有的操作，但不同的化工过程中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异； 5.3.对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现； 5.4.某单元操作用于不同的化工过程，其基本原理并无不同，进行该操作的设备也往往是通用的。具体应用时也要结合各化工过程的特点来考虑，如原材料与产品的理化性质，生产规模等。 实际问题的复杂性—过程、体系、设备、工程性强、计算量大 6.单元操作按操作的目的分类如下： 6.1.物料的加压、减压和输送、物料的混合、非均相混合物的分离－－动量传递过程 6.2.物料的加热或冷却――热量传递过程
三个传递：动量传递、热量传递和质量传递 三大守恒定律：质量守恒定律——物料衡算；能量守恒定律——能量衡算；动量守恒定律——动量衡算 第一节 流体静止的基本方程 一、密度 1. 气体密度：RT pM V m == ρ 2. 液体均相混合物密度： n m a a a ρρρρn 2 2 1 1 1 + ++ = （m ρ—混合液体的密度，a —各组分质量分数，n ρ—各组 分密度） 3. 气体混合物密度：n n m ρ?ρ?ρ?ρ+++= 2211（m ρ—混合气体的密度，?—各组分体积分数） 4. 压力或温度改变时，密度随之改变很小的流体成为不可压缩流体（液体）；若有显著的改变则称为可压缩流体（气体）。 二、.压力表示方法 1、常见压力单位及其换算关系： mmHg O mH MPa kPa Pa atm 76033.101013.03.10110130012===== 2、压力的两种基准表示：绝压（以绝对真空为基准）、表压（真空度）（以当地大气压为基准，由压力表或真空表测出） 表压 = 绝压—当地大气压 真空度 = 当地大气压—绝压 三、流体静力学方程 1、静止流体内部任一点的压力，称为该点的经压力，其特点为： （1）从各方向作用于某点上的静压力相等； （2）静压力的方向垂直于任一通过该点的作用平面； （3）在重力场中，同一水平面面上各点的静压力相等，高度不同的水平面的经压力岁位置的高低而变化。 2、流体静力学方程（适用于重力场中静止的、连续的不可压缩流体） )(2112z z g p p -+=ρ )(2121z z g p g p -+=ρρ p z g p =ρ（容器内盛液体，上部与大气相通，g p ρ/—静压头，“头”—液位高度，p z —位压头 或位头） 上式表明：静止流体内部某一水平面上的压力与其位置及流体密度有关，所在位置与低则压力愈大。
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 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 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 ｍ ｍ，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