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化工原理课后习题答案第一章流体流动答案

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第一章 流体流动习题解答

1.解：（1） 1atm=101325 Pa=760 mmHg

真空度=大气压力—绝对压力，表压=绝对压力—大气压力

所以出口压差为

p=461097.8)10082.0(10132576.00N/m2

（2）由真空度、表压、大气压、绝对压之间的关系可知，进出口压差与当地大气压无关，所以出口压力仍为41097.8Pa

2.解： T=470+273=703K，p=2200kPa

混合气体的摩尔质量

Mm=28×0.77+32×0.065+28×0.038+44×0.071+18×0.056=28.84 g/mol

混合气体在该条件下的密度为：

ρm=ρm0×T0T×pp0=28.8422.4×273703×2200101.3=10.858 kg/m3

3.解：由题意，设高度为H处的大气压为p，根据流体静力学基本方程，得

dp=-ρgdH

大气的密度根据气体状态方程，得

ρ=pMRT

根据题意得，温度随海拔的变化关系为

T=293.15+4.81000H

代入上式得

ρ=pMR（293.15-4.8×10-3H）=-dpgdh

移项整理得

dpp=-MgdHR293.15-4.8×10-3H

对以上等式两边积分，

101325pdpp=-0HMgdHR293.15-4.8×10-3H

所以大气压与海拔高度的关系式为

lnp101325=7.13×ln293.15-4.8×10-3H293.15 即：

lnp=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526

（2）已知地平面处的压力为101325 Pa，则高山顶处的压力为

p山顶=101325×330763=45431 Pa

将p山顶代入上式

ln 45431=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526

解得H=6500 m，所以此山海拔为6500 m 。

4.解：根据流体静力学基本方程可导出

p容器-p大气=Rgρ水-ρ煤油

所以容器的压力为

p容器=p大气+Rgρ水-ρ煤油=101.3+8.31×9.81×（995-848）1000=113.3 kPa

5.解：6030sin120sin'RRmm

以设备内液面为基准，根据流体静力学基本方程，得

8.101106081.98501013253001gRppkPa

6.解： （1）如图所示，取水平等压面1—1’， 2—2’， 3—3’与4—4’，选取水平管轴心水平面为位能基准面。根据流体静力学基本方程可知 pA=p1+ρgz1

同理，有

p1=p1'=P2+ρigR2 ，p2=p2'=P3-ρg（z2-z3）

p3=p3'=p4+ρigR3 ，p4=p4'=pB-ρgz4

以上各式相加，得

PA-PB=ρigR2+R3-ρgz2-z1+z4-z3

因为 z2-z1=R2，z4-z3=R3

PA-PB=ρi-ρgR2+R3=13.6-1×9.81×0.37+0.28=80.34kPa

同理，有

PA-PB=ρi-ρgR1=ρi-ρgR2+R3

故单U形压差的读数为

R1=R2+R3=0.37+0.28=0.65 m （2）由于空气密度远小于液体密度，故可认为测压连接管中空气内部各处压强近似相等。

即 p2=p2'≈p3=p3'

故有 p2=p2'=p3=p3'=p4+ρigR3

因为 z2-z1+z4-z3=R2+R3=h+z4-z1

⟹z4-z1=R2+R3-h

所以 PA-PB=ρigR2+R3-ρgz4-z1=ρi-ρgR2+R3+ρgh=

13.6-1×9.81×0.65+1×9.81×0.31=83.68kPa

此测量值的相对误差为

83.68-80.3480.34×100%=4.16%

7.解：（1）在A—A’，B—B’ 两截面间列伯努利方程，得

fhupgzWupgz2222222111

其中W=0，1z=2z，fh=2.2J/kg

化简为 2.2)(21212221uupp

由题目知：输水量16.1vqm3/h41022.3 m3/s

03.102.0785.01022.3424211dquvm/s

27.0039.0785.01022.3424222dquvm/s

查表得20℃水的密度为998.2kg/m3

所以 706.12.2)03.127.0(212.2)(2122212221uuppJ/kg

32110703.1706.12.998ppPa

（2）若实际操作中水为反向流动，同样在''BBAA，两截面间列伯努利方程，得

fhupgzWupgz2221112222 其中W=0，1z=2z，fh=2.2 J/kg

化简为 2.2)(21222112uupp

由于流量没有变，所以两管内的速度没有变，将已知数据带入上式，得

3221210689.22.2)27.003.1(212.998ppPa

8.解： 查表1-3 ，选取水在管路中的流速为u=1.5 ms，则求管径

d=qvπ4u=2536000.785×1.5=76.8 mm

查附录 13 进行管子规格圆整，最后选取管外径为83 mm，壁厚为3.5mm ，即合适的管径为Φ83mm×3.5mm。

9.解： （1） 管内流体的质量流量

qm=ρqv=π4d2ρu

有上式得出质量流速为

ρu=qmπ4d2

雷诺数 Re=duρμ=d×qmπ4d2μ=0.2×120036000.785×0.222×10-5=1.06×105>2000

所以该气体在管内的流动类型为湍流。

（2）层流输送最大速度时，其雷诺数为2000，于是质量流速可通过下式计算：

ρu=Re μd=2000×2×10-50.2=0.2 kg(m2∙s)

所以层流输送时的最大质量流量

qm=π4d2ρu=0.785×0.22×0.2×3600=22.608kgh

10.解： （1）根据题意得：u=20y-200y2 ，将上式配方得

u=20y-200y2=-200y-0.052+0.5

所以当y=0.05m 时管内油品的流速最大，umax=0.5ms

（2）由牛顿粘性定律得

τ=-μdudy 其中

dudy=20-400y

代入上式得管道内剪应力的分布式

τ=-μdudy=-μ20-400y=-60×103（20-400y）

所以管壁处的剪应力 τs=-60×10320-400×0=-1.2 Nm2 （负号表示与流动方向相反）

11.解：（1） Ade44润湿周边管道截面积

根据题意可算出：2330tan40AEmm，462AEADmm

8623240ABmm

通道截面积361052.21040)4086(21)(21DECDABA m2

润湿周边2182ABCDADmm = 0.218m

046.0218.01052.243edm

（2） vq=40 m3/h=0.011 m3/s

62.6046.0785.0011.0422evdqu

m/s

40001004.31012.99862.6046.0Re53ude

故该流型为湍流。

12.解： 如课本图1-17，流体在内外管的半径分别为r1和r2的同心套管环隙间沿轴向做定态流动，在环隙内取半径为r，长度为L，厚度为dr的薄壁圆管形微元体，运动方向上作用于该微元体的压力为

P1=2πr drp1 ，P2=-2πr drp2

作用于环形微元体内外表面的内摩擦力分别为

F1=2πrLτr=2πL（rτ）r，F2=-2πr+drLτr+dr=-2πL（rτ）r+dr

因微元体作匀速直线运动，根据牛顿第二定律，作用于微元体上的合力等于零，即 2πr drp1-2πr drp2+2πLrτr-2πLrτr+dr=0

简化后可得

p1-p2L=1r∙（rτ）r+dr-（rτ）rdr=1r×d（rτ）dr

在层流条件下，

τ=-μdudy

带入上式可得

ddrrdudr=-ΔpμL r

上式积分得

rdudr=-Δp2μL r2+C1

u=-Δp4μL r2+C1lnr+C2

利用管壁处的边界条件 r=r1 时，ur=0；r=r2 时，ur=0 可得

C1=Δp4μLr22-r12lnr2r1 ；C2=-Δp4μL-r12+r22-r12lnr2r1lnr1

所以同心套管环隙间径向上的速度分布为

u=Δp4μL（r12-r2）+r22-r12lnr2r1lnrr1

13.解： 取桶内液面为1—1’截面，桶侧面开孔处的截面为2—2’截面，开孔处离桶底距离为h，从1—1’截面至2—2’截面列机械能守恒方程式，得

fhupgzupgz2222222111

以2—2’截面为基准面，则z1=H-h，z0=0，1p=2p=0表压，u1=0，∑hf=0

gH-h+0+0=0+0+u222

化解得 u2=2gH-h

假设液体的水平射程为X，则

h=12gt2

X=u2t=2gH-h×2hg=2-h2+hH=2-h-H22+H24

所以当h= H2 时，射程最远， Xmax=H 。

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化工原理习题答案.

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3 第一章 流体流动 

1.某设备上真空表的读数为 13.3×10 3 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 98.7×10 4 Pa。

解：略 

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 9.6m，油面

上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760mm 的圆孔，其中心距罐底 800mm，孔盖用 

14 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为 39.23×106Pa，问至少需要几个螺钉？

解：设通过孔盖中心的水平面上液体的静压为 p，则p便

是罐内液体作用于孔盖上的平均压强。

根据流体静力学基本方程，知： 

p=pa+ρgh 

作用在孔盖外侧的是大气压强 pa，故孔盖内外两侧所受

压强差为：Δp=p­ pa= pa+ρgh­ pa=ρgh 

∴Δp=960×9.81(9.6­0.8)=8.29×10 4 Pa 

作用在孔盖上的净压力为：P=Δp×πd 2 /4=8.29×10 4 ×π0.76 2 /4=3.76×10 4 N 

每个螺钉能承受的力为：400×9.807×10 4 ×π/4×0.014 2 =6.04×10 3 N 

螺钉的个数＝3.76×10 4 /6.04×10 3 =6.23 个≈7 个

即至少要 7个螺钉。 

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 R1=400mm,R2=50mm, 

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 R3=50mm。试求 A、B 两处的表压强。

解：U管压差计连接管中是气体。以ρg、ρH2O 及

ρHg 分别表示气体、水与水银的密度。因ρg<

由气柱高度所产生的压强差可以忽略。由此可认为 pA ≈pC 及 pB≈pD 由静力学基本方程式知： 

pA≈pC=ρH2Og R3+ρHg g R2 =1000×9.81×0.05+13600×9.81×0.05 =7161 Pa （表压） 

第一章流体流动习题及答案

第一章流体流动习题及答案

习题3附图 H H1 H2 第一章 流体流动 流体静止的基本方程 1．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？[答案：36.03kPa] 2．为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U形压差计读数为R=130mm，通气管距贮槽底面h=20cm，贮槽直径为2m，液体密度为980kg/m3。试求贮槽内液体的贮存量为多少吨？ [答案：6.15吨] 3．如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为83×3.5mm，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H1为4.8m，压力表安装位置离贮槽的水面高度H2为5m。当输水量为36m3/h时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg，压力表读数为2.452×105Pa，泵的效率为70%，水的密度为1000kg/m3，试求： （1）两槽液面的高度差H为多少？ （2）泵所需的实际功率为多少kW？ （3）真空表的读数为多少kgf/cm2？ [答案：H=19.7m；实际功率为4.27kw；真空表读数为51.5kPa] 4．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/m3。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 m3/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。[答案：0.8kw] 习题4附图 121′ 2′ 习题7附图 5．20 ℃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。[答案：88.3mm] 6．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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（m3）？[答案：88.45m3/h] （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Le/d≈15，摩擦系数仍可取0.025。）[答案：33kPa] 7．常温的水（密度为1000Kg/m3）在本题所示的管道内由下向上做定态流动。管道内径由300mm逐渐缩至150mm。已测得图中1~1`及2~2`面上静压强分别为1.69×105及1.5×105（均为表压），两测压面间的垂直距离为1.5m。流动过程中能量损失略去不计，试求水在该管道中流动时的质量流量为若干Kg/h。 [答案：192×103kg/h] 8．每小时将2×104kg、45℃氯苯用泵从反应器A输送到高位槽B（如图所示）， 管出口处距反应器液面的垂直高度为15m，反应器液面上方维持26.7kPa的绝压，高位槽液面上方为大气压，管子为Ø76mm×4mm、长26.6m的不锈钢管，管壁绝对粗糙度为0.3mm。 习题5附图 习题6附图 习题8附图 管线上有两个全开的闸阀、5个90°标准弯头。45℃氯苯的密度为1075 kgm-3，粘度为6.5×10-4 Pa·s。泵的效率为70%，求泵的轴功率。 附：各局部阻力系数 全开闸阀：ζ1 = 0.17 90℃标准弯头：ζ2 = 0.75 摩擦系数计算式：λ = 0.1( εd + 68Re )0.23 [答案：1.86kw] 9．在5.2mm38mm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）？[答案：5424kg/h]

化工原理课后习地的题目解析汇报汇报第一章

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实用标准文案

精彩文档 第1章 流体流动

1-1．容器A中气体的表压力为60kPa，容器B中的气体的真空度为Pa102.14。试分别求出A、B二容器中气体的绝对压力为若干Pa。该处环境大气压等于标准大气压。（答：A,160kPa；B,88kPa ）

解：取标准大气压为kPa100，所以得到：

kPa16010060AP；

kPa8812100BP。

1-2．某设备进、出口的表压分别为 12kPa-和157kPa，当地大气压为101.3kPa，试求此设备进、出口的压力差为多少Pa。 (答：169kPa-)

解：kPa16915712出进PPP。

1-3．为了排除煤气管中的少量积水，用如图示水封设备，水由煤气管道上的垂直支管排出，已知煤气压力为10kPa（表压）。问水封管插入液面下的深度h最小应为若干？ （答：m02.1）

解：m02.18.910101033gPH

习题1-3 附图

1-4．某一套管换热器，其内管为mm,25.3mm5.33外管为mm5.3mm60。内管流过密度为3m1150kg，流量为1h5000kg的冷冻盐水。管隙间流着压力（绝压）为MPa5.0，平均温度为C00，流量为1h160kg的气体。标准状态下气体密度为3m1.2kg，试求气体和液体的流速分别为若干1sm？

（ 答：1Lsm11.2U；1gs5.69mU ）

习题1-4 附图

解：mm27225.35.33内d，mm5325.360外d；

对液体：122sm11.2027.011503600/500044/内dmAVulllll；

对气体：0101PP3560101mkg92.51001325.1105.02.1PP， 实用标准文案

化工原理课后思考题答案

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第一章 流体流动

问题1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件?

答1．假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。

质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。

问题2. 描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?

答2．前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。

问题3. 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降?

答3．分子间的引力和分子的热运动。

通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主；温度上升，热运动加剧，粘度上升。液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。

问题4. 静压强有什么特性?

答4． 静压强的特性： ①静止流体中任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；③压强各向传递。

问题5. 图示一玻璃容器内装有水，容器底面积为8×10-3m2，水和容器总重10N。

(1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向)；

(2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少？哪一侧的压力大？为什么？

题5附图 题6附图

答5．1）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下大。

2）内部压强p=ρgh=1000×9.81×0.5=4.91kPa；

外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa

因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。

问题6. 图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一U形压差计，读数分别为R1、R2，两压差计间用一橡皮管相连接，现将容器A连同U形压差计一起向下移动一段距离，试问读数R1与R2有何变化？(说明理由)