化工原理修订版天津大学上下册课后答案
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化工原理-修订版-天津大学-上下册课后答案
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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)10atmpppPa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/m3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)82874pgzPa(表压)
作用在孔盖外侧的是大气压ap，故孔盖内外所受的压强差为82874pPa
作用在孔盖上的净压力为
2282575(0.76)3.7644ppdN410
每个螺钉能承受的最大力为： p
62332.23100.0144.96104FN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R1=400
mm，R2=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。若以2,,gHOHg分别表示气体、水与水银的密度，因为gHg，故由气柱高度所产生的压强差可以忽略。由此可以认为ACpp，BDpp。
由静力学基本方程式知
232ACHOHgppgRgR
10009.810.05136009.810.05
7161Pa(表压)
417161136009.810.46.0510BDAHgpppgRPa
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/m3。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H1。则
1app 2bpp
1()()apgHhgHh油水(表压) C
D
H压缩空气
p
1bpgH油(表压)
U管压差计中，12HgppgR (忽略吹气管内的气柱压力)
12abppppgR
分别代入ap与bp的表达式，整理可得：
()HgghgHhgH油水
10001.0136000.0680.4181000820HRhmHg水水油
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：h1=2.3 m、h2=1.2 m、h3=2.5 m及h4=1.4 m。锅中水面与基准面间的垂直距离h5=3 m。大气压强ap=99.3×103 Pa。试求锅炉上方水蒸气的压强p。(分别以Pa和kgf/cm2来计量)。
解：如图所示标记等压面2，3，4，大气压记为ap
212()aHgpppghh (1)
23232()HOppghh (2)
4334()Hgppghh (3)
20454()HOppghh (4) 2 3 4
将以上四式相加并代入已知量
399.310apPa 12.3hm 21.2hm 32.5hm 41.4hm
51.3hm
2012345432()()aHgHOpphhhhghhhhg
399.310(2.31.22.51.4)136009.8(3.01.42.51.2)10009.8
423.645103.72/Pakgfcm
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 kg/m3及998 kg/m3，U管中油、水交界面高度差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。
解：可以知道当微差压差计的读数app时，两扩大室液面相齐。那么当压力不同时，扩大室液面差h与R的关系可用下式计算：
2244DhdR
当 300Rmm时，226()0.3()0.00360dhRmD
根据静力学基本方程：
()pgRgh水油油
(998920)9.810.39209.810.0003
257Pa(表压)
7. 列管换热器的管束由121根252.5mmmm的铜管组成。空气以9 m/s速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50℃、压强为196×103 Pa(表压)，当地大气压为98.7×103 Pa。试求：(1) 空气的质量流量；(2) 操作条件下空气的体积流量；(3) 将(2)的计算结果换算为标准状况下空气的体积流量。
解：(1)swuAn 9/ums 121n
223211(252.52)100.00031444Adm
333(19698.4)10(2910)3.182/8.314(273500)pMkgmRT
90.0003143.1821211.09/swkgs
(2) 390.0003141210.342/SVuAnms
(3) 001110pVpVTT
3011010(19698.7)0.3422730.863/2735098.7TpVVmsTp
8. 高位槽内的水面高于地面8 m，水从1084mmmm的管道中流出，管路出口高于地面2 m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按26.5fhu计算(不包括出口阻力损失)，其中u为水在管内的流速m/s。试计算：
(l) 'AA截面处水的流速；(2) 水的流量，以m3/h计。
解：(1) 取高位槽水面为上游截面11'，管路出口内侧为下游截面22'，如图所示，那么128,2zmzm (基准水平面为地面)
1120,0upp(表压)，'AA处的流速与管路出口处的流速相同，2Auu
(管径不变，密度相同)
在截面11'和22'间列柏努利方程方程，得
222fugzh，其中26.5fhu
代入数据226.59.81(82)2uu 解得 2.9/Auums 'A 'B
(2) 2332.9(10842)10360082/4hVuAmh
9. 20℃的水以2.5 m/s的流速流经382.5mmmm的水平管，此管以锥形管与另一533mmmm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两截面间的能量损失为1.5J/kg，求两玻璃管的水面差(以m计)，并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。
解：取,AB两点处所在的与管路垂直的平面分别为上游和下游截面'AA和'BB，如图所示，并取管路中心线所在的水平面为基准面，那么0ABzz，
2.5/Aums
22382.52()2.5()1.23/5332ABABduumsd
在截面'AA和'BB间列柏努利方程：
22,22AABBfABupuph
2222,2.51.23()(1.5)1000868.522ABBAfABuupphPa
查表得到 210.102PammHO， 那么2868.588.50.102mmHO
210pp，所以A点的压力大于B点的压力，即B管水柱比A管高88.5mm
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762.5mmmm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.06×103 Pa；水流经吸入管与排出管(不包括喷头)的能量损失可分别按2,12fhu与2,210fhu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98.07×103 Pa(表压)。试求泵的有效功率。
解：取水槽中水面所在的平面为截面11'，并定为基准水平面。泵入口真空表连接处垂直于管子的截面为22'。水洗塔出口处为截面33'，如图所示，
那么有
10z 21.5zm 314zm 10u 23uuu 10p(表压)
3224.6610pPa(表压) 3398.0710pPa(表压) 31000/kgm
在截面11'和22'间列柏努利方程，得
22112212,122fpupugzgzh 22fhu
代入以上数值解得2/ums
231.99(762.52)1010007.91/4swuAkgs
再在截面11'和33'间列柏努利方程，得
22331113,1222efpupugzWgzh
将以上数值代入，其中2,12,1,212fffhhhu，解得261.3/eWJkg
261.37.912.26eesNWwkW
11. 本题附图所示的贮槽内径D为2 m，槽底与内径d0为32 mm的钢管相连，槽内无液体补充，其液面高度h1为2
m(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220fhu计算，式中u为液体在管内的流速。试求当槽内液面下降1 m时所需的时间。
