化工原理第四版陈敏恒答案

第一章习题静压强及其应用1. 用图示的U形压差计测量管道A点的压强，U形压差计与管道的连接导管中充满水。

指示剂为汞，读数R=120mm，当地大气压p a=760mmHg，试求：(1) A点的绝对压强，Pa；(2) A点的表压，mH2O。

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。

试求贮槽内液体的储存量为多少吨？3. 一敞口贮槽内盛20℃的苯，苯的密度为880kg/m3。

液面距槽底9m，槽底侧面有一直径为500mm的人孔，其中心距槽底600mm，人孔覆以孔盖，试求：(1) 人孔盖共受多少液柱静压力，以kg(f)表示；(2) 槽底面所受的压强是多少Pa？4. 附图为一油水分离器。

油与水的混合物连续进入该器，利用密度不同使油和水分层。

油由上部溢出，水由底部经一倒U形管连续排出。

该管顶部用一管道与分离器上方相通，使两处压强相等。

已知观察镜的中心离溢油口的垂直距离H s=500mm，油的密度为780kg/m3，水的密度为1000kg/m3。

今欲使油水分界面维持在观察镜中心处，问倒U形出口管顶部距分界面的垂直距离H应为多少？因液体在器内及管内的流动缓慢，本题可作静力学处理。

5. 用一复式U形压差计测定水管A、B两点的压差。

指示液为汞，其间充满水。

今测得h1 =1.20m，h2=0.3m，h3 =1.30m，h4 =0.25m，试以N/m2为单位表示A、B两点的压差Δp。

6. 附图为一气柜，其内径9m，钟罩及其附件共重10吨，忽略其浸在水中部分所受之浮力，进入气柜的气速很低，动能及阻力可忽略。

求钟罩上浮时，气柜内气体的压强和钟罩内外水位差Δh (即“水封高”)为多少？7. 附图所示的汽液直接接触混合式冷凝器，蒸汽被水冷凝后，凝液与水沿大气腿流至地沟排出，现已知器内真空度为82kPa，当地大气压为100kPa，问其绝对压为多少Pa？并估计大气腿内的水柱高度H为多少米？8. 如图所示，在A 、B 两容器的上、下各接一压差计，两压差计的指示液相同，其密度均为ρi 。

容器及测压导管中均充满水，试求： (1) 读数R 与H 之间的关系；(2) A 点和B 点静压强之间的关系。

*9. 测量气体的微小压强差，可用附图所示的双液杯式微差压计。

两杯中放有密度为ρ1的液体，U 形管下部指示液密度为ρ2，管与杯的直径之比d/D 。

试证气罐中的压强p B 可用下式计算：p p hg hg d D B a =---()ρρρ21122*10. 试利用流体平衡的一般表达式(1-9)，推导大气压p与海拔高度h之间的关系。

设海平面处的大气压强为p a，大气可视作等温的理想气体。

质量守恒11. 某厂用φ114×4.5mm的钢管输送压强p=2MPa(绝压)、温度为20℃的空气，流量为6300Nm3/h(N指标准状况,0℃,1atm)。

试求空气在管道中的流速、质量流量和质量流速。

机械能守恒12. 水以60m3/h的流量在一倾斜管中流过，此管的内径由100mm突然扩大到200mm，见附图。

A、B两点的垂直距离为0.2m。

在此两点间连接一U形压差计，指示液为四氯化碳，其密度为1630kg/m3。

若忽略阻力损失，试求：(1) U形管两侧的指示液液面哪侧高，相差多少mm？(2) 若将上述扩大管道改为水平放置，压差计的读数有何变化？13. 某鼓风机吸入管直径为200mm，在喇叭形进口处测得U形压差计读数R=25mm，指示剂为水。

若不计阻力损失，空气的密度为1.2kg/m3，试求管道内空气的流量。

14. 图示为马利奥特容器，其上部密封，液体由下部小孔流出。

当液体流出时，容器上部形成负压，外界空气自中央细管吸入。

试以图示尺寸计算容器内液面下降0.5m所需的时间。

小孔直径为10mm。

设小孔的孔流系数C0=0.62。

15. 水以3.77×10-3m3/s的流量流经一扩大管段。

细管直径d=40mm，粗管直径D=80mm，倒U形压差计中水位差R=170mm。

求水流经该扩大管段的阻力损失H f，以J/N表示。

16. 图示为30℃的水由高位槽流经直径不等的两管段。

上部细管直径为20mm，下部粗管直径为36mm。

不计所有阻力损失，管路中何处压强最低？该处的水是否会发生汽化现象？*17. 在一水平管道中流着密度为ρ的液体，收缩管前后的压差为(p1-p2)，管截面积为A1及A2。

忽略阻力损失，试列出流速u1和u2的计算式。

动量守恒18. 水由喷嘴喷入大气，流量V=0.025m3/s，d1 =80mm，d2 =40mm，p1 =0.8MPa(表压)。

求水流对喷嘴的作用力。

19. 流体流经突然扩大管道时伴有机械能损失(见附图)。

试用动量守恒定律证明2121221u A A h f ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=其中A 1、A 2分别为1,2截面面积，u 1为小管中的流速。

提示：可假定F n =p 1 (A 2 -A 1 )，并忽略管壁对流体的摩擦阻力F f 。

*20. 水由直径为0.04m 的喷口流出，流速为u j =20m/s 。

另一股水流以u s =0.5m/s 的流速在喷嘴外的导管环隙中流动，导管直径为D=0.10m 。

设图中截面1各点虚拟压强P 1相同，截面2处流速分布均匀，并忽略截面1至2间管壁对流体的摩擦力，求： (1) 截面2处的水流速度u 2； (2) 图示U 形压差计的读数R 。

流动的内部结构21. 活塞在气缸中以0.8m/s的速度运动，活塞与气缸间的缝隙中充满润滑油。

已知气缸内径D=100mm，活塞外径d=99.96mm，宽度l=120mm，润滑油粘度为100mPa·s。

油在气缸壁与活塞侧面之间的流动为层流，求作用与活塞侧面的粘性力。

*22. 图示为一毛细管粘度计，刻度a至b间的体积为3.5×10-31，毛细管直径为1mm。

若液体由液面a降至b需要80s，求此液体的运动粘度。

提示：毛细管两端b和c的静压强都是1atm，a与b间的液柱静压及毛细管表面张力的影响均忽略不计。

*23. 湍流时圆管的速度分布经验式为71max1/⎪⎭⎫⎝⎛-=Rruu试计算(1)之值；(2)动能校正系数α之值。

u u-/max*24. 粘度为μ、密度为ρ的液膜沿垂直平壁自上而下作均速层流流动，平壁的宽度为B ，高度为H 。

现将座标原点放在液面处，取液层厚度为y 的一层流体作力平衡。

该层流体所受重力为(yBH)ρg 。

此层流体流下时受相邻液层的阻力为τBH 。

求剪应力τ与y 的关系。

并用牛顿粘性定律代入，以推导液层的速度分布。

并证明单位平壁宽度液体的体积流量为)/(332m s m g B V ⋅=μδρ式中δ为液膜厚度。

管路计算25. 某水泵的吸入口与水池液面的垂直距离为3m,吸入管直径为50mm的水煤气管(ε=0.2mm)。

管下端装有一带滤水网的底阀，泵吸入口附近装一真空表。

底阀至真空表间的直管长8m，其间有一个90。

标准弯头。

试估计当泵的吸水量为20m3/h时真空表的读数为多少kPa？操作温度为20℃。

又问当泵的吸水量增加时，该真空表的读数是增大还是减少？26. 一高位槽向用水处输水，上游用管径为50mm水煤气管，长80m，途中设90。

弯头5个。

然后突然收缩成管径为40mm的水煤气管，长20m，设有1/2开启的闸阀一个。

水温20℃，为使输水量达3×10-3m3/s，求高位槽的液位高度z。

27. 用压缩空气将密闭容器(酸蛋)中的硫酸压送至敞口高位槽。

输送流量为0.10m3/min，输送管路为φ38×3mm无缝钢管。

酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，在压送过程中设为不变。

管路总长20m，设有一个闸阀(全开)，8个标准90。

弯头。

求压缩空气所需的压强为多少MPa(表压)？操作温度下硫酸的物性为ρ=1830kg/m3，μ=12 mPa·s。

*28. 粘度为30 mPa·s 、密度为900kg/m3的液体自容器A流过内径40mm的管路进入容器B。

两容器均为敞口，液面视作不变。

管路中有一阀门，阀前管长50m，阀后管长20m (均包括局部阻力的当量长度)。

当阀全关时，阀前、后的压强计读数分别为0.09MPa与0.045MPa。

现将阀门打开至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m。

试求：(1)管路的流量；(2)阀前、阀后压强计的读数有何变化？29. 在20℃下苯由高位槽流入某容器中，其间液位差5m且视作不变，两容器均为敞口。

输送管为Ф32×3mm无缝钢管(ε=0.05mm)，长100m(包括局部阻力的当量长度)，求流量。

*30. 某工业燃烧炉产生的烟气由烟囱排入大气。

烟囱的直径为2m，ε/d=0.0004。

烟气在烟囱内的平均温度为200℃，在此温度下烟气的密度为0.67kg/m3，粘度为0.026 mPa·s ，烟气流量为80000m3/h。

在烟囱高度范围内，外界大气的平均密度为1.15kg/m3，设烟囱内底部的压强低于地面大气压20mmH20，求此烟囱应有多少高度？试讨论用烟囱排气的必要条件是什么？增高烟囱高度对烟囱内底部压强有何影响？*31. 某水槽的截面积A=3m2，水深2m。

底部接一管子Ф32×3mm，管长10m(包括所有局部阻力当量长度)，管道摩擦系数λ=0.022。

开始放水时，槽中水面与出口高差H为4m，试求水面下降一米所需的时间。

32. 附图所示管路，用一台泵将液体从低位槽送往高位槽。

输送流量要求为2.5×10-3m3/s。

高位槽上方气体压强为0.2MPa(表压)，两槽液面高差为6m，液体密度为1100kg/m3。

管道φ40×3mm，总长(包括局部阻力)为50m，摩擦系数λ为0.024。

求泵给每牛顿液体提供的能量为多少？*33. 两敞口容器其间液面差6m，底部用管道相联。

A槽底部出口有一直径600mm、长3000m的管道BC，然后用两根支管分别与下槽相通。

支管CD与CE的长度皆为2500m，直径均为250mm。

若已知摩擦系数均为0.04，试求A槽向下槽的流量。

设所有的局部阻力均可略去。

*34. 水位恒定的高位槽从C、D两支管同时放水。

AB段管长6m，内径41mm。

BC段长15m，内径25mm。

BD段长24m，内径25mm。

上述管长均包括阀门及其它局部阻力的当量长度，但不包括出口动能项，分支点B的能量损失可忽略，试求：(1)D、C两支管的流量及水槽的总排水量；(2)当D阀关闭，求水槽由C支管流出的出水量；设全部管路的摩擦系数均可取0.03，且不变化，出口损失应另作考虑。