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 x 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 x 103 Pa。
解：由绝对压强二大气压强-真空度得到：
设备内的绝对压强P绝二98.7 x 103 Pa -13.3 x 103 Pa
=8.54 x 103 Pa
设备内的表压强P表二-真空度二-13.3 x 103 Pa
2.在本题附图所示的储油罐中盛有密度为960 kg/?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勺钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23 x 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
解: P螺二p gh x A = 960 x 9.81 x (9.6-0.8) x 3.14 x 0.76
150.307 x 103 N
x 10 x 3.14 x 0.014 x n
=39.03 3 2
P油w 彷螺得n》6.23
取n min二 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R i = 400 mm , R 2 = 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R= 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p g,其他数据如图所示
a - a 处P A + p g g
b = p 水gR + p 水银cf^
由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记
3 3
即: P A = 1.0 X 10 X 9.81 X 0.05 + 13.6 X 10 X 9.81 X 0.05
=7.16 X 103 Pa
b-b 处P B + p g gh3 = P A + p g gh2 + p 水银gR
3 3
P B = 13.6 X 10 X 9.81 X 0.4 + 7.16 X 10
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—T
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
3
=6.05 X 10 Pa
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二1m，U管压差计的指示液为水银，
煤油的密度为820Kg/ ?。试求当压
习题4琳图
口距离h。差计读数R=68mm寸，相界面与油层的吹气管出水
一压陥空气
方程列出一个方程组求解
在1 - 1’与2-2’截面之间
P i = P2 + p 水银gR
■/ P i = P4 , F2 = P 3
且P3 = p 煤油g A h , F 4 = p 水g (H-h) + p 煤油g ( A h + h )
联立这几个方程得到
p 水银gR = p 水g (H-h)+ p 煤油g ( A h + h )- p 煤油g A h即
p水银gR = p 水gH + p煤油gh - p水gh 带入数据
1.03 X 103X 1 - 13.6 X 103X 0.068 = h(1.0 X 103-0.82 X 103)
h = 0.418 m
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：h 1 = 2.3m,h 2=1.2m, h 3=2.5m, h 4=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直
3
距离h 5=3m。大气压强p a= 99.3 X 10 p a 0 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P 1
对左边的U管取a - a等压面，由静力学基本方程
P 0 + p 水g(h 5-h 4) = P 1 +
p水银g(h 3-h 4)代入数据
P0 + 1.0 X 103X 9.81 X (3-1.4)
3
=P 1 + 13.6 X 10 X 9.81 X (2.5-1.4)
g(h i-h2) + p a代入数据
3 3
P i + 1.0 X 10 X 9.81 X( 2.5-1.2) = 13.6 X 10 X 9.81 X( 2.3-1.2 ) + 99.3
X 103
解着两个方程得
P 0 = 3.64 X 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 kg/m 3 ,998 kg/m 3, 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+ p油g(h1+R) = P1
对于U管右边P 2 = p水gR + p油gh2
p 表=p 水gR + p 油gh2 - p 油g(h 1+R)
p 水gR - p 油gR + p 油g (h2-h 1)
2 2
当p表二0时，扩大室液面平齐即n ( D/2) (h2-h1)= n (d/2 ) R
h 2-h1 = 3 mm
p表二 2.57 X 102Pa
7. 列管换热气的管束由121根© X 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50C、压强为196X 103Pa(表压)，当地大气压为
