化工原理课后习题解析(第一章)

一、单选题1．单位体积流体所具有的（）称为流体的密度。

AA 质量；B 粘度；C 位能；D 动能。

2．单位体积流体所具有的质量称为流体的（）。

AA 密度；B 粘度；C 位能；D 动能。

3．层流与湍流的本质区别是（）。

DA 湍流流速＞层流流速；B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流；C 层流的雷诺数＜湍流的雷诺数；D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。

4．气体是（）的流体。

BA 可移动；B 可压缩；C 可流动；D 可测量。

5．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的（）。

CA 绝对压力；B 表压力；C 静压力；D 真空度。

6．以绝对零压作起点计算的压力，称为（）。

AA 绝对压力；B 表压力；C 静压力；D 真空度。

7．当被测流体的（）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。

DA 真空度；B 表压力；C 相对压力；D 绝对压力。

8．当被测流体的绝对压力（）外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。

AA 大于；B 小于；C 等于；D 近似于。

9．（）上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值，称为表压力。

AA 压力表；B 真空表；C 高度表；D 速度表。

10．被测流体的（）小于外界大气压力时，所用测压仪表称为真空表。

DA 大气压；B 表压力；C 相对压力；D 绝对压力。

11. 流体在园管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心的最大流速的关系为（）。

BA. Um＝1/2Umax；B. Um＝0.8Umax；C. Um＝3/2Umax。

12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。

AA. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关；B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关；C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。

13.层流底层越薄( )。

CA. 近壁面速度梯度越小；B. 流动阻力越小；C. 流动阻力越大；D. 流体湍动程度越小。

第一章 流体流动1.某设备上真空表的读数为 13.3×10 3Pa ，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 4Pa 。

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=p a +ρgh作用在孔盖外侧的是大气压强 p a ，故孔盖内外两侧所受 压强差为：Δp=p­ p a = p a +ρgh­ p a =ρgh∴Δp=960×9.81(9.6­0.8)=8.29×10 4Pa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 4N每个螺钉能承受的力为：400×9.807×10 4 ×π/4×0.014 2 =6.04×10 3N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 R 1=400mm,R 2=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 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。

以ρg 、ρH2O 及 ρHg 分别表示气体、水与水银的密度。

第一章：流体流动二、本章思考题1-1 何谓理想流体？实际流体与理想流体有何区别？如何体现在伯努利方程上？1-2 何谓绝对压力、表压和真空度？表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压力、大气压力有什么关系？1-3 流体静力学方程式有几种表达形式？它们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何确定等压面？1-4 如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时，直管水平安装与垂直安装所得结果是否相同？1-5 如何判断管路系统中流体流动的方向？1-6何谓流体的层流流动与湍流流动？如何判断流体的流动是层流还是湍流？1-7 一定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水温升高时，将如何变化？1-8 何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？1-9 何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？1-10摩擦系数λ与雷诺数Re及相对粗糙度的关联图分为4个区域。

每个区域中，λ与哪些因素有关？哪个区域的流体摩擦损失与流速的一次方成正比？哪个区域的与成正比？光滑管流动时的摩擦损失与的几次方成正比？1-11管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响？何谓流体的光滑管流动？1-12 在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，需要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计算平均流速？三、本章例题例1-1 如本题附图所示，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。

已知贮槽直径D为3m，油品密度为900kg/m3。

压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为h1。

已测得当压差计上指示剂读数为R1时，贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离为H1。

试计算当右侧支管内油面向下移动30mm后，贮槽中排放出油品的质量。

HH1DR11CEFBA10mn11-1附图解：本题只要求出压差计油面向下移动30mm时，贮槽内油面相应下移的高度，即可求出排放量。

m首先应了解槽内液面下降后压差计中指示剂读数的变化情况，然后再寻求压差计中油面下移高度与槽内油面下移高度间的关系。

课后解析化工原理学院：环境与化学工程学院班级：化学工程与工艺1201班学号：姓名：日期： 2014年6月20日第一章流体流动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) ×3.14×0.762150.307×103 Nσ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×nP油≤σ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 Pab-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1P B = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103=6.05×103Pa4. 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。

第一章流体流动流体的重要性质1.某气柜的容积为 6 000 m3,若气柜内的表压力为kPa，温度为40 C。

已知各组分气体的体积分数为：H2 40%、N2 20%、CO 32% CQ 7%、CH 1%,大气压力为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pV 101.3 5.5 1000.0 6000 , ,n t mol 246245.4molRT 8.314 313各组分的质量：40%246245.42kg197 kgm H 240% n t MH2m N220% n t M N 220%246245.428 kg1378.97kgI^CO32% n t M CO32%246245.428 kg2206.36kgI^CO 27%m M CO 27%246245.444 kg758.44kgITI CH 41%m M CH 41%246245.416kg39.4kg2 •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：m t m! m260 60 kg 120kgm260 60 3V t V V21m 0.157m830171012m t120kg m3764.33kg m3mV t0.157流体静力学3 •已知甲地区的平均大气压力为kPa，乙地区的平均大气压力为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解：（1）设备内绝对压力（2）真空表读数真空度=大气压-绝压=101.33 1 03 65.3 1 03 Pa 36.03kPa 4 .某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底 9.5 m ,5.如本题附图所示， 流化床反应器上装有两个 U 管压差计。

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<内部压强4.91kPa。

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)答6．容器A的液体势能下降，使它与容器B的液体势能差减小，从而R2减小。

第一章 流体流动习题解答1－1 已知甲城市的大气压为760mmHg ，乙城市的大气压为750mmHg 。

某反应器在甲地操作时要求其真空表读数为600mmHg ，若把该反应器放在乙地操作时，要维持与甲地操作相同的绝对压，真空表的读数应为多少，分别用mmHg 和Pa 表示。

[590mmHg, 7.86×104Pa]解：P （甲绝对）=760-600=160mmHg 750-160=590mmHg=7.86×104Pa1－2用水银压强计如图测量容器内水面上方压力P 0，测压点位于水面以下0.2m 处，测压点与U 形管内水银界面的垂直距离为0.3m ，水银压强计的读数R ＝300mm ，试求 （1）容器内压强P 0为多少？（2）若容器内表压增加一倍，压差计的读数R 为多少？习题1－2 附图[(1) 3.51×104N ⋅m －2 (表压)； (2)0.554m] 解：1. 根据静压强分布规律 P A ＝P 0＋g ρH P B ＝ρ，gR因等高面就是等压面，故P A ＝ P B P 0＝ρ，gR －ρgH ＝13600×9.81×0.3－1000×9.81(0.2+0.3)=3.51×104N/㎡ (表压) 2. 设P 0加倍后，压差计的读数增为R ，＝R ＋△R ，容器内水面与水银分界面的垂直距离相应增为H ，＝H ＋2R∆。

同理， ''''''02Rp gR gH gR g R gH gρρρρρρ∆=-=+∆--000p g g p p 0.254m g g 10009.81g g 136009.812R H R ρρρρρρ⨯∆⨯⨯，，，4，，－（－）－ 3.5110＝＝＝＝－－－220.30.2540.554m R R R ∆，＝＋＝＋＝1－3单杯式水银压强计如图的液杯直径D ＝100mm ，细管直径d ＝8mm 。

下册第一章蒸馏解：总压 P=75mmHg=10kp 。

由拉乌尔定律得出 0A p x A ＋0B p x B =P 所以 x A =000B A B p p p p --；y A =p p A 0000BA Bp p p p --。

因此所求得的t-x-y 数据如下：t, ℃ x y 113.7 1 1 114.6 0.837 0.871 115.4 0.692 0.748 117.0 0.440 0.509 117.8 0.321 0.385 118.6 0.201 0.249 119.4 0.095 0.122 120.0 0 0.2. 承接第一题，利用各组数据计算（1）在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度i α,取各i α的算术平均值为α，算出α对i α的最大相对误差。

（2）以平均α作为常数代入平衡方程式算出各点的“y-x ”关系,算出由此法得出的各组y i 值的最大相对误差。

解：（1）对理想物系，有 α＝00BAp p 。

所以可得出t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0i α 1.299 1.310 1.317 1.316 1.322 1.323 1.324 1.325 1.326算术平均值α=9∑iα=1.318。

α对i α的最大相对误差＝%6.0%100)(max=⨯-αααi 。

（2）由xxx x y 318.01318.1)1(1+=-+=αα得出如下数据：t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 x 1 0.837 0.692 0.558 0.440 0.321 0.201 0.095 0 y 1 0.871 0.748 0.625 0.509 0.384 0.249 0.122 0 各组y i 值的最大相对误差==∇iy y m ax)(0.3%。

第一章 流体流动1．若将90kg 相对密度为0.83的油品与60kg 相对密度为0.71的油品混合，试求混合油的密度。

解：)/(777710608309060903m kg m =++=ρ 2．试计算空气在-40℃和41kPa(真空度)下的密度和重度，大气压力为1.013×105Pa 。

解：335/902.0)4015.273(831429)104110013.1(m kg RT pM =-⨯⨯⨯-⨯==ρ 33/902.0/85.881.9902.0m kgf m N ==⨯=γ3．燃烧重油所得的燃料气，经分析测知其中含生8.5%CO 2，7.5％02，76％N 2，8%H 20(均系体积百分率)。

试求温度为500℃，压力为1.013×105Pa 时，该混合气体的密度。

解：3/693.0)50015.273(8314441013002m kg RT pM CO =+⨯⨯==ρ 3/504.0)50015.273(8314321013002m kg RT pM O =+⨯⨯==ρ 3/441.0)50015.273(8314281013002m kg RT pM N =+⨯⨯==ρ 3/284.0)50015.273(8314181013002m kg RT pM O H =+⨯⨯==ρ3/455.0m kg x iV i m =∑=ρρ4．烟道气的组成约为含13％CO 2，11％H 20，76％N 2(均系体积％),计算400℃时常压烟道气的粘度。

解：cpM y M y i i i i i m 62/12/12/12/162/162/162/12/1101.302876.01811.04413.028100.3176.018100.2311.044100.3013.0----⨯=⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=∑∑=μμ5．液体混合物的组成为乙烷40％和丙烯60％(均为摩尔百分率)，计算此液体混合物在-100℃时的粘度。