化工原理课后习题答案详解
《第一章 流体流动》习题解答
1某敞口容器内盛有水与油。如图。已知水及油的密度分别为1000和860kg/m 3，解：h 1=600mm ，h 2=800mm ，问H 为多少mm ？
m h h h m kg m kg mm h mm h 32.181.91080.081.91060.081.9860?
,/860/10,800,6003333
321=∴?=??+??===== 油水ρρ
2.有一幢102层的高楼，每层高度为4m 。若在高楼范围内气温维持20℃不变。设大气静止，气体压强为变量。地平面处大气压强为760mmHg 。试计算楼顶的大气压强，以mmHg 为单位。
??=∴-=???-=??-=???
---?=??=----=---12
7.724,04763.040810190.181.9)760/(10190.181.910190.1)2.2938314/(291514080
5
5
P P p m mHg P p Ln dz p
dp p p gdz d ②代入①，得
②①解：ρρ
3.某水池，水深4米，水面通大气，水池侧壁是铅垂向的。问：水池侧壁平面每3米宽度承受水的压力是多少N ？外界大气压为1atm 。
N
dz gz P F 54
23501045.12/481.9103410013.13)(3?=???+???=+=?水ρ
4．4．外界大气压为1atm ，试按理想气体定律计算0.20at （表压）、20℃干空气的密度。空气分子量按29计。
3
45/439.12.293831429
)1081.020.010013.1(m Kg RT PM =????+?==ρ解：
5．5．有个外径为R 2、内径为R 1为的空心球，由密度为ρ’的材料制成。若将该球完全淹没在某密度为ρ的液体中，若球能在任意位置停留，试求该球的外径与内径之比。设球内空气重量可略。
3/1'123
2'3132)
/1(/)3/4())3/4(--=∴=-ρρρπρπR R g R g R R （解：
6．6．为放大以U 形压差计测气体压强的读数，采用倾斜式U 形压差计。如图。指示液是ρ=920kg/m 3的乙醇水溶液。气体密度为1.20kg/m 3。读数R=100mm 。问p 1与p 2的差值是多少mmHg ？
mmHg 31.23.308
20sin 1.081.9)20.1920(20sin )(:0
021＝解Pa gR P P i =??-=-=-ρρ采用微差U 形压差计测压差。如图。已知U 形管内直径d 为6mm ，两扩大室半径均为80mm ，压差计中用水和矿物油作指示液，密度分别为1000及860kg/m 3。当管路内气体压强p 与外界大气压p 0相等时，两扩大室油面齐平，U 形管两只管内油、水交界面亦齐平。现读得读数R=350mm ，试计算：（1）气体压强p （表）。（2）若不计扩大室油面高度差，算得的气体压强p 是多少？（3）若压差计内只有水而不倒入矿物油，如一般U 形压差计，在该气体压强p 值下读数R 0为多少？
m R R gR P P Pa gR P P Pa
D d gR gR P P 0493
.081.910008.4847.48035.081.9)8601000()(8.484160/6(35.081.986035.081.9)8601000()/()(000
101202
2
1120=∴?==-=??-=-≈-=??+??-=+-=-即③②）解：①ρρρρρρ
7．7．某倾斜的等径直管道内有某密度ρ的液体流过。如图。在管道的A 、B 截面设置了两套U 形压差计测压差，下测用的是一般U 形压差计，上测用的是复式U 形压差计，所用的指示液均为密度是ρ1的同一种液体。复式压差计中两段指示液之间的流体是密度为ρ的流过管道内的液体。试求读数R 1与R 2、R 3的关系。
3
213
21)()()(R R R gR gR gR i i i +=∴-+-=-ρρρρρρ 解：
9)将水银倒入到图示的均匀管径的U 形管内，水银高度h 1=0.25m 。然后将水从左支管倒入，测得平衡后左支管的水面比右支管的水银面高出0.40m 。试计算U 形管内水与水银的体积比。
解：
1
习题9附图 如图所示1--1为等压面, ∴p 1=p 1’
∴ρ水g(R 1+R 2) = ρ水银gR 2 103?(0.4+R 2) = 13.6?103R 2 ∴ R 2 = 0.0317m
V 水银 = π
4d 2(2h 1+L)
V 水 = π
4d 2(R 1+R 2)
∴ V 水银/ V 水 = (2h 1+L)/ (R 1+R 2) = (2?0.25+0.015)/(0.4+0.0317) = 1.19 10) 一直立煤气管，在底部U 形压差计h 1=120mm ，在H=25m 高处的U 形压差计h 2=124.8mm 。U 形管指示液为水。管外空气密度为1.28kg/m 3。设管内煤气及管外空气皆静止，求管内煤气的密度。
2’ 解：
1’ p 1－p 1’= ρ水?gh 1 ??(1) p 2－p 2’= ρ水?gh 2 ??(2) (1)减(2)，得
(p 1－p 2)－(p 1’－p 2’) = ρ水?g(h 1－h 2) ??(3)
其中 p 1－p 2 = ρ煤?gH ，p 1’－p 2’ = ρ空?gH ，代入(3)式,得： ρ煤?gH －ρ空?gH = ρ水?g(h 1－h 2)
即 ρ煤 = ρ水?(h 1－h 2)/H ＋ρ空 = 103(0.120－0.1248)/25＋1.28
= 1.088 kg/m 3 11．以2”的普通壁厚的水煤气钢管输送15℃的清水，水在管内满流。已知水流速u=1.5m/s ，求水的质量流量、质量流速和体积流量。
s
Kg s m uA V m Kg m A m m /306.3999102076.25.1UA W /10309.310206.25.1/99910206.2)0035.02060.0()4/(,6033333
232=???==?=??===?=?-?=----ρρπ质量流量体积流量水的密度壁厚横截面积解：管子，查得外径)/(14999995.12m s kg u G ?=?==ρ质量流速
12．如图所示，质量为3.5kg ，面积为40×46cm 2的一块木板沿着涂有油的斜面等速向下滑动。已知v=1.2m/s ，σ=1.5mm （油膜厚度）。求滑油的粘度。
12
v
δ
从受力分析 Gsin α = τA mg sin α = τA
∴τ = mg A sin α=3.5?9.81?513/(40?46?10-4) = 71.77 N/m 2 τ = μdv dy = μV δ
∴μ = τδ
V = 71.77?1.5?10-3/1.2 = 0.0897 Pa ?s
13．以压缩空气将某液体自储槽压送到高度H=5.0m 、压强p 2为2.5at （表压）的容器内，如图。已知液体密度ρ=1800kg/m 3，流体的流动阻力为4.0J/kg 。问：所需的压缩空气压强p 1至少为多少at （表压）？
Pa P u h u P gH P P kg J h
m kg at P m H f f
5412
2
222
1
13
210407.3)
0.41800
1081.95.20.581.9(1800)()2
(2?
,/0.4/1800,(5.2,0.5?=+??+?=∴+++======∑∑表略去表）解：ρρρ
14．水以70m 3/h 的流量流过倾斜的异径管通。如图。已知小管内径d A =100mm ，大管内径d B =150mm ，B 、A 截面中心点高度差h=0.3m ，U 形压差计的指示液为汞。若不计AB 段的流体流动阻力，试问：U 形压差计哪一支管内的指使液液面较高？R 为多少？
支管内的高。左支管内指示液位比右可见，
（即（由①，②式得②
①
解： ,020.0248.210.110
81.910)0.16.132) /10.1)15.0)(4/(3600
/70/48.2)15.0)(4/(3600/70)()()(2
)(2)(2
23
32
22
22
2m R R U U gR s m U s m U gR P P U P U P A
B B
A i
B m A m B B m A A m i -=∴-=??--=
-====
-----=----+=+ρρρππρρρρ
15．水以6.4×10-4m 3/s 的流量流经由小至大的管段内。如图。小管内径d 1=20mm ，
大管内径d 2=46mm 。欲测1、2两截面处水的压差，为取得较大的读数R ，采用倒U 形压差计。已知压差计内水面上空是ρ=2.5kg/m 3的空气，读数R=100mm 。求水由1至2截面的流动阻力∑h f 。
kg
J U U P P h
Pa gR P P s m U s m U m m f
i m m /02.12385.0037.2105.978()(5.97810.081.9)5.21000()()(/385.0)046.0)(4/(104.6/037.2)
020.0)(4/(104.62
23
22212
1122
4
22
4
1=-+-=+-=
=??-=-=-=?==?=∑--ρ
ρρππ）（）解：
16．水从喷嘴口1-1截面垂直向上喷射至大气。如图。设在大气中流束截面保持圆形，已知喷嘴内直径d 1=20mm ，出喷嘴口水流速u 1=15m/s 。问：在高于喷嘴出口5m 处水流的直径是多大？忽略摩擦阻力。
解：1--1与2--2之间列柏努利方程
gz 1＋u 12/2＋p 1/ρ = gz 2＋u
22/2＋p 2/ρ z 1 = 0，z 2 = 5m ，p 1 = p 2 ∴ u 12/2 = gz 2＋u 22/2
∴152/2 = 9.81×5＋u 22∴ u 2又， u 1d 12 = u 2d 216附图
∴d 2 = (u 1/u 2)1/2d 1 = 151126
/.?0.020 = 0.0231 m 17．高、低水库的水面高度差H=42m ，水流量为30m 3/s ，水流的总阻力为4.5mH 2O 。
如图。已知透平的效率η=0.78，试计算透平的输出功率。 解：u 1=u 2=0，p 1=p 2，z 2=0，
z 1=H=42m
1--1与2--2间列柏努利方程 H gz 1+u 12/2+p 1/ρ+W s = gz 2+u 22/2+p 2/ρ+∑h f
W s =－gz 1+∑h f
=－9.81?42＋4.5?9.81?103/103 2 2 =－368 J/kg
N a = W s ?V ρ =－368?30?103=1.10?107 W
∴N e = N a ?η = 1.10?107?0.78=8.61?106 W=8.61?103 kW 18．某水溶液在圆直、等径管内层流动。管内半径为R 。设测点流速的探针头位置与管轴线的距离为r 。问：测点相对位置 R r /1为多少时该点的点流速等于平均流速？
707
.02/2/])/(1[2/2//])/(1[121max max max 112max ==∴-===-=R r R r V V V U V R r R r V V 即时，令解：一般式：
19．以水平圆直管输送某油品。管内径为d 1，管两段压差为 。因管道腐蚀，拟更换管道。对新装管道要求如下：管长不变，管段压降为原来压降的0.75，而流量加倍。设前后情况流体皆为层流。问：新管道内径d 2与原来管内径d 1之比为多少？
28.1)(75.0321
24
2
112124
2
=∴?==??∝
=?d d
d d
V V P P d v d ul
P
μ解：层流
20．在机械工程中常会遇到流体在两平行固体壁的间隙中作一维定态流动的情况。如图。设流动为层流。设间隙厚为2y 0，试证流体沿y 轴向点流速呈如下抛物线规律分布：
解：对长度L ，高度y ，宽度为1的流体元作受力与运动分析:
0)()(=---L dy dV Ly dx dP m μ ydy dx dP dV m μ1)(=即：
C
y dx dP V m +--=∴2)(1μ
))((21))((1,0,22
02200y y dx
dP V y y dx
dP C V y y m m --=
∴--===μμ又
21．粘度为μ，密度为ρ的液体沿铅垂向平壁膜状流下。如图。设液体层流流动，液膜厚度为δ，平壁宽度为B 。试推导任一流动截面上液体点流速v 随y 的变化
规律，并证明平均流速 μ
δρ33
g ?
解：取宽为B,长为dx ,高为y 的流体元作受力与运动分析:
)()(=??--???dx B dy dV
g y dx B μρ
C
y g V ydy g dV +??-=?-=2.:2
μρμρ即
)(22,0,22
2
y g V g C V y -?=
∴?=
==δμρδμ
ρδ又
3332
23)3(2)(2δ
μ
ρδδμρδμρgB gB V dy y gB dy B V dV ?=-?=?-?=??=
μδρδ33
g B V U m ?=
=∴
22)串联两管1、2，d 1=d 2/2，L 1=80m ，Re 1=1600，∑h f1 = 0.54m 液柱，∑h f2 = 56mm 液柱，求L 2。局部阻力可略。
解： ∵Re = 4V d ρπμ∝ 1
d ，R
e ,2 / Re ,1 = d 1 / d 2 =1/2，
∴ Re ,2 = Re ,1 /2 = 1600/2 = 800，两管内皆为层流
又，∑h f = 32μul / (ρgd 2) ∝ 32μVl / (π
4d 2ρgd 2) ∝ l/d 4 ∑h f,2 /∑h f,1 = (d 1/d 2)4?l 2/l 1 即 56/540 = (1/2)4?l 2/80 ∴l 2 = 133 m
23)原ρ1=920kg/m 3，μ1=1.30P ，现ρ2=860kg/m 3，μ2=1.15P ，层流，W 2/W 1=1.30 求：?p f1/?p f2。局部阻力不计。
解：层流，?p f = 32μul / d 2= 32μWl / (π
4d 2?ρ?d 2) ∝ μρW
∴?p f,2 / ?p f,1 = (μ2/μ1)?(W 2/W 1)?(ρ1/ρ2) = 115130
..?1.30?920
860= 1.23
24) 24) 某牛顿型流体在圆、直、等径管内流动，在管截面上的速度分布可
表达为v=24y -200y 2，式中：y ? 截面上任一点至管壁的径向距离，m ；v ? 该点的点流速，m/s 。试求：(1)管半径中点处的流速。 (2)管壁处的剪应力。该流体的粘度为0.045P a ?s 。
解：若为层流，v = v max [1－(r/R)2] = v max [(R 2－r 2)/ R 2] = v max (R －r)(R+r)/R 2
= v max y(2R －y) / R 2 = 2 v max y /R －v max y 2/R 2 可见，该流型为层流
∵2v max / R = 24，v max / R 2 = 200，二式相除，得 (v max / R 2) / (2v max / R) = 1/(2R) = 200/24 ∴R = 0.06m
i . y = 0.06/2 = 0.03m ，v = 24y －200y 2 = (24?0.03)－(200?0.032)
=0.54m/s
ii. dv/dy = 24－400y , dv/dy ∣y=0 = 24
∴τw = μ( dv/dy )y=0 = 0.045?24 = 1.08 N/m 2
25) W= 35T/h ，H= 20m ，?108?4mm ，μ = 2840cP ，ρ = 952kg/m 3，η = 50%， N= 85kW ，求包括局部阻力当量管长的总管长。 解： W = 35T/h = 35?103kg/h
d = 108－4?2 = 100mm = 0.1m ，μ = 2840cP = 2.84Pa ?s N
e = N η = 85?103?0.5 = 4.25?104 W
W s = N e /W = 4.25?104?3600/(35?103) = 4371 J/kg 1--1与2--2间列柏努利方程
gz 1+u 12/2+p 1/ρ+ W s = gz 2+ u 22/2+p 2/ρ+∑h f z 1 = 0，z 2 = H = 20m ，u 1= u 2= 0，p 1= p 2 ∴ W s = gH+∑h f
∴∑h f = W s －gH = 4371－9.81?20 = 4175 J/kg
u =V A =W A ρ=35?103/ (3600?952?π
4?0.12) = 1.30 m/s
Re =du ρ
μ=010130952
284...??= 43.6 < 2000 ∴层流
λ=64Re =64
436.= 1.47
∵∑h f = λ?l le
d +∑?u 2/2
∴l le +∑=
∑hf d
?λ
?2/u 2 = 4175010147?..?2/1.302 = 336 m
26．某有毒气体需通过一管路系统。现拟用水在按1/2尺寸缩小的几何相似的模
型管路系统中做实验予估实际气流阻力。实际气体流速为20.5m/s ，密度为1.30kg/m 3，运动粘度为0.16cm 2/s 。实验用水的密度为1000kg/m 3，运动粘度为0.01cm 2/s 。为使二者动力相似，水流速应为多少？若模型实验测得流动阻力为15.2J/kg ，实际气体的流动阻力是多少？
欲满足动力相似，必须R e,其=R e,水，设气体管径为d,
即水
水气（（)01.0)2/)16.05
.20(U d d ?=? s m U /56.2=∴水
∑∑∑=∴==?==kg kJ h h
U h U P E E E f f
f
m U U U /7.974)56..22
.15()5
.20(
,222
2
,,气水
气
水气即，动力相似，必ρ
27．某实验室拟建立流体通过圆直、等径管内的阻力测试装置，有两个方案，一
个方案是采用20℃清水为工质，水流速不超过3.0m/s ；另一方案以p=1atm 、20℃空气（按干空气计）为工质，流速不超过25.0m/s ，要求最大
。问：两方案需要的管内径各为多少？若管子绝对粗糙度皆为0.1mm ，二者管长与管内径之比都是150，采用以上算得的管径（需按无缝钢管选接近的规格），问：二者最大流速时管路阻力各为多少？
∑∑=??==∴=?=???==?==?=∴???===??===??==∴=?=??==?==?=∴??=====------kg
J U d h R s m U d m m m d d R s
m u s Pa m kg kg
J u d h R s m U d m m m
d d R s
m u CP m kg f e e f e e /11252
25150024.021024
.0 1003.1)1081.1/(205.125062.0/251061.162/1.0/,368060.010
81.1205
.12510/25,1081.1,/205.1/4.182
31500274.0210274
.01002.110/100.3034.0 /0.31094.234/1.0/ ,1360333.0001
.01000
0.310/0.3,1,/10002
2553
5
5532
2533353λλε?μρλλε?μρ查得时，无缝钢管，采用②方案二：查得，时，无缝钢管采用①方案一：
28．试证明流体在圆管内层流时，动能校正系数
。
)(1233R A A dA V A
U πα=--=
?
流动面积，解：
2/],)/(1[max 2max V U R r V V =-=层流：
?
?-=
-=
R
R
rdr
R r A
U V rdr R r V A U 0
3233
max
3
2
max 0
3])/(1[22]})/(1[{1
ππα
2
8)2(28
/12
/0
82))(sin (22
/,;0,0,)/(1,sin /2
32
382/07323
max 6
2/033
max 22=?=∴==?-=?=∴=====-=???R U R U Cos dCos Cos A
U R V d RCos R Cos A
U V R r r Cos R r R r ππαπθθθπθθθθπαπθθθθππ其中当则令
29．试按
规律推导湍流的
值。
60
49
12049212049
1578701]15787[)7/8(2))(1(21(,/1)/1(22max 2
max 7/157/81
7/1max 2
1
7
1max 0
max 71
=?===
-=-=-=--=∴-=-==--=?=?????
V R V V U x x dx
x x V R Rdx x R x V V Rdx
dr x R r x R r rdr
R r V rdr V V S S R
R
S πππππ则
其中），令
30．某牛顿型流体在圆、直、等径管内流动，管子内半径为50mm 。在管截面上的流速分布可表达为
，式中：y ——截面上任一点至管壁的径向距离，m ；v ——该点的点流速，m/s 。试求：（1）流型；（2）最大点流速v max 。
解：设v = v max (1－r/R)1/6= v max (R r
R -)1/6 = (v max /R 1/6)?y 1/6，故该流型为湍流。 又 ∵v max /R 1/6 = v max /(0.050)1/6 = 2.54 ∴v max = 1.54 m/s
31．某直管路长20m ，管子是1”普通壁厚的水煤气钢管，用以输送38℃的清水。新管时管内壁绝对粗糙度为0.1mm ，使用数年后，旧管的绝对粗糙度增至0.3mm ，若水流速维持1.20m/s 不变，试求该管路旧管时流动阻力为新管时流动阻力的倍数。
041
.0 ,1070.327/1.0/1072.4)106814.0/(9.99220.1027.034
3=?==?=???=--λε查得解：①新管：d R e
∑=?=kg J h f /8.15220.1027.0200296.02
39
.18.15/9.21//9.21220.1027.020041.0041.0.011.027/3.0/,1072.4:2
4==∴=?====?=∑新管阻力旧管阻力查得②旧管kg J h d R f e λε
32．某流体在光滑圆直管内湍流流动，设摩擦系数可按布拉修斯公式计算。现欲使流量加倍，管长不变，管内径比原来增大20%，问：因摩擦阻力产生的压降为原来的多少倍。
41.12.12)()(.2.1,28)4(3164.0875
.475.175.42175.1121
21
2
1275.475
.152225.0522
=====∝
??=
?=∑∑∑d d V V h
h d d V V d V d lV d V d lV h f f f 则当解：
πμ
πρπλ
33．如图所示，某液体在光滑管中以u=1.2m/s 流速流动，其密度为920kg/m 3
，
粘度为0.82cP 。管内径为50mm ，测压差管段长L=3m 。U 形压差计以汞为指示液。试计算R 值。
解：在1--1与2--2间列柏努利方程：
gz 1+u 12/2+p 1/ρ = gz 2+ u 22/2+p 2/ρ+∑h f 或(p m,1－p m,2)/ρ = ∑h f (u 1= u 2)
∴(ρi －ρ)gR/ρ = (0.3164/Re 0.25)?l
d ?u 2/2
其中Re =du ρ
μ= 0.05?1.2?920/(0.82?10-3) = 6.73?104 则(13.6-0.92)?103?9.81R/920=[0.3164/(6.73?104)0.25]?(3/0.050)?(1.22/2)
∴R = 6.28?10-3 m 34．有一高位水槽，其水面离地面的高度为H 。如图。水槽下面接有2”普通壁厚水煤气钢管130m 长，管路中有1只全开的闸阀，4只全开的截止阀，14只标
准 90°弯头。要求水流量为10.5m 3/h ，设水温20℃，ε=0.2mm ，问：H 至少需多少米？
4
32
100.7001.0/1032.1053.0,/32.1)053.0(4
3600
/5.1053,5.360?=??===
=?e R s m U m m d m m π
?解：管子规格：
m 71.92
32.15.175.0144.6417.0232.1053.01300292.0g m 93.102
32.1053.06.11417434.01300292.0232.15.1g 5
.00/m
6.1l 75.090m
34.0l 17.0m 17l 4.60292.01077.353/2.0/2
222e 0e e 3=?
?+?+?==?
?+?++?+?=≈=?==-H H H H A A d ）＋＋（方法二：方法一：＝）
突然缩小（＝，
＝标准弯头
＝，＝阀（全开）闸＝，＝截止阀（全开），查得大小ξξξξλε 35．承第34题，若已知H=20m ，问水流量多少m 3/h ？
h
m V d R s
m U U e /2.14360079.1)053.0(4
029.0.1077.353/2.0/,1049.9001.0/1079.1053.0/79.1,2
)053.06.11417434.0130029.05.1(2081.9029
.0323432
=??=
=?==?=??==?+?+++=?=-π
λλελ正确，计算有效。所设查得解：设
36．有两段管路，管子均为内径20mm 、长8m 、绝对粗糙度0.2mm 的直钢管，其中一根管水平安装，另一根管铅垂向安装。若二者均输送20℃清水，流速皆为1.15 m/s 。竖直管内水由下而上流过。试比较两种情况管两端的额修正压强差与压强差。要用计算结果说明。
∑=====?=??=（与管向无关）
查得解：kg J h d f e /7.10215.1020.080405.00405.0,01.020/2.0/,103.2001.0/1015.1020.0R 2
43λε
212,1,P P P P m m -=-①水平管：
Pa Z Z g P P P P gZ P gZ P P P Pa P P P h P P P P U U h U P U P m m m m m m a f m m f m m 434122,1,2122112.,1,42,1,4212,1,212
2
2,211
,1092.8881.9101007.1)()()
()((1007.11007.107.17.101000)
(2
2?=??+?=-?+-=-∴?+-?+=-?=-?==?==-=-∴=++=+∑∑ρρρρρρ 计算同①）动：
②铅垂管。流体向上流
37．有A 、B 两根管道并联。已知：l A =8m ，d A =50mm ，l B =12m ，d B =38mm （上述l 中包含了局部阻力，d 指内径）。流体工质是常压、20℃的空气（按干空气计）。总流量是200kg/h 。问：B 管的质量流量是多少？分支点与汇合点的局部阻力可略。ε皆为0.2mm 。
h
Kg W h Kg W R R h kg W h Kg W W W d R h kg W d R h
Kg W l d l d W W d B d A s
Pa m kg B A B A B B e A e B A B A B A B B B e B A A e A A
A B B
B A B
A
B A B B A A /56,/144,034
.0,1088.2,
0302.0,1063.5,/56,/14458.2/,034.0,0302.0034.0,1026.5/,1091.21081.1038.03600
/5.564/5.565.1432000302.0 ,004.0/,1061.51081.1050.03600
/5.1434/5.14354.3/54.2(20054
.28
0285.012
031.0)89/50(031.0,0285.0031.0,1026.538/2.0/0285.0,004.050/2.0/1081.1,/205.1]['4,4,'345
,'45
,55
5353===?==?=======?=?=????=
=-===?=????=
===???=????====?=====??==-----值与原设的一致，故因核算得的查得查得算得再设查得查得）设在阻力平方区，管：在阻力平方区，管：空气：解‘λλλλλλλεπλεπλλλλλλελεμρ
38．某水塔供水流程如附图的a)图所示，管长为L 。现需增加50%的流量，拟采用b)流程。b)流程中各管管径均与a)流程的相同，其L/2管长为两管并联。设局部阻力不计，所有管内流体流动的摩擦系数λ值均相等且为常数。问：b)方案能否满足要求。
52218)(gd lV H A πλ=解： 522
25
222)2/1(8)2/)(2/1(8)(gd V gd V H B πλπλ+=
的要求。不满足流量增加001
22
2222
1
50)(265.1,2
1421B V V V V V =+?=∴
39．某七层的宿舍楼，第四至第七层楼生活用水均来自房顶水箱。如图。若总输
水管为 ''211普通壁厚水煤气钢管，各层楼自来水支管为 '
'21普通壁厚水煤气钢管。所用的阀皆为截止阀。水箱内水深2m 。有关尺寸示于附图。试计算：（1）只开七楼的阀且阀全开时，V 7为多少？（2）当四楼及七楼的阀都全开，五、六楼的阀全关，V 4及V 7及各为多少？计算支管阻力时只计入局部阻力，直管阻力可略。设λ皆为0.040。
s
m V s m V V V V V V V V V V s
m V s m U U U U U U m L m L A A m m d m m m m d m m e e /10348.5,/10035.110411.110376.18.111)(1059.704.15301575.0(8)101575.02
.104.04.6()041.0(8)041.035.034.1104.0()4.1181.9()
01575.0(8)101575.02
.104.04.6()041.0()(8)041.02.204.05.0()6.1581.9(:
./1047.5/81.22
)1476
.0()
041.02.204.05.0(2)101575.02.104.04.6(2.481.91476.0)41/75.15(35.0;2.1,,5.00/;4.6,75.15,75.225.21.41,5.3483473342
4827827454
2
2442244
2274
2
2743477277
27
72---?=?=?=?+=+?-+++?+=?+++=++-??==∴++++=?=====≈==?=?经试差得：化简，得）七楼的阀②只开四总管①只开七楼得阀：
三通（直通），三通（直入旁出）），
突然缩小（全开阀门阀，支管为解：总管为大小总ππππζζφφ
40．用离心泵将水由水槽送至水洗塔内。水槽敞口。塔内表压为0.85at 。水槽
水面至塔内水出口处垂直高度差22m 。已知水流量为42.5m 3/h ，泵对水作的有效功为321.5J/kg ，管路总长110m （包括局部阻力当量管长），管子内径100mm 。试计算摩擦系数λ值。
解：1--1与2--2间列柏努利方程：
gz 1+u 12/2+p 1/ρ+W s = gz 2+ u 22/2+p 2/ρ+∑h f z 1= 0，z 2= 22 m ，u 1= 0，p 1(表)= 0
u 2= V A =42.5/(π
4?0.12?3600) = 1.50 m/s
p 2= 0.85at = 0.85?9.81?104 = 8.34?104 Pa
∴W s = gz 2+u 12/2+p 2/ρ+∑h f 即321.5= 9.81?22+1.502/2+8.34?104/103+∑h f ∴∑h f = 21.2 J/kg
∑h f =
λl le d +?u 2/2 = λ11001.?1.502/2 = 21.2 ∴λ= 0.0171
41．35℃的水由高位槽经异径收缩管向下流动。如图。若不考虑流动阻力，为保证水在流经收缩管时不发生汽化现象，收缩管的管径应限制在多大尺寸以上？当地大气压为1atm ，35℃的水的密度为994kg/m 3，饱和蒸汽压为5.62kPa 。H=12m ，h=8m ，d=150mm （内直径）。
习题41附图
解：1] “1--1”至“3--3”列柏努利方程
gz 1+ p 1/ρ+u 12/2= gz 3+ p 3/ρ+ u 32/2 ∵p 1= p 3，z 3 = 0，u 1 = 0
∴u 3 =21gz =2981
12??.= 15.3 m/s 2] “2--2”至“3--3”列柏努利方程
gz 2+ p 2/ρ+u 22/2= gz 3+ p 3/ρ+ u 32/2
2截面刚液体汽化时，p 2= 5.62kPa ，则
9.81?8+5.62?103/994+u 22/2 = 1.013?105/994+15.32/2 ∴u 2 = 16.4 m/s
3] ∵u 3d 32 = u 2d 22 即 15.3?1502 = 16.4d 22 ∴d 2 = 145 mm
42．如附图所示，水泵抽水打进B 、C 水槽。已知各管内径相等，且A —B 段、A —C 段和OA 段（不包括泵内阻力）的管道长与局部阻力当量管长之和
相
等。设摩擦系数λ值皆相同，过程定态。求
。
C
解：由“A →B E A －E C = α V C 2
E A －E B = α V B 2 ∴ E C －E B = α (V B 2－V C 2) 代入数据：9.81?(8.0－5.0) = α (V B 2－V C 2)
即： 29.4 = α (V B 2－V C 2) ……(1) 由“O →B ”得
W s = E B + α (V C +V B )2+ αV B 2
代入数据：150 = 9.81?5.0+ α (V C +V B )2+ αV B 2 即： 101 = α (V C +V B )2+ αV B 2 (2)
(2)/(1)，得 101
294.=[(V C +V B )2+V B 2]/( V B 2－V C 2)= [(V C /V B +1)2+1]/[1－(V C /V B )2]
解得：V C /V B = 0.387 43．在φ108×4mm 的圆直管内用毕托管测点流速。已知管内流体是平均分子量为35的混合气体，压强为200mmH 2O （表压），外界大气压为1atm ，气温为32℃，气体粘度为0.02cP 。在测管轴心处v max 时，U 形压差计读数R 为10mm ，压差计指
示液为水。问：管内气体流量是多少m 3
/h?
s
m gR
V m kg i /7.1143.1010
.081.9)43.11000(2)(2/43.1)32273(831435
)10013.181.91020.0(max 3
53=??-=
-=
=+???+??=ρ
ρρρ解：
81.0,1037.81020.043.110.07.11max 4
3
max =?=???=
-V U R 查得
s m U /48.99.1181.0=?=
h
m V /268360048.91.04
32=???=
π
44．在内径为50mm 的圆直管内装有孔径为25mm 的孔板，管内流体是25℃清水。按标准测压方式以U 形压差计测压差，指示液为汞。测得压差计读数R 为500mm ，求管内水的流量。
原设正确，计算有效。查的）,62.025
.0,1060.98937
.0050.010*********.34/1038.3150
.081.9)16.13(262
.0025.0(4431332
==?=??????=?=??-??=
--O e C m R s
m V ππ
45.某转子流量计，刻度是按常压、20℃空气实测确定的。现用于测常压下15℃的氯气，读得刻度为2000
。已知转子的密度为2600kg/m 3，问：氯气流量多少？
h
l V m kg r c /1264)20.12600(0.320
.1)0.32600(2000
/0.315273(83147110013.13512
=--==+???=）解：ρ
46．已知某容器的容积V=0.05m 3，内储压缩空气，空气密度为8.02 kg/m 3。如图。
在打开阀门时，空气以285m/s 流速冲出，出口面积A=65mm 2。设容器内任一时刻空气性质是均匀的。外界大气密度为1.2 kg/m 3。求打开阀门的瞬时容器内空气密度的相对变化率。
4
610101073.902.805.02.12851065U A ][--?-=????-==∴?=??ρρρρ
ρρV AU dt d d V dt 解
化工原理课后习题答案上下册(钟理版)
下册第一章蒸馏 解： 总压 P=75mmHg=10kp 。 由拉乌尔定律得出 0 A p x A ＋0 B p x B =P 所以 x A = 000B A B p p p p --；y A =p p A 00 00B A B p 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＝00B A p p 。所以可得出
t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 i 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 ∑i α=1.318。α对i α的最大相对误差＝ %6.0%100)(max =?-α ααi 。 （2）由x x x 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= =?i y y m ax )(0.3%。 3.已知乙苯(A )与苯乙烯(B )的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算: 95.5947 .32790195.16ln 0 -- =T p A 72 .6357.33280195.16ln 0 --=T p B 式中 0 p 的单位是mmHg,T 的单位是K 。 问:总压为60mmHg(绝压)时，A 与B 的沸点各为多少?在上述总压和65℃时,该物系可视为理想物系。此物系的平衡气、液相浓度各为多少摩尔分率？ 解： 由题意知 T A ==-- 0195.1660ln 47 .327995.59334.95K ＝61.8℃ T B ==--0195 .1660ln 57 .332872.63342.84K=69.69℃ 65℃时，算得0 A p ＝68.81mmHg ；0 B p =48.93 mmHg 。由0 A p x A ＋0 B p （1－x A ）=60得 x A ＝0.56， x B =0.44; y A =0 A p x A /60=0.64; y B =1-0.64=0.36。 4 无
化工原理(第二版)上册课后习题答案完整版柴诚敬主编
化工原理(第二版)上册课后习题答案完整版柴诚敬主编
大学课后习题解答之 化工原理(上)-天津大学化工学院-柴诚敬主编 绪 论 1. 从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI 单位。 （1）水的黏度μ=0.00856 g/(cm·s) （2）密度ρ=138.6 kgf ?s 2/m 4 （3）某物质的比热容C P =0.24 BTU/(lb·℉) （4）传质系数K G =34.2 kmol/(m 2 ?h ?atm) （5）表面张力σ=74 dyn/cm （6）导热系数λ=1 kcal/(m ?h ?℃) 解：本题为物理量的单位换算。 （1）水的黏度 基本物理量的换算关系为 1 kg=1000 g ，1 m=100 cm 则 )s Pa 1056.8s m kg 1056.81m 100cm 1000g 1kg s cm g 00856.044??=??=? ? ? ????????????? ???=--μ （2）密度 基本物理量的换算关系为 1 kgf=9.81 N ，1 N=1 kg ?m/s 2 则 3 24 2m kg 13501N s m 1kg 1kgf N 81.9m s kgf 6.138=?? ??????????????????=ρ （3）从附录二查出有关基本物理量的换算关系为
1 BTU=1.055 kJ ，l b=0.4536 kg o o 51F C 9= 则 ()C kg kJ 005.1C 95F 10.4536kg 1lb 1BTU kJ 055.1F lb BTU 24.0??=?? ????????????? ????????????=p c （4）传质系数 基本物理量的换算关系为 1 h=3600 s ，1 atm=101.33 kPa 则 ()kPa s m kmol 10378.9101.33kPa 1atm 3600s h 1atm h m kmol 2.34252G ???=? ? ? ?????????????????=-K （5）表面张力 基本物理量的换算关系为 1 dyn=1×10–5 N 1 m=100 cm 则 m N 104.71m 100cm 1dyn N 101cm dyn 7425 --?=? ? ? ????????????????=σ （6）导热系数 基本物理量的换算关系为 1 kcal=4.1868×103 J ，1 h=3600 s 则 ))C m W 163.1C s m J 163.13600s 1h 1kcal J 104.1868C h m kcall 13 2??=???=?? ????????????????????=λ 2． 乱堆25cm 拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即
化工原理课后习题答案
第七章 吸收 1,解：（1）008.0=* y 1047.018 100017101710=+=x （2）KPa P 9.301= H,E 不变，则2563.010 9.3011074.73 4 ??==P E m (3)0195.010 9.301109.53 3=??=* y 01047.0=x 2，解：09.0=y 05.0=x x y 97.0=* 同理也可用液相浓度进行判断 3，解：HCl 在空气中的扩散系数需估算。现atm P 1=，,293k T = 故()( ) s m D G 2 52 17571071.11 .205.2112915.361293102 1212 1 --?=+?+?= HCl 在水中的扩散系数L D .水的缔和参数,6.2=α分子量,18=s M 粘度(),005.1293CP K =μ 分子体积cm V A 33.286.247.3=+= 4，解:吸收速率方程()()()12A A BM A P P P P RTx D N --= 1和2表示气膜的水侧和气侧，A 和B 表示氨和空气 ()24.986.1002.962 1 m kN P BM =+=代入式 x=0.000044m 得气膜厚度为0.44mm. 5，解：查s cm D C 2256.025=为水汽在空气中扩散系数ο 下C ο80，s cm s cm T T D D 2 5275 .175 .112121044.3344.029*******.0-?==??? ???=??? ? ??= C ο80水的蒸汽压为kPa P 38.471=，02=P 时间s NA M t 21693 .041025.718224=???==-π 6,解：画图 7,解：塔低：6110315-?=y s m kg G 234.0=' 塔顶：621031-?=y 02=x 的NaOH 液含3100405.2m kgNaOH l g =? 的NaOH 液的比重＝液体的平均分子量： 通过塔的物料衡算，得到()()ZA L y y P K A y y G m G m λ-=-21 如果NaOH 溶液相当浓，可设溶液面上2CO 蒸汽压可以忽略，即气相阻力控制传递过 程。 ∴在塔顶的推动力6210310-?=-=y 在塔底的推动力61103150-?=-=y 对数平均推动力()()66 105.12231 3151031315--?=?-= -In L y y m λ 由上式得：()2351093.8m kN s m kmol a K G -?=
化工原理课后答案
3．在大气压力为101.3kPa 的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少？ 解：KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=0.8m,R=0.45m 。试计算容器中液面上方的表压。 解： kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378 .081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。 解: (1) 大管: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。 解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～
化工原理课后题答案
化工原理第二版 第1章蒸馏 1.已知含苯（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t（℃） 85 90 95 100 105 x 解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B *，P A *，由 于总压 P = 99kPa，则由x = (P-P B *)/(P A *-P B *)可得出液相组成，这样就可以得到一 组绘平衡t-x图数据。 以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（）= 同理得到其他温度下液相组成如下表 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C 5H 12 ）和正己烷（C 6 H 14 ）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 下该溶液的平衡数据。 温度 C 5H 12 K C 6H 14 饱和蒸汽压(kPa) 解：根据附表数据得出相同温度下C 5H 12 （A）和C 6 H 14 （B）的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P B * = 查得P A *= 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 279 289
P A *(kPa) 利用拉乌尔定律计算平衡数据 平衡液相组成以260.6℃时为例 当t= 260.6℃时 x = (P-P B *)/(P A *-P B *) =（）/（）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例 当t= 260.6℃时 y = P A *x/P = ×1/ = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下 t(℃) 279 289 x 1 0 y 1 0 根据平衡数据绘出t-x-y曲线 3.利用习题2的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题2 的结果相比较。 解：①计算平均相对挥发度 理想溶液相对挥发度α= P A */P B *计算出各温度下的相对挥发度： t(℃) α - - - - - - - - 取275.1℃和279℃时的α值做平均α m = （+）/2 = ②按习题2的x数据计算平衡气相组成y的值 当x = 时， y = ×[1+×]= 同理得到其他y值列表如下 t(℃) 279 289 α
化工原理课后答案
3．在大气压力为的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少 解：KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=,R=。试计算容器中液面上方的表压。 解： kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378.081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。 解: (1) 大管: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。 解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～
化工原理书课后习题答案
南京工业大学学习资料 绪论习题 1）含水份52%的木材共120kg，经日光照晒，木材含水份降至25%，问：共失去水份多少千克？以上含水份均指质量百分数。 Θ 120(1-0.52)=(120-w)(1-0.25) ∴w=43.2kg 2）以两个串联的蒸发器对NaOH水溶液予以浓缩，流程及各符号意义如图所示，F、G、E皆为NaOH水溶液的质量流量，x表示溶液中含NaOH的质量分数，W表示各蒸发器产生水蒸汽的质量 流量。若，，，，问：W 1、W 2 、E、x 1 各为多少？ W 1kg/s W 2 kg/s F=6.2Kg/s 2 =0.30 X =0.105 W 1:W 2 =1:1.15 , X---(Wt),x 1 ,w 1 ,w 2 ,D,E=? 对控制体I，NaOH物料衡算：Fx 0=Ex 2 即 6.2×0.105=E×0.30 ∴E=2.17 kg/s W 1+W 2 =F-E=6.2-2.17=4.03 kg W 1 =4.03/2.15=1.87 kg/s ，W 2 =4.03-1.87=2.16 kg/s 对控制体II，总的物料衡算：G=F-W 1 =6.2-1.87=4.33 kg/s ΘFx 0=Gx 2 即6.2×0.105=4.33x 1 ,∴x1=0.15
3)某连续操作的精馏塔分离苯与甲苯。原料液含苯0.45（摩尔分率，下同），塔顶产品含苯0.94。已知塔顶产品含苯量占原料液中含苯量的95%。问：塔底产品中苯的浓度是多少？按摩尔分率计。 [解]： Θ 0.95= F D FX DX =45.094 .0? F D 0413 .0545.094.045.045.094.045.0545.0,445.0=∴?+?=+?=?==∴ W W W X X WX D F F W F D 即又 4)导热系数的SI 单位是W/(m ·℃)，工程制单位是kcal/(m ·h ·℃)。试问1kcal/( m ·h ·℃) 相当于多少W/(m ·℃)？并写出其因次式。 1kcal/(m.h.0C)=?J/(m.s.0C)写出导热系数的因次式。 ∵1kcal=4.187×103J,1h=3600s ∴ 1 320030../.163 .1..360010187.4..1--===?=T ML T L L L M T L M C m W C s m J C h m kcal ττττ）（导热系数因次式—时间。——温度，——长度，——质量，—令各基本因次为：
化工原理课后思考题参考答案
第二章流体输送机械 2-1 流体输送机械有何作用 答：提高流体的位能、静压能、流速，克服管路阻力。 2-2 离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体启动后，液体在泵内是怎样提高压力的泵入口的压力处于什么状体 答：离心泵在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气的密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体（气缚）； 启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口位置处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。 泵入口处于一定的真空状态（或负压） 2-3 离心泵的主要特性参数有哪些其定义与单位是什么 1、流量q v: 单位时间内泵所输送到液体体积，m3/s, m3/min, m3/h.。 2、扬程H：单位重量液体流经泵所获得的能量，J/N，m 3、功率与效率：
轴功率P ：泵轴所需的功率。或电动机传给泵轴的功率。 有效功率P e ：gH q v ρ=e P 效率η：p P e = η 2-4 离心泵的特性曲线有几条其曲线的形状是什么样子离心泵启动时，为什么要关闭出口阀门 答：1、离心泵的H 、P 、η与q v 之间的关系曲线称为特性曲线。共三条； 2、离心泵的压头H 一般随流量加大而下降 离心泵的轴功率P 在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。 η与q v 先增大，后减小。额定流量下泵的效率最高。该最高效率点称为泵 的设计点，对应的值称为最佳工况参数。 3、关闭出口阀，使电动机的启动电流减至最小，以保护电动机。 2-5 什么是液体输送机械的扬程离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的液体的流量、泵的转速、液体的粘度对扬程有何影响 答：1、单位重量液体流经泵所获得的能量 2、在泵的进、出口管路处分别安装真空表和压力表，在这两处管路截面1、 2间列伯努利方程得：f V M H g u u g P P h H ∑+-+-+=221220ρ
化工原理课后答案
第一章 3.答案：p= 30.04kPa =0.296atm=3.06mH2O 该压力为表压 常见错误：答成绝压 5.答案：图和推算过程略Δp=(ρHg - ρH2O) g (R1+R2)=228.4kPa 7.已知n=121 d=0.02m u=9 m/s T=313K p = 248.7 × 103 Pa M=29 g/mol 答案：(1) ρ = pM/RT = 2.77 kg/m3 q m =q vρ= n 0.785d2 u ρ =0.942 kg/s (2) q v = n 0.785d2 u = 0.343 m3/s (2) V0/V =(T0p)/(Tp0) = 2.14 q v0 =2.14 q v = 0.734 m3/s 常见错误： （1）n没有计入 （2）p0按照98.7 × 103 pa计算 8. 已知d1=0.05m d2=0.068m q v=3.33×10-3 m3/s （1）q m1= q m2 =q vρ =6.09 kg/s (2) u1= q v1/(0.785d12) =1.70 m/s u2 = q v2/(0.785d22) =0.92 m/s (3) G1 = q m1/(0.785d12) =3105 kg/m2?s G2 = q m2/(0.785d22) =1679 kg/m2?s 常见错误：直径d算错 9. 图略 q v= 0.0167 m3/s d1= 0.2m d2= 0.1m u1= 0.532m/s u2= 2.127m/s (1) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 7.02×103 Pa p A-p B=0.5gρH2O +(ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m (2) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 2.13×103 Pa p A-p B= (ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m 所以R没有变化 12. 图略 取高位储槽液面为1-1液面，管路出口为2-2截面，以出口为基准水平面 已知q v= 0.00139 m3/s u1= 0 m/s u2 = 1.626 m/s p1= 0(表压) p2= 9.807×103 Pa(表压) 在1-1面和2-2面之间立柏努利方程Δz = 4.37m 注意：答题时出口侧的选择： 为了便于统一，建议选择出口侧为2-2面，u2为管路中流体的流速，不为0，压力为出口容器的压力，不是管路内流体压力
化工原理课后习题答案详解第四章.doc
第四章多组分系统热力学 4.1有溶剂A与溶质B形成一定组成的溶液。此溶液中B的浓度为c B，质量摩尔浓度为b B，此溶液的密度为。以M A，M B分别代表溶剂和溶质的摩尔质量，若溶液的组成用B的摩尔分数x B表示时，试导出x B与c B，x B与b B之间的关系。 解：根据各组成表示的定义 4.2D-果糖溶于水（A）中形成的某溶液，质量分数，此溶液在20 C时的密度。求：此溶液中D-果糖的（1）摩尔分数；（2）浓度；（3）质量摩尔浓度。 解：质量分数的定义为
4.3在25 C，1 kg水（A）中溶有醋酸（B），当醋酸的质量摩尔浓度b B介于 和之间时，溶液的总体积 。求： （1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩尔体积分别表示成b B的函数关系。（2）时水和醋酸的偏摩尔体积。 解：根据定义
当时 4.460 ?C时甲醇的饱和蒸气压是84.4 kPa，乙醇的饱和蒸气压是47.0 kPa。二者可形成理想液态混合物。若混合物的组成为二者的质量分数各50 %，求60 ?C 时此混合物的平衡蒸气组成，以摩尔分数表示。 解：质量分数与摩尔分数的关系为 求得甲醇的摩尔分数为
根据Raoult定律 4.580 ?C是纯苯的蒸气压为100 kPa，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa。两液体可形成理想液态混合物。若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80 ?C时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。 解：根据Raoult定律 4.6在18 ?C，气体压力101.352 kPa下，1 dm3的水中能溶解O2 0.045 g，能溶解N2 0.02 g。现将 1 dm3被202.65 kPa空气所饱和了的水溶液加热至沸腾，赶出所溶解的O2和N2，并干燥之，求此干燥气体在101.325 kPa，18 ?C下的体积及其组成。设空气为理想气体混合物。其组成体积分数为：，
化工原理课后习题答案
化工原理课后习题答案 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
第七章 吸收 1,解：（1）008.0=* y 1047.018 100017101710=+=x （2）KPa P 9.301= H,E 不变，则2563.010 9.3011074.73 4 ??==P E m (3)0195.010 9.301109.53 3=??=* y 01047.0=x 2，解：09.0=y 05.0=x x y 97.0=* 同理也可用液相浓度进行判断 3，解：HCl 在空气中的扩散系数需估算。现atm P 1=，,293k T = 故()( ) s m D G 2 52 17571071.11 .205.2112915.361293102 1212 1 --?=+?+?= HCl 在水中的扩散系数L D .水的缔和参数,6.2=α分子量,18=s M 粘度(),005.1293CP K =μ 分子体积mol cm V A 33.286.247.3=+= 4，解:吸收速率方程()()()12A A BM A P P P P RTx D N --= 1和2表示气膜的水侧和气侧，A 和B 表示氨和空气 ()24.986.1002.962 1 m kN P BM =+=代入式 x=0.000044m 得气膜厚度为0.44mm. 5，解：查s cm D C 2256.025=为水汽在空气中扩散系数 下C 80，s cm s cm T T D D 2 5275 .175 .112121044.3344.029*******.0-?==??? ???=??? ? ??= C 80水的蒸汽压为kPa P 38.471=，02=P 时间s NA M t 21693 .041025.718224=???==-π 6,解：画图 7,解：塔低：6110315-?=y s m kg G 234.0=' 塔顶：621031-?=y 02=x 的NaOH 液含3100405.2m kgNaOH l g =? 的NaOH 液的比重＝液体的平均分子量： 通过塔的物料衡算，得到()()ZA L y y P K A y y G m G m -=-21 如果NaOH 溶液相当浓，可设溶液面上2CO 蒸汽压可以忽略，即气相阻力控制传递过 程。 ∴在塔顶的推动力6210310-?=-=y 在塔底的推动力61103150-?=-=y 对数平均推动力()()66 105.12231 3151031315--?=?-= -In L y y m 由上式得：()2351093.8m kN s m kmol a K G -?=
化工原理上册课后习题及答案
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，Re 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d / 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f h 与流速u 的一次方成正比？哪个区域的 f h 与2 u 成正比？光 滑管流动时的摩擦损失 f h 与u 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。 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。 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。 设压差计中油面下移h 高度，槽内油面相应 下移H 高度。不管槽内油面如何变化，压差计右侧支管中油品及整个管内水银体积没有变化。 故当 1-1附图
天津大学化工原理(第二版)上册课后习题答案
天津大学化工原理（第二版）上册课后习题答案 -大学课后习题解答之 化工原理(上)-天津大学化工学院-柴诚敬主编 09化工2班制作 QQ972289312 绪论 1. 从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI单位。水的黏度μ= g/(cm·s) 密度ρ= kgf ?s2/m4 某物质的比热容CP= BTU/(lb·℉) 传质系数KG= kmol/(m2?h?atm) 表面张力σ=74 dyn/cm 导热系数λ=1 kcal/(m?h?℃) 解：本题为物理量的单位换算。 水的黏度基本物理量的换算关系为 1 kg=1000 g，1 m=100 cm ??10?4kg?m?s???10?4Pa?s ?????则????cm?s??1000g??1m?密度基本物理量的换算关系为 1 kgf= N，1 N=1 kg?m/s2 ?g??1kg??100cm??kgf?s2????1kg?ms2?3???1350kgm??????4则 ?m??1kgf??1N?从附录二查出有关基本物理量的换算关系为 1 BTU= kJ，l b= kg 1oF?5oC
9 1 则 ?BTU????1lb??1?F?cp????1BTU????59?C???kg??C? lb?F????????传质系数基本物理量的换算关系为 1 h=3600 s，1 atm= kPa 则 ?kmol??1h??1atm?KG??2??10?5kmol?m2?s?kPa? ??????m?h?atm??3600s???表面张力基本物理量的换算关系为 1 dyn=1×10–5 N 1 m=100 cm 则 ?dyn??1?10N??100cm???74???10?2Nm ??????cm??1dyn??1m?导热系数基本物理量的换算关系为 1 kcal=×103 J，1 h=3600 s 则 3?kcall???10J??1h???1?2???????m?s??C???m??C? 1kcal3600s?m?h??C??????52．乱堆25cm拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即 HE???10?4G?????BC13??L?L 式中 HE—等板高度，ft； G—气相质量速度，lb/(ft2?h)； D—塔径，ft； Z0—每段填料层高度，ft；α—相对挥发度，量纲为一；μL —液相黏度，cP；ρL—液相密度，lb/ft3
化工原理课后习题解析(第一章)
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Pa 102.14?。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kPa 100，所以得到： kPa 16010060=+=A P ； kPa 8812100=-=B P 。 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：kPa 16915712-=--=-=?出进P P P 。 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：m 02.1） 解：m 02.18 .910101033 =??=?=g P H ρ 习题1-3 附图 1-4．某一套管换热器，其内管为mm,25.3mm 5.33?φ外管为mm 5.3mm 60?φ。内管流过密度为3 m 1150kg -?，流量为1 h 5000kg -?的冷冻盐水。管隙间流着压力（绝压）为 MPa 5.0，平均温度为C 00，流量为1h 160kg -?的气体。标准状态下气体密度为3m 1.2kg -?， 试求气体和液体的流速分别为若干1 s m -?？ （ 答：1 L s m 11.2U -?=；1g s 5.69m U -?= ） 习题1-4 附图 解：mm 27225.35.33=?-=内 d ，mm 5325.360=?-=外d ； 对液体：1 2 2s m 11.2027 .011503600/500044 /-?=???=== ππρ内d m A V u l l l l l ； 对气体：0101P P =ρρ?356 0101m kg 92.510 01325.1105.02.1-?=???==P P ρρ，
化工原理课后思考题参考答案
化工原理课后思考题参考答案
第二章流体输送机械 2-1 流体输送机械有何作用？ 答：提高流体的位能、静压能、流速，克服管路阻力。2-2 离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体？启动后，液体在泵内是怎样提高压力的？泵入口的压力处于什么状体？ 答：离心泵在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气的密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体（气缚）； 启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口位置处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。 泵入口处于一定的真空状态（或负压） 2-3 离心泵的主要特性参数有哪些？其定义与单位是什么？ 1、流量q v: 单位时间内泵所输送到液体体积，m3/s, m3/min, m3/h.。 2、扬程H：单位重量液体流经泵所获得的能量，
J/N ，m 3、功率与效率： 轴功率P ：泵轴所需的功率。或电动机传给泵轴的功率。 有效功率P e ：gH q v ρ=e P 效率η：p P e =η 2-4 离心泵的特性曲线有几条？其曲线的形状是什么样子？离心泵启动时，为什么要关闭出口阀门？ 答：1、离心泵的H 、P 、η与q v 之间的关系曲线称为特性曲线。共三条； 2、离心泵的压头H 一般随流量加大而下降 离心泵的轴功率P 在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。 η与q v 先增大，后减小。额定流量下泵的效率最高。该最高效率点称为泵的设计点，对应的值称为最佳工况参数。 3、关闭出口阀，使电动机的启动电流减至最小，以保护电动机。 2-5 什么是液体输送机械的扬程？离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的？液体的流量、泵的转速、液体的粘度对扬程有何影响？
化工原理课后习题解答
化工原理课后习题解答
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㎏／ｍ 3 ,998㎏／ｍ3,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 + ρ油g(h1+R) = Ｐ1 对于Ｕ管右边Ｐ2 = ρ水gR + ρ油gh2 ｐ表 =ρ水gR + ρ油gh2 -ρ油g(h1+R) =ρ水gR - ρ油gR +ρ油g（h2-h1） 当ｐ表= 0时，扩大室液面平齐 即π（D/2）2（h2-h1）= π（d/2）2R h2-h1 = 3 mm ｐ表= 2.57×102Pa
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Ф76×2.5mm，在 操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66×103Pa,水流经吸入管 与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按∑ｈf,1=2u2，∑h f,2=10u2 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98.07×103Pa（表压）。试求泵的有效功率。 分析：此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两部分来处理，从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管，在两段分别列柏努力方程。 解：总能量损失∑hf=∑hf+，1∑hf，2 u1=u2=u=2u2+10u2=12u2 在截面与真空表处取截面作方程： z0g+u02/2+P0/ρ=z1g+u2/2+P1/ρ+∑hf，1 （ P0-P1）/ρ= z1g+u2/2 +∑hf，1 ∴u=2m/s ∴ w s=uAρ=7.9kg/s
天津大学化工原理上册课后习题答案
大学课后习题解答 绪 论 1. 从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI 单位。 （1）水的黏度μ= g/(cm ·s) （2）密度ρ= kgf ?s 2/m 4 （3）某物质的比热容C P = BTU/(lb ·℉) （4）传质系数K G = kmol/(m 2 ?h ?atm) （5）表面张力σ=74 dyn/cm （6）导热系数λ=1 kcal/(m ?h ?℃) 解：本题为物理量的单位换算。 （1）水的黏度 基本物理量的换算关系为 1 kg=1000 g ，1 m=100 cm 则 )s Pa 1056.8s m kg 1056.81m 100cm 1000g 1kg s cm g 00856.044??=??=? ? ? ????????????? ???=--μ （2）密度 基本物理量的换算关系为 1 kgf= N ，1 N=1 kg ?m/s 2 则 3 242m kg 13501N s m 1kg 1kgf N 81.9m s kgf 6.138=?? ??????????????????=ρ （3）从附录二查出有关基本物理量的换算关系为 1 BTU= kJ ，l b= kg o o 51F C 9 = 则 ()C kg kJ 005.1C 5F 10.4536kg 1lb 1BTU kJ 055.1F lb BTU 24.0??=?? ? ????????????????????????=p c （4）传质系数 基本物理量的换算关系为 1 h=3600 s ，1 atm= kPa 则 ()kPa s m kmol 10378.9101.33kPa 1atm 3600s h 1atm h m kmol 2.342 52G ???=? ? ??????????????????=-K （5）表面张力 基本物理量的换算关系为 1 dyn=1×10–5 N 1 m=100 cm 则 m N 104.71m 100cm 1dyn N 101cm dyn 742 5 --?=????? ??????????????=σ （6）导热系数 基本物理量的换算关系为 1 kcal=×103 J ，1 h=3600 s 则
化工原理课后习题解答杨祖荣主编
第二章 非均相物系分离 1、试计算直径为30μm 的球形石英颗粒（其密度为2650kg/ m 3），在20℃水中和20℃常压空气中的自由沉降速度。 解：已知d =30μm 、ρs =2650kg/m 3 （1）20℃水 μ=1.01×10-3Pa·s ρ=998kg/m 3 设沉降在滞流区，根据式（2-15） m/s 1002.810 01.11881.9)9982650()1030(18)(43262---?=???-??=-=μρρg d u s t 校核流型 )2~10(1038.210 01.19981002.8103042346-----∈?=?????==μρ t t du Re 假设成立， u t =8.02×10-4m/s 为所求 （2）20℃常压空气 μ=1.81×10-5Pa·s ρ=1.21kg/m 3 设沉降在滞流区 m/s 1018.710 81.11881.9)21.12650()1030(18)(25262---?=???-??=-=μρρg d u s t 校核流型： )2~10(144.010 81.121.11018.710304526----∈=?????==μρ t t du Re 假设成立，u t =7.18×10-2m/s 为所求。 2、密度为2150kg/ m 3的烟灰球形颗粒在20℃空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多少？ 解：已知ρs =2150kg/m 3 查20℃空气 μ=1.81×10-5Pa.s ρ=1.21kg/m 3 当2==μρ t t du Re 时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径，根据式（2-15）并整理 218)(23==-μρμ ρρρt s du g d 所以
化工原理课后习题答案
1-1.容器A 中的气体表压为60kPa ，容器B中的气体真空度为1.2×I04 Pa ,试分别求出A 、B二容器中气体的绝对压力为若干帕，该处环境的大气压力等于标准大气压力 解：标准大气压力为101.325kPa 容器A 的绝对压力P A= 101.325 +60=161.325 kPa 容器B 的绝对压力P B=101.325-12=89.325 kPa [1-2] 某设备进、出口的表压分别为-12kPa 和157kPa，当地大气压力为101.3kPa。试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。 解:进口绝对压力 出口绝对压力P出=101.3+157 = 258.3 kPa 进、出口的压力差△P=157-(-12) =157+12=169kPa或△P=258.3-89.3=169 kPa [1-8] 如图所示，容器内贮有密度为1250kg/m的液体，液面高度为3.2m。容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为2m及1m ，容器上部空间的压力(表压)为29.4kPa。试求: (1)压差计读数(指示 液密度为1400kg/m); (2) A 、B 两个弹簧压力表的读数。 解：容器上部空间的压力P=29.4kPa (表压) 液体密度，指示液密度 (1)压差计读数R=? 在等压面上 （2） [1-16]在图所示的水平管路中，水的流量为2.5L/s。已知管内径d1=5cm ,d2 =2.5cm ，液柱高度h=lm 。 若忽略压头损失，试计算收缩截面2处的静压头。 解：水的体积流量 截面1处的流速 截面2 处的流速 在截面l 与2 之间列伯努利方程，忽略能量损失。 截面2 处的静压头水柱 负值表示该处表压为负值，处于真空状态。 [1-20] 如图所示.用离心泵输送水槽中的常温水。泵的吸入管为￠32mmX 2.5mm ，管的下端位于水面以下2m ，并装有底阀与拦污网，该处的局部压头损失为。若截面2-2'处的真空度为39.2kPa.由1- 1'截面至2-2'截面的压头损失为。试求：(1)吸入管中水的流量， ; (2) 吸入口1-1'截面的表压 解：管内径水密度 截面2-2'处的表压 =-39. 2kPa，水槽表面 (表压) (1)从0-0'至2--2' ， 0-0'为基准面， 压头损失