华东理工 传导第一章重点习题解
华东理工化工原理第一章01
1 概述 1.1 流体流动的考察方法 1.1.1 连续性假定 固体力学：考察对象--单个固体，离散介质 流体力学：考察对象--无数质点，连续介质 例如 点压强的考察 p (正压力/面积)
质点 — 含有大量分子的流体微团，其尺寸 远小于设备尺寸、远大于分子平均自由程
可能性： 1mm3常温常压气体含2.5×1015个分 子，分子平均自由程为0.1μm量级
= Hg ( ρi – ρ ) ∴ R = H
∵ρi > ρ
PA – PB = Hg ( ρi – ρ ) > 0 PA > PB
pA +zAρg > pB +zBρg
pA > pB +(zB –zA)ρg > pB
∴ pA > pB
重点总结
1、质点、连续性假定、流体流动的两种考察 方法（拉格朗日法、欧拉法）、轨线与流线、 定态、系统与控制体 2、流体的作用力 – 体积(质量)力、表面力、 牛顿黏性定律、黏度 3、流体流动的机械能 – 动能、位能、压强能
重点总结
4、流体静力学 - 静止流体受力平衡的研究方 法；欧拉平衡方程、压强和势能的分布、平 衡方程在重力场中的应用 5、静力学方程应用条件、虚拟压强的物理意 义、静力学方程三种表达方式 6、压强的表示方法和单位换算、压强的基准 （绝对压强、表压，真空度） 7、静力学方程应用、压强的测量 （简单测 压管、U形测压管 、U形压差计）
② 牛顿型流体与非牛顿型流体的区别 μ= f (物性，温度) t↑, μ气↑，μ液↓
常识： 常温常压下，μ水=1mPa⋅s，μ气=0.018mPa⋅s。 数量级： μ液≈100μ气 换算关系： 1cP = 10-3 Pa.s = 1mPa.s
华东理工 化工原理 第01章06-改-9-20
ρ = 1000kg/m
ρ标 ( ρ f − ρ实 ) ρ实 ( ρ f − ρ标 )
qV实 = qV读
1000 × ( 3000 − 800) = 5× 800 × ( 3000 − 1000)
3/h = 5.86m
流量计比较: 皮托管：测得点速度， 皮托管：测得点速度，流量须计算 孔板流量计：测得锐孔平均速度， 孔板流量计：测得锐孔平均速度， A0恒定, u0变化, ∆p变化, 不易阻塞
（1） ） （2） ）
注：压力表之差（P1-P2） 压力表之差（ ） 不代表流经设备的阻力； 不代表流经设备的阻力； 阻力是虚拟压强之差。 阻力是虚拟压强之差。
4、转子受力的平衡条件
（不计阻力损失） 不计阻力损失）
又
同样整理得到转子流量计公式 u0的计算式。 的计算式。
5、均匀流段上用一维变量
代替两维变量 P
C0=f(Red , m), m=A0/A1
其中， 其中，Red 是以管径计算的雷诺数
(2)孔板流量计的测量范围
qV ∝
R ( C 0为 常 数 ） R max R min
qV max = qV min
R max 取 决 于 U 型 压 差 计 的 长 度 R min 取 决 于 对 测 量 精 度 的 要 求
文丘里流量计（改进的孔板流量计） 文丘里流量计（改进的孔板流量计）
孔板特点：结构简单，阻力损失较大(录像) 孔板特点：结构简单，阻力损失较大(录像) 文丘里特点：阻力损失较小，造价较高( 文丘里特点：阻力损失较小，造价较高(录像)
附：
(孔板 孔板) 孔板 （文丘里） 文丘里）
孔板（文丘里）流量计的特点： 孔板（文丘里）流量计的特点： 特点 流通面积A 不变， 变化, 变化。 ① 流通面积 0不变， u0变化 ∆ 变化。 2 成正比。 ② 阻力损失与流速 u0 成正比。
化工原理学习指导 华东理工
2
ρ = m = Mp
1-3
V RT
当已知一种状态的气体密度，求另一种状态的气体密度时，可用下式进行换算
ρ2
=
ρ1
T1 p2 T2 p1
1-4
在计算气体的体积流量时，因温度、压力的不同而引起密度、体积变化，也需要进行换 算。当已知一种状态的气体流量求另一种状态的气体时，可用下式进行换算。
qV 2
=
1.2 基本概念：
质点 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。
连续性假定 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。
拉格朗日法 选定一个流体质点, 对其跟踪观察，描述其运动参数(如位移、速度等) 与时间的关系。
欧拉法 在固定空间位置上观察流体质点的运动情况，如空间各点的速度、压强、密度 等，即直接描述各有关运动参数在空间各 p2
1-5
例 1 试计算常压下，20℃空气的密度。 解：方法 1：空气的平均分子量为 29，由式 1-3 可得
ρ = 29 ×1.013×105 = 1.206kg / m3 8314 × 293
方法 2：标准态下(0℃,1.013×105Pa)空气的密度为 29/22.4，由式 1-4 可得
定态流动 流场中各点流体的速度 u 、压强 p 不随时间而变化。
轨线与流线 轨线是同一流体质点在不同时间的位置连线，是拉格朗日法考察的结果。 流线是同一瞬间不同质点在速度方向上的连线，是欧拉法考察的结果。
系统与控制体 系统是采用拉格朗日法考察流体的。控制体是采用欧拉法考察流体的。 理想流体与实际流体的区别 理想流体粘度为零，而实际流体粘度不为零。 粘性的物理本质 分子间的引力和分子的热运动。通常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。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。 总势能 流体的压强能与位能之和。 可压缩流体与不可压缩流体的区别 流体的密度是否与压强有关。有关的称为可压缩流 体，无关的称为不可压缩流体。 牛顿流体与非牛顿流体的区别 流体行为是否符合牛顿粘性定律
华东理工,化工原理第一章练习
一、填充
1、连续性假定是指
。
2、控制体与系统的区别在于考察方法的不同，
对系统进行考察的方法是
法，对控制体进
行考察的方法是
法。
3、圆管内湍流和层流的区别是：
练习一解答： 一、填充 1．流体是无数彼此无间隙的质点组成的连续介质 2．拉格朗日， 欧拉
3.
4、圆形直管内，qV一定，设计时若将d 增加一倍， 则层流时 hf是原值的 倍，高度湍流时，hf是 原值的 倍。（忽略ε/d的变化）
hf=56J/kg, 若关小阀门， 则总阻力损失hf’= J/kg， 两槽液面的垂直距离 H= m. 9、图示管路系统中， 已知dab=dcd, εab=εcd， lab=lcd，μ≠0。比较
ua uc, (pa-pb) (pc-pd), (Pa-Pb) (Pc-Pd)。
8. 56J/kg；H 56 5.7m
，
hfA
， hfMN
。
4．hf∝
qV ， 1
d 4 16
；hf∝
qV2 d5
，1
32
5．流体的黏性；总势能降低
6．同样u, d, v液 v水，Re du ，Re液 Re水
v C0 0.64
7. ζA↓, qVA↑, qVB↓, qV总↑, p↓, hfA↓, hfMN↓
8、图示管路系统中，已知 流体流动的总阻力损失
5、流体在直管内流动造成阻力损失的根本原因
是
，直管阻力损失体现在
。
6、某孔板流量计用水测得Co=0.64，现用于测
ρ=900kg/m3，μ=0.8mPas的液体，问此时
Co 0.64。（>, =, <）
7、如图示管线，将支管A的阀门开大，则管内 以下参数如何变化？(↑,↓)
华理普通化学答案
① CaO(s) + SO3(g) + 2H2O(l) = CaSO4•2H2O(s) ② C6H6(l) + 7 O2(g) = 6 CO2(g) + 3H2O(l) ③ 2Al(s) + Fe2O3(s) = 2Fe(s) + Al2O3(s) 解： ①
f H m / kJmol 1
1 2
/ kJmol 1 f Gm
－805.0
－95.27
－569.9
－228.59
r Gm, 298 = f G m ( SiCl4,g) +2× f G m (H2O,g)－ f G m (SiO2,石英)－4× f G m (HCl,g)
= [(－569.9)+2× (－228.59)－(－805.0)－4× (－95.27)] kJmol 1 = 159.0 kJmol 1 > 0 ∴ 各物质在标准状态下，反应不能正向进行。 ② CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g) －137.30 －228.59 －394.38 0
= r H m －T× r S m = [－890.36－298× (－0.243)] kJmol 1 =－817.95 kJmol 1 r Gm
7) 用二氧化锰制取金属锰可采取下列两种方法： ① MnO2(s) + 2H2(g) = Mn(s) + 2H2O(g) ② MnO2(s) + 2C(s) = Mn(s) + 2CO(g) 上述两个反应在 25℃、100kPa 下能否自发进行？如果希望反应温度尽可能低一些，试通 过计算，说明采用何种方法比较好？ 解： ① MnO2(s) + 2H2(g) = Mn(s) + 2H2O(g)
教材习题解答
第一章 习题一、填空题1．稀溶液的依数性包括 蒸气压下降 ， 沸点升高 ， 凝固点降低 ， 渗透现象 。
2．引起溶胶聚沉的诸多因素中，最重要的是 电解质的聚沉作用 。
3．在15℃和97 kPa 压力下，15 g 氮气所占有的体积为 13 升。
4．在20℃和97 kPa 压力下，0.842 g 某气体的体积是0.400 L ，这气体的摩尔质量是 52.89 g •mol -1 。
5．试比较下列溶液的沸点：0.1 mol •L -1蔗糖水溶液 ＜ 0.1 mol •L -1NaCl 水溶液 ＜ 0.1 mol •L -1Na 2SO 4水溶液。
6．试比较下列溶液的凝固点：0.1 mol •L -1蔗糖水溶液 = 0.1 mol •L -1甲醇水溶液 = 0.1 mol •L -1苯甲醇水溶液。
7．试比较下列溶液的渗透压：0.1 mol •L -1蔗糖水溶液 ＜ 0.1 mol •L -1NaCl 水溶液 ＜ 0.1 mol •L -1Na 2SO 4水溶液。
二、选择题1．下列溶液性质中哪一种不是依数性？ （ D ） A. 凝固点 B. 沸点 C. 渗透压 D. 颜色2．在容易聚沉的溶胶中加入适量的大分子物质溶液，以使溶胶的稳定性大大增加，这叫做什么作用？ （ B ）A. 敏化作用B. 保护作用C. 加聚作用D. 聚沉作用3．等体积：0.1 mol •L -1KI 和：0.1 mol •L -1AgNO 3溶液混合制成的AgI 溶胶，下列电解质中，聚沉能力最强的是 （ C ）A. Na 2SO 4B. MgSO 4C. FeCl 3D. K 3[Fe(CN)6]4．溶胶的基本特征之一是 （ D ） A. 热力学上和动力学上皆稳定的系统 B. 热力学上和动力学上皆不稳定的系统 C. 热力学上稳定而动力学上不稳定的系统 D. 热力学上不稳定和动力学上稳定的系统5．25℃时，0.01mol•kg -1的糖水的渗透压为∏1，而0.01mol•kg -1的尿素水溶液的渗透压为∏2，则 （ C ）A. ∏1<∏2B. ∏1>∏2C. ∏1=∏2D. 无法确定6．当AgNO 3的稀溶液与KI 的稀溶液作用时，若 AgNO 3过量时，此溶胶（ B ） A. 不带电 B. 带正电 C. 带负电 D. 无法确定7．加入下列哪一种溶液，能使As 2S 3胶体溶液凝聚最快 （ A ） A. Al 2(SO 4)2 B. CaCl 2 C. Na 3PO 4 D. MgCl 28．当不挥发性溶质溶于溶剂形成稀溶液后，则 （ A ） A. 溶剂蒸气压降低 B. 溶液的蒸气压升高C. 溶液的蒸气压不变D. 溶液的蒸气压可能升高也可能降低 三、是非题1．真实气体在低温高压下可以近似地看作理想气体。
第一章习题参考答案
第一章习题参考答案
第 解答：
引发剂的选择原则： 首先根据聚合实施的方法，从溶解度的角度确定引发剂的类型。如本体聚 合、油相单体悬浮聚合、有机溶液聚合等选择偶氮类和有机过氧化物类引发剂， 乳液聚合和水溶液聚合选择过硫酸盐类引发剂，也可以选择氧化-还原引发体系。 其次，是根据聚合温度选择半衰适当的引发剂，使聚合时间适中。 根据聚合釜的传热能力，在保证温度控制和避免爆聚的前提下，尽量选择高 活性引发剂，以提高聚合速率，缩短聚合时间，也可以降低聚合时间和减少引发 剂用量。 从操作控制的角度看，保持恒速反应最容易控制，针对实际聚合反应初期 慢，中期快，后期又转慢的特点，最好选择高活性与低活性复合型引发体系，通 过前高活性引发剂的快速分解以保证前期聚合速率加快，后期维持一定速率。 选择时还要考虑，引发剂不能反应体系其他成分发生反应。 在进行动力学研究时，多选择偶氮类引发剂，以防止发生诱导分解反应。 要考虑贮运安全、原料来源、合成难易和价格。
10
题
第一章习题参考答案
第 10 题
续解 高低活性引发剂并用的优点： 单独使用高活性引发剂的利与弊，有利之处是活性大，引发速度快，用量 少，引发剂残留量少，生产周期短；不利之处是放热集中，传热面利用率低、难 于控制。 单独使用低活性引发剂的利与弊，有利之处是反应平衡，容易控制，聚合热 容易导出；不利之处是反应速度慢，引发剂残留量大，生产周期长。 高低活性引发剂并用的优点是：充分发挥两者的优点，克服缺点；反应前期 利用高活性引发剂的作用使反应尽快进行，后期利用低活性引发剂的作用促进反 应彻底完成；能合理控制聚合反应过程，有效利用传热面积将聚合热导出；缩短 生产周期等。
CH2 CH2 CH2＝CH2 CH2－CH2 • ～CH H CH2－CH CH2－CH3 ～CH • CH2－CH CH2 CH3
华东理工 有机化学习题及解答
华东理工有机化学习题及解答第一章 绪论1标记标明偶极矩方向。
(醇醚O 以sp 3 杂化)H-BrCH 2Cl 2CH 3OHCH 3OCH 3(1)(2)(3)(4)(5)(6)CH 3CH 3ClCl CCClCl CH 3CH 3CC解答：H-Br无CHHClClH(1)(2)(3)(4)(5)(6)O CH 3CH 3O CH 3Cl Cl CH 3CH 3CC2. 根据S 与O 的电负性差别，H 2O 与H 2S 相比，哪个有较强的偶极-偶极作用力或氢键？答案：电负性 O > S , H 2O 与H 2S 相比，H 2O 有较强的偶极作用及氢键。
3. 预测下列各对物质的酸性相对强弱。
(1) H 3O +和N +H 4 (2) H 3O +和H 2O (3) N +H 4和NH 3 (4) H 2S 和HS - (5) H 2O 和OH -解答：(1) H 3O +> N +H 4 (2) H 3O +>H 2O (3) N +H 4>NH 3 (4) H 2S>HS - (5) H 2O >OH -4．把下列各组物质按碱性强弱排列成序。
F -, OH -, NH 2-, CH 3-HF, H 2O, NH 3F -, Cl -, Br -, I -(1)(2)(3)解答：HF< H 2O< NH 3F -< OH -< NH 2-< CH 3-F ->Cl -> Br -> I -(1)(2)(3)5．下列物种哪些是亲电试剂？哪些是亲核试剂？H +, Cl +, H 2O, CN -, RCH 2-, RNH 3+, NO 2+, R CO +,OH -, NH 2-, NH 3, RO -解答：亲电试剂 H +, Cl +, RNH 3+,NO 2+, R ―C=O +亲核试剂 H 2O, CN -, RCH 2-,OH -, NH 2-, NH 3, RO -第二章烷烃1．用中文系统命名法命名或写出结构式。
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第一章习题解
1-1.水流进高为h =0.2m 的两块宽平板之间的通道，如图1-52所示。
已知：通道截面具有速度分布2007575x u ..y =-。
求：通道截面平均速度U 。
解：由式（1-3）得通道截面平均速度
()0.12
20.0757.51
0.21
0.05m /s
-⨯=
⨯=⎰
⎰
x A
u dA U =
A
y dy
1-2.如图1-53所示，在一密闭容器内装有水及油，密度分别为ρ水＝998.1kg /m 3,，ρ油＝850kg /m 3，油层高度h 1=350mm ，容器底部装有水银(ρ水银＝13600 kg /m 3)液柱压力计，读数为R =700mm ，水银面的高度差h 2=150mm
，求容器上方空间的压力p。
解：在图1-53中，U 型管上取控制面Ⅰ，两侧压力相等。
由式（1-20）流体静力学的平衡定律得
()1210油水水银p +ρgh +ρg R +h -h =p +ρgR
将大气压5
0 1.013310P a =⨯p 和其它已知数据代入上式，
可得容器上方空间的压力
5
1.8710Pa =⨯p
1-3.如图1-54所示，已知容器 A 中水面上的压力为p A =1.25大
气压，压力计中水银面的差值 h 1=0.2m ,h 2=0.25m ,h =0.5m, ρH 2O =1000kg/m 3,ρHg =13550kg/m 3。
求：容器B 中压力p B 。
解：在图1-54中，各U 型管上取控制面Ⅰ、Ⅱ，各控制面两侧压力相等。
设中间管中空气压力为p ，并忽略空气密度。
由式（1-20）流体静力学的平衡定律得
()2A H O 1H g 1
B H g 2
⎧⎪⎨
⎪⎩p +ρg h +h =p +ρgh p =p +ρgh ()()2B A H O 1Hg 12p =p +ρg h +h -ρg h +h
将55
A 1.25 1.013310 1.26710Pa =⨯⨯=⨯p 和其它已知数据代入上式，可得容器
B 中压力
4
B 7.3810Pa =⨯p
1-4.证明：单位时间单位面积动量的量纲与单位面积力的量纲相同。
证明：单位时间单位面积动量为
m u A t
，量纲为2
2
kg m /s kg m s
m s
⋅=
⋅⋅；
单位面积力为F A
，量纲为
2
2
2
2
N kg m /s kg m
m
m s
⋅==
⋅。
两者量纲相同
图1-52
图1-54
图1-53
1-8.流体以2
34
x u y y =
-流过平板，试求距板面0.15米处的切应力。
已知μ =3.3×
10- 4
Pa.s 。
解：由式（1-30）可求距板面0.15米处的切应力为
4
4
0.15m
0.15m
332 3.310
20.15 1.510Pa 44--==⎛⎫
⎛⎫==-=⨯⨯-⨯=⨯ ⎪
⎪⎝⎭
⎝⎭
x yx y y du τμ
μy dy
1-9.润滑系统简化为两平行金属平面间的流动，其间润滑油的粘度为10.0cP 。
下表面以力0.45N 拖动，作用面积为4.6m 2，板间距为3.1mm ，运动定常。
（1）试计算下表面上的剪切应力；
（2）若上表面静止，计算下表面处流体的运动速度； （3）若板间流体改为20℃的水或空气，重复上述计算；（20℃的水粘度为1.0cP ，空气粘度为0.018cP ）
（4）用简图表示速度分布；
（5）根据计算和简图，对粘度在动量传递中的作用作简单结论。
解：（1）由式（1-21）可求得下表面上的剪切应力
0450098Pa 46
F ..A .τ=
==
（2）根据题意，板间流体的速度分布为线性分布，由式（1-30）得
x du U
τμμ
dy h
== 则下表面处流体的运动速度
3
3
00983110003m /s 10010
h ..U .μ
.τ--⨯⨯=
=
=⨯
（3）20℃的水
3
3
00983110
03m /s 1010
h ..U .μ
.τ--⨯⨯=
=
=⨯
20℃的空气 3
3
00983110169m /s 001810
h ..U .μ
.τ--⨯⨯=
=
=⨯
（4）表示速度分布的简图，见习题1-9附图。
（5）不同流体粘度各异，粘度是影响传递过程的重要物性。
1-11.对正在加热中的钢板，其尺寸长×宽×厚为1.5m×0.5m×0.025m ，两侧温度分别为15℃和95℃，试求温度梯度。
如果改为铜板和不锈钢板，假定通过壁面传热量相同，则温度梯度又将如何变化。
解：查附录三得热导率k ：钢45W /m·℃，铜377W /m·℃，不锈钢16W /m·℃。
根据题意，假定钢板内温度沿厚度呈线性分布，有温度梯度 o
95153200C/m 0025
dT dy .-== 通过壁面传热量，由式（1-37）得
2
453200144000J/m s y dT q k dy
=-=-⨯=-⋅
上式中负号表示传热方向与温度梯度相反。
假定通过壁面传热量相同，铜板的温度梯度
o
144000382C /m 377
y q dT dy k -=-=-=
习题1-9附图
不锈钢板的温度梯度
o
1440009000C /m 16
y q dT dy k -=-=-=
1-13.输送蒸汽的2in 钢管，内径0.052m ，壁厚0.004m ，外包0.0508m 厚85%氧化镁，再包0.0508m 厚软木。
若管内表面温度为394.3K ，软木外表面温度为305.4K ，试求每小时单位管长的热损失。
已知热导率：钢45.17W/m·K ，氧化镁0.069W/m·K ，软木0.052W/m·K 。
解：本题为圆管多层保温问题。
对管壁、氧化镁保温层、软木保温层，由式（1-73）得
()
121212Q T T k L ln R /R π-=、()
232322Q T T k L ln R /R π-=、()
343432Q
T T k L
ln R /R π-=
将以上各式相加，整理得每小时单位管长的热损失
()()()
()()()14
21324312322239433054
0030026008080030131600808245171200691
200521
2353W 84708J/h
T T Q ln R /R ln R /R ln R /R k L k L k L
..ln ./.ln ./.ln ./.....ππππππ-=
++
-=
+
+
⨯⨯⨯⨯⨯⨯==
1-17.直径为0.7mm 的热电偶球形接点，其表面与被测气流间的对流给热系数为400W/m 2
.K ，计算初始温度为25℃的接点置于200℃的气流中，需多长时间其温度才能达到199℃。
(已知接点k =20W/m.K ，C P =400J/kg.K ，ρ=8500kg/ m 3
) 解：先由式（1-77）判别
3
3
3
2
4000710
6
23310
016620
--⨯⨯=
=
=
=
=⨯<⨯h d
hV
hd
.Bi ..kA k d k π
π
可用集总参数法计算，由式（1-79）求解。
60-
-
-==-P P hA
h
t t
f C V
C d
f
T T e
e
T T ρρ
代入数据
3
6400
85004000710
199********
-⨯-
⨯⨯⨯-=-t
.e
则需时间为
51s =t .
1-18.一半无限大铝板,初始温度为450℃,突然将其表面温度降低到150℃,试计算离铝板表面40mm 处温度达到250℃时所需的时间,以及在此期间内单位表面传出的热量。
(已知k =430W/m.K ，a =0.3m 2/h )
解：此题为半无限大平壁升温，由式（1-82）得
()02501500333450150
--=
==--s s
T T .erf T T η
查附录五得
0305==
=
.η所需时间
516s =t .
此期间内单位表面传出的热量，由式（1-84） (
)
(
)
82
02243015045011510J/m =-=⨯⨯-=-⨯s Q k T T .
负号表示传出热量。