化工原理第一章习题课
化工原理第一章习题课
局部阻力系数ζ （进口为0.5，出口为1） 当量长度le 4.非圆形管当量直径
4A de C
管内湍流 Re 2000
机械能衡算方程
u 2 P we gz wf 2
J/kg
例：为了测出平直等径管AD上某泄漏点M的位置，采用 如图所示的方法，在A、B、C、D四处各安装一个压力表， 并使LAB=LCD 。现已知AD段、AB段管长及4个压力表读 数，且管内流体处于完全湍流区。试用上述已知量确定泄 漏点M的位置，并求泄漏量点总流量的百分数。
2.ρ——流体密度，kg/m3（平均值）
P1 P2 3.柏式应用于可压缩流体， P1 0.2 用平均压强来计算ρm代入
机械能衡算方程
u 2 P we gz wf 2
J/kg
w f w f w f ——管路总阻力，J/kg
'
1.静止流体或理想流体 w f 0
( Hg ) g
Hf , ab；
( Hg ) g
Hf , cd ;
机械能衡算方程
u 2 P we gz wf 2
J/kg
P
Байду номын сангаас
——静压能（流动力），J/kg
1.△P——两截面上压强差，若两容器开口，△P=0 绝压，表压，真空度（负表压）的概念 流体静力学基方方程式
P Pa gh
U形管压差计测两截面（容器）总势能差
gz P R( A ) g
如图所示，贮槽内水位维持不变。管路直径100mm，管路 上装有一个闸阀，距管口入口端15m处安有以水银为指示 液的U形管压差计。测压点与管路出口端之间的直管长度为 20m。求1）当闸阀关闭时，测得R=600mm，h=1500mm， 当闸阀部分开启时，测得R=400mm，h=1400mm。摩擦系 数可取0.025。问每小时流量？2）当闸阀全开时，U管压差 计的静压强为若干？闸阀全开时，le/d=15，摩擦系数不变。
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fh 与流速u 的一次方成正比？哪个区域的fh 与2u 成正比？光滑管流动时的摩擦损失fh 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。
化工原理第一章习题课(李鑫)
【例2-2】
• 解：（1）两槽液面的高度差H • 在压力表所在截面2-2´与高位槽液面3-3´间列柏 努利方程，以贮槽液面为基准水平面0-0´ ， • 得：
2 u32 p3 u 2 p2 gH2 gH h f , 23 2 2
H
• • • • •
3
3
【例2-5】 将高位槽内料液向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为 大气压。要求料液在管内以0.5m/s的速度流动。设料液在管内压头 损失为1.2m（不包括出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔 入口处高出多少米？
用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞口高位槽， 如附图所示。输送量为0.1m3/min，输送管路为φ 38×3mm的无缝钢 管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，且在压送过程中不变。 设管路的总压头损失为3.5m（不包括出口），硫酸的密度为1830 kg/m3，问酸蛋中应保持多大的压力？
流体能自动从高（机械能）能位 流向低（机械能）能位
2 4.32J / kg
6.92 2 9.81 1 14.13J / kg 2 2 u p (表) p 2 (表) 2 2
9.81
1
1
Et2<Et3
小管中的水自下而上流动。
1m 2 4
大气
2 2 2 4
1m
喉径
2 4
2
2
2
u4 2 9.81 1 4.43m / s 大气 u2=（d4/ d2）2 u4 =（1/ 0.8）2 4.43=6.92m/s 2 u2 p 2 ( 表 ) 4 1-1 与 2-2 间 gz 1 2
1m
p 2 (表)
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3m 1150kg -⋅，流量为1h 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1s m -⋅？（ 答：1L s m 11.2U -⋅=；1g s 5.69m U -⋅= ）习题1-4 附图解：mm 27225.35.33=⨯-=内d ，m m 5325.360=⨯-=外d ；对液体：122s m 11.2027.011503600/500044/-⋅=⨯⨯⨯===ππρ内d m A V u l l l l l ； 对气体：0101P P =ρρ⇒3560101m kg 92.51001325.1105.02.1-⋅=⨯⨯⨯==P P ρρ，()224内外内外D d A A A g -=-=π()2322m 1032.10335.0053.04⨯=-=π，13s m 69.592.51032.13600/160/--⋅=⨯⨯===ggg gg g A m A V u ρ。
化工原理(杨祖荣主编)课后习题解答
目录第一章流体流动与输送设备 (2)第二章非均相物系分离 (26)第三章传热 (32)第四章蒸发 (44)第五章气体吸收 (48)第六章蒸馏 (68)第七章干燥 (84)第八章萃取 (92)第一章 流体流动与输送机械1. 燃烧重油所得的燃烧气，经分析知其中含CO 28.5％，O 27.5％，N 276％，H 2O8％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa 时的密度。
解：混合气体平均摩尔质量molkg M y M i i m /1086.281808.02876.032075.044085.03-⨯=⨯+⨯+⨯+⨯=∑=∴ 混合密度333/455.0)500273(31.81086.28103.101m kg RT pM m m =+⨯⨯⨯⨯==-ρ2．已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2 kg/m 3和789kg/m 3,试计算50％（质量％）乙醇水溶液的密度。
又知其实测值为935 kg/m 3，计算相对误差。
解：乙醇水溶液的混合密度7895.02.9985.012211+=+=ρρρa a m3/36.881m kg m =∴ρ相对误差：%74.5%10093536.8811%100=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⨯-实实m m m ρρρ3．在大气压力为101.3kPa 的地区，某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kPa 。
若在大气压力为90 kPa 的地区，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时真空表的读数应为多少？解：''真真绝p p p p p a a -=-=∴kPa p p p p a a 7.73)853.101(90)(''=--=--=真真4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900 kg/m 3的液体。
容器上方的压力表读数为42kPa ，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m ，其读数为58 kPa 。
试计算液面到下方测压口的距离。
《化工原理》(修订版 夏清 陈常贵)上册课后答案
1. 某设备上真空表的读数为 13.3×10 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 98.7×10 Pa 。
设备内的绝对压强P 绝 = 98.7×10 Pa -13.3×10 Pa=8.54×10 Pa设备内的表压强 P 表 = -真空度 = - 13.3×10 Pa14mm 的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作应力取为 39.23×10 Pa ，150.307×10 Nζ螺 = 39.03×10 ×3.14×0.014 ×n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33解：由 绝对压强 = 大气压强 – 真空度得到：3 3332．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 6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 ≤ ζ螺解：P 螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.7633 22P 油 ≤ ζ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。
a –a 处 P A + ρg gh 1 = ρ水gR 3 + ρ水银ɡR 2即：P A = 1.0 ×10 ×9.81×0.05 + 13.6×10 ×9.81×0.05= 7.16×10 Pab-b 处 P B + ρg gh 3 = P A + ρg gh 2 + ρ水银gR 1P B = 13.6×10 ×9.81×0.4 + 7.16×10=6.05×10 Pa图所示。
化工原理课后习题答案第一章流体流动答案
第一章 流体流动习题解答1.解：（1） 1atm= Pa=760 mmHg真空度=大气压力—绝对压力，表压=绝对压力—大气压力 所以出口压差为p =461097.8)10082.0(10132576.00⨯=⨯--⨯N/m 2（2）由真空度、表压、大气压、绝对压之间的关系可知，进出口压差与当地大气压无关，所以出口压力仍为41097.8⨯Pa 2.解： T=470+273=703K ，p=2200kPa混合气体的摩尔质量Mm=28×0.77+32×0.065+28×0.038+44×0.071+18×0.056=28.84 g/mol混合气体在该条件下的密度为：ρm=ρm0×T0T×pp0=28.8422.4××.3=10.858 kg/m33.解：由题意，设高度为H 处的大气压为p ，根据流体静力学基本方程，得 dp=-ρgdH大气的密度根据气体状态方程，得 ρ=pMRT根据题意得，温度随海拔的变化关系为 T=293.15+4.81000H代入上式得ρ=pMR （293.15-4.8×10-3H ）=-dpgdh移项整理得dpp=-MgdHR293.15-4.8×10-3H对以上等式两边积分， pdpp=-0HMgdHR293.15-4.8×10-3H所以大气压与海拔高度的关系式为 lnp=7.13×ln293.15-4.8×10-3H293.15即：lnp=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526（2）已知地平面处的压力为 Pa ，则高山顶处的压力为 p 山顶=×=45431 Pa将p 山顶代入上式ln 45431=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526 解得H =6500 m ，所以此山海拔为6500 m 。
化工原理第一章习题课
一、概念题1．某封闭容器内盛有水，水面上方压强为p 0，如图所示器壁上分别装有两个水银压强计和一个水银压差计，其读数分别为R 1、R 2和R 3，试判断： 1）R 1 R 2（＞，＜，＝）； 2）R 3 0（＞，＜，＝）；3）若水面压强p 0增大，则R 1 R 2 R 3 有何变化（变大、变小，不变）2．如图所示，水从内径为d 1的管段流向内径为d 2管段，已知122d d =，d 1管段流体流动的速度头为，m h 7.01=，忽略流经AB 段的能量损失，则=2h m ，=3h m 。
3．如图所示，管中水的流向为A →B ，流经AB 段的能量损失可忽略，则p 1与p 2的关系为 。
21)p p A > m p p B 5.0)21+> m p p C 5.0)21-> 21)p p D <4．圆形直管内，Vs 一定，设计时若将d 增加一倍，则层流时h f 是原值的 倍，高度湍流时，h f 是原值的 倍（忽略管壁相对粗糙度的影响）。
5．某水平直管中，输水时流量为Vs ，今改为输2Vs 的有机物，且水μμ2=，水ρρ5.0=，设两种输液下，流体均处于高度湍流状态，则阻力损失为水的 倍；管路两端压差为水的 倍。
6．已知图示均匀直管管路中输送水，在A 、B 两测压点间装一U 形管压差计，指示液为水银，读数为R （图示为正）。
则： 1）R 0（>，=，<）2）A 、B 两点的压差p ∆= Pa 。
)()ρρ-i Rg A gh Rg B i ρρρ+-)() )()ρρρ--i Rg gh C gh Rg D i ρρρ--)()3）流体流经A 、B 点间的阻力损失f h 为 J/kg 。
4）若将水管水平放置，U 形管压差计仍竖直，则R ，p ∆ ，f h 有何变化7．在垂直安装的水管中，装有水银压差计，管段很短，1，2两点间阻力可近似认为等于阀门阻力，如图所示，试讨论：1）当阀门全开，阀门阻力可忽略时，1p 2p （＞，＜，＝）；2）当阀门关小，阀门阻力较大时，1p 2p （＞，＜，＝），R （变大，变小，不变）；3）若流量不变，而流向改为向上流动时，则两压力表的读数差p ∆ ，R ；（变大，变小，不变）。
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解：如图所示，取碱液池中液面为1-1’截面，塔顶喷嘴 入口处为2-2‘截面，并且以1-1‘截面为基准水平面。
在1-1‘和2-2’截面间列柏努利方程
z1g1 2u12p1W ez2g1 2u22p2 W f
W e(z2z1)g1 2(u 22 u 12)p 2p 1 W f
其中：z1=0；p1=0（表压）；u1≈0 z2=20-1.5=18.5m； p2=29.4×103 Pa（表压）
A.1/2; B.1/4; C. 1/8; D.1/16。 （D） 8.流体在长为3m、高为2m的矩形管道内流动，则该矩 形管道的当量直径为（ ）。
A. 1.2m； B. 0.6m； C. 2.4m； D. 4.8m。 （C） 9.圆形直管内径d=100mm，一般情况下输水能力为（ ） m3/h 。 A. 3； B. 30； C. 200； D. 300。
1) 供水量为多少？
2) 若此时在管垂直部分某处出现一直径为1mm的小孔， 有人说因虹吸现象，在某一高度范围内不会从小孔向外 流水，而还有人则认为水将从小孔流出。试推导证明哪 一种说法正确。
解：1）取高位槽上液面为截面1，输水管出口外侧为截 面2，出口管中心线为基准面，在1-1’和2-2’间列柏努利
V d 2 u 3 .1 0 . 4 0 2 1 5 .9 3 8 .8 8 1 3 m 7 0 3 /s 7 1 .0 m 4 3 /h
4
4
2）仍取高位槽上液面为截面1，再取垂直管处任意一
点为截面3，在1-1’和3-3’间列柏努利方程，可得：
p1u 2 1 2Z 1gp3u 2 3 2Z3g W f1 3
（B）
二、计算
例1：如本题附图所示，蒸汽锅炉上装置一复式U形水 银测压计，截面2、4间充满水。已知对某基准面而言 各点的标高为z0=2.1m， z2=0.9m， z4=2.0m， z6=0.7m， z7=2.5m。
试求锅炉内水面上的蒸汽压强。
解：按静力学原理，同一种静止流体的连通器内、 同一水平面上的压强相等，故有:
方程，可得：
p1u 2 1 2Z1gp2u 2 2 2Z2g W f12
p1p20(表压 ) u1u2 0
将阻力公式代入 ，整理得：
h2 g
l d
u2 2
u h 2 g 2 d 0 .5 1 0 9 .8 0 2 7 0 .0 0 5 .5 1 .9m 8 /s l 0 .0 2 15 0 0
例3: 流体输送机械功率的计算
某化工厂用泵将敞口槽中的碱液（密度为1100kg/m3） 输送至吸收塔顶，经喷嘴喷出，如附图所示。泵的入口 管为φ108×4mm的钢管，管中的流速为1.2m/s，出口管
为φ76×3mm的钢管。贮液池中碱液的深
度为1.5m，池底至塔顶喷 嘴入口处的垂直距离为 20m。碱液流经所有管路 的能量损失为30.8J/kg （不包括喷嘴），在喷嘴 入口处的压力为29.4kPa （表压）。设泵的效率为 60%，试求泵所需的功率。
p 1p 2 ; p 3p 4 ; p 5p 6
对水平面1-2而言：p而言：
p 3p 4p 2g (z4 z2)
对水平面5-6而言：
p 6p 5p 4ig (z4 z5)
锅炉蒸汽压强
p p 6 g (z 7 z 6 )
p a ig (z 0 z 1 )ig (z 4 z 5 )g (z 4 z 2 )g (z 7 z 6 )
则蒸汽的表压为
pp aig (z0z1z4 z5)g (z4z2z7 z6)
1 3 6 0 0 9 .8 1 (2 .1 -0 .9 + 2 .0 -0 .7 )-1 0 0 0 9 .8 1 (2 .0 -0 .9 + 2 .5 -0 .7 )
= 3 .0 5 1 0 5P a
例2：有一液位恒定的高位槽通过管路向水池供水（见 附图），高位槽内液面高度h1为1m，供水总高度h2为 10m，输水管内径50mm，总长度100m（包括所有局 部阻力的当量长度），λ=0.025。试求:
p 3 p 1 (Z 1 Z 3 )g u 2 3 2 (Z 1 d Z 3 1 u 2 3 2 0 .5 u 2 3 2 )
p3pa
(Z1Z3)(gdu232)u232 (1.5d)
(Z1Z3)(9.8070.02205.10.9582)1.9282 (1.50.0205.05)
(Z1Z3)8.82691.9602
4.一转子流量计，当通过水流量为1m3/h时，测得该流 量计进、出间压强降为20Pa；当流量增加到1.5m3/h时， 相应的压强降 。
（不变）
5.在一水平变径管路中,在小管截面A和大管截面B连接 一U型压差计,当流体流过该管时,压差计读数R值反映( ). A．两截面间的压强差 ； B．两截面间的流动阻力； C．两截面间动压头变化；D. 突然扩大或缩小的阻力。
已知泵入口管的尺寸及碱液流速，可根据连续性方 程计算泵出口管中碱液的流速：
u2u1(d d1 2)21.2(1 7 0 0 0)22.45 (m /s)
ρ=1100 kg/m3， ΣWf=30.8 J/kg 将以上各值代入，可求得输送碱液所需的外加能量
W e 1 8 .5 9 .8 1 1 2 2 .4 5 2 2 9 1 .4 1 0 0 1 0 3 3 0 .8 2 4 2 .0 ( J /k g )
（A）
6.因次方析的目的在于( )。 A．得到各变量间的确切定量关系； B．用无因次数群 代替变量,使实验与关联简化；C．得到无因次数群间定 量关系； D．无需进行实验，即可得到关联式.
（B）
7. 流体流过两个并联管路管1和2，两管内均呈层流。 两管的管长L1=L2、管内径d1=2d2，则体积流量V2/V1为 （ ）。
显然，此式为单调增函数，且在 Z1-Z3=1m处，
p3 pa 6.86670
所以在Z1-Z3=1～9m时（即垂直管段任意高度处），
p3 pa 0 即 p3 pa
表示管内静压高于大气压力，故不会出现虹吸现象， 水将从小孔流出。
讨论：判断水是否流出的依据是孔处压力的大小，若 该处压力大于大气压力，则水从小孔流出；否则，水 不会流出。