1、.化工原理课后习题1. 某设备上真空表的读数为 13.3103 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 98.710 3 Pa。 解：由 绝对压强 = 大气压强 真空度 得到：设备内的绝对压强 P 绝 = 98.7103 Pa -13.3103 Pa=8.54103 Pa设备内的表压强 P 表 = -真空度 = - 13.310 3 Pa 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 3
2、9.23106 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 螺解：P 螺 = ghA = 9609.81(9.6-0.8) 3.140.762150.307103 N 螺 = 39.031033.140.0142n .P 油 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 AB 两处的表压强。分析：根据静力
3、学基本原则，对于右边的管压差计，aa 为等压面，对于左边的压差计，bb 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 g，其他数据如图所示aa处 P A + ggh1 = 水 gR3 + 水银 R2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 1039.810.05 + 13.61039.810.05= 7.16103 Pab-b处 P B + ggh3 = PA + ggh2 + 水银 gR1PB = 13.61039.810.4 + 7.16103=6.05103Pa.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
4、界面位置。已知两吹气管出口的距离 H = 1m，U 管压差计的指示液为水银，煤油的密度为 820Kg。试求当压差计读数 R=68mm 时，相界面与油层的吹气管出口距离。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 11和 44 为等压面， 22和 33 为等压面，且 11和22的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解解：设插入油层气管的管口距油面高 h在 11与 22 截面之间P1 = P2 + 水银 gRP 1 = P4 ，P 2 = P3且 P3 = 煤油 gh ， P 4 = 水 g（H-h）+ 煤油 g（ h + h）联立这几个方程得到 水银 gR = 水
5、 g（H-h）+ 煤油 g（h + h）- 煤油 gh 即 水银 gR = 水 gH + 煤油 gh - 水 gh 带入数据1.0101 - 13.6100.068 = h(1.010-0.8210)= 0.418 .5用本题附图中串联管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，管压差计的指示液为水银，两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： 12.3m， 2=1.2m, 3=2.5m, 4=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直距离 5=3m。大气压强 a= 99.3103 。试求锅炉上方水蒸气的压强。分析：首先选取合适的截面用以连接两个管，本题应选取如图所示的11 截面，再选取
6、等压面，最后根据静力学基本原理列出方程，求解解：设 11 截面处的压强为 1对左边的管取-等压面， 由静力学基本方程 0 + 水 g(h5-h4) = 1 + 水银 g(h3-h4) 代入数据 0 + 1.01039.81(3-1.4) = 1 + 13.61039.81(2.5-1.4)对右边的管取-等压面，由静力学基本方程 1 + 水g(h3-h2) = 水银 g(h1-h2) + 代入数据 1 + 1.01039.812.5-1.2= 13.61039.812.3-1.2 + 99.310 3解着两个方程 得 0 = 3.64105Pa.6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路
7、中气体的表压强。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为 920 3 ,998 3,管中油水交接面高度差 R = 300 ，两扩大室的内径 D 均为 60 ，管内径为 6 。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 11 为等压面，对于管左边 表 + 油 g(h1+R) = 1 对于管右边 2 = 水 gR + 油 gh2 表 = 水 gR + 油 gh2 - 油 g(h1+R)= 水 gR - 油 gR + 油 g（h 2-h1）当 表 = 0 时，扩大室液面平
8、齐 即 （D/2） 2（h 2-h1）= （ d/2） 2Rh2-h1 = 3 mm 表 = 2.57102Pa7.列管换热气 的管束由 121 根 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 50压强为 196103Pa(表压)，当地大气压为 98.7103Pa试求： 空气的质量流量； 操作条件下，空气的体积流量； 将的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量。解：空气的体积流量 S = uA = 9/4 0.02 2 121 = 0.342 m3/s质量流量 w s = S= S (MP)/(RT)= 0.34229(98.7+196)/8.31532
9、3=1.09/s换算成标准状况 V 1P1/V2P2 =T1/T2 S2 = P1T2/P2T1 S1 = (294.7273)/(101323) 0.342= 0.843 m3/s8 .高位槽内的水面高于地面 8m，水从1084mm 的管道中流出，管路出口高于地面 2m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按 f = 6.5 u2 计算，其中 u 为水在管道的流速。试计算： AA 截面处水的流速； 水的流量，以 m3/h 计。分析：此题涉及的是流体动力学，有关流体动力学主要是能量.恒算问题，一般运用的是柏努力方程式。运用柏努力方程式解题的关键是找准截面和基准面，对于本题来说，合适的截面是
10、高位槽 11,和出管口 22 ,如图所示，选取地面为基准面。解：设水在水管中的流速为 u ，在如图所示的 11, ，22 ,处列柏努力方程Z1 + 0 + 1/= Z2+ 22 + 2/ + f （Z 1 - Z2）g = u 2/2 + 6.5u2 代入数据(8-2)9.81 = 7u2 , u = 2.9m/s换算成体积流量VS = uA= 2.9 /4 0.12 3600= 82 m3/h 9. 20 水以 2.5m/s 的流速流经 382.5mm 的水平管，此管以锥形管和另一 533m 的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧 A 、B 处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。若水流
11、经 A B 两截面的能量损失为 1.5J/，求两玻璃管的水面差（以计） ，并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。分析:根据水流过 A、B 两截面的体积流量相同和此两截面处的伯努利方程列等式求解解：设水流经两截面处的流速分别为 uA、 u B .uAAA = uBAB u B = （A A/AB ）u A = （33/47） 22.5 = 1.23m/s在两截面处列柏努力方程Z1 + 122 + 1/ = Z2+ 22 2 + 2/ + f Z 1 = Z2 （ 1- 2）/ = f +（ 12- 22）2g（h 1-h 2）= 1.5 + (1.23 2-2.52) /2 h1-h 2
12、= 0.0882 m = 88.2 mm即 两玻璃管的水面差为 88.2mm10.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762.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.6610Pa,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按 f,1=2u，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/s。排水管与喷头连接处的压强为98.0710Pa（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.
13、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，2u1=u2=u=2u2+10u=12u在截面与真空表处取截面作方程： z0g+u02/2+P0/=z1g+u2/2+P1/+hf，1（ P 0-P1）/= z 1g+u2/2 +hf，1 u=2m/s w s=uA=7.9kg/s 在真空表与排水管-喷头连接处取截面 z1g+u2/2+P1/+We=z2g+u2/2+P2/+hf，2W e= z2g+u2/2+P2/+hf，2 （ z 1g+u2/2+P1/）=12.59.81+（98.07+24.66）/998.210+102=285.97J/kg Ne=
14、 Wews=285.977.9=2.26kw11.本题附图所示的贮槽内径 D 为2，槽底与内径 d0为 33mm 的钢管相连，槽内无液体补充，其液面高度 h0为 2m（以管子中心线为基准） 。液体在本题管内流动时的全部能量损失可按 hf=20u公式来计算，式中 u 为液体在管内的流速 ms。试求当槽内液面下降 1m 所需的时间。分析：此题看似一个普通的解柏努力方程的题，分析题中槽内无液体补充，则管内流速并不是一个定值而是一个关于液面高度的.函数，抓住槽内和管内的体积流量相等列出一个微分方程，积分求解。解：在槽面处和出口管处取截面 1-1，2-2 列柏努力方程h1g=u2/2+hf =u2/2+
15、20u2u=(0.48h) 1/2=0.7h1/2槽面下降 dh，管内流出 uA2dt 的液体Adh=uA 2dt=0.7h1/2A2dtdt=A 1dh/（A 20.7h1/2） 对上式积分：t=1.h12.本题附图所示为冷冻盐水循环系统，盐水的密度为 1100kgm，循环量为36m。管路的直径相同，盐水由 A 流经两个换热器而至 B 的能量损失为 98.1Jkg，由 B 流至 A 的能量损失为 49Jkg，试求：（1）若泵的效率为 70%时，泵的抽功率为若干 kw？（2）若 A 处的压强表读数为 245.210Pa 时，B 处的压强表读数为若干 Pa？分析：本题是一个循环系统，盐水由 A 经两个换热器被冷却后又回到 A 继续被冷却，很明显可以在 A-换热器-B 和 B-A 两段列柏努利方程求解。解：（1）由 A 到 B 截面处作柏努利方程0+uA/2+PA/1=ZBg+uB2+P B+9.81
