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Pa102.14。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kPa100，所以得到：kPa16010060AP；kPa8812100BP。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：kPa16915712出进PPP。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：m02.1）解：m02.18.910101033gPH习题1-3附图1-4．某一套管换热器，其内管为mm,25.3mm5.33外管为mm5.3mm60。内管流过密度为3m1150kg，流量为1h5000kg的冷冻盐水。管隙间流着压力（绝压）为MPa5.0，平均温度为C00，流量为1h160kg的气体。标准状态下气体密度为3m1.2kg，试求气体和液体的流速分别为若干1sm？（答：1Lsm11.2U；1gs5.69mU）习题1-4附图解：mm27225.35.33内d，mm5325.360外d；对液体：122sm11.2027.011503600/500044/内dmAVulllll；对气体：0101PP3560101mkg92.51001325.1105.02.1PP，224内外内外DdAAAg2322m1032.10335.0053.04，13sm69.592.51032.13600/160/ggggggAmAVu。1-5．C250水在内径为50mm的管内流动，流速为1s2m。试求雷诺准数为若干？（答：51012.1）解：51012.1Redu。（C250下水的，查物性手册）1-6．（1）设流量为1s4L，水温C200，管径为mm5.3mm57，试判断流动类型。（2）条件与上相同，但管中流过的是某种油类，油的运动黏度为12scm4.4，试判断流动类型。（答：（1）51001.1，湍流；(2)2000231，层流）解：⑴mm5025.357d，1232sm04.205.010444dqAquVV，查物性手册得C200下水的密度和粘度分别为：3mkg2.998，sPa10004.13，40001001.110004.104.205.02.998Re53du所以流体在管内的流动类型为湍流；⑵2000231104.404.205.0Re4dudu所以流体在管内的流动类型为层流。1-7．密度为3m1800kg的某液体经一内径为mm60的管道输送到某处，若其流速为1s8m.0，求该液体的体积流量13hm，质量流量1skg和质量流速12smkg。（答：13hm148；1skg074；12smkg1440）解：48.006.0422udAuqV13133hm148sm1026.2，13skg07418001026.2Vmqq，122smkg1440)06.00785/(07.4/Aqumm。1-8．有一输水管路，C200的水从主管向两支管流动，主管内水的流速为1sm06.1，支管1与支管2的水流量分别为13hkg1020与13hkg1010。支管为mm5.3mm89。试求：（1）主管的内径；（2）支管1内水的流速。(答：（1）0.1md；（2）1s1.053m)习题1-8附图解：⑴Auq，21qqq233m1088.706.12.9983600/10)1020(uqA，42dAm1.01088.7443Ad；⑵11Auq，423111025.3892.9983600/10204Aqu12smkg053.1。1-9．已知水在管中流动。在截面1处的流速为1s0.5m。管内径为0.2m，由于水的压力产生水柱高为1m；在截面2处管内径为0.1m。试计算在截面1、2处产生水柱高度差h为多少？（忽略水由1到2处的能量损失）（答：0.191m）习题1-9附图解：1222112sm21.02.05.0dduu，对截面1与截面2列伯努利方程：gPgugPgu22212122guugPP2_212221，ghPPP21，m191.08.925.022_22212221guugPPgPh。1-10．图示吸液装置中，吸入管尺寸为mm5.2mm32，管的下端位于水面下m2，并装有底阀及拦污网，该处的局部压头损失为gu282。若截面2-2处的真空度为kPa2.39，由1-1截面至2-2截面的压头损失为gu2212。求：（1）吸入管中水的流量，13hm;（2）吸入口1-1处的表压。(答：（1）13h2.95m；（2）Pa101.044)习题1-10附图解：以水面为基准面，在基准面与1-1截面间列伯努利方程：fhuPgZuPgZ2221112000，00Z,00P（表压），00u，m21Z，guhf2821，代入上式得：guuP2828.920212112962.19211uP……①在1-1截面与2-2截面间列伯努利方程：212222211122fhuPgZuPgZ，m21Z，21uu，m32Z，kPa2.392P（表压），guhf2212121，代入上式得：41000102.398.951213uP……②由①与②解得：11sm43.1u，1214udAuqV1342hm95.4360043.11025.2324；由①式可以解得：Pa1004.141P。1-11．在图示装置中，出水管直径为mm5.3mm57。当阀门全闭时，压力表读数为30.4kPa,而在阀门开启后，压力表读数降至20.3kPa，设总压头损失为0.5m（水柱），求水的流量为若干13hm?(答：13h22.8m)习题1-11附图解：取水面为00截面，压力表处为11截面，以压力表管中心线为基准面。故00P，01Z。当阀门全关闭时：kPa4.301P，由流体静力学原理得：1100PgZPgZm1.38.91000104.30310gPZ，当阀门打开后，在00截面与11截面间列伯努利方程：fhgugPZgugPZ2221112000式中00u，kPa3.201P，水柱m5.0hf，11sm22.3u，1214udAuqV132hm8.223600422.325.357。1-12．在水平管道中，水的流量为13-3sm102.5,已知管内径cm5.25cm,21dd,及1m1h。若忽略能量损失，问联接于该管收缩断面上的水管，可将水自容器内吸上高度2h为多少？（答：0.234m）习题1-12附图解：12321sm27.105.0105.244dqAquVV，1222112sm08.5025.005.027.1dduu，以管中心线为基准面，取1d处为1-1面，2d处为2-2面，在1-1面与2-2面间列伯努利方程：gugPZgugPZ2222222111，又有021ZZguugPP2212221，m234.018.9227.108.52221212222hguugPh。1-13．求常压下C350的空气以1sm21的流速流经m120长的水平通风管的能量损失，管道截面为长方形，高300mm，宽200mm。（0005.0d设）（答：66.1m气柱，这个答案与读图很有关系）解：m24.02.03.022.03.0424baabde，56108.11035.181224.01465.1Redeu，由0005.0d，查图得018.0，气柱m1.668.921224.0120018.0222gudelhf。1-14．如图所示，某一输油管路未装流量计，但在A与B点压力表读数分别为MPa47.1Ap,MPa43.1Bp。试估计管路中油之流量。已知管路尺寸为mm4mm89的无缝钢管，A、B两点间长度为m40，其间还有6个090弯头，油的密度为3m820kg，黏度为smPa121。（答：13h17.6m）习题1-14附图解：取A点的水平面为基准面，在A与B间列伯努利方程：fBBBAAAhuPgZuPgZ2222式中：BAuu，0AZ，m15.05.1BZBABfPPgZh16kgJ98.388201043.147.18.91……①，22udllhef……②，①代入②得：2291.3512356081.04098.38uu111.02u……③，假设为层流，则：uudu117.0820081.0101216464Re643……④，将④代入③中得：1sm949.0u，校核Re6.52210121952.0081.0820Re3du与假设相符，132hm6.173600949.0081.04AuqV。1-15．水从水塔用mm4mm108有缝钢管引至车间的低位水槽中，水槽与水塔的液位差为12m，管路长度为150m（包括管件的当量长度）。水温为C120，试求此管路输水量为若干13hm（设002.0d）。（答：13hm3.72）解：由C12t查得：sPa00124.0，取低位水槽水面为基准面，在低位水槽和水塔间列伯努利方程：fBBBAAAhuPgZuPgZ2222式中：m12BAZZ，BAPP，BAuu22udlhZZgfBA21.0150122ug157.02u，uudu41006.800124.01.04.999Re，由002.0d查图并用试差法求得：024.0，1sm56.2u，132hm3.72360056.21.04AuqV。1-16．在管径为mm8mm325的管道中心装一皮托管，以测定管道中流过的空气流量，空气温度为C210，压力为Pa1047.15（绝压），用斜管压差计测量，其读数为O200mmH2。斜管压差计的倾斜角度为20度。问这时空气质量流量为若干？（答：1s2.98kg）解：mm4.6820sin200sinRR，355mkg75.1212731001.1293.12731047.1TPTP，0max2gRu1sm7.2775.175.110000684.08.92，55maxmax103.81