[研究生入學(xué)考試]南京工業(yè)大學(xué) 化工原理習(xí)題

1、南京工業(yè)大學(xué)化工原理習(xí)題解答緒論習(xí)題1） 含水份52%的木材共120kg，經(jīng)日光照曬，木材含水份降至25%，問：共失去水份多少千克？以上含水份均指質(zhì)量百分數(shù)。 木材 木材 120(1-0.52)=(120-w)(1-0.25) 照曬 w=43.2kg2） 以兩個串聯(lián)的蒸發(fā)器對naoh水溶液予以濃縮，流程及各符號意義如圖所示，f、g、e皆為naoh水溶液的質(zhì)量流量，x表示溶液中含naoh的質(zhì)量分數(shù)，w表示各蒸發(fā)器產(chǎn)生水蒸汽的質(zhì)量流量。若，問：w1、w2、e、x1各為多少？ w1kg/s w2kg/s naoh水液 g kg/s e kg/s f=6.2kg/s 蒸發(fā)器1 蒸發(fā)器2 x2 =0.3

2、0 x0=0.105 w1:w2=1:1.15 , x-(wt),x1,w1,w2,d,e=? 對控制體i，naoh物料衡算：fx0=ex2即 6.20.105=e0.30 e=2.17 kg/s w1+w2=f-e=6.2-2.17=4.03 kg w1=4.03/2.15=1.87 kg/s ，w2=4.03-1.87=2.16 kg/s 對控制體ii，總的物料衡算：g=f-w1=6.2-1.87=4.33 kg/s fx0=gx2 即6.20.105=4.33x1,x1=0.15 3)某連續(xù)操作的精餾塔分離苯與甲苯。原料液含苯0.45（摩爾分率，下同），塔頂產(chǎn)品含苯0.94。已知塔頂產(chǎn)品

3、含苯量占原料液中含苯量的95%。問：塔底產(chǎn)品中苯的濃度是多少？按摩爾分率計。解：0.95=4)導(dǎo)熱系數(shù)的si單位是w/(m)，工程制單位是kcal/(mh)。試問1kcal/( mh)相當于多少w/(m)？并寫出其因次式。1kcal/(m.h.0c)=?j/(m.s.0c)寫出導(dǎo)熱系數(shù)的因次式。1kcal=4.187103j,1h=3600s5)已知理想氣體通用常數(shù)物理大氣壓升/(摩爾k)，試求采用j/(kmolk)時r的數(shù)值。解：寫出以j/（kmolk）的單位為理想氣體通用常數(shù)r之值。 1物理大氣壓=1.0133105n/m2，1升=10-3m3 r=0.082056） 水蒸汽在空氣中的擴散

4、系數(shù)可用如下經(jīng)驗公式計算：式中 d擴散系數(shù)，英尺2/h；p壓強，atm；t絕對壓強，。試將上式改換成采用si單位的形式。各物理量采用的單位是：dm2/s，ppa，tk。解:經(jīng)驗公式的單位換算:物理量 擴散系數(shù)壓強絕對溫度原來單位英尺2/hatm0r后來單位m2/spak1英尺2/h=0.30482/3600m2/s=2.5810-5m2/s,1atm=1.0133105pa,溫差 1k=1.80r7） 在冷凝器中蒸汽與冷卻水間換熱，當管子是潔凈的，計算總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗式為：式中 k總傳熱系數(shù)，btu/(ft2h)；u水流速，ft/s。試將上式改換成采用si單位的形式。各物理量采用的單位是：kw

5、/(m)，um/s。解：經(jīng)驗公式的單位換算：物理量傳熱系數(shù)流速原來單位but/ft2.h.0f)ft/s后來單位w/（m2.k）m/s1but/(ft2.h.0f)=5.678w/(m2.k),1ft/s=0.3048m/s第一章 流體流動習(xí)題解答 1某敞口容器內(nèi)盛有水與油。如圖。已知水及油的密度分別為1000和860kg/m3，解：h1=600mm，h2=800mm，問h為多少mm？2.有一幢102層的高樓，每層高度為4m。若在高樓范圍內(nèi)氣溫維持20不變。設(shè)大氣靜止，氣體壓強為變量。地平面處大氣壓強為760mmhg。試計算樓頂?shù)拇髿鈮簭?，以mmhg為單位。3.某水池，水深4米，水面通大氣，水

6、池側(cè)壁是鉛垂向的。問：水池側(cè)壁平面每3米寬度承受水的壓力是多少n？外界大氣壓為1atm。 4 4外界大氣壓為1atm，試按理想氣體定律計算0.20at（表壓）、20干空氣的密度。空氣分子量按29計。5 5有個外徑為r2、內(nèi)徑為r1為的空心球，由密度為的材料制成。若將該球完全淹沒在某密度為的液體中，若球能在任意位置停留，試求該球的外徑與內(nèi)徑之比。設(shè)球內(nèi)空氣重量可略。 6 6為放大以u形壓差計測氣體壓強的讀數(shù)，采用傾斜式u形壓差計。如圖。指示液是=920kg/m3的乙醇水溶液。氣體密度為1.20kg/m3。讀數(shù)r=100mm。問p1與p2的差值是多少mmhg？采用微差u形壓差計測壓差。如圖。已知u

7、形管內(nèi)直徑d為6mm，兩擴大室半徑均為80mm，壓差計中用水和礦物油作指示液，密度分別為1000及860kg/m3。當管路內(nèi)氣體壓強p與外界大氣壓p0相等時，兩擴大室油面齊平，u形管兩只管內(nèi)油、水交界面亦齊平?，F(xiàn)讀得讀數(shù)r=350mm，試計算：（1）氣體壓強p（表）。（2）若不計擴大室油面高度差，算得的氣體壓強p是多少？（3）若壓差計內(nèi)只有水而不倒入礦物油，如一般u形壓差計，在該氣體壓強p值下讀數(shù)r0為多少？ 7 7某傾斜的等徑直管道內(nèi)有某密度的液體流過。如圖。在管道的a、b截面設(shè)置了兩套u形壓差計測壓差，下測用的是一般u形壓差計，上測用的是復(fù)式u形壓差計，所用的指示液均為密度是1的同一種液體

8、。復(fù)式壓差計中兩段指示液之間的流體是密度為的流過管道內(nèi)的液體。試求讀數(shù)r1與r2、r3的關(guān)系。 9)將水銀倒入到圖示的均勻管徑的u形管內(nèi)，水銀高度h1=0.25m。然后將水從左支管倒入，測得平衡后左支管的水面比右支管的水銀面高出0.40m。試計算u形管內(nèi)水與水銀的體積比。解： r1 =0.4m r2h1=0.25m 1 1 l=0.015m l 習(xí)題9附圖如圖所示1-1為等壓面, p1=p1r水g(r1+r2) = r水銀gr2103(0.4+r2) = 13.6103r2 r2 = 0.0317mv水銀 = d2(2h1+l)v水 = d2(r1+r2) v水銀/ v水 = (2h1+l)/

9、 (r1+r2) = (20.25+0.015)/(0.4+0.0317) = 1.1910) 一直立煤氣管，在底部u形壓差計h1=120mm，在h=25m高處的u形壓差計h2=124.8mm。u形管指示液為水。管外空氣密度為1.28kg/m3。設(shè)管內(nèi)煤氣及管外空氣皆靜止，求管內(nèi)煤氣的密度。h2hh1 習(xí)題10附圖 p2 p2解：h p1 p1p1p1= r水gh1 (1)p2p2= r水gh2 (2)(1)減(2)，得(p1p2)(p1p2) = r水g(h1h2) (3)其中 p1p2 = r煤gh，p1p2 = r空gh，代入(3)式,得：r煤ghr空gh = r水g(h1h2)即 r煤

10、 = r水(h1h2)/hr空 = 103(0.1200.1248)/251.28= 1.088 kg/m311以2”的普通壁厚的水煤氣鋼管輸送15的清水，水在管內(nèi)滿流。已知水流速u=1.5m/s，求水的質(zhì)量流量、質(zhì)量流速和體積流量。12如圖所示，質(zhì)量為3.5kg，面積為4046cm2的一塊木板沿著涂有油的斜面等速向下滑動。已知v=1.2m/s，=1.5mm（油膜厚度）。求滑油的粘度。 13 5 12 v d 13解： t a 5 12v a g d從受力分析 gsina = ta mg sina = tat = =3.59.81/(404610-4) = 71.77 n/m2t = m= m

11、m = = 71.771.510-3/1.2 = 0.0897 pas13以壓縮空氣將某液體自儲槽壓送到高度h=5.0m、壓強p2為2.5at（表壓）的容器內(nèi)，如圖。已知液體密度=1800kg/m3，流體的流動阻力為4.0j/kg。問：所需的壓縮空氣壓強p1至少為多少at（表壓）？14水以70m3/h的流量流過傾斜的異徑管通。如圖。已知小管內(nèi)徑da=100mm，大管內(nèi)徑db=150mm，b、a截面中心點高度差h=0.3m，u形壓差計的指示液為汞。若不計ab段的流體流動阻力，試問：u形壓差計哪一支管內(nèi)的指使液液面較高？r為多少？ 15水以6.410-4m3/s的流量流經(jīng)由小至大的管段內(nèi)。如圖。小

12、管內(nèi)徑d1=20mm，大管內(nèi)徑d2=46mm。欲測1、2兩截面處水的壓差，為取得較大的讀數(shù)r，采用倒u形壓差計。已知壓差計內(nèi)水面上空是=2.5kg/m3的空氣，讀數(shù)r=100mm。求水由1至2截面的流動阻力hf。 16水從噴嘴口1-1截面垂直向上噴射至大氣。如圖。設(shè)在大氣中流束截面保持圓形，已知噴嘴內(nèi)直徑d1=20mm，出噴嘴口水流速u1=15m/s。問：在高于噴嘴出口5m處水流的直徑是多大？忽略摩擦阻力。解：1-1與2-2之間列柏努利方程 2 2gz1u12/2p1/r = gz2u22/2p2/r z1 = 0，z2 = 5m，p1 = p2 u12/2 = gz2u22/2152/2 =

13、 9.815u22/2 1 1 u2 = 11.26m/s 又， u1d12 = u2d22 習(xí)題16附圖 d2 = (u1/u2)1/2d1 = 0.020 = 0.0231 m17高、低水庫的水面高度差h=42m，水流量為30m3/s，水流的總阻力為4.5mh2o。如圖。已知透平的效率=0.78，試計算透平的輸出功率。解：u1=u2=0，p1=p2，z2=0， 1 1z1=h=42m1-1與2-2間列柏努利方程 hgz1+u12/2+p1/r+ws = gz2+u22/2+p2/r+shfws =gz1+shf =9.81424.59.81103/103 2 2 =368 j/kgna =

14、 wsvr =36830103=1.10107 wne= nah = 1.101070.78=8.61106 w=8.61103 kw18某水溶液在圓直、等徑管內(nèi)層流動。管內(nèi)半徑為r。設(shè)測點流速的探針頭位置與管軸線的距離為r。問：測點相對位置 為多少時該點的點流速等于平均流速？19以水平圓直管輸送某油品。管內(nèi)徑為d1，管兩段壓差為 。因管道腐蝕，擬更換管道。對新裝管道要求如下：管長不變，管段壓降為原來壓降的0.75，而流量加倍。設(shè)前后情況流體皆為層流。問：新管道內(nèi)徑d2與原來管內(nèi)徑d1之比為多少？ 20在機械工程中常會遇到流體在兩平行固體壁的間隙中作一維定態(tài)流動的情況。如圖。設(shè)流動為層流。設(shè)間

15、隙厚為2y0，試證流體沿y軸向點流速呈如下拋物線規(guī)律分布： 解：對長度l，高度y，寬度為1的流體元作受力與運動分析: 21粘度為，密度為的液體沿鉛垂向平壁膜狀流下。如圖。設(shè)液體層流流動，液膜厚度為，平壁寬度為b。試推導(dǎo)任一流動截面上液體點流速v隨y的變化規(guī)律，并證明平均流速 解：取寬為b,長為dx ,高為y的流體元作受力與運動分析: 22)串聯(lián)兩管1、2，d1=d2/2，l1=80m，re1=1600，shf1 = 0.54m液柱，shf2 = 56mm液柱，求l2。局部阻力可略。解： re = ，re,2 / re,1 = d1 / d2 =1/2， re,2 = re,1 /2 = 160

16、0/2 = 800，兩管內(nèi)皆為層流又，shf = 32mul / (rgd2) 32mvl / (d2rgd2) l/d4shf,2 /shf,1 = (d1/d2)4l2/l1 即 56/540 = (1/2)4l2/80l2 = 133 m23)原r1=920kg/m3，m1=1.30p，現(xiàn)r2=860kg/m3，m2=1.15p，層流，w2/w1=1.30求：dpf1/dpf2。局部阻力不計。解：層流，dpf = 32mul / d2= 32mwl / (d2rd2) dpf,2 / dpf,1 = (m2/m1)(w2/w1)(r1/r2) = 1.30= 1.2324) 24) 某牛

17、頓型流體在圓、直、等徑管內(nèi)流動，在管截面上的速度分布可表達為v=24y-200y2，式中：y 截面上任一點至管壁的徑向距離，m；v 該點的點流速，m/s。試求：(1)管半徑中點處的流速。 (2)管壁處的剪應(yīng)力。該流體的粘度為0.045pas。解：若為層流，v = vmax1(r/r)2 = vmax(r2r2)/ r2 = vmax(rr)(r+r)/r2= vmaxy(2ry) / r2 = 2 vmaxy /rvmaxy2/r2可見，該流型為層流2vmax / r = 24，vmax / r2 = 200，二式相除，得(vmax / r2) / (2vmax / r) = 1/(2r) =

18、 200/24r = 0.06mi . y = 0.06/2 = 0.03m，v = 24y200y2 = (240.03)(2000.032)=0.54m/sii. dv/dy = 24400y , dv/dy y=0 = 24tw = m( dv/dy )y=0 = 0.04524 = 1.08 n/m225) w= 35t/h，h= 20m，j1084mm，m = 2840cp，r = 952kg/m3，h = 50%， n= 85kw，求包括局部阻力當量管長的總管長。解： w = 35t/h = 35103kg/hd = 10842 = 100mm = 0.1m ，m = 2840cp

19、 = 2.84pasne = nh = 851030.5 = 4.25104 wws = ne/w = 4.251043600/(35103) = 4371 j/kg1-1與2-2間列柏努利方程gz1+u12/2+p1/r+ ws = gz2+ u22/2+p2/r+shfz1 = 0，z2 = h = 20m，u1= u2= 0，p1= p2 ws = gh+shfshf = wsgh = 43719.8120 = 4175 j/kgu =35103/ (36009520.12) = 1.30 m/sre = 43.6 110 m3/h 適用 (2) h=(d/d)2h v=(d/d)v 切

20、削葉輪后：(d/d)2h=131.8-0.384(d/d)v 即 h=(d/d)2131.8-0.384(d/d)v v=110 m3/h 時，h=(d/d)2131.8-0.384(d/d)v=(d/d)2131.8-0.384(d/d) 110 =131.8(d/d)2-42.24(d/d) he=55+0.00201v2 =55+0.002011102=79.32 m ，由he=h，解得d/d=0.95213） 13）某離心泵輸水流程如附圖示。泵的特性曲線方程為：he=42-7.8104v2 (he-m , v-m3/s)。圖示的p為1kgf/cm2(表)。流量為12 l/s時管內(nèi)水流已

21、進入阻力平方區(qū)。若用此泵改輸r=1200kg/m3的堿液, 閥開啟度、管路、液位差及p值不變，求堿液流量和離心泵的有效功率。 習(xí)題13 附圖解：p=1kgf/cm2=9.807104pa v=12l/s=0.012m3/s 管路he=h0+kv2=10+(9.807104)/(9.8071000)+kv2=20+k0.0122 he=42-7.81040.0122=30.77 m he=hek=7.48104 改輸堿液閥門開度、管路不變 k=7.48104 不變 管路: he=dz+p/(rg)+kv2=10+9.81104/(9.811200)+7.48104v2 =18.33+7.4810

22、4v2 泵 he=42-7.8104v2 he=he ，解得：v=0.0124m3/s he=42-7.8104v2=42-7.81040.01242=30.0 m ne= hegvr=30.09.810.01241200=4.38103w14) 14)某離心泵輸水，其轉(zhuǎn)速為2900r/min，已知在本題涉及的范圍內(nèi)泵的特性曲線可用方程he = 36-0.02v來表示。泵出口閥全開時管路特性曲線方程為： he = 12 + 0.05v2(兩式中he、hem，vm3/h)。求泵的最大輸水量。當要求水量為最大輸水量的85 %時，若采用庫存的另一臺基本型號與上述泵相同，但葉輪經(jīng)切削5 %的泵，需如何

23、調(diào)整轉(zhuǎn)速才能滿足此流量要求？解：(1)由he=36-0.02v he=12+0.05v2 令he=he 解得v=21.71m3/h (2)d/d=0.95 v=0.85v=0.8521.71=18.45m3/h 另一泵：he=360.952-0.020.95v=32.49-0.019v 調(diào)整轉(zhuǎn)速后：he=32.49(n/2900)2-0.019(n/2900)v =32.49(n/2900)2-0.019(n/2900) 18.45 =32.49(n/2900)2-0.351(n/2900) 又 he=12+0.05v2 =12+0.0518.452=29.02 m，由 he=he 解得n=2

24、756 r/min15) 15)某離心泵輸水流程如圖示。水池敞口，高位槽內(nèi)壓力為0.3at(表)。該泵的特性曲線方程為：he=48-0.01v2 (hem , vm3/h)。在泵出口閥全開時測得流量為30m3/h?，F(xiàn)擬改輸堿液，其密度為1200kg/m3，管線、高位槽壓力等都不變，現(xiàn)因該泵出現(xiàn)故障，換一臺與該泵轉(zhuǎn)速及基本型號相同但葉輪切削5 %的離心泵進行操作，問閥全開時流量為多少？ 解：p=0.3at=2.94104 pa 管路he=dz+p/(rg)+kv2=20+2.94104/(9.811000)+kv2=23+kv2 v=30m3/h時he=48-0.01v2=48-0.01302=

25、39 m 習(xí)題15 附圖he=23+kv2=23+k302 由于he=he k=0.0178 管路he=23+0.0178v2 泵: he=48(d/d)2-0.01v2=480.952-0.01v2=43.32-0.01v2 改泵后管路: he=dz+p/(rg)+kv2=20+2.94104/(9.811200)+0.018v2 =22.5+0.018v2 he=43.32-0.01v2 he=22.5+0.018v2 得v=27.3 m3/h16) 16)is100-80-160型離心泵， p0=8.6mh2o,水溫150c,將水由低位槽汲入泵，有管路情況基本的性能，知v=60m3/h,

26、查的h,允=3.5m,已知汲入管阻力為2.3m,h2o,求最大安裝高度解 150c清水：=9999kg./m3,pv=1705.16pa 17) 17)100ky100-250型離心泵，p0=8.6mh2o,水溫150c,將水由低位槽汲入泵，已知工作點流量為100m3/h,查得hs=5.4m,汲水管內(nèi)徑為100mm,汲水管阻力為5.4mh2o。求hg,max 18）大氣狀態(tài)是10、750mmhg(絕壓)。現(xiàn)空氣直接從大氣吸入風(fēng)機，然后經(jīng)內(nèi)徑為800mm的風(fēng)管輸入某容器。已知風(fēng)管長130m，所有管件的當量管長為80m，管壁粗糙度，空氣輸送量為2104m3/h (按外界大氣條件計)。該容器內(nèi)靜壓強

27、為1.0104pa(表壓)。庫存一臺9-26型no.8離心式風(fēng)機，當流量為21982 m3/h，mmh2o，其出風(fēng)口截面為0.3920.256m2。問：該風(fēng)機能否適用？19） 19） 離心式風(fēng)機輸送空氣，由常壓處通過管道水平送至另一常壓處。流量6250kg/h。管長1100m(包括局部阻力)，管內(nèi)徑0.40m,摩擦系數(shù)0.0268。外界氣壓1kgf/cm2，大氣溫度20，。若置風(fēng)機于管道出口端，試求風(fēng)機的全風(fēng)壓。提示：1. 風(fēng)管兩端壓力變化(p1-p2)/p1 20 %時，可視為恒密度氣體，其rm值按平均壓力(p1+p2)/2計算。2. 為簡化計算，進風(fēng)端管內(nèi)氣體壓力視為外界氣壓。3. 管道兩

28、端壓差 104pa 解: 以下以h表示管路的壓降 (p1p2)。 pm=p0+(p0h)/2=p0h/2 rm=pmm/(rt)=(p0h/2)m/(rt) h=l(l/d)(u2/2) rm=l(l/d)( rm u)2/(2rm) =llw2/(p/4)d222drm =8llw2rt/p2d5(p0h/2)m 令c=8llw2rt/(p2d5m) 則上式為 h22p0h+2c=0 其中c=80.02681100(6250/3600)28314293.2/(p20.40529)=5.912108 由 h2(29.81104)h+(25.912108)=0 解得 h=6222 pa 校核：h/p1=6222/(9.81104)=0.063 0.20，把氣體密度視為常量是可以的。 則風(fēng)機的全風(fēng)壓h全=h=6222 pa20） 20） 離心泵、往復(fù)泵各一臺并聯(lián)操作輸水。兩泵“合成的”性能曲線方程為：he = 72.50.00188(v-22)2，v指總流量。 閥全開時管路特性曲線方