化工原理第四版第一章課后習題答案

1、精品 料推薦第一章 流體的壓力【 1-1】容器 A 中的氣體表壓為60kPa ，容器 B 中的氣體真空度為1.2104 Pa 。試分別求出 A 、 B 二容器中氣體的絕對壓力為若干帕，該處環(huán)境的大氣壓力等于標準大氣壓力。解 標準大氣壓力為101.325kPa容器 A 的絕對壓力pA101.325+60161.325 kPa容器 B 的絕對壓力pB.101 325 1289 325 kPa【 1-2】某設備進、出口的表壓分別為-12kPa 和 157kPa ，當?shù)卮髿鈮毫?01.3kPa 。試求此設備的進、出口的絕對壓力及進、出的壓力差各為多少帕。解 進口絕對壓力p進101 .312 89 .

2、3 kPa出口絕對壓力p出101 . 3157258.3 kPa進、出口的壓力差p 157 （ 12） 15712169kPa或p 258. 3 89. 3169 kPa流體的密度【 1-3】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩爾分數(shù)為0.4 ，試求該混合液在20下的密度。解 正庚烷的摩爾質(zhì)量為100kg / kmol ，正辛烷的摩爾質(zhì)量為114kg / kmol 。將摩爾分數(shù)換算為質(zhì)量分數(shù)正庚烷的質(zhì)量分數(shù)正辛烷的質(zhì)量分數(shù)120 41000 3690 4.0 6114100.10.3690.631從附錄四查得20 下正庚烷的密度1684kg / m3 ，正辛烷的密度為2703kg / m3混合液

3、的密度m1696kg / m30.369 0.631684703【 1-4】溫度20，苯與甲苯按4:6的體積比進行混合，求其混合液的密度。解20時，苯的密度為879kg / m3 ，甲苯的密度為867kg / m3 ?；旌弦好芏萴8790.486706871 .8 kg / m3【 1-5】有一氣柜，滿裝時可裝6000m3混合氣體，已知混合氣體各組分的體積分數(shù)為H 2N2COCO2CH 40.40.20.320.070.01操作壓力的表壓為5.5kPa ，溫度為40。試求： (1) 混合氣體在操作條件下的密度；(2)混合氣體的量為多少kmol 。解T 27340313 K， p101. 35.

4、 5106. 8 kPa（絕對壓力）1精品 料推薦混合氣體的摩爾質(zhì)量M m20.4280.2280.32440.0716 0.0118.6 kg / kmol(1) 混合氣體在操作條件下的密度為pM m106 818 60 7633m.kg / m8 314313.RT.3M m18 63(2) 混合氣體 V6000m ，摩爾體積為.m / kmolm 0.763V60000 763混合氣體的量為.246 kmolnM m18 6.m流體靜力學【 1-6 】如習題 1-6附圖所示，有一端封閉的管子，裝入若干水后，倒插入常溫水槽中，管中水柱較水槽液面高出2m ，當?shù)卮髿鈮毫?01.2kPa 。

5、試求： (1) 管子上端空間的絕對壓力； (2) 管子上端空間的表壓；(3) 管子上端空間的真空度；(4) 若將水換成四氯化碳，管中四氯化碳液柱較槽的液面高出多少米？解 管中水柱高出槽液面2m， h=2m水柱。(1) 管子上端空間的絕對壓力p絕在水平面1 1 處的壓力平衡，有p絕gh大氣壓力p絕10120010009.81281580Pa（絕對壓力）習題1-6 附圖(2) 管子上端空間的表壓p表p表p絕 - 大氣壓力 =8158010120019620 Pa(3) 管子上端空間的真空度p真p真 =- p表 =-1962019620 Pa(4) 槽內(nèi)為四氯化碳，管中液柱高度h 水 hh ccl4

6、常溫下四氯化碳的密度，從附錄四查得為ccl 4 1594 kg / m3100021 25mh .1594【 1-7】在 20條件下， 在試管內(nèi)先裝入12cm 高的水銀， 再在其上面裝入5cm 高的水。水銀的密度為13550kg / m3 ，當?shù)卮髿鈮毫?01kPa 。試求試管底部的絕對壓力為多少Pa 。2精品 料推薦解水的密度水 =998kg / m3p1011030.12135500.059989.81117 .410 3 Pa【 1-8 】如習題1-8 附圖所示，容器內(nèi)貯有密度為1250kg / m3 的液體，液面高度為3.2m 。容器側(cè)壁上有兩根測壓管線，距容器底的高度分別為2m 及

7、 1m ，容器上部空間的壓力（表壓）為29.4kPa 。試求： (1) 壓差計讀數(shù)（指示液密度為1400kg / m3 ）； (2)A 、 B 兩個彈簧壓力表的讀數(shù)。解容器上部空間的壓力p29. 4 kPa（表壓）液體密度1250kg / m3 ，指示液密度01400kg / m3(1) 壓差計讀數(shù) R=?在等壓面 11 上 p1p 1習題 1-8 附圖13 21hRgpp.p 1p3 221hgR0 g.p2 22 20g. h R g p. h g RRg00因 g00，故 R 0(2)pA p3 21g29.41032.212509.8156.4103.PapBp3.22g29.4103

8、1 212509.8144.1103.Pa【 1-9 】如習題1-9附圖所示的測壓差裝置，其U 形壓差計的指示液為水銀，其他管中皆為水。若指示液讀數(shù)為R150mm ，試求 A 、 B 兩點的壓力差。解等壓面 11，p1p 1p1pAH水 gp1pB0.5 H R 水 gR 汞 g由以上三式，得習題 1-9 附圖pApBR 汞 g0.5 R水 g已知 R0.15m，汞13600 kg / m3 ，pApB0.1513600 9.81 0.50.15 1000 9.813精品 料推薦13.64 103 Pa13.64 kPa【 1-10 】常溫的水在如習題1-10 附圖所示的管路中流動，為測量A

9、、 B 兩截面間的壓力差，安裝了兩個串聯(lián)的U 形管壓差計，指示液為汞。測壓用的連接管中充滿水。兩U 形管的連接管中，充滿空氣。若測壓前兩U 形壓差計的水銀液面為同一高度，試推導A 、 B兩點的壓力差p 與液柱壓力汁的讀數(shù)R1、 R2 之間的關(guān)系式。解設測壓前兩U 形壓差計的水銀液面，距輸水管中心線的距離為H 。在等壓面22 處p2pAHR1水 g R1汞 gR1R2氣 g22p 2pBHR2水 g R2汞 g2因 p2p 2 ，由上兩式求得習題 1-10附圖pApB( R1R2 )水氣g汞2因氣水故pA pBR1R2汞 -水g2【 1-11 】力了排除煤氣管中的少量積水，用如習題1-11附圖所

10、示水封設備，使水由煤氣管路上的垂直管排出。已知煤氣壓力為10kPa （表壓） ，試計算水封管插入液面下的深度 h 最小應為若干米。解p101031.02mh1000 9.81g習題 1-11 附圖流量與流速【 1-12 】有密度為1800 kg / m3的液體，在內(nèi)徑為60mm的管中輸送到某處。若其流速為08m/ s ，試求該液體的體積流量(m3h) 、質(zhì)量流量kg / s與質(zhì)量流速kg / m2s 。解 (1)體積流量qVd 2u40062082.2610 3 m3 / s 8.14m3 h4(2)質(zhì)量流量qmqV2.2610 318004 07kg / s.(3)質(zhì)量流速=qm=4.072

11、s)A=1440 kg / (m40.062【 1-13 】如習題1-13附圖所示的套管式換熱器，其內(nèi)管為33.5mm 3.25mm ，外管為60mm 3.5 mm 。內(nèi)管中有密度為1150kg / m3 、流量為5000kg / h 的冷凍鹽水流動。內(nèi)、外管之4精品 料推薦間的環(huán)隙有絕對壓力為，進、出口平均溫度為0，流量為160kg / h的氣體流動。在05MPa標準狀態(tài)下(0，101.325kPa) ，氣體的密度為 1.2kg / m3。試求氣體和鹽水的流速。解液體1150 kg / m3內(nèi)管內(nèi)徑d內(nèi)33.53.25227mm0.027 m液體質(zhì)量流量m5000/h，體積流量qV5000m

12、3 hqkg1150流速u液qV5000 /11502.11m / sd20.0272內(nèi)360044氣體質(zhì)量流量qm 160 kg / h0 51063密度氣1 2.5 92.101325. kg / m體積流量qV1603h5 92m.流速u氣160 / 5.925.67m / s0.053 20.0335236004習題1-13 附圖習題 1-14 附圖【 1-14 】如習題1-14 附圖所示，從一主管向兩支管輸送20的水。要求主管中水的流速約為 1.0ms ，支管1 與支管 2中水的流量分別為20t / h與10t / h 。試計算主管的內(nèi)徑，并從無縫鋼管規(guī)格表中選擇合適的管徑，最后計算

13、出主管內(nèi)的流速。解水 : t20，998.2kg / m31000kg / m3主管的流量qmqm1qm2201030t / h 30103kg / h體積流量qVqm3010330m3 / h ，流速u 1.0ms1000管徑dqV300.103103mm36000 785 1 0m3600u.4選擇108mm4mm 無縫鋼管，內(nèi)徑為d100mm ，主管內(nèi)水的流速qm / 360030 / 3600m / su1.06d20124(. )45精品 料推薦連續(xù)性方程與伯努利方程【 1-15 】常溫的水在如習題1-15附圖所示的管路中流動。在截面1 處的流速為0.5m/ s ，管內(nèi)徑為200mm

14、 ，截面 2 處的管內(nèi)徑為100mm 。由于水的壓力，截面1 處產(chǎn)生 1m高的水柱。試計算在截面1 與 2 之間所產(chǎn)生的水柱高度差h 為多少（忽略從1 到 2 處的壓頭損失） ?解u1 0.5m / s10 220 1d. m,d. md12u20.5222m / su1( )d2p1u12p2u22222222212210 51 875ppuu.22.pp1p21 8751 87510001875Pa.hp18750 191 191g1000 9 81.mmm.習題1-15 附圖習題 1-16 附圖另一計算法p1u12p2u22g2gg2gp1 p222220.52hu2u10.191mg2

15、g29.81計算液柱高度時，用后一方法簡便?！?1-16 】在習題1-16 附圖所示的水平管路中，水的流量為2.5L / s 。已知管內(nèi)徑 d1 5cm ,d22 5cm，液柱高度h11m。若忽略壓頭損失，試計算收縮截面2 處的靜壓頭。.解水的體積流量q2.5L / s 2.5 10 3 m3/ s ，V截面1 處的流速u1qV2.510 31.274 m / s20 052d14.420 052d112745 12 處的流速u2 u1.截面d20.025. m / s在截面1 與 2 之間列伯努利方程，忽略能量損失。6精品 料推薦p12p22u1u2g2gg2gp11d11 0.0510 0

16、25h22.g12210.025.274h25.129.8129.81截面 2 處的靜壓頭h20.218m 水柱負值表示該處表壓為負值，處于真空狀態(tài)。【 1-17 】如習題 1-17 附圖所示的常溫下操作的水槽，下面的出水管直徑為 57mm 3.5mm 。當出水閥全關(guān)閉時，壓力表讀數(shù)為 30.4kPa 。而閥門開啟后，壓力表讀數(shù)降至20.3kPa 。設壓力表之前管路中的壓頭損失為0.5m 水柱，試求水的流量為多少3m / h ?解 出水閥全關(guān)閉時，壓力表讀數(shù)30. 4kPa （表壓）能反映出水槽的水面距出水管的高度h習題1-17 附圖hp表30.4103g1033.1m9.81閥門開啟后，壓力

17、表讀數(shù)p2 20.3kPa （表壓）從水槽表面至壓力表處的管截面列出伯努利方程，以求出水管的流速u22Z1p2 + u2+H fg2gZ1h3.1m, H f0.5m水柱20 33u223 1100 5.9 8129 81.103.u23 23m/sd0 05m.水的流量qV220.0523.236 3410 3322.83d u4.m / sm / h4【 1-18 】若用壓力表測得輸送水、油（密度為880kg / m3 ）、 98%硫酸 (密度為 1830kg / m3 )的某段水平等直徑管路的壓力降均為49kPa 。試問三者的壓頭損失的數(shù)值是否相等？各為多少米液柱？解從伯努利方程得知，等

18、直徑水平管的壓頭損失H f 與壓力降p 的關(guān)系為 H fp 。gH f 水 =p491034.99m 水柱10009.81水 gH f 油 =p491035.68m 油柱油 g8809.817精品 料推薦H f 硫酸 =p4910 3硫酸 g18302.73m 硫酸柱9.81【 1-19 】如習題 1-19附圖所示，有一高位槽輸水系統(tǒng)，管徑為57mm 3.5mm。已知水在管路中流動的機械能損失為hf 45u2(u 為管內(nèi)流速 )。試求水的流量為多少m3 / h 。2欲使水的流量增加20% ，應將高位槽水面升高多少米？解 管徑 d0.05m ，2機械能損失hf 45u2(1) 以流出口截面處水平

19、線為基準面，Z15m, Z20,u10,u2？221u245u2習題 1-19 附圖Z g2221g59 81Z1 46u2.m/ s4623.水的流量qVd 2u240.05 21.46 2.8710 3m3 / s10.3 m3 h4(2)q V1 0.2 qV1.2qVu21 2u21 2 1 46 1 75 m/s.2231 752Z 1 g23 u 21( .)7 81( )Z 9 81m.高位槽應升高7.1852.18 m【 1-20 】如習題 1-20附圖所示， 用離心泵輸送水槽中的常溫水。泵的吸入管為32mm2.5mm，管的下端位于水面以下2m ，2并裝有底閥與攔污網(wǎng)，該處的局

20、部壓頭損失為8u。若截面 2 22g處的真 空度為39.2kPa ，由11 截面至 22 截面的壓頭損失 為12u 。試求： (1) 吸入管中水的流量，m3/ h ； (2) 吸入口 11 截2 2 g習題 1-20 附圖面的表壓。解管內(nèi)徑 d0.0320.002520.027mm ，水密度1000 kg / m3截面22 處的表壓 p239.2kPa ，水槽表面p10（表壓）(1)從00至22 ，00 為基準面，Z10,Z23m u00,u2?,21212壓頭損失H f8u2+u2=u22g22g82g2p02p22Z1u0Z 2u2H fg2gg2g8精品 料推薦39 2321210220

21、3.u8u10009 8129 81229 81.u21.43m/ s水的流量qd 2u23600(0027)21.43 36002.95m3 hV44(2) 從1 1至2 2,Z10 Z25,1p2122pZ2ugg2 2g139 210311 432p5.10009 8110009 81229 81.10310 4.表壓.110 4PakPa()p.流體的黏度【 1-21 】當溫度為 20及 60時，從附錄查得水與空氣的黏度各為多少？說明黏度與溫度的關(guān)系。解20 60水1.0051030 469103Pa sPa s.空氣18.1106Pa s20 1106Pa s.水溫度升高，黏度減??；空氣溫度升高，黏度增大。雷諾數(shù)與流體流動類型【 1-22 】 25的水在內(nèi)徑為50mm的直管中流動，流速為2m/s 。試求雷諾數(shù)，并判斷其流動類型。解25，水的黏度0.893710 3Pa s ，密度997kg / m3 ，管內(nèi)徑 d 0.05m ，流速u 2m/ sRedu0.0529971 121054000 為湍流0 893710 3.【 1-23 】(1) 溫度為20、流量為4L / s的水，在57mm3.5mm的直管中流動，試判斷流動類型； (2) 在相同的條件下，水改為運動黏度為4.4cm2