化工原理王志魁第五版习题解答：第一章--流体流动

第一章流体流动流体静力学【1-6】如习题1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中，管中水柱较水槽液面高出2m，当地大气压力为101.2kPa。试求：(1)管子上端空间的绝对压力；(2)管子上端空间的表压；(3)管子上端空间的真空度；(4)若将水换成四氯化碳，管中四氯化碳液柱较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)管子上端空间的绝对压力绝p在水平面11'处的压力平衡，有.绝绝大气压力1012001000981281580（绝对压力）pghpPa(2)管子上端空间的表压表p表绝-大气压力=8158010120019620ppPa(3)管子上端空间的真空度真p真表=-=-1962019620ppPa(4)槽内为四氯化碳，管中液柱高度'h'cclhh4水常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为/cclkgm431594'.hm100021251594【1-7】在20℃条件下，在试管内先装入12cm高的水银，再在其上面装入5cm高的水。水银的密度为/313550kgm，当地大气压力为101kPa。试求试管底部的绝对压力为多少Pa。解水的密度/3水=998kgm....331011001213550005998981117410pPa【1-8】如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为/31250kgm的液体，液面高度为3.2m。容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为2m及1m，容器上部习题1-6附图空间的压力（表压）为29.4kPa。试求：(1)压差计读数（指示液密度为/31400kgm）；(2)A、B两个弹簧压力表的读数。解容器上部空间的压力.294（表压）pkPa液体密度/31250kgm，指示液密度/301400kgm(1)压差计读数R=?在等压面''1111上pp.'...pphRgpphgRgphRgphgRgRg110003213221222200因g0，故0R(2).....AppgPa333212941022125098156410.....333222941012125098144110BppgPa【1-9】如习题1-9附图所示的测压差装置，其U形压差计的指示液为水银，其他管中皆为水。若指示液读数为150Rmm，试求A、B两点的压力差。解等压面''1111，pp1水AppHg'.1汞水05gBppHRgR由以上三式，得.汞水05ABppRgRg已知./3汞015，13600Rmkgm，.....01513600981050151000981ABpp..31364101364PakPa【1-10】常温的水在如习题1-10附图所示的管路中流动，为测量A、B两截面间的压力差，安装了两个串联的U形管压差计，指示液为汞。测压用的连接管中充满水。两U形管的连接管中，充满空气。若测压前两U形压差计的水银液面为同一高度，试推导A、B两点的压力差p与液柱压力汁的读数12、RR之间的关系式。习题1-8附图习题1-9附图习题1-10附图解设测压前两U形压差计的水银液面，距输水管中心线的距离为H。在等压面'22处11221汞水气22ARRRppHgRgg'222汞水2BRppHgRg因'22pp，由上两式求得()水气12汞g2ABppRR因气水故 水12汞-2ABppRRg【1-11】力了排除煤气管中的少量积水，用如习题1-11附图所示水封设备，使水由煤气管路上的垂直管排出。已知煤气压力为10kPa（表压），试计算水封管插入液面下的深度h最小应为若干米。解..310101021000981phmg流量与流速【1-12】有密度为/31800kgm的液体，在内径为60mm的管中输送到某处。若其流速为/0．8ms，试求该液体的体积流量()3／mh、质量流量/kgs与质量流速/2kgms。解(1)体积流量./.223330．060．822610814／44Vqdumsmh(2)质量流量../mVqqkgs3226101800407(3)质量流速./().22407===14400064mqkgmsA【1-13】如习题1-13附图所示的套管式换热器，其内管为.mm.mm335325，外管为mm.mm6035。内管中有密度为/31150kgm、流量为/5000kgh的冷冻盐水流动。内、外管之间的环隙有绝对压力为0．5MPa，进、出口平均温度为0℃，流量为/160kgh的气体流动。在标准状态下(0℃，101.325)kPa，气体的密度为./312kgm。试求气体和盐水的流速。解液体/31150kgm内管内径...dmmm内3353252270027习题1-11附图液体质量流量/5000mqkgh，体积流量35000／1150Vqmh流速/./.液22内500011502113600002744Vqumsd气体质量流量/mqkgh160密度.../63气051012592101325kgm体积流量.3160／592Vqmh流速/../..ums气2216059256736000053003354习题1-13附图习题1-14附图【1-14】如习题1-14附图所示，从一主管向两支管输送20℃的水。要求主管中水的流速约为.10／ms，支管1与支管2中水的流量分别为//20与10thth。试计算主管的内径，并从无缝钢管规格表中选择合适的管径，最后计算出主管内的流速。解.//33水:20℃，99821000tkgmkgm主管的流量//3122010303010mmmqqqthkgh体积流量/333010301000mVqqmh，流速.10／ums管径...Vqdmmmu300103103360007851036004选择1084mmmm无缝钢管，内径为100dmm，主管内水的流速//./(.)mqumsd2236003036001060144【1-15】若管内湍流速度分布为1/7max1rruuR，试推倒此时的maxuu值。解17max002r21RRSrVdrVrdrR令1-,1,rxrRxdrRdxR1101277maxmax1082127SVVxRxRdxRVxxdx其中8151770777749=-=-=815815120xx则2maxmax2494912060sVUVRV连续性方程与伯努利方程【1-16】常温的水在如习题1-16附图所示的管路中流动。在截面1处的流速为./05ms，管内径为200mm，截面2处的管内径为100mm。由于水的压力，截面1处产生1m高的水柱。试计算在截面1与2之间所产生的水柱高度差h为多少（忽略从1到2处的压头损失）?解./105ums.,.dmdm120201.()/2212120522duumsd22112222pupu..22221221205187522ppuu..121875187510001875pppPa..187501911911000981phmmmg习题1-16附图习题1-17附图另一计算法22112222pupugggg...22221221205019122981ppuuhmgg计算液柱高度时，用后一方法简便。【1-17】在习题1-17附图所示的水平管路中，水的流量为./25Ls。已知管内径15dcm,.225dcm，液柱高度11hm。若忽略压头损失，试计算收缩截面2处的静压头。解水的体积流量././33252510VqLsms，截面1处的流速../.312212510127400544Vqumsd截面2处的流速.../.2212120051274510025duumsd在截面1与2之间列伯努利方程，忽略能量损失。22112222pupugggg..11100511002522pdhg.....2221274511002529812981h截面2处的静压头.20218hm水柱负值表示该处表压为负值，处于真空状态。【1-18】如习题1-18附图所示的常温下操作的水槽，下面的出水管直径为.5735mmmm。当出水阀全关闭时，压力表读数为30.4kPa。而阀门开启后，压力表读数降至20.3kPa。设压力表之前管路中的压头损失为0.5m水柱，试求水的流量为多少/3mh?解出水阀全关闭时，压力表读数30.4kPa（表压）能反映出水槽的水面距出水管的高度h...phmg3表3304103110981阀门开启后，压力表读数 .2203pkPa（表压）从水槽表面至压力表处的管截面列出伯努利方程，以求出水管的流速2u 2221++2fpuZHgg.,.13105水柱fZhmHm.....2323203103105298110981u./.2323005umsdm水的流量..././2233320053236341022844Vqdumsmh【1-19】若用压力表测得输送水、油（密度为/3880kgm）、98%硫酸(密度为/31830kgm)的某段水平等直径管路的压力降均为49kPa。试问三者的压头损失的数值是否相等？各为多少米液柱？解从伯努利方程得知，等直径水平管的压头损失fH与压力降p的关系为fpHg。..fpHmg3水水4910=499水柱1000981..fpHmg3油油4910=568油柱880981..fpHmg3硫酸硫酸4910=273硫酸柱1830981【1-20】如习题1-20附图所示，有一高位槽输水系统，管径为.mmmm5735。已知水在管路中流动的机械能损失为2452fuh(u为管内流速)。试求水的流量为多少/3mh。欲使水的流量增加20%，应将高位槽水面升高多少米？解管径.005dm，机械能损失2452fuh(1)以流出口截面处水平线为基准面，,,,1212500？ZmZuu222214522uuZg../Zgums12259811464623水的流量.../.Vqdumsmh22333200514628710103／44(2)'..10212VVVqqq '..../221212146175uums'(')21223Zgu(.)'..Zm2123175781981高位槽应升高..m7185218【1-21】如习题1-21附图所示，用离心泵输送水槽中的常温水。泵的吸入管为.mmmm3225，管的下端位于水面以下2m，并装有底阀与拦污网，该处的局部压头损失为282ug。若截面'22处的真空度为39.2kPa，由'11截面至'22截面的压头损失为2122ug。试求：(1)吸入管中水的流量，/3mh；(2)吸入口'11截面的表压。解管内径...00320002520027dmm，水密度/31000kgm截面'22处的表压.2392pkPa