化工原理(第四版)(王志魁)习题详解

1第一章流体流动流体的压力【1-1】容器A中的气体表压为60kPa，容器B中的气体真空度为.41210Pa。试分别求出A、B二容器中气体的绝对压力为若干帕，该处环境的大气压力等于标准大气压力。解标准大气压力为101.325kPa容器A的绝对压力..pkPaA101325+60161325容器B的绝对压力..BpkPa1013251289325【1-2】某设备进、出口的表压分别为-12kPa和157kPa，当地大气压力为101.3kPa。试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。解进口绝对压力..进101312893pkPa出口绝对压力..出10131572583pkPa进、出口的压力差..pkPapkPa157（12）15712169或2583893169流体的密度【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩尔分数为0.4，试求该混合液在20℃下的密度。解正庚烷的摩尔质量为/kgkmol100，正辛烷的摩尔质量为/kgkmol114。将摩尔分数换算为质量分数正庚烷的质量分数....10410003690410006114正辛烷的质量分数..2103690631从附录四查得20℃下正庚烷的密度/kgm31684，正辛烷的密度为/kgm32703混合液的密度/..3169603690631684703mkgm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。2(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【1-8】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习题1-6附图习题1-8附图3.....333222941012125098144110BppgPa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连续性方程与伯努利方程【1-15】常温的水在如习题1-15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另一计算法习题1-15附图习题1-16附图422112222pupugggg...22221221205019122981ppuuhmgg计算液柱高度时，用后一方法简便。【1-19】如习题1-19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【1-23】(1)温度为20℃、流量为/4Ls的水，在.mmmm5735的直管中流动，试判断流动类型；(2)在相同的条件下，水改为运动黏度为./244cms的油，试判断流动类型。解(1).,/.,./VdmqmsPaskgm3333005410，1005109982流速./(.)Vqumsd322410203800544雷诺数...Re..5300520389982101104000为湍流100510du(2)././vcmsms242444410雷诺数..Re.400520382322000为层流4410duv【1-28】水的温度为10℃，流量为330／Lh，在直径.mmmm5735、长为100m的直管习题1-19附图习题1-20附图5中流动。此管为光滑管。(1)试计算此管路的摩擦损失；(2)若流量增加到990／Lh，试计算其摩擦损失。解水在10℃时的密度.39997／kgm，黏度.,.,Pasdmlm3130610005100，光滑管。(1)体积流量/.VqLhmh3330033／流速../.Vqumsd22033004673600360000544雷诺数. Re.30．050．046799971787层流130610du摩擦系数 Re64640．03581787摩擦损失(.)/.fluhJkgd22100004670．0358=0．078120052(2)体积流量/.3990099／VqLhmh因流量是原来的3倍，故流速../ums004673014雷诺数Re178735360湍流对于光滑管，摩擦系数用Blasius方程式计算.....Re()025025031640316400375360也可以从摩擦系数与雷诺数Re的关联图上光滑管曲线上查得，.0037。摩擦损失(.)/.22100014=0．037=0．72520052fluhJkgd【1-29】试求下列换热器的管间隙空间的当量直径：(1)如习题1-29附图(a)所示，套管式换热器外管为mmmm2199，内管为mmmm1144；(2)如习题1-29附图(b)所示，列管式换热器外壳内径为500mm，列管为mmmm252的管子174根。习题1-29附图解(1)套管式换热器，内管外径.10114dm，外管内径.20201dm当量直径...21020101140087edddm(2)列管式换热器，外壳内径.205dm，换热管外径.10025dm，根数174n根当量直径()(.)(.) .()..222221210517400254400291051740025ednddmdnd6【1-32】如习题1-32附图所示，有黏度为.17mPas、密度为/3765kgm的液体，从高位槽经直径为mmmm1144的钢管流入表压为0．16MPa的密闭低位槽中。液体在钢管中的流速为m/1s，钢管的相对粗糙度/0．002d，管路上的阀门当量长度50eld。两液槽的液面保持不变，试求两槽液面的垂直距离H。解在高位槽液面至低位槽液面之间列伯努利方程计算H，以低位槽液面为基准面。,.ppPauu61212（0表压）01610，两槽流速0，,,/,.120管内流速1管径0106ZHZumsdm液体密度/.33765，黏度1710kgmPas雷诺数.Re..430106176547710湍流1710du/..0002，查得00267d管长30160190lm，阀门50eld，高位槽的管入口0．5，低位槽管出口=1，90°弯头.075222ellpuHgdg........62016101901002675005107523976598101062981m管路计算【1-35】用1689mmmm的钢管输送流量为/60000kgh的原油，管长为100km，油管最大承受压力为.MPa157。已知50℃时油的密度为/3890kgm，黏度为181mPas。假设输油管水平铺设，其局部摩擦阻力损失忽略不计，试问为完成输油任务，中途需设置几个加压站？解.,,/mdmlkmqkgh01510060000/,/./33890181600003600=001873890VkgmmPasqms../.2200187310601544Vqumsd..Re3015106890782层流18110du.Re646400818782因为是等直径的水平管路，其流体的压力降为7....fluphPaMPad232710010106=8900．0818=2731027320152油管最大承受压力为.MPa157加压站数...273174157n需设置2级加压，每级管长为50km，每级的./.27321365pMPa，低于油管最大承受压力。流量的测定【1-40】在管径3258mmmm的管路中心处安装皮托测速管，测量管路中流过的空气流量。空气温度为21℃，压力为.514710Pa（绝对压力）。用斜管压差计测量，指示液为水，读数为200mm，倾斜角度为20度。试计算空气的质量流量。解空气温度27321294TK，绝对压力147pkPa，空气的密度为./.3147291748314294pMkgmRT'sinsin..2002068400684RRammm水的密度/301000kgmmax.../.022981006841000278174gRums空气的黏度.5181510Pasma