化工原理习题.docx
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化工原理习题
一流体流动
流体密度计算
1.1在讨论流体物性时，工程制中常使用重度这个物理量，而在
SI制中却常用密度这个物理量,
如水的重度为1000[kgf/m3],则其密度为多少[kg/m3]?
1.2燃烧重油所得的燃烧气，经分析测知，其中含8.5％CO2,7.5％O2,76％N2,8％水蒸气（体积％），试求温度为500℃,压强为1atm时该混合气的密度。
1.3已知汽油、轻油、柴油的密度分别为700[kg/m3]、760[kg/m3]和900[kg/m3]。
试根据以下条
件分别计算此三种油类混合物的密度（假设在混合过程中，总体积等于各组分体积之和）。
（1）汽油、轻油、柴油的质量百分数分别是
（2）汽油、轻油、柴油的体积百分数分别是
20％、30％和
20％、30％和
50％；
50％。
绝压、表压、真空度的计算
1.4在大气压力为760[mmHg]的地区,某设备真空度为738[mmHg],若在大气压为655[mmHg]的地区使塔内绝对压力维持相同的数值,则真空表读数应为多少？
静力学方程的应用
1.5如图为垂直相距
1.5m的两个容器，两容器中所盛液体为水，连接两容器的
U型压差计读数
R为500[mmHg],试求两容器的压差为多少？
ρ水银＝13.6×103[kg/m3]
1.6容器A.B分别盛有水和密度为
900[kg/m3]的酒精,水银压差计读数
R为15mm,若将指示液换
成四氯化碳（体积与水银相同），压差计读数为若干？
ρ水银＝13.6×103
3
ccl4
3
3
[kg/m
]四氯化碳密度ρ
＝1.594×10
[kg/m]
习题
5附图
习题
6附图
1.7用复式
U管压差计测定容器中的压强
管指示液为水银，两
U管间的连接管内充满水。
已
精选文库
知图中h1=2.3m，h2=1.2m，h3=2.5m，h4=1.4m，h5=3m。
大气压强Ｐ0=745[mmHg]，试求容
器中液面上方压强PC=?
1.8如图所示,水从倾斜管中流过，在断面A和B间接一空气压差计，其读数R=10mm，两测压点垂直距离a=0.3m，试求A,B两点的压差等于多少？
流量、流速计算
3
进入管段
1的流量为
V=1.4×10
-3
3
1.9密度ρ=892Kg/m的原油流过图示的管线
[m/s]。
计算：
（1）管段1
和3
中的质量流量；
（2）管段1
和3
中的平均流速；
（3）管段1
中的质量流速。
1.10某厂用Φ125×4mm的钢管输送压强
P=20at（绝
压）、温度t=20℃的空气，已知流量为
6300[Nm3/h]
（标准状况下体积流量）。
试求此空气在管道中的流
速、质量流量和质量流速。
（注：
at为工程大气压，atm为物理大气压）。
1.11压强为1atm的某气体在Φ76×3mm的管内流动，当气体压强变为5atm时，若要求气体以同样的温度、流速、质量流量在管内流动，问此时管内径应为若干？
1.12若钢管的价格与其直径的1.37次方成正比，问将一定体
积流量的流体输送一定距离，采用两根小管子与采用一根大
管子相比，前者费用为后者的几倍？
设两种情况下管内流速
—2
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相同。
理想流体柏努利方程应用
1.13在图示的管路中，水槽液面高度维持不变，管路中的流水视为理想流体，试求：
（1）管路中水的流速；
（2）管路中A、B、C各点的压强。
1.14在图示管线中的
A点接一U管压强计，指示液为水，管内流体密度
3
管子内径
ρ=800[kg/m],
为100mm。
当阀全关时,R1为300mm,阀门开启后,读数R2为100mm。
若管内流体视为理想流体，且贮槽中流体面维持恒定，管内流速为多少？
1.15水以60[m3/h]的流量在一倾斜管中流过,此管的内径由100mm突然扩大到200mm。
如图所
示,A、B两点的垂直距离为0.2m,在此两点间连接一U管压差计，指示液密度为1630[kg/m3],若
忽略阻力损失,试求:
（1）.管两侧指示液液面哪侧高,R为多少？
（2）.若将上述管路水平放置,压差计读数有何变化？
非定态流动计算
1.16本题附图所示的贮槽内径
D=2m,槽底与内径为
32mm
的钢管相连,液面高度h1
为2m,（以管中心线为基准
）,该系
统全部能量损失∑hf
2
（u为管内流速[m/s]）试求当槽内
=20u
液面下降1m时所需的时间。
实际流体柏努方程的应用
1.17如图所示,将密度为1200[kg/m3]的碱液从碱液池中用离心泵打入塔内,塔顶表压为
0.6[kgf/cm2]。
流量为15[m3/h],泵的吸入管阻力为[2m碱液柱],排出管阻力（包括出入口等所有
—3
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局部阻力）为5[m碱液柱],试求:
（1）泵的压头;
（2）若吸入管内的流速为1[m/s],则泵真空表的读数为多少毫米汞柱？
1.18图示一冷冻盐水循环系统
盐水循环量为
45（m3/h）,流体经管路的压头损失
从A到B段为
9[m液柱],自B至A
的一段为12[m
液柱],盐水的
密度为1100[kg/m3],求:
（1）泵
的
实
际
功
率
（轴功率）为多少[kw]？
设泵的效率为
0.65。
（2）A处压强表读数为
1.5[kgf/cm2],则B处
压强表读数为多少[kgf/cm2]？
1.19图示为某泵的一段吸水管
内径为200mm,管
下端浸入水池液面以下
2m,管口处装有带滤网的
底阀,其阻力损失相当于
10（u2/2）,在吸水管距水面
3m处装有真空表,其读数为350[mmHg],若从A至B点的阻力损失为
0.1（u2/2）,试求:
（1）吸水管内的流量为若干
?
（2）A点的压强为多少?
雷诺准数.流型判断
1.20密度为850[kg/m3]、粘度为8cP的液体,在内径为14mm的钢管内流动,液体的流速为1[m/s],试计算:
（1）雷诺准数,并指出流动属于何种类型;
（2）局部速度等于平均速度处与管轴的距离;及该处的剪应力;
（3）该管路为水平管,若上游压强为1.5[kgf/cm2],求流经15m后压强降至多少[kgf/cm2]?
1.2190℃的水流过内径为20mm的管道,问水的流速不超过那一数值则流动为层流?
若管内流动
为90℃的空气,则此一数值应为多少?
—4
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1.22由一根内管及外管组合的套管换热器中，已知内管为Φ25×1.5mm，外管为Φ45×2mm,套管
环隙间通以冷却盐水,其质量流速为838[kg/m2.s]粘度为1.2cP,试判断盐水流型。
因次分析
1.23实验初步得知,流体绕过单个球形物体流动
球体受到曳力（或球体对流体产生的
阻力）F
为
D
以下诸量的函数:
小球直径d;流体密度ρ;流体粘度μ;流体速度ｕ。
试用因次
分析法导出曳力
FD
的准数函数式。
（注:
包含FD的准数为FD/ρｄ2ｕ2）
哈根泊谡叶方程、通用阻力方程的应用
1.24在水平直管内输送一定量流体所需的动力费与上、下游的压强降成正比。
试问，将一定体积流量的流体输送一定距离，采用两根小直径管子与用一根大直径的管子相比较，前者所需的
动力费为后者几倍？
取两种情况下管内的流速相同，分别按层流与湍流两种流型比较。
（层流用
哈根泊谡叶方程,湍流用柏拉修斯公式计算）
1.25温度为
20℃的液苯从贮槽中用泵送到反应器,要经过长4m、Φ57×2.5mm的钢管,管路上有
两个90o弯头,一个标准阀（按1/2开启计算）。
管路出口在贮槽的液面以上
12m,贮槽与大气相通，
而反应器是在
500[KN/m2]（表）的压力下操作,若要维持0.5[l/s]的体积流量，求泵所需的功率。
（泵
的效率取0.5，λ=0.03，已知20℃的液苯密度ρ＝879kg/m3,粘
度μ＝0.74cP）
1.26如图所示,某气体（其性质与50℃的空气基本相同）,用鼓风机以3600[m3/h]的流量送至洗涤塔,洗去有害物质后排到大
气中。
气体入风机前的管路上安装一U管压差计，其读数为30mm水柱。
输气管与放空管的内径均为250mm,管长与管件、
阀门的当量长度之和为50m（不包括进、出口塔及管出口阻
力）。
放空口与鼓风机进口的垂直距离为20m,已估计气体通过塔内填料的压强降为200mm水柱,管壁的绝对粗糙度可取为
0.15mm,大气压强为1atm,求风机的有效功率。
1.27地面上放置冷冻盐水（25％CaCl2）贮槽。
盐水温度为－20℃,粘度为9.5cP,密度为1230[kg/m3],现用离心泵送至高位槽中,两槽液面差为16m，输送管为Φ32×2.5mm，管长为
80m，管路中包括6个90°弯头和4个标准球阀（全开）。
若盐水的流量为6[m3/h],试求离心泵对单位重量的盐水必须提供多少能量（压头）?
已知ε/d=0.003。
1.28由图所示的输水系统,AB和CD段分别长200m和10m（均包括各种局部阻力的当量长度）,BC段管长为10m,各段管内径均为50mm,摩擦因素λ=0.03。
实验得知：
经两分钟内由管口流出的水量为0.329m3，B、C两截面上玻璃管内液面差Δh为0.629m。
求：
—5
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（1）槽内水面维持恒定时,水面到出口管垂直距离为多少米?
（2）BC间90°弯头的局部阻力系数为多少?
试差法求λ
1.29一酸贮槽通过管子向其下方的反应器送酸,槽内液面在管出口以上2.5m,管路由
Φ38×2.5mm无缝钢管组成,全长（包括管件的当量长度
）为25m,由于使用已久
粗糙度取0.15mm,
贮槽内及反应器内均为大气压。
求每分钟可送酸多少
3
3
粘度μ=12cp。
m
?
酸的密度ρ=1650[kg/m],
1.30有一输水管路如图所示
液面1至截面3全长
30m（包括局部阻力的当量长度
）,截面
3至液面2
之间有一闸阀,其间的直管阻力可以忽略
输水管
内径为50mm,ε/d=0.004,试求阀全开时的输水量。
可压缩流体
1.31欲将5000[kg/h]的煤气输送至100公里距离,
管内径为300mm,管路末端压强为1.5at（绝）,试决
定管路起点压强需要多大?
设煤气温度为
20℃,λ=0.016,煤气在标准状况下密度为0.65[kg/m3]。
（注:
at为工程大气压）
复杂管路计算
1.32有两个液面高差为6m的贮槽,其底部用管道相连（如图所示）,BC段管内径为600mm，长为3000m（包括各种当量长度）,支路CD和CE段的长度皆为2500m,管内径均为250mm,若已知摩擦因数入均为0.04,试求A槽下流的流量为多少[m3/h]?
1.33水槽中的水经管道C、D两支管可以同时放出,水槽中液面维持恒定,AB段管长为6m（忽略AB间的局部阻力）,管内径为
41mm；BD段管长为9m,当阀全开时该段局部阻力当量长度为15m，BC段长6m,当阀全开时,该段局部阻力当量长度为9m;BC
和BD管内径均为25mm,试求:
（1）当管路中D阀关闭而C阀全开时的流量;
（2）当管路中C、D两阀全开时两管流量之和。
设各段管
路中的摩擦因数λ均可取为0.03。
1.34温度为30℃的空气从风机送出后经一段直径为200mm,长为20m的管道,然后分成两股,两
分支管路内径皆为150mm,一段长40m,另一段长80m,（均含当量长度）。
然后两支管又合拢,流经
一段直径为200mm长为30m的管子,最后排到大气。
若空气在直径为200mm管内的流速为10
[m/s],求两支管内的流速为多少?
又风机出口处压强为多少?
（设两并联管路的λ相同,粗糙度e
—6
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=0.05）
1.35用内径为300mm的钢管输送20℃水,为了测量管内流量,采用如附
图所示的安排,在2m长的一段主管上并联了一根直径为Φ60×3.5mm的支管,支管长为10m（包括当量长度）。
支管上装有转子流量计,其读数为2.72[m3/h],求水在主管中的流量及总流量。
主管与支管中的摩擦因数分别为0.018及0.03。
流量计计算
1.36一皮托管伸入直径为
1m
的空气管道中心,其压差读数用双液体压
差计显示，指示液为氯苯
3
3
（ρ=1106[kg/m]）与水（
ρ=1000[kg/m]）。
求压差
计读数为48mm时的质量流量。
空气温度为
40℃,压力为101[kN/m2]。
1.37在Φ38×2.5mm的管路上装有标准孔板流量计
孔板的孔径为
16.4mm。
管内流体是20℃的
甲苯。
孔板流量计采用U管压差计测量孔板两侧的压差
其读数R=600mm汞柱,试求管中甲苯流
量为多少[kg/h]?
1.38一文氏流量计喉部直径为
300mm,装在内直径为
600mm的管路上，
测量20℃的氯气Cl2流量,当地大气压为101[kN/m2]。
文氏计前Cl2压强
为6.77[kN/m2]（表压）,测出文氏计上游与喉部的压差为
180mmH2O,求每
小时的质量流量。
排出系数
CD可近似取为0.99。
1.39有一测定空气流量的转子流量计
其流量刻度范围为
400-4000[l/h],
转子材料用铝制成,ρ=2670[kg/m
3
],今用它测定常压
20℃的CO2
流量,
铝
试问能测得最大流量为若干
[l/h]?
又因某种需要,CO2的计量范围扩大
70％，有人提议将转子材料
改为不锈钢,ρ钢=7920kg/m3,你认为这建议可行否
?
用计算结果说明。
1.40一转子流量计的锥形玻璃管在最大和最小刻度处的直径为
d=28mm和d=26.5mm,
转子
1
2
的形状如附图,其最大截面直径d=26mm,试求:
（1）该转子流量计的最大与最小可测流量之比;
（2）转子处于最大刻度和最小刻度位置,
流体在环隙处的流速有何变化?
综合计算题
1.41粘度为30cP,密度为900Kg/m3的液体,自A
经内径为40mm的管路进入B,两容器均为敞口,
液面视为不变。
管路中有一阀门,当阀全关时,
阀前后压力表读数分别为0.9at和0.45at,现将
阀门打至1/4开度,阀门阻力的当量长度为30m,
—7
λ=0.03,试求总流
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阀前管长
50m,阀后管长20m（均包括局部阻力的当量长度
）,试求:
（1）
阀门1/4开度时，管路的流量为多少m3/h?
（2）
定性说明阀门开启，阀前后压力表读数有何变化
?
1.42用离心泵将密闭储槽中20℃的水通过内径为
100mm的管道送往敞口高位槽，两储槽液面高度差
为10m,密闭槽液面上有一真空表P1读数为600mmHg（真）,泵进口处真空表P2读数为294mmHg（真）,出口管路上装有一孔板流量计,其孔口直径d0=70mm，流量系数α=0.7,U形水银压差计读数
R=170mm。
已知管路总能量损失为44J/Kg,试求:
（1）出口管路中水的流速;
（2）泵出口处压力表P3（与图对应）的指示值为多少?
（已知P2与P3垂直相距0.1m）
1.43.如图所示装置,水以4m/s流速从A段流向B段,
用四点法测量突然扩大局部阻力系数,假设hf1-2=h
f2-0,hf0-3=hf3-4,A段管内径为25mm，B段管内径为
50mm，测得R1=200mm，R2=430mm，U形管压差
计指示液为汞，求突然扩大局部阻力系数为多少?
1.44有两个水库,水位差为8m,先由一内径为600mm,管长为3000m的管道A将水自高位水库引出,然后由两根长各为3000m,内径为400mm的B管及C管接到
下游水库。
若管内流动时摩擦系数
量为多少m3/h?
习题44附图习题45附图
—8
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1.45如图所示,水从槽底部沿内径为100mm的管子流出,槽中水位稳定。
阀门关闭时得
R=50cm,h=1.8m.求:
（1）阀门全开时的流量
（2）阀门全开时
B处的表
压（阀全开时
le/d=15,入、出口的阻力系数分别为
0.5
及1.0,
设摩擦系数λ=0.018）
3
A经
1.46密度ρ=900kg/m的某液体由高位槽
内径为50mm的管道流入敞口贮槽B中。
图示
K点的真空度为6KN/m2，K点至管路出口处之管长为20m，有3个90°弯头和一个阀门.已
知各阻力系数为:
ζ入口=0.5,ζ出口=1.0,ζ°弯头=0.75,
90
摩擦系数λ=0.025试.求阀门M之阻力系数ζ为
若干?
大气压力Pa=101KN/m2
1.47如图所示,用离心泵将水从贮水池输送到敞
口高位槽中，已知高位槽的水面离贮水池的水面
高度保持为10m，输送水量用孔板流量计测得，
孔板安装在离高位槽水面0.8m处，孔径为
20mm，孔流系数为0.61，管路为Φ57×3.5mm的
钢管，直管长度和局部阻力当量长度之和（包括孔板局部阻力及进出口当量长度）为250m，其中贮水池至孔板前测压点A的直管长度和局部阻力当量长度之和为50m。
水的密度为1000Kg/m3，水的粘度为1cP。
摩擦系数近似为
0.25
3
3
λ=0.3164/Re，U形管中指示液均为水银，其密度为
13600Kg/m。
当水的流量为
6.86m/h时,
试确定:
（1）
水通过泵所得到的外加能量为多少
?
（2）
在孔板前测压点
A处安装的U形管压力计中指示液读数
R1
为多少（已知左侧压差计右支
管水银面到管路中心距离
x=500mm）?
（3）
孔板流量计的U形管中指示液读数
R2为多
少?
1.48如图示常温水由高位槽以1.5m/s流速流向低
位槽,管路中装有孔板流量计和一个截止阀，已知管道为Φ57×3.5mm的钢管，直管与局部阻力的当量长度（不包括截止阀）总和为60m，截止阀在某一开度时的局部阻力系数ζ为7.5。
设系统为稳定湍流,
—9
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管路摩擦系数λ为0.026。
求:
（1）管路中的质量流量和两槽液面的位差△Z;
（2）阀门前后的压强差和汞柱压差计的读数R2。
若将阀门关小,使流速降为原来的0.8倍,设系统仍为
稳定湍流,λ近似不变。
问:
（3）孔板流量计的读数R1变为原来多少倍?
截止阀的阻力系数ζ变为多少?
（4）阀门前的压强Pa如何变化?
为什么?
1.49如图示,水以1m/s的流速稳定流过内径为0.025m,
长为2m（AB
段）的管,A、B两端接
一U形液柱压差计,B
端接一压强计
指示液密度均为1590Kg/m3。
已知水的粘
度为1cp,
管
路摩擦系数可以下式计
0.25
3
5
时）；求:
算:
λ=0.3164/Re
（当2.5×10（1）管路AB段的阻力?
（2）压差计读数R1及B点的压强（R2=0.2m）
当A、B两截面的压强均升高到原来的
1.4倍
时,问:
（3）流量变为多少?
（4）R2变为多少?
1.50如下图所示的输水系统，用泵将水池中的
水输送到敞口高位槽，管道直径均为
Φ83×3.5mm，泵进口管的总长为4m
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