化工原理第四版第一章课后习题答案.docx

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化工原理第四版第一章课后习题答案

第一章流体的压力

【1-1】容器A中的气体表压为60kPa，容器B中的气体真空度为1.2104Pa。

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Pa=101.325+60=161.325kPa

容器B的绝对压力pB=101.325-12=89.325kPa

【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p进=101.3-12=89.3kPa

出口绝对压力p出=101.3V57=258.3kPa

进、出口的压力差

.p=157-（-12）=15712=169kPa或.p=258.3-89.3=169kPa

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20C下

的密度。

解正庚烷的摩尔质量为100kg/kmol，正辛烷的摩尔质量为

114kg/kmol。

将摩尔分数换算为质量分数

0.4100

正庚烷的质量分数-10.369

0.4X100+0.6X114

正辛烷的质量分数-2=1-0.369=0.631

从附录四查得

20C下正庚烷的密度；-=684kg/m3，正辛烷的密度为：

：

2=703kg/m3

混合液的密度

；-

m0369丄0631

+——

684703

=696kg/m3

【1-4】温度

20C,苯与甲苯按

4:

6的体积比进行混合，求其混合液的密度。

解20C时,

苯的密度为879kg/

m3，甲苯的密度为

867kg/m3。

混合液密度

【1-5】有

气柜，满装时可装6000m3混合气体,

已知混合气体各组分的体积分数为

H2N2COCO2CH4

0.40.20.320.070.01

（1）混合气体在操作条件下的密度;

（2）

操作压力的表压为5.5kPa，温度为40C。

试求:

混合气体的量为多少

kmol。

混合气体的摩尔质量

Mm=20.4280.2280.32440.07160.01=18.6kg/kmol

（1）混合气体在操作条件下的密度为

（2）混合气体V

=6000m3,

cpMm

「m—

RT

摩尔体积为

106.818.63

0.763kg/m

8.314313

Mm18.63小,

m/kmol

；m0.763

混合气体的量为

6000°.763=246kmol

18.6

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;

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P绝

在水平面1-1'处的压力平衡，有

p绝•：

'gh二大气压力

卩绝=101200—1000x9.81x2=81580Pa（绝对压力）

（2）管子上端空间的表压p表

（4）若将水换成四氯化碳，管中

习题1-6附图

p表二p绝-大气压力=81580-101200=-19620Pa

（3）管子上端空间的真空度P真

p真=-p表=--19620=19620Pa

⑷槽内为四氯化碳，管中液柱高度

h'

h，工

CCl4

常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为

匚“=1594kg/m3

10002

h'1.25

1594

【1-7】在20C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13550kg/m3，当地大气压力为

101kPa。

试求试管底部的绝对压力为多少

Pa。

解水的密度二水=998kg/m3

p=101103

°.

12X13550+0.05x998

81=117.4103Pa

【1-8】如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为

1250kg/m3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

1400kg/m3）；

（2）A、B两个弹簧压力

表的读数。

解容器上部空间的压力p=29.4kPa（表压）

33

液体密度壯=1250kg/m，指示液密度忌=1400kg/m

（1）压差计读数R=?

在等压面1-1'上口=P；

p二p亠［3.2-1hR*g

p'1二p3.2_21h*:

gR?

cg

p2.2hR8=p2.2h"gR^g

Rg（岳—P）=0

习题1-8附图

（2）卩人=p+（3.2_1）pg=29.4X103+2.2X1250X9.81=56.4X103Pa

Pb=p+（3.2—2）Fg=29.4O03+1.2X1250X9.81=44.1汽103Pa

【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R=150mm，试求A、B两点的压力

差。

解等压面1-1'，»

P1二Pa-H二水g

p'1二Pb-0.5HR】水g汞g

由以上三式，得

习题1-9附图

Pa一Pb=R:

汞g-°.5'R]'■水g

已知R=0.15m,：

?

汞=13600kg/m3，

=136410Pa=13.64kPa

【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形压差计的水银液面为同

管的连接管中，充满空气。

若测压前两

两点的压力差即与液柱压力汁的读数R、R,之间的关系式。

高度，试推导

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2_2'处

.（

P2二PaH亍:

水g—R■汞gp'2二pb[H「导:

7水gR2[汞g

'气g

Pa

卩2二P‘2，由上两式求得

_Pb=（R+R2）'怎％+倍

:

•气：

：

：

：

：

：

：

•水

（

pA-Pb=R1''■汞-

【1-11】力了排除煤气管中的少量积水,

亍丿

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1OkPa（表压），试计算水封管插入液面下的

深度h最小应为若干米。

心p10X103

解h=—1.02m

Pg1000X9.81

流量与流速

空帆

习题1-10附图

pHOkPi（表压〉

用如习题1-11

【1-12】有密度为1800kg/m3的液体，在内径为60mm的管中输送到某处。

若其流速为

0.8m/s，试求该液体的体积流量（m"/h）、质量流量（kg/s）与质量流速kg/（m?

，s

解

（1）体积流量qVd2u0.0620.8=2.2610“m3/s=8.14m/h

44

⑵质量流量qm=qv2=2.261031800=4.07kg/s

qm4.072

（3）质量流速'■=—=.=1440kg/（ms）

—X0062

4'

【1-13】如习题1-13附图所示的套管式换热器，其内管为33.5mm3.25mm，外管为

60mm3.5mm。

内管中有密度为1150kg/m3、流量为5000kg/h的冷冻盐水流动。

内、外管之

标准状态下（0C,101.325kPa），气体的密度为1.2kg/m3。

试求气体和盐水的流速。

解液体「=1150kg/m3

内管内径d内=33.5_3.252=27mm=0.027m

液体质量流量qm=5000kg/h，体积流量cv^5000m3/h

1150

流速u液

CV

JT

d

4

5000/1150

=2.11

3600—00272

4

气体质量流量qm=160kg/h

密度：

■气=1.2055.92kg/m3

101325y

体积流量cv=^°m/h

5.92

流速u气

竺竺5.67m/s

3600疋扌（0.0532_0.03352）

20C的水。

要求主管中水的流

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

速约为1.0m/s，支管1与支管2中水的流量分别为20t/h与10t/h。

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。

解水：

t=20C,匸=998.2kg/m3：

■1000kg/m3

主管的流量qm

=Cm142=2010=30t/^30103kg/h

3

体积流量C上=3°0沖=30m3/h，流速u40吋s

Cv

3600■-u

30

36000.7851.0=0.103^103讪

选择J?

108mm4mm无缝钢管，内径为d=100mm,

主管内水的流速u=qm_/3600=30/3600=1.06m/s

（O.1）2

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0.5m/s,

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5=0.5m/s

di=0.2m,d2=0.1m

U2

=Ui

d2

=0.5

（2）2

=2m/s

22

Pl__P2.U2

二"2ry

Pi—P2

22

U2Ui

2

22—0.52

2__

=1.875

.：

p=pi_P2=1.875^=1.8751000=1875Pa

另一计算法

22

PiP221

「g2g『g2g

22

Pi—P2U2—Ui

h二

Pg

22

2-05

2g

2X981

=0.191m

计算液柱高度时，用后一方法简便。

【1-16】在习题1-16附图所示的水平管路中，水的流量为2.5L/S。

已知管内径di=5cm,

d2=2.5cm，液柱高度

h=1m。

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％=2.5l/s=2.510佥m3/s，

截面1处的流速

Ui

qv

2.5"0佥

-X0052

4

=1.274m/s

截面2处的流速ui十“274器代"

在截面1与2之间列伯努利方程，忽略能量损失。

22P1U