化工原理第二版答案柴诚敬主编.docx

1、化工原理第二版答案柴诚敬主编绪论SI单位。1.从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为(1 )水的黏度 口 =0.00856g/(cm s)(2)密度 p =138.6kgf?s 2/m4(3)某物质的比热容 C=0.24BTU/(lb ?)(4)传质系数 K=34.2kmol/(m ?h?atm)(5 )表面张力 d =74dy n/cm(6 )导热系数 入=1kcal/(m?h? C )解：本题为物理量的单位换算。(1)水的黏度基本物理量的换算关系为1kg=1000g, 1m=100cm-g 1kg 100cm 4 打 、 4冋I-0.00856 8.56 10 kg m s =8.5

2、6 10Pa s则 | cm s 1000g 1m(2)密度基本物理量的换算关系为21kgf=9.81N , 1N=1kg?m/skgf s2 9.81N 1kg m s2 IL m4 _1kgf _ 1N(3)从附录二查出有关基本物理量的换算关系为1BTU=1.055kJ , lb=0.4536kg则(4)传质系数基本物理量的换算关系为1h=3600s, 1atm=101.33kPa则(5)表面张力基本物理量的换算关系为_ 51dy n=1 x 10 N1m=100cm则、 I I :(6)导热系数基本物理量的换算关系为31kcal=4.1868 x 10 J, 1h=3600s则2 乱堆2

3、5cm拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即 式中HE等板高度，ft ;G-气相质量速度，lb/(ft 2?h);D塔径，ft ;Z0每段(即两层液体分布板之间)填料层高度， ft ；a相对挥发度，量纲为一；一液相黏度，cP；pL液相密度，lb/ft 3A B C为常数，对25mm的拉西环，其数值分别为 0.57、-0.1及1.24。试将上面经验公式中各物理量的单位均换算为 SI单位。解：上面经验公式是混合单位制度，液体黏度为物理单位制，而其余诸物理量均为英制。经验公式单位换算的基本要点是： 找出式中每个物理量新旧单位之间的换算关系， 导出物理量“数字”的表达式,然后代

4、入经验公式并整理，以便使式中各符号都变为所希望的单位。具体换算过程如下：(1 )从附录查出或计算出经验公式有关物理量新旧单位之间的关系为11b ft2 h =1.356 10Jkg m2 s (见 1)a量纲为一，不必换算1 lb3=1 他丫 丫3.2803和3 =16.01kg/m 2ft ft3 .2.20461b . 1m(2)将原符号加上以代表新单位的符号，导出原符号的“数字”表达式。下面以 HE为例：则办二血殊山 宓価=3.2803血ft ft ml I / ”少 flu同理 G =G 1.356 10- =737.5G./I j / 11、汀(3)将以上关系式代原经验公式，得整理上

5、式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即第一章流体流动流体的重要性质1.某气柜的容积为6000m3,若气柜内的表压力为 5.5kPa，温度为40C。已知各组分气体的体积分数为： H240%N20% CO32% CQ7% CHd%大气压力为101.3kPa，试计算气柜满载时各组分的质量。解：气柜满载时各气体的总摩尔数山=pv = 101.3 5.5 1000.0 6000 mol = 246245.4mol RT 8.314x313各组分的质量：2 若将密度为830kg/m3的油与密度为710kg/m3的油各60kg混在一起，试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。解：mt =mh m2 =

6、 60 60 kg = 120kg流体静力学3.已知甲地区的平均大气压力为 85.3kPa，乙地区的平均大气压力为 101.33kPa，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为 20kPa。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？解：（1）设备内绝对压力I / f f I *绝压=大气压-真空度=85.3 103 _20 103 Pa=65.3kPa（2）真空表读数真空度=大气压-绝压=101.33 1 03 - 65.3 1 03 Pa =36.03kPa4.某储油罐中盛有密度为 960kg/m3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底 9.5m

7、,油面上方与大气相通。在 罐侧壁的下部有一直径为 760mm的孔，其中心距罐底 1000mm孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作 压力为39.5 x 106Pa,问至少需要几个螺钉（大气压力为 101.3 x 103Pa）?解：由流体静力学方程，距罐底 1000mm处的流体压力为作用在孔盖上的总力为每个螺钉所受力为因此5.如本题附图所示， 流化床反应器上装有两个 U管压差计。读数分别为 R=500mm R=80mm指示液为水银。u . 习题4附图 习题5附图习题6附图为防止水银蒸气向空间扩散， 于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度 F3=100mm试求A B两点的表压力

8、。解：（1） A点的压力Pa =:水gRs ?汞gR2 M1000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 Pa=1.165 104Pa （表）（2） B点的压力6 如本题附图所示，水在管道内流动。为测量流体压力，在管道某截面处连接 U管压差计，指示液为水银, 读数R=100mm h=800mm为防止水银扩散至空气中，在水银面上方充入少量水，其高度可以忽略不计。已知当 地大气压力为101.3kPa，试求管路中心处流体的压力。解：设管路中心处流体的压力为 p根据流体静力学基本方程式， Pa二Pa，则 p+ 匚水gh+ 二汞gR 二 Pa故有 0.62 汎.2gz ；A-dZ =0即 d

9、Z 二 _0.62AcH2gz A上式积分得 e =（_A）（zl2 _z12）0.6227 Ao管路出口高于地面 1.5m o11.如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面 7m水从01O8mnX4mmB勺管道中流出,习题14附图已知水流经系统的能量损失可按刀 hf=5.5计算，其中u为水 在管内的平均流速 （m/s） o设流动为稳态，试计算（1） A-A 截面处水的平均流速；（2）水的流量（nf/h ）o 解：（1） A-A截面处水的平均流速在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程 ，得gz1 +丄口：1 +=gz2 +乌 +送hf （1）式中 Z1=7m Ub1 0, p1=0 （表

10、压）2Z2=1.5m, p2=0 （表压）， Ub2=5.5 u代入式（1）得（2 ）水的流量（以 m/h计）习题11附图习题12附图12. 20 C的水以2.5m/s的平均流速流经 0 38mnX 2.5mm的水平管，此管以锥形管与另一 0 53mmy。,可近似认为两板无限宽，故有1 A -ip（- p 2yb） y （1）2bL L（2）将牛顿黏性定律代入（1 ）得 上式积分得u y2 C （2）2 -L边界条件为y=, u=0,代入式（2）中，得C=-C供y2因此心舟（y2小（3） (3) 当 y=yo, U=Umax再将式（3）写成根据Ub的定义，得16.不可压缩流体在水平圆管中作一维

11、定态轴向层流流动，试证明（ 1）与主体流速u相应的速度点出现在离管壁0.293 ri处，其中ri为管内半径；（2）剪应力沿径向为直线分布，且在管中心为零。IL i ” !解：（1） U=Umax（l）22Ub.|1（ I （ 1）-匚- -当U=Ub时，由式（1 ）得解得 r =0.707i由管壁面算起的距离为 y円 -=匚-0.7070.293 （2）.=du对式（1）求导得 dr=竺二兮土（3）皆 2 2 1r A在管中心处，r=0,故t =0。17 .流体在圆管内作定态湍流时的速度分布可用如下的经验式表达试计算管内平均流速与最大流速之比 u/ Umax。1 r 1 R r 计7解：u - uz2 ndr = 2 M umax2 ndrtR2 z nV0l R 丿 max I I -令1- y,贝V r =R(1 y)R 18.某液体以一定的1 R 1 1 1U 吕 0 Uz2 ndr 占 0 y1 x 2 衣(1 -y)dy = 2Umax 0(y17 - y87)dy =0.817Umax nR tJr1/2，问因流动阻力而产生的质量流量在水平直圆管内作湍流流动。若管长及液