化工原理(郝晓刚、樊彩梅)课后答案

第一章 流体流动1在大气压强为987×0Pa的地区,某真空精馏塔塔顶真空表的读数为1.×13 Pa,试计算精馏塔塔顶内的绝对压强与表压强。绝对压强：8.×3a；表压强:-133×0Pa【解】由 绝对压强 =大气压强真空度 得到:精馏塔塔顶的绝对压强P绝 98.7×103Pa-13.3×03Pa= 8.5×103Pa精馏塔塔顶的表压强 P表= -真空度= - 1.3×103a1-2某流化床反映器上装有两个U型管压差计,批示液为水银,为避免水银蒸汽向空气中扩散,于右侧的U型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水,如本题附图所示。测得R140 m, 5 m,R3=50 mm。试求、B两处的表压强。：7.16×103Pa；B:6.05×103Pa【解】设空气的密度为，其她数据如图所示aa处:A+ ggh1= 水3+ 水银g2由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽视不记即：P=1.0 ×3×9.81×05 13.6×10×9.81×00 =7.6×03Pa-b处:P+ ggh3= PA + g2 水银gR1即：PB=13×103×9.81×.4 + 7.6×13=5×0-用一复式U形管压差计测定水流过管道上、B两点的压差,压差计的批示液为水银,两段水银之间是水,今若测得h1=1m，h2= m， R10.9 m，R=.5 ,试求管道中A、B两点间的压差PB为多少mg？（先推导关系式，再进行数字运算）116 mmHg 【解】 如附图所示,取水平面11、-2'和-',则其均为等压面,即，, 根据静力学方程，有由于,故由上两式可得即 （a）设2与之间的高度差为h,再根据静力学方程，有由于，故由上两式可得 (b)其中 (c)将式（c）代入式(b）整顿得 (d)由于，故由式(）和式()得即 =(1360100)×9.1×（09.9) =228.7kPa或1mHg 1-4 测量气罐中的压强可用附图所示的微差压差计。微差压差计上部杯中充填有密度为的批示液，下部管中装有密度为的批示液,管与杯的直径之比为。试证气罐中的压强可用下式计算： 分析：此题的核心是找准等压面，根据扩大室一端与大气相通,另一端与管路相通，可以列出两个方程,联立求解【解】由静力学基本原则，选用1-1为等压面, 对于U管左边 p表 + Cg（h1+R） = 对于管右边 P2 = Ag + Cgh2 表 = Cgh2 C(1+) =Ag CgR +g（h2-h)当表= 0时,扩大室液面平齐 即 (D/)2(h2-h1) (/2)2R 则可得 1-5硫酸流经由大小管构成的串联管路,硫酸密度为1830 k/m3，体积流量为2.5×10-3m3/s，大小管尺寸分别为7mm×4和7mm×.5 mm,试分别计算硫酸在大、小管中的质量流量、平均流速及质量流速。质量流量:4.575 gs；平均流速:u小=1.27/s;大=0.6 m/s;质量流速：G小 =24kg/m2s；大 =1263 kg/m2s【解】质量流量在大小管中是相等的，即 ms小大=s=.×1-3 ×1830 =4.575 kg/s u小= 大G小 小=830× 1.7=2324gm2sG大 = u大830 × 06=63 kg/m2s16 0水以2.m/的流速流经8×2.m的水平管,此管以锥形管和另一3mm×3m的水平管相连。如本题附图所示,在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观测两截面的压强。若水流经B两截面的能量损失为1.5J/,求两玻璃管的水面差（以m计）。【解】1-7 用压缩空气将密度为110kg3 的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽,两槽的液位恒定。管路直径均为60×35m，其她尺寸见本题附图。各管段的能量损失为hf，2AB=hf,Du,h，C=11u。两压差计中的批示液均为水银。试求当R1=45mm,h20mm时：（1）压缩空气的压强P为若干？（）U管差压计读数2为多少?压缩空气的压强P:123×105Pa;压计读数R2：09.7mm 【解】对上下两槽取截面列柏努力方程，并取低截面为基准水平面 00P1=Z g+0P2/+h P1= Z g+0+P2+hf=1×9.×100 +110(2u2+1.1u2）=107×1033498u在压强管的B,处取截面，由流体静力学方程得PBg(x+1)=c+g(hBC+)+水银R1g B+10×91×(0.05+)Pc+1100×9.8×(5+x)+3.×10³×9.81×0.5PB-P5.95×10Pa在 B，C处取截面列柏努力方程，并取低截面为基准水平面0B²/2P/=Z +2/2PC+f，BC管径不变，ub=ucBC=（Z+f,BC)=1100×（1.82+5×9.81)=9×104Pau=.27m/压缩槽内表压 1=.23×10Pa(2）在，D处取截面列柏努力方程,并取低截面为基准水平面0+u2/2+PB/= Zg0+0h，BC+hf,CDP=(7×9.11.8u2+u2-0.u)×1100=8.5×0Pa Bgh=水银R2 .3×14-110×9.8×0.13×10³×98× R2=609.7mm-8 密度为850kg/m³,粘度为8×10-3P·s的液体在内径为4m的钢管内流动,溶液的流速为1m/s。试计算：(1）雷诺准数,并指出属于何种流型?(2）局部速度等于平均速度处与管轴的距离;(3)该管路为水平管，若上游压强为14×103Pa,液体流经多长的管子其压强才下降到1275×13a？属于滞流型；与管轴的距离:r4.95×103m;管长为.9【解】（1）Re=du/（14×0-3×1×850)/（8×10-3)=1×10 > 此流体属于滞流型(2)由于滞流行流体流速沿管径按抛物线分布,令管径和流速满足y2= -2p（u-um）当=0时,y2 r= 2m p= r/2 d2/8当=u平均=0.mx= .5m/s 时,2=- p(05-1）=d2/80.12 d2即与管轴的距离r=4.5×1-3m（3）在 147×03和 17×103 两压强面处列伯努利方程u2/2 + / +g =u222 +PB/ Z2g + hf u1= u, Z1=2PA PB/+hf损失能量hf（P- PB）/=(147×0-1275×13）/5022.94流体属于滞流型摩擦系数与雷若准数之间满足=64Re又 hf×(ld)×0.5 u2l=14.95m输送管为水平管，管长即为管子的当量长度即：管长为14.919某列管式换热器中共有250根平行换热管。流经管内的总水量为14 t/h，平均水温为10,为了保证换热器的冷却效果,需使管内水流处在湍流状态，问对管内径有何规定?管内径39m 【解】 查附录可知，10水的黏度=1.35Pa·s即305×0P·s。规定Re400,即4000，因此 d0.039m或39即管内径应不不小于9m。110 90的水流进内径2 mm的管内,问当水的流速不超过哪一数值时流动才一定为层流?若管内流动的是的空气，则此一数值应为多少？90的水:u0.06m/s；0的空气：u.2 ms 【解】层流 9水 96.3kg·-3 =0.315×0-3P·s um·s-1 空气 =0.2·m-3 =2.15×10-a·su m·-1-11流体通过圆管湍流动时,管截面的速度分布可按下面经验公式来表达：ur=uax（/R）/7,式中y为某点与壁面的距离，及y=r。试求起平均速度u与最大速度uax的比值。分析：平均速度u为总流量与截面积的商,而总流量又可以看作是速度是ur的流体流过2rdr的面积的叠加即:V=0Rur×2rdr解:平均速度uV/A=Rur×2dr/（R2)=0uax(y/R)17×rdr/(R2）=2ua/15/70R（Rr）1/7rdr.82uaxu/uax=.8【拓展111】 黏度为0.075ps、密度为900kg/m3的油品，以g/的流量在114×.5m的管中作等温稳态流动,试求该油品流过15m管长时因摩擦阻力而引起的压强降为多少?drr 【解】从半径为R的管内流动的流体中划分出来一种极薄的环形空间，其半径为r，厚度为，如本题附图所示。 流体通过此环隙的体积流量 为将湍流时速度分布的经验式代入上式，得 通过整个管截面的体积流量为 平均速度,即 1-12 一定量的液体在圆形直管内做滞流流动。若管长及液体物性不变,而管径减至原有1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为本来的若干倍？6倍【解】根据哈根-泊谡叶公式，即 分别用下表1和表达本来的与变化管径后的状况。两种状况下及不变，则 因 ,及 即 因此1- 在内径为10 的钢管内输送一种溶液，流速为1.8 m/s。溶液的密度为110