化工原理课后习题答案详解

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《第一章 流体流动》习题解答

1某敞口容器内盛有水与油。如图。已知水及油的密度分别为1000和860kg/m 3，解：h 1=600mm ，h 2=800mm ，问H 为多少mm ？

m h h

h m kg m kg mm h mm h 32.181.91080.081.91060.081.9860?

,/860/10,800,6003333

321=∴?=??+??===== 油水ρρ

2.有一幢102层的高楼，每层高度为4m 。若在高楼范围内气温维持20℃不变。设大气静止，气体压强为变量。地平面处大气压强为760mmHg 。试计算楼顶的大气压强，以mmHg 为单位。

??=∴-=???-=??-=???---?=??=----=---127.724,04763.040810190.181.9)760/(10190.181.910190.1)2.2938314/(29151408055P P p m mHg P p Ln dz p dp p p gdz d ②代入①，得

②

①解：ρρ

3.某水池，水深4米，水面通大气，水池侧壁是铅垂向的。问：水池侧壁平面每3米宽度承受水的压力是多少N ？外界大气压为1atm 。

N dz gz P F 54023501045.12/481.9103410013.13)(3?=???+???=+=?水ρ

4．4．外界大气压为1atm ，试按理想气体定律计算0.20at （表压）、20℃干空气的密度。空气分子量按29计。

3

45/439.12.293831429)1081.020.010013.1(m Kg RT PM =????+?==ρ解：

5．5．有个外径为R 2、内径为R 1为的空心球，由密度为ρ’的材料制成。若将

该球完全淹没在某密度为ρ的液体中，若球能在任意位置停留，试求该球的外径与内径之比。设球内空气重量可略。

3/1'1232'3132)/1(/)3/4())3/4(--=∴=-ρρρπρπR R g

R g R R （解：

6．6．为放大以U 形压差计测气体压强的读数，采用倾斜式U 形压差计。如图。指示液是ρ=920kg/m 3的乙醇水溶液。气体密度为1.20kg/m 3。读数R=100mm 。问p 1与p 2的差值是多少mmHg ？

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mmHg 31.23.308

20sin 1.081.9)20.1920(20sin )(:0

021＝解Pa gR P P i =??-=-=-ρρ采用微差U 形压差计测压差。如图。已知U 形管内直径d 为6mm ，两扩大室半径均为80mm ，压差计中用水和矿物油作指示液，密度分别为1000及860kg/m 3。当管路内气体压强p 与外界大气压p 0相等时，两扩大室油面齐平，U 形管两只管内油、水交界面亦齐平。现读得读数R=350mm ，试计算：（1）气体压强p （表）。（2）若不计扩大室油面高度差，算得的气体压强p 是多少？（3）若压差计内只有水而不倒入矿物油，如一般U 形压差计，在该气体压强p 值下读数R 0为多少？

m R R gR P P Pa gR P P Pa

D d gR gR P P 0493

.081.910008.4847.48035.081.9)8601000()(8.484160/6(35.081.986035.081.9)8601000()/()(000

101202

2

1120=∴?==-=??-=-≈-=??+??-=+-=-即③②）解：①ρρρρρρ

7．7．某倾斜的等径直管道内有某密度ρ的液体流过。如图。在管道的A 、B 截面设置了两套U 形压差计测压差，下测用的是一般U 形压差计，上测用的是复式U 形压差计，所用的指示液均为密度是ρ1的同一种液体。复式压差计中两段指示液之间的流体是密度为ρ的流过管道内的液体。试求读数R 1与R 2、R 3的关系。

3

213

21)()()(R R R gR gR gR i i i +=∴-+-=-ρρρρρρ 解：

9)将水银倒入到图示的均匀管径的U 形管内，水银高度h 1=0.25m 。然后将水从左支管倒入，测得平衡后左支管的水面比右支管的水银面高出0.40m 。试计算U 形管内水与水银的体积比。

解：

1

习题9附图 如图所示1--1为等压面, ∴p 1=p 1’

∴ρ水g(R 1+R 2) = ρ水银gR 2 103?(0.4+R 2) = 13.6?103R 2 ∴ R 2 = 0.0317m

V 水银 = π

4d 2(2h 1+L)

V 水 = π

4d 2(R 1+R 2)

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∴ V 水银/ V 水 = (2h 1+L)/ (R 1+R 2) = (2?0.25+0.015)/(0.4+0.0317) = 1.19

10) 一直立煤气管，在底部U 形压差计h 1=120mm ，在H=25m 高处的U 形压差计

h 2=124.8mm 。U 形管指示液为水。管外空气密度为1.28kg/m 3。设管内煤气及管外

空气皆静止，求管内煤气的密度。

2’

解：

1’

p 1－p 1’= ρ水?gh 1 ??(1)

p 2－p 2’= ρ水?gh 2 ??(2)

(1)减(2)，得

(p 1－p 2)－(p 1’－p 2’) = ρ水?g(h 1－h 2) ??(3)

其中 p 1－p 2 = ρ煤?gH ，p 1’－p 2’ = ρ空?gH ，代入(3)式,得：

ρ煤?gH －ρ空?gH = ρ水?g(h 1－h 2)

即 ρ煤 = ρ水?(h 1－h 2)/H ＋ρ空 = 103(0.120－0.1248)/25＋1.28

= 1.088 kg/m 3

11．以2”的普通壁厚的水煤气钢管输送15℃的清水，水在管内满流。已知水流速u=1.5m/s ，求水的质量流量、质量流速和体积流量。

s

Kg s

m uA V m Kg m A m m /306.3999102076.25.1UA W /10309.310206.25.1/99910206.2)0035.02060.0()4/(,6033333

232=???==?=??===?=?-?=----ρρπ质量流量体积流量水的密度壁厚横截面积解：管子，查得外径)/(14999995.12m s kg u G ?=?==ρ质量流速

12．如图所示，质量为3.5kg ，面积为40×46cm 2的一块木板沿着涂有油的斜面等速向下滑动。已知v=1.2m/s ，σ=1.5mm （油膜厚度）。求滑油的粘度。

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12

v

δ

从受力分析 Gsin α = τA

mg sin α = τA

∴τ = mg A sin α=3.5?9.81?5

13/(40?46?10-4) = 71.77 N/m 2

τ = μdv dy = μV

δ

∴μ = τδ

V = 71.77?1.5?10-3/1.2 = 0.0897 Pa ?s

13．以压缩空气将某液体自储槽压送到高度H=5.0m 、压强p 2为2.5at （表压）

的容器内，如图。已知液体密度ρ=1800kg/m 3，流体的流动阻力为4.0J/kg 。问：所需的压缩空气压强p 1至少为多少at （表压）？

Pa P u h u P gH P P kg J h

m kg at P m H f f 54

122222113

210407.3)0.41800

1081.95.20.581.9(1800)()2

(2?,/0.4/1800,(5.2,0.5?=+??+?=∴+++======∑∑表略去表）解：ρρρ

14．水以70m 3/h 的流量流过倾斜的异径管通。如图。已知小管内径d A =100mm ，大管内径d B =150mm ，B 、A 截面中心点高度差h=0.3m ，U 形压差计的指示液为汞。

若不计AB 段的流体流动阻力，试问：U 形压差计哪一支管内的指使液液面较高？R 为多少？

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支管内的高。左支管内指示液位比右可见，（即（由①，②式得②

①解： ,020.0248.210.110

81.910)0.16.132) /10.1)15.0)(4/(3600/70/48.2)15.0)(4/(3600/70)()()(2

)(2)(2

233222

222m R R U U gR s m U s m U gR P P U P U P A B B A i B m A m B B m A A m i -=∴-=??--=-====

-----=----+=+ρρρππρρρρ

15．水以6.4×10-4m 3/s 的流量流经由小至大的管段内。如图。小管内径d 1=20mm ，

大管内径d 2=46mm 。欲测1、2两截面处水的压差，为取得较大的读数R ，采用倒

U 形压差计。已知压差计内水面上空是ρ=2.5kg/m 3的空气，读数R=100mm 。求水由1至2截面的流动阻力∑h f 。 kg J U U P P h Pa gR P P s m U s m U m m f i m m /02.12385.0037.2105.978()(5.97810.081.9)5.21000()()(/385.0)

046.0)(4/(104.6/037.2)

020.0)(4/(104.62

2322212

11224

224

1=-+-=+-==??-=-=-

=?==?=∑--ρρρππ）（）解：

16．水从喷嘴口1-1截面垂直向上喷射至大气。如图。设在大气中流束截面保持圆形，已知喷嘴内直径d 1=20mm ，出喷嘴口水流速u 1=15m/s 。问：在高于喷嘴出

口5m 处水流的直径是多大？忽略摩擦阻力。

解：1--1与2--2之间列柏努利方程

gz 1＋u 12/2＋p 1/ρ = gz 2＋u

22/2＋p 2/ρ

z 1 = 0，z 2 = 5m ，p 1 = p 2

∴ u 12/2 = gz 2＋u 22/2

∴152/2 = 9.81×5＋u 22∴ u 2又， u 1d 12 = u 2d 216附图

∴d 2 = (u 1/u 2)1/2d 1 = 151126

/.?0.020 = 0.0231 m 17．高、低水库的水面高度差H=42m ，水流量为30m 3/s ，水流的总阻力为4.5mH 2O 。如图。已知透平的效率η=0.78，试计算透平的输出功率。

解：u 1=u 2=0，p 1=p 2，z 2=0，

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z 1=H=42m

1--1与2--2间列柏努利方程 H

gz 1+u 12/2+p 1/ρ+W s = gz 2+u 22/2+p 2/ρ+∑h f

W s =－gz 1+∑h f

=－9.81?42＋4.5?9.81?103/103 2 2 =－368 J/kg

N a = W s ?V ρ =－368?30?103=1.10?107 W

∴N e = N a ?η = 1.10?107?0.78=8.61?106 W=8.61?103 kW

18．某水溶液在圆直、等径管内层流动。管内半径为R 。设测点流速的探针头位置与管轴线的距离为r 。问：测点相对位置 R r /1为多少时该点的点流速等于平均流速？

707.02/2/]

)/(1[2/2

//]

)/(1[121max max max 112max ==∴-===-=R r R r V V V U V R r R r V V 即时，令解：一般式：

19．以水平圆直管输送某油品。管内径为d 1，管两段压差为 。因管道腐蚀，

拟更换管道。对新装管道要求如下：管长不变，管段压降为原来压降的0.75，而流量加倍。设前后情况流体皆为层流。问：新管道内径d 2与原来管内径d 1之

比为多少？

28.1)(75.032

1

24

2

1121242=∴?==??∝=?d d d d V V P P d v d ul P μ解：层流 20．在机械工程中常会遇到流体在两平行固体壁的间隙中作一维定态流动的情况。如图。设流动为层流。设间隙厚为2y 0，试证流体沿y 轴向点流速呈如下抛

物线规律分布：

解：对长度L ，高度y ，宽度为1的流体元作受力与运动分析:

0)()(=---L dy dV Ly dx dP m μ ydy dx dP dV m μ1)(=即：

C y dx dP V m +--=∴2)(1μ

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))((21))((1,0,22

02200y y dx

dP V y y dx

dP C V y y m m --=

∴--===μμ又

21．粘度为μ，密度为ρ的液体沿铅垂向平壁膜状流下。如图。设液体层流流动，液膜厚度为δ，平壁宽度为B 。试推导任一流动截面上液体点流速v 随y 的变化

规律，并证明平均流速 μ

δρ33

g ?

解：取宽为B,长为dx ,高为y 的流体元作受力与运动分析:

)()(=??--???dx B dy dV

g y dx B μρ

C

y g V ydy g dV +??-=?-=2.:2

μρμρ即

)(22,0,22

2

y g V g C V y -?=

∴?=

==δμρδμ

ρδ又

3332

23)3(2)(2δ

μ

ρδδμρδμρgB gB V dy y gB dy B V dV ?=-?=?-?=??=

μδρδ33

g B V U m ?=

=∴

22)串联两管1、2，d 1=d 2/2，L 1=80m ，Re 1=1600，∑h f1 = 0.54m 液柱，∑h f2 = 56mm 液柱，求L 2。局部阻力可略。

解： ∵Re = 4V d ρπμ∝ 1

d ，R

e ,2 / Re ,1 = d 1 / d 2 =1/2，

∴ Re ,2 = Re ,1 /2 = 1600/2 = 800，两管内皆为层流

又，∑h f = 32μul / (ρgd 2) ∝ 32μVl / (π

4d 2ρgd 2) ∝ l/d 4 ∑h f,2 /∑h f,1 = (d 1/d 2)4?l 2/l 1 即 56/540 = (1/2)4?l 2/80 ∴l 2 = 133 m

23)原ρ1=920kg/m 3，μ1=1.30P ，现ρ2=860kg/m 3，μ2=1.15P ，层流，W 2/W 1=1.30 求：?p f1/?p f2。局部阻力不计。

解：层流，?p f = 32μul / d 2= 32μWl / (π

4d 2?ρ?d 2) ∝ μρW

∴?p f,2 / ?p f,1 = (μ2/μ1)?(W 2/W 1)?(ρ1/ρ2) = 115130

..?1.30?920

860= 1.23

24) 24) 某牛顿型流体在圆、直、等径管内流动，在管截面上的速度分布可

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表达为v=24y -200y 2，式中：y ? 截面上任一点至管壁的径向距离，m ；v ? 该点的点流速，m/s 。试求：(1)管半径中点处的流速。

(2)管壁处的剪应力。该流体的粘度为0.045P a ?s 。

解：若为层流，v = v max [1－(r/R)2] = v max [(R 2－r 2)/ R 2] = v max (R －r)(R+r)/R 2

= v max y(2R －y) / R 2 = 2 v max y /R －v max y 2/R 2

可见，该流型为层流

∵2v max / R = 24，v max / R 2 = 200，二式相除，得

(v max / R 2) / (2v max / R) = 1/(2R) = 200/24

∴R = 0.06m

i . y = 0.06/2 = 0.03m ，v = 24y －200y 2 = (24?0.03)－(200?0.032)

=0.54m/s

ii. dv/dy = 24－400y , dv/dy ∣y=0 = 24

∴τw = μ( dv/dy )y=0 = 0.045?24 = 1.08 N/m 2

25) W= 35T/h ，H= 20m ，?108?4mm ，μ = 2840cP ，ρ = 952kg/m 3，η = 50%， N= 85kW ，求包括局部阻力当量管长的总管长。

解： W = 35T/h = 35?103kg/h

d = 108－4?2 = 100mm = 0.1m ，μ = 2840cP = 2.84Pa ?s

N e = N η = 85?103?0.5 = 4.25?104 W

W s = N e /W = 4.25?104?3600/(35?103) = 4371 J/kg

1--1与2--2间列柏努利方程

gz 1+u 12/2+p 1/ρ+ W s = gz 2+ u 22/2+p 2/ρ+∑h f

z 1 = 0，z 2 = H = 20m ，u 1= u 2= 0，p 1= p 2

∴ W s = gH+∑h f

∴∑h f = W s －gH = 4371－9.81?20 = 4175 J/kg u =V A =W A ρ=35?103/ (3600?952?π

4?0.12) = 1.30 m/s Re =du ρ

μ=010130952

284...??= 43.6 < 2000 ∴层流

λ=64Re =64

436.= 1.47

∵∑h f = λ?l le

d +∑?u 2/2

∴l le +∑=∑hf d ?λ?2/u 2 = 4175010147?..?2/1.302 = 336 m

26．某有毒气体需通过一管路系统。现拟用水在按1/2尺寸缩小的几何相似的模型管路系统中做实验予估实际气流阻力。实际气体流速为20.5m/s ，密度为

1.30kg/m 3，运动粘度为0.16cm 2/s 。实验用水的密度为1000kg/m 3，运动粘度为0.01cm 2/s 。为使二者动力相似，水流速应为多少？若模型实验测得流动阻力为15.2J/kg ，实际气体的流动阻力是多少？

欲满足动力相似，必须R e,其=R e,水，设气体管径为d,

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即水水气（（)01.0)2/)16.05.20(U d d ?=? s m U /56.2=∴水

∑∑∑=∴==?=

=kg kJ h h

U h U P E E E f f f m U U U /7.974)56..22.15()5.20(,2222,,气水气水气即，动力相似，必ρ

27．某实验室拟建立流体通过圆直、等径管内的阻力测试装置，有两个方案，一个方案是采用20℃清水为工质，水流速不超过3.0m/s ；另一方案以p=1atm 、20℃空气（按干空气计）为工质，流速不超过25.0m/s ，要求最大

。问：两

方案需要的管内径各为多少？若管子绝对粗糙度皆为0.1mm ，二者管长与管内径之比都是150，采用以上算得的管径（需按无缝钢管选接近的规格），问：二者最大流速时管路阻力各为多少？

∑∑=??==∴=?=???==?==?=∴???===??===??==∴=?=??==?==?=∴??=====------kg J U d h R s m U d m m m d d R s

m u s Pa m kg kg J u d h R s m U d m m m d d R s

m u CP m kg f e e f e e /1125225150024.021024

.0 1003.1)1081.1/(205.125062.0/251061.162/1.0/,368060.010

81.1205.12510/25,1081.1,/205.1/4.182

31500274.0210274

.01002.110/100.3034.0 /0.31094.234/1.0/ ,1360333.0001

.010000.310/0.3,1,/10002

25

53

55532

25

333

53λλε?μρλλε?μρ查得时，无缝钢管，采用②方案二：查得，时，无缝钢管采用①方案一：

28．试证明流体在圆管内层流时，动能校正系数

。 )(1

233R A A dA V A U πα=--=?流动面积，解：

2/],)/(1[max 2max V U R r V V =-=层流：

??-=-=R

R rdr R r A U V rdr R r V A U 03233max 32max 03])/(1[22]})/(1[{1ππα

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28)2(28/12

/082))(sin (22

/,;0,0,)/(1,sin /232

382/07323max 62/033max 22=?=∴==?-=?=∴=====-=???R U R U Cos dCos Cos A

U R V d RCos R Cos A

U V R r r Cos R r R r ππαπθθθπθθθθπαπθθθθππ其中当则令

29．试按

规律推导湍流的

值。 6049120492120491578701]15

787[)7/8(2))(1(21(,/1)/1(22max 2max 7/157/8107/1max 2

0171max 0

0max 71=?===-=-=-=--=∴-=-==--=?=?????V R V V U x x dx x x V R Rdx x R x V V Rdx dr x R r x R r rdr R r V rdr V V S S R R S πππππ则其中），令

30．某牛顿型流体在圆、直、等径管内流动，管子内半径为50mm 。在管截面上的流速分布可表达为

，式中：y ——截面上任一点至管壁的径向距

离，m ；v ——该点的点流速，m/s 。试求：（1）流型；（2）最大点流速v max 。

解：设v = v max (1－r/R)1/6= v max (R r

R -)1/6 = (v max /R 1/6)?y 1/6，故该流型为湍流。

又 ∵v max /R 1/6 = v max /(0.050)1/6 = 2.54 ∴v max = 1.54 m/s

31．某直管路长20m ，管子是1”普通壁厚的水煤气钢管，用以输送38℃的清水。新管时管内壁绝对粗糙度为0.1mm ，使用数年后，旧管的绝对粗糙度增至0.3mm ，若水流速维持1.20m/s 不变，试求该管路旧管时流动阻力为新管时流动阻力的倍数。

041

.0 ,1070.327/1.0/1072.4)106814.0/(9.99220.1027.034

3=?==?=???=--λε查得解：①新管：d R e ∑=?=kg J h f /8.15220.1027.0200296.02

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39.18.15/9.21//9.21220.1027.020041.0041

.0.011.027/3.0/,1072.4:24==∴=?====?=∑新管阻力旧管阻力查得②旧管kg

J h d R f e λε

32．某流体在光滑圆直管内湍流流动，设摩擦系数可按布拉修斯公式计算。现欲使流量加倍，管长不变，管内径比原来增大20%，问：因摩擦阻力产生的压降为原来的多少倍。

41.12.12)()(.2.1,28)4(3164.0875.475.175.42175.11212

121275.475.152225.0522=====∝??=?=∑∑∑d d V V h h d d V V d V d lV d V d lV h f f f 则当解：πμ

πρπλ

33．如图所示，某液体在光滑管中以u=1.2m/s 流速流动，其密度为920kg/m 3，

粘度为0.82cP 。管内径为50mm ，测压差管段长L=3m 。U 形压差计以汞为指示液。试计算R 值。

解：在1--1与2--2间列柏努利方程：

gz 1+u 12/2+p 1/ρ = gz 2+ u 22/2+p 2/ρ+∑h f 或(p m,1－p m,2)/ρ = ∑h f (u 1= u 2)

∴(ρi －ρ)gR/ρ = (0.3164/Re 0.25)?l

d ?u 2/2

其中Re =du ρ

μ= 0.05?1.2?920/(0.82?10-3) = 6.73?104

则(13.6-0.92)?103?9.81R/920=[0.3164/(6.73?104)0.25]?(3/0.050)?(1.22/2)

∴R = 6.28?10-3 m

34．有一高位水槽，其水面离地面的高度为H 。如图。水槽下面接有2”普通壁厚水煤气钢管130m 长，管路中有1只全开的闸阀，4只全开的截止阀，14只标

化工原理课后习题答案详解

准 90°弯头。要求水流量为10.5m 3/h ，设水温20℃，ε=0.2mm ，问：H 至少需多少米？ 4

32100.7001.0/1032.1053.0,/32.1)053.0(43600

/5.1053,5.360?=??====?e R s m U m m

d m m π

?解：管子规格： m 71.92

32.15.175.0144.6417.0232.1053.01300292.0g m

93.102

32.1053.06.11417434.01300292.0232.15.1g 5

.00/m

6.1l 75.090m

34.0l 17.0m

17l 4.60292

.01077.353/2.0/2

22

2e 0e e 3=??+?+?==??+?++?+?=≈=?==-H H H H A A d ）＋＋（方法二：方法一：＝）突然缩小（＝，＝标准弯头＝，＝阀（全开）闸＝，＝截止阀（全开），查得大小ξξξξλε

35．承第34题，若已知H=20m ，问水流量多少m 3/h ？

h m V d R s m U U e /2.14360079.1)053.0(4029.0.1077.353/2.0/,1049.9001.0/1079.1053.0/79.1,2

)053.06.11417434.0130029.05.1(2081.9029

.0323432

=??==?==?=??==?+?+++=?=-π

λλελ正确，计算有效。所设查得解：设

36．有两段管路，管子均为内径20mm 、长8m 、绝对粗糙度0.2mm 的直钢管，其中一根管水平安装，另一根管铅垂向安装。若二者均输送20℃清水，流速皆为

1.15 m/s 。竖直管内水由下而上流过。试比较两种情况管两端的额修正压强差与压强差。要用计算结果说明。

∑=====?=??=（与管向无关）查得解：kg J h d f e /7.10215.1020.080405.00405

.0,01.020/2.0/,103.2001.0/1015.1020.0R 243λε

212,1,P P P P m m -=-①水平管：

化工原理课后习题答案详解

Pa Z Z g P P P P gZ P gZ P P P Pa P P P h P P P P U U h U P U P m m m m m m a

f m m f m m 434122,1,2122112.,1,42,1,4212,1,21222,211

,1092.8881.9101007.1)()()

()((1007.11007.107.17.101000)(22?=??+?=-?+-=-∴?+-?+=-?=-?==?==-=-∴=++=+∑∑ρρρρρρ 计算同①）

动：

②铅垂管。流体向上流

37．有A 、B 两根管道并联。已知：l A =8m ，d A =50mm ，l B =12m ，d B =38mm （上述l

中包含了局部阻力，d 指内径）。流体工质是常压、20℃的空气（按干空气计）。总流量是200kg/h 。问：B 管的质量流量是多少？分支点与汇合点的局部阻力可略。ε皆为0.2mm 。

h Kg W h Kg W R R h kg W h Kg W W W d R h kg W d R h

Kg W l d l d W W d B d A s

Pa m kg B A B A B B e A e B A B A B A B B B e B A A e A A A B B B A B A B A B B A A /56,/144,034

.0,1088.2,

0302.0,1063.5,/56,/14458.2/,034.0,0302.0034.0,1026.5/,1091.210

81.1038.03600/5.564/5.565.1432000302.0 ,004.0/,1061.510

81.1050.03600/5.1434/5.14354.3/54.2(20054.28

0285.012031.0)89/50(031

.0,0285.0031

.0,1026.538/2.0/0285

.0,004.050/2.0/1081.1,/205.1]['

4,4,'

345,'

45,555353===?==?=======?=?=????=

=-===?=????=

===???=????====?=====??==-----值与原设的一致，故因核算得的查得查得算得再设查得查得）设在阻力平方区，管：在阻力平方区，管：空气：解‘λλλλλλλεπλεπλλλλλλελεμρ

38．某水塔供水流程如附图的a)图所示，管长为L 。现需增加50%的流量，拟采用b)流程。b)流程中各管管径均与a)流程的相同，其L/2管长为两管并联。设局部阻力不计，所有管内流体流动的摩擦系数λ值均相等且为常数。问：b)方案能否满足要求。

52218)(gd lV H A πλ=解： 52225222)2/1(8)2/)(2/1(8)(gd V gd V H B πλπλ+=

化工原理课后习题答案详解

的要求。不满足流量增加0012222221

50)(265.1,2

1421B V V V V V =+?=∴ 39．某七层的宿舍楼，第四至第七层楼生活用水均来自房顶水箱。如图。若总输

水管为 ''211普通壁厚水煤气钢管，各层楼自来水支管为 ''21普通壁厚水煤气钢

管。所用的阀皆为截止阀。水箱内水深2m 。有关尺寸示于附图。试计算：（1）只开七楼的阀且阀全开时，V 7为多少？（2）当四楼及七楼的阀都全开，五、六

楼的阀全关，V 4及V 7及各为多少？计算支管阻力时只计入局部阻力，直管阻力可

略。设λ皆为0.040。

s m V s m V V V V V V V V V V s

m V s m U U U U U U m

L m L A A m m d m m m m d m m e e /10348.5,/10035.110411.110376.18.111)(1059.704.15301575.0(8)101575.02.104.04.6()041.0(8)041.035.034.1104.0()4.1181.9()

01575.0(8)101575.02.104.04.6()041.0()(8)041.02.204.05.0()6.1581.9(:

./1047.5/81.22

)1476.0()041.02.204.05.0(2)101575.02.104.04.6(2.481.91476.0)41/75.15(35.0;2.1,,5.00/;4.6,75.15,

75.225.21.41,5.3483473342

482782

7454224422442274

22

74347727727

72---?=?=?=?+=+?-+++?+=?+++=++-??==∴++++=?=====≈==?=?经试差得：化简，得）

七楼的阀②只开四总管①只开七楼得阀：

三通（直通），三通（直入旁出）），

突然缩小（全开阀门阀，支管为解：总管为大小总ππππζζφφ

40．用离心泵将水由水槽送至水洗塔内。水槽敞口。塔内表压为0.85at 。水槽水面至塔内水出口处垂直高度差22m 。已知水流量为42.5m 3/h ，泵对水作的有效功为321.5J/kg ，管路总长110m （包括局部阻力当量管长），管子内径100mm 。试计算摩擦系数λ值。

解：1--1与2--2间列柏努利方程：

gz 1+u 12/2+p 1/ρ+W s = gz 2+ u 22/2+p 2/ρ+∑h f

z 1= 0，z 2= 22 m ，u 1= 0，p 1(表)= 0

化工原理课后习题答案详解

u 2= V A =42.5/(π

4?0.12?3600) = 1.50 m/s

p 2= 0.85at = 0.85?9.81?104 = 8.34?104 Pa

∴W s = gz 2+u 12/2+p 2/ρ+∑h f 即321.5= 9.81?22+1.502/2+8.34?104/103+∑h f ∴∑h f = 21.2 J/kg

∑h f =

λl le d +?u 2/2 = λ11001.?1.502/2 = 21.2 ∴λ= 0.0171

41．35℃的水由高位槽经异径收缩管向下流动。如图。若不考虑流动阻力，为保证水在流经收缩管时不发生汽化现象，收缩管的管径应限制在多大尺寸以上？当地大气压为1atm ，35℃的水的密度为994kg/m 3，饱和蒸汽压为5.62kPa 。H=12m ，h=8m ，d=150mm （内直径）。

习题41附图

解：1] “1--1”至“3--3”列柏努利方程

gz 1+ p 1/ρ+u 12/2= gz 3+ p 3/ρ+ u 32/2

∵p 1= p 3，z 3 = 0，u 1 = 0

∴u 3 =21gz =2981

12??.= 15.3 m/s 2] “2--2”至“3--3”列柏努利方程

gz 2+ p 2/ρ+u 22/2= gz 3+ p 3/ρ+ u 32/2

2截面刚液体汽化时，p 2= 5.62kPa ，则

9.81?8+5.62?103/994+u 22/2 = 1.013?105/994+15.32/2

∴u 2 = 16.4 m/s

化工原理课后习题答案详解

3] ∵u 3d 32 = u 2d 22 即 15.3?1502 = 16.4d 22 ∴d 2 = 145 mm

42．如附图所示，水泵抽水打进B 、C 水槽。已知各管内径相等，且A —B 段、A —C 段和OA 段（不包括泵内阻力）的管道长与局部阻力当量管长之和

相

等。设摩擦系数λ值皆相同，过程定态。求

。

C

解：由“A →B E A －E C = α V C 2

E A －E B = α V B 2 ∴ E C －E B = α (V B 2－V C 2) 代入数据：9.81?(8.0－5.0) = α (V B 2－V C 2)

即： 29.4 = α (V B 2－V C 2) ……(1) 由“O →B ”得

W s = E B + α (V C +V B )2+ αV B 2

代入数据：150 = 9.81?5.0+ α (V C +V B )2+ αV B 2 即： 101 = α (V C +V B )2+ αV B 2 (2)

(2)/(1)，得 101

294.=[(V C +V B )2+V B 2]/( V B 2－V C 2)= [(V C /V B +1)2+1]/[1－(V C /V B )2]

解得：V C /V B = 0.387 43．在φ108×4mm 的圆直管内用毕托管测点流速。已知管内流体是平均分子量为35的混合气体，压强为200mmH 2O （表压），外界大气压为1atm ，气温为32℃，气体粘度为0.02cP 。在测管轴心处v max 时，U 形压差计读数R 为10mm ，压差计指

示液为水。问：管内气体流量是多少m 3

/h?

s

m gR

V m kg i /7.1143.1010

.081.9)43.11000(2)(2/43.1)32273(831435

)10013.181.91020.0(max 3

53=??-=

-=

=+???+??=ρ

ρρρ解：

81.0,1037.81020.043.110.07.11max 4

3

max =?=???=

-V U R 查得

化工原理课后习题答案详解

s m U /48.99.1181.0=?= h m V /268360048.91.0432=???=π

44．在内径为50mm 的圆直管内装有孔径为25mm 的孔板，管内流体是25℃清水。按标准测压方式以U 形压差计测压差，指示液为汞。测得压差计读数R 为500mm ，求管内水的流量。 原设正确，计算有效。查的）,62.025.0,1060.98937

.0050.010*********.34/1038.31

50.081.9)16.13(262.0025.0(4431332==?=??????=?=??-??=--O e C m R s m V ππ

45.某转子流量计，刻度是按常压、20℃空气实测确定的。现用于测常压下15℃的氯气，读得刻度为2000

。已知转子的密度为2600kg/m 3，问：氯气流量多少？

h l V m kg r c /1264)20.12600(0.320.1)0.32600(2000

/0.315273(83147110013.13

512=--==+???=）

解：ρ 46．已知某容器的容积V=0.05m 3，内储压缩空气，空气密度为8.02 kg/m 3。如图。在打开阀门时，空气以285m/s 流速冲出，出口面积A=65mm 2。设容器内任一时刻空气性质是均匀的。外界大气密度为1.2 kg/m 3。求打开阀门的瞬时容器内空气密度的相对变化率。

4

610101073.902.805.02.12851065U A ][--?-=????-==∴?=??ρρρρ

ρρV AU dt d d V dt 解

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