华南理工大学：《化工原理》课程教学资源_各章习题及解答

化工原理习题及解答 (华南理工大学化工原理教研组编) 2004年6月

化工原理习题及解答 （华南理工大学化工原理教研组编） 2004 年 6 月

流体力学与传热 第一章流体流动 1.1解:混合气体的平均分子量Mn为 Mn-Mco2 yco2+Mo2 yo2+ Mm2yN2+ MH2oy H2o =44×0.085+32×0.075+28×0.76+18×0.08 =28.86kg/kmol 该混合气体在500℃,1atm时的密度为 Mm*70*p2886273 =0.455kg/m 224*7*pO224273 1.2解:设备上真空表的绝对压强为 绝对压强=大气压一真空度 =740-10 640mmHg 10133×105 =640× =8.53×104N/m2 760 设备内的表压强为 表压强=一真空度 =-100mmHg 10133×105 (100× )=-1.33×104N/m2 760 或表压强=-(100×1.33×102)=-1.33×10N/m2 1.3解:设通过孔盖中心的0-0水平面上液体的静压强为p,则p便是罐内液体作用于孔盖上的平均压强 根据流体静力学基本方程知 PPa+pgh 作用在孔盖外侧的是大气压强pa,故孔盖内外两侧所受压强差为 Ap=p-p.=P,+pgh- P,=p gh △p=960×9.81(9.6-0.8)=8.29×10N/m 作用在孔盖上的静压力为 p=△p×2d2=829×104×x0.762=3.76×104N 每个螺钉能承受的力为 400×9807××00142=604×103N

流体力学与传热 第一章 流体流动 1.1 解：混合气体的平均分子量 Mn 为 Mn=M co2 y co2 + M o2 y o2 + M N 2 y N 2 + M H 2O y H 2O =44×0.085+32×0.075+28×0.76+18×0.08 =28.86kg/kmol 该混合气体在 500℃，1atm 时的密度为 ρ= T po Mm To p 22.4* * * * = 22.4 28.86 × 273 273 =0.455kg/m³ 1.2 解：设备上真空表的绝对压强为 绝对压强=大气压―真空度 =740―100 =640mmHg =640× 760 1.0133 105  =8.53×10 4 N/m² 设备内的表压强为 表压强=―真空度 =―100mmHg =―（100× 760 1.0133 105  ）=―1.33×10 4 N/m² 或表压强=―（100×1.33×10 2 ）=―1.33×10 4 N/m² 1.3 解：设通过孔盖中心的 0—0 水平面上液体的静压强为 p，则 p 便是罐内液体作用于孔盖上的平均压强。 根据流体静力学基本方程知 p=p a +ρg h 作用在孔盖外侧的是大气压强 p a ，故孔盖内外两侧所受压强差为 Δp=p―p a = p a +ρgh― pa = ρgh Δp=960×9.81(9.6―0.8)=8.29×10 4 N/m² 作用在孔盖上的静压力为 p = Δp× 2 4 d  =8.29×10 4 2 4 0.76 3.76 10 4   =   N 每个螺钉能承受的力为 N 2 3 0.014 6.04 10 4 4009.807   =  

螺钉的个数37×10604×10=623个 14解:U管压差计连接管中是气体。若以p。,pB20,Pm分别表示气体,水和水银的密度,因为p 《P,故由气体高度所产生的压强差可以忽略。由此可认为P4≈P2及PB≈P 由静力学基本方程式知 P4≈P=PH208R2+pm =1000×9.81×0.05+13600×9.81×0.05 =7161N/m2 PB≈PD=P4+Pm8R1=7161+13600×9.81×0.4=6.05×104N/m(表压) 1.5解:1)1,2,3三处压强不相等,因为这三处虽在静止流体的同一水平面上,但不是连通着的同 种流体 2)4,5,6三处压强相等,因为这三处是静止的,连通这的同一种流体内,并在同一水平面上 3)∵P4=P E P,+ Puzogh,=PB+Puzo(h,-h)+Pugh, PR=P-(PHe-Puzo)gh, =101330-(13600-1000)×981×0.1 =88970N/m2 或PB=12360N/m2(真空度) 又由于P4=P6 Bp Pa+PH2ogh,=pc+Pugh, 所以p4=P4-(Pm-P20)gh2 =101330-(13600-1000)×9.81×0.2 76610N/m2 Pa=24720N/m2(真空度) 1.6解:在串联U管的界面上选2,3,4为基准面,利用流体静力学基本原理从基准面2开始,写出各基

螺钉的个数=3.76×10 3 4 6.0410 =6.23 个 1.4 解：U 管压差计连接管中是气体。若以  g  H O  Hg , , 2 分别表示气体，水和水银的密度，因为  g 《  Hg ，故由气体高度所产生 的压强差可以忽略。由此可认为 pA  pc及pB  pD 由静力学基本方程式知 pA  pc =  H 2O gR2 +  Hg gR2 =1000×9.81×0.05+13600×9.81×0.05 =7161N/m² pB  pD = pA +  Hg gR1 =7161+13600×9.81×0.4=6.05×10 4 N/m(表压) 1.5 解：1）1，2，3 三处压强不相等，因为这三处虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的 同一 种流体。 2）4，5，6 三处压强相等，因为这三处是静止的，连通这的同一种流体内，并在同一水平面上。 3）  p4 = p5 即 2 2 2 2 1 1 pA + pH O gh = pB +  H O g(h − h ) +  Hg gh 2 1  pB = pA − ( Hg −  H O )gh =101330―（13600―1000）×9.81×0.1 =88970N/m² 或 pB =12360N/m²（真空度） 又由于 p4 = p6 即 pA +  H 2O gh2 = pC +  Hg gh2 所以 pc = 2 2 p A − ( Hg −  H O )gh =101330―（13600―1000）×9.81×0.2 =76610N/m² 或 pc = 24720N/m²（真空度） 1.6 解：在串联 U 管的界面上选 2，3，4 为基准面，利用流体静力学基本原理从基准面 2 开始，写出各基

准面压强的计算式,将所得的各式联解,即可求出锅炉上方水蒸气的压强P° P2=P2=Pa+ PHgg(h-h) o p2-Pa=PHgg(h-h2) P3=P3=Pa-PHzog(h, -h2) E P3-P2=-PHzog(h, -h2) P4=P4 =P+PHsg(h3-h4) E Pa-P3=PHsg(h3-h4) P0=P4-pn208(hs-h4)或P0-p4=-Pn28(h5-h2) 将以上右式各式相加,并整理得 Po=Pa+pmkg[(h1-h2)+(h3-h4)-Pm2g(h3-h2)+(hs-h4) 将已知值代入上式得 745 po-760 ×101330+13600×981[(23-1.2)+(2.5-14)] 1000×9.81[(2.5-1.2)+(3-14)] 364400N/m2 或p0=364400807×104=3.72 kgf/cm2 1.7解:当管路内气体压强等于大气压强时,两扩大室的液面平齐。则两扩大室液面差△h与微差压差计 读数R的关系为 D2Ah==d2R 4 当压差计读数R=300mm时,两扩大室液面差为 △h=R()2=03()2=0.003m 以3P2分别表示水与油的密度,根据流体静力学基本原理推导出 p-pn=(01-P2)gR+ 即管路中气体中的表压强p为 =(998-920)×981×0.3+920×9.81×0.003=257N/m2(表压) 1.8解:1)空气的质量流量 从本教材附录三查得标准状况下空气的密度为1293kg/m3。 740 操作压强P=760 1.0133×103+2×9807×104=2.95×103N/m2 操作条件下空气的密度为 =1.293× (273+50)10133105=318kg/m 空气的质量流量为 w,=uAp=9×121××0022×3.18=1.09kg

准面压强的计算式，将所得的各式联解，即可求出锅炉上方水蒸气的压强 0 p 。 ( ) p2 p2 = pa + Hg g h1 − h2  =  或 ( ) p2 − pa =  Hg g h1 − h2 ( ) p3 p3 = pa − H 2O g h3 − h2  =  或 ( ) p3 − p2 = − H 2O g h3 − h2 ( ) p4 p4 = pa + Hg g h3 − h4  =  或 ( ) p4 − p3 =  Hg g h3 − h4 ( ) p0 = p4 −  H 2O g h5 − h4 或 ( ) p0 − p4 = − H 2o g h5 − h4 将以上右式各式相加，并整理得 [( ) ( )] [( ) ( )] p0 = pa +  Hg g h1 − h2 + h3 − h4 −  H 2O g h3 − h2 + h5 − h4 将已知值代入上式得 760 745 p0 = ×101330+13600×9.81[（2.3―1.2）+（2.5―1.4）] ―1000×9.81[（2.5―1.2）+（3―1.4）] =364400N/m² 或 0 p =364400/9.807×10 4 =3.72kgf/cm² 1.7 解：当管路内气体压强等于大气压强时，两扩大室的液面平齐。则两扩大室液面差Δh 与微差压差计 读数 R 的关系为 D h d R 2 2 4 4    = 当压差计读数 R=300mm 时，两扩大室液面差为 Δh=R m D d ) 0.003 60 6 ( ) 0.3( 2 2 = = 以 1 2  ,  分别表示水与油的密度，根据流体静力学基本原理推导出 p − pa = (1 −  2 )gR +  2 gh 即管路中气体中的表压强 p 为 p=（998―920）×9.81×0.3+920×9.81×0.003=257N/m²（表压） 1.8 解：1）空气的质量流量 从本教材附录三查得标准状况下空气的密度为 1.293kg/m³。 操作压强 5 4 5 1.0133 10 2 9.807 10 2.95 10 760 740 p =   +   =  N/m² 操作条件下空气的密度为  =  =   Tp T p 1.293× 3 5 5 3.18 / (273 50)1.0133 10 273 2.95 10 = kg m +    空气的质量流量为 w uA k g s s 0.02 3.18 1.09 / 4 9 121 2 = =     =  

2)操作条件下空气的体积流量] V=W,/p=1.09/3.18=0.343m3/s 3)标准状况下空气的体积流量为 V=w,/p=109/1.293=0.843m3/s 19解:以下标1表示压强为1atm的情况,下标2表示压强为5atm的情况。 在两种情况下wa=w2=, T=T2=T 由于w,=1A11=l2A2 z 2P1 P1=P2 7P2 所以(2)2 P PI p2 p2 =007=00313mm VP2 l.10解:以高位槽液面为上游截面1—1’,连接管出口内侧为下游截面2—2°,并以截面1—1·为基准水平 面。在两截面间列柏努利方程式,即 PI +—+ 式中Z1=0 ≈0 P1≈0(表压) S 3600×2×0.0332 P2=0.1×9.807×104=9807N/m2(表压) ∑h=30/kg 将上列数值代入柏努利方程式,并解得

2）操作条件下空气的体积流量] V w m s s s / 1.09 / 3.18 0.343 / 3 =  = = 3）标准状况下空气的体积流量为 V w m s s s / 1.09/1.293 0.843 / 3 =  = =   1.9 解：以下标 1 表示压强为 1atm 的情况，下标 2 表示压强为 5atm 的情况。 在两种情况下 ws1 = ws2 = ws T1 = T2 = T u1 = u2 = u 由于 ws = u1A11 = u2A2 2 1 2 2 1 1 2 2 4 T P T p A d    = = 所以 2 1 2 2 1 1 2 ( ) p p d d = =   即 mm p p d d 0.0313 5 1 0.07 2 1 2 = 1 = = 1.10 解：以高位槽液面为上游截面 1—1’，连接管出口内侧为下游截面 2—2’，并以截面 1—1’为基准水平 面。在两截面间列柏努利方程式，即 + + = + + +hf u p gZ u p gZ   2 2 2 2 1 2 1 1 2 2 式中 Z1 = 0 u V A m s p u s 1.62 / 0.033 4 3600 5 / 0( 0 2 2 1 1 =   = =    表压） p2 = 0.1  9.807  10 4 = 9807N / m 2 (表压） hf = 30J / kg 将上列数值代入柏努利方程式，并解得