化工原理课后习题答案.pdf

第一章流体流动

1.某设备上真空表的读数为13.3×103Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区

大气压强为98.7×103Pa。

解：由绝对压强=大气压强–真空度得到：

设备内的绝对压强P=98.7×103Pa-13.3×103Pa
绝

=8.54×103Pa

设备内的表压强P=-真空度=-13.3×103Pa
表

2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为960㎏/㎥的油品，油面高于罐底6.9m，油面

上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760mm的圆孔，其中心距罐底800mm，孔盖用

14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106Pa，

问至少需要几个螺钉？

分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即

P≤σ
油螺

解：P=ρgh×A=960×9.81×(9.6-0.8)×3.14×0.762
螺

150.307×103N

σ=39.03×103×3.14×0.0142×n
螺
P≤σ得n≥6.23
油螺
取n=7
min
至少需要7个螺钉

4.本题附图为远距离测量控制装置，用以测

定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两

吹气管出口的距离H=1m，U管压差计的指示

液为水银，煤油的密度为820Kg／㎥。试求当

压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气

管出口距离ｈ。

分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1´和4－4´

为等压面，2－2´和3－3´为等压面，且1－1´和2－2´的压强相等。根据静力学基本方程列

出一个方程组求解
解：设插入油层气管的管口距油面高Δh

在1－1´与2－2´截面之间

P=P+ρgR
12水银
∵P=P，P=P
1423
且P=ρgΔh，P=ρg（H-h）+ρg（Δh+h）
3煤油4水煤油
联立这几个方程得到

ρgR=ρg（H-h）+ρg（Δh+h）-ρgΔh即
水银水煤油煤油
ρgR=ρgH+ρgh-ρgh带入数据
水银水煤油水
1.0³×10³×1-13.6×10³×0.068=h(1.0×10³-0.82×10³)

ｈ=0.418ｍ

6.根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强ｐ。压差计中以油和

水为指示液，其密度分别为920㎏／ｍ3,998㎏／ｍ3,Ｕ管中油﹑水交接面高度差R=300ｍ

ｍ，两扩大室的内径D均为60ｍｍ，Ｕ管内径ｄ为6ｍｍ。

当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。

分析：此题的关键是找准等压面，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，选取1－1‘为等压面，

对于Ｕ管左边ｐ+ρg(h+R)=Ｐ
表油11

对于Ｕ管右边Ｐ=ρgR+ρgh
2水油2

ｐ=ρgR+ρgh-ρg(h+R)
表水油2油1
=ρgR-ρgR+ρg（h-h）
水油油21

当ｐ=0时，扩大室液面平齐即π（D/2）2（h-h）=π（d/2）2R
表21
h-h=3mm
21

ｐ=2.57×102Pa
表

8.高位槽内的水面高于地面8m，水从φ108×4mm的管

道中流出，管路出口高于地面2m。在本题特定条件下，

水流经系统的能量损失可按∑ｈ=6.5u2计算，其中u
f
为水在管道的流速。试计算：

⑴A—A'截面处水的流速；
⑵水的流量，以m3/h计。

分析：此题涉及的是流体动力学，有关流体动力学主要是能量恒算问题，一般运用的是柏努

力方程式。运用柏努力方程式解题的关键是找准截面和基准面，对于本题来说，合适的截面

是高位槽1—1,和出管口2—2,,如图所示，选取地面为基准面。

解：设水在水管中的流速为u，在如图所示的1—1,，2—2,处列柏努力方程

Zｇ+0+Ｐ/ρ=Zｇ+ｕ2／2+Ｐ/ρ+∑ｈ
1122f

（Z-Z）g=u2/2+6.5u2代入数据
12

(8-2)×9.81=7u2,u=2.9m/s

换算成体积流量

V=uA=2.9×π/4×0.12×3600
S

=82m3/h

10.用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位置如本

题附图所示。管路的直径均为Ф76×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66

×10³Pa,水流经吸入管与排处管（不包括喷

头）的能量损失可分别按∑ｈ=2u²，∑
f,1

h=10u2计算，由于管径不变，故式中u为
f,2
吸入或排出管的流速ｍ/s。排水管与喷头连

接处的压强为98.07×10³Pa（表压）。试求

泵的有效功率。

分析：此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统

所要求的有效功率把整个系统分成两部分来处理，

从槽面到真空表段的吸入管