2022年化工原理第四版课后答案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载第一章 流体流淌流体的压力【 1-1 解 标准大气压力为 101.325kPa 容器 A 的肯定压力 p A 101 325+60 161 325 kPa容器 B 的肯定压力 p B 101325 12 89 325 kPa【 1-2】解 进口肯定压力 p 进 101 3 12 89 3 kPa出口肯定压力 p 出 101 3 157 258 3 kPa进、出口的压力差p157 （12） 157 12169 kPa或p258 389 3169 kPa114 k g /k m o l【 1-3 解正庚烷的摩尔质量为100 k

2、 g /k m o l,正辛烷的摩尔质量为将摩尔分数换算为质量分数正庚烷的质量分数10 4 1000 3692703kg/3 m0 4 1000 6 114正辛烷的质量分数21 0 3690 631/3 m,正辛烷的密度为从附录四查得20 下正庚烷的密度1684kg混合液的密度m0 369 .10 631 .696 kg/m36847038 7 1 8 k g/3 m【 1-4】混合液密度m8 7 9.048 6 755.1 0 6（肯定压力）【 1-5】解T2 7 34 03 1 3 p1 0 13.混合气体的摩尔质量Mm2 0 4280 2280 3244 0 0716 0 0118 6

3、kg kmol1 混合气体在操作条件下的密度为2 混合气体VmpMm106 8 18 60 763 3 kg mRT8 314 3133 6000 m ,摩尔体积为Mm18 63 m/kmol0 763m混合气体的量为nV6000 0 763246 kmolMm18 6m流体静力学名师归纳总结 【 1-6 】解管中水柱高出槽液面2m, h=2m 水柱；第 1 页,共 17 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 1 管子上端空间的肯定压力p优秀学习资料欢迎下载绝在水平面 1 1 处的压力平稳,有名师归纳总结 p 绝gh大气压力习题 1-6 附图第 2 页,

4、共 17 页p 绝10120010009 81 .281580 Pa（肯定压力）2 管子上端空间的表压p表p表p 绝- 大气压力 =8158010120019620 Pa习题 1-8 附图3 管子上端空间的真空度p 真p真=-p表=-1962019620 Pa4 槽内为四氯化碳,管中液柱高度hh水hccl4常温下四氯化碳的密度,从附录四查得为ccl41594 kg/3 mh100021 25 m1594【 1-7】解水的密度水=998kg/m3p1011030 12 .135500 05 .9989 81 .117 4 .103Pa【 1-8 】解容器上部空间的压力p2 94（表压）液体密度1

5、250kg/m ,指示液密度01400kg/m31 压差计读数R=. 在等压面11 上p 1p 1p 1p3 21hRgp 1p3 22 1hgR0gp2 2hRgp2 2hgR0gRg00因 g00,故R02 pAp3 2 .1g29 4 .1032 2 1250 .9 81 .56 4 .103PapBp3 2 .2g29 4 .1031 2 .12509 81 .44 1 10 .3Pa- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 【 1-9 】；解等压面11 ,p 1优秀学习资料欢迎下载p 1p 1p 1ppAH水gR水gR汞gB0 5 .H由以上三式,得

6、p A p B R 汞 g 0 5 . R 水 g已知 R 0 15 ,汞 13600 kg / m ,习题 1-9 附图p A p B 0 15 13600 9 81 0 5 0 15 1000 9 81313 64 10 Pa 13 64 kPa【 1-10 】解 设测压前两 U 形压差计的水银液面,距输水管中心线的距离为 H ；在等压面 2 2 处R 1 R 1 R 2p 2 p A H 水 g R 1 汞 g 气 g2 2R 2p 2 p B H 水 g R 2 汞 g2因 p 2 p 2,由上两式求得水 气p A p B R 1 R 2 汞 g2因 气 水水故 p A p B R 1

7、 R 2 汞-g2 习题 1-10 附图3【 1-11】解 h p 1 0 1 01 0 2 mg 1 0 0 0 . 9 8 1流量与流速名师归纳总结 q V【1-12】解1 体积流量习题 1-11 附图第 3 页,共 17 页42 d u400 6282 2 63 1 03 / s.3 8 1 4 hqm2 质量流量q V2 26 .10318004 07 .kg/s3 质量流速=qm=44 07 .2=1440 kg/ m2sA0 06 .【 1-13 】解液体1 1 5 0k g /3 m内管内径d 内3 3 5. 3 2 52m m 2 7.0 0 2 7- - - - - - -精

8、选学习资料 - - - - - - - - - 液体质量流量q m5000 kg h优秀学习资料欢迎下载m3h,体积流量qV50001150流速u液4q V内5000 1150 /22 11 .m/sm s习题 1-14 附图d2气体质量流量360040 027 .5 67 .q m1 6 0k gh气1 26 0 5 105 92 kg/3 m密度101325体积流量q V1603 mh5 92流速u气36004160 5 92 / .2 0 0335 .0 053 .2习题 1-13 附图【 1-14 】解 水: t 20,998 2 kg / m 31000 kg m 3主管的流量 q

9、m q m 1 q m 2 20 10 30 t / h 30 10 3kg / h3体积流量 q V q m 3 0 1 0 30 m 3/ h ,流速 u 1 0 m s1000管径 d Vq 30 0 103 m 103 mm3600 u 3600 0 785 1 04挑选 108 mm 4 mm 无缝钢管,内径为 d 100 mm,主管内水的流速 u q m / 3600 30 3600 / 1 06 . m s2 24 d 4 . 0 1连续性方程与伯努利方程名师归纳总结 【 1-15 】解u 10 5 m su2ud 1d10 2 m ,d 20 1 mm/s第 4 页,共 17

10、页12 220 5d2p 1p 2p 12 u 1p 2u2 21 875222 u 22 u 1222 0 522- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - pp 1优秀学习资料欢迎下载1875Pap 21 8751 875 1000hp18750 191 m191 mmg1000 9 81习题 1-15 附图习题 1-16 附图另一运算法hp1p2p12 u 12p2u2 20 191 .mg2gg2gu2 2u220 5 .212g2g9 81 .运算液柱高度时,用后一方法简便；【 1-16 】解水的体积流量q V2 5L/s2 5 .1033 ms ,截

11、面 1 处的流速u 1q V2 5 .1031 274 .m/s42 d 10 05 .24截面 2 处的流速u2u 1d121 2740 0525 1 ms0 025d2在截面1 与 2 之间列伯努利方程,忽视能量缺失；p12 u 1p2u22g2gg2gp 1h 1d110 0510 025g2210 025 .1 274 .2h 225 1 .229 81 .9 81 .截面 2 处的静压头h 20 2 1 8 m 水柱负值表示该处表压为负值,处于真空状态；名师归纳总结 【 1-17 】解出水阀全关闭时,压力表读数30. 4kPa习题 1-17 附图第 5 页,共 17 页（表压）能反映

12、出水槽的水面距出水管的高度h hp表30 4 .1033 1 .mg1039 81 .阀门开启后,压力表读数p 220 3 kPa （表压）从水槽表面至压力表处的管截面列出伯努利方程,以求出水管的流速2u- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料u2欢迎下载Z 1p2+Hf2gg2Z1h3 1 . m,Hf0 5 . m水柱23 20 3 102 u 29 810 53 13 109 81u 23 23 m sd0 05 m水的流量2 2 3 3 3q V d u 2 0 05 3 23 6 34 10 m / s 22 8 m / h4 4【 1

13、-18 】解 从伯努利方程得知,等直径水平管的压头缺失 H 与压力降 p 的关系为H f p；g3H f 水 = p 49 104 99 . m 水柱水 g 1000 9 81 .3H f 油 = p 49 105 68 . m 油柱油 g 880 9 81 .3H f 硫酸 = p 49 102 73 . m 硫酸柱硫酸 g 1830 9 81 .【 1-19 】如习题 1-19 附图所示,有一高位槽输水系统,管径为 57 mm 3 5 mm；已知水2在管路中流淌的机械能缺失为 h f 45 uu 为管内流速 ；试求水的流量为多少 m 3/ h ；2欲使水的流量增加 20% ,应将高位槽水面

14、上升多少米？解 管径 d 0 0 5 m ,2机械能缺失 h f 45 u21 以流出口截面处水平线为基准面,名师归纳总结 水的流量uZ15m ,Z20 ,u 10 ,u 2？3 m/s 10 3 .习题 1-19 附图第 6 页,共 17 页Z g2 u 2452 u 222u 22 Z g5 9 811 46 m s46233mhq V42 d2 u40 0521 462 871032 q V10 2q V1 2q Vu21 2 u21 2 1 461 75 m sZ 1g23 2Z 1232 . 1 75 7 81 m9 81- - - - - - -精选学习资料 - - - - - -

15、 - - - 高位槽应上升7 1852 18 优秀学习资料欢迎下载m【 1-20 】解管内径d0 0 3 2.0 0 0 2 5.2m m,水密度习题 1-20 附图1000kg/m3截面22 处的表压p239 2kPa,水槽表面p 10（表压）1 从00 至22 , 00 为基准面,Z 10 ,Z23 m u 00 ,u2.压头缺失Hf8u2+12 u 2= 81u222g2g22 2g2Z1p02 u 0Z2p22 u 2Hfgg2g2g033 39 2 1022 u 2812 u 21000 9 819 812 2 9 81u21 43 m s水的流量q V42 d u23 6 0 04

16、0 2 721 4 33 6 0 0m32 9 52 从1 1 至22,Z 10 ,Z25p 1Z2p212 u 2gg2 2gp 153 39 2 1011 4321000 9 811000 9 8122 9 81p 13 10 4 10Pa10 4kPa 表压流体的黏度【 1-21 】解200 4 6 960 水3 1 005 10 Pa s3 1 0 Pa s空气1 8 16 1 0Pa s20 1 106Pa s水温度上升,黏度减小；空气温度上升,黏度增大；雷诺数与流体流淌类型名师归纳总结 流速【 1-22 】；解25,水的黏度0 89373 10 Pa s ,密度103997kg/m

17、 ,管内径3d0 05 m ,第 7 页,共 17 页Pa s ,998 2 kg/mu2m sRedu0 05 2 9975 1 12 104000 为湍流0 8937 103【 1-23 】解1 d0 05m ,q V4103m3/s,1 005流速uq V24410322 038 m s / . 0 054d- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 雷诺数R edu优秀学习资料欢迎下载4 0 0 00 0 5 . 2 0 3 831 0 0 5 1 0. 9 9 8 2 1 0 15 1 02 v4 42 cm/s4 4 104m2/s103Pa s d

18、 ,0 207m雷诺数Redu0 05 2 0382322000为层流v4 4 104【 1-24 】解1 水, 20,998 2kg/3 m,1 005Redu 40000 207u9982u0 01945 m s4 36 . 5 4 s1 01 005 103体量流量qV42 d u42 0 2 0 7.0 0 1 9 4 52 0 142 cm/s0 14 1042 m/sRedu20000 207 u4u0 135 m s0 14 10管内流体流淌的摩擦阻力缺失【 1-25 】解从截面A 到截面B 列伯努利方程,截面A 为基准面,就得p AHgp BhfppAp BHpgh f1液柱压

19、差计1-1 为等压面pARgp BHgR0g2ppApBR0gHg由式 1 与式 2 得hfR0g此式即为用U形管压差计测量流体在两截面之间流淌的摩擦缺失的运算式；【 1-26 】解已知管内径d0 0 5 m ,水的温度t=20 3 m s习题 1-25 附图密度998 2kg/m ,黏度1 004103Pa s ,流速u雷诺数Redu0 05 3 998 21 49 105湍流1 004 103管壁相对粗糙度d0 004查得摩擦系数.0 0293这两个直管的摩擦阻力缺失相同,为hfl u20029363215 8 J/kgd20 0521 弹簧压力表读数之差值 水平管名师归纳总结 - - -

20、 - - - -第 8 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载在 A、 B 两截面列伯努利方程因ZAZB,uAu ,故得pBgZAhfpA2 u AgZBp Bu2hfkPaB22pA998 215 815770Pa15 77垂直管在 A、 B 两截面间列伯努利方程,以截面 A 为基准面,Z A 0 , Z B L 6 m , u A u Bp A = gZ B p B h fp A p B gZ B h f 998 2 9 81 6 998 2 15 8 74530 Pa 74 53 kPa上述运算结果说明,垂直管的 p A p 大于水平管的

21、 p A p ；这是由于流体在垂直管中从下向上流淌时,位能增大而静压能减小；2U 形管液柱压差计的读数 R 水平管与前面相同,由伯努利方程得pAp Bhfa另从 U 形管压差计等压面处力的平稳,求得由式a 与式 b ,求得fRpARgp BR汞g汞柱127 6 .mm汞柱 pApBg汞Rgh9 81 .998 2 .15 8 .0 1276 .m13600998 2 . 汞垂直管与前面相同,由伯努利方程得pAp BgLhf 另从 U 形管压差计等压面处力的平稳,求得名师归纳总结 由式c与式d ,求得pARgppBpBLggR汞gd第 9 页,共 17 页RALg汞- - - - - - -精选

22、学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料fh欢迎下载Rg汞从上述推导可知,垂直管与水平管的液柱压差计的读数 R 相同；有了读数 R 值,就可以分别用式 b 及式 d 求得水平管及垂直管的 p A p B ；【 1-27 】解 从习题 2-25 与习题 2-28 可知, U 形管液柱压差计的读数 R 与两截面间流体流淌的摩擦缺失 fh 成正比,即 R h ；又知道,在粗糙管完全湍流区为阻力平方区,即摩擦缺失 h 与流体流速 f u 的平方成正比,h f u 2 ；2由上述分析可知 R u2 2因此 R u2 R R u2 R u u3【1-28】解 水 在 10 时 的 密 度

23、 999 7 m,黏 度31 306 . 10 Pa s , d 0 05 . m , l 100 ,光滑管；m31 体积流量 q V 330 L / h 0 33 . mh流速 u q V 0 33 . 0 0467 . m / s2 23600 d 3600 0 05 .4 4雷诺数 Re du 005 00467 999 73 1787 层流1 306 10摩擦系数 64 64 00358Re 17872 2摩擦缺失 h f l u 00358 100 0 0467 =00781 J kgd 2 0 05 232 体积流量 q V 990 L / h 0 99 . mh因流量是原先的 3

24、 倍,故流速 u 0 0467 3 0 14 m s雷诺数 Re 1787 3 5360 湍流对于光滑管,摩擦系数 用 Blasius 方程式运算0 3164 0 31640 25 0 25 0 037Re 5360 也可以从摩擦系数 与雷诺数 Re 的关联图上光滑管曲线上查得,0 037；2 2摩擦缺失 h f l u =0037 100 0 14 =0725 J / kgd 2 0 05 2【 1-29 】名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载习题 1-29 附图解1 套管式换热器,内管外径

25、d 10 114 m ,外管内径d20 201 m174根当量直径ded2d 10 2010 1140 087 m2 列管式换热器,外壳内径d 20 5 m ,换热管外径d 10 025 m ,根数n当量直径de44d2nd2 . 0 52174 . 0 025 20 0291 . m21d2nd 117412 m s ；管路0 5 .0 025 .【 1-30 】解空气,t35,1 147kg/ m3,18 85106Pa s ,流速u截面的高a0 3 ,宽b0 2 m；当量直径de2 ab2 0 30 20 24mab0 30 21 7m3/h雷诺数Red u0 24 12 1 1475

26、1 75 10湍流18 85 106d e0 0005 ,查得 =00192 ,l120 m摩擦缺失hfl u20 0192120122691 J/kgde20 24 .2【 1-31 】解已知d002 m l2m,103kgm3,=1mPa s ,体积流量q V流速uq V21 7 3600 . /1 504 .m s4d40 02 .2从液槽的液面至虹吸管出口截面之间列伯努利方程式,以虹吸管出口截面为基准面hu2lu2湍流0 617 m2gd2gRedu0 02 1 504 10004 3 01 101 103光滑管,查得0 0235,管入口突然缩小0 5U 形管（回弯头）1 5h10 0

27、23520 51 52 1 5040 022 9 81习题 1-31 附图习题 1-32 附图名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 【 1-32 】解优秀学习资料欢迎下载H ,以低位槽液面为在高位槽液面至低位槽液面之间列伯努利方程运算基准面；弯头p 10 表压）,p20 16 .106Pa,两槽流速u 1u 20 ,=1, 90Z1H Z ,20 管内流速 ,u1m s / ,管径d0 106 . m液体密度765kg/m3,黏度1 7 103Pa s雷诺数Redu0 106 1 7654 4 77 10湍流1 7

28、103/d0 002,查得0 0267管长l30160190 m ,阀门el50,高位槽的管入口05 ,低位槽管出口d0 75Hp2ldleu2g2g0 16 .1060 0267 .190500 5 .10 75 .22 123 9mh9 81 .0 106 .9 81 .765【 1-33 】解水在 20时998 2kg/m ,1 0043 10 Pa sd0 106 m ,lle1800 m流量q V30m3/h流速uq V2430 3600 /20 9448 .m/s4d . 0 106 Redu0 106 0 9448 998 24 9 96 10湍流1 004 103查得0 025

29、2摩擦阻力损失fldl u20 025218002 0 9448191 J kg20 1062以河水水面为基准面,从河水水面至水塔处的水管出口之习题 1-33 附图间列伯努利方程；外加机械能WZ gu2hf34 5 9 812 0 9448191530 J/kg22【 1-34 】解在水塔高度H 不变的条件下,输水管长度缩短,输水管中的水流量应增大；名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载从水塔水面至输水管出口之间列伯努利方程,求得HHflu2l075 ld2g因水塔高度H 不变,故管路的压头缺失

30、不变；管长缩短后的长度l 与原先长度l 的关系为在流体阻力平方区,摩擦系数恒定不变,有f2 l u习题 1-34 附图HfHl2 d2gd2 g2 0 75 l u l u2d2gd2g故流速的比值为u11 155u0 75流量的比值为q V1 155流量增加了15.5% q V管路运算【 1-35 】解d0 1 5 m ,l1 0 0 k mmq6 0 0 0 0hRe3 890 kg m,181 mPa s/sq V60000 3600=0 01873 8903 muq V20 01873 .1 06 .m/s40 15 .24d层流du0 15 1 06 890782181 103646

31、40 0818Re782由于是等直径的水平管路,其流体的压力降为ph f2 l u=890 008183 100 102 1 067 =273 10Pa27 3 MPad20 152油管最大承担压力为15 7 . MPa50km ,每级的p27 3 213 65 MPa ,低于油管最大承加压站数n2 7 3 1 7 4 1 5 7需设置2 级加压,每级管长为受压力；【 1-36 】解水,t20,998 2kg/ m3,=1 004103Pa s由伯努利方程,得管路的摩擦阻力缺失为名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - -

32、fh优秀学习资料欢迎下载/kgHg129 81118 J/d管 内 水 的 流 速 u 未 知 , 摩 擦 系 数不 能 求 出 ； 本 题 属 于 已 知l150 、d0 1 m、0 002、hf118J/kg,求u与q 的问题；u22 dlhflg/d2 512dlhf3 7d220 1 118 .lg0 002 .2 51 .1 004 .10321501180 1 .1503 7 .0 1 .998 2 .2 55 m s验算流淌类型q VR edu0 12 5 59 9 8 2 3 2 5 4 1 05 1 0湍流习题 1-37 附图1 0 0 4体积流量42 d u360040 122 55360072 1 . m3h习题 1-36 附图名师归纳总结 【 1-37 】此题是运算光滑管的管径问题；虽然可以用试差法运算,但不便利；最好及第 14 页,共 17 页是 用 光 滑 管 的 摩 擦 系 数 计 算 式0 3164 （ 适 用 于 Re3 2 5 10R e10 ） 与hfl u2d2u4Vq,推导一个hf与q V及d 之间的运算式；d