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第一章 流体流动
1-1 燃烧重油所得的燃烧气，经分析测知其中含8.5%CO2，7.5%O2，76%N2，8%H2O（体积%）。试求温度为500℃、压强为101.33×103Pa时，该混合气体的密度。
解 Mm=MAyA+ MByB+ MCyC+ MDyD
=44?8.5%+32?7.5%+28?76%+18?8% =28.26
?=P Mm /(RT)
=101.33?28.26/(8.314?773) =0.455kg/m3
1-2 在大气压为101.33×10Pa的地区，某真空蒸馏塔塔顶真空表读数为9.84×10Pa。若在大气压为8.73×104Pa的地区使塔内绝对压强维持相同的数值，则真空表读数应为多少？
解 塔内绝对压强维持相同，则可列如下等式 Pa1?9.84×104= Pa2?P
P = Pa2?Pa1+9.84×10
4
3
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=8.437×104Pa
1-3 敞口容器底部有一层深0.52m的水，其上部为深3.46m的油。求器底的压强，以Pa表示。此压强是绝对压强还是表压强？水的密度为1000kg/m3，油的密度为916 kg/m3。
解 表压强P(atg)=?1gh1+?2gh2
=1000?9.81?0.52+916?9.81?3.46 =3.62?104Pa
绝对压强P(ata)= P(atg)+ Pa =3.62?10+101.33?10 =1.37?105 Pa
1-4 为测量腐蚀性液体贮槽内的存液量，采用如本题附图所示的装置。控制调节阀使压缩空气缓慢地鼓泡通过观察瓶进入贮槽。今测得U型压差计读数R=130mmHg，通气管距贮槽底部h=20cm，贮槽直径为2m，液体密度为980 kg/m。试求贮槽内液体的储存量为多少吨？
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习题1-4附图 1－调节阀； 2－鼓泡观察器瓶； 3－U管压差计； 4－通气管； 5－贮罐 1 解 压缩空气流速很慢，阻力损失很小，可认为b截面与通气管出口截面a压强近似相等，设h1为通气管深入液面下方距离，因此
h1??A?14R?213.6?100.98?1033?130?10?3?1.804m
V??d?h1?h?
2
?14?3.14?2?0.2?1.80??6.28m3
23G??V?9.8?10?6.28?6.15?10kg?6.15t
1-5 一敞口贮槽内盛20℃的苯，苯的密度为880 kg/m3。液面距槽底9m，槽底侧面有一直径为500mm的人孔，其中心距槽底600mm，人孔覆以孔盖，试求：
（1）人孔盖共受多少液柱静止力，以N表示； （2）槽底面所受的压强是多少？
解 人孔盖以中心水平线上下对称，而静压强随深度做线性变化
因此可以孔中心处的压强计算人孔盖所受压力 P=?g(H–h)=880?9.81?(9–0.6)=72515.52Pa F=PA=72515.52???0.52/4=1.42?104N
1-6 为了放大所测气体压差的读数，采用如本题附图所示的斜管式压差计，一臂垂直，一臂与水平成20°角。若U形管内装密度为804 kg/m的95%乙醇溶液，求读数R为29mm时的压强差。 解 ?p??gRsin20 ?804?9.?8 ?78.25P a1-7用双液体U型压差计测定两点间空气的压差，测得R=320mm。由于两侧的小室不够大，致使小室内两液面产生4mm的位差。试求实际的压差为多少Pa。若计算时忽略两小室内的液面的位差，会产生多少的误差？两液体密度值见图。
解 如本题附图所示a-a 截面为等压面，所以
p2??1g?h??2gR?p1??1gR
?3
习题1-6附图
2?9?3
10?s in20?
1?p2? ?p?p??1
2???1gR??g ? h
习题1-7附图
2
??1000?910??9.81?0.32?910?9.81?0.004?282.528?35.708?318.236Pa
若忽略两小室内液面的位差，则压差为
?p?p1?p2???2??1?gR
??1000?910??9.81?0.32?282.528Pa
相差 35.708Pa，
误差（318.236-282.528）/318.236=11.22%
1-8 为了排除煤气管中的少量积水，用如本题附图所示的水封设备，水由煤气管路上的垂直支管排出，已知煤气压强为1×105
Pa(绝对压强)。问水封管插入液面下的深度h应为若干？当地大气压强p43
a=9.8×10Pa，水的密度ρ=1000 kg/m。
解 P=?gh+Pa
所以h=(P-Pa)/ ?g=(1.00?105-9.8?104)/9.81?1000=0.204m 习题1-8附图
1-9 如本题附图示某精馏塔的回流装置中，由塔顶蒸出的蒸气经冷凝器冷凝，部分冷凝液将流回塔内。已知冷凝器内压强p5
1=1.04×10Pa（绝压），塔顶蒸气压强p2=1.08×105Pa（绝压），为使冷凝器中液体能顺利地流回塔内，问冷凝器液面至少要比回流液入塔处高出多少？冷凝液密度为810 kg/m3。
解 若使冷凝器中液体能顺利地流回塔内，则
p1+?gh = p2 习题1-9附图 ?h=(p2-p1)/ ?g
1―精馏塔；2―冷凝器
=(1.08?105-1.04?105)/9.81?810=0.503m
1-10为测量气罐中的压强pB，采用如本题附图所示的双液杯式微差压计。两杯中放有密度为ρ1的液体，U形管下部指示液密度为ρ2。管与杯的直径之比d/D。试证： pB?pa?hg??2???d21?h?g
D12解 等压面为1-1截面，由静力学方程可得
p
B+?1g?h +?2gh = ?1gh +pa 习题1-10附图
pB= pa +(?1 -?2)gh -?1g?h
3
由 ?h?D/4=h?d/4 可得 ?h=h(d/D)所以
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pB?pa?hg??2??1??hg?1dD221-11 列管换热器的管束由121根φ25×2.5mm的钢管组成，空气以9m/s的速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50℃，压强为196×10Pa（表压），当地大气压为98.7×10Pa。试求：
（1）空气的质量流量；
（2）操作条件下空气的体积流量；
（3）将（2）的计算结果换算为标准状态下空气的体积流量。
注：φ25×2.5mm钢管外径为25mm，壁厚为2.5mm，内径为20mm。
解 操作条件下空气的体积流量
Vs?uA?9?0.785??0.025?0.0025?2??0.3419m/s3233
空气的质量流量 ws?Vs?
操作条件下空气的密度
??MT0p?2922.4?273??196?98.7?323?101.325?3.182kg/m3
习题1-11附图 1―壳体；2―顶盖；3―管束；4―花板；5－空气
进出口。
22.4Tp0 所以 ws?0.3419?3.182?1.088kg/s 由于
pVsT?p0VsT00
标准状态下空气的体积流量
Vs0?pT0p0TVs??196?98.7??273101.3?323?0.342?0.84m/s
31-12 如本题附图所示，高位槽内的水面高于地面8m，水从φ108×4mm的管路中流出，管路出口高于地面2m。在本题中，水流经系统的能量损失可按hf=6.5u计算，其中u为水在管内的流速，试计算：
（1）A－A截面处水的流速；
（2）出口水的流量，以m3/h计。
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