天津大学化工原理答案(第二版)完整

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解:由流体静力学方程,距罐底1000 mm处的流体压力为

p?p??gh?101.3?103?960?9.81?(9.5?1.0)Pa?1.813?103Pa(绝压) 作用在孔盖上的总力为

??π F?(p?pa)A=(1.813?103-101.3?103)??0.762N=3.627?104N

4每个螺钉所受力为

π F1?39.5?10??0.0142N?6.093?103N

4因此

n?FF1?3.627?104?6.093?103?N?5.95?6(个)

习题4附图

习题5附图

5.如本题附图所示,流化床反应器上装有两个U管压差计。读数分别为R1=500 mm,R2=80 mm,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散,于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水,其高度R3=100 mm。试求A、B两点的表压力。 解:(1)A点的压力

pA??水gR3??汞gR2??1000?9.81?0.1?13600?9.81?0.08?Pa?1.165?104Pa(表)

(2)B点的压力

pB?pA??汞gR1 ?1.165?10?13600?9.81?0.5Pa?7.836?10Pa(表)?4?46.如本题附图所示,水在管道内流动。为测量流体压力,在管道某截面处连接U管压差计,指示液为水银,读数R=100 mm,h=800 mm。为防止水银扩散至空气中,在水银面上方充入少量水,其高度可以忽略不计。已知当地大气压力为101.3 kPa,试求管路中心处流体的压力。

解:设管路中心处流体的压力为p

根据流体静力学基本方程式,pA?pA?

习题6附图

5

则 p+?水gh+?汞gR?pa

p?pa??水gh??汞gR??101.3?10?1000?9.8?0.8?13600?9.8?0.1?Pa?80.132kPa3

7.某工厂为了控制乙炔发生炉内的压力不超过13.3 kPa(表压),在炉外装一安全液封管(又称水封)装置,如本题附图所示。液封的作用是,当炉内压力超过规定值时,气体便从液封管排出。试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h。

解:?水gh?13.3

h?13.3??水g??13.3?1000?1000?9.8?m?1.36m习题7附图

流体流动概述

8. 密度为1800 kg/m3的某液体经一内径为60 mm的管道输送到某处,若其平均流速为0.8 m/s,求该液体的体积流量(m3/h)、质量流量(kg/s)和质量通量[kg/(m2·s)]。

解: Vh?uA?uπ23.14d?0.8??0.062?3600m3s?8.14m3h 44π3.14ws?uA??ud2??0.8??0.062?1000kgs?2.26kgs

44G?u??0.8?1000kg?m2?s??800kg?m2?s?

9.在实验室中,用内径为1.5 cm的玻璃管路输送20 ℃的70%醋酸。已知质量流量为

10 kg/min。试分别用用SI和厘米克秒单位计算该流动的雷诺数,并指出流动型态。 解:(1)用SI单位计算

查附录70%醋酸在20 ℃时,??1069kgm3,??2.50?10?3Pa?s d?1.5cm?0.015 mub?10?60?π4?0.0152?1069?ms?0.882ms

Re?dub???0.015?0.882?1069?2.5?10?3??5657 故为湍流。

(2)用物理单位计算

??1069gcm3,??0.025g?cm?s? d?1.5cm,ub??88.2cms Re?dub???1.5?88.2?1.0690.025?5657

10.有一装满水的储槽,直径1.2 m,高3 m。现由槽底部的小孔向外排水。小孔的直径为4 cm,测得水流过小孔的平均流速u0与槽内水面高度z的关系为:

u0?0.622zg

6

试求算(1)放出1 m3水所需的时间(设水的密度为1000 kg/m3);(2)又若槽中装满煤油,其它条件不变,放出1m3煤油所需时间有何变化(设煤油密度为800 kg/m3)? 解:放出1m3水后液面高度降至z1,则 z1?z0?由质量守恒,得

w2?w1?dM?0,w1?0 (无水补充)

d? w2??u0A0?0.62?A02gz (A0为小孔截面积)1??3?0.8846?m?2.115m

0.785?1.22 M??AZ (A为储槽截面积) 故有 0.62?A02gz??Adz?0

d?即

dz2gz??0.62A0d? A上式积分得 ??A1212)(z0?z1) A0.622g0(2?1?1212 ? 64s?2.1min???3?2.115?s?12.0.04?0.622?9.81?22 11.如本题附图所示,高位槽内的水位高于地面7 m,水从φ108 mm×4 mm的管道中

流出,管路出口高于地面1.5 m。已知水流经系统的能量损失可按∑hf=5.5u2计算,其中u为水在管内的平均流速(m/s)。设流动为稳态,试计算(1)A-A'截面处水的平均流速;(2)水的流量(m3/h)。

解:(1)A- A'截面处水的平均流速

在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程,得

p12p22 gz1?1ub1?1?gz2?ub2???hf 2?2?(1)

式中 z1=7 m,ub1~0,p1=0(表压) z2=1.5 m,p2=0(表压),ub2 =5.5 u2 代入式(1)得

22 9.81?7?9.81?1.5?1ub2?5.5ub22 ub?3.0ms

(2)水的流量(以m3/h计)

Vs?ub2A?3.0?3.142??0.018?2?0.004??0.02355m3s?84.78m3h 4 7

习题11附图 习题12附图

12.20 ℃的水以2.5 m/s的平均流速流经φ38 mm×2.5 mm的水平管,此管以锥形管与另一φ53 mm×3 mm的水平管相连。如本题附图所示,在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压力。若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5 J/kg,求两玻璃管的水面差(以mm计),并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。 解:在A、B两截面之间列机械能衡算方程 p12p22 gz1?1ub1?1?gz2?ub2???hf 2?2?式中 z1=z2=0,ub1?3.0ms

?A1ub2?ub1??A?2?d12????ub1??d2??2?0.038?0.0025?2???2.5???ms?1.232ms ??0.053?0.003?2??2 ∑hf=1.5 J/kg

p1?p2?22ub2?ub1ub2??2?2?1.232??2.52?hf???1.5Jkg ??Jkg??0.8662??故

p1?p2?0.8669.81m?0.0883m?88.3mm ?g13.如本题附图所示,用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定,其上方压力为1.0133?105 Pa。流体密度为800 kg/m3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21?105 Pa,进料口高于储罐内的液面8 m,输送管道直径为φ68 mm ?4 mm,进料量为20 m3/h。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg,求泵的有效功率。

解:在截面A-A?和截面B-B?之间列柏努利方程式,得

2u12p2u2??gZ1?We???gZ2??hf ?2?25p1?1.0133?10Pa;p2?1.21?105Pa;Z2?Z1?8.0m;p1u1?0;u2??hf?70Jkg

习题13附图

203600VV??ms?1.966msAπ23.142d??0.068?2?0.004?4422p?pu?u2121 We???g?Z2?Z1???hf ?2

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