化工原理上册课后习题答案陈敏恒版
化工原理上册课后习题答案
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 2co y 2co + M 2o y 2o + M 2N y 2N + M O H 2y O H 2 =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=
po T p To Mm **4.22**=4.2286.28×273
273
=0.455kg/m 3
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
10
0133.15
?=8.53×104
N/m2
设备内的表压强为
表压强=―真空度
=―100mmHg
=―（100×
760
100133.15
?）=―1.33×104
N/m2
或表压强=―（100×1.33×102
）=―1.33×104
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 ―
=a p ρgh
Δp=960×9.81(9.6―0.8)=8.29×104
N/m2
作用在孔盖上的静压力为
=p
Δp ×
2
4
d π
=8.29×
10
424
1076.376.04
?=??
π
N
每个螺钉能承受的力为
N 321004.6014.04
807.9400?=??
?π
螺钉的个数=3.76×10
3
4
1004.6?=6.23个
1.4
解：U 管压差计连接管中是气体。若以Hg O H g ρρρ,,2分
别表示气体，水和水银的密度，因为g ρ《Hg ρ，故由气体高度所产生 的压强差可以忽略。由此可认为D
B c A p p p p ≈≈及
由静力学基本方程式知
c A p p ≈=222gR gR Hg O H ρρ+
=1000×9.81×0.05+13600×9.81×0.05 =7161N/m2
1
gR p p p Hg A D B ρ+=≈=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）54p p =
即
112222)(gh h h g p gh p p Hg O H B O H A ρρ+-+=+
12)(gh p p O H Hg A B ρρ--=∴
=101330―（13600―1000）×9.81×0.1
=88970N/m2
或 B p =12360N/m 2（真空度）
又由于64p p =
即 222gh p gh p Hg C O H A ρρ+=+
所以
=c p 22)(gh p O H Hg A ρρ--
=101330―（13600―1000）×9.81×0.2
=76610N/m 2 或
=c p 24720N/m 2（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
0p 。
)(2122h h g p p p Hg a -+='
=ρ
或
)(212h h g p p Hg a -=-ρ
)(23233h h g p p p O H a --='
=ρ
或
)(23223h h g p p O H --=-ρ
)(4344h h g p p p Hg a -+='
=ρ 或
)(4334h h g p p Hg -=-ρ
)(45240h h g p p O H --=ρ 或
)(45240h h g p p o H --=-ρ
将以上右式各式相加，并整理得
)]
()[()]()[(4523243210h h h h g h h h h g p p O H Hg a -+---+-+=ρρ
将已知值代入上式得
760
745
0=
p ×101330+13600×9.81[（2.3―1.2）+（2.5―1.4）]
―1000×9.81[（2.5―1.2）+（3―1.4）]
=364400N/m 2 或0p =364400/9.807×104=3.72kgf/cm 2
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
R d h D 224
4
π
π
=
?
当压差计读数R=300mm 时，两扩大室液面差为 Δh=R m D d 003.0)60
6
(3.0)(
22== 以21,ρρ分别表示水与油的密度，根据流体静力学基本原理推导出
h g gR p p a ?+-=-221)(ρρρ
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/m 2（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/m 3。
操
作
压
强
5451095.210807.92100133.1760
740
?=??+??=
p N/m 2
操作条件下空气的密度为
ρ
=
ρ'
='
'p T p
T 1.293×
3
5
5/18.310
0133.1)50273(1095.2273m kg =?+?? 空气的质量流量为
s kg uA w s /09.118.302.04
12192=???
?==π
ρ
2）操作条件下空气的体积流量]
s m w V s s /343.018.3/09.1/3===ρ
3）标准状况下空气的体积流量为
s m w V s s /843.0293.1/09.1/3=='='
ρ
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 s s s w w w ==21
T
T T ==21
u u u ==21
由于
222111ρρA u A u w s ==
2
11
2212
4
P T p
T d A ρρπ
==
所以2
121212)(
p p d d ==ρρ
即
mm p p d d 0313.05
1
07.0211
2=== 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
∑+++=++f
h p u gZ p u gZ ρ
ρ22
22121122
式中
1=Z
s
m A V u p u s /62.1033.04
36005
/(002
211=??
=
=≈≈π
表压）
表压）
(/980710807.91.0242m N p =??=
kg J h
f
/30=∑
将上列数值代入柏努利方程式，并解得
m Z 37.481.9/)30850
9807
262.1(22-=++-=
高位槽内的液面应比塔的进料口高4.37m 。
1.11 解：1）A ——A ’截面处水的流速
以高位槽液面为上游截面1——1’，管路出口内侧为下游截面2——2’，并以地面为基准面。在两截面间列柏努利方程式，即
∑+++=++f
h p u gZ p u gZ ρ
ρ2222121122
式中
m Z 81=
m Z 22=
2
2
22
115.65.60
u u h
p p u f
===≈∑
将上列数值代入柏努利方程式，并解得
s m u /9.27/681.92=?=
由于输水管的直径相同，且水的密度可视为常数，所以A ——A ’截面处的流速s m u A /9.2=
2）水的流量
23360036000.1 2.982/4
h V Au m h π
==?
??=
1.12 解：上游截面A ——A ’，下游截面B ——B ’，通过管子中心线作基准水平面。在两接间列柏努利方程式，即
∑+++=++AB f B B B A A A h p u gZ p u gZ ,2
222ρ
ρ
式中 ∑====kg
J h
s
m u Z Z AB
f A
B A /5.1/5.20
,
根据连续性方程式，对于不可压缩流体，则
2
2
4
4
B B
A A
d u d u π
π
=
所以
s
m d d u u B
A A
B /23.1)47
33(
5.2)(
2
2
===
两截面的压强差为 ρ)2
(,22∑--=-AB f B
A A
B h u u p p
=（
22
2/5.8681000)5.12
23.15.2m N =?-- 即 A B p p -=868.5/9.798=88.6mmH2O
两截面玻璃管的水面差为88.6mm 。
由于 A B p p +=6.88 所以 A B p p >
B 处玻璃管的水面比A 处玻璃管的水面高。
1.13 解：水在管内流速与流量
贮槽水面为截面1——1’,真空表连接处为截面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，即
∑+++=++1,22
22121122f h p u gZ p u gZ ρ
ρ
式中01
=Z
m Z 5.12=
2(022
1
,1≈==∑u u h
p f 表压）
表压）
(/1047.2100133.1760
185
2452m N p ?-=??-
= 将上列数值代入柏努利方程式，并解得水在管内的流速为
s m u /25.2)5.181.91000
1047.2(4
=?-?=
水的流量为
s kg uA w s /92.71000071.04
22=???
==π
ρ
2）泵的有效功率
贮槽水面为上游截面1——1’，排水管与喷头连接处为下游截面3——3’，仍以截面1——1’为基准水平面。在两截面间列柏努利方程，即
∑∑++++=+++2
,1,22
22121122f f e h h p u gZ W p u gZ ρ
ρ
式中
（表压）00
0111=≈=p u Z
表压）
(/10807.9/2142
4
222m N p s
m u m Z ?===
2
2
2
2,1
,12102u
u u h h
f f =+=+∑∑
将上列数值代入柏努利方程式，并解得
kg
J W e /4.28525.121000
10
807.91481.924
=?+?+
?=
泵的有效功率为
kW W w W N s e e 26.2226092.74.285==?==
2.14解：本题属于不稳定流动，槽内液面下降1m 时所需要的时间，可通过微分时间内的物料衡式与瞬间柏努利方程式求解。
在d θ时间内对系统作物料衡算。设F ’为瞬时进料率，D ’为瞬时出料率，dA ’为在d θ时间内的积累量，则在d θ时间内的物料衡算试为
F ’d θ―D ’d θ=dA ’ 又设在d θ时间内，槽内液面下降dh ，液体在管内瞬间流速为u 。 式中 F ’=0 D’=
u d 204
π
dh D A d 24
π
=
'
则上式变为
dh D ud d 204
4
π
θπ
=
-
或
u
dh
d D d 20）（
-=θ 式 （a ）中瞬时液面高度h （以排液管中心线为基准）与瞬时
流速u 的关系，可由瞬间的柏努利方程式获得。
在瞬间液面1——1’与管子出口外侧截面2——2’间柏努利方程式，并通过截面2——2’的中心作基准水平面，得
∑+++=++f
h p u gZ p u gZ ρ
ρ22
22121122 式中 h Z =1 02=Z
∑===≈2
2
121200 0u h p p u u f
将上列数值代入上式，并简化为
9.81h=202
u
即
h u 7.0=
以上式b 代入式a ，得
h
dh
h dh d D d 7.0)032.02(7.0)(
220-=-=θ
=―5580
h
dh
在下列边界条件下积分上式，即
θ
θθ==210
m
h m h 1221==
?
?====-=1
2
21215580h h h
dh d θ
θθ
θ
解得 θ=―5580×21
21221][==-h h h h
=5580×2h s 284.14632)12(
==-
1.15 解：1）泵的轴功率
在循环管路中任选某截面为1——1’，并兼为截面2——2’
（意即流体由截面1——1’出发，完成一个流动循环 后达到截面2
——2’）。在两截面间列柏努利方程式，得
∑+++=+++f
e h p u gZ W p u gZ ρ
ρ22
22121122
因截面1——1’与截面2——2’重合，所以
2
1211Z Z p p u u ===
则上式可简化为
kg
J h h h W BA f AB f f e /1.147491.98,,=+=+==∑∑∑
流体的质量流量为
s kg V w s s /113600/110036=?==ρ
泵的轴功率为
kW W w W N s e 31.223127.0/111.147/≈=?==η
2）B 处压强表的读数
在两压强表所在的位置截面A 与截面B 之间列柏努利方程式，并通过截面A 中心做基准水平面，得
∑+++=++AB f B B B A A A h p u gZ p u gZ ,2
222ρ
ρ
式中 0=A Z m Z B 7=
∑=?=??==kg
J h
m N p u u AB
f A B
A /1.98(/1045.210807.95.2,254表压）
将以上数据代入柏努利方程式，解得 2
45/102.61100)1.98781.9(1045.2m N
p B ?=?+?-?=（表压）
B 处压强表的读数为
24
4
/63.010
87.9102.6cm kg p B =??= 1.16 解：1）用SI 单位计算
从本教材附录十七中查得70%醋酸在20℃时3/1069m kg =ρ，23/105.2m s N ??=-μ
d=1.5cm=0.015m
s m u /882.01069
015.04
6010
2=???
=
π
则2
105.21069
882.0015.0-???=
=
μ
ρ
du R e =5657 属于湍流
2）用物理单位计算
5657
025
.0069.12.885.1/2.885.1)
/(025.0/069.13
=??===?==e R s
cm u cm
d s cm g cm g μρ 1.17 解：1）雷诺准数
14881000
8850
1014.0=??==μ
ρ
du R e 属于滞流
2）局部速度等于平均速度处与管轴的距离
根据式1——38与式1——39，即
)(422r R l p u f r -?=
μ
28R l
p u f μ?=
当局部速度r u 等于平均速度u 时，则
2222
1R r R =
- 所以r=0.707R=0.707×7=4.95mm
局部速度等于平均速度处与管轴的距离为4.95mm 处。
3）上游截面为1——1’，下游截面为2——2’，对于直径相同的
水平管段，
f
p p p ?=-21
根据哈根—泊叶公式，即
2
32d
lu
p f μ=? 则液体流经管长为
m
u
d p p l 151
1000
832014.010807.9)3.15.1(32)(24221=????-=-=μ 1.18 解：1）1kg 水流经两截面的能量损失
在截面1——1’和截面为2——2’间列柏努利方程式，并通过管
轴作基准水平面，得
∑+++=+++f
e h p u gZ W p u gZ ρ
ρ22
22121122
式中
021==Z Z
s m A w u S
/95.21000
036.04
360010800
211=???
==
π
ρ
s m u /36.11000
053.04
360010800
22=???
=
π
kg
J p p gR p p /981.01.081.92
121=?=-∴=-ρ
ρ
将以上各数值代入柏努利方程式，解得
k J h f /41.443.3981.02
36.195.2981.02
2=+=-+
=∑
2）2/441041.41000m N h p f f
=?==?∑ρ
1.19 解：根据哈根—泊叶公式，即
2
32d lu
p f μ=
?
分别用下标1和2表示原来与改变管径后的情况，两种情况下
流体的粘度及管长没有变化，则
22
1122
2
1)(d d u u p p f f =??
由题知两种情况下直径比为
1624 42)( 2/ 2
2
1
2221122
121=?=??=====f f S S p p d d
u u V V d d 所以即又由于
由此说明，管径减少至原有直径的1/2时，在液体的输送量，物性及管长相同情况下，因流动阻力而产生的能量损失为原来的16倍。
1.20 根据直管阻力的通式，即
2
2
u d l h f ?
=λ
分别用下标1和2表示流量改变前与改变后的情况，由题知在两种情况下管长与管径均不变化，则 21
2212)(1u u
h h f f λλ=
根据柏拉修斯公式，即 25
.03164.0e
R =
λ
两种情况下摩擦系数之比为
25.02
112
)(e e R R =λλ 由于流量增至原有的2倍，即
122S S V V =
则
2
1
21=u u 两种情况下液体的粘度，密度不变，所以
2
1e e R R =1/2
于是84.0)2
1(25
.012==λλ 故
36.3284.021
2=?=f f h h
1.21 解：烟囱底端为上游截面1——1’，顶端内侧为下游截面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
∑+++=++f
h p u gZ p u gZ ρ
ρ22
22121122
式中
m
Z Z 30021==
(21u u ≈烟囱截面相同，烟道气压强变化不大）
由于烟道气压强变化不大，烟道气的密度可按1atm 及400℃计
算，即
3
35/534.0)
400273(10316.830100133.1m kg RT pM =+???==ρ
2
11121/49798.95m N p p p p p a a a -=?-='端大分别表示烟囱底端与顶与表示大气的密度，以ρ
因烟囱顶端内侧压强等于同高度处的大气压强，故
2122gZ p p p a a ρ'-==
标准状况下空气的密度为1.293kg/m 3，所以1atm ，20℃时空气
的密度为
3/2.120
273273
293.1m kg =+?
='ρ
于是
3112/3533081.92.1m N p p p a a -=??-=
将以上各值代入柏努利方程式，解得
2
J/kg 266294-560 30
81.9543
.0)
353()49(2
11u d l h p p h e
f a a f λ===?----=
∑∑
其中 m d e 09.1)
2.11(22
.114=+???
=
烟道气的流速为
s m u /7.1930
05.02
09.1266=???=
烟道气的流量为
h
kg uA w h /46210 543.012.17.1936003600=????==ρ
1.22 解：在反应器液面1——1’与管路出口内侧截面2——2’ 间列柏
努利方程式,并以截面1——1’为基准水平面，得
∑+++=+++f
e h p u gZ W p u gZ ρ
ρ22
22121122 式中m
Z Z 15021==
表压）表压）(0(/1067.2100133.1760200
/43.11073
068.04
360010
24
0224512
4
2
21=?-=??-
==???
?=≈
≈p m N p s
m d w u u s
π
ρ
π
将上列数值代入柏努利方程式，并整理得
∑∑+=++?+?=f
f
e h h W 173 2
43.11581.910731067.22
4
其中
2
)(u
d
l l h
e
f
∑∑∑++=ζλ
5
3
1066.110
63.0107343.1068.0?=???==-μρ
du R e 0044.068
3
.0==
d
ε
根据
Re 与d
ε值，由本教材图
1——24查得摩擦系数
03.0=λ，并由图1——26查得各管件，阀门的当量长度分别为
闸阀（全开） 0.43×2=0.86m 标准弯头
2.2×5=11m
所
以
kg
J h f /5.32243
.1)45.0068.01186.05003.0(2
=++++?=∑ 于是kg J W e /5.2055.32173=+=
泵的轴功率为
kW W W N s
e 63.116317
.036001025.2054≈=???==
η
ω
1.23 解：以鼓风机进口压差计连接处为上游截面1——1’，防空管口内侧为下游截面2——2’,过截面1——1’的中心作基准水平面。在两截面间列柏努利方程式，即
∑+++=+++f
e h p u gZ W p u gZ ρ
ρ22
22121122
式中
m
Z Z 20021==
s
m u u p m N p /4.2025.04
36003600(0(/294798.9302
21221=??
=
===?=π
表压）
表压）
由于气体在系统内压强变化不大，故气体的密度可按1atm ，50℃计算，即
3/094.150
273273
4.2229m kg =+?=
ρ 将以上数值代入柏努利方程式，并整理得
∑∑-=-
?+=5.72094
.1294
2081.9f f e h h W
其中
∑∑∑+=填
管
f f f
h h
h
管
f h
∑=
2
2
u d
l l e
）
（出塔进塔
ζζλ+++∑
1atm ，50℃下空气的粘度μ=1.96×25
/10
m s N ?-
5
5
1085.210
96.1094.14.2025.0?=???=
=
-μ
ρ
du R e 0006.0250
15
.0==
d
ε
由本教材图1——24查得λ=0.019
所以
∑=++=kg J h
f /11032
4.20)
5.0125.050019.0(2
管
kg J h f /1791094
.1798
.9200=?=
∑填
则 289417911103=+=∑f
h
风机作的有效功为
kg J W e /28225.722894≈-=
气体的质量流量为
s kg w s /094.13600/094.13600=?=
鼓风机的有效功率为
kW W w W N s e e 09.33087094.12822≈=?==
1.24 解：1）闸阀部分开启时水的流量
在贮槽水面1——1’及侧压点处截面2——2’间列柏努利方程
式，并通过截面2——2’的中心作基准水平面，得
∑+++=++2
1,2
22
2121122—f h p u gZ p u gZ ρ
ρ
（a 式中表压）(01=p
2
22/396304.181.910004.081.913600m
N gh gR p O H Hg =??-??=-=ρρ
011=≈Z u
2Z 可通过闸阀全开时的数据求取，当闸阀全关时，水静止不
动，根据流体静力学基本方程知
gR h Z g Hg O H ρρ=+)(12
（b ）
式中 h=1.5m
R=0.6m
将已知数值代入b ，解得
22
22_1,113.22)5.01.015025.0(2)(66.65.110006
.013600u u u d l h m Z c f =+?=+==-?=
∑ζλ
将以上各值代入式a ，即
9.81×6.66=
22
13.21000
39630
2u u ++ 解得 u=3.13m/s 水的流量为
h
m u d V h /5.8813.312.04
36004
36003
2
=???
=?
=π
π
2）闸阀全开时测压点处的压强
在截面1——1’与管路出口内侧截面3——3’间列柏努利方程式，并通过管子中心线作基准水平面，得
∑+++=++3
1,22
22121122—f h p u gZ p u gZ ρ
ρ
（c ）
式中m Z 66.61
=
2
11200p p u Z =≈=
22
2
3_1,u 81.4 2]
5.0)151.035(025.0[ 2)(=++=++=∑u u d l l h c e f ζλ
将以上数据代入c ，即
9.8122
u 81.42
66.6+=?u 解得 u=3.51 m/s
再在截面1——1’与截面2——2’间列柏努利方程式，基准水平
面同前，得 ∑+++=++2
1,22
22121122—f h p u gZ p u gZ ρ
ρ
（d ）
式中m Z 66.61
=
表压）(0/51.300
1212=≈≈=p s
m u u Z
u d l h
c f 26
2
51.3)5.01.015025.0(2)(2
22
_1,=+?=+=∑ζλ
将以上数值代入式d ，即
9.81×6.66=
2.261000
251.322
++p 解得
32970
2=p
1.25 解：在管道进口外侧（气柜内）截面1——1’与管子出口外侧（设备内）截面2——2’间列柏努利方程式，并通过管子中心线作基准水
平面，得
∑+++=++f
h p u gZ p u gZ ρ
ρ2
2
22121122
式中021==Z Z
表压）
表压）(0(/5.607798.9620
022
121==?=≈≈p m N p u u
将以上数值代入上式，并简化得
kg J h
f
/81075
.05
.607==
∑
其中2
)(2)
(2
2
u
u d l d l h e c e f ζζλ+++=∑
因所以,1,5.0,15/==≈e c e
d l ζζ
8102
5.1215402
2=++u u d ）（λ
上式中λ为u 的函数，故要采用试差法求解。设煤气的流速为20m/s ，则由流量公式计算出管子的内径为
m d 421.020
4
36001000=??
=
π
选用φ426×6mm 的钢板卷管，管的内径d=426-2×6=414mm 。
管内的实际流速为
00048
.0414/2.01026.410
015.075.06.20414.0/6.20414
.04
3600100005
3
2
==?=???===??
=
-d
du R s
m u e ε
μρπ
根据Re 与
d
ε值，查本教材图1——24，得λ=0.018，
将u 与λ代入式a 的等号左侧，得
∑><=?++f
h p kg
J kg J ρ
1
22/810/6.7442
6.205.126.20)15414.040(018.0即
说明φ426×6mm 的钢板卷钢合用。
1.26 解：本题属于并联管路，以下标1表示主管，下标2表示支管。并联管路的流动规律为 2
12
1
S S s f f V V V h h
+==∑∑
支管的能量损失为
2
22
2222
2
u d l l h
e f ∑∑+=λ
式中
03.02=λ
s
m u d m
l l e /343.0053.04
360072.2053.0102
2222=??
=
==+∑π
将以上各数值代入式C ，得
kg J h
f /333.02
343.0053.01003.02
2
=??=∑
主管的能量损失为
333.02
211112
1
===∑∑u d l h h
f f λ
所以s m u /36.22
018.02
3.0333.01
=???=
主管流量为
h m V h /60136.23.04
3600321=???
=π
总流量为 h m V h /7.60372.26013≈+=
1.27 解：当BD 支管的阀门关闭时，BC 支管的最大排水量
在高位槽水面1——1’与BC 支管出口内侧截面C ——C ’ 间列柏努利方程式，并以截面C ——C ’为基准水平面，得
∑+++=++f
c c c h p u gZ p u gZ ρ
ρ2221
211
式中0 111==C Z m Z
c p p u =≈110 所以9.1071181.92
2
=?=+∑f c h u （a ）
∑∑∑+=BC f AB
f f h h
h ,,
（b ）
(C) 15.232
)5.0038.05803.0( 2
)
(
2
22,AB AB
AB
C e
AB
f u u u d
l l h
=+?
=++=∑∑ζλ
2
2,86.52
)032.05.1203.0(BC BC
BC f u u h =?
=∑
（d ）
2
422
)38
32(
)(BC AB bc
AB
BC AB
u u u d d u =∴= （e ）
将式e 代入式c ，得
∑=?=2
2,58.115.015.23BC BC
AB f u u h （f ） 将式 f ，d 代入式b ，得
2
2244.1786.558.11BC
BC BC f
u u u h
=+=∑ ∑=，解得值代入式，并以a h u v f BC c
BC u =2.45m/s
h m V BC /1.745.2032.04
360032=??
=π
2)当所有阀门全开说，两支管的排水量 根据分支管路的流动规律，则
∑∑+++=+++BD
f D
D
D BC f c c
c h p u gZ h p u gZ ,2
,222ρ
ρ
两支管出口均在同一水平面上，下游截面列于两支管出口外侧，于是上式可以简化为
∑∑=BD f BC f h h ,, （a ）
2
D 2D D
,2
2
2,)5.02.269(2
)1026.014(36.62)1032.05.1203.0(2)(B B BC B f BC
BC BC BC e e BC
f u u h
u u u d l l h +=+==+?=++=∑∑λλζλ 将
∑∑，得值代入式a h ,h
BD f,BC
f,
2
2)5.02.269(36.6BD BC u u +=λ
（b ）
分支管路的主管与支管的流量关系为
BD
BC AB BD
BD
BC BC
AB AB
BD BC AB u u u u d
u d
u d
V V V 222222
026.0032.0038.0+=+=+=
将上式整理后得
BD BC AB u u u 469.0708.0+=
（c ）
在截面1——1’与c ——c ’间列柏努利方程式，并以截面c ——c ’
为基准水平面，得
∑+++=++f
c c c h p u gZ p u gZ ρ
ρ222
1
211
式中0 Z 11C 1==m Z
c
p p u ==≈1c 10u 0
上式可简化为
∑∑∑=+=9.107,,BC f AB
f f
h h
h
前已计算出
∑∑==2
,2,36.6 ,15.23BC
BC f AB AB
f u h u h
所以 9.10736.615.232
2
=+BC AB u u
（d ）
在
式
b ，c
，
d
中
，
的函数，又为均为未知数，而及BD BD BC AB u u u u λλ,,
则可采用试差法求解。设,/45.1s m u BD =
=
=
μ
ρ
du R e 377001000
11000
45.1026.0=??
0058.026/15.0==d
ε
根据Re 与
d
ε值查本教材1——24，得λ=0.034，将λ与BD u 值
代入式b ，即
22
45.1)5.0034.02.269(36.6+?=BC u
解得 BC u =1.79m/s
将BD u ，BC u 的值代入式c ，解得
AB u =0.708×1.79+0.469×1.45=1.95m/s
将BC u ，AB u 值代入式d 等号左侧，即 23.15×1.952+6.36×1.792=108.4
计算结果与式d 等号右侧数值基本相符（108.4≈107.9），所设
BD u 可以接受，故两支管的排水量分别为
h
m V h
m V BD BC /77.245.1026.04
3600/18.579.1032.04
36003232=???
==???
=π
π
1.28 解：已知孔板孔径mm d 4.160
=及管径则,331mm d =
247.0)033
.00164.0()(2
21010===d d A A 设626.0301,0=>C R R ec e
查出——查本教材图
由本教材附录十七查得20℃甲苯的密度为866kg/m 3，粘度为0.6×103
-N*s/m 2。甲苯在孔板处的流速为
s m gR c u A /24.8 866
)
866-13600(6.081.92626
.0 )
(20
0=??=-=ρ
ρρ
甲苯的流量为
h kg A u w h /54278660164
.04
24.83600360002
00=???
?==π
ρ
检验Re 数
罐内流速s m u /04.224.8)33
4.16(2
1=?=
ec e R u d R >?=???=
=
-4
3
111072.910
6.086604.2033.0μ
ρ
原假设正确。
第二章 流体输送机械
1. 解：取h m Q 3100=，由图2 ?12读得
m H 5.18=，7.6=N ，%76=η
核算
效
率()()()()%
2.751000
7.681.990005.183600100
=?==N
g QH ρη
结果与读出的%76=η相近。
2．解：据管路特性曲线方程2 ? 18有
()Q f g
P
Z H +?+?=ρ
本题中：m Z 20=?
0=?g P ρ
()()2
42
522
5
21055.6360015.06020003.0836008)(Q Q g Q d l l g Q f e
-?=???
????? ??+???
? ??=???
?????
? ?
?+???? ??=∑πλπ
于是可列出管路特性方程为：
241055.620Q H -?+=。
3．解：（1）决定管径：一般吸入管内的经济流速s m 3.1~11=υ，
压出管内的经济流速s m 8.1~3.11=υ，已知h m Q 380=，
于是 吸
入
管直径
1
d ：
()m
Q d 147.0~168.03.1~13600804360042
1
11=???
? ????=?
??? ?
?=ππυ 压
出
管
直径2
d ：
()m d 125.0~148.08.1~3.136008042
12=???
? ???=π
今选用6''管（内径mm 156）作为吸入管；5''管（内径mm 131）
作为压出管。
故管内实际流速分别为：
()
s m 163.1156.0785.0360080
2
1=?=
'υ
()
s m 65.1131.0785.0360080
21=?=
'υ
并查得管壁绝对粗糙度mm 046.0=ε
（2）水泵应供给的压头计算：
（a ）吸水管中的压头损失： 雷诺数：561110814.110
007.1156
.0163.1Re
?=??='=
-υυd 相对糙度：
0003.0156
046
.01
≈=
d ε
沿程阻力系数：018.0=λ （查莫迪图）
各种局部阻力的当量长度：吸水阀
4201
=d l e
，
90弯头
401=d l e ，锥形渐缩过渡接管31
=d l
e 。故汲水管中的压头损失共为：
()()水柱668.081.92163.1340420156.014018.022
2111
1m g d l d l h e w =????????+++=???? ??+=∑υλ
（b ）压出管的压头损失计算：
56
1016.210
007.165
.1131.0Re ?=??=-
00035.0131
046
.02
≈=
d ε
018.0=λ
各种局部阻力的当量长度为：闸阀
135=d
l e
， 90弯头
40=d l e ，锥形渐扩管3=d
l
e 。出口1=d l e ，故压出管的压头损失共为：
()81
.9265
.1134061357131.078018.02
2???????++?+++=w h
（c ）泵需要产生的压头：
()()())
(27.3645.2668.030321水柱m
h h h H w
=+++=++=
（3）考虑有一定的余裕以防意外，将压头和流量分别加大10%，即
h m Q 388801.1=?=
m H 4027.361.1=?= （水柱）
（4）根据h m Q
388=，m H 40=（水柱），在B 型离心泵
性能选择图中分别作线相交得出：4B-54型（即旧型号4BA-8），2900=n 的离心泵较为接近要求，故初步选定泵4B-54型离心泵。 （5）为了最后检验选用的泵型是否合用，必须定出水泵在管道系统中工作点，然后根据工作点的工况分析来作出决定。为此需要进行下述工作：
仿照上述水力计算过程，任意给定几个流量值，分别算出水泵应该供给管道的压头值。计算结果如下：
（水柱）
这就是管道特性曲线对应值。然后将此管道特性曲线与4BA-8型离心泵的性能同绘在一张图上（图7-28）。得出水泵工作点A 。从工作点A 查出实际流量h m Q
3102=，压头m H 82.38=（水
柱）
。都比要求的值高，能满足生产需要。并且工作点的%8.68=η与最高效率的%70max =η接近。虽然流量比要求值大，但轴功率
N 从图中看出增加较小。故可决定采用。 安装高度1h 的核算： 当h m Q
3102=时，吸水管内流速为：
s m 483.180
163
.11021=?=
υ
5611103.210
007.1156
.0483.1Re ?=??==
-νυd 已知
0003.0=d
ε
，查得018.0=λ
m h w 118.181.92483
.1463156.014018.02
1
=???
? ??+=
根据该泵性能参数知，允许吸上真空高度m h s
5.4=（水柱）
由（7-29）式，可算出该泵的最大允许几何安装高度：
m
h g h h w s 327.3118.181
.92483.15.422
12
11>=-?-=--=υ
故可保证水泵正常工作。 4．解：min 5.4)14201450(4.432
m q r ==
2.15)14201450(6.14)14201450(2
212=?==H H
6. 解：根据题意，由2-12查得换算系数分别为：
%99=Q C ，%74=ηC ，%96=H C （取S
Q ?8.0线） 于是： 10199.0100
==水Q （h m 3）
2.5296
.050==水
H （m 水柱） 水Q 、水H 查油泵样本，初步选用100Y60型离心油泵，101=水
Q （h m 3）时， 5.62=水H （m
水柱），效率%5.70=水η，若用此泵打油时，则当100=油Q （m
3
）时，应为：
60%965.62=?=油H （m 油柱）
%2.52%745.70=?=油
η
从油Q 、油H 值来看，可以满足要求，惟油η稍低。 此泵的轴功率为：
2.28522
.010********
10060102=????=??=
油
油
油油轴ηγH Q N （kW ）
换表2-1取安全系数1.15，故电动机功率应为： 3
.312.2815.115.1=?=?=轴电N N （kW ）
据此，再到电机产品系列中选用。
7．解：（1）输送20°C 的水，允许几何安装高度可（可忽略
g
22
1ω一
项）直接用式（2-10）计算： 4
26=-=-=∑f s g h H H 允许允许（m ） （2）输送80°C 稀氨水时，其允许吸上真空高度必须用式（2-15）校正。
γ
υ
p p H H s s
'-+-='10允许允许
式中υp '为80°C 时稀氨水的饱和蒸汽压，按水计算，即为：
483.0='υ
p （2cm kg ），故
83
.4='γ
υ
p （m ）
1==a p p （2
cm
kg ）,
1000
=γ（3cm kg
）
所以： 17.11083.4106=+--='允许s H （m ）
于
是
： 83.0217.1-=-=-'=∑f s
g h H H 允许允许（m ） 现允许g H 为负值，表示泵应置于液面以下至少0.83m 。
9．解：根据已知的管路曲线方程，取下列对应值，作出该曲线图形。
Q 0 2 4 6 8 H G =
40
48
72
112
168
Q~H 曲线与Q~H G 曲线的交点A ，即为工作点，相应的风量，压头分别为： h m s m Q 33234005.6==
mm H 7.128=（水柱）
当风量要增加20%时：s m Q 32
8.75.62.1=?=
若增加转速来增加风量，则管路特性曲线不变。这时工作点必然在m Q 32
8.7=与Q H G ~曲线的交点B 上。也就是说B 点是
转速改变后流量增加20%时的工作点（应注意B 和A 点不是式况相似点）。根据B 点查得：mm H B
162=（水柱）。
根据相似律相似工况抛物线：()
666.28.7162
222===
Q H K B n
因此相似工况抛物线方程为22666.2Q Q K H n ==，取对
应值为：
Q 0 2 4 6 7.8 H
10.66
42.5
96
162
依此绘出相似工况抛物线，如图中虚线所示。交Q~H 曲线于C
点。C ，B 两点同在相似工况曲线上，因此C 、B 两点的工况是相似的（略去效率的变化）。并由C 点知：
s m Q C 38.6=，980=n 。根据（7-22）式可写：
1
2
2n n Q Q C =，11248
.68
.7980122
=?==Q Q n
n 转/分，转速
增加15% 功率的变化： 原转速下的功率η
γ102HQ
N
=
；转速改变后ηγ10222Q H N B =
。
因此
51.15
.67.1288
.716222=??==HQ Q H N N B 或
51.198011242
222=??
? ??=??? ??=n n N N 故转速增加后，所需的轴功率N 增加51%。因此考虑电动机容量是否能满足。另外，转速增加后叶轮的强度也应考虑。
10. 解：据题意可绘出流程图如附图所示： 风
机
出
口
全
风
压
为 ()
O mmH u p
2222
15150=+=+ρ
对0 ? 1截面列柏努力方程
10)2(2110-?++=f p u p p ρ
于是得风机进口全风压为
O
mmH p p u p f 2021117015515)2(10-=--=?-=+-ρ 风
机
的
全
风
压
O
mmH p t 2185)170(151=--=-=入口全风压出口全风压
校正到标准状况为：O H mm p t 2222)0.12.1(1850==
11．解：在气缸中压缩时：
kg m V 3843.029
)
273298(4.22==
kJ
m N P P V P VdP W P P S 11010183.1)3.101324()787.0)(101300(14.14
.11/)1)((151)4.14
.0(121121
≈??=??
????-=?
?
????---==-?
γγγγ
在密闭筒中压缩时：
kJ
m N P P V P PdV W V V S 5.781045.84
.110099.11)(1145112112
1
≈??=?=??
??????--==-?γγγ
第三章 非均相机械分离
1． 解：
由式1.15，表面平均平均直径可由下式求得：
/
1=s d ()11
/d x
∑
因为粒度分析为一连续直线
1100+=x d
d dx d s //11
0?=
()?+=1
1100//1x dx
101ln /100=
m μ7.21=
2． 解：
先假定沉降在层流区，用μ
ρρ18)(20g
d u s -=计算：
(
)
()()(
)
3
2
6201002.01881.92.12000105018)(--?-?=
-=μρρg d u s 136.0=
核验：
()()()3
6
001002.02.1136.01050Re --??=
=
μ
ρ
du
408.0=
核验结果，0Re <2，故算出的结果可用。
3． 解：
应用式3.17，并改写为 )(2ρρ-=s kd u
对方铅矿大颗粒
)0.15.7(025.02-?=k u
s kmm /00406.0=
对方铅矿小颗粒
)0.15.7(0052.02-?=k u
s kmm /000175.0=
对大石英颗粒
)0.165.2(025.02-?=k u
s kmm /00103.0=
对小石英颗粒
)0.165.2(0052.02-?=k u
s kmm /000045.0=
当颗粒以s kmm /00103.0的速度沉降时，则底部产品将含有
石英，而悬浮在悬浮液中的方铅矿的最大粒度为：
)0.15.7(00103.02-=kd k
∴
mm d 0126.0=
同理，当颗粒以小于s kmm /000175.0的速度沉降时，则顶
部产品将含有方铅矿，而在悬浮液中石英的最小粒度为 )0.165.2(000175.02-=kd k
即
mm d 0103.0=
因此，在滞流时，混合产品中石英和方铅矿的粒度范围分别为：
mm mm 0126.00052.0025.00103.0-和－。
4． 解：
此题核心在于求出球形颗粒在水中的沉降速度t u 。而求t u 须
知颗粒密度s ρ，直径为d ，流体密度及粘度，此题中公未知s ρ，故利用该颗粒在气体和水中重量比可解决s ρ，从而可求出t u 。
1）求球形颗粒密度s ρ：
该颗粒在气体和水中的重量比，实质指净重力之比，即
()()6.16
g 6
33＝气气g
d d s s ρρπ
ρρπ--
又查出C ?20时水的物性：cP m kg 1,/10003==μρ
∴ 1.6＝气
气ρρρρ--s s ,6.110002
.1=--s s
ρρ 解之 3/2664m kg s
=ρ
2）求颗粒在水中沉降速度水t u ： 设颗粒在水中沉降在层流区： ∴
()()()3
2
6
210
1881
.910002664100.318--??-??=
-μ
ρρg d u s t ＝水
s m /1016.84
-?=
校
核
：
0245.010101016.81030Re 3
346=????==
---μ
ρ
t du <1
故 s m u t /1016.84
-?＝水
3）颗粒在气体中沉降速度气t u ：
s m u u t t /1008.71016.8888824--?=??＝＝水气
5． 解：
1）常压下C ?20空气密度3/2.1m kg =ρ
s Pa ??=-51081.1μ；
C ?20空气密度3/4.22.12m kg =?='ρ
设m μ20尘粒在C ?20常压空气中沉降速度为t u ，atm 2，
C ?20空气中沉降速度为t u '
∵质量流量W 及设备尺寸不变 又ρV W
=，∴
2
1='='ρρV V 而生产能力 A u V
t =
∴2
1
='='V V u u t t 假设尘粒沉降在层流区内进行：
∴2
??
? ??'='d d u u t t ，m d d μ14.142
1
==
' 校核：μ
ρ
t du =
Re
()()
5
2
521081.11881
.910218--?????=
-=s s t g d u ρμρρ s ρ5
10
2.1-?=
s s ρρ55
55106.110
81.14.1102.1102Re ----?=?????=<1 s m u u s t t /10621
6ρ-?==
' 5
651081.14.210610414.1e R ---?????=
''=
's t u d ρμ
ρ
s ρ5
10125.1-?=<1
故 m d μ14.14='
由以上计算可看出空气压力增大密度也增大，则体积流量减小，在降尘室内停留时间增长，故沉降的最小粒径会减小。 2）常压下
C
?190空气密度
3
/76.0m kg =''ρ，粘度
s Pa ??=''-5106.2μ
∵W 与设备尺寸不变，ρV W
=
∴
6.176
.02
.1==''=''ρρV V ，∴6.1=''=
''V V u u t t 假设在层流区内沉降
μμ
'
'?
?? ??''=''2
d d u u t t ∴3.281.16.26.12
=?=???
? ??''???? ??''=??? ??''μμt t u u d d
∴m d μ3.30203.2=?=''
由以上计算知，由于温度上升，空气密度减小、粘度上升，则体积流量增大，气体在设备内停留时间短，沉降最小尘粒增大。另外由1）计算中知由于一般颗粒密度不会超过34
/10m kg ，故只会在层流区
域内沉降。
6． 解：
在操作条件及设备尺寸均一定时，则确定了颗粒的最大沉降时间及颗粒的沉降速度，与该沉降速度对应的颗粒直径就是所要求的最小尘粒直径。
s m V s /37.1273
400
273360020003=+?=
3
/65.0400
273273
6.1m kg =+?=ρ，
又
s Pa ??=-5
103μ
根据
m
l m b m H 5,2,4===
∴气体停留时间u
l =
θ s m Hb V u s /17.02
437
.1=?==
∴s u l 41.2917
.05===
θ 又θθ≤t ，取等号；t
t u h =
θ
∴s m u u h t t /108.641
.292.0,41.293-?=== 再求对应之d ； 设在层流区域沉降，
∴()()81
.965.03700108.610318183
5?-????=-=
--g u d s t ρρμ
m m μ1.1010
1.106
=?=-
校核：5
3610365
.0108.6101.10Re ---?????=
=
μ
ρ
t du
4
1088.14-?=<1
所以沉降的最小尘粒直径为m μ1.10。 7． 解：
（1）离心沉降速度: 已知
:
s
m u m r m kg m d t s /20,5.0,/1050,105036===?=-ρ查
得
C
?150空气
s Pa m kg ??==-33100241.0,/835.0μρ
设stokes 定律适用,则有
()()
()()5
.0100241.01820105010501832
2
622????=?-=--r u d u t s r μρρ
s m /84.4=
验
算:=????==
--6
610
1.24835.084.41050Re
μ
ρ
t du 8.38>2 改用
Allen 区的公式计算,即取
()r
d u u s t r ?-=ρρρ/R
e 269.06.02
()5.0835.0/Re 1050105020269.06.062?????=-
3
.0Re
908.1=
将r r u du 6
610
1.24835.01050Re --???==
μ
ρ
代入上式得
s m u u r r
/18.3101.24835.01050908.13
.0667
.0=?→??
??
?
?????=--
验算: 60.61
.24835
.018.350Re
=??=
=
μ
ρ
r du
可见
Allen 公式适用。
8． 解：
（1）一台旋风分离器，已知标准旋风分离器的阻力系数
.8=ξ，依式
2
2
i u p ρξ
=?可以写出：
???
? ?
??=2
6.10.85002
i u 解得：进口气速为：s m u i
/84.8=
旋风分离器进口截面积为：8
2
D hB =
，同时i
u Vs hB
=
故设备直径为：709.084
.836002000
88=??==i s u V D
再
依
式
()()
m
u D d s i μρρμ224.56.1370084.8408
.010327.027.0550=-??=-≈-
914.1224
.51050==d d 9．解：
)1 已知器身m D 1=，按图83-的尺寸比例可算出
进气口截面2125.025.05.0m B A =?=?=
进气口速度为
s m u i /22.22125.0360010000
=?=
取气体旋转圈数5=N
)
1500)(22.22)(5()
25.0)(1002.0(993πρπμ-?=
=S i c Nu B d
m m μ3.9103.96=?=-
对10μ的颗粒
08.13
.910
==c d d %70=η 对20μ的颗粒，
15.23
.920==c d d %90=η
)2 2/2
ρζi C c u p =?，取8=C ζ，
2
2/19742/)10()22.22)(8(m N p c ==?或
O mmH 2201
10．解：
悬浮液中的固体量Kg 55202.0115025=??=
设所得滤饼量为][Kg m ，则： 滤饼中固相量为)
25.01(-mKg
作固相量的物料衡算：5520)5.01(=-m
∴Kg m 7360=
11．解：
不计介质阻力的恒压过滤：
2
2
)
(2V P A v r t ?-=
μ 当s t 18001=，318V m =；
s t 18002=，3211V m =。
)811()
(2180036002
22
-?-=
-P A v r μ
6.31)
(22=?-P A v
r μ
∵
vV
r P A dt dV μ)
(2?-=
V
V dt dV 0158
.06.3121=
?= 最终过滤速率s m /1044.111/0158.033-?==
在板框压滤机中，要充分洗涤滤饼，则洗涤水要通过二倍滤饼厚度，则流过的面积为过滤时的一半，因而在相同压力下，洗涤水流率将是过滤速率的四分之一。
所以，洗涤速率s m /106.34/1044.1343
--??＝＝
洗涤时间)3.2(840010
6.3/34
h s =?=-
12．解：
)1(求e e q K θ、、
311/03.01
.0003.0m A V q ===
3321/1.01
.001.0m m A V q ===
由恒压过滤方程式：θ
k qq q
e =+22
，可得：
{k q e 6003.0203
.02
=?+
k
q e 6001.021.02=?+
联
解
求
得
：
s
m K /1075.125-?=，
233/105.2m m q e -?=
S k q c
c 357.01075.1)105.2(5
232
=??==
--θ
)2(计算过滤时间和生产能力
滤
框
容
积
3383.038025.0635.0635.0m =???=
33/12.0m m C =
∴3192.312
.0383
.0m V ==
23/1064.030
192.3m m A V q ===
由过滤方程式：θ
k qq q e =+22
θ
5321075.1105.2)1064(2)1064.0(--?=??+
解得：S 677=θ
生产能力：
h m V Q /22.860
12
3600677192
.33=+==∑θ
（3）进行洗涤的时间及生产能力 板框过滤机洗涤速率
∑
=)(41)(θθd dV d dV w
=)
105.21064.0(2301075.141)(24135--?+???=+?c q q KA
s m /103.634-?=
39576.0192.33.010
3
m V V w =?==
∴S d dV V w W w
1520103.69576
.0)(4
=?==
-θ
θ 于是，h m Q /94.360
12
36001520677192
.33'
=+
+=
生产能力变化：
%1.52%10022
.894
.322.8=?-
)4( ∵s p k K -?=12，∴s p K -?∝1
8.1215.011==???
?
???'?='--s
p p K K
s m K K /1015.31075.18.18.1255--?=??=='
又滤布阻力不变，即rLe R m
=不变
()
s
p r r ?'=，e e
e
vq A
vV L ==
∴()=?'=e s
m
vq p r R 常数 则()
s
e
p q -?∝
23315.015
.0/1025.22,m m q q p p q q e e
e e
---?=='???
? ???'?='
则
过
滤方程式为：
θ5321015.31025.22--?=??+q q
即：θ
532
1015.3105.4--?=?+q q
13．解：
%20滤浆含kg 20固体kg 80/溶液，
滤饼体积30167.0)
4.01(200020
m =-=
滤饼中液体体积30067.04.00167.0m =?=
滤液体积30733.00067.0)1000/80(m =-=
∴
23.00733.0/0167.0==v
过滤速率由下式给出：
)
/([)
(2v LA V v R P A Dt dV +?-=μ 此题中， 23m A =
232/103.71/3.71303.101m N m KN P ?==-=? 2
12
/102m
r ?=
23/101m Ns -?=μ 23.0=v
m mm L 31011-?==
)
23.0/3101([1010223.0103.71333123
2??+?????=
--V dt dV
013
.010395.13
+?=
-V
由上式t V V 3
2
10395.1013.02/-?=+
若转速z H 0083.0=
，旋转一转需要的时间120.5s ，故过滤面
浸没部分的时间为 s 2.363.05.120=?
当s t
2.36=代入上式，可以求出3
305.0m
V =
因此过滤速率s m /0025.05.120/305.03==
旋转一转的滤液体积3303.0m =
滤饼体积3
07.0303.023.0m =?= 滤饼厚度mm m 23023.03/07.0===
14．解：
)1(原工况下：
过滤速率：min /02.060
10001200
/12003m h kg V =?=
= 设每分钟所形成的滤饼体积为3
m v ?。以1分钟为基准，作滤饼中与悬浮液固相量的物料横算，得 )2.0(1000)3.002.0()
3000)(5.0(?+=v v
固体质量 液体质量 悬浮液浓度
解得：30278.0m v
=滤饼min /
转筒每转一周生成的滤饼体积为：
3
0834.00278.03m =? 转筒表面积22
13.1)
6.0(m ==π
滤饼
厚
度
mm m 4.700738.013
.100834
.0≈==
δ
)2(新工况：
将3/1=n
，m p v ??改为m p r n ??=
2
1
'后，Φ ，K ，A 等均不变。 由n K A V Φ=可知：
n V
∝
第四章 传热及换热设备
1． 用平板法测定材料的热传导系数，主要部件为被测材料构成的平板，其一侧用电热器加热，另一侧用冷水将热量移走，同时板的两侧用热电偶测量表面温度。设平板的热传导面积为0.03m 2，厚度为0.01m 。测量数据如下：
试求：（1）该材料的热传导系数。 该材料热传导系数与温度的关系为线性：)1(0at +=λλ
，则0λ和
a 值为多少？ 解： (1)
t A b
Q ?=
λ
65.0)
100300(03.001
.01408.21=-???=
λw/m.k
59.0)
50200(03.001
.05.13.22=-???=
λw/m.k
2
(
2
1λλλ+=)/2=0.65+0.59=0.62w/m.k
(2)
0λλ=(1+at)
0.65=
0λ(1+200a) 0.59=0λ(1+125a)
解得： 0λ=0.49 a=1.63?10-3
2．平壁炉的炉壁由三种材料组成，其厚度和热导热系数如下：
若耐火砖内层表面的温度t 1为1150℃，钢板外表面温度t 2为30℃，又测得通过炉壁的热损失为300W ?m -2，试计算热传导的热通量。若计算结果与实测的热损失不符，试分析原因并计算附加热阻。
解：
124245
006
.014.01.007.12.030
1150=++-=?=∑∑R
t A
Q
w/m 2
计算比测量大，存在附加热阻（由于层与层之间接触不好有空气），设附加热阻为R i 则：
=
300Ri +++-45
006
.014.01.007.12.030
1150
R i =2.83m.k/w
3．设计一燃烧炉，拟用三层砖，即耐火砖、绝热砖和普通砖。耐火砖和普通砖的厚度为0.5m 和0.25m 。三种砖的热传导系数分别为1.02W ?m -1 ?℃-1、0.14 W ?m -1 ?℃-1和0.92 W ?m -1 ?℃-1，已知耐火砖内侧
为1000℃，外界温度为35℃。试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖温度不超过940℃，普通砖不超过138℃。
解： 2
2
2111b t b t A Q ?=
?=λλ
1
λ=1.02w/m.℃
b 1=0.5m
94010001-=?t
2
λ=0.14w/m.℃
b 2=? 1389402-=?t
解得： b 2=0.92m
4．有一外径为150mm 的钢管，为减少热损失，今在管外包以两层绝热层。已知两种绝热材料的热传导系数之比2/1
2=λλ，两层绝
热层厚度相等皆为30mm 。试问应把哪一种材料包在里层时，管壁热损失小。设两种情况下两绝热层的内外温度不变。
解： λ1（小的导热系数）包在内层，热损失小
由
2
22
1111m m i
i
A b A b t R
t
Q λλ+
?=
?=
∑∑
2m A 2
323ln )
(2r r r r L -=
π
及
2
22
111m m A b A b t Q λλ+
?=
'
1m A 1
212ln )
(2r r r r L -=
π
t ?=常数 b 1=b 2
可以证明
2
11222111
111m m m m A A A A λλλλ+
>+
（122λλ=）
第一种热阻大，所以热损失少。
5．试用量纲分析法推导壁面和流体间强制对流传热系数h 的准数关联式。已知h 为下列变量的函数：),,,,,(l u C f h
p μρλ=，式
中λ、C p 、ρ、μ分别为流体的热传导系数、比定压热容、密度、
粘度、u 为流体流速，l 为传热设备定型尺寸。
解： 设g f e c d p b
L u C Q h μρλ=
（1）
由量纲式
?
?
????=T M h 3θ
??
?
???=T ML 3θλ
??????=θL U ??
????=θμ.L M
?
?
????=K L C p .22θ
??
?
???=3L M ρ
[]L L =
代入（1） 两边的量纲相同，可以解得：
y x a f Nu Pr Re Pr)(Re,'==
a '，x ，y 为常数，由试验确定。
化工原理课后习题答案上下册(钟理版)
下册第一章蒸馏 解： 总压 P=75mmHg=10kp 。 由拉乌尔定律得出 0 A p x A ＋0 B p x B =P 所以 x A = 000B A B p p p p --；y A =p p A 00 00B A B p p p p --。 因此所求得的t-x-y 数据如下： t, ℃ x y 113.7 1 1 114.6 0.837 0.871 115.4 0.692 0.748 117.0 0.440 0.509 117.8 0.321 0.385 118.6 0.201 0.249 119.4 0.095 0.122 120.0 0 0. 2. 承接第一题，利用各组数据计算 （1）在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度i α,取各i α的算术平均值为α，算出α对i α的最大相对误差。 （2）以平均α作为常数代入平衡方程式算出各点的“y-x ”关系,算出由此法得出的各组y i 值的最大相对误差。 解： （1）对理想物系，有 α＝00B A p p 。所以可得出
t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 i α 1.299 1.310 1.317 1.316 1.322 1.323 1.324 1.325 1.326 算术平均值α= 9 ∑i α=1.318。α对i α的最大相对误差＝ %6.0%100)(max =?-α ααi 。 （2）由x x x x y 318.01318.1)1(1+=-+= αα得出如下数据： t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 x 1 0.837 0.692 0.558 0.440 0.321 0.201 0.095 0 y 1 0.871 0.748 0.625 0.509 0.384 0.249 0.122 0 各组y i 值的最大相对误差= =?i y y m ax )(0.3%。 3.已知乙苯(A )与苯乙烯(B )的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算: 95.5947 .32790195.16ln 0 -- =T p A 72 .6357.33280195.16ln 0 --=T p B 式中 0 p 的单位是mmHg,T 的单位是K 。 问:总压为60mmHg(绝压)时，A 与B 的沸点各为多少?在上述总压和65℃时,该物系可视为理想物系。此物系的平衡气、液相浓度各为多少摩尔分率？ 解： 由题意知 T A ==-- 0195.1660ln 47 .327995.59334.95K ＝61.8℃ T B ==--0195 .1660ln 57 .332872.63342.84K=69.69℃ 65℃时，算得0 A p ＝68.81mmHg ；0 B p =48.93 mmHg 。由0 A p x A ＋0 B p （1－x A ）=60得 x A ＝0.56， x B =0.44; y A =0 A p x A /60=0.64; y B =1-0.64=0.36。 4 无
化工原理课后习题答案
第七章 吸收 1,解：（1）008.0=* y 1047.018 100017101710=+=x （2）KPa P 9.301= H,E 不变，则2563.010 9.3011074.73 4 ??==P E m (3)0195.010 9.301109.53 3=??=* y 01047.0=x 2，解：09.0=y 05.0=x x y 97.0=* 同理也可用液相浓度进行判断 3，解：HCl 在空气中的扩散系数需估算。现atm P 1=，,293k T = 故()( ) s m D G 2 52 17571071.11 .205.2112915.361293102 1212 1 --?=+?+?= HCl 在水中的扩散系数L D .水的缔和参数,6.2=α分子量,18=s M 粘度(),005.1293CP K =μ 分子体积cm V A 33.286.247.3=+= 4，解:吸收速率方程()()()12A A BM A P P P P RTx D N --= 1和2表示气膜的水侧和气侧，A 和B 表示氨和空气 ()24.986.1002.962 1 m kN P BM =+=代入式 x=0.000044m 得气膜厚度为0.44mm. 5，解：查s cm D C 2256.025=为水汽在空气中扩散系数ο 下C ο80，s cm s cm T T D D 2 5275 .175 .112121044.3344.029*******.0-?==??? ???=??? ? ??= C ο80水的蒸汽压为kPa P 38.471=，02=P 时间s NA M t 21693 .041025.718224=???==-π 6,解：画图 7,解：塔低：6110315-?=y s m kg G 234.0=' 塔顶：621031-?=y 02=x 的NaOH 液含3100405.2m kgNaOH l g =? 的NaOH 液的比重＝液体的平均分子量： 通过塔的物料衡算，得到()()ZA L y y P K A y y G m G m λ-=-21 如果NaOH 溶液相当浓，可设溶液面上2CO 蒸汽压可以忽略，即气相阻力控制传递过 程。 ∴在塔顶的推动力6210310-?=-=y 在塔底的推动力61103150-?=-=y 对数平均推动力()()66 105.12231 3151031315--?=?-= -In L y y m λ 由上式得：()2351093.8m kN s m kmol a K G -?=
(完整版)化工原理下册习题及章节总结(陈敏恒版)
第八章课堂练习： 1、吸收操作的基本依据是什么？答：混合气体各组分溶解度不同 2、吸收溶剂的选择性指的是什么：对被分离组分溶解度高，对其它组分溶解度低 3、若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该气体为难溶气体。 4、易溶气体溶液上方的分压低，难溶气体溶液上方的分压高。 5、解吸时溶质由液相向气相传递；压力低，温度高，将有利于解吸的进行。 6、接近常压的低浓度气液平衡系统，当总压增加时，亨利常数E不变，H 不变，相平衡常数m 减小 1、①实验室用水吸收空气中的O2，过程属于（B ） A、气膜控制 B、液膜控制 C、两相扩散控制 ②其气膜阻力（C）液膜阻力A、大于B、等于C、小于 ２、溶解度很大的气体，属于气膜控制 ３、当平衡线在所涉及的范围内是斜率为m的直线时，则1/Ky=1/ky+ m /kx 4、若某气体在水中的亨利常数E值很大，则说明该气体为难溶气体 5、总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+1/HkG，当(气膜阻力1/HkG) 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。 1、低含量气体吸收的特点是L 、G 、Ky 、Kx 、T 可按常量处理 2、传质单元高度HOG分离任表征设备效能高低特性，传质单元数NOG表征了（分离任务的难易）特性。 3、吸收因子A的定义式为L/（Gm），它的几何意义表示操作线斜率与平衡线斜率之比 4、当A<1时，塔高H=∞，则气液两相将于塔底达到平衡 5、增加吸收剂用量，操作线的斜率增大，吸收推动力增大，则操作线向（远离）平衡线的方向偏移。 6、液气比低于（L/G）min时，吸收操作能否进行？能 此时将会出现吸收效果达不到要求现象。 7、在逆流操作的吸收塔中，若其他操作条件不变而系统温度增加，则塔的气相总传质单元高度HOG将↑，总传质单元数NOG 将↓，操作线斜率（L/G）将不变。 8、若吸收剂入塔浓度x2降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率↑，出口气体浓度↓。 9、在逆流吸收塔中，吸收过程为气膜控制，若进塔液体组成x2增大，其它条件不变，则气相总传质单元高度将（ A ）。 A.不变 B.不确定 C.减小 D.增大 吸收小结： 1、亨利定律、费克定律表达式 2、亨利系数与温度、压力的关系；E值随物系的特性及温度而异，单位与压强的单位一致；m与物系特性、温度、压力有关（无因次） 3、E、H、m之间的换算关系 4、吸收塔在最小液气比以下能否正常工作。 5、操作线方程（并、逆流时）及在y~x图上的画法 6、出塔气体有一最小值，出塔液体有一最大值，及各自的计算式 7、气膜控制、液膜控制的特点 8、最小液气比(L/G)min、适宜液气比的计算 9、加压和降温溶解度高，有利于吸收 减压和升温溶解度低，有利于解吸
化工原理课后答案
3．在大气压力为101.3kPa 的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少？ 解：KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=0.8m,R=0.45m 。试计算容器中液面上方的表压。 解： kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378 .081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。 解: (1) 大管: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。 解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～
化工原理课后题答案
化工原理第二版 第1章蒸馏 1.已知含苯（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t（℃） 85 90 95 100 105 x 解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B *，P A *，由 于总压 P = 99kPa，则由x = (P-P B *)/(P A *-P B *)可得出液相组成，这样就可以得到一 组绘平衡t-x图数据。 以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（）= 同理得到其他温度下液相组成如下表 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C 5H 12 ）和正己烷（C 6 H 14 ）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 下该溶液的平衡数据。 温度 C 5H 12 K C 6H 14 饱和蒸汽压(kPa) 解：根据附表数据得出相同温度下C 5H 12 （A）和C 6 H 14 （B）的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P B * = 查得P A *= 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 279 289
P A *(kPa) 利用拉乌尔定律计算平衡数据 平衡液相组成以260.6℃时为例 当t= 260.6℃时 x = (P-P B *)/(P A *-P B *) =（）/（）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例 当t= 260.6℃时 y = P A *x/P = ×1/ = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下 t(℃) 279 289 x 1 0 y 1 0 根据平衡数据绘出t-x-y曲线 3.利用习题2的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题2 的结果相比较。 解：①计算平均相对挥发度 理想溶液相对挥发度α= P A */P B *计算出各温度下的相对挥发度： t(℃) α - - - - - - - - 取275.1℃和279℃时的α值做平均α m = （+）/2 = ②按习题2的x数据计算平衡气相组成y的值 当x = 时， y = ×[1+×]= 同理得到其他y值列表如下 t(℃) 279 289 α
化工原理课后习题解答
化工原理课后习题解答（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.） 第一章流体流动 1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,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 98.7×103 Pa。 解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到： 设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa =8.54×103 Pa 设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa 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 6.9 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ， 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油≤σ螺 解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762 150.307×103 N σ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×n P油≤σ螺得 n ≥ 6.23 取 n min= 7
至少需要7个螺钉 3．某流化床反应器上装有两个U 型管压差计，如本题附 图所示。测得R1 = 400 mm ， R2 = 50 mm，指示液为水 银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的U 型管与大气 连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3= 50 mm。试求A﹑B 两处的表压强。 分析：根据静力学基本原则，对于右边的Ｕ管压差计，a– a′为等压面，对于左边的压差计，b–b′为另一等压面，分 别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。 解：设空气的密度为ρg，其他数据如图所示 a–a′处 P A + ρg gh1 = ρ水gR3 + ρ水银ɡR2 由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 即：P A = 1.0 ×103×9.81×0.05 + 13.6×103×9.81×0.05 = 7.16×103 Pa b-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1 P B = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103 =6.05×103Pa 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
化工原理课后思考题参考答案
第二章流体输送机械 2-1 流体输送机械有何作用 答：提高流体的位能、静压能、流速，克服管路阻力。 2-2 离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体启动后，液体在泵内是怎样提高压力的泵入口的压力处于什么状体 答：离心泵在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气的密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体（气缚）； 启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口位置处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。 泵入口处于一定的真空状态（或负压） 2-3 离心泵的主要特性参数有哪些其定义与单位是什么 1、流量q v: 单位时间内泵所输送到液体体积，m3/s, m3/min, m3/h.。 2、扬程H：单位重量液体流经泵所获得的能量，J/N，m 3、功率与效率：
轴功率P ：泵轴所需的功率。或电动机传给泵轴的功率。 有效功率P e ：gH q v ρ=e P 效率η：p P e = η 2-4 离心泵的特性曲线有几条其曲线的形状是什么样子离心泵启动时，为什么要关闭出口阀门 答：1、离心泵的H 、P 、η与q v 之间的关系曲线称为特性曲线。共三条； 2、离心泵的压头H 一般随流量加大而下降 离心泵的轴功率P 在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。 η与q v 先增大，后减小。额定流量下泵的效率最高。该最高效率点称为泵 的设计点，对应的值称为最佳工况参数。 3、关闭出口阀，使电动机的启动电流减至最小，以保护电动机。 2-5 什么是液体输送机械的扬程离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的液体的流量、泵的转速、液体的粘度对扬程有何影响 答：1、单位重量液体流经泵所获得的能量 2、在泵的进、出口管路处分别安装真空表和压力表，在这两处管路截面1、 2间列伯努利方程得：f V M H g u u g P P h H ∑+-+-+=221220ρ
化工原理下册课后思考题答案
第六章传热 问题1.传热过程有哪三种基本方式答1．直接接触式、间壁式、蓄热式。 问题2.传热按机理分为哪几种答2．传导、对流、热辐射。 问题3.物体的导热系数与哪些主要因素有关答3．与物态、温度有关。 问题4.流动对传热的贡献主要表现在哪儿答4．流动流体的载热。 问题5.自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热答5．加热面在下，制冷面在上。 问题6.液体沸腾的必要条件有哪两个答6．过热度、汽化核心。 问题7.工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作为什么答7．核状沸腾状态。以免设备烧毁。 问题8.沸腾给热的强化可以从哪两个方面着手答8．改善加热表面，提供更多的汽化核心；沸腾液体加添加剂，降低表面张力。问题9.蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体答9．避免其积累，提高α。 问题10.为什么低温时热辐射往往可以忽略,而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式 答10．因Q与温度四次方成正比，它对温度很敏感。 问题11.影响辐射传热的主要因素有哪些答11．温度、黑度、角系数（几何位置）、面积大小、中间介质。 问题12.为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数 答12．①相变热远大于显热；②沸腾时汽泡搅动；蒸汽冷凝时液膜很薄。 问题13.有两把外形相同的茶壶，一把为陶瓷的，一把为银制的。将刚烧开的水同时充满两壶。实测发现，陶壶内的水温下降比银 壶中的快，这是为什么 答13．陶瓷壶的黑度大，辐射散热快；银壶的黑度小，辐射散热慢。 问题14.若串联传热过程中存在某个控制步骤,其含义是什么 答14．该步骤阻力远大于其他各步骤的阻力之和，传热速率由该步骤所决定。 问题15.传热基本方程中,推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些 答15．K、qm1Cp1、qm2Cp2沿程不变；管、壳程均为单程。 问题16.一列管换热器，油走管程并达到充分湍流。用133℃的饱和蒸汽可将油从40℃加热至80℃。若现欲增加50%的油处理量， 有人建议采用并联或串联同样一台换热器的方法，以保持油的出口温度不低于80℃，这个方案是否可行 答16．可行。 问题17.为什么一般情况下,逆流总是优于并流并流适用于哪些情况 答17．逆流推动力Δtm大，载热体用量少。热敏物料加热，控制壁温以免过高。 问题18.解决非定态换热器问题的基本方程是哪几个 答18．传热基本方程，热量衡算式，带有温变速率的热量衡算式。 问题19.在换热器设计计算时，为什么要限制Ψ大于 答19．当Ψ≤时，温差推动力损失太大，Δtm小，所需A变大，设备费用增加。 第七章蒸发 问题1.蒸发操作不同于一般换热过程的主要点有哪些 答1．溶质常析出在加热面上形成垢层；热敏性物质停留时间不得过长；与其它单元操作相比节能更重要。 问题2.提高蒸发器内液体循环速度的意义在哪降低单程汽化率的目的是什么 答2.不仅提高α，更重要在于降低单程汽化率。减缓结垢现象。 问题3.为什么要尽可能扩大管内沸腾时的气液环状流动的区域 答3.因该区域的给热系数α最大。
化工原理课后答案
3．在大气压力为的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少 解：KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=,R=。试计算容器中液面上方的表压。 解： kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378.081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。 解: (1) 大管: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。 解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～
化工原理上册选择填空判断题库包含答案
化工原理试题库（上册） 第一章流体流动 一、选择题 1. 连续操作时，物料衡算通式中的过程积累量GA为（ A ）。 A.零 B.正数 C.负数 D.任意值 2. 热量衡算中，物料的焓为相对值，通常规定（ A ）的焓为零。 A.0℃液体 B.0℃气体 C.100℃液体 D.100℃气体 3. 流体阻力的表现，下列阐述错误的是（ D ）。 A.阻力越大，静压强下降就越大 B.流体的粘度越大，阻力越大 C.流体的流动状况是产生流体阻力的根本原因 D.流体的内摩擦力在流体激烈流动时不存在 4. 压强的具有专门名称的国际单位是Pa，用基本单位表示是（ C ）。 A.atm B.mmHg C.Kg/m.s2 D.N/m2 5. 水在直管中流动，现保持流量不变，增大管径，则流速（ B ）。 A.增大 B.减小 C.不变 D.无法判断 6. 对可压缩流体，满足( C )条件时，才能应用柏努力方程求解。 A. )%(20ppp121式中压强采用表压表示 B. )%(01ppp12 1式中压强采用表压表示 C. )%(20ppp121式中压强采用绝压表示 D. )%(01ppp1 2 1式中压强采用绝压表示 7. 判断流体的流动类型用（ C ）准数。 A.欧拉 B.施伍德 C.雷诺 D.努塞尔特 8. 流体在圆形直管中滞流流动时的速度分布曲线为( B )。 A.直线 B.抛物线 C.双曲线 D.椭圆线 9. 增大流体的流量，则在孔板流量计的孔板前后形成的压强差（ A ）。 A.增大 B.减小 C.不变 D.无法判断 10. 流体在管内流动时的摩擦系数与（ B ）有关。 A.雷诺准数和绝对粗糙度 B. 雷诺准数和相对粗糙度 C.欧拉准数和绝对粗糙度 D. 欧拉准数和相对粗糙度 11. 测速管测量得到的速度是流体（ C ）速度。 A.在管壁处 B.在管中心 C.瞬时 D.平均 12. 在层流流动中，若流体的总流率不变，则规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的（ C ）倍。 A. 2； B. 6； C. 4； D. 1。 13. 流体在长为3m、高为2m的矩形管道内流动，则该矩形管道的当量直径为（ C ）。 A. 1.2m； B. 0.6m； C. 2.4m； D. 4.8m 2 14. 流体在长为2m、高为1m的矩形管道内流动，则该矩形管道的当量直径为（ A ）。 A. 1.33m； B. 2.66m； C. 0.33m； D. 0.66m。 15. 流体在内管外径为25mm，外管内径为70mm的环隙流道内流动，则该环隙流道的当量直径为（ D ）。 A. 25mm； B. 70mm； C. 95mm； D. 45mm。 16. 当流体在园管内流动时，管中心流速最大，滞流时的平均速度与管中心的最大流速的关系为( C ) A. u ＝3/2.umax B. u ＝0.8 umax C. u ＝1/2. umax D u =0.75 umax 17. 判断流体流动类型的准数为（ A ） A . Re数 B. Nu 数 C . Pr数 D . Fr数 18. 流体在圆形直管内作强制湍流时，其对流传热系数α与雷诺准数Re 的n 次方成正比，其中的n 值为（ B ） A . 0.5 B. 0.8 C. 1 D. 0.2 19. 牛顿粘性定律适用于牛顿型流体，且流体应呈（ A ） A．层流流动 B 湍流流动 C 过渡型流动 D 静止状态 20. 计算管路系统突然扩大和突然缩小的局部阻力时，速度值应取为（ C ） A. 上游截面处流速 B 下游截面处流速 C 小管中流速 D 大管中流速 21. 用离心泵在两个敞口容器间输送液体。若维持两容器的液面高度不变，则当输送管道上的阀门关小后，管路总阻力将（ A ）。 A. 增大； B. 不变； C. 减小； D. 不确定。 22. 流体的压强有多种表示方式，1标准大气压为 ( C ) A.780mm汞柱 B.1Kgf/cm2 D.10130Pa 23. 流体在圆管中层流流动，若只将管内流体流速提高一倍，管内流体流动型态仍为层流，则阻力损失为原来的（ B ）倍。 A.4 B.2 C.2 D.不能确定 24. 阻力系数法将局部阻力hf表示成局部阻力系数与动压头的乘积，管出口入容器的阻力系数为 ( A ) A.1.0 B.0.5 25. 在柏努利方程式中，P/ρg被称为 ( A ) A.静压头 B.动压头 C.位压头 D.无法确定 26. 流体的流动形式可用雷诺准数来判定，若为湍流则Re ( D ) A.<4000 B.<2000 C.>2000 D.>4000 27. 不可压缩性流在管道内稳定流动的连续性方程式为（ A ）可压缩性流体在管道内稳定流动的连续性方程式为（ D ） 3 A.u1Ａ1=u2Ａ2 B.u1Ａ2=u2Ａ1
化工原理课后习题答案
化工原理课后习题答案 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
第七章 吸收 1,解：（1）008.0=* y 1047.018 100017101710=+=x （2）KPa P 9.301= H,E 不变，则2563.010 9.3011074.73 4 ??==P E m (3)0195.010 9.301109.53 3=??=* y 01047.0=x 2，解：09.0=y 05.0=x x y 97.0=* 同理也可用液相浓度进行判断 3，解：HCl 在空气中的扩散系数需估算。现atm P 1=，,293k T = 故()( ) s m D G 2 52 17571071.11 .205.2112915.361293102 1212 1 --?=+?+?= HCl 在水中的扩散系数L D .水的缔和参数,6.2=α分子量,18=s M 粘度(),005.1293CP K =μ 分子体积mol cm V A 33.286.247.3=+= 4，解:吸收速率方程()()()12A A BM A P P P P RTx D N --= 1和2表示气膜的水侧和气侧，A 和B 表示氨和空气 ()24.986.1002.962 1 m kN P BM =+=代入式 x=0.000044m 得气膜厚度为0.44mm. 5，解：查s cm D C 2256.025=为水汽在空气中扩散系数 下C 80，s cm s cm T T D D 2 5275 .175 .112121044.3344.029*******.0-?==??? ???=??? ? ??= C 80水的蒸汽压为kPa P 38.471=，02=P 时间s NA M t 21693 .041025.718224=???==-π 6,解：画图 7,解：塔低：6110315-?=y s m kg G 234.0=' 塔顶：621031-?=y 02=x 的NaOH 液含3100405.2m kgNaOH l g =? 的NaOH 液的比重＝液体的平均分子量： 通过塔的物料衡算，得到()()ZA L y y P K A y y G m G m -=-21 如果NaOH 溶液相当浓，可设溶液面上2CO 蒸汽压可以忽略，即气相阻力控制传递过 程。 ∴在塔顶的推动力6210310-?=-=y 在塔底的推动力61103150-?=-=y 对数平均推动力()()66 105.12231 3151031315--?=?-= -In L y y m 由上式得：()2351093.8m kN s m kmol a K G -?=
化工原理(下)练习题
化工原理（下）练习题 一、填空 1. 精馏和普通蒸馏的根本区别在于；平衡蒸馏（闪蒸）与简单蒸馏（微分蒸馏）的区别是。 2. 双组分精馏，相对挥发度的定义为α＝___ ____，其值越表明两组分越。α＝1时，则两组分。 3.精馏的原理是，实现精馏操作的必要条件是和。 4.精馏计算中，q值的含义是___ ______，其它条件不变的情况下q值越_______表明精馏段理论塔板数越，q线方程的斜率(一般)越。当泡点进料时，q＝，q线方程的斜率＝。 5.最小回流比是指，适宜回流比通常取为倍最小回流比。 6. ____ 操作条件下，精馏段、提馏段的操作线与对角线重叠。此时传质推动力，所需理论塔板数。 7.精馏塔进料可能有种不同的热状况，对于泡点和露点进料，其进料热状况参数q值分别为和。 8. 气液两相呈平衡状态时，气液两相温度，液相组成气相组成。 9. 精馏塔进料可能有种不同的热状况，当进料为气液混合物且气液摩尔比为2 : 3时，则进料热状况参数q值为。 10. 对一定组成的二元体系，精馏压力越大，则相对挥发度，塔操作温度，从平衡角度分析对该分离过程。 11．板式精馏塔的操作中，上升汽流的孔速对塔的稳定运行非常重要，适宜的孔速会使汽液两相充分混合，稳定地传质、传热；孔速偏离适宜范围则会导致塔的异常现象发生，其中当孔速
过低时可导致_________，而孔速过高时又可能导致________。 12. 对于不饱和空气，表示该空气的三个温度，即：干球温度t, 湿球温度t w和露点t d间的关系为___________; 对饱和空气则有____ _____。 13. 用相对挥发度α表达的气液平衡方程可写为，根据α的大小，可以用来，若α=1，则表示。14.吸收操作是依据，以达到分离混合物的目的。 15.若溶质在气相中的组成以分压p、液相中的组成以摩尔分数x表示，则亨利定律的表达式为，E称为，若E值很大，说明该气体为气体。 16.对低浓度溶质的气液平衡系统，当总压降低时，亨利系数E将，相平衡常数m 将，溶解度系数H将。在吸收过程中，K Y和k Y是以和为推动力的吸收系数，它们的单位是。 17含低浓度难溶气体的混合气，在逆流填料吸收塔内进行吸收操作，传质阻力主要存在于中；若增大液相湍动程度，则气相总体积吸收系数K Y a值将；若增加吸收剂的用量，其他操作条件不变，则气体出塔浓度Y2将，溶质A的吸收率将；若系统的总压强升高，则亨利系数E将，相平衡常数m 将。 18.亨利定律表达式p*＝E x，若某气体在水中的亨利系数E值很小，说明该气体为气体。 19．吸收过程中，若减小吸收剂用量，操作线的斜率，吸收推动力。20．双膜理论是将整个相际传质过程简化为。21. 脱吸因数S可表示为，它在Y—X图上的几何意义是。若分别以S1、S2，S3表示难溶、中等溶解度、易溶气体在吸收过程中的脱吸因数，吸收过程中操作条件相同，则应有S1 S2 S3。 22.不饱和湿空气预热可提高载湿的能力，此时H ，t ，φ，传热传质推动力。
化工原理课后答案
第一章 3.答案：p= 30.04kPa =0.296atm=3.06mH2O 该压力为表压 常见错误：答成绝压 5.答案：图和推算过程略Δp=(ρHg - ρH2O) g (R1+R2)=228.4kPa 7.已知n=121 d=0.02m u=9 m/s T=313K p = 248.7 × 103 Pa M=29 g/mol 答案：(1) ρ = pM/RT = 2.77 kg/m3 q m =q vρ= n 0.785d2 u ρ =0.942 kg/s (2) q v = n 0.785d2 u = 0.343 m3/s (2) V0/V =(T0p)/(Tp0) = 2.14 q v0 =2.14 q v = 0.734 m3/s 常见错误： （1）n没有计入 （2）p0按照98.7 × 103 pa计算 8. 已知d1=0.05m d2=0.068m q v=3.33×10-3 m3/s （1）q m1= q m2 =q vρ =6.09 kg/s (2) u1= q v1/(0.785d12) =1.70 m/s u2 = q v2/(0.785d22) =0.92 m/s (3) G1 = q m1/(0.785d12) =3105 kg/m2?s G2 = q m2/(0.785d22) =1679 kg/m2?s 常见错误：直径d算错 9. 图略 q v= 0.0167 m3/s d1= 0.2m d2= 0.1m u1= 0.532m/s u2= 2.127m/s (1) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 7.02×103 Pa p A-p B=0.5gρH2O +(ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m (2) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 2.13×103 Pa p A-p B= (ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m 所以R没有变化 12. 图略 取高位储槽液面为1-1液面，管路出口为2-2截面，以出口为基准水平面 已知q v= 0.00139 m3/s u1= 0 m/s u2 = 1.626 m/s p1= 0(表压) p2= 9.807×103 Pa(表压) 在1-1面和2-2面之间立柏努利方程Δz = 4.37m 注意：答题时出口侧的选择： 为了便于统一，建议选择出口侧为2-2面，u2为管路中流体的流速，不为0，压力为出口容器的压力，不是管路内流体压力
化工原理第二版(下册)夏清贾绍义课后习题解答带图资料
化工原理第二版夏清，贾绍义 课后习题解答 （夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津大学出版） 社,2011.8.） 第1章蒸馏 1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯 和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t（℃） 80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B *，P A *，由于总压 P = 99kPa，则由x = (P-P B *)/(P A *-P B *)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x 图数据。
以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C 5H 12 ）和正己烷（C 6 H 14 ）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa下该 溶液的平衡数据。 温度 C 5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C 6H 14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解：根据附表数据得出相同温度下C 5H 12 （A）和C 6 H 14 （B）的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P B * = 1.3kPa 查得P A *= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3 P A *(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 P B *(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据 平衡液相组成以260.6℃时为例 当t= 260.6℃时 x = (P-P B *)/(P A *-P B *) =（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例 当t= 260.6℃时 y = P A *x/P = 13.3×1/13.3 = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下 t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289 x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0
化工原理(上)考试试题及答案
化工原理（上）考试试题A、B卷 题型例及思路 试题题型--- 填空10% （5小题）； 气体的净制按操作原理可分为________________、______________、 _______________.旋风分离器属________ ___ _ 。 选择10% （5小题）； 为使U形压差计的灵敏度较高,选择指示液时,应使指示液和被测流体的密度差 （ρ 指 --ρ）的值（）。 A. 偏大； B. 偏小； C. 越大越好。 判断10% （5小题）； 若洗涤压差与过滤压差相等，洗水粘度与滤液粘度相同时，对转筒真空过滤机来 说，洗涤速率=过滤未速度。（） 问答10% （2~3小题）； 为什么单缸往复压缩机的压缩比太大，会使压缩机不能正常工作？ 计算60% （4小题）。 计算题题型： 一、流体流动与输送 20分 1、已知两截面的压强P 1 P 2 高度差⊿Z 有效功W e 摩擦系数λ管路总长Σl 管直径与壁厚φ密度ρ ,求体积流量 V (m3/h). 解题思路：求体积流量，需要知道管内流速。先选取截面，列出机械能衡算式，代入已知的压强，高度差，有效功，大截面上的速度约为零，摩擦损失用计算公式代入，衡算式中只有速度未知。求出速度，再乘于管道面积即得体积流量，再进行单位换算。 2、已知高度差⊿Z P 1 P 2 管路总长Σl 体积流量V 摩擦系数λ, 求(1)管径 d ;(2)在此管径d下, 摩擦系数λ改变后的体积流量V . 解题思路：（1）求管径，先选取截面，列出机械能衡算式，代入已知的压强，高度差，无有效功，大截面上的速度约为零，摩擦损失用计算公式代入，其中速度用已知的体积流量除于管道截面积表示，当中包含了直径，进行体积流量的单位换算，整个衡算只有直径未知。（2）在确定的直径下，用改变了的摩擦系数求体积流量，方法同题1。 3、已知管直径与壁厚φ密度ρ粘度μ位置高度Z 管路总长Σl (层流λ=64/Re, 需判断)，两截面的压强P 1 P 2 体积流量V 泵效率η，求轴功率N. 解题思路：求轴功率，需要求出有效功率，则先选取截面，列出机械能衡算式，代入
化工原理上册课后习题及答案 (1)
第一章：流体流动 二、本章思考题 1-1 何谓理想流体？实际流体与理想流体有何区别？如何体现在伯努利方程上？ 1-2 何谓绝对压力、表压和真空度？表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压力、大气压力有什么关系？ 1-3 流体静力学方程式有几种表达形式？它们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何确定等压面？ 1-4 如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时，直管水平安装与垂直安装所得结果是否相同？ 1-5 如何判断管路系统中流体流动的方向？ 1-6何谓流体的层流流动与湍流流动？如何判断流体的流动是层流还是湍流？ 1-7 一定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水温升高时，Re将如何变化？1-8 何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？ 1-9 何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？ 1-10摩擦系数λ与雷诺数Re及相对粗糙度d/ 的关联图分为4个区域。每个区域中，λ与哪些因素有关？哪个区域的流体摩擦损失f h与流速u的一次方成正比？哪个区域的f h与2 u成正比？光滑管流动时的摩擦损失f h与u的几次方成正比？
1-11管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响？何谓流体的光滑管流动？ 1-12 在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，需要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计算平均流速？ 三、本章例题 例1-1 如本题附图所示，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。已知贮槽直径D 为3m ，油品密度为900kg/m3。压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为h1。已测得当压差计上指示剂读数为R1时，贮槽内油面 与左侧水银面间的垂直距离为H1。试计算当右侧支管内油面向下移动30mm 后，贮槽中排放出 油品的质量。 解：本题只要求出压差计油面向下移动30mm 时，贮槽内油面相应下移的高度，即可求出排放量。 首先应了解槽内液面下降后压差计中指示剂读数的变化情况，然后再寻求压差计中油面下移高度与槽内油面下移高度间的关系。 设压差计中油面下移h 高度，槽内油面相应下移H 高度。不管槽内油面如何变化，压差计右侧支管中油品及整个管内水银体积没有变化。故当压差计中油面下移h 后，油柱高度没有变化，仍为h1，但因右侧水银面也随之下移h ，而左侧水银面必上升h ，故压差计中指示剂读数变为（R-2h ），槽内液面与左侧水银面间的垂直距离变为（H1-H-h ）。 当压差计中油面下移h 后，选左侧支管油与水银交界面为参考面m ，再在右侧支管上找出等压面n （图中未画出m 及n 面），该两面上的表压强分别为： g h H H p m 01)(ρ--= （ ρ为油品密度） 1-1附图 m