化工原理例题及习题

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1、word文档整理分享第一章流体流动【例1-1】已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3,试求含硫酸为60%(质量)的硫酸水溶液的密度为若干。解:根据式1-4=(3.28+4.01)10-4=7.29×10-4ρm=1372kg/m3【例1-2】已知干空气的组成为:O221%、N278%和Ar1%(均为体积%),试求干空气在压力为9.81×104Pa及温度为100℃时的密度。解:首先将摄氏度换算成开尔文100℃=273+100=373K再求干空气的平均摩尔质量Mm=32×0.2

2、1+28×0.78+39.9×0.01=28.96kg/m3根据式1-3a气体的平均密度为:【例1-3】本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=0.7m、密度ρ1=800kg/m3,水层高度h2=0.6m、密度ρ2=1000kg/m3。(1)判断下列两关系是否成立,即pA=p'ApB=p'B(2)计算水在玻璃管内的高度h。解:(1)判断题给两关系式是否成立pA=p'A的关系成立。因A与A'两点在静止的连通着的同一流体内,并在同一水平面上。所以截面A-A'称为等压面。pB=p'B的关系不

3、能成立。因B及B'两点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,即截面B-B'不是等压面。(2)计算玻璃管内水的高度h由上面讨论知,pA=p'A,而pA=p'A都可以用流体静力学基本方程式计算,即pA=pa+ρ1gh1+ρ2gh2pA'=pa+ρ2gh于是pa+ρ1gh1+ρ2gh2=pa+ρ2gh简化上式并将已知值代入,得800×0.7+1000×0.6=1000h解得h=1.16m【例1-4】如本题附图所示,在异径水平管段两截面(1-1'、2-2’)连一倒置U管压差计,压差计读数

4、R=200mm。试求两截面间的压强差。参考资料word文档整理分享解:因为倒置U管,所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为ρg与ρ,根据流体静力学基本原理,截面a-a'为等压面,则pa=pa'又由流体静力学基本方程式可得pa=p1-ρgMpa'=p2-ρg(M-R)-ρggR联立上三式,并整理得p1-p2=(ρ-ρg)gR由于ρg《ρ,上式可简化为p1-p2≈ρgR所以p1-p2≈1000×9.81×0.2=1962Pa【例1-5】如本题附图所示,蒸汽锅炉上装置一复式U形水银测压计,截面2、

5、4间充满水。已知对某基准面而言各点的标高为z0=2.1m,z2=0.9m,z4=2.0m,z6=0.7m,z7=2.5m。试求锅炉内水面上的蒸汽压强。解:按静力学原理,同一种静止流体的连通器内、同一水平面上的压强相等,故有p1=p2,p3=p4,p5=p6对水平面1-2而言,p2=p1,即p2=pa+ρig(z0-z1)对水平面3-4而言,p3=p4=p2-ρg(z4-z2)对水平面5-6有p6=p4+ρig(z4-z5)锅炉蒸汽压强p=p6-ρg(z7-z6)p=pa+ρig(z0-z1)+ρ

6、ig(z4-z5)-ρg(z4-z2)-ρg(z7-z6)则蒸汽的表压为p-pa=ρig(z0-z1+z4-z5)-ρg(z4-z2+z7-z6)=13600×9.81×(2.1-0.9+2.0-0.7)-1000×9.81×(2.0-0.9+2.5-0.7)=3.05×105Pa=305kPa【例1-6】某厂要求安装一根输水量为30m3/h的管路,试选择合适的管径。解:根据式1-20计算管径d=式中Vs=m3/s参考表1-1选取水的流速u=1.8m/s参考资料word文档整理分享查附录二十二中

7、管子规格,确定选用φ89×4(外径89mm,壁厚4mm)的管子,其内径为:d=89-(4×2)=81mm=0.081m因此,水在输送管内的实际流速为:【例1-7】在稳定流动系统中,水连续从粗管流入细管。粗管内径d1=10cm,细管内径d2=5cm,当流量为4×10-3m3/s时,求粗管内和细管内水的流速?解:根据式1-20根据不可压缩流体的连续性方程u1A1=u2A2由此u2=4u1=4×0.51=2.04m/s【例1-8】将高位槽内料液向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为大气压。要求料液在管内以

8、0.5m/s的速度流动。设料液在管内压头损失为1.2m(不包括出口压头损失),试求高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米?解:取管出口高度的0-0为基准面,高位槽的液面为1-1截面,因要求计算高位槽的液面比塔入口处高出多少米,所以把1-1截面选在此就可以直接算出所求的高度x,同时在此液面处的u1及p1均为已知值。2-2截面选在管出口处。在1-1及2-2截面间列柏努利方程:式中p1=0(表压)高位槽截面与管截面相差很大,故高位槽截面的流速与管内流速相比,其值很小,即u1≈0,Z1=x,p2=0(表压

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