化工原理天津大学版化上下册习题答案.docx

化工原理课后习题1 .某设备上真空表的读数为133X10'Pa,试计算设备内的肯定压强与表压强。已知该地区大气压强为98.7×IO8Pa.解：由肯定压强=大气压强-真空度得到：设备内的肯定压强Pe1.=98.7×10sPa-13.3×10,Pa=8.54×10sPa设备内的表压强PW=-真空度=-13.3×10sPa2 .在本题附图所示的储油罐中盛有密度为960kgrf的油品，油面高于罐底6.9叫油面上方为常压.在罐侧壁的下部有始终径为760皿的圆孔，其中心距罐底800皿，孔盖用14皿的钢制螺钉紧固.若螺钉材料的工作应力取为39.23X10'Pa,问至少须要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P.W。解：P.=PghXA=960×9.81X(9.6-0.8)×3.14×0.76,150.307×10,N。=39.03×10,×3.14×0.014a×nPW。得n6.23取nIn=7至少须要7个螺旬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Ri=40011m,Ra=50三,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Rj=50皿。试求A、B两处的表压强。分析：依据静力学基本原则，对于右边的U管压差计，a-a'为等压面，对于左边的压差计，bb'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I设空气的密度为P,其他数据如图所示a-a'处P*+Ptgh1.=p*gR3+P<agR3由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽视不记即：P4=1.0×10,×9.81×0.05+13.6×10,×9.81X0.05=7.16×108Pab-b处Pb+P,gh3=P4+P,gh3+P««gRtP8=13.6×10*×9.81×0.4+7.16×10,=6.05XIOsPa4.本题附图为远距离测量限制装置，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=Im,U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kgm,.试求当压差计读数R=68三11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：忽视空气产生的压强，本题中IT'和4-4'为等压面，22'和37'为等压面，且IT'和2-2'的压强相等。依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h在1一1'与2-2'赣面之间P1.=Pi+pMgRVPi=P«,R=P,且H=Psmgh,P4=P*g(H-h)+Pag(h+h)联立这几个方程得到P*gR=P*g(H-h)+PMg(Ah+h)-P*ttgh即P*gR=P*g11+PBMgh-p*gh带入数据1.O3X1.O3X1.-13.6×10iX0.068=h(1.0×10s-0.82×103)h=0.418m5.用本题附图中串联U管压差计测:蒸汽锅炉水面上方的蒸气压,U管压差计的指示液为水银，两U管间的连接管内充溢水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：1.2.3m,h1=1.2叫h8=2.5m,h4=1.4m.锅中水面与基准面之间的垂直距离hEm。大气压强p.=99.3×10,p。试求锅炉上方水蒸气的压强P分析：首先选取合适的截面用以连接两个U管，本题应选取如图所示的1一1截面,再选取等压面，最终依据静力学基本原理列出方程，求解解：设11截面处的压强为P1.对左边的U管取a-a等压面，由静力学基本方程P。+P*g(h-h4)=Pi+P*g(h3-h4)代入数据Po+1,0×10,×9.81×(3-1.4)=Pi+13.6×10,×9.81X(2.5-1.4)对右边的U管取b-b等压面,由静力学基本方程P+P*g(h,-ha)=P*g(h-h1)+p.代入数据P1+1.0×10,×9.81×(2.5-1.2)=13.6×10,×9.81X(2.3-1.2)+99.3×10,解着两个方程得P.=3.64×IOePa6 .依据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强P。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为920kg/11,998产?m4.kg/m',U管中油、水交接面高度差R=300T:mm,两扩大室的内径D均为60mm,U,Jd管内径d为6mm.当管路内气体压强等于<J大气压时，两扩大室液面平齐。习Iib南阳分析I此题的关健是找准等压面，依据扩大室一端与大气相通，另一端与管路相通，可以列出两个方程，联立求解解：由静力学基本原则，选取1-1'为等压面，对于U管左边P«+P.g(h+R)=P1对于U管右边P1=P*gR+Pagh3P«=P*gR+Pghj-Pg(h+R)=P*gR-PMgR+P»g(hj-h)当P衰=0时，扩大室液面平齐即又(D2),(-h1)=11(d2)1Rhj-h1=311mPe=2.57×10,Pa7 .列管换热气的管束由121根。×2.5三的钢管组成。空气以9ms速度在列管内流淌.空气在管内的平均温度为5or,压强为196×IojPa(表压)，当地大气压为98.7XIoJPa试求：空气的质量流量；操作条件下，空气的体积流量；将的计算结果换算成标准状况下空气的体积流*。解I空气的体积流量Vs=uA=9×114×0.02a×121=0.342m,s质量流量w.=V8P=Vs×(MP)/(RT)0.342×29×(98.7+196)8.315×323=1.09kg/s换算成标准状况V,P1.V1.P1=T1.T,V=PT1P1T1×Vsi=(294.7×273)/(101X323)X0.342=0.843m3sj耳，8.高位槽内的水面高于地面8m,水从,OK)8X4mm的管道中流出，管路出口高于aj三8,hb地面加。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按£hf=6,5u2计算，其中u为水在管道的流速。试计算：(1)A-A,截面处水的流速；水的流量，以m7h计.分析：此题涉与的是流体动力学，有关流体动力学主要是能量恒算问题，一般运用的是柏努力方程式.运用柏努力方程式解题的关键是找准裁面和基准面，对于本题来说，合适的赣面是高位槽1一1和出管口22,如图所示，选取地面为基准面.解：设水在水管中的流速为U,在如图所示的11,22处列柏努力方程Z1g+0+P1.p=Zag+us2+PJp+Eh?(Z1.-Zjg=ua2+6.5ua代入斓(8-2)X9.81=7u,u=2.9ms换算成体积流量Vs=uA=2.9×114×0.1*×3600=82m7h9.20水以2.5ms的流速流经038X2.5皿的水平管，此管以锥形管和另一O53X3m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视察两截面的压强。若水流经A,B两截面的能量损失为1.5Jkg,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.分析:依据水流过A、B两截面的体积流量相同和此两裁面处的伯努利方程列等式求解解：设水流经A、B两裁面处的流速分别为u*、uUJAk=iAb：UB=(VA)U4=(33/47)2×2,5=1.23ms在A、B两截面处列柏努力方程ZIg+U1,/2+P1p=Zig+u1,2+PJp+hfVZi=Z2(Px-Pj)/p=hf+(u1.,-u1.,)/2g(h-h)=1.5+(1.23'-25t)/2h-hj=0.0882m=88.211m即两玻璃管的水面差为88.2111110.用离心泵把20C的水从贮槽送至水洗塔顶部,槽内水位维持恒定,各部分相对位置如本题附图所示.管路的直径均为76X2.5mm,在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66XIO3Pa,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按Eh,产2u%hf,j=10u2t-j,由于管径不变,故式中U为吸入或排出管的流速ms.排水管与喷头连接处的压强为98.07×IO3Pa（表压）.试求泵的有效功率.分析:此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两部分来处理,从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管，在两段分别列柏努力方程。解，总能量损失Ehf=Ehf+.Ehfu=ua=u=2u,+10ua=12u2在截面与真空表处取截面作方程Izog+uo,2+Po/p=Zg+u,2+Pp+£hf.I(PO-P1.)p=Zg+u,2+hf,1u=2ns：w.三uAp=7.9kgs在真空表与排水管-啧头连接处取截面Zg+u'2+PP+W.=zjg+u,2+Ptp+hf,sW.=z2g+ua2+P2P+hf,j(Zg+ua2+PP)=12.5X9.81+(98.07+24.66)/998.2X1.O5+10×22=285.97JkgN.=W.w.=285.97×7.9=2.26kw11.本题附图所示的贮槽内径D为2m,/'T1Z槽底与内径&为3311m的钢管相连，槽、内无液体补充，其液面高度%为2m（以.管子中心线为基准）。液体在本题管内AJIk11Mf1.S流淌时的全部能量损失可按2%=20u2公式来计算,式中u为液体在管内的流速m/s试求当槽内液面下降Im所需的时间。分析I此题看似一个一般的解柏努力方程的题，分析题中槽内无液体补充，则管内流速并不是一个定值而是一个关于液面高度的函数，抓住槽内和管内的体积流量相等列出一个微分方程，积分求解.解：在槽面处和出口管处取截面1-1,2-2列柏努力方程hg=ua2+hf=ua2+20uau=(0.48h)v,=0.7hva槽面下降dh,管内流出UAadt的液体Adh=uA1dt=O.7hv,Aadtdt=A1dh/(A10.7hw)AJK12附图1-2-M对上式积分：t=1.8.h12.本题附图所示为冷冻盆水循环系统，盐水的密度为I1.Ookg/福，循环量为36ms.管路的直径相同，盐水由A流经两个换热器而至B的能量损失为98.IJ/kg,由B流至A的能量损失为49J/kg,试求：（1）若泵的效率为70%时，泵的抽功率为若干kw?（2）若A处的压强表读数为245.2×IO5Pa时，B处的压强表读数为若干分析：本题是一个循环系统，盐水由A经两个换热器被冷却后又回到A接着被冷却，很明显可以在A-换热器-B和B-A两段列柏努利方程求解。M：（1）由A到B截面处作柏努利方程0+u*22+PP1=4g+2/2+Pb/P+9.81管径相同得ua=u.（PA-PB）/P=Zttg+9.81由B到A段，在截面处作柏努力方程BZg+UB2/2+Pp+W.=0+u42+PJP+49：*（PA-PB）/P-Z+49=98.1+49=147.IJ/kg.fs=VsP=363600×1100=1.1.kgsN.=W.×Ws=147.1×11=1618.Iw泵的抽功率N=N.76%=2311.57W=2.31kv