备战考试 | 千锤百练 化工原理课后习题1. 某设备上真空表的读数为 13.3103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。该地区大气压强为 98.7103 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 = 98.7103 Pa -13.3103 Pa =8.54103 Pa设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3103 Pa 2在此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。假设螺钉材料的工作应力取为39.23106 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 螺解：P螺 = ghA = 9609.81(9.6-0.8) 3.140.762 150.307103 N螺 = 39.031033.140.0142n P油 螺 得 n 6.23取 n min= 7 至少需要7个螺钉 3某流化床反响器上装有两个U型管压差计，如此题附图所示。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AB两处的表压强。分析：根据静力学根本原那么，对于右边的管压差计，aa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根本方程求解。解：设空气的密度为g，其他数据如下图 aa处 PA + ggh1 = 水gR3 + 水银R2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：PA = 1.0 1039.810.05 + 13.61039.810.05 = 7.16103 Pa b-b处 PB + ggh3 = PA + ggh2 + 水银gR1 PB = 13.61039.810.4 + 7.16103 =6.05103Pa 4. 此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。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。分析：解此题应选取的适宜的截面如下图：忽略空气产生的压强，此题中11和44为等压面，22和33为等压面，且11和22的压强相等。根据静力学根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11与22截面之间P1 = P2 + 水银gRP1 = P4 ，P2 = P3 且P3 = 煤油gh ， P4 = 水gH-h+ 煤油gh + h联立这几个方程得到 水银gR = 水gH-h+ 煤油gh + h-煤油gh 即水银gR =水gH + 煤油gh -水gh 带入数据 1.0101 - 13.6100.068 = h(1.010-0.8210)= 0.418 5用此题附图中串联管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，管压差计的指示液为水银，两管间的连接收内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：12.3m，2=1.2m, 3=2.5m,4=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直距离5=3m。大气压强a= 99.3103。试求锅炉上方水蒸气的压强。分析：首先选取适宜的截面用以连接两个管，此题应选取如下图的11截面，再选取等压面，最后根据静力学根本原理列出方程，求解解：设11截面处的压强为1对左边的管取-等压面， 由静力学根本方程 0 + 水g(h5-h4) = 1 + 水银g(h3-h4) 代入数据0 + 1.01039.81(3-1.4) = 1 + 13.61039.81(2.5-1.4)对右边的管取-等压面，由静力学根本方程1 + 水g(h3-h2) = 水银g(h1-h2) + 代入数据1 + 1.01039.812.5-1.2= 13.61039.812.3-1.2 + 99.3103解着两个方程 得0 = 3.64105Pa6. 根据此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。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为9203 ,9983,管中油水交接面高度差R = 300 ，两扩大室的内径D 均为60 ，管内径为6 。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。分析：此题的关键是找准等压面，根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：由静力学根本原那么，选取11为等压面， 对于管左边 表 + 油g(h1+R) = 1 对于管右边 2 = 水gR + 油gh2 表 =水gR + 油gh2 -油g(h1+R) =水gR - 油gR +油gh2-h1 当表= 0时，扩大室液面平齐 即 D/22h2-h1= d/22R h2-h1 = 3 mm 表= 2.57102Pa7.列管换热气 的管束由121根2.5mm的钢管组成。空气以9m/s速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50压强为196103Pa(表压)，当地大气压为98.7103Pa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量。解：空气的体积流量 S = uA = 9/4 0.02 2 121 = 0.342 m3/s 质量流量 ws =S=S (MP)/(RT)= 0.34229(98.7+196)/8.315323=1.09/s 换算成标准状况 V1P1/V2P2 =T1/T2S2 = P1T2/P2T1 S1 = (294.7273)/(101323) 0.342 = 0.843 m3/s8 .高位槽内的水面高于地面8m，水从1084mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。在此题特定条件下，水流经系统的能量损失可按f = 6.5 u2 计算，其中u为水在管道的流速。试计算： AA 截面处水的流速； 水的流量，以m3/h计。分析：此题涉及的是流体动力学，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截面和基准面，对于此题来说，适宜的截面是高位槽11,和出管口 22,如下图，选取地面为基准面。解：设水在水管中的流速为u ，在如下图的11, ，22,处列柏努力方程Z1 + 0 + 1/= Z2+ 22 + 2/ + f Z1 - Z2g = u2/2 + 6.5u2 代入数据 (8-2)9.81 = 7u2 , u = 2.9m/s换算成体积流量 VS = uA= 2.9 /4 0.12 3600 = 82 m3/h 9. 20 水以2.5m/s的流速流经382.5mm的水平管，此管以锥形管和另一533m的水平管相连。如此题附图所示，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强。假设水流经A B两截面的能量损失为1.5J/，求两玻璃管的水面差以计，并在此题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。分析:根据水流过A、B两截面的体积流量一样和此两截面处的伯努利方程列等式求解解：设水流经两截面处的流速分别为uA、 uB uAAA = uBAB uB = AA/AB uA = 33/4722.5 = 1.23m/s在两截面处列柏努力方程Z1 + 122 + 1/ = Z2+ 222 + 2/ + f Z1 = Z2 1-2/ = f +12-222 gh1-h 2= 1.5 + (1.232-2.52) /2 h1-h 2 = 0.0882 m = 88.2 mm即 两玻璃管的水面差为88.2mm10.用离心泵把20的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各局部相对位置如此题附图所示。管路的直径均为762.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.6610Pa,水流经吸入管与排处管不包括喷头的能量损失可分别按f,1=2u，hf,2=10u2计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速/s。排水管与喷头连接处的压强为98.0710Pa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局部来处理，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hf=hf+，1hf，2 u1=u2=u=2u2+10u=12u在截面与真空表处取截面作方程： z0g+u02/2+P0/=z1g+u2/2+P1/+hf，1 P0-P1/= z1g+u2/2 +hf，1 u=2m/s ws=uA=7.9kg/s 在真空表与排水管-喷头连接处取截面 z1g+u2/2+P1/+We=z2g+u2/2+P2/+hf，2 We= z2g+u2/2+P2/+hf，2 z1g+u2/2+P1/ =12.59.81+98.07+24.66/998.210+102=285.97J/kg Ne= Wews=285.977.9=2.26kw11.此题附图所示的贮槽内径D为2，槽底与内径d0为33mm的钢管相连，槽内无液体补充，其液面高度h0为2m以管子中心线为基准。液体在此题管内流动时的全部能量损失可按hf=20u公式来计算，式中u为液体在管内的流速ms。试求当槽内液面下降1m所需的时间。分析：此题看似一个普通的解柏努力方程的题，分析题中槽内无液体补充，那么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 h1g=u2/2+hf =u2/2+20u2 u=