化工原理典型习题解答王国庆 陈兰英广东工业大学化工原理教研室20032上 册一、选择题1、 某液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不变，则(1) 层流时，流动阻力变为原来的 C 。A4倍 B8倍 C16倍 D32倍(2) 完全湍流(阻力平方区)时，流动阻力变为原来的 D 。A4倍 B8倍 C16倍 D32倍解：(1) 由得 (2) 由 得 2 水由高位槽流入贮水池，若水管总长（包括局部阻力的当量长度在内）缩短25%，而高位槽水面与贮水池水面的位差保持不变，假定流体完全湍流流动(即流动在阻力平方区)不变，则水的流量变为原来的 A 。A1.155倍 B1.165倍 C1.175倍 D1.185倍解：由 得 所以 又由完全湍流流动，得 所以 ，而 所以 3 两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降。已知玻璃球的密度为2500kg/m3，水的密度为998.2kg/m3，水的粘度为1.00510-3Pas，空气的密度为1.205kg/m3，空气的粘度为1.8110-5Pas。（1）若在层流区重力沉降，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 B 。A8.612 B9.612 C10.612 D11.612（2）若在层流区离心沉降，已知旋风分离因数与旋液分离因数之比为2，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 D 。A10.593 B11.593 C12.593 D13.593解：(1) 由 ，得 所以 (2) 由 ，得 ，所以 4. 某一球形颗粒在空气中自由重力沉降。已知该颗粒的密度为5000kg/m3，空气的密度为1.205kg/m3，空气的粘度为1.8110-5Pas。则(1) 在层流区沉降的最大颗粒直径为 B 10-5m。A3.639 B4.639 C5.639 D6.639(2) 在湍流区沉降的最小颗粒直径为 C 10-3m。A1.024 B1.124 C1.224 D1.324解：(1) 由 ，得 而：，所以 (2) 由：，得：； 所以： 5. 对不可压缩滤饼先进行恒速过滤后进行恒压过滤。（1）恒速过滤时，已知过滤时间为100s时，过滤压力差为3104Pa；过滤时间为500s时，过滤压力差为9104Pa。则过滤时间为300s时，过滤压力差为 C 。A4104Pa B5104Pa C6104Pa D7104Pa（2）若恒速过滤300s后改为恒压过滤，且已知恒速过滤结束时所得滤液体积为0.75m3，过滤面积为1m2，恒压过滤常数为K=510-3m2/s，qe=0m3/m2(过滤介质的阻力可以忽略)。则再恒压过滤300s后，又得滤液体积为 D 。A0.386m3 B0.486m3 C0.586m3 D0.686m3解：(1) 由 ，得 两式相减，得 ，所以 所以 (2) 由 ，得 6. 对某悬浮液进行恒压过滤。已知过滤时间为300s时，所得滤液体积为0.75m3，且过滤面积为1m2，恒压过滤常数K=510-3m2/s。若要再得滤液体积0.75m3，则又需过滤时间为 C 。A505s B515s C525s D535s解：由 ，得 所以 7. 水蒸汽在一外径为25mm、长为2.5m的水平管外冷凝。（1）若管外径增大一倍，则冷凝传热系数为原来的 C 。A0.641倍 B0.741倍 C0.841倍 D0.941倍（2）若将原水平管竖直放置，且假定冷凝液层流流动，则冷凝传热系数为原来的 A 。A0.493倍 B0.593倍 C0.693倍 D0.793倍解：(1) 由 ，得 (2) 由 ，得 8. 冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90C，出口温度为50C，冷水进口温度为15C，出口温度为53C，冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性为相同，则热损失占传热量的 C 。A5% B6% C7% D8%解：由 ，得 二、 计算题1. 如图所示，常温的水在管道中流过，两个串联的U形管压差计中的指示液均为水银，密度为rHg，测压连接管内充满常温的水，密度为rw，两U形管的连通管内充满空气。若测压前两U形管压差计内的水银液面均为同一高度，测压后两U形管压差计的读数分别为R1、R2，试求a、b两点间的压力差。解： ， 而 ，所以 2. 在如图所示的测压差装置中，U形管压差计中的指示液为水银，其密度为rHg，其他管内均充满水，其密度为rw，U形管压差计的读数为R，两测压点间的位差为h，试求a、b两测压点间的压力差。解：由 所以：所以： 3. 某流体在水平串联的两直管1、2中稳定流动，已知，。今测得该流体流径管道1的压力降为0.64m液柱，流径管道2的压力降为0.064m液柱，试计算管道2的长度。解：由 ，得 ，所以 所以 所以 ，又 ，所以 ，所以 4. 密度为1000kg/m3，粘度为1cP的水，以10m3/h的流量在内径为45mm的水平光滑管内流动，在管路某处流体的静压力为1.5105Pa(表压)，若管路的局部阻力可忽略不计，则距该处100m下游处流体的静压力为多少Pa(绝对压力)?解： ， 由：，得 5. 用一离心泵将冷却水由贮水池送至高位槽。已知高位槽液面比贮水池液面高出10m，管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为400m，管内径为75mm，摩擦系数为0.03。该泵的特性曲线为，试求：（1）管路特性曲线；（2）泵工作时的流量和扬程知：；。求：(1) ； (2) 、解：(1) 由 得 (2) 而 ，所以 解之： 所以 6. 现有一台离心泵，允许吸上真空度， 用来输送20C的清水，已知流量为20m3/h，吸入管内径为50 mm，吸入管的全部阻力损失为，当地大气压为10 mH2O。试计算此泵的允许安装高度为多少米？ 解：，7. 远距离液位测量欲知某地下油品贮槽的液位H ，采用图示装置在地面上进行测量。测量时控制氮气的流量使观察瓶内产生少许气泡。已知油品的密度为850 kgm3。并铡得水银压强计的读数R为150mm，同贮槽内的液位 H 等于多少? 解：因观察瓶内只有少许气泡产生，这表明在管道内氮气的流速极小，可近似认为处于静止状态。在静止流体内部各点的单位总势能相等，故：， （因很小），贮槽内液位为8. 管道两点之间压的测量A、B两断面分别位于直管段内，在此两断面间装有单U形管和复式U形管压强计(如附图所示)。单U形管内指示液的密度为，复式U形管的中间流体和直管内流体相同，密度均为，试证明R1R2十R3。解：在直管内垂直于流动方向的横断面上，流体压强服从静压分布规律，其虚拟压强是常数。连接于管路A、B两点间压差计的读数直接反映两测压点所在断面的虚拟压强差。对于单U形管压强计： （1）对于复式U形管的左、右两U形管可分别写出： ； 两式相加得： （2）由式1、式2可得 。9. 虹吸管顶部的最大安装高度 利用虹吸管将池中温度为90热水引出，两容器水面的垂直距离为2m，管段AB长5m，管段BC长10m(皆包括局部阻力的当量长度)，管路直径为20mm，直管阻力系数为0.02。若要保证管路不发生汽化现象，管路顶点的最大安装高度为多少？ (已知90热水的饱和蒸汽压为701104Pa)解： 在断面11和22之间列机械能衡算式，可求得管内流速：设顶点压强，在断面11和断面BB之间列机械能街算式，可求出B点最大安装高度为：10. 喷嘴的尺寸与喷出速度 附图所示管路由5735钢管组成，管长18m，有标准直角弯头两个，闸阀一个，直管阻力系数为0.029，高位槽内水面距管路出口的垂直距离为9m。 当阀门全开口，试求： (1) 管路出口流速及流量； (2) 若在管路出口装一直径为25mm的喷嘴，喷嘴的局部阻力系数0.5，管路的出口流速和流量有何变化? (3) 改变喷嘴尺寸，可能获得最大喷出速度为多少?(假设喷嘴的局部阻力系数05不变)。 (4) 若将流体视为理想流体，安装咳嘴前后流量的变化如何？解： (1) 管路中各管件的局部阻力系数分别是：。由断面11和22之间的机械能衡算式，得管内流量：（2）若管路出口安装一喷嘴（如虚线所示），则断面1-4-1和2-2间的机械能衡算式为：流量为：在管路出口安装喷嘴，缩小了出口流通面积并引入一个局部阻力，使管内流量减少，管内流量的降低使沿程阻力损失大为减少，而且减少量远远超过喷嘴产生的局部阻力损失，因此，就整个管路而言，阻力损失不是增加而是减小了。喷嘴出口的流速之所以能够加快，其原因就在于此。在本例中，安装喷嘴后，出口的流通面积缩小了34，流量减少了：（3）由(2)可知，喷嘴直径越小，管路沿程阻力损失亦越小，喷出速度越大。当喷嘴直径足够小时，管内流体可看成是静止的，沿程阻力损失为零。在此条件下可求得喷嘴的最大喷出速度为：(4) 对于理想流体，安装喷嘴前后的出口流速皆为 ，故安装喷嘴前后的流量之比为： 11. 从水塔管道输送水，水塔水面距出水管口的垂育距离为10m，新管道全长500m，管件的局部阻力可近似地等于水管全长的50，水温为20，输水量为10m3/h试求水管的最小直径。解 取水塔水面为11截面，水管出水口为22截面，基准水平面通过出水管的水平中心线，在两截面间列柏努利方程式：已知：z1=10m，z2=0；u10；p1=p2=0（表压）；u2=u，则上式可简化为：gz1=u2/2+hf。如果忽略静压头转化为动压头的能量，则得：d=120mm已知：l=500m，le=50050%=250m，代入上式得：即：解得：d1.75=210-7，即d=0.063m。12. 在如图所示的平板导热系数测定装置中，试样直径，且由于试样厚度远小于直径，可以忽略试样径向的热损失。由于安装不好，试样与冷、热表面之间均存在着一层厚度为0.1mm的空气隙。设热表面温度，冷表面温度。测试时测得的传热速率。空气隙在下的导热系数，在下的导热系数。试计算空气隙的存在给导热系数的测定带来的误差。（提示：不考虑空气隙计算得到的导热系数为表