化工原理第四版答案.pdf

绪绪论论【0-10-1】1m 1m 水水中中溶溶解解 0.05kmol CO0.05kmol CO2 2，试，试 求求溶溶液液中中 COCO2 2的的摩摩尔尔分分数数，水水的的密密度为度为 100kg/m100kg/m。3 33 3解解 水水1000kg/m31000kmol/m318COCO2 2的的摩摩尔尔分分数数x 0.05 8.9910410000.0518【0-20-2】在】在 压压力力为为 101325101325组组成成，以以摩摩尔尔分分数数Pa、温、温 度度为为 2525 条条件件下下，甲，甲 醇醇在在空空气气中中达达到到饱饱和和状状态态。试。试 求求：(1)(1)甲甲醇醇的的饱饱和和蒸蒸气气压压pA；(2)(2)空空气气中中甲甲醇醇的的yA、质质量量分分数数A、浓浓度度cA、质质量量浓浓度度A表表示示。pA解解(1)(1)甲甲醇醇的的饱饱和和蒸蒸气气压压lg p(2)(2)空空气气中中甲甲醇醇的的组组成成A7.197361574.99p25238.86A16.9kPa摩摩尔尔分分数数yA16.9 0.167101.3250.16732 0.1810.16732(10.167)29质质量量分分数数A浓浓度度cApA16.9 6.82103kmol/m3RT8.314298质质量量浓浓度度A cAMA=6.8210332 0.218 kg/m3NaOH质质量量分分数数 10%10%、【0-30-3】1000kg1000kg 的的电电解解液液中中含含分分离离后后的的浓浓缩缩液液中中含含NaCl的的质质量量分分数数 10%10%、H2O的的质质量量分分数数 80%80%，用用真真空空蒸蒸发发器器浓浓缩缩，食食盐盐结结晶晶NaOH50%50%、NaCl2%2%、H2O48%48%，均，均 为为质质量量分分数数。试。试 求求：(1)(1)水水分分蒸蒸发量发量；(2)(2)分分离离的的食食盐盐量；量；(3)(3)食食盐盐分分离离后后的的浓浓缩缩液液量量。在在全全过过程程中中，溶溶液液中中的的NaOH量量保保持持一一定定。解解电电解解液液 1000kg1000kg浓浓缩缩液中液中NaOH10000.l=100kg10000.l=100kgNaOH=0.5=0.5（质（质 量量分分数数）NaOH10000.l=100kg10000.l=100kg NaCl=0.02=0.02（质（质 量量分分数数）=0.48=0.48（质质量量分分数数）H2O10000.8=800kg10000.8=800kgH2O在在全全过过程程中中，溶溶液液中中NaOH量量保保持持一一定定，为为 100kg100kg 200kg浓浓缩缩液液量量为为100/0.5200kg200kg 浓浓缩缩液液中中，水水的的含含量量为为 2000.48=96kg，2000.48=96kg，故故水水的的蒸蒸发发量量为为 800-96=704kg800-96=704kg浓浓缩缩液液中中 NaCl的的含含量量为为 2000.02=4kg，2000.02=4kg，故分故分 离离的的 NaCl量量为为 100-4=96kg100-4=96kg第第一一章章流流体体流流动动流体的压力流体的压力【1-11-1】容容器器 A A 中中的的气气体体表表压压为为 60kPa60kPa，容容器器 B B 中中的的气气体体真真空空度度为为1.210PaPa。试试分别分别 求求出出 A A、B B 二二容容器器中中气气体体的的绝绝对对压压力力为为若若干干帕帕，该该处处环环境境的的大大气气压压力力等等于于标标准准大大气气压压力力。解解标标准准大大气气压压力力为为 101.325kPa101.325kPa容容器器 A A 的的绝绝对对压压力力容容器器 B B 的的绝绝对对压压力力4pA101.325+60 161.325 kPapB101.32512 89.325 kPa【1-21-2】某某设设备备进进、出出口口的的表表压压分分别别为为-12kPa-12kPa和和 157kPa157kPa，当当地地大大气气压压力力为为 101.3kPa101.3kPa。试试求求此此设设备备的的进进、出出口口的的绝绝对对压压力力及及进进、出出的的压压力力差差各各为为多多少少帕帕。解解 进进口口绝绝对对压压力力p进101.312 89.3 kPap出101.3157 258.3 kPa出出口口绝绝对对压压力力进进、出出口口的的压压力力差差p 157（12）15712 169kPa 或 p 258.389.3 169 kPa流体的密度流体的密度【1-31-3】正正庚庚烷烷和和正正辛辛烷烷混混合合液液中中，正正庚庚烷烷的的摩摩尔尔分分数数为为 0.40.4，试试求求该该混混合合液液在在 2020 下下的的密密度度。解解正正庚庚烷烷的的摩摩尔尔质质量量为为100kg将将摩摩尔尔分分数数换换算算为为质质量量分分数数/kmol，正正辛辛烷烷的的摩摩尔尔质质量量为为114kg/kmol。正正庚庚烷烷的的质质量量分分数数10.4100 0.3690.41000.6114正正辛辛烷烷的的质质量量分分数数210.369 0.6311 684kg/m3，正正辛辛烷烷的的密密度度为为2 703kg/m310.3690.631684703 696kg/m3从从附附录录四四查查得得 2020 下下正正庚庚烷烷的的密密度度混混合合液液的的密密度度m【1-41-4】温温度度 2020，苯苯与与甲甲苯苯按按 4:64:6 的体的体 积积比比进进行行混混合合，求求其其混混合合液液的的密密度度。解解2020 时时，苯苯的的密密度度为为879kg/m3，甲甲苯苯的的密密度度为为867kg/m3。混混合合液液密密度度m 8790.48670 6 871.8 kg/m36000m3混混合合气气体体，已已知知混混合合气气体体各各组组分分的的体体积积分分数数为为【1-51-5】有有一一气气柜柜，满满装装时时可可装装H2N2COCO2CH40.4 0.2 0.32 0.07 0.01操操作作压压力力的的表表压压为为 5.5kPa5.5kPa，温温度度为为 4040。试试求求：(1)(1)混混合合气气体体在在操操作作条条件件下下的的密密度度；(2)(2)混混合合气气体体的的量量为为多多少少kmol。解解T 27340 313K，p 101.35.5 106.8 kPa（绝对压力）混混合合气气体体的的摩摩尔尔质质量量Mm 20.4280.2280.32440.07160.0118.6 kg/kmol(1)(1)混混合合气气体体在在操操作作条条件件下下的的密密度度为为m(2)(2)混混合合气气体体VpMm106.818.6 0.763 kg/m3RT8.31431318.63m/kmol0.763 6000m3，摩摩尔尔体体积积为为Mmm混混合合气气体体的的量量为为n V60000.763 246 kmolMm18.6m流体静力学流体静力学【1-61-6】如如习习题题 1-61-6 附附图图所所示示，有有一一端封端封 闭闭的的管管子子，装装入入若若干干水水后后，倒倒插插入入常常温温水水槽槽中中，管管中中水水柱柱较较水水槽槽液液面面高高出出 2m2m，当当地地大大气气压压力力为为101.2kPa101.2kPa。试。试 求求：(1)(1)管管子子上上端端空空间间的的绝绝对对压压力力；(2)(2)管管子子上上端端空空间间的的表表压压；(3)(3)管管子子上上端端空空间间的的真真空空度度；(4)(4)若若将将水水换换成成四四氯氯化化碳碳，管，管 中中四氯四氯化化碳碳液液柱柱较较槽槽的的液液面面高高出出多多少少米米？解解管管中中水水柱柱高高出出槽槽液液面面 2m2m，h=2mh=2m 水柱水柱。(1)(1)管管子子上上端端空空间间的的绝绝对对压压力力p绝在在水水平平面面11处处的的压压力力平平衡衡，有有p绝gh 大气压力p绝10120010009.812 81580 Pa（绝对压力）(2)(2)管管子子上上端端空空间间的的表表压压p表习题 1-6 附图p表 p绝-大气压力=81580101200 19620 Pa(3)(3)管管子子上上端端空空间间的的真真空空度度p真p真=-p表=-1962019620 Pa(4)(4)槽槽内内为为四四氯氯化化碳碳，管管中中液液柱柱高高度度hh 水hccl4常常温温下下四四氯氯化化碳碳的的密密度度，从从附附录录四四查查得得为为ccl1594 kg/m34h 100021.25 m1594【1-71-7】在在 2020 条条件件下下，在在试试管管内内先先装入装入 12cm12cm 高高的的水水银银，再再在在其其上上面面装装入入 5cm5cm 高高的的水水。水水银银的的密密度度为为13550kg/m3，当当地地大大气气压压力力为为101kPa。试试求求试试管管底底部部的的绝绝对对压压力力为为多多少少 PaPa。解解水水的的密密度度水=998kg/m3p 1011030.12135500.059989.81117.4103Pa【1-81-8】如如习习题题 1-81-8 附附图图所所示示，容容器器内贮内贮 有有密密度度为为1250kg/m3的的液液体体，液液面面高高度度为为 3.2m3.2m。容容器器侧侧壁壁上上有有两两根根测测压压管管线线，距距容容器器底底的的高高度度分分别别为为 2m2m 及及 1m1m，容，容 器器上上部部空空间间的的压压力（力（表表压压）为）为 29.4kPa29.4kPa。试。试 求求：(1)(1)压压差差计计读读数（数（指指示示液液密密度度为为1400kg；(2)A(2)A、B B 两两个个弹弹簧簧/m3）压压力力表表的的读读数数。解解容容器器上上部部空空间间的的压压力力p 29.4kPa（表压）液液体体密密度度1250kg/m3，指指示示液液密密度度01400kg/m3(1)(1)压压差差计计读读数数 R=?R=?在在等等压压面面11上p1 p1习题 1-8 附图p1 p3.21h Rgp1 p3.221hg R0gp2.2h Rg p2.2hg R0gRg0 0因g0 0，故R 0(2)(2)pA p 3.21g 29.41032.212509.8156.4103PapB p3.22g 29.41031.212509.81 44.1103Pa【1-91-9】如】如习习题题 1-91-9 附附图图所所示示的的测测压压差装差装 置置，其，其 U U 形形压压差差计计的的指指示示液液为为水水银银，其，其他他管管中中皆皆为为水水。若。若指指示示液液读读数数为为B B 两两点点的的压压力力差差。解解等等压压面面11，p1R 150mm，试，试求求 A A、p1p1 pA H水gp1 pB0.5 H R水g R汞g由由以以上上三三式式，得得pA pB R汞g 0.5 R水g已已知知习题 1-9 附图R 0.15m，汞13600kg/m3，pA pB 0.15136009.810.50.1510009.8113.64103Pa 13.64 kPa【1-101-10】常】常 温温的的水水在在如如习习题题 1-101-10 附附图图所所示示的的管管路路中中流流动动，为，为 测测量量 A A、B B 两两截截面面间间的的压压力力差差，安，安 装装了了两两个个串串联联的的 U U 形形管管压压差差计计，指，指 示示液液为为汞汞。测测压压用用的的连连接接管管中中充充满满水水。两两 U U 形形管管的的连连接接管管中中，充充满满空空气气。若若测测压压前前两两 U U 形形压压差差计计的的水水银银液液面面为为同同一一高高度度，试试推推导导 A A、B B 两两点点的的压压力力差差p与与液液柱柱压压力力汁汁的的读读数数R1、R2之之间间的的关关系系式式。解解设设测测压压前前两两 U U 形形压压差差计计的的水水银银液液面面，距距输输水水管管中中心心线线的的距距离离为为 H H。在在等等压压面面22处处R R R2p2 pAH 1水g R1汞g 1气g22R p2 pBH 2水g R2汞g2因因p2 p2，由由上上两两式式求求得得气pA pB(R1 R2)汞水g2气水习题 1-10 附图因因故故pA pBR1 R2汞-水g2【1-111-11】力力了了排排除除煤煤气气管管中中的的少少量量积水积水，用用如如习习题题 1-111-11 附附图图所所示示水水封封设设备备，使使水水由由煤煤气气管管路路上上的的垂垂直直管管排排出出。已已知知煤煤气气压压力力为为10kPa（表表压压），试试计计算算水水封封管管插插入入液液面面下下的的深深度度 h h 最最小小应应为为若若干干米米。p10103解解h 1.02mg10009.81流量与流速流量与流速习题 1-11 附图【1-121-12】有】有密密度度为为1800kg/m3的的液液体体，在，在内内径径为为 60mm60mm 的的管管中中输输送送到到某某处处。若。若其其流流速速为为h)、质质量量流流量量kg/s与与质质量量流流速速kg/m2s。0 8m/s，试试求求该该液液体体的的体体积积流流量量(m3解解(1)(1)体体积积流流量量qV4d2u 40 0620 8 2.26103m3/s 8.14 m3h(2)(2)质质量量流流量量qm qV 2.261031800 4.07 kg/s(3)(3)质质量量流流速速=qm4.07=1440 kg/(m2s)A0.0624【1-131-13】如如习题习题 1-131-13 附附图图所所示示的的套套管式管式 换换热热器器，其其内内管管为为33.5mm3.25mm，外外管管为为60mm3.5mm。内内管管中中有有密密度度为为1150kg/m3、流、流 量量为为5000kg/h的的冷冷冻冻盐盐水水流流动动。内。内、外、外 管管之之间间的的环环隙隙有有绝绝对对压压力力为为0 5 MPa，进，进、出、出 口口平平均均温温度度为为0，流，流 量量为为160kg/h的的气气体体流流动动。在在标标准准状状态态下下(0，101.325kPa)，气气体体的的密密度度为为1.2kg/m3。试试求求气气体体和和盐盐水水的的流流速速。解解液液体体1150 kg/m3内内管管内内径径d内 33.53.252 27mm 0.027 m液液体体质质量量流流量量qm5000kg/h，体体积积流流量量qVqV2内50003mh1150流流速速u液5000/115036004d4 2.11 m/s20.027气气体体质质量量流流量量qm160 kg/h0.5106密密度度气1.25.92kg/m3101325体体积积流流量量qV1603mh5.92160/5.923600流流速速u气0.053420.03352 5.67 m/s习习题题 1-131-13 附附图图习习题题 1-141-14 附附图图【1-141-14】如如习习题题 1-141-14 附附图图所所示示，从从一主一主 管管向向两两支支管管输输送送 2020 的的水水。要要求求主主管管中中水水的的流流速速约约为为1.0m s，支支管管 1 1 与与支支管管 2 2 中中水水的的流流量量分分别别为为20t/h与10t/h。试试计计算算主主管管的的内内径径，并并从从无无缝缝钢钢管管规规格格表表中中选选择择合合适适的的管管径径，最最后后计计算算出出主主管管内内的的流流速速。水:t 20，998.2kg/m31000 kg/m3qm qm1qm2 2010 30t/h 30103kg/h解解主主管管的的流流量量30103体体积积流流量量qV 30m3/h，流流速速u 1.0m s1000qm管管径径d qV36004u30 0.103m 103 mm36000.7851.0选选择择108mm4mm无无缝缝钢钢管管，内内径径为为d 100mm，u qm/3600主主管管内内水水的的流流速速430/3600d241.06 m/s(0.1)2连续性方程与伯努利方程连续性方程与伯努利方程【1-151-15】常常温温的的水水在在如如习习题题 1-151-15 附附图所图所 示示的的管管路路中中流流动动。在在截截面面 1 1 处处的的流流速速为为0.5m/s，管管内内径径为为 200mm200mm，截截面面 2 2 处处的的管管内内径径为为 100mm100mm。由由于于水水的的压压力力，截截面面 1 1 处处产产生生 1m1m 高高的的水水柱柱。试试计计算算在在截截面面 1 1 与与 2 2 之之间间所所产产生生的的水水柱柱高高度度差差 h h 为为多多少少（忽忽略略从从 1 1 到到 2 2 处处的的压压头头损损失失）?解解u1 0.5m/sd1 0.2m,d2 0.1m d u2 u11 0.5(2)2 2m/sd22p1p1 p222u1p2u22222u2u1220.521.87522p p1 p21.8751.8751000 1875Pah p1875 0.191m 191mmg10009.81习题 1-15 附图另另一一计计算算法法2p1u12p2u2g2gg2g习题 1-16 附图2p1 p2u2u12220.52h 0.191mg2g29.81计计算算液液柱柱高高度度时时，用用后后一一方方法法简简便便。【1-161-16】在】在 习习题题 1-161-16 附附图图所所示示的的水水平管平管 路路中中，水，水 的的流流量量为为若若忽忽略略压压头头损损失失，试试计计算算收收缩缩截截面面 2 2 处处的的静静压压头头。2.5L/s。已。已 知知管管内内径径d1 5cm,d2 2.5cm，液，液 柱柱高高度度h11m。解解水水的的体体积积流流量量qV 2.5L/s 2.5103m3/s，截截面面 1 1 处处的的流流速速u1qV4212.5103d421.274m/s0.052 d1 0.05 截截面面 2 2 处处的的流流速速u2 u11.274 5.1m/sd0.0252在在截截面面 1 1 与与 2 2 之之间间列列伯伯努努利利方方程程，忽忽略略能能量量损损失失。2p1u12p2u2g2gg2g2p1d0.05 h11110.025g2210.025截截面面 2 2 处处的的静静压压头头1.274229.81 h25.1229.81h2 0.218m水水柱柱负负值值表表示示该该处处表表压压为为负负值值，处处于于真真空空状状态态。【1-171-17】如如 习习 题题1-171-17附附 图图 所所 示示 的的 常常 温温 下下 操操 作作 的的 水水 槽槽，下下 面面 的的 出出 水水 管管 直直 径径 为为57mm3.5mm。当。当 出出水水阀阀全全关关闭闭时时，压，压 力力表表读读数数为为 30.4kPa30.4kPa。而。而 阀阀门门开开启启后后，压，压力力表表读读数数降降至至 20.3kPa20.3kPa。设。设压压力力表表之之前前管管路路中中的的压压头头损损失失为为 0.5m0.5m 水水柱柱，试，试求求水水的的流流量量为为多多少少m3/h?解解出出水水阀阀全全关关闭闭时时，压，压 力力表表读读数数 30.30.4kPa4kPa（表表压压）能）能 反反映映出出水水槽槽的的水水面面距距出出水水管管的的高高度度 h h习题 1-17 附图30.4103h 3.1mg1039.81阀阀门门开开启启后后，压压力力表表读读数数p表p2 20.3kPa（表表压压）从从水水槽槽表表面面至至压压力力表表处处的的管管截截面面列列出出伯伯努努利利方方程程，以以求求出出水水管管的的流流速速u22p2u2Z1+Hfg2gZ1 h 3.1m,Hf 0.5m水柱2u220.31033.130.510 9.8129.81u2 3.23m/sd 0.05m水水的的流流量量qV4d2u240.0523.23 6.34103m3/s 22.8 m3/h3、98%98%硫硫酸酸(密密度度为为1830kg/m)的的某某段段水水平平等等直直径径管管路路的的压压力力降降均均为为880kg/m3）【1-181-18】若若用用压压力力表表测测得得输输送送水水、油油（密密度度为为49kPa49kPa。试试问问三三者者的的压压头头损损失失的的数数值值是是否否相相等等？各各为为多多少少米米液液柱柱？解解从从伯伯努努利利方方程程得得知知，等等直直径径水水平平管管的的压压头头损损失失Hf与与压压力力降降p的的关关系系为为Hfpg。p49103Hf 水=4.99m 水柱水g10009.81p49103Hf油=5.68m 油柱油g8809.8149103Hf 硫酸=2.73m 硫酸柱硫酸g18309.81p【1-191-19】如如 习习 题题1-191-19附附 图图 所所 示示，有有 一一 高高 位位 槽槽 输输 水水 系系 统统，管管 径径 为为57mm3.5mm。已已 知知 水水 在在 管管 路路 中中 流流 动动 的的 机机 械械 能能 损损 失失 为为u2hf 452解解管管径径(u u为为管管内内流流速速)。试试求求水水的的流流量量为为多多少少m3/h。欲欲使使水水的的流流量量增增加加 20%20%，应应将将高高位位槽槽水水面面升升高高多多少少米米？d 0.05m，u2机机械械能能损损失失hf 452习题 1-19 附图(1)(1)以以流流出出口口截截面面处处水水平平线线为为基基准准面，面，Z15m,Z2 0,u1 0,u2？22u2u2Z1g 4522u1g59.22Z4681231.46 m/s2水水的的流流量量q2V4d u240.051.46 2.87103m3/s 10.3 m3h(2)(2)qV10.2qV1.2qV u21.2u21.21.46 1.75 m/s2Z 23(1.75)2Z1g 23(u2)19.81 7.81 m高高位位槽槽应应升升高高7.185 2.18 m【1-201-20】如如 习习 题题1-201-20附附 图图 所所 示示，用用 离离 心心 泵泵 输输 送送 水水 槽槽 中中 的的 常常 温温 水水。泵泵 的的 吸吸 入入 管管 为为32mm2.5mm，管管的的下下端端位位于于水水面面以以下下 2m2m，并并装装有有底底阀阀与与拦拦污污网网，该该处处的的局局部部压压头头损损失失为为8u22g。若若 截截 面面22处处 的的 真真 空空 度度 为为39.2kPa39.2kPa，由由11截截 面面 至至22截截 面面 的的 压压 头头 损损 失失 为为1u222g。试试求求：(1)(1)吸吸入入管管中中水水的的流流量量，m3/h；(2)(2)吸吸入入口口11截截面面的的表表压压。解解管管内内径径d 0.0320.00252 0.027mm，水水密密度度1000kg/m3截截面面22处处的的表表压压p2 39.2kPa，水水槽槽表表面面p1 0（表表压压）(1)(1)从从00至22，00为为基基准准面面，Z1 0,Z2 3m,u0 0,u2?压压头头损损失失Hu2222f 82g+12u22g=812u22gZ p2p20u02u21g2g Z2g2gHf0 339.2103u21u22210009.8129.818229.81u21.43m/s水水的的流流量量q2V4d u23600 4(0 027)21.433600 2.95 m3h(2)(2)从从11至22,Z1 0,Z2 5p21g Zp21 u22g2 2gp139.210311.43210009.81 510009.81229.81p110.4103Pa 10.4kPa(表压)流体的黏度流体的黏度【1-211-21】当当温温度度为为 2020 及及 6060 时时，从附从附 录录查查得得水水与与空空气气的的黏黏度度各各为为多多少少？说说明明黏黏度度与与温温度度的的关关系系。习题 1-20 附图解解20206060水水1.00510空空气气18.11063Pas0.469103PasPas20.1106Pas水水温温度度升升高高，黏黏度度减减小小；空空气气温温度度升升高高，黏黏度度增增大大。雷诺数与流体流动类型雷诺数与流体流动类型【1-221-22】2525 的的水水在在内内径径为为 50mm50mm 的直的直 管管中中流流动动，流流速速为为 2m/s2m/s。试试求求雷雷诺数诺数，并并判判断断其其流流动动类类型型。解解2525，水水的的黏黏度度 0.8937103Pas，密密度度 997kg/m3，管管内内径径d 0.05m，流流速速u 2m/sRe du0.0529971.12105 4000 为湍流30.893710【1-231-23】(1)(1)温温度度为为 2020、流、流量量为为为为运运动动黏黏度度为为4L/s的的水水，在，在57mm3.5mm的的直直管管中中流流动动，试，试判判断断流流动动类类型型；(2)(2)在在相相同同的的条条件件下下，水，水改改4.4cm2/s的的油油，试试判判断断流流动动类类型型。d 0.05m,qV 4103m3/s，1.005103Pas,998.2kg/m3解解(1)(1)流流速速u qV424103d4 2.038 m/s2(0.05)雷雷诺诺数数Re du0.052.038998.21.01105 4000为湍流31.00510(2)(2)v 4.4cm2/s 4.4104m2/s雷雷诺诺数数Re du0.052.038 232 2000为层流v4.4104【1-241-24】2020 的的水水在在219mm6mm的的直直管管内内流流动动。试试求求：(1)(1)管管中中水水的的流流量量由由小小变变大大，当当达达到到多多少少m3/s时时，能能保保证证开开始始转转为为0.14cm2/s的的某某种种液液体体，为为保保持持层层流流流流动动，管管中中最最大大平平均均流流速速应应为为多多少少？稳稳定定湍湍流流；(2)(2)若若管管内内改改为为运运动动黏黏度度为为解解(1)(1)水水，20，20，998.2kg/m3，1.005103Pas,d 0.207m0.207u998.21.005103u 0.01945m/sRe du 4000 qV体体量量流流量量4d2u 40.2070.01945 6.54104m3/s2(2)(2)0.14cm2/s 0.14104m2/sRe du2000 0.207u0.14104u 0.135m/s管内流体流动的摩擦阻力损失管内流体流动的摩擦阻力损失【1-251-25】如】如习习题题 1-251-25 附附图图所所示示，用，用 U U 形形管管液液柱柱压压差差计计测测量量等等直直径径管管路路从从截截面面 A A 到到截截面面 B B 的的摩摩擦擦损损失失hf。若若流流体体密密度度为为，指指示示液液密密度度为为0，压压差差计计读读数数为为R R。试试推推导导出出用用读读数数 R R 计计算算摩摩习题 1-25 附图擦擦损损失失hf的的计计算算式式。解解从从截截面面 A A 到到截截面面 B B 列列伯伯努努利利方方程程，截截面面 A A 为为基基准准面面，则则得得pA Hg pBhfp pA pB Hpg hf1液液柱柱压压差差计计 1-11-1 为为等等压压面面pA Rg pB Hg R0g2p pA pB R0g Hg由由式式(1)与式2得得hfR0g此此式式即即为为用用 U U 形形管管压压差差计计测测量量流流体体在在两两截截面面之之间间流流动动的的摩摩擦擦损损失失的的计计算算式式。【1-261-26】如如习习题题 1-261-26 附附图图所所示示，有有57mm3.5mm的的水水平平管管与与垂垂直直管管，其其中中有有温温度度为为 2020 的的水水流流动动，流流速速为为3m/s。在在截截面面 A A与与截截面面 B B 处处各各安安装装一一个个弹弹簧簧压压力力表表，两两截截面面的的距距离离为为 6m6m，管管壁壁的的相相对对粗粗糙糙度度/d 0.004。试。试问问这这两两个个直直管管上上的的两两个个弹弹簧簧压压力力表表读读数数的的差差值值是是否否相相同同？如如果果不不同同，试试说说明明其其原原因因。如如果果用用液液柱柱压压差差计计测测量量压压力力差差，则则两两个个直直管管的的液液柱柱压压力力计计的的读读数数 R R 是是否否相相同同？指指示示液液为为汞汞，其其密密度度为为13600kg/m3。解解已已知知管管内内径径d 0.05m，水水的的温温度度 t=20t=20，黏黏 度度密密 度度 998.2kg/m31.004103Pas，流流 速速u 3m/s雷雷诺诺数数习题 1-26 附图Re du0.053998.21.49105湍湍流流31.00410管管壁壁相相对对粗粗糙糙度度d 0.004查查得得摩摩擦擦系系数数 0.0293这这两两个个直直管管的的摩摩擦擦阻阻力力损损失失相相同同，为为l u2632hf 0 029315.8 J/kgd 20.052(1)(1)弹弹簧簧压压力力表表读读数数之之差差值值水水平平管管在在 A A、B B 两两截截面面列列伯伯努努利利方方程程2u2pBuBAgZA gZBhf22pA因因ZA ZB，uA uB，故故得得pA pBhf 998.215.8 15770Pa 15.77kPa垂垂直直管管在在 A A、B B 两两截截面面间间列列伯伯努努利利方方程程，以以截截面面 A A 为为基基准准面面，ZA 0,ZB L 6m,uA uBpA=gZBpBhfpA pBgZBhf 998.29.816998.215.8 74530Pa 74.53 kPa上上述述计计算算结结果果表表明明，垂，垂 直直管管的的pA pB大大于于水水平平管管的的pA pB。这。这 是是因因为为流流体体在在垂垂直直管管中中从从下下向向上上流流动动时时，位，位 能能增增大大而而静静压压能能减减小小。(2)U(2)U 形形管管液液柱柱压压差差计计的的读读数数 R R水水平平管管与与前前面面相相同同，由由伯伯努努利利方方程程得得pA pBhfa另另从从 U U 形形管管压压差差计计等等压压面面处处力力的的平平衡衡，求求得得pA Rg pB R汞gR pA pBg(汞)(b)由由式式a与与式式(b)，求求得得R hf998.215.8 0.1276m 汞柱 127.6mm 汞柱g(汞)9.81(13600998.2)垂垂直直管管与与前前面面相相同同，由由伯伯努努利利方方程程得得pA pBgLhf差差计计等等压压面面处处力力的的平平衡衡，求求得得(c)另另从从 U U 形形管管压压pA Rg pB Lg R汞gR 由由式式pA pB Lgg(汞)dc与式d，求求得得R hfg(汞)从从上上述述推推导导可可知知，垂，垂直直管管与与水水平平管管的的液液柱柱压压差差计计的的读读数数 R R 相相同同。有。有了了读读数数 R R 值值，就，就可可以以分分别别用用式式b及式d求求得得水水平平管管及及垂垂直直管管的的(pA pB)。【1-271-27】有】有 一一输输送送水水的的等等直直径（径（内内径为径为d d）垂）垂 直直管管路路，在，在 相相距距H H高高度度的的两两截截面面间间安安装装一一 U U 形形管管液液柱柱压压差差计计。当。当 管管内内水水的的流流速速为为得得压压差差计计中中水水银银指指示示液液读读数数为为R R。当当流流速速由由完完全全湍湍流流区区。u时时，测，测u增增大大到到u时时，试试求求压压差差计计中中水水银银指指示示液液读读数数R是是R R的的多多少少倍倍。设设管管内内水水的的流流动动处处于于粗粗糙糙管管解解从从习习题题 2-252-25 与与习习题题 2-282-28 可可知知，U U 形形管管液液柱柱压压差差计计的的读读数数 R R 与与两两截截面面间间流流体体流流动动的的摩摩擦擦损损失失hf成成正正比比，即即R hf。又又知知道道，在在粗粗糙糙管管完完全全湍湍流流区区为为阻阻力力平平方方区区，即即摩摩擦擦损损失失hf与与流流体体流流速速u的的平平方方成成正正比比，hf u2。由由上上述述分分析析可可知知R u2因因此此Ru2Ru2u2R R2u【1-281-28】水水的的温温度度为为 1010，流流量量为为管管路路的的摩摩擦擦损损失失；(2)(2)若若流流量量增增加加到到330L h，在在直直径径57mm3.5mm、长长为为 100m100m 的的直直管管中中流流动动。此此管管为为光光滑滑管管。(1)(1)试试计计算算此此990L h，试试计计算算其其摩摩擦擦损损失失。解解水水在在 1010 时时的的密密度度 999.7kg m3，黏黏度度1.306103Pas,d 0.05m,l 100m，光光滑滑管管。(1)(1)体体积积流流量量qV 330L/h 0.33m3h流流速速u qV36004d20.3336004 0.0467 m/s20.05雷雷诺诺数数Re du0 050 0467999.71787层流1.306103摩摩擦擦系系数数6464 0 0358Re1787l u2100(0.0467)2摩摩擦擦损损失失hf 0 0358=0 0781 J/kgd 20.052(2)(2)体体积积流流量量qV 990L/h 0.99 m3h因因流流量量是是原原来来的的 3 3 倍倍，故故流流速速雷雷诺诺数数u 0.04673 0.14 m/sRe 17873 5360湍湍流流对对于于光光滑滑管管，摩摩擦擦系系数数用用 BlasiusBlasius方程方程 式式计计算算也也可可以以从从摩摩擦擦系系数数0.31640.3164 0.037Re0.25(5360)0.25与与雷雷诺诺数数 ReRe 的的关关联联图图上上光光滑滑管管曲曲线线上上查查得得，0.037。l u2100(0.14)2摩摩擦擦损损失失hf=0 037=0 725 J/kgd 20.052【1-291-29】试试求求下下列列换换热热器器的的管管间间隙隙空间空间 的的当当量量直直径径：(1)(1)如如习习题题 1-291-29 附附图图(a)(a)所所示示，套套管管式式换换热热器器外外管管为为219mm9mm，内内管管为为114mm4mm；(2)(2)如如习习题题 1-291-29 附附图图(b)(b)所所示示，列列管式管式 换换热热器器外外壳壳内内径径为为 500mm500mm，列列管管为为25mm2mm的的管管子子 174174 根根。习习题题 1-291-29 附附图图解解(1)(1)套套管管式式换换热热器器，内内管管外外径径当当量量直直径径d1 0.114m，外外管管内内径径d2 0.201mde d2d1 0.2010.114 0.087m(2)(2)列列管管式式换换热热器器，外外壳壳内内径径d2 0.5m，换换热热管管外外径径d1 0.025m，根根数数n 174根根de 44当当量量直直径径(0.5)2174(0.025)2 0.0291m(d2nd1)0.51740.0252(d2nd12)【1-301-30】常常压压下下 3535 的的空空气气，以以 12m/s12m/s 的的流流速速流流经经 120m120m 长长的的水水平平管管。管管路截路截 面面为为长长方方形形，高高 300mm300mm，宽宽 200mm200mm，试，试 求求空空气气流流动动的的摩摩擦擦损损失失，设设de 0 0005。t 35,1.147kg/m3,18.85106Pas，流流 速速解解空空 气气，u 12m/s。管管 路路 截截 面面 的的 高高a 0.3m，宽 b 0.2m。当当量量直直径径de2ab20.30.2 0.24mab0.30.2雷雷诺诺数数Re deu0.24121.1471.75105618.8510湍流de 0.0005,查得=0 0192,l 120ml u2120122摩摩擦擦损损失失hf 0.0192 691J/kgde20.242【1-311-31】把把内内径径为为 20mm20mm、长长度度为为 2m2m 的塑的塑 料料管管（光光滑滑管管），弯弯成成倒倒 U U 形形，作作为为虹虹吸吸管管使使用用。如如习习题题