2023年《化工原理》第四版习题超详细解析答案.pdf

优秀学习资料 欢迎下载 化工原理第四版习题答案 绪 论【0-1】1m3水中溶解 0.05kmol CO2，试求溶液中 CO2的摩尔分数，水的密度为 100kg/m3。解 水33kg/mkmol/m1000100018 CO2的摩尔分数.40 058 99 1010000 0518x【0-2】在压力为 101325Pa、温度为 25条件下，甲醇在空气中达到饱和状态。试求：(1)甲醇的饱和蒸气压Ap；(2)空气中甲醇的组成，以摩尔分数Ay、质量分数A、浓度Ac、质量浓度A表示。解 (1)甲醇的饱和蒸气压Ap.lg.1574 997 1973625238 86Ap.16 9ApkPa(2)空气中甲醇的组成 摩尔分数.16 90 167101 325Ay 质量分数.(.)0 167 320 1810 167 321 0 16729 A 浓度 3.kmol/m.AApcRT316 96 82 10 8 314298 质量浓度./AAAc Mkg m336 82 10320 218=【0-3】1000kg 的电解液中含NaOH质量分数 10%、NaCl的质量分数 10%、2H O的质量分数 80%，用真空蒸发器浓缩，食盐结晶分离后的浓缩液中含NaOH 50%、NaCl 2%、2H O48%，均为质量分数。试求：(1)水分蒸发量；(2)分离的食盐量；(3)食盐分离后的浓缩液量。在全过程中，溶液中的NaOH量保持一定。优秀学习资料 欢迎下载 解 电解液 1000kg 浓缩液中 NaOH 1000 0.l=100kg NaOH =0.5（质量分数）NaOH 1000 0.l=100kg NaCl =0.02（质量分数）2HO 1000 0.8=800kg 2HO =0.48（质量分数）在全过程中，溶液中NaOH量保持一定，为 100kg 浓缩液量为/.100 0 5200kg 200kg 浓缩液中，水的含量为 200 0.48=96kg，故水的蒸发量为800-96=704kg 浓 缩 液 中 NaCl的 含 量 为 200 0.02=4kg，故 分 离 的 NaCl量 为100-4=96kg 第一章 流体流动 流体的压力【1-1】容器 A 中的气体表压为 60kPa，容器 B 中的气体真空度为.41 2 10Pa。试分别求出 A、B 二容器中气体的绝对压力为若干帕，该处环境的大气压力等于标准大气压力。解 标准大气压力为 101.325kPa 容器 A 的绝对压力 .pkPaA101 325+60161 325 容器 B 的绝对压力 .BpkPa101 3251289 325 【1-2】某设备进、出口的表压分别为-12kPa 和 157kPa，当地大气压力为 101.3kPa。试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载 解 进口绝对压力 .进101 3 1289 3 pkPa 出口绝对压力 .出101 3157258 3 pkPa 进、出口的压力差.pkPapkPa 157（12）15712169 或 258 389 3169 流体的密度【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩尔分数为 0.4，试求该混合液在 20下的密度。解 正 庚 烷 的 摩 尔 质 量 为/k gk m o l100，正 辛 烷 的 摩 尔 质 量 为/k gk m o l114。将摩尔分数换算为质量分数 正庚烷的质量分数 .10 4 1000 3690 4 1000 6 114 正辛烷的质量分数 .21 0 3690 631 从附录四查得 20下正庚烷的密度/kgm31684，正辛烷的密度为/kgm32703 混合液的密度 /.316960 3690 631684703mkg m【1-4】温度 20，苯与甲苯按 4:6 的体积比进行混合，求其混合液的密度。解 20时，苯的密度为/3879kg m，甲苯的密度为/3867kg m。混合液密度 ./38 7 90 48 6 70 68 7 1 8 mk gm【1-5】有一气柜，满装时可装36000m混合气体，已知混合气体各组分的体积分数为 度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载 2224 HNCOCOCH.0 4 0.2 0.32 0.07 0.01 操作压力的表压为 5.5kPa，温度为 40。试求：(1)混合气体在操作条件下的密度；(2)混合气体的量为多少kmol。解 .TKpk P a2 7 34 03 1 3，1 0 1 35 51 0 6 8 （绝对压力）混合气体的摩尔质量./2 0 428 0 228 0 32440 0716 0 0118 6 mMkg kmol(1)混合气体在操作条件下的密度为./.mmpMkg mRT3106 8 18 60 763 8 314 313(2)混合气体36000Vm，摩尔体积为./.mmMmkmol318 60 763 混合气体的量为 .mmVnkmolM60000 763246 18 6 流体静力学【1-6】如习题 1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中，管中水柱较水槽液面高出 2m，当地大气压力为 101.2kPa。试求：(1)管子上端空间的绝对压力；(2)管子上端空间的表压；(3)管子上端空间的真空度；(4)若将水换成四氯化碳，管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米？解 管中水柱高出槽液面 2m，h=2m 水柱。(1)管子上端空间的绝对压力绝p 在水平面1 1处的压力平衡，有.绝绝大气压力10120010009 81 281580（绝对压力）pghpPa 习题 1-6附图 度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载(2)管子上端空间的表压 表p 表绝-大气压力=8158010120019620 ppPa(3)管子上端空间的真空度真p 真表=-=-1962019620 ppPa(4)槽内为四氯化碳，管中液柱高度h cclhh4水 常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为/cclkg m431594 .hm100021 25 1594【1-7】在 20条件下，在试管内先装入 12cm 高的水银，再在其上面装入 5cm 高的水。水银的密度为/313550kg m，当地大气压力为101kPa。试求试管底部的绝对压力为多少 Pa。解 水的密度/3水=998kg m.33101 100 12 135500 05 9989 81117 4 10pPa【1-8】如习题 1-8附图所示，容器内贮有密度为/31250kg m的液体，液面高度为 3.2m。容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为 2m 及 1m，容器上部空间的压力（表压）为 29.4kPa。试求：(1)压差计读数（指示液密度为/31400kg m）；(2)A、B 两个弹簧压力表的读数。解 容 器 上 部 空 间 的 压 力.29 4（表压）pkPa 液体密度/31250kg m，指示液密度/301400kg m 度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载(1)压差计读数 R=?在等压面111 1 上pp.pphRgpphgRgphRgphgRgRg 11000 3 2 1 3 22 12 22 2 0 0因g0，故0R(2).AppgPa 333 2 129 4 102 2 12509 8156 4 10.333 2229 4 101 2 12509 8144 1 10 BppgPa【1-9】如习题 1-9附图所示的测压差装置，其 U 形压差计的指示液为水银，其他管中皆为水。若指示液读数为150Rmm，试求 A、B 两点的压力差。解 等压面111 1，pp 1水AppHg.1汞水0 5gBppHRgR 由以上三式，得.汞水0 5ABppRgRg 已知./3汞0 15，13600Rmkg m，.0 15 136009 810 50 1510009 81ABpp .313 64 1013 64 PakPa【1-10】常温的水在如习题 1-10附图所示的管路中流动，为测量 A、B 两截面间的压力差，安装了两个串联的 U 形管压差计，指示液习题 1-8附图 习题 1-9附图 习题 1-10附图 度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载 为汞。测压用的连接管中充满水。两 U 形管的连接管中，充满空气。若测压前两 U 形压差计的水银液面为同一高度，试推导 A、B 两点的压力差 p与液柱压力汁的读数12、RR之间的关系式。解 设测压前两 U 形压差计的水银液面，距输水管中心线的距离为 H。在等压面2 2处 11221汞水气22ARRRppHgRgg 222汞水2BRppHgRg 因22pp，由上两式求得()水气12汞g2ABppRR 因气水 故 水12汞-2ABppRRg【1-11】力了排除煤气管中的少量积水，用如习题 1-11附图所示水封设备，使水由煤气管路上的垂直管排出。已知煤气压力为10kPa（表压），试计算水封管插入液面下的深度 h 最小应为若干米。解 .31 01 01 0 21 0 0 09 8 1phmg 流量与流速【1-12】有密度为/31800kg m的液体，在内径为 60mm 的管中输送到某处。若其流速为/0 8m s，试求该液体的体积流量()3mh、质量流量/kg s与质量流速/2kgms。习题 1-11附图 度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载 解(1)体积流量 ./.223330 0 60 82 2 61 08 1 4 44 Vqd umsmh(2)质量流量 ./mVqqkg s32 26 1018004 07 (3)质量流速 ./().224 07=1440 0 064mqkgmsA【1-13】如习题 1-13 附图所示的套管式换热器，其内管为.mm.mm33 53 25，外管为mm.mm603 5。内管中有密度为/31150kg m、流量为/5000kg h的冷冻盐水流动。内、外管之间的环隙有绝对压力为0 5 MPa，进、出口平均温度为0，流量为/160kg h的气体流动。在标准状态下(0，101.325)kPa，气体的密度为./31 2kg m。试求气体和盐水的流速。解 液体 /31 1 5 0 k gm 内管内径 .dm mm内3 3 53 2 522 70 0 2 7 液体质量流量/5000mqkg h，体积流量 350001150Vqmh 流速 /./.液22内5000 11502 11 36000 02744Vqum sd 气体质量流量 /mqk gh 1 6 0 密度 ./63气0 5 101 25 92101325kg m 体积流量 .31605 92Vqmh 流速 /./.um s气22160 5 925 67 36000 0530 03354 习题 1-13附图 习题1-14附图 度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载【1-14】如习题 1-14附图所示，从一主管向两支管输送 20的水。要求主管中水的流速约为.1 0 m s，支管 1 与支管 2 中水的流量分别为/20与10t ht h。试计算主管的内径，并从无缝钢管规格表中选择合适的管径，最后计算出主管内的流速。解 ./33水:20，998 21000 tkg mkg m 主管的流量 /31220103030 10mmmqqqt hkg h 体积流量 /333 01 0301000mVqqmh，流速 .1 0 um s 管径 .Vqdmmmu300 103103 36000 785 1 036004 选择1084mmmm无缝钢管，内径为100dmm，主管内水的流速 /./(.)mqum sd22360030 36001 06 0 144 连续性方程与伯努利方程【1-15】常温的水在如习题 1-15附图所示的管路中流动。在截面1 处的流速为./0 5m s，管内径为 200mm，截面 2 处的管内径为 100mm。由于水的压力，截面 1 处产生 1m 高的水柱。试计算在截面 1 与 2 之间所产生的水柱高度差 h 为多少（忽略从 1 到 2 处的压头损失）?解 ./10 5um s.,.dmdm120 2 0 1.()/2212120 522 duum sd 22112222pupu.2222122120 51 87522ppuu.121 8751 875 10001875 pppPa 度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载.18750 19119110009 81phmmmg 另一计算法 22112222pupugggg.2222122120 50 19122 9 81ppuuhmgg 计算液柱高度时，用后一方法简便。【1-16】在习题 1-16附图所示的水平管路中，水的流量为./2 5L s。已知管内径15dcm,.22 5dcm，液柱高度11hm。若忽略压头损失，试计算收缩截面 2 处的静压头。解 水的体积流量 ././332 52 5 10 VqL sms，截面 1 处的流速 ./.312212 5 101 2740 0544Vqum sd 截面 2 处的流速 ./.2212120 051 2745 10 025 duum sd 在截面 1 与 2 之间列伯努利方程，忽略能量损失。22112222pupugggg.1110 05110 02522 pdhg .2221 2745 110 0252 9 812 9 81h 截面 2 处的静压头 .20 2 1 8 hm水柱 负值表示该处表压为负值，处于真空状习题 1-15附图 习题 1-16附图 习题 1-17附图 度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载 态。【1-17】如习题 1-17附图所示的常温下操作的水槽，下面的出水管直径为.573 5mmmm。当出水阀全关闭时，压力表读数为 30.4kPa。而阀门开启后，压力表读数降至 20.3kPa。设压力表之前管路中的压头损失为 0.5m 水柱，试求水的流量为多少/3mh?解 出水阀全关闭时，压力表读数 30.4kPa（表压）能反映出水槽的水面距出水管的高度 h.phmg3表330 4 103 1109 81 阀门开启后，压力表读数.220 3pkPa（表压）从水槽表面至压力表处的管截面列出伯努利方程，以求出水管的流速2u 2221+2fpuZHgg.,.13 10 5 水柱 fZhmHm.232320 3 103 10 52 9 81109 81u./.23 230 05um sdm 水的流量././2233320 053 236 34 10228 44Vqd umsmh 【1-18】若用压力表测得输送水、油（密度为/3880kg m）、98%硫酸(密度为/31830kg m)的某段水平等直径管路的压力降均为 49kPa。试问三者的压头损失的数值是否相等？各为多少米液柱？解 从伯努利方程得知，等直径水平管的压头损失fH与压力降 p的关系为fpHg。度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载.fpHmg3水水49 10=4 99 水柱10009 81.fpHmg3油油49 10=5 68 油柱880 9 81.fpHmg3硫酸硫酸49 10=2 73 硫酸柱18309 81【1-19】如习题 1-19 附图所示，有一高位槽输水系统，管径为.mmmm573 5。已知水在管路中流动的机械能损失为2452fuh(u 为管内流速)。试求水的流量为多少/3mh。欲使水的流量增加 20%，应将高位槽水面升高多少米？解 管径.0 0 5dm，机械能损失2452fuh(1)以流出口截面处水平线为基准面，,1212500？ZmZuu 222214522 uuZ g ./Z gum s1225 9 811 46 4623 水的流量 ./.Vqdumsmh 2233320 051 462 87 10103 44(2).10 21 2 VVVqqq ./221 21 2 1 461 75 uum s()21223Zgu (.).Zm21231 757 81 9 81 高位槽应升高 .m 7 1852 18 【1-20】如习题 1-20附图所示，用离心泵输送水槽中的常温水。泵的吸入管为.mmmm322 5，管的下端位于水面以下 2m，并装有底阀与拦污习题 1-19附图 习题 1-20附图 度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载 网，该处的局部压头损失为282ug。若截面2 2处的真空度为 39.2kPa，由1 1截面至2 2截面的压头损失为2122ug。试求：(1)吸入管中水的流量，/3mh；(2)吸入口1 1截面的表压。解 管内径.0 0 3 20 0 0 2 520 0 2 7 dm m，水密度/31000kg m 截面2 2处的表压.239 2 pkPa，水槽表面10p（表压）(1)从00 至22，00为基准面，,?1202030ZZm uu 压头损失 222222118+=822 22 2 fuuuHggg 2200221222fpupuZZHgggg.2232239 2 10103810009 812 9 812 2 9 81 uu./21 43um s 水的流量 ().22323 6 0 00 0 2 71 4 33 6 0 02 9 5 44 Vqd umh(2)从,121 1 至2205ZZ.()ppuZgggppPakPa 212223213112 239 2 1011 4351000 9 811000 9 8122 9 8110 4 1010 4表压 流体的黏度【1-21】当温度为 20及 60时，从附录查得水与空气的黏度各为多少？说明黏度与温度的关系。解 20 60 水 .31 0 0 51 0Pa s .30 4 6 91 0Pa s 空气 .61 8 11 0 Pa s .62 0 11 0Pa s 水温度升高，黏度减小；空气温度升高，黏度增大。度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载 雷诺数与流体流动类型【1-22】25的水在内径为 50mm 的直管中流动，流速为 2m/s。试求雷诺数，并判断其流动类型。解 25，水的黏度.30 893710Pa s，密度/3997kg m，管内径.0 05dm，流速/2um s.Re.530 05 2 9971 12 104000 为湍流0 8937 10du 【1-23】(1)温度为 20、流量为/4L s的水，在.mmmm573 5的直管中流动，试判断流动类型；(2)在相同的条件下，水改为运动黏度为./24 4cms的油，试判断流动类型。解 (1).,/.,./VdmqmsPa skg m 33330 05 4 10，1 005 10998 2 流速 ./(.)Vqum sd3224 102 038 0 0544 雷诺数 .R e.530 0 52 0 3 89 9 8 21 0 11 04 0 0 0为湍流1 0 0 51 0du(2)././vcmsms2424 44 4 10 雷诺数 .Re.40 05 2 0382322000为层流4 4 10duv【1-24】20的水在mmmm2196的直管内流动。试求：(1)管中水的流量由小变大，当达到多少/ms3时，能保证开始转为稳定湍流；(2)若管内改为运动黏度为./cms20 14的某种液体，为保持层流流动，管中最大平均流速应为多少？解 (1)水，20，./.,.33998 2，1 005 100 207kg mPa s dm.Re./.30 207998 2 4000 0 019451 005 10duuum s 体量流量 ./22430 2 0 70 0 1 9 4 56.5 41 044Vqd ums (2)././2420 140 14 10cmsms 度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载 Redu .40 2 0 720000 14 10u ./0 135um s 管内流体流动的摩擦阻力损失【1-25】如习题 1-25附图所示，用 U 形管液柱压差计测量等直径管路从截面 A 到截面 B 的摩擦损失fh。若流体密度为，指示液密度为0，压差计读数为 R。试推导出用读数 R 计算摩擦损失fh的计算式。解 从截面 A 到截面 B 列伯努利方程，截面 A 为基准面，则得 ABfABfppHghpppHpgh 1 液柱压差计 1-1为等压面 ABpR gpHgRg0 2 0 ABpppRgHg 由式()1 与式 2得 0fRgh 此式即为用U 形管压差计测量流体在两截面之间流动的摩擦损失的计算式。【1-26】如习题 1-26附图所示，有.573 5mmmm的水平管与垂直管，其中有温度为 20的水流动，流速为/3m s。在截面 A 与截面 B 处各安装一个弹簧压力表，两截面的距离为 6m，管壁的相对粗糙度/.d 0 004。试问这两个直管上的两个弹簧压力表读数的差值是否相同？如果不同，试说明其原因。如果用液柱压差计测量压力差，则习题 1-25附图 习题 1-26附图 度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载 两个直管的液柱压力计的读数 R 是否相同？指示液为汞，其密度为/313600kg m。解 已知管内径.0 0 5dm，水的温度 t=20 密度./3998 2kg m，黏度.31 004 10Pa s，流速/3um s 雷诺数.Re.530 05 3 998 21 49 101 004 10 du 湍流 管壁相对粗糙度.0 004d 查得摩擦系数.0 0293 这两个直管的摩擦阻力损失相同，为./.fl uhJkgd22630 029315 8 20 052(1)弹簧压力表读数之差值 水平管 在 A、B 两截面列伯努利方程 AABBABfpupugZgZh2222 因，ABABZZuu，故得.998 2 15 81577015 77ABfpphPakPa 垂直管 在 A、B 两截面间列伯努利方程，以截面 A 为基准面，,ABABZZLmuu 06 ABBfppgZh=.998 2 9 81 6998 2 15 87453074 53 ABBfppgZhPakPa 上述计算结果表明，垂直管的ABpp大于水平管的ABpp。这是因为流体在垂直管中从下向上流动时，位能增大而静压能减小。(2)U 形管液柱压差计的读数 R 度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载 水平管与前面相同，由伯努利方程得 ABfppha 另从 U 形管压差计等压面处力的平衡，求得 汞ABpR gpRg ()()ABppRbg汞 由式 a与式()b，求得.().(.)fhRmmmg汞998 2 15 80 1276 汞柱127 6 汞柱9 8113600998 2 垂直管与前面相同，由伯努利方程得()ABfppgLhc 另从 U 形管压差计等压面处力的平衡，求得 汞ABpR gpL gRg ()ABppL gRdg汞 由式 与式cd，求得()汞fhRg 从上述推导可知，垂直管与水平管的液柱压差计的读数 R 相同。有了读数 R 值，就可以分别用式 及式bd求得水平管及垂直管的()ABpp。【1-27】有一输送水的等直径（内径为 d）垂直管路，在相距 H度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载 高度的两截面间安装一 U 形管液柱压差计。当管内水的流速为u时，测得压差计中水银指示液读数为 R。当流速由u增大到u时，试求压差计中水银指示液读数R是 R 的多少倍。设管内水的流动处于粗糙管完全湍流区。解 从习题 2-25与习题 2-28可知，U 形管液柱压差计的读数 R与两截面间流体流动的摩擦损失fh成正比，即fRh。又知道，在粗糙管完全湍流区为阻力平方区，即摩擦损失fh与流体流速u的平方成正比，fhu2。由上述分析可知 Ru2 因此 2222RuuRRRuu【1-28】水的温度为 10，流量为330 L h，在直径.mmmm573 5、长为 100m 的直管中流动。此管为光滑管。(1)试计算此管路的摩擦损失；(2)若流量增加到990 L h，试计算其摩擦损失。解 水在10时的密度.3999 7 kgm，黏度.,.,Pa sdmlm31 30610 0 05 100，光滑管。(1)体积流量 /.VqL hmh33300 33 流速 ./.Vqum sd 220 330 0467 360036000 0544 雷诺数 .Re.30 05 0 0467 999 71787层流1 306 10du 摩擦系数 Re64640 03581787 摩擦损失 (.)/.fl uhJkgd221000 04670 0358=0 0781 20 052(2)体积流量 /.39900 99 VqL hmh 因流量是原来的 3 倍，故流速./um s 0 046730 14 度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载 雷诺数Re178735360 湍流 对于光滑管，摩擦系数用 Blasius 方程式计算.Re()0 250 250 31640 31640 0375360 也可以从摩擦系数与雷诺数 Re 的关联图上光滑管曲线上查得，.0 037。摩擦损失 (.)/.221000 14=0 037=0 725 20 052fl uhJkgd【1-29】试求下列换热器的管间隙空间的当量直径：(1)如习题1-29附图(a)所示，套管式换热器外管为mmmm2199，内管为mmmm1144；(2)如习题 1-29附图(b)所示，列管式换热器外壳内径为 500mm，列管为mmmm252的管子 174 根。习题 1-29附图 解 (1)套管式换热器，内管外径.10 114dm，外管内径.20 201dm 当量直径 .210 2010 1140 087edddm(2)列管式换热器，外壳内径.20 5dm，换热管外径.10 025dm，根数174n根 当量直径()(.)(.).().222221210 51740 025440 02910 51740 025 ednddmdnd【1-30】常压下 35的空气，以 12m/s 的流速流经 120m 长的水平管。管路截面为长方形，高 300mm，宽 200mm，试求空气流动的摩擦损失，设0 0005ed。度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载 习题 1-31附图 习题 1-32附图 解 空气，./.3635,1 147,18 85 10 tkg mPa s，流速/12um s。管路截面的高.ambm0 3，宽 0 2。当量直径 .22 0 3 0 20 240 30 2eabdmab 雷诺数 .Re.560 24 12 1 1471 75 10湍流18 85 10 ed u.,0 0005 查得=0 0192 120elmd 摩擦损失 ./.22120120 019269120 242fel uhJkgd【1-31】把内径为 20mm、长度为 2m 的塑料管（光滑管），弯成倒 U 形，作为虹吸管使用。如习题 1-31附图所示，当管内充满液体，一端插入液槽中，另一端就会使槽中的液体自动流出。液体密度为/31000kg m，黏度为1mPa s。为保持稳态流动，使槽内液面恒定。要想使输液量为./mh31 7，虹吸管出口端距槽内液面的距离h需要多少米？解 已知,/330 02210,=1dm lmkg mmPa s，体积流量./31 7Vqmh 流速 ././.221 7 36001 5040 0244Vqum sd 从液槽的液面至虹吸管出口截面之间列伯努利方程式，以虹吸管出口截面为基准面 2222uluhgdg.Re.430 02 1 504 10003 01 10湍流1 10du 光滑管，查得.0 0235，管入口突然缩小.0 5 U 形管（回弯头）.1 5.221 50410 02350 5 1 50 6170 022 9 81hm 度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载 【1-32】如习题 1-32附图所示，有黏度为.1 7mPa s、密度为/3765kg m的液体，从高位槽经直径为mmmm1144的钢管流入表压为0 16 MPa的密闭低位槽中。液体在钢管中的流速为m/1s，钢管的相对粗糙度/0 002d，管路上的阀门当量长度50eld。两液槽的液面保持不变，试求两槽液面的垂直距离 H。解 在高位槽液面至低位槽液面之间列伯努利方程计算 H，以低位槽液面为基准面。,.ppPauu61212（0 表压）0 16 10，两槽流速 0，,/,.120 管内流速1管径0 106ZH Zum sdm 液体密度/.33765，黏度1 7 10kg mPa s 雷诺数.Re.430 106 1 7654 77 10湍流1 7 10du/.0 002，查得0 0267d 管长30160190lm，阀门50eld，高位槽的管入口0 5，低位槽管出口=1，90 弯头.0 75 222ellpuHgdg .620 16 1019010 0267500 5 10 7523 9765 9 810 1062 9 81 m 度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载【1-33】如习题 1-33附图所示，用离心泵从河边的吸水站将 20的河水送至水塔。水塔进水口到河水水面的垂直高度为 34.5m。管路为1144mmmm的钢管，管长 1800m，包括全部管路长度及管件的当量长度。若泵的流量为/mh330，试求水从泵获得的外加机械能为多少？钢管的相对粗糙度.0 002d。解 水在 20时./3998 2kg m，.31 00410 Pa s.,0 106 1800edmllm 流量 /330Vqmh 流速 /./(.)2230 36000 94480 10644Vqum sd.Re.430 106 0 9448998 29 96 101 004 10du 湍流 查得.0 0252 摩擦阻力损失 ./.2218000 94480 025219120 1062efll uhJkgd 以河水水面为基准面，从河水水面至水塔处的水管出口之间列伯努利方程。外加机械能 ./2220 944834 5 9 81191530 22fuWZ ghJkg 【1-34】如习题 1-34附图所示，在水塔的输水管设计过程中，若输水管长度由最初方案缩短 25%，水塔高度不变，试求水的流量将如何变化？变化了百分之几？水在管中的流动在阻力平方区，且输水管较长，可以忽略局部摩擦阻力损失及动压头。解 在水塔高度 H 不变的条件下，输水管长度缩短，输水管中的水流量应增大。习题 1-33附图 度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载 从水塔水面至输水管出口之间列伯努利方程，求得 22fluHHdg 因水塔高度 H 不变，故管路的压头损失不变。管长缩短后的长度 l与原来长度l的关系为 0 75ll 在流体阻力平方区，摩擦系数恒定不变，有 ().()2222220 7522 ffHHlul udgdgl ul udgdg 故流速的比值为.11 1550 75uu 流量的比值为.1 155VVqq 流量增加了 15.5%管路计算【1-35】用1689mmmm的钢管输送流量为/60000kg h的原油，管长为100km，油管最大承受压力为.MPa15 7。已知 50时油的密度为/3890kg m，黏度为181mPa s。假设输油管水平铺设，其局部摩擦阻力损失忽略不计，试问为完成输油任务，中途需设置几个加压站？解 .,/mdmlk mqk gh0 1 5 1 0 0 6 0 0 0 0/,/./3389018160000 3600=0 01873 890Vkg mmPa sqms 习题 1-34附图 度质量浓度表示解甲醇的饱和蒸气压空气中甲醇的组成摩尔分数质量分分离后的浓缩液量在全过程中溶液中的量保持一定优秀学习资料欢迎下为第一章流体流动流体的压力容器中的气体表压为容器中的气体真空度优秀学习资料 欢迎下载./.220 018731 060 1544Vqum sd.Re30 15 1 06 890782层流181 10du