祁存谦 丁楠 吕树申
《化工原理》习题解答
第1章 流体流动 第2章 流体输送 第3章 沉降过滤 第4章 传热 第5章 蒸发 第6章 蒸馏 第7章 吸收 第9章 干燥 第8章 萃取 第10章 流态化
广州 中山大学化工学院（510275）2008/09/28
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第1章 流体流动
1-1．容器A中气体的表压力为60kPa，容器B中的气体的真空度为1.2?104Pa。试分别求出A、B二容器中气体的绝对压力为若干Pa。该处环境大气压等于标准大气压。（答：A,160kPa；B,88kPa ）
解：取标准大气压为100kPa，所以得到：
PA?60?100?160kPa；
PB?100?12?88kPa。
1-2．某设备进、出口的表压分别为 -12kPa和157kPa，当地大气压为101.3kPa，试求此设备进、出口的压力差为多少Pa。 (答：-169kPa) 解：?P?P进?P出??12?157??169kPa。
1-3．为了排除煤气管中的少量积水，用如图示水封设备，水由煤气管道上的垂直支管排出，已知煤气压力为10kPa（表压）。问水封管插入液面下的深度h最小应为若干？ （答：1.02m） 解：H??P?g?10?103310?9.8?1.02m
习题1-3 附图
1-4．某一套管换热器，其内管为?33.5mm?3.25mm,外管为?60mm?3.5mm。内管流过密度为1150kg?m?3，流量为5000kg?h?1的冷冻盐水。管隙间流着压力（绝压）为
0.5MPa，平均温度为00C，流量为160kg?h?1的气体。标准状态下气体密度为
1.2kg?m?3，试求气体和液体的流速分别为若干m?s?1？
?1
?1（ 答：UL?2.11m?s；Ug?5.69m?s）
解：d内习题1-4 附图
?33.5?3.25?2?27mm，d外?60?3.5?2?53mm；
VlAl?ml/?l
对液体：ul??d内2?4?5000/36001150???0.0271.2?0.5?101.01325?102?2.11m?s?1；
4 对气体：
?1?0?P1P0??1??0P1P065??5.92kg?m?3，
2
Ag?A外?A内??4?d?2外?D内2? ???0.0534?32?0.03352??1.32?103m，
2ug?VgAg?mg/?gAg160/36001.32?10?5.92?1?5.69m?s。
1-5．250C水在内径为50mm的管内流动，流速为2m?s?1。试求雷诺准数为若干？
（ 答： 1.12?105）
?du5 解：Re?（250C下水的?，?查物性手册） ??1.12?10。
? 1-6．（1）设流量为4L?s?1，水温200C，管径为?57mm?3.5mm，试判断流动类型。（2）条件与上相同，但管中流过的是某种油类，油的运动黏度为4.4?cm2?s?1，试判断流动类型。 （答：（1）1.01?105，湍流 ；(2) 231?2000，层流） 解：⑴d?57?3.5?2?50mm， u?qVA?d??0.050 查物性手册得20C下水的密度和粘度分别为：
?3?3??998.2kg?m，??1.004?10Pa?s，
?4qV2?4?4?10?32?2.04m?s?1，
?1.004?10所以流体在管内的流动类型为湍流；
??dudu0.05?2.04?Re?⑵?????231?2000 ?4???4.4?10所以流体在管内的流动类型为层流。
1-7．密度为1800kg?m?3的某液体经一内径为60mm的管道输送到某处，若其流速为
0.8m?s?1Re??du?998.2?0.05?2.04?3?1.01?105?4000
，求该液体的体积流量m3?h?1，质量流量kg?s?1和质量流速kg?m?2?s?1。
?du4?3（答：8?14m3?h?1；4?07kg?s?1；1440kg?m?2?s?1）
2解：qV?Au????0.0643?1?32?0.8
3?1?2.26?10m?s?8?14m?h，
?1qm?qV??2.26?10?1800?4?07kg?s2，
?2um?qm/A?4.07/(0785?0.06)?1440kg?m0?s?1。
?1 1-8．有一输水管路，20C的水从主管向两支管流动，主管内水的流速为1.06m?s，
3?13?1支管1与支管2的水流量分别为20?10kg?h与10?10kg?h。支管为（1）主管的内径；（2）支管1内水的流速。 ?89mm?3.5mm。试求：
?1(答：（1）d?0.1m；（2）1.053m?s)
习题1-8 附图
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解：⑴q??Au，q?q1?q2
?A?q?u2?(20?10)?10/3600998.2?1.064A?3?7.88?10?3?3m，
2A??d4?d?4?7.88?10??3?0.1m；
⑵q1??Au1，
?u1?q1?A?4?20?10/3600998.2????89?3.5?2??102?2?4
?1.053kg?m?s?1。
1-9．已知水在管中流动。在截面1处的流速为0.5m?s?1。管内径为0.2m，由于水的压力产生水柱高为1m；在截面2处管内径为0.1m。试计算在截面1、2处产生水柱高度差h为多少？（忽略水由1到2处的能量损失） （答：0.191m）
习题1-9 附图
?d1??0.2??1??0.5???2m?s 解：u2?u1?， ??d?0.1???2?22
对截面1与截面2列伯努利方程：
u122g?P1?g?u222g??2P2?g2 ，
?P1?P2u2_u12gP1?P2?g?P ??P?P1?P2??gh， ?h??g??g?u2_u12g22?2?0.52?9.822?0.191m。
1-10．图示吸液装置中，吸入管尺寸为?32mm?2.5mm，管的下端位于水面下2m，并装有底阀及拦污网，该处的局部压头损失为8由1-1?截面至2-2?截面的压头损失为
1u2u22g 。若截面2-2?处的真空度为39.2kPa，
22g 。求：（1）吸入管中水的流量，m3?h?1;（2）
3吸入口1-1?处的表压。 (答：（1）2.95m?h?1 ；（2）1.04?10Pa)
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习题1-10 附图
解：以水面为基准面，在基准面与1-1?截面间列伯努利方程： Z0g?P0
??u022?Z1g?P1??u122??hf，
u12 Z0?0,P0?0（表压），u0?0，Z1??2m，?hf?8 代入上式得： 0??2?9.8? ?P1P1222g，
??u122?8u12g
??19.62?9u12 ……①
在1-1?截面与2-2?截面间列伯努利方程： Z1g?P1??u122?Z2g?P2??u222??hf1?2，
1u12，?hf1?2?Z1??2m，u1?u2，Z2?3m，P2??39.2kPa（表压）
代入上式得：
P13222g，
?1000 由①与②解得：
?5?9.8??39.2?10?u14 ……②
u1?1.43m?s qV?Au1???1，
244du1??4?32?2.5?2??102?4?1.43?3600?4.95m?h3?1；
由①式可以解得：
P1?1.04?10Pa。
1-11．在图示装置中，出水管直径为?57mm?3.5mm 。当阀门全闭时，压力表读数为
30.4kPa,而在阀门开启后，压力表读数降至20.3kPa，设总压头损失为0.5m（水柱），求
水的流量为若干m3?h?1 ? ( 答：22.8m3?h?1 )
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