化工原理例题讲解2011

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1、第一章流体流动【例1-1】已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。解：，ρm=1372kg/m3【例1-2】已知干空气的组成为：O221%、N278%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在压力为9.81×104Pa及温度为100℃时的密度。解：首先将摄氏度换算成开尔文100℃=273+100=373K再求干空气的平均摩尔质量Mm=32×0.21+28×0.78+39.9×0.01=28.96kg/m3气体的平均密度为：【例1-3】某厂要求安装一根输水量为30m3/h的管路，试选择合适的管径。解：d=，式中Vs

2、=m3/s参考表1-1选取水的流速u=1.8m/s查钢管规格，确定选用φ89×4（外径89mm，壁厚4mm）的管子，其内径为：d=89－（4×2）=81mm=0.081m因此，水在输送管内的实际流速为：【例1-4】如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1'、2-2’）连一倒置U管压差计，压差计读数R=200mm。试求两截面间的压强差。解：因为倒置U管，所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为ρg与ρ，根据流体静力学基本原理，截面a-a'为等压面，则pa=pa'又由流体静力学基本方程式可得pa=p1－ρgMpa'=p2－ρg（M－R）－ρggR联立上三式，并整理得p1－p2=（

3、ρ－ρg）gR由于ρg《ρ，上式可简化为p1－p2≈ρgR所以p1－p2≈1000×9.81×0.2=1962Pa【例1-5】如本题附图所示，蒸汽锅炉上装置一复式U形水银测压计，截面2、4间充满水。已知对某基准面而言各点的标高为z0=2.1m，z2=0.9m，z4=2.0m，z6=0.7m，z7=2.5m。试求锅炉内水面上的蒸汽压强。解：按静力学原理，同一种静止流体的连通器内、同一水平面上的压强相等，故有p1=p2，p3=p4，p5=p6对水平面1-2而言，p2=p1，即p2=pa+ρig（z0－z1）对水平面3-4而言，p3=p4=p2－ρg（z4－z2）对水平面5-6有p6=p

4、4+ρig（z4－z5）锅炉蒸汽压强p=p6－ρg（z7－z6）p=pa+ρig（z0－z1）+ρig（z4－z5）－ρg（z4－z2）－ρg（z7－z6）则蒸汽的表压为p－pa=ρig（z0－z1+z4－z5）－ρg（z4－z2+z7－z6）=13600×9.81×(2.1－0.9+2.0－0.7)－1000×9.81×(2.0－0.9+2.5－0.7)=3.05×105Pa=305kPa【例1-6】将高位槽内料液向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为大气压。要求料液在管内以0.5m/s的速度流动。设料液在管内压头损失为1.2m（不包括出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔入口处高

5、出多少米？解：取管出口高度的0－0为基准面，高位槽的液面为1－1截面，因要求计算高位槽的液面比塔入口处高出多少米，所以把1－1截面选在此就可以直接算出所求的高度x，同时在此液面处的u1及p1均为已知值。2－2截面选在管出口处。在1－1及2－2截面间列柏努利方程：式中p1=0（表压）高位槽截面与管截面相差很大，故高位槽截面的流速与管内流速相比，其值很小，即u1≈0，Z1=x，p2=0（表压），u2=0.5m/s，Z2=0，/g=1.2m将上述各项数值代入，则9.81x=+1.2×9.81x=1.2m计算结果表明，动能项数值很小，流体位能的降低主要用于克服管路阻力。【例1-7】20℃的

6、空气在直径为80mm的水平管流过。现于管路中接一文丘里管，如本题附图所示。文丘里管的上游接一水银U管压差计，在直径为20mm的喉颈处接一细管，其下部插入水槽中。空气流过文丘里管的能量损失可忽略不计。当U管压差计读数R=25mm、h=0.5m时，试求此时空气的流量为若干m3/h。当地大气压强为101.33×103Pa。解：文丘里管上游测压口处的压强为p1=ρHggR=13600×9.81×0.025=3335Pa(表压)喉颈处的压强为p2=－ρgh=－1000×9.81×0.5=－4905Pa（表压）空气流经截面1-1'与2-2'的压强变化为故可按不可压缩流体来处理。两截面间的空气平

7、均密度为在截面1-1'与2-2'之间列柏努利方程式，以管道中心线作基准水平面。两截面间无外功加入，即We=0；能量损失可忽略，即=0。据此，柏努利方程式可写为式中Z1=Z2=0所以简化得（a）据连续性方程u1A1=u2A2得u2=16u1（b）以式（b）代入式（a），即（16u1）2－=13733解得u1=7.34m/s空气的流量为【例1-8】用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33×103Pa，蒸发器上部的