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天津大学版化工原理下册习题答案(2005夏清)
化工原理课后习题解答
流体流动
某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。
解:由 绝对压强 = 大气压强 – 真空度 得到:
设备内的绝对压强P绝 = 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa=8.54×103 Pa
设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa
2.在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/? 的油品,油面高于罐底 6.9 m,油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔,其中心距罐底 800 mm,孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ,
问至少需要几个螺钉?
分析:罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力 即
P油 ≤ σ螺
解:P = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762
150.307×103 N
σ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×n
P油 ≤ σ螺 得 n ≥ 6.23
取 n min= 7
至少需要7个螺钉
3.某流化床反应器上装有两个U 型管压差计,如本题附图所示。测得R1 = 400 mm , R2 = 50 mm,指示液为水银。为防止水银蒸汽向空气中扩散,于右侧的U 型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水,其高度R3 = 50 mm。试求A﹑B两处的表压强。
分析:根据静力学基本原则,对于右边的U管压差计,a–a′为等压面,对于左边的压差计,b–b′为另一等压面,分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。
解:设空气的密度为ρg,其他数据如图所示
a–a′处 PA + ρggh1 = ρ水gR3 + ρ水银ɡR2
由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记
即:PA = 1.0 ×103×9.81×0.05 + 13.6×103×9.81×0.05
= 7.16×103 Pa
b-b′ PB + ρggh3 = PA + ρggh2 + ρ水银gR1
PB = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103
=6.05×103Pa
4. 本题附图为远距离测量控制装置,用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H = 1m,U管压差计的指示液为水银,煤油的密度为820Kg/?。试求当压差计读数R=68mm时,相界面与油层的吹气管出口距离h。
分析:解此题应选取的合适的截面如图所示:忽略空气产生的压强,本题中1-1′和4-4′为等压面,2-2′和3-3′为等压面,且1-1′和2-2′的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解
解:设插入油层气管的管口距油面高Δh
在1-1′与2-2′截面之间
P1 = P2 + ρ水银gR
∵P1 = P4 ,P2 = P3
且P3 = ρ煤油gΔh , P4 = ρ水g(H-h)+ ρ煤油g(Δh + h)
联立这几个方程得到
ρ水银gR = ρ水g(H-h)+ ρ煤油g(Δh + h)-ρ煤油gΔh 即
ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据
1.03×103×1 - 13.6×103×0.068 = h(1.0×103-0.82×103)
h= 0.418m
5.用本题附图中串联U管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压,U管压差计的指示液为水银,两U管间的连接管内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为:h12.3m,h2=1.2m, h3=2.5m,h4=1.4m分析:首先选取合适的截面用以连接两个U管,本题应选取如图所示的1-1截面,再选取等压面,最后根据静力学基本原理列出方程,求解
解:设1-1截面处的压强为P1
对左边的U管取a-a等压面, 由静力学基本方程
P0 + ρ水g(h5-h4) = P1 + ρ水银g(h3-h4) 代入数据
P0 + 1.0×103×9.81×(3-1.4)
= P1 + 13.6×103×9.81×(2.5-1.4)
对右边的U管取b-b等压面,由静力学基本方程P1 + ρ水g(h3-h2) = ρ水银g(h1-h2) + pa 代入数据
P1 + 1.0×103×9.81×﹙2.5-1.2﹚= 13.6×103×9.81×﹙2.3-1.2﹚ + 99.3×103
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