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[理学]化工原理习题解答
第一章 流体流动与输送机械
1. 某烟道气的组成为CO2 13%,N2 76%,H2O 11%(体积%),试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa时的密度。
解:混合气体平均摩尔质量
∴ 混合密度
2.已知20℃时苯和甲苯的密度分别为879 kg/m3和867 kg/m3,试计算含苯40%及甲苯60%(质量%)的混合液密度。
解:
混合液密度
3.某地区大气压力为101.3kPa,一操作中的吸收塔塔内表压为130kPa。若在大气压力为75 kPa的高原地区操作该吸收塔,且保持塔内绝压相同,则此时表压应为多少?
解:
4.如附图所示,密闭容器中存有密度为900 kg/m3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa,又在液面下装一压力表,表中心线在测压口以上0.55m,其读数为58 kPa。试计算液面到下方测压口的距离。
解:液面下测压口处压力
5. 如附图所示,敞口容器内盛有不互溶的油和水,油层和水层的厚度分别为700mm和600mm。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知油与水的密度分别为800 kg/m3和1000 kg/m3。
(1)计算玻璃管内水柱的高度;
(2)判断A与B、C与D点的压力是否相等。
解:(1)容器底部压力
(2)
6.为测得某容器内的压力,采用如图所示的U形压力计,指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m3,h=0.8m,R=0.45m。试计算容器中液面上方的表压。
解:如图,1-2为等压面。
则容器内表压:
7.如附图所示,水在管道中流动。为测得A-A′、B-B′截面的压力差,在管路上方安装一U形压差计,指示液为水银。已知压差计的读数R=180mm,试计算A-A′、B-B′截面的压力差。已知水与水银的密度分别为1000kg/m3和13600 kg/m3。
解:图中,1-1′面与2-2′面间为静止、连续的同种流体,且处于同一水平面,因此为等压面,即
,
又
所以
整理得
由此可见, U形压差计所测压差的大小只与被测流体及指示液的密度、读数R有关,而与U形压差计放置的位置无关。
代入数据
8.用U形压差计测量某气体流经水平管道两截面的压力差,指示液为水,密度为1000kg/m3,读数R为12mm。为了提高测量精度,改为双液体U管压差计,指示液A为含40%乙醇的水溶液,密度为920 kg/m3,指示液C为煤油,密度为850 kg/m3。问读数可以放大多少倍?此时读数为多少?
解:用U形压差计测量时,因被测流体为气体,则有
用双液体U管压差计测量时,有
因为所测压力差相同,联立以上二式,可得放大倍数
此时双液体U管的读数为
9.图示为汽液直接混合式冷凝器,水蒸气与冷水相遇被冷凝为水,并沿气压管流至地沟排出。现已知真空表的读数为78kPa,求气压管中水上升的高度h。
解:
水柱高度
10.硫酸流经由大小管组成的串联管路,其尺寸分别为φ76×4mm和φ57×3.5mm。已知硫酸的密度为1830 kg/m3,体积流量为9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的(1)质量流量;(2)平均流速;(3)质量流速。
解: (1) 大管:
(2) 小管:
质量流量不变
或:
11.如附图所示,用虹吸管从高位槽向反应器加料,高位槽与反应器均与大气相通,且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s的流速在管内流动,设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg(不包括出口),试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。
解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’~ 2-2’间列柏努力方程:
简化:
12.一水平管由内径分别为33mm及47mm的两段直管组成,水在小管内以2.5m/s的速度流向大管,在接头两侧相距1m的1、2两截面处各接一测压管,已知两截面间的压头损失为70mmH2O,问两测压管中的水位哪一个高,相差多少?并作分析。
解:1、2两截面间列柏努利方程:
其中:
说明2截面处测压管中水位高。这是因为该处动能小,因而静压能高。
13.如附图所示,用高位槽向一密闭容器送水,容器中的表压为80kPa。已知输送管路为mm的钢管,管路系统的能量损失与流
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