2022年化工原理课后习题答案第一章流体流动答案.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载第一章 流体流淌习题解答1.解:( 1) 1atm=101325 Pa=760 mmHg 真空度 =大气压力 肯定压力,表压 =肯定压力 大气压力所以出口压差为p=0 .0761013250.0821068 .97104N/m2 (2)由真空度、表压、大气压、肯定压之间的关系可知,进出口压差与当地大气压无关,所以出口压力仍为8 .97104Pa 2.解: T=470+273=703K,p=2200kPa 混合气体的摩尔质量Mm=28 0.77+32 0.065+28 0.038+44 0.071+18 0.056=28.8
2、4 g/mol 混合气体在该条件下的密度为: m= m0 T0T pp0=28.8422.4 273703 2200101.3=10.858 kg/m33.解:由题意,设高度为H 处的大气压为p,依据流体静力学基本方程,得dp=- gdH 大气的密度依据气体状态方程,得 =pMRT 依据题意得,温度随海拔的变化关系为T=293.15+4.81000H 代入上式得 =pMR(293.15-4.8 10-3H)=-dpgdh 移项整理得dpp=-MgdHR293.15-4.8 10-3H 对以上等式两边积分,101325pdpp=-0HMgdHR293.15-4.8 10-3H 所以大气压与海拔高
3、度的关系式为名师归纳总结 lnp101325=7.13 ln293.15-4.8 10-3H293.15 第 1 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载即:lnp=7.13 ln1-1.637 10-5H+11.526 (2)已知地平面处的压力为101325 Pa,就高山顶处的压力为p 山顶 =101325 330763=45431 Pa 将 p 山顶代入上式ln 45431=7.13 ln1-1.637 10-5H+11.526 解得 H=6500 m,所以此山海拔为 6500 m ;4.解:依据流体静力学基本方程可
4、导出p 容器 -p 大气 =Rg 水- 煤油所以容器的压力为p 容器 =p 大气 +Rg水 - 煤油 =101.3+8.31 9.81 (995-848)1000=113.3 kPa 5.解:RRsin120sin3060mm 以设备内液面为基准,依据流体静力学基本方程,得p1p00gR1013258509 .81601031018.kPa 6.解: (1)如下列图,取水公平压面1 1, 2 2, 3 3与 4 4,选取水平管轴心水平面为位能基准面;依据流体静力学基本方程可知 pA=p1+ gz1同理,有p1=p1=P2+ igR2 ,p2=p2=P3- g(z2-z3)p3=p3=p4+ i
5、gR3 ,p4=p4=pB- gz4以上各式相加,得PA-PB= igR2+R3- gz2-z1+z4-z3 由于 z2-z1=R2,z4-z3=R3 PA-PB= i- gR2+R3=13.6-1 9.81 0.37+0.28=80.34kPa 同理,有PA-PB= i- gR1= i- gR2+R3故单 U 形压差的读数为R1=R2+R3=0.37+0.28=0.65 m 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载(2)由于空气密度远小于液体密度,故可认为测压连接管中空气内部各处压强近似相等;即
6、p2=p2 p3=p3故有由于p2=p2=p3=p3=p4+ igR3z2-z1+z4-z3=R2+R3=h+z4-z1 .z4-z1=R2+R3-h 所以 PA-PB= igR2+R3- gz4-z1= i- gR2+R3+ gh=13.6-1 9.81 0.65+1 9.81 0.31=83.68kPa 此测量值的相对误差为名师归纳总结 83.68-80.3480.34 100%=4.16% 第 3 页,共 20 页7.解:( 1)在 AA,BB 两截面间列伯努利方程,得gz 1p 1u 12Wgz 2p2u 22hf22其中W=0,1z=2z,hf=2.2J/kg 化简为p 1p21u2
7、2u122 .22由题目知:输水量qv1. 16m3/h3. 22104m3/s u 1q v23 . 22104.1 03m/s 4d 1.07852 .0 02u2q v223 . 221042.0 27m/s 4d0 . 7850 . 039查表得 20水的密度为998.2kg/m3 所以p 1p21u22u122 .210. 2721.0322 .21 .706J/kg 22p1p2998.21. 7061 .703103Pa (2)如实际操作中水为反向流淌,同样在AA,BB两截面间列伯努利方程,得gz 2p 2u22Wgz 1p 1u 12hf22- - - - - - -精选学习资
8、料 - - - - - - - - - 其中W=0,1z=2z,优秀学习资料欢迎下载h =2.2 J/kg 化简为p2p 11u12u222 .22由于流量没有变,所以两管内的速度没有变,将已知数据带入上式,得p 2p 1998.21 1. 0320.2722 .22.689103Pa 3.5mm ,即合适28.解:查表 1-3 ,选取水在管路中的流速为u=1.5 ms,就求管径d=qv 4u=2536000.785 1.5=76.8 mm查附录13 进行管子规格圆整,最终选取管外径为83 mm ,壁厚为的管径为 83mm 3.5mm ;9.解: (1) 管内流体的质量流量 qm= qv= 4
9、d2 u 有上式得出质量流速为 u=qm 4d2 雷诺数 Re=du =d qm 4d2 =0.2 120036000.785 0.222 10-5=1.06 1052000 所以该气体在管内的流淌类型为湍流;(2)层流输送最大速度时,其雷诺数为2000,于是质量流速可通过下式运算: u=Re d=2000 2 10-50.2=0.2 kgm2.s所以层流输送时的最大质量流量qm= 4d2 u=0.785 0.22 0.2 3600=22.608kgh10.解: (1)依据题意得:u=20y-200y2 ,将上式配方得u=20y-200y2=-200y-0.052+0.5 所以当 y=0.05
10、m 时管内油品的流速最大,umax=0.5ms (2)由牛顿粘性定律得 =- dudy名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载其中 dudy=20-400y 代入上式得管道内剪应力的分布式 =- dudy=- 20-400y=-60 103(20-400y)所以管壁处的剪应力 s=-60 10320-400 0=-1.2 Nm2 (负号表示与流淌方向相反)11.解:( 1)d e4管道截面积4A646mm 103m2 润湿周边依据题意可算出:AE40tan3023mm,AD2AEAB4022386m
11、m 2 . 52通道截面积A1ABCDDE1 8640 401022润湿周边AD2CDAB218mm = 0.218m de42 .521030 .046m 0.218(2)vq=40 m3/h=0.011 m3/s u4qv20 .0.01126 .62m/s de7850 .046Red eu0. 04616.623998 .23. 04105400010故该流型为湍流;12.解:如课本图 1-17,流体在内外管的半径分别为 r1 和 r2 的同心套管环隙间沿轴向做定态流淌,在环隙内取半径为 r,长度为 L,厚度为 dr 的薄壁圆管形微元体,运动方向上作用于该微元体的压力为P1=2 r d
12、rp1 ,P2=-2 r drp2作用于环形微元体内外表面的内摩擦力分别为F1=2 rL r=2 L(r )r,F2=-2 r+drL r+dr=-2 L(r )r+dr 因微元体作匀速直线运动,依据牛顿其次定律,作用于微元体上的合力等于零,即名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2 r drp1-2 r drp2+2优秀学习资料欢迎下载 Lr r-2 Lr r+dr=0简化后可得p1-p2L=1r.( r )r+dr-(r )rdr=1r d(r )dr 在层流条件下, =- dudy带入上式可得ddrrdudr=-
13、 p L r上式积分得rdudr=- p2 L r2+C1u=- p4 L r2+ C1lnr+C2 利用管壁处的边界条件 r=r1 时, ur=0;r=r2 时, ur=0 可得C1= p4 Lr22-r12lnr2r1 ;C2=- p4 L-r12+r22-r12lnr2r1lnr1 所以同心套管环隙间径向上的速度分布为u= p4 L( r12-r2) +r22-r12lnr2r1lnrr1 13.解:取桶内液面为 1 1截面,桶侧面开孔处的截面为 2 2截面,开孔处离桶底距离为 h,从 11截面至 22 截面列机械能守恒方程式,得gz 1p 1u 12gz 2p2u 22hf22以 22
14、 截面为基准面,就z1=H-h,z0=0,p =p =0 表压, u1=0, hf=0gH-h+0+0=0+0+u222 化解得X,就u2=2gH-h 假设液体的水平射程为h=12gt2 X=u2t=2gH-h 2hg=2-h2+hH=2-h-H22+H24 名师归纳总结 所以当 h= H2 时,射程最远,Xmax=H ;第 6 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载14.解: (1)对 1 1至 2 2截面间列伯努利方程,可得gz1+p1 +u122=gz2+p2 +u222取 11截面为位能基准面,由题意得 u2=
15、uB;所以 u2=2gz1-z2=2 9.81 3=7.67m/s z1=0,z2=-3 m,zB=h=1m;p1=p2=pa;u1=0,对 11至 BB 截面间列伯努利方程,可得gz1+p1 +u122=gzB+PB +uB22所以PB=Pa- gh-u222=1.01 105-103 9.81 1-103 7.6722=62.1 kPa (2)虹吸管延长后,.z 增加使虹吸管出口流速 u 增加,从而引起 pB 降低;当 pB 降至与该温度水的饱和蒸汽压相等 pB=pv时,管内水发愤怒化现象;由于此时 uB=uD,故对 11至 B B截面间列伯努利方程,可得gz1+pa +u122=gzB+
16、pv +uD22所以uD=2Pa-Pv-gh=21.01 105-1.992 104103-9.81 1=11.9 m/s 对 11至 33截面间列伯努利方程,可得gz1+Pa +u122=gzmax+Pa +uD22所以zmax=z1-uD22=0-11.922 9.81=-7.22 m (负号表示在 11截面位置下方)15解:如下列图在 1 1 和 2 2 截面间列伯努利方程式,以 A 点所在水平面为基准面,就:名师归纳总结 其中1z0,2zuz 1p 1u 12z 22p2u 22Hf第 7 页,共 20 页g2gg2g1m,u 11m/s 由题目已知可得2u1d12124m/s d2-
17、 - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载依据流体静力学方程:p 1gp2z2z 101 h11360010.23. 521000m 所以H fz 1z 2p 1gp 2u 122u2213 . 521421 . 76m g29 . 8116. 解:已知螺钉的直径d=14mm, 由题意,取容器液面为1-1 截面,侧壁孔中心截面为2-2 截面;依据流体静力学基本方程,可得:p2p 1gz 1p 2gz2p ag z 1z 2p 1g z 1z 2作用在孔盖外侧的是大气压强pa,故孔盖内外两侧所受压差为:pp 2p ag z 1z 211209
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- 2022 化工 原理 课后 习题 答案 第一章 流体 流动
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