化工原理课后习题解答.docx

1化工热力学课后答案第1章绪言一、是否题1.封闭体系的体积为一常数。（错）2.封闭体系中有两个相ba,。在尚未达到平衡时，ba,两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则ba,两个相都等价于均相封闭体系。（对）3.理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对）4.理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。（错。还与压力或摩尔体积有关。）5.封闭体系的1mol气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积相等，初态和终态的温度分别为T1和T2，则该过程的=21 化工原理课后习题解答（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.）第一章 流体流动33解：由 绝对压强 = 大气压强 真空度得到：3 3332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6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 螺解：P螺 = ghA = 9609.81(9.6-0.8) 3.140.7633 22P油 螺得 n 6.23取 nmin= 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1. 某设备上真空表的读数为 13.310 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 98.710 Pa。设备内的绝对压强P绝 = 98.710 Pa -13.310 Pa=8.5410 Pa设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.310 Pa14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为 39.2310 Pa ，150.30710 N螺 = 39.0310 3.140.014 n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AB两处的表压强。解：设空气的密度为g，其他数据如图所示由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记3 333 334.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。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 11和 44为等压面，22和 33为等压面，且 11和 22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h在 11与 22截面之间P1 = P2 + 水银gRP1 = P4，P2 = P3且P3 = 煤油gh ，P4 = 水g（H-h）+ 煤油g（h + h）联立这几个方程得到水银gR = 水g（H-h）+ 煤油g（h + h）-煤油gh 即分析：根据静力学基本原则，对于右边的管压差计，aa 为等压面，对于左边的压差计，bb 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。aa 处 PA + ggh1 = 水gR3 + 水银R2即：PA = 1.0 10 9.810.05 + 13.610 9.810.05= 7.1610 Pab-b 处 PB + ggh3 = PA + ggh2 + 水银gR1PB = 13.610 9.810.4 + 7.1610=6.0510 Pa水银gR =水gH + 煤油gh -水gh带入数据1.0101 - 13.6100.068 = h(1.010-0.8210)= 0.4185用本题附图中串联管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，管压差计的指示液为水银，两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：12.3m，2=1.2m, 3=2.5m,4=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直距离5=3m。大气压强a=3试求锅炉上方水蒸气的压强。分析：首先选取合适的截面用以连接两个管，本题应选取如图所示的 11 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 11 截面处的压强为1对左边的管取-等压面， 由静力学基本方程0 + 水g(h5-h4) = 1 + 水银g(h3-h4) 代入数据33对右边的管取-等压面，由静力学基本方程1 + 水g(h3-h2) = 水银g(h1-h2) + 代入数据3 3 3解着两个方程 得56. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强。压差计中以油和3 3，两扩大室的内径D 均为 60 ，管内径为 6 。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。分析：此题的关键是找准等压面，根据扩大室一端与大气相通，另一端与管路相通，可以列出两个方程，联立求解99.310 。0 + 1.010 9.81(3-1.4)= 1 + 13.610 9.81(2.5-1.4)1 + 1.010 9.812.5-1.2= 13.610 9.812.3-1.2 + 99.3100 = 3.6410 Pa水为指示液，其密度分别为 920 ,998 ,管中油水交接面高度差R = 300 对于管左边对于管右边表 + 油g(h1+R) = 12 = 水gR + 油gh2表 =水gR + 油gh2 -油g(h1+R)=水gR - 油gR +油g（h2-h1）2 2h2-h1 = 3 mm27.列管换热气 的管束由 121 根2.5mm的钢管组成。空气以 9m/s速度在列管内流动。空3 3试求： 空气的质量流量； 操作条件下，空气的体积流量； 将的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量。解：空气的体积流量S = uA = 9/4 0.0223质量流量换算成标准状况ws =S=S (MP)/(RT)= 0.34229(98.7+196)/8.315323=1.09 /sV1P1/V2P2 =T1/T2S2 = P1T2/P2T1 S1 = (294.7273)/(101323) 0.34238 .高位槽内的水面高于地面 8m，水从1084mm的管道中流出，管路出口高于地面 2m。在本题特定条件下，水2水在管道的流速。试计算：3分析：此题涉及的是流体动力学，有关流体动力学主要是能量恒算问题，一般运用的是柏努力方程式。运用柏努力方程式解题的关键是找准截面和基准面，对于本题来说，合适的截面, , ,解：由静力学基本原则，选取 11 为等压面，当表= 0 时，扩大室液面平齐 即 （D/2） （h2-h1）= （d/2） R表= 2.5710 Pa气在管内的平均温度为 50压强为 19610 Pa(表压)，当地大气压为 98.710 Pa121 = 0.342 m /s= 0.843 m /s流经系统的能量损失可按f = 6.5 u 计算，其中u为 AA 截面处水的流速； 水的流量，以m /h计。是高位槽 11 和出管口 22 ,如图所示，选取地面为基准面。解：设水在水管中的流速为u ，在如图所示的 11 ，22 处列柏努力方程2 22+ 2/ + f代入数据2换算成体积流量239. 20 水以 2.5m/s 的流速流经382.5mm 的水平管，此管以锥形管和另一533m 的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧 A 、B 处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。若水流经 A B 两截面的能量损失为 1.5J/，求两玻璃管的水面差（以计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。分析:根据水流过 A、B 两截面的体积流量相同和此两截面处的伯努利方程列等式求解解：设水流经两截面处的流速分别为uA、 uBuAAA = uBAB2在两截面处列柏努力方程f Z1 = Z22 22 2+ 2/ +g（h1-h 2）= 1.52 2h1-h2= 0.0882 m = 88.2 mm即两玻璃管的水面差为 88.2mm10.用离心泵把 20的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为762.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为 24.6610Pa,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按 f,1=2u，2Z1 + 0 + 1/= Z2+ 2（Z1 - Z2）g = u /2 + 6.5u(8-2)9.81 = 7u , u = 2.9m/sVS = uA= 2.9 /4 0.1 3600= 82 m /h uB = （AA/AB ）uA = （33/47） 2.5 = 1.23m/sZ1 + 1 2 + 1/ = Z2+ 2 2 （1-2）/ = f +（1 -2 ）2+ (1.23 -2.5 ) /2hf,2=10u 计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速/s。排水管与喷头连接处的压强为 98.0710Pa（表压）。试求泵的有效功率。分析：此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两部分来处理，从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管，在两段分别列柏努力方程。解：总能量损失hf=hf+，1hf，22在截面与真空表处取截面作方程：2 ws=uA=7.9kg/s2 2u=2m/s在真空表与排水管-喷头连接处取截面2 22 2=12.59.81+（98.07+24.66）/998.210+102=285.97J/kgNe= Wews=285.977.9=2.26kw11.本题附图所示的贮槽内径D为 2，槽底与内径d0为 33mm的钢管相连，槽内无液体补充，其液面高度h0为 2m（以管子中心线为基准）。液体在本题管内流动时的全部能量损失可按hf=20u公式来计算，式中u为液体在管内的流速ms。试求当槽内液面下降1m所需的时间。分析：此题看似一个普通的解柏努力方程的题，分析题中槽内无液体补充，则管内流速并不是一个定值而是一个关于液面高度的函数，抓住槽内和管内的体积流量相等列出一个微分方程，积分求解。解：在槽面处和出口管处取截面 1-1，2-2 列柏努力方程2 2 21/2 1/2槽面下降dh，管内流出uA2dt的液体1/21/2u1=u2=u=2u +10u=12uz0g+u0 /2+P0/=z1g+u /2+P1/+hf，1（ P0-P1）/= z1g+u /2 +hf，1z1g+u /2+P1/+We=z2g+u /2+P2/+hf，2We= z2g+u /2+P2/+hf，2（ z1g+u /2+P1/）h1g=u /2+hf =u /2+20uu=(0.48h) =0.7hAdh=uA2dt=0.7h A2dtdt=A1dh/（A20.7h ）对上式积分：t=1.h12.本题附图所示为冷冻盐水循环系统，盐水的密度为1100kgm，循环量为 36m。管路的直径相同，盐水由 A流经两个换热器而至 B 的能量损失为 98.1Jkg，由 B 流至 A 的能量损失为 49Jkg，试求： ）若泵的效率为 70%时，泵的抽功率为若干 kw？（2）若 A 处的压强表读数为245.210Pa 时，B 处的压强表读数为若干 Pa？分析：本题是一个循环系统，盐水由 A 经两个换热器被冷却后又回到 A 继续被冷却，很明显可以在 A-换热器-B 和 B-A 两段列柏努利方程求解。解：（1）由 A 到 B 截面处作柏努利方程0+uA/2+PA/1=ZBg+uB2+PB+9.81管径相同得uA=uB（PA-PB）/=ZBg+9.81由B到A段，在截面处作柏努力方程BZBg+uB2+PB/+We=0+uA+PA/+49We=（PA-PB）/- ZBg+49=98.1+49=147.1J/kgWS=VS=36/36001100=11kg/sNe= WeWS=147.111=1618.1w泵的抽功率N= Ne /76%=2311.57W=2.31kwTTVdTCUD