化工原理上册 绪论 作业题 【0-1】从基本单位换算入手,将下列物理量的单位换算为SI制 (1)40℃时水的粘度u=0.00656g(cm·s) (2)某物质的比热容CP=0.21BTU/(1b·F) (3)密度p=1386kgf·s2/m4 (4)传热系数KG=24.2kmol/(m2·h·atm) (5)表面张力0=71dyn/cm (6)导热系数A=1kcal/(m·h·℃) [答:μ=6.56×10-4Pa·s:CP=0.8792kJ/(kg·℃):p=13600kg/m3 KG=6.636×10-5kmol/(m2·s·kPa);0=7.1×10-2N/m:A=1.163W/(m·℃)] 【0-2】清水在圆管内对管壁的强制湍流对流传热系数随温度的变化可用下面经验公式表 示,即 a=150(1+2.93×10-3T)u0.8d-0.2 式中a--对流传热系数,BTU/(ft2·h·F) 热力学温度,K 水的流速,ft/s 一园管内径
化工原理上册 绪论 作业题 【0-1】从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为 SI 制。 （1）40℃时水的粘度 μ=0.00656g(cm·s) （2）某物质的比热容 CP=0.21BTU/(lb·F) （3）密度 ρ＝1386kgf·s2/m4 （4）传热系数 KG=24.2kmol/(m2·h·atm) （5）表面张力 σ＝71dyn/cm （6）导热系数 λ＝1kcal/(m·h·℃) [答：μ=6.56×10-4Pa·s； CP=0.8792kJ/(kg·℃)； ρ＝13600kg/m3； KG=6.636×10-5kmol/(m2·s·kPa)； σ＝7.1×10-2N/m； λ＝1.163W/(m·℃)] 【0-2】清水在圆管内对管壁的强制湍流对流传热系数随温度的变化可用下面经验公式表 示，即： α ＝150（1＋2.93×10-3T）u0.8d-0.2 式中 α ――对流传热系数，BTU/(ft2·h·F)； T――热力学温度，K； u――水的流速，ft/s； d――圆管内径，in
试将式中各物理量的单位换算为SI制,即a为W/(m2·K),T为K,u为m/s,d为m [答:a=1057(1+2.93×10-3T)u0.8d-0.2] 第一章流体流动 1-1流体静力学基本方程式 1-1.在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为960kg/m3的油品,油面高于罐底9.6m,油面 上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760mm的圆孔,其中心距罐底800mm,孔盖用14mm 钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106Pa,问至少需要几个螺钉? [答:至少要7个] 习题1附图 1-2.某流化床反应器上装有两个U管压差计,如本题附图所示。测得R1=400mm,R2=50mm 指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散,于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水 其高度R3=50mm。试求A、B两处的表压强 [答:PA=7.16×103Pa(表压),PB=6.05×104Pa]
试将式中各物理量的单位换算为 SI 制，即 α 为 W/(m2·K)，T 为 K，u 为 m/s，d 为 m。 [答：α＝1057（1＋2.93×10-3T）u0.8d-0.2] 第一章 流体流动 1-1 流体静力学基本方程式 1-1．在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为 960kg/m3 的油品，油面高于罐底 9.6m，油面 上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760mm 的圆孔，其中心距罐底 800mm，孔盖用 14mm 的 钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为 39.23×106Pa，问至少需要几个螺钉？ [答：至少要 7 个] 1-2．某流化床反应器上装有两个 U 管压差计，如本题附图所示。测得 R1＝400mm，R2＝50mm 指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的 U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水， 其高度 R3＝50mm。试求 A、B 两处的表压强。 [答：PA=7.16×103Pa（表压），PB=6.05×104Pa]
习题1-2附图 1-3.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/m3。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 [答:h=0.418m] 压缩空气 煤油 习题1-3附图 习题1-4附图 1-4.用本题附图中串联U管压差计测量蒸汽压,U管压差计的指示液为水银,两U管间的 连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距离分别为:h1=2.3m、h2=1.2m、h3=2.5m及 h4=1.4m。锅中水面与基准面间的垂直距离h5=3m。大气压强Pa=99.3×103Pa。试求锅炉上方水 蒸气的压强P。(分别以Pa和kgf/cm2来计量)
1-3.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/m3。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。 [答：h=0.418m] 1-4.用本题附图中串联 U 管压差计测量蒸汽压，U 管压差计的指示液为水银，两 U 管间的 连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距离分别为：h1=2.3m、h2=1.2m、h3=2.5m 及 h4=1.4m。锅中水面与基准面间的垂直距离 h5=3m。大气压强 Pa=99.3×103Pa。试求锅炉上方水 蒸气的压强 P。（分别以 Pa 和 kgf/cm2 来计量）
[答:P=3.64×105Pa=3.71kgf/cm2] 1-2流体在管内的流动 1-5.列管换热器的管束由121根φ25×2.5m的钢管组成。空气以9m/s速度在列管内流 动。空气在管内的平均温度为50℃、压强为196×103Pa(表压),当地大气压为98.7×103Pad 试求:(1)空气的质量流量:(2)操作条件下空气的体积流量:(3)将(2)的计算结果换算 为标准状况下空气的体积流量。 [答:(1)1.09kg/s:(2)0.343m3/s:(3)0.84m3/s 1-6.高位槽内的水面高于地面8m,水从108×4m的管道中流出,管路出口高于地面2m 在本题特定条件下,水流经系统的能量损失可按Σhf=6.5u2计算,其中u为水在管内的流速 J/s。试计算:(1)A-A’截面处水的流速;(2)水的流量,以m3/h计。 [答:(1)2.9m/s:(2)82m3/h 习题1-6附图 1-7.20℃的水以2.5m/s的流速流经φ的水平管,此管以锥形管与另一53×3m的水平 相连。如本题附图所示,在锥形管两侧A、B处各插一垂直玻璃管以面察两截面的压强。若水流 经A、B两截面间的能量损失为1.5J/kg求两玻璃管的水面差(以mm计),并在本题附图中画出 两玻璃管中水面的相对位置。 [答:88.6mm]
[答：P=3.64×105Pa=3.71kgf/cm2 ] 1-2 流体在管内的流动 1-5．列管换热器的管束由 121 根 φ25×2.5mm 的钢管组成。空气以 9m/s 速度在列管内流 动。空气在管内的平均温度为 50℃、压强为 196×103Pa（表压），当地大气压为 98.7×103Pa。 试求：（1）空气的质量流量；（2）操作条件下空气的体积流量；（3）将（2）的计算结果换算 为标准状况下空气的体积流量。 [答：（1）1.09kg/s；（2）0.343m3/s；(3)0.84m3/s] 1-6．高位槽内的水面高于地面 8m，水从 108×4mm 的管道中流出，管路出口高于地面 2m。 在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按 Σhf=6.5u2 计算，其中 u 为水在管内的流速， m/s。试计算：（1）A-A’截面处水的流速；（2）水的流量，以 m3/h 计。 [答：（1）2.9m/s；（2）82m3/h] 1-7．20℃的水以 2.5m/s 的流速流经 φ 的水平管，此管以锥形管与另一 53×3mm 的水平管 相连。如本题附图所示，在锥形管两侧 A、B 处各插一垂直玻璃管以面察两截面的压强。若水流 经 A、B 两截面间的能量损失为 1.5J/kg 求两玻璃管的水面差（以 mm 计），并在本题附图中画出 两玻璃管中水面的相对位置。 [答：88.6mm]
习题1-7附图 1-8.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φ76×2.5mm在操作条件下,泵入口处真空表的读数为 24.66×103Pa:水流经吸入管与排出管(不包括喷头)的能量损失可分别按Σhf,1=2u2与 Σhf,2=10u2计算,由于管径不变,故式中u为吸入或排出管的流速m/s。排水管与喷头连接处 的压强为98.07×103Pa(表压)。试求泵的有效功率。 [答Ne=2.26kW] 习题1-8附图 1-3流体的流动现象 1-9.本题附图所示为冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100kg/m3,循环量为36m3/h。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98.1J/kg,由B流至A的能量损失 为49J/kg,试计算:(1)若泵的效率为70%时,泵的轴功率为若干kW?(2)若A处的压强表 读数为若干Pa? [答:(1)2.31kW:(2)6.2×10a(表压)]
1-8．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 φ76×2.5mm 在操作条件下，泵入口处真空表的读数为 24.66×103Pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按 Σhf,1=2u2 与 Σhf,2=10u2 计算，由于管径不变，故式中 u 为吸入或排出管的流速 m/s。排水管与喷头连接处 的压强为 98.07×103Pa（表压）。试求泵的有效功率。 [答 Ne=2.26kW] 1-3 流体的流动现象 1-9.本题附图所示为冷冻盐水循环系统。盐水的密度为 1100kg/m3，循环量为 36m3 /h。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 98.1J/kg，由 B 流至 A 的能量损失 为 49J/kg，试计算：（1）若泵的效率为 70％时，泵的轴功率为若干 kW？（2）若 A 处的压强表 读数为若干 Pa？ [答：（1）2.31kW；(2)6.2×104 Pa(表压)]
习题1-9附图 换热器2-泵 1-10.在实验室中,用玻璃管输送20℃的70%醋酸。管内径为1.5cm,流量为10kg/min 用SI和物理单位各算一次雷诺准数,并指出流型 [答:Re=5.66×103] 1-11.用压缩空气将密度为1100kg/m的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽,两槽的液面维持 恒定。管路直径均为φ60×3.5mm,其它尺寸见本题附图。各管段的能量损失为 fAB ΣhBc=118 。两压差计中的指示液均为水银。试求当R=45m, h=200mm时:(1)压缩空气的压强p为若干?(2)U管压差计读数R2为多少? [答:(1)1.23×10a(表压);(2)630m] 习题1-11附图 (提示:U形管压差计读数R表示了BC段的能量损失,即 ∑40=112-g2) 1-4流体在直管内的流动阻力
1-10.在实验室中，用玻璃管输送 20℃的 70％醋酸。管内径为 1.5cm，流量为 10kg/min。 用 SI 和物理单位各算一次雷诺准数，并指出流型。 [答：Re=5.66×103 ] 1-11.用压缩空气将密度为 1100kg/m3 的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液面维持 恒定。管路直径均为 φ60×3.5mm，其它尺寸见本题附图。各管段的能量损失为 ， 。两压差计中的指示液均为水银。试求当 R1=45mm， h=200mm 时：（1）压缩空气的压强 p1为若干？（2）U 管压差计读数 R2为多少？ [答：(1)1.23×105 Pa(表压)；(2)630mm] （提示：U 形管压差计读数 R1表示了 BC 段的能量损失，即 ） 1-4 流体在直管内的流动阻力
1-12.在本题附图所示的实验装置中,于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计,以测 量两截面之间的压强差。当水的流量为10800kg/h时,U管压差计读数R为100mm。粗、细管的 直径分别为60×3.5mm与φ42×3mm。计算:(1)1kg水流经两截面间的能量损失:(2)与该 能量损失相当的压强降为若干Pa? [答:(1)4.41J/kg:(2)4.41×10a 习题1-12附图 1-13.密度为850kg/m3、粘度为8×10Pa·s的液体在内径为14mm的钢管内流动,溶液的 流速为1m/s。试计算:(1)雷诺准数,并指出属于何种流型;(2)局部速度等于平均速度处 与管轴的距离;(3)该管路为水平管,若上游压强为147×10°Pa,液体流经多长的管子其压强 才下降到127.5×10Pa? [答:(1)1.49×10:(2)4.95mm;(3)14.93m] 1-14.每小时将2×10kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽(见本题附图)。反应器液面 上方保持26.7×10Pa的真空度,高位槽液面上方为大气压强。管道为φ76×4mm的钢管,总长 为50m,管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计(局部阻力系数为4)、五个标准弯头。反 应器内液面与管路出口的距离为15m。若泵的效率为0.7,求泵的轴功率。 溶液的密度为1073kg/m3,粘度为6.3×10Pa·s。管壁绝对粗糙度c可取为0.3m [答:1.63kW]
1-12.在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置 U 管压差计，以测 量两截面之间的压强差。当水的流量为 10800kg/h 时，U 管压差计读数 R 为 100mm。粗、细管的 直径分别为 60×3.5mm 与 φ42×3mm。计算：（1）1kg 水流经两截面间的能量损失；（2）与该 能量损失相当的压强降为若干 Pa？ [答：（1）4.41J/kg；（2）4.41×103 Pa] 1-13.密度为 850kg/m3、粘度为 8×10-3 Pa·s 的液体在内径为 14mm 的钢管内流动，溶液的 流速为 1m/s。试计算：（1）雷诺准数，并指出属于何种流型；（2）局部速度等于平均速度处 与管轴的距离；（3）该管路为水平管，若上游压强为 147×103 Pa，液体流经多长的管子其压强 才下降到 127.5×103 Pa？ [答：（1）1.49×103；（2）4.95mm；（3）14.93m] 1-14.每小时将 2×104 kg 的溶液用泵从反应器输送到高位槽（见本题附图）。反应器液面 上方保持 26.7×103 Pa 的真空度，高位槽液面上方为大气压强。管道为 φ76×4mm 的钢管，总长 为 50m，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为 4）、五个标准弯头。反 应器内液面与管路出口的距离为 15m。若泵的效率为 0.7，求泵的轴功率。 溶液的密度为 1073kg/m3，粘度为 6.3×10-4 Pa·s。管壁绝对粗糙度 ε 可取为 0.3mm。 [答：1.63kW]
习题1-14附图 1-15.从设备送出的废气中含有少量可溶物质,在放空之前令其通过一个洗涤器,以回收这 些物质进行综合利用,并避免环境污染。气体流量为3600m/h(在操作条件下),其物理性质与 50℃的空气基本相同。如本题附图所示,气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U管压 差计,其读数为30mm。输入管与放空管的内径均为250mm,管长与管件、阀门的当量长度之和为 50m(不包括进、出塔及管出口阻力),放空口与鼓风机进口的垂直距离为20m,已估计气体通 过塔内填料层的压强降为1.96×10Pa。管壁的绝对粗糙度ε可取为0.15mm,大气压强为 101.33×10°Pa。求鼓风机的有效功率。 [答:3.09kW] 习题1-15附图 1-放空口2-填料口 1-5管路计算 1-16.10℃的水以500L/min的流量过一根长为300m的水平管,管壁的绝对粗糙度为0.05mm 有6m的压头可供克服流动的摩擦阻力,试求管径的最小尺寸 [答:90.4mrn]
1-15.从设备送出的废气中含有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤器，以回收这 些物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为 3600m3 /h（在操作条件下），其物理性质与 50℃的空气基本相同。如本题附图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的 U 管压 差计，其读数为 30mm。输入管与放空管的内径均为 250mm，管长与管件、阀门的当量长度之和为 50m（不包括进、出塔及管出口阻力），放空口与鼓风机进口的垂直距离为 20m，已估计气体通 过塔内填料层的压强降为 1.96×103 Pa。管壁的绝对粗糙度 ε 可取为 0.15mm，大气压强为 101.33×103 Pa。求鼓风机的有效功率。 [答：3.09kW] 1-5 管路计算 1-16．10℃的水以500L/min 的流量过一根长为300m 的水平管，管壁的绝对粗糙度为 0.05mm。 有 6m 的压头可供克服流动的摩擦阻力，试求管径的最小尺寸。 [答:90.4mrn]
1-17.在两座尺寸相同的吸收塔内,各填充不同的填料,并以相同的管路并联组合。每条 管上均装有闸阀,两支路的管长均为5m(包括除了闸阀以外的管件局部阻力的当量长度),管内 径为200mm。通过填料层的能量损失可分别折算为5u21与4a2,式中u为气体在管内的流速m/s。 气体在支管内流动的摩擦系数A=0.02。管路的气体总流量为0.3m3/s。试求(1)当两阀全开 时,两塔的通气量:(2)附图中AB的能量损失。 [答:(1)V1=0.142/s,V2=0.158m/h:(2)108.6J/kg] B 习题1-17附图 力系数〔答:(1)0.877k;(2)8.01 1-18.用离心泵将20水经总管分别送至A、B容器内,总管流量为89m/h,总管直径为 中127×5mm。原出口压强表读数为1.93×10Pa,容器B内水面上方表压为1kgf/cm2。总管的流 动阻力可忽略,各设备间的相对位置如本题附图所示。试求:(1)离心泵的有效压头B;(2) 两支管的压头损失:0③2 f.0-B [答(1)17.94m;(2)0A=3942;0B=196 14m 习题1-18附图
1-17．在两座尺寸相同的吸收塔内，各填充不同的填料，并以相同的管路并联组合。每条 管上均装有闸阀，两支路的管长均为 5m(包括除了闸阀以外的管件局部阻力的当量长度)，管内 径为 200mm。通过填料层的能量损失可分别折算为 5u 2 1 与 4u2 2，式中 u 为气体在管内的流速 m/s。 气体在支管内流动的摩擦系数 λ＝0.02。管路的气体总流量为 0.3m3 /s。试求（1）当两阀全开 时，两塔的通气量；（2）附图中 AB 的能量损失。 [答：（1）Vs1=0.142/s，Vs2=0.158m3 /h；（2）108.6J/㎏] 1-18．用离心泵将 200 C 水经总管分别送至 A、B 容器内，总管流量为 89m3 /h，总管直径为 φ127×5mm。原出口压强表读数为 1.93×103 Pa，容器 B 内水面上方表压为 1kgf/cm2。总管的流 动阻力可忽略，各设备间的相对位置如本题附图所示。试求：（1）离心泵的有效压头 He；（2） 两支管的压头损失 。 [答(1)17.94m；(2) m， m]
1-19.用效率为80%的齿轮泵将粘稠的液体从敞口槽送至密闭容器内,两者液面均维持恒 定,容器顶部压强表的读数为30×10Pa。用旁路调节流量,其流程如本题附图所示。主管流量 为14m/h,管径为φ66×3mm,管长为80m(包括所有局部阻力的当量长度)。旁路的流量为5m/h 管径为φ32×2.5m,管长为20m(包括除了阀门外的所有局部阻力的当量长度)。两管路的流 型相同,忽略贮槽液面至分支点0之间的能量损失。被输送液体的粘度为50ma·s,密度为 1100kg/m。试计算(1)泵的轴功率:(2)旁路阀门的阻力系数 [答:(1)10.0877kW 8.01] 旁路主管 习题1-19附图 1-6流量测量 1-20.在φ38×2.5mm的管路上装有标准孔板流量计,孔板的孔径为16.4mm,管中流动的 是20℃的甲苯,采用角接取压法,用U管压差计测量孔板两测的压强差,以水银为指示液,测 压连接管中充满甲苯。现测得U管压差计的读数为600m,试计算管中甲苯的流量为若干kg/h? [答:5427kg/h] 1-21.用中57×3.5mm的钢管输送80℃的热水(其饱和蒸汽压为47.37kPa、密度为971kg/m3 粘度为0.3565mPa·s),管路中装一标准孔板流量计,用U形管汞柱压差计测压强差(角接取 压法),要求水的流量范围是10~20m3/h,孔板上游压强为101.33kPa(表压)。试计算 (1)U形管压差计的最大量程Rmax (2)孔径d0 (3)为克服孔板永久压强降所消耗的功率
1-19．用效率为 80%的齿轮泵将粘稠的液体从敞口槽送至密闭容器内，两者液面均维持恒 定，容器顶部压强表的读数为 30×103 Pa。用旁路调节流量，其流程如本题附图所示。主管流量 为 14m3 /h，管径为 φ66×3mm，管长为 80m（包括所有局部阻力的当量长度）。旁路的流量为 5m3 /h， 管径为 φ32×2.5mm，管长为 20m（包括除了阀门外的所有局部阻力的当量长度）。两管路的流 型相同，忽略贮槽液面至分支点 O 之间的能量损失。被输送液体的粘度为 50mPa·s，密度为 1100kg/m3。试计算(1)泵的轴功率；(2)旁路阀门的阻力系数。 [答：（1）10.0877kW；（2）8.01] 1-6 流量测量 1-20．在 φ38×2.5mm 的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为 16.4mm，管中流动的 是 20℃的甲苯，采用角接取压法，用 U 管压差计测量孔板两测的压强差，以水银为指示液，测 压连接管中充满甲苯。现测得 U 管压差计的读数为 600mm，试计算管中甲苯的流量为若干 kg/h？ [答：5427kg/h] 1-21．用φ57×3.5mm 的钢管输送80℃的热水（其饱和蒸汽压为47.37kPa、密度为971kg/m3、 粘度为 0.3565mPa·s），管路中装一标准孔板流量计，用 U 形管汞柱压差计测压强差（角接取 压法），要求水的流量范围是 10~20m3/h，孔板上游压强为 101.33kPa（表压）。试计算： （1）U 形管压差计的最大量程 Rmax； （2）孔径 d0； （3）为克服孔板永久压强降所消耗的功率