化工原理(上)课后习题解答-天大柴诚敬主编(2)

试求算（1）放出1 m3水所需的时间（设水的密度为1000 kg/m3）；（2）又若槽中装满

大学课后习题答案 配合普通高等教育“十五”国际级规划教材化工原理(上册) 天津大学化工学院 柴诚敬主编 高等教育出版社

煤油，其它条件不变，放出1m3煤油所需时间有何变化（设煤油密度为800 kg/m3）？ 解：放出1m3水后液面高度降至z1，则 z1 z0 由质量守恒，得

w2 w1 dM 0，w1 0 （无水补充）

d

w2 u0A0 0.62 A （A0为小孔截面积）

1

3 0.8846 m 2.115m 2

0.785 1.2

M AZ (A为储槽截面积) 故有 0.62 A02gz Adz 0

d 即

dz2gz

0.62

A0

d A

上式积分得

A2)(z0 z1)

0.622gA0

(

2

1 22

64s 2.1min 3 2.11 s 12.

0.04 0.622 9.81

2

2

11．如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7 m，水从φ108 mm×4 mm的管道中

流出，管路出口高于地面1.5 m。已知水流经系统的能量损失可按∑hf=5.5u2计算，其中u为水在管内的平均流速（m/s）。设流动为稳态，试计算（1）A-A'截面处水的平均流速；（2）水的流量（m3/h）。

解：（1）A- A'截面处水的平均流速

在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程,得

p12p22 gz1 1ub1 1 gz2 ub2 hf 2 2

（1）

式中 z1=7 m，ub1～0，p1=0（表压） z2=1.5 m，p2=0（表压），ub2 =5.5 u2 代入式（1）得

22 9.81 7 9.81 1.5 1ub2 5.5ub2

2

ub 3.0ms

（2）水的流量（以m3/h计）

Vs ub2A 3.0

3.142

0.018 2 0.004 0.02355m3 84.78m3h 4

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习题11附图 习题12附图

12．20 ℃的水以2.5 m/s的平均流速流经φ38 mm×2.5 mm的水平管，此管以锥形管与另一φ53 mm×3 mm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力。若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5 J/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。 解：在A、B两截面之间列机械能衡算方程 p12p22 gz1 1ub1 1 gz2 ub2 hf 2 2

式中 z1=z2=0，ub1 3.0

A1

ub2 ub1 A

2

d12 ub1 d2 2

0.038 0.0025 2

2.5 m 1.232m 0.053 0.003 2

2

∑hf=1.5 J/kg

p1 p2

22

ub2 ub1

ub2

2

2

1.232 2.52

hf 1.5Jkg Jkg 0.8662

故

p1 p2

0.9.81m 0.0883m 88.3mm g

13．如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为1.0133 105 Pa。流体密度为800 kg/m3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21 105 Pa，进料口高于储罐内的液面8 m，输送管道直径为φ68 mm 4 mm，进料量为20 m3/h。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg，求泵的有效功率。

解：在截面A-A 和截面B-B 之间列柏努利方程式，得

2

u12p2u2 gZ1 We gZ2 hf 2 2

5

p1 1.0133 10Pa；p2 1.21 105Pa；Z2 Z1 8.0m；

p1

u1 0；u2

hf 70Jkg

习题13附图

20VV

m 1.966msA23.142

d 0.068 2 0.004 44

22

p pu u2121 We g Z2 Z1

hf 2

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1.21 1.0133 1051.9662 We 9.8 8.0 70 Jkg

8002

14．本题附图所示的贮槽内径 2.46 1.93 78.4 70 Jkg 175Jkg

Ne wsWe 20 800 173W 768.9W

D=2 m，槽底与内径d0为32 mm的钢管相连，槽内无液体补充，其初始液面高度h1为2 m（以管子中心线为基准）。液体在管内流动时的全部能量损失可按∑hf=20 u2计算，式中的u为液体在管内的平均流速（m/s）。试求当槽内液面

下降1 m时所需的时间。 解：由质量衡算方程，得

W1 W2 dM

d （1）

习题 W1 0，W2 πd02ub 14 附图

4

（2）

dMπ2dh

（3） D

d 4d

将式（2），（3）代入式（1）得 πd02ub D2 dh 0 44d

即 ub (D)2dh 0 （4）

d0d

在贮槽液面与管出口截面之间列机械能衡算方程

22

gz1 ub1 p1 gz2 ub2 p2 hf

2 2

即 gh ub hf ub 20ub2 20.5ub2

2

2

22

或写成 h 20.5ub2

9.81

ub （5） 式（4）与式（5）联立，得

(2)2dh 0

0.032d 即 dhh

d

i.c. θ=0，h=h1=2 m；θ=θ，h=1m 积分得 564 521 22s 467s6 1.3 h

动量传递现象与管内流动阻力

15．某不可压缩流体在矩形截面的管道中作一维定态层流流动。设管道宽度为b，高度2y0，且b>>y0，流道长度为L，两端压力降为 p，试根据力的衡算导出（1）剪应力τ随高

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度y（自中心至任意一点的距离）变化的关系式；（2）通道截面上的速度分布方程；（3）平均流速与最大流速的关系。 解：（1）由于b>>y0 ,可近似认为两板无限宽，故有

1 p

( p 2yb) y （1） 2bLL

（2）将牛顿黏性定律代入（1）得

du

dy du py

dyL上式积分得

u py2 C （2）

2 L

边界条件为 y=0，u=0，代入式（2）中，得 C=-C

p2

y0 2 L

因此 u p(y2 y02) （3）

2 L（3）当y=y0，u=umax

p2

故有 umax y0

2 L再将式（3）写成

y2 （4） u umax 1 ()

y

根据ub的定义，得

u 1udA 1u 1 (y)2 dA 2u

bmax max

A AA Ay3

16．不可压缩流体在水平圆管中作一维定态轴向层流流动，试证明（1）与主体流速u

相应的速度点出现在离管壁0.293ri处，其中ri为管内半径；（2）剪应力沿径向为直线分布，且在管中心为零。

r2 r2 （1） 解：（1）u umax 1 () 2u1 () b

rr i i 当u=ub 时，由式（1） …… 此处隐藏：2305字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……