制药工程原理前三章答案

第一章 流体流动习题答案1.试计算空气在真空度为 41.3kPa及40 oC时的密度。 （79%的 N2和 21%的 O2）解：绝压 P大气压真空度101.33-41.3=60.03kPaM 平 =79%28+21%32=28.84kg/kmol 328.460.30.89/.31(7154)p kgmRT 平平2.某蒸汽压力表上的读数为 167kPa,当地当时大气压计的读数为 100kPa，试查出蒸汽的饱和温度.(查教材附录饱和水蒸气表)。解:蒸汽绝压=大气压 +表压=167+100=267kPa查饱和水蒸气表,蒸汽的温度约为 1303.如本题附图所示,测压管分别与三个设备 A,B,C 相连通,连通管的下部是水银,其密度为 13600kg/m3,上部是水,其密度为 1000kg/m3,三个设备内的水面在同一水平面上.问:(1)1、2、3 三处压力是否相等？（2）4、5、6 三处压力是否相等？（3）若 h1100mm，h 2200mm，且知设备 A 直接通大气（大气压力为101.33kPa） 。求 B、C 两设备内水面上方的压力。解(1) ，因 1.2.3三点的截面之间不属于同一种连续的流体.123p不 成 立(2) ,因 4.5.6三点的截面之间处于属于同一种静止的,连通的,连456成 立续的流体.(3)若求 ,先找等压面.由(2)知, ,由此三点列静力学方程并设BCp456p1、2、3 三点到液面的距离为 H。A 点与大气相通， 51.03AapkPa则 425 12262456()AHOB HgCgphhp推导出5212().031(0136)0.981.276BAHOgCph kPa4比压计中水银面的高度差 h=0.36m,其它液体为水。A、B 两容器高度位置差为 1m，如图所示，试求 A、B 两容器中心处压力差 PA-PB.解：找等压面列静力学方程。由图示知等压面有： 125634;ppp设 A点到 1点垂直距离为 H；则2HOg42(1)BHOg则 142ABHOppg而 521hh634HgHgphph则 142()HgOp22)0.36(10)9.810.34.65ABgh kPa5.如图所示，用真空计测得封闭水箱液面上的真空度为 0.98kN/m2,敞口油箱中油面比水箱水面低 H=1.5m,水银比压计的读数为 h1=5.61m，h 2=0.2m。求油的密度。解： 找等压面列静力学方程:由图示知 ，12p;980BaAapP112()AHOphg2BoilHgh则 1 3980(1.560.2).213609.80.4/56Hgoil kgm 6如图所示，密度为 850kg/m3的料液从高位槽送入塔中,高位槽内的液面恒定,塔内表压力为 9.807103Pa,进料量为 5m3/h,连接管为 382.5mm 的钢管，料液在连接管内流动的能量损失为 30J/kg,问高位槽内的液面应比塔的进料口高出多少米?解：以高位槽液面为 1-1,以虹吸管出口内侧为 2-2，并以 2-2为基准水平面 0-0。在 1-1及 2-2间列柏努利方程 fmmem hupgzWupgz 2222111 1因：z2=0，Pm1=0(表压)；Pm2=9.807103Pa(表压)；外加功 We=0, um1=0 2 2253601./1.78.4Vmqu sD则21 2198071.6304.7.598.1mfpuzghm因此，高位槽内的液面应比塔的进料口高 4.37m，才可正常工作。7. 如图所示,用离心泵把 20的水从储槽送至水洗塔的顶部,槽内水位维持恒定,个部分相对位置如图所示。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 24.66103Pa。水流经吸入管和排出管(不包括喷头)的能量损失分别按h f12u 2和h f112u 2计算，u 为吸入管和排出管中流体的流速，排水管与喷头连接处的压力为 98.07103Pa(表压),试求泵的有效功率。解：列两次柏努利方程.现以水槽液面为 1-1截面,以泵吸入口为 2-2截面,液面为基准水平面列柏努利方程. fmmem hupgzWupgz 2222111 1121220,.5,;4.6;0;mamamfZppkPauehu 再以水槽液面为 1-1截面,以喷嘴前为 2-2截面,液面为基准水平面列柏努利方程. fmmem hupgzWpgz 2222111 13 321 30,4,;98.07;.9/aamfmZp kPauhus22 21980714. 4.51.93.01/.fWezghJkg21293.01.7850.98.230.4ev mPqeDuW8如图所示之文德利管，已知 d1150mm，d 2100mm，水银比压计h200mm，若不计流动阻力损失，求流量。解:在 1点和 2点之间列柏努利方程 21 21 2m mfpupuzHezHgg因 1220,()(36).981472.fmHgOZephgPaA由连续性方程知 2211221 2440()0.45mmmmuDuu22121222147.(0.4)/0.86/7.3.49/mmmmpugguuss223310.5.1.0.61/2/4vmqDh.6./mv kgs9一圆管输送 10的水，流量为 30cm3/s,若在 L=15m 的管路上测得水的压头损失 hf=20mmH2O,设流动状态为层流,求管道直径。1-32图解：圆管直径为 D, 103/7.910mkgsPa水 的 密 度水 的 粘 度则流速 2285.41DqquVVm假设为层流由 2,mf uLHDg6464Remm2 22 4354 (0.78)40.761.07169.9.v VfmuLqDLqHgggDD D=1.8710-2m=18.7mm 选管 221.5mm 无缝钢管,D=19mm核算523100.99.7.78.Re 153820mu 假设层流成立选管：221.5mm10当流 体以 15m3/h的流量在 10m长,规格为 894.5mm 的水平无缝直圆管内稳定流动时,试计算其压头损失和压力损失,并判断流体的流动类型。（流体的密度 800kg/m3;粘度 0.002PaS; 取 0.03,g=9.81m/S2） 。解：2215/360.89/.78.4Re65400.vmqumsD属 湍 流2 21.89.3.13mfuLHmDg2 20. 0.868mfp Pa11如图所示两个敞口容器位置，输送 20的二氯乙烷 2m3/10min，试求泵所提供的有效压头。已知：二氯乙烷粘度 8.3104 Pa.s，密度 1250kg/m3,z1=2m,z2=14m,管长共20m, 管子规格 593mm，管路上装有 900标准弯头 10个,全开闸门 2个,单向阀 1个( 取 2.0),e取 0.3mm.解：以储罐的液面为 1-1，以高位槽液面为 2-2， 以 1-1为基准水平面。列柏努利方程 2 211 21 2m mmfppu uzHeZHgg因 Pm1=Pm2=Pa um1u m2 0 Z2-Z1=12m则 He=( Z2-Z1)+Hf=12h f 1-35图阻力计算管长 L=15m 管经：D=53mm 流速： 2 221061.5m/s0.785.785.3VmquD吸 吸 540.31.0Re 1.208mu管件：全开闸阀 2 个，Le=20.35=0.7m 标准弯头 10 个, Le=101.6=16m 则Le=16.7m 单向阀 2; 1出 口0.30.575ed吸查表 吸 =0.032 阻力损失： 2 2m2016.71.5)(.33)598f uLeHDg ( 2.94则 He=12+Hf=12+2.924=14.924m12一圆管输送未知粘度的液体，液体的密度为 1050kg/m3，流量为 0.15m3/h, 管子的规格为 573.5mm.若在管长 L=15m 的管长上测得流体的压头损失 20mm 液柱,若假设流体的流动型态为滞流,试计算液体的粘度并验证流动型态.解： 流速 220.15/360.1/178.4Vmqu msD假设为层流由 2,mf uLHg6464Remmdu2 2223236401.0519.80.563mmffmuuLLDDgHg PaSLu核算0.5.2105Re 206D假设层流成立13.用管道输送液体，输液直圆管为 763mm新无缝钢管，输液量 qV =25m3/h，所送液体的运动粘度 = 0.610-6m2/s，密度 =820kg/m3。试求直圆管每米管长的压力降。(e 取 0.2mm)解： 225/3601.85/1.78.4Vmqu msD560.71.85Re 2.10mmu0.2.97eD查表, .220.7821.0528.4/mffuLp PamD14 .在 20下将浓度 95%乙醇从低位贮槽中用泵送至高位贮罐中，泵入口管路为 573.5mm 的无缝钢管 1m，泵出口管路由 383mm 的无缝钢管 9m、出口管路上装有一个全开的截止阀和一个 90 标准弯头。管路入口在低位贮槽液面以下 2m，低位贮槽内液体表面压力为大气压力，管路出口在低位贮槽液面以上 5m，管路出口表压力为 20kPa，若流量维持在 10m3/h，求泵需提供的有效功率。 （20