第一章--流体流动答案.

1、【 0-1 】 1m3 水中 溶 解 0.05kmol绪论CO2，试求溶液中 CO2 的摩尔分数，水的密度为100kg/m 3。1000解 水 1000kg/ m3kmol/ m3180.05CO 2的摩尔分数x8 9910 41000.0.0518【 0-2 】在压力为101325 Pa、温度为 25 条件下，甲醇在空气中达到饱和状态。试求：(1) 甲醇的饱和蒸气压pA ； (2) 空气中甲醇的组成，以摩尔分数yA 、质量分数A 、浓度 cA 、质量浓度A 表示。解(1) 甲醇的饱和蒸气压p A7 197361574 99lg p A.p A16.9kPa.25 238 86.(2) 空气中

2、甲醇的组成16 9摩尔分数yA.0 167101 325.质量分数0 1670.16732290 181A3210.167.()pA16 933浓度cA.6 8210kmol/ m8 314298.RT.10 30.218 kg / m3质量浓度AcA M A = 6.8232【 0-3 】 1000kg的电解液中含NaOH 质量分数10% 、 NaCl 的质量分数10% 、 H 2O 的质量分数80% ，用真空蒸发器浓缩，食盐结晶分离后的浓缩液中含NaOH50% 、 NaCl 2%、H 2 O 48% ，均为质量分数。试求：(1) 水分蒸发量；(2) 分离的食盐量； (3) 食盐分离后的浓缩

3、液量。在全过程中，溶液中的NaOH 量保持一定。解电解液 1000kg浓缩液中NaOH1000 ×0.l=100kgNaOH=0.5 （质量分数）NaOH 1000×0.l=100kgNaCl=0.02 （质量分数）H2 O1000×0.8=800kgH2O=0.48 （质量分数）在全过程中，溶液中量保持一定，为100kgNaOH浓缩液量为 100 / 0.5200kg200kg 浓缩液中，水的含量为200 ×0.48=96kg，故水的蒸发量为800-96=704kg浓缩液中NaCl的含量为200×0.02=4kg ，故分离的NaCl 量为 1

4、00-4=96kg第一章流体流动流体的压力【 1-1 】容器A 中的气体表压为60kPa ，容器B 中的气体真空度为1.2104 Pa。试分别求出 A 、 B 二容器中气体的绝对压力为若干帕，该处环境的大气压力等于标准大气压力。解 标准大气压力为 101.325kPa容器 A 的绝对压力pA101.325+60161.325kPa容器 B 的绝对压力pB101.3251289.325kPa【 1-2 】某设备进、出口的表压分别为-12kPa 和 157kPa ，当地大气压力为101.3kPa 。试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。解 进口绝对压力p进101.31289.3

5、 kPa出口绝对压力p出101. 3157258 .3 kPa进、出口的压力差p 157 （ 12） 15712169kPa或p 258. 389. 3 169 kPa流体的密度【 1-3 】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩尔分数为0.4 ，试求该混合液在20下的密度。解正庚烷的摩尔质量为100 kg / kmol ，正辛烷的摩尔质量为114kg / kmol 。将摩尔分数换算为质量分数0 4100正庚烷的质量分数1.0 3690 41000 6114.正辛烷的质量分数210.3690.631从附录四查得20 下正庚烷的密度1684kg / m3 ，正辛烷的密度为2703 kg / m3混合

6、液的密度13m696kg / m0.369 0.631684703【 1-4 】温度 20 ，苯与甲苯按4:6 的体积比进行混合，求其混合液的密度。解20时，苯的密度为879kg / m3 ，甲苯的密度为867kg / m3 。混合液密度m8 79 .0 4 8 667 807.18 / 3k gm【 1-5 】有一气柜，满装时可装6000m3 混合气体，已知混合气体各组分的体积分数为H 2N2COCO2CH 40.40.20.320.070.01操作压力的表压为5.5kPa ，温度为40 。试求： (1) 混合气体在操作条件下的密度；(2)混合气体的量为多少kmol 。解T 27340313

7、 K， p101. 35. 5106. 8kPa（绝对压力）混合气体的摩尔质量M m 2 0.4280.228 0.32 44 0.07 160.0118.6 kg / kmol(1) 混合气体在操作条件下的密度为pM m106 818 60 7633.kg / mm8 314313.RT.(2) 混合气体 V6000m3 ，摩尔体积为M m18.6m3 / kmolm0.763V60000 763混合气体的量为.246 kmolnM m18 6.m流体静力学【 1-6 】如习题1-6 附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中，管中水柱较水槽液面高出2m ，当地大气压力为10

8、1.2kPa 。试求： (1) 管子上端空间的绝对压力； (2) 管子上端空间的表压；(3) 管子上端空间的真空度；(4) 若将水换成四氯化碳，管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米？解管中水柱高出槽液面2m， h=2m 水柱。(1) 管子上端空间的绝对压力p绝在水平面11' 处的压力平衡，有p绝gh大气压力p绝10120010009.81281580Pa（绝对压力）(2) 管子上端空间的表压p表p表p绝 - 大气压力 =81580 10120019620 Pa习题 1-6附图(3) 管子上端空间的真空度p真p真 =- p表 =-19620 19620 Pa(4) 槽内为四氯化碳，管中液

9、柱高度h 'h '水 hccl 4常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为ccl41594 kg / m3h '100021 25m1594.【 1-7 】在 20条件下， 在试管内先装入12cm 高的水银， 再在其上面装入5cm 高的水。水银的密度为13550kg / m3 ，当地大气压力为101kPa 。试求试管底部的绝对压力为多少Pa。解水的密度水 =998kg / m3p1011030 12135500 059989 81117 4103 Pa.【 1-8 】如习题1-8 附图所示，容器内贮有密度为1250kg / m3 的液体，液面高度为3.2m 。容器侧壁上有两

10、根测压管线，距容器底的高度分别为2m 及 1m ，容器上部空间的压力（表压）为 29.4kPa 。试求：(1) 压差计读数（指示液密度为1400kg / m3 ）； (2)A 、 B 两个弹簧压力表的读数。解容器上部空间的压力p29. 4 kPa（表压）液体密度1250 kg / m3 ，指示液密度0 1400 kg / m3(1) 压差计读数 R=?在等压面11' 上 p1p '1p1p3.2 1 h R g习题 1-8 附图p '1p3.221h g R 0 gp2.2h R g p2.2h g R 0 gRg00因 g00，故 R0(2)pA3 2129 4103

11、2 212509 8156 4103Pap.g.pBp3 22g29 41031 212509 8144 1103.Pa【 1-9 】如习题1-9附图所示的测压差装置，其U 形压差计的指示液为水银，其他管中皆为水。若指示液读数为R150mm ，试求 A 、 B 两点的压力差。解等压面11'， p1p '1p1pAH水 g1pB0 5HR水 gR汞 gp '.习题 1-9 附图由以上三式，得pApBR汞g0 5R 水 g.已知 R0.15m， 汞13600kg / m3，pApB0.15136009.810.50.1510009.8113.6410 3 Pa 13.64k

12、Pa【 1-10 】常温的水在如习题1-10附图所示的管路中流动，为测量A 、 B 两截面间的压力差，安装了两个串联的U 形管压差计，指示液为汞。测压用的连接管中充满水。两U 形管的连接管中，充满空气。若测压前两U 形压差计的水银液面为同一高度，试推导A 、 B两点的压力差p 与液柱压力汁的读数R1、 R2 之间的关系式。解设测压前两 U 形压差计的水银液面，距输水管中心线的距离为H 。在等压面2 2'处p2pAHR1水 g R1汞 gR1R2气 g22p'2pBHR2水 g R2汞 g2因 p2p '2，由上两式求得pApB(R1R2 )汞水气 g2因气水习题 1-1

13、0附图故pApBR1R2汞 -水g2【 1-11 】力了排除煤气管中的少量积水，用如习题 1-11附图所示水封设备，使水由煤气管路上的垂直管排出。已知煤气压力为10kPa （表压） ，试计算水封管插入液面下的深度 h 最小应为若干米。解hp1 01301. 02g1000.98 1m流量与流速【 1-12 】有密度为1800 kg / m3 的液体，在内径为60mm习题 1-11 附图的管中输送到某处。若其流速为08m / s ，试求该液体的体积流量 (m3 h) 、质量流量kg / s 与质量流速kg /m2s。解 (1)体积流量qV4d 2u40062082.2610 3 m3 / s8.

14、14 m3h10 3(2)质量流量qm qV2 2618004 07kg / s.(3)质量流速= qm =4.07=1440 kg / (m2s)A0.0624【 1-13 】如习题1-13附图所示的套管式换热器，其内管为33.5mm 3.25 mm ，外管为60 mm 3. 5mm。内管中有密度为1150kg / m3 、流量为5000 kg / h 的冷冻盐水流动。内、外管之间的环隙有绝对压力为05MPa，进、出口平均温度为0 ，流量为160kg / h 的气体流动。在标准状态下kPa ，气体的密度为1.2kg / m3。试求气体和盐水的流速。(0 ，101.325)解液体1 1 5 0

15、k g/3m内管内径d内33.53.25227mm0.027 m液体质量流量qm5000kg / h，体积流量qV500031150mh5000 /1150流速u液qV2.11m / sd2内36000.027244气体质量流量qm 160kg / h0 51063密度气1 2.5 92与温度成反比）.101325. kg / m（气体的密度与压力成正比，体积流量1603qV5 92mh.流速u气160 / 5.925.67m / s0.05320.0335236004习题 1-13 附图习题 1-14 附图【 1-14 】如习题1-14 附图所示，从一主管向两支管输送20的水。要求主管中水的

16、流速约为1.0m s ，支管1 与支管2 中水的流量分别为20t / h与 10t / h 。试计算主管的内径，并从无缝钢管规格表中选择合适的管径，最后计算出主管内的流速。解水 : t20，998.2kg/m31000kgm/3主管的流量qmqm1qm 2201030t / h30103kg / h体积流量qVqm3 0130 30m3 / h ，流速u 1.0m s1000管径dqV300.103103mm36000 7851 0m3600u.4选择 108mm4mm无缝钢管，内径为d100 mm ，主管内水的流速qm / 360030 / 36001.06m / su20 12d4(. )

17、4连续性方程与伯努利方程【 1-15 】常温的水在如习题1-15 附图所示的管路中流动。在截面1 处的流速为0.5m / s ，管内径为200mm ，截面2 处的管内径为100mm 。由于水的压力，截面1 处产生 1m高的水柱。试计算在截面1 与 2之间所产生的水柱高度差h 为多少（忽略从1 到 2 处的压头损失） ?解u1 0.5m / sd10 2d201. m,. md12u2u10 5222d2.( )m / sp1u12p2u2222p1p2u22u12220.521.87522ppp1 8751 87510001875Pa12.p18750 191191mmh10009 81. m

18、g.习题1-15 附图习题 1-16 附图另一计算法p1u12p2u22g2gg2gp1 p2 u22u12220.520191h2g29.81. mg计算液柱高度时，用后一方法简便。【 1-16 】在习题1-16 附图所示的水平管路中，水的流量为2.5L / s 。已知管内径 d1 5cm ,d2 2.5cm ，液柱高度h11m 。若忽略压头损失，试计算收缩截面2 处的静压头。解水的体积流量qV2.5L/2 5.103m3/ss ，qV2 510 3截面1 处的流速u1.1.274 m / sd120.05244120 052截面2 处的流速21d1 274.5 1s/0 025uud2.m

19、.在截面 1 与 2 之间列伯努利方程，忽略能量损失。p1u12p2u22g2gg2gp1h1d110.0510 025g22.127422.5 110.025h2.29 8129 81.截面2 处的静压头h20. 2 1m8水柱负值表示该处表压为负值，处于真空状态。【 1-17 】如习题 1-17 附图所示的常温下操作的水槽，下面的出水管直径为57mm 3.5mm 。当出水阀全关闭时，压力表读数为 30.4kPa 。而阀门开启后，压力表读数降至20.3kPa 。设压力表之前管路中的压头损失为0.5m 水柱，试求水的流量为多少m3/ h ?30. 4kPa （表压）解 出水阀全关闭时，压力表读

20、数能反映出水槽的水面距出水管的高度hp表30 4103h.3.1m习题 1-17 附图103g9.81阀门开启后，压力表读数p2 20. 3kPa （表压）从水槽表面至压力表处的管截面列出伯努利方程，以求出水管的流速u2Z1p2 + u22+ H fg 2gZ1h3.1m,H f0.5m水柱20 3323 11020 5.9 812u.1039 81.u23.23m / sd0.05m水的流量qV220 0523 236 3410 3322 83d u.m / s.m / h44880kg / m3 ）、 98% 硫酸 (密度为 1830kg / m3 )【 1-18 】若用压力表测得输送水、

21、油（密度为的某段水平等直径管路的压力降均为49kPa 。试问三者的压头损失的数值是否相等？各为多少米液柱？解从伯努利方程得知，等直径水平管的压头损失H f 与压力降p 的关系为 H fp 。gH f 水 =p49 1034.99m 水柱10009.81水 g【 1-19 】如习题1-19在管路中流动的机械能损失为H f 油 =p491035.68 m 油柱油 g8809.81H f 硫酸=p4910 32 73m硫酸柱硫酸 g1830 9.81.附图所示，有一高位槽输水系统，管径为57mm 3.5mm 。已知水h f4.5u2(u 为管内流速 )。试求水的流量为多少m3 / h 。2欲使水的流

22、量增加20% ，应将高位槽水面升高多少米？解管径 d0. 05m ，2机械能损失hf4.5u2(1) 以流出口截面处水平线为基准面，Z 1 5m, Z 20,u10,u2？1u224 5u22Z g.22u22Z1 g4.22m / s习题 1-19 附图5 5.水的流量20 0528 2910 3329 833V24 22.hqd u.m / sm44(2)q'V1 0.2 qV1.2qVu'21 21.24.225.06m / s.u2Z '1 g23(u'2 )2231 7527 18Z '1( . )m9 81.高位槽应升高7.1852.18m【

23、 1-20 】如习题 1-20附图所示， 用离心泵输送水槽中的常温水。泵的吸入管为32mm2.5mm ，管的下端位于水面以下2m ，并装有底阀与拦污网，该处的局部压头损失为8u 2。若截面 22'2g处的真空度为39.2kPa ， 由 11'截面至 22'截面的压头损失为12u 。试求： (1) 吸入管中水的流量，m3/ h ；(2) 吸入口1 1'截面22g的表压。解管 内 径 d 0. 0 3 2 .0 0 0 2 .5 m 2m， 0水 0 密2 7度习题 1-20附图1000kg / m3截面 22' 处的表压 p239 .2kPa ，水槽表面p

24、10 （表压）(1) 从00'至22 '，11' 为基准面，Z 02,Z25m,u00,u2?压头损失H f8u22+ 1u22= 81u222g22g22gZp0u02Z 2p2u22H f02gg2gg0339.2 103u2281u2210009.8129.81229 81.u21.43m/ s水的流量2360021.43360.039 5qV2( 002 7)m2d u4h4(2) 从11'至 22', Z10, Z25p1p2122Z 2ugg2 2 gp139.210311 4325.1000 9.8110009.81229.81p110.4

25、103Pa10.4kPa(表压 )流体的黏度【 1-21 】当温度为20及 60时，从附录查得水与空气的黏度各为多少？说明黏度与温度的关系。解20 60 水1.005103Pa s0.4 6931 0Pa s空气1 8.116 0Pa s20 1106.Pa s水温度升高，黏度减小；空气温度升高，黏度增大。雷诺数与流体流动类型【 1-22 】 25的水在内径为50mm 的直管中流动，流速为2m/s 。试求雷诺数，并判断其流动类型。解25，水的黏度0.8937103 Pas，密度997kg / m3 ，管内径d 0.05m ，流速u 2 m / sdu0.05 2 9971 121054000

26、为湍流Re0 8937 10 3.【 1-23 】(1) 温度为20、流量为 4L / s 的水，在57mm3.5mm 的直管中流动，试判断流动类型；(2) 在相同的条件下，水改为运动黏度为4.4cm2 / s的油，试判断流动类型。解 (1)d 0.05m,q410 3 m3/ s，1.00510 3 Pa s,998.2kg / m3V流速uqV410 32.038 m / s20 0524(4 d.)du0 052 038998 25雷诺数Re.1 01104000为湍流1 00510 3.(2)v4.4cm2/ s4.410 4m2/ sdu0 052 038雷诺数Re.232 2000为层流v4 410 4.【 1-24 】20的水 在219 mm6mm的直管内流动。试求：(1) 管中水的流量由小变