化工原理之流體的壓力

流體的壓力力【1-1】容容器A中的氣氣體表壓壓為60kkPa，容器B中的氣氣體真空空度為PPa。試分分別求出出A、B二容器器中氣體體的絕對對壓力為為若干帕帕，該處處環(huán)境的的大氣壓壓力等于于標準大大氣壓力力。解標準大氣氣壓力為為1011.3225kPPa容器A的絕絕對壓力容器B的絕絕對壓力力【1-2】某某設備進進、出口口的表壓壓分別為-122kPaa和1577kPaa，當?shù)氐卮髿鈮簤毫?011.3kkPa。試求求此設備備的進、出出口的絕絕對壓力力及進、出出的壓力力差各為為多少帕帕。解進口絕對對壓力出口絕對壓壓力進、出口的的壓力差差流體的密度度【1-3】正正庚烷和和正辛烷烷混合液液中，正正庚烷的的摩爾分分數(shù)為00.4，試試求該混混合液在在20℃下的密密度。解正庚烷的的摩爾質(zhì)質(zhì)量為，正正辛烷的的摩爾質(zhì)質(zhì)量為。將摩爾分數(shù)數(shù)換算為為質(zhì)量分分數(shù)正庚烷的質(zhì)質(zhì)量分數(shù)正辛烷的質(zhì)質(zhì)量分數(shù)數(shù)從附錄四查查得200℃下正庚庚烷的密密度，正正辛烷的的密度為為混合液的密密度【1-4】溫溫度200℃，苯與與甲苯按按4:66的體積積比進行行混合，求求其混合合液的密密度。解200℃時，苯苯的密度度為，甲甲苯的密密度為?；旌弦好芏榷取?-5】有有一氣柜柜，滿裝裝時可裝裝混合氣氣體，已已知混合合氣體各各組分的的體積分分數(shù)為操作壓力的的表壓為為5.55kPaa，溫度度為40℃。試求求：(11)混合合氣體在在操作條條件下的的密度；；(2))混合氣氣體的量量為多少少。解混合氣體的的摩爾質(zhì)質(zhì)量(1)混合合氣體在在操作條條件下的的密度為為(2)混合合氣體，摩摩爾體積積為混合氣體的的量為流體靜力學學【1-6】如如習題11-6附附圖所示示，有一一端封閉閉的管子子，裝入入若干水水后，倒倒插入常常溫水槽中，管管中水柱柱較水槽槽液面高高出2mm，當?shù)氐卮髿鈮簤毫?101.2kkPa。試試求：((1)管管子上端端空間的的絕對壓壓力；((2)管管子上端端空間的的表壓；；(3))管子上上端空間間的真空空度；((4)若若將水換換成四氯氯化碳，管管中四氯氯化碳液液柱較槽槽的液面面高出多多少米？？解管中水柱柱高出槽槽液面22m，h=2m水柱柱。(1)管子子上端空空間的絕絕對壓力力在水平面處處的壓力力平衡，有有習題1-6習題1-6附圖(2)管子子上端空空間的表表壓(3)管子子上端空空間的真真空度(4)槽內(nèi)內(nèi)為四氯氯化碳，管管中液柱柱高度常溫下四氯氯化碳的的密度，從從附錄四四查得為為【1-7】在在20℃條件下下，在試試管內(nèi)先先裝入112cmm高的水水銀，再再在其上上面裝入入5cmm高的水水。水銀銀的密度度為，當當?shù)卮髿鈿鈮毫闉?。試求求試管底底部的絕絕對壓力力為多少少Pa。解水的密度度【1-8】如如習題11-8附附圖所示示，容器器內(nèi)貯有有密度為為的液體體，液面面高度為3..2m。容器器側(cè)壁上上有兩根根測壓管管線，距距容器底底的高度度分別為為2m及1m，容容器上部部空間的的壓力（表表壓）為為29..4kPPa。試試求：((1)壓差差計讀數(shù)數(shù)（指示示液密度度為）；；(2))A、B兩個彈彈簧壓力力表的讀讀數(shù)。解容器上部部空間的的壓力液體密度，指指示液密密度(1)壓差差計讀數(shù)數(shù)R=??習題1-習題1-8附圖(2)習題1-9附圖【1-9】如如習題11-9附附圖所示示的測壓壓差裝置置，其UU形壓差差計的指指示液為為水銀，其其他管中中皆為水水。若指指示液讀讀數(shù)為，試試求A、B兩點的習題1-9附圖解等壓面由以上三式式，得已知，習題1-10附圖【1-100】常溫溫的水在在如習題題1-110附圖圖所示的的管路中中流動，為為測量AA、B兩截面面間的壓壓力差，安安裝了兩兩個串聯(lián)聯(lián)的U形管壓壓差計，指指示液為為汞。測測壓用的的連接管管中充滿水。兩兩U形管的連連接管中中，充滿滿空氣。若若測壓前前兩U形壓差差計的水水銀液面面為同一一高度，試試推導AA、B兩點的的壓力差差與液柱柱壓力汁汁的讀數(shù)數(shù)之間的習題1-10附圖解設測壓前前兩U形壓差差計的水水銀液面面，距輸輸水管中中心線的的距離為為H。在等壓面處處因，由上兩兩式求得得習題1-11附圖習題1-11附圖故【1-111】力了了排除煤煤氣管中中的少量量積水，用用如習題題1-111附圖圖所示水水封設備備，使水水由煤氣氣管路上上的垂直直管排出出。已知知煤氣壓壓力為（表表壓），試試計算水水封管插插入液面面下的深深度h最小應應為若干干米。解流量與流速速【1-122】有密度度為的液液體，在在內(nèi)徑為為60mmm的管管中輸送送到某處處。若其其流速為為，試求求該液體體的體積積流量、質(zhì)質(zhì)量流量量與質(zhì)量量流速。解(1)體積流流量(2)質(zhì)質(zhì)量流量量(3)質(zhì)質(zhì)量流速速【1-133】如習習題1--13附附圖所示示的套管管式換熱熱器，其其內(nèi)管為為，外管管為。內(nèi)內(nèi)管中有有密度為為、流量量為的冷冷凍鹽水水流動。內(nèi)內(nèi)、外管管之間的的環(huán)隙有有絕對壓壓力為，進進、出口口平均溫溫度為，流量量為的氣氣體流動動。在標標準狀態(tài)態(tài)下，氣氣體的密密度為。試試求氣體體和鹽水水的流速速。解液體內(nèi)管內(nèi)徑液體質(zhì)量流流量，體體積流量量流速氣體質(zhì)量流流量密度體積流量流速習題1-113附圖圖習題1--14附附圖【1-144】如習習題1--14附附圖所示，從從一主管管向兩支支管輸送送20℃的水。要要求主管管中水的的流速約約為，支支管1與支管管2中水的的流量分分別為。試試計算主主管的內(nèi)內(nèi)徑，并并從無縫縫鋼管規(guī)規(guī)格表中中選擇合合適的管管徑，最最后計算算出主管管內(nèi)的流流速。解主管的流量量體積流量，流流速管徑選擇無縫鋼鋼管，內(nèi)內(nèi)徑為，主管內(nèi)水的的流速連續(xù)性方程程與伯努努利方程程【1-155】常溫溫的水在在如習題題1-115附圖圖所示的的管路中中流動。在截面面1處的流流速為，管管內(nèi)徑為為2000mm，截截面2處的管管內(nèi)徑為為1000mm。由由于水的的壓力，截面1處產(chǎn)生1m高的水柱。試計算在截面1與2之間所產(chǎn)生的水柱高度差h為多少（忽略從1到2處的壓頭損失）?解習題1-15習題1-15附圖習題1-16附圖另一計算法法計算液柱高高度時，用用后一方方法簡便便?！?-166】在習習題1--16附附圖所示示的水平平管路中中，水的的流量為為。已知知管內(nèi)徑徑,，液液柱高度度。若忽忽略壓頭頭損失，試試計算收收縮截面面2處的靜靜壓頭。解水的體積積流量，截面1處的的流速截面2處的的流速在截面1與與2之間列列伯努利利方程，忽忽略能量量損失。截面2處的的靜壓頭頭水柱習題1-17附圖負值表示該該處表壓壓為負值值，處習題1-17附圖【1-177】如習習題1--17附附圖所示示的常溫溫下操作作的水槽槽，下面面的出水水管直徑徑為。當當出水閥閥全關閉閉時，壓壓力表讀讀數(shù)為330.44kPaa。而閥閥門開啟啟后，壓壓力表讀讀數(shù)降至至20..3kPPa。設設壓力表表之前管管路中的的壓頭損損失為00.5mm水柱，試試求水的的流量為為多少??解出水閥全全關閉時時，壓力力表讀數(shù)數(shù)30..4kkPa（表表壓）能能反映出出水槽的的水面距距出水管管的高度h閥門開啟后后，壓力力表讀數(shù)數(shù)（表壓壓）從水槽表面面至壓力力表處的的管截面面列出伯伯努利方方程，以以求出水水管的流流速水的流量【1-188】若用用壓力表表測得輸輸送水、油油（密度度為）、988%硫酸酸(密度為為)的某段段水平等等直徑管管路的壓壓力降均均為499kPaa。試問問三者的的壓頭損損失的數(shù)數(shù)值是否否相等？？各為多多少米液液柱？解從伯努利利方程得得知，等等直徑水水平管的的壓頭損損失與壓壓力降的的關系為為。習題1-19附圖【1-199】如習習題1--19附附圖所示示，有一一高位槽槽輸水系系統(tǒng)，管管徑為。已已知水在在管路中中流動的的機械能能損失為為(u為管內(nèi)內(nèi)流速))。試求求水的流流量為多多少。欲欲使水的的流量增增加200%，應應將高位位槽水面面升高多多少米習題1-19附圖解管徑，機械能損失失(1)以以流出口口截面處處水平線線為基準準面，水的流量(2)習題1-20附圖高位槽應升習題1-20附圖【1-200】如習題題1-220附圖圖所示，用用離心泵泵輸送水水槽中的的常溫水水。泵的的吸入管管為，管管的下端端位于水水面以下下2m，并并裝有底底閥與攔攔污網(wǎng)，該該處的局局部壓頭頭損失為為。若截截面處的真空空度為339.22kPaa，由截面面至截面面的壓頭頭損失為為。試求求：(11)吸入入管中水水的流量量，；(2))吸入口口截面的的表壓。解管內(nèi)徑，水水密度截面處的表表壓，水水槽表面面（表壓壓）(1)從從為基準準面，壓頭損失水的流量(2)從從流體的黏度度【1-211】當溫溫度為220℃及60℃時，從從附錄查查得水與與空氣的的黏度各各為多少少？說明明黏度與與溫度的的關系。解20℃℃660℃水空氣水溫度升高高，黏度度減??；空空氣溫度度升高，黏黏度增大。雷諾數(shù)與流流體流動動類型【1-222】255℃的水在在內(nèi)徑為為50mmm的直直管中流流動，流流速為22m/ss。試求求雷諾數(shù)數(shù)，并判判斷其流流動類型型。解255℃，水的的黏度，密密度，管管內(nèi)徑，流速【1-233】((1)溫溫度為220℃、流量量為的水水，在的的直管中中流動，試試判斷流流動類型型；(22)在相相同的條條件下，水水改為運運動黏度度為的油油，試判判斷流動動類型。解(11)流速雷諾數(shù)(2)雷諾數(shù)【1-244】200℃的水在在的直管管內(nèi)流動動。試求求：(11)管中中水的流流量由小小變大，當當達到多多少時，能能保證開開始轉(zhuǎn)為為穩(wěn)定湍湍流；((2)若若管內(nèi)改改為運動動黏度為為的某種種液體，為為保持層層流流動動，管中中最大平平均流速速應為多多少？解(11)水，200℃，體量流量(2)管內(nèi)流體流流動的摩摩擦阻力力損失習題1-25附圖【1-255】如習習題1-225附圖所所示，用用U形管液液柱壓差差計測量量等直徑徑管路從從截面A到截面B的摩擦擦損失。若若流體密密度為，指指示液密密度為，壓壓差計讀讀數(shù)為RR。試推推導出用用讀數(shù)R計算摩摩擦損失失的計算算式。習題1-25附圖解從截面AA到截面B列伯努努利方程程，截面面A為基準準面，則則得液柱壓差計計1-1為等壓壓面由式得此式即為用用U形管壓壓差計測測量流體體在兩截截面之間間流動的的摩擦損損失的計計算式?！?-266】如習習題1-226附圖所所示，有有的水平平管與垂垂直管，其其中有溫溫度為20℃的水流流動，流流速為。在在截面A與截面B處各安安裝一個個彈簧壓壓力表，兩兩截面的的距離為為6m，管壁壁的相對對粗糙度度。試問問這兩個個直管上上的兩個個彈簧壓壓力表讀讀數(shù)的差差值是否否相同？？如果不不同，試試說明其其原因。習題1-26附圖如果用液柱柱壓差計計測量壓壓力差，則則兩個直直管的液液柱壓力力計的讀讀數(shù)R是否相相同？指指示液為為汞，其其密度習題1-26附圖解已知管內(nèi)內(nèi)徑，水水的溫度度t=220℃密度，黏度度，流速速雷諾數(shù)湍流流管壁相對粗粗糙度查得摩擦系系數(shù)這兩個直管管的摩擦擦阻力損失失相同，為為(1)彈簧簧壓力表表讀數(shù)之之差值①水平管在A、B兩兩截面列列伯努利利方程因，故得②垂直管在A、B兩兩截面間間列伯努努利方程程，以截截面A為基準準面，上述計算結(jié)結(jié)果表明明，垂直直管的大大于水平平管的。這這是因為為流體在在垂直管管中從下下向上流流動時，位位能增大大而靜壓壓能減小小。(2)U形形管液柱柱壓差計計的讀數(shù)數(shù)R①水平管與與前面相相同，由由伯努利利方程得得另從U形管管壓差計計等壓面面處力的的平衡，求求得由式與式，求求得②垂直管與與前面相相同，由由伯努利利方程得得另從U形管管壓差計計等壓面面處力的的平衡，求求得由式，求得得從上述推導導可知，垂垂直管與與水平管管的液柱柱壓差計計的讀數(shù)數(shù)R相同。有有了讀數(shù)R值，就就可以分分別用式式求得水水平管及及垂直管管的。【1-277】有一一輸送水水的等直直徑（內(nèi)內(nèi)徑為dd）垂直直管路，在在相距HH高度的兩兩截面間間安裝一一U形管液液柱壓差差計。當當管內(nèi)水水的流速速為時，測測得壓差差計中水水銀指示示液讀數(shù)數(shù)為R。當流流速由增增大到時時，試求求壓差計計中水銀銀指示液液讀數(shù)是是R的多少少倍。設設管內(nèi)水水的流動動處于粗粗糙管完完全湍流流區(qū)。解從習題22-255與習題2-228可知，U形管液液柱壓差差計的讀讀數(shù)R與兩截截面間流流體流動動的摩擦擦損失成成正比，即即。又知道，在在粗糙管管完全湍湍流區(qū)為為阻力平平方區(qū)，即即摩擦損損失與流流體流速速的平方方成正比比，。由上述分析析可知因此【1-288】水的的溫度為為10℃，流量量為，在在直徑、長長為1000m的直管管中流動動。此管管為光滑滑管。(1)試計算算此管路路的摩擦擦損失；；(2)若流量量增加到到，試計計算其摩摩擦損失失。解水在100℃時的密密度，黏黏度，光光滑管。(1)體積積流量流速雷諾數(shù)摩擦系數(shù)摩擦損失(2)體積積流量因流量是原原來的3倍，故故流速雷諾數(shù)湍流流對于光滑管管，摩擦擦系數(shù)用用Blaasiuus方程程式計算算也可以從摩摩擦系數(shù)數(shù)與雷諾諾數(shù)Re的關聯(lián)聯(lián)圖上光光滑管曲曲線上查查得，。摩擦損失【1-299】試求求下列換換熱器的的管間隙隙空間的的當量直直徑：(1)如習題1-229附圖(a)所示，套套管式換換熱器外外管為，內(nèi)內(nèi)管為；；(2)如習題1-229附圖(b)所示，列列管式換換熱器外外殼內(nèi)徑徑為5000mm，列管管為的管管子1744根。習題1-229附圖解(11)套管式式換熱器器，內(nèi)管管外徑，外外管內(nèi)徑當量直徑(2)列管管式換熱熱器，外外殼內(nèi)徑徑，換熱熱管外徑徑，根數(shù)數(shù)根當量直徑【1-300】常壓壓下35℃的空氣氣，以12mm/s的流速速流經(jīng)1200m長的水水平管。管管路截面面為長方方形，高高3000mm，寬200mm，試求求空氣流流動的摩摩擦損失失，設。解空氣，，流流速。管管路截面面的高。當量直徑雷諾數(shù)摩擦損失【1-311】把內(nèi)內(nèi)徑為20mmm、長度度為2m的塑料料管（光光滑管），彎成倒U形，作為虹吸管使用。如習題1-31附圖所示，當管內(nèi)充滿液體，一端插入液槽中，另一端就會使槽中的液體自動流出。液體密度為，黏度為。為保持穩(wěn)態(tài)流動，使槽內(nèi)液面恒定。要想使輸液量為，虹吸管出口端距槽內(nèi)液面的距離需要多少米？解已知，體體積流量量流速從液槽的液液面至虹虹吸管出出口截面面之間列列伯努利利方程式式，以虹虹吸管出出口截面面為基準準面光滑管，查查得，管管入口突突然縮小小U形管（回回彎頭）習習題1-31附圖習題1-32附圖【1-322】如習習題1-332附圖所所示，有有黏度為為、密度度為的液液體，從從高位槽槽經(jīng)直徑徑為的鋼鋼管流入入表壓為為的密閉閉低位槽槽中。液液體在鋼鋼管中的的流速為為，鋼管管的相對對粗糙度度，管路路上的閥閥門當量量長度。兩兩液槽的的液面保保持不變變，試求求兩槽液液面的垂垂直距離離H。解在高位槽槽液面至至低位槽槽液面之之間列伯伯努利方方程計算算H，以低位槽槽液面為為基準面面。，液體密度雷諾數(shù)管長，閥門門，高位位槽的管管入口，低低位槽管管出口，90°彎頭習題1-33附圖【1-333】如習題1-333附圖所所示，用用離心泵泵從河邊邊的吸水水站將20℃的河水水送至水水塔。水水塔進水水口到河河水水面面的垂直直高度為為34..5m。管路路為的鋼管，管管長18000m，包括括全部管管路長度度及管件件的當量量長度。若若泵的流流量為，試試求水從從泵獲得得的外加加機械能能為多少少？鋼管管的相對對粗糙度度習題1-33附圖解水在200℃時，流量流速湍流查得摩擦阻力損損失以河水水面面為基準準面，從從河水水水面至水水塔處的的水管出出口之間間列伯努努利方程程。外加機械能能【1-344】如習習題1-334附圖所所示，在在水塔的的輸水管管設計過過程中，若若輸水管管長度由由最初方方案縮短短25%，水塔塔高度不不變，試試求水的的流量將將如何變變化？變變化了百百分之幾幾？水在在管中的的流動在在阻力平平方區(qū)，且且輸水管管較長，可可以忽略略局部摩摩擦阻力力損失及及動壓頭頭。解在水塔高高度H不變的的條件下下，輸水水管長度度縮短，輸輸水管中中的水流流量應增增大。從水塔水面面至輸水水管出口口之間列列伯努利利方程，求求得習題習題1-34附圖因水塔高度度H不變，故故管路的的壓頭損損失不變變。管長縮短后后的長度度與原來來長度的的關系為為在流體阻力力平方區(qū)區(qū)，摩擦擦系數(shù)恒恒定不變變，有故流速的比比值為流量的比值值為流量增加了了15..5%管路計算【1-355】用的鋼鋼管輸送送流量為為的原油油，管長長為，油油管最大大承受壓壓力為。已已知50℃時油的的密度為為，黏度度為。假假設輸油油管水平平鋪設，其其局部摩摩擦阻力力損失忽忽略不計計，試問問為完成成輸油任任務，中中途需設設置幾個個加壓站站？解因為是等直直徑的水水平管路路，其流流體的壓壓力降為為油管最大承承受壓力力為加壓站數(shù)需設置2級級加壓，每每級管長長為50kkm，每級的的，低于于油管最最大承受受壓力?！?-366】如習習題1-336附圖所所示，溫溫度為20℃的水，從從水塔用用鋼管，輸輸送到車車間的低低位槽中中，低位位槽與水水塔的液液面差為為12m，管路路長度為為1500m（包括括管件的的當量長長度）。試試求管路路的輸水水量為多多少，鋼鋼管的相相對粗糙糙度。解水，由伯努利方方程，得得管路的的摩擦阻阻力損失失為管內(nèi)水的流流速未知知，摩擦擦系數(shù)不不能求出出。本題題屬于已已知、，求的問問題。驗算流動類類型體積流量習題1-336附圖習題1-337附圖【1-377】如習習題1-337附圖所所示，溫溫度為20℃的水，從從高位槽槽A輸送到到低位槽槽B，兩水水槽的液液位保持持恒定。當閥門關閉時水不流動，閥前與閥后的壓力表讀數(shù)分別為80kPa與30kPa。當管路上的閥門在一定的開度下，水的流量為，試計算所需的管徑。輸水管的長度及管件的當量長度共為42m，管子為光滑管。本題是計算算光滑管管的管徑徑問題。雖雖然可以以用試差差法計算算，但不不方便。最最好是用用光滑管管的摩擦擦系數(shù)計計算式（適適用于）與與及，推導導一個之之間的計計算式。解水在水的流量，管管長及管管件當量量長度閥門關閉時時，壓力力表可測測得水槽槽離壓力力表測壓壓點的距距離。兩水槽液面面的距離離以低位槽的的液面為為基準面面，從高高位槽A的液面面到低位位槽B之間列列伯努利利方程，得得管路的的摩擦損損失與的關系系式為對于水力光光滑管，與及之間的計算式為代入已知數(shù)數(shù)習題1-38附圖求得管內(nèi)習題1-38附圖驗證范圍湍流符合計算式式中規(guī)定的范圍【1-388】如