化工原理课后习题答案（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.）第一章流体流动2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为960㎏/㎥的油品，油面高于罐底6.9m，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？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P≤σ油螺解：P=ρgh×A=960×9.81×(9.6-0.8)×3.14×0.762螺150.307×103Nσ=39.03×103×3.14×0.0142×n螺P≤σ得n≥6.23油螺取n=7min至少需要7个螺钉3．某流化床反应器上装有两个U型管压差计，如本题附4.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／㎥。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。分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1´和4－4´为等压面，2－2´和3－3´为等压面，且1－1´和2－2´的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解解：设插入油层气管的管口距油面高Δh在1－1´与2－2´截面之间P=P+ρgR12水银∵P=P，P=P1423且P=ρgΔh，P=ρg（H-h）+ρg（Δh+h）3煤油4水煤油联立这几个方程得到ρgR=ρg（H-h）+ρg（Δh+h）-ρgΔh即水银水煤油煤油ρgR=ρgH+ρgh-ρgh带入数据水银水煤油水1.0³×10³×1-13.6×10³×0.068=h(1.0×10³-0.82×10³)ｈ=0.418ｍ5．用本题附图中串联Ｕ管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，Ｕ管压差计的指示液为水银，两Ｕ管间的连接管内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：ｈ﹦2.3m，1ｈ=1.2m,ｈ=2.5m,ｈ=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直距离ｈ=3m。大气压强ｐ=2345a99.3×103ｐ。ａ试求锅炉上方水蒸气的压强Ｐ。分析：首先选取合适的截面用以连接两个Ｕ管，本题应选取如图所示的1－1截面，再选取等压面，最后根据静力学基本原理列出方程，求解解：设1－1截面处的压强为Ｐ1对左边的Ｕ管取ａ-ａ等压面，由静力学基本方程Ｐ+ρg(h-h)=Ｐ+ρg(h-h)代入数据0水541水银34Ｐ+1.0×103×9.81×(3-1.4)0=Ｐ+13.6×103×9.81×(2.5-1.4)1对右边的Ｕ管取ｂ-ｂ等压面，由静力学基本方程Ｐ+ρg(h-h)=ρg(h-h)+ｐ1水32水银12代入数据ａＰ+1.0×103×9.81×﹙2.5-1.2﹚=13.6×103×9.81×﹙2.3-1.2﹚+99.3×1031解着两个方程得Ｐ=3.64×105Pa06.根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强ｐ。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为920㎏／ｍ3,998㎏／ｍ3,Ｕ管中油﹑水交接面高度差R=300ｍｍ，两扩大室的内径D均为60ｍｍ，Ｕ管内径ｄ为6ｍｍ。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。分析：此题的关键是找准等压面，根据扩大室一端与大气相通，另一端与管路相通，可以列出两个方程，联立求解解：由静力学基本原则，选取1－1‘为等压面，对于Ｕ管左边ｐ+ρg(h+R)=Ｐ表油11对于Ｕ管右边Ｐ=ρgR+ρgh2水油2ｐ=ρgR+ρgh-ρg(h+R)表水油2油1=ρgR-ρgR+ρg（h-h）水油油21当ｐ=0时，扩大室液面平齐即π（D/2）2（h-h）=π（d/2）2R表21h-h=3mm21ｐ=2.57×102Pa表7.列管换热气的管束由121根φ×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：⑴空气的质量流量；⑵操作条件下，空气的体积流量；⑶将⑵的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量。解：空气的体积流量Ｖ=uA=9×π/4×0.022×121=0.342m3/sS质量流量w=Ｖρ=Ｖ×(MP)/(RT)sSS=0.342×[29×(98.7+196)]/[8