制药化工原理课后习题答案

王志祥主编 第二版

绪论

2.解：

JPaL 3atm 1 1 105

23 1.01325 10N mN mmPa

L atm N m2

1.01325 10 23∴N m J m

L atm2

1.01325 10∴J

以J·mol-1·K-1表示R的值

R =0.08206×1.01325×102 J﹒mol-1﹒K-1

=8.315 J﹒mol-1﹒K-1

第一章 流体流动

1. 表压=－真空度=－4.8×104Pa 绝压=5.3×104 Pa

2.解：设右侧水面到B′点高为h3，根据流体静力学基本方程可知PB=PB′ 则ρ

油

gh2=ρ

水

gh3

油h2820kg m 3 600mm

h3 492mm 3

水1000kg m

h=h1+h3=892mm

3.解：正U型管水银压差计 由图可知 PA=P1＋(x＋R1)ρ

水

g

PB=P2＋xρ

水

g

gR1 gR1

∵P1－P2=2.472kPa ∴PA－PB=2.472kPA＋ρ

又有PA =PC PC= PB＋ρ

HggR1

水

∴ρ

∴R1

HggR1=2.472kPa＋ρ

水

2.472kPa

0.0200m 20.00mm 3 2

(13600 1000)kg m 9.81m s

倒U型压差计 设右侧管内水银高度为M

∵指示流体为空气∴PC=PD

P1=PC＋ρ∴R2

4.(1)PB=－845.9Pa(表)

水

g(R2＋M) P2=PD＋ρ

水

gM

2.472kPa

0.2520m 252.0mm 3 2

1000kg m 9.81m s

王志祥主编 第二版

(2)R′=0.178m 7.解：由公式u

Vs

可得 A

Vs=uA=uπd2/4=0.8×π×(57-3.5×2)2×10-6=1.57×10-3m3/s

Ws=Vsρ=1.57×10-3×1840=2.89kg/s

G

Ws

u 0.8 1840 1472kg/m2 s A

8.解：由题可知：

1—1′截面：P1=1.013×105Pa u=0

以2—2′截面为基准水平面∴z1=3m

2—2′截面：设管内流速为u z2=0 3—3′截面：u, z3=3m

4—4′截面：u, z4=3＋0.5=3.5m 5—5′截面：u, z5=3m

6—6′截面：u, z6=2m, P6=1.013×105Pa 根据伯努利方程：We=0, ∑hf=0

P1u2P6

有gz1 gz6

2 ∵P1=P6 ∴u2/2=g(z1－z6)=9.8

u2P2

有gz1 gz2

2

P1

9.8×3＋1.013×105/1000=9.8＋P2/1000

∴P2=1.209×105Pa

u2P3

gz1 gz3

2

P1

1.013×105/1000=9.8＋P3/1000

∴P3=0.915×105Pa

u2P4

gz1 gz4

2

P1

9.8×3＋1.013×105/1000=9.8×3.5＋9.8＋P4/1000

∴P4=0.866×105Pa

u2P5

gz1 gz5

2

P1

∴P5=0.915×105Pa

9. (1)u=1.55m/s Vh=10.95m3/h (2)Δz=2.86m

王志祥主编 第二版

解：N

Ne

Ne=We﹒Ws

取釜内液面为1—1′截面，高位槽内液面为2—2′截面

uuP

根据伯努利方程：gz1 1 We gz2 2 2 hf

22 1—1′截面：z1=0, P1=－2.5×104(表压), u1=0 2—2′截面：z2=15m, P2=0(表压), u2

Ws

A

P1

22

A=πd2/4=0.25×π×[(76－4×2)×10-3]2=3.63×10-3m2

2 104

5247.3m/h 1.46m/s ∴u2

3.63 10 3 1050

68 10 3 1.46 1050

Re 173740＞4000 湍流 4

6 10

du

又ε/d=0.3×10-3/68×10-3=4.41×10-3 查图得λ=0.029

lu2501.462hf 0.029 22.7J/kg

d20.0682

查表1—3得，ξ

全开闸阀

=0.17 ξ

半开截止阀

=9.5 ξ

90°标准弯头

=0.75 ξ

进

=0.5 ξ

出

=1

∴hf′=(0.17＋9.5＋3×0.75＋1.5)×1.462/2=14.2J/kg

∴∑hf=22.7＋14.2=36.9J/kg

2.5 1041.462

We 15g 36.9

10502

We=208.87J/kg

Ne=208.87×2×104/3600=1.16kW

N=1.16/0.7=1.66kW

12.解：1—1′：高位槽液面 2—2′：出口管内侧

uuP

列伯努利方程 gz1 1 We gz2 2 2 hf

22 z2=0, z1=4m, P1=P2=0(表)， u1=0, We=0

∴∑hf＋u22/2=4g ∑hf= hf＋hf′

lu2

hf

d2

P1

22

查表1—3得，ξ

半开截止阀

=9.5 ξ

90°标准弯头

=0.75

hf′=∑ξ﹒u22/2=(9.5＋0.75＋0.5) ×u22/2=10.75×u22/2

王志祥主编 第二版

u20 ∴2(1 10.75) 4g

2d

2

化简得(400λ＋11.75)×u22/2=39.2

20℃时μ水=1.005

λ=f(Re)=f(u2) 需试差 Re 假设 u0 Re λ → u0

1.5 76630 0.039 1.66

1.6 79600 0.039 1.66 1.66 82588 0.0388 1.66 ∴截止阀半开时该输水系统的u0=1.66m/s

Vs=uA=1.66×0.25π×0.052=0.00326m3/s

∴Vs=11.73m3/h

du

49.75u2 103

d

0.01

第二章 流体输送设备

1、解：分别取离心泵的进、出口截面为1-1′截面和2-2′截面，由伯努力方程得：

2

p1u12p2u2

Z1 H Z2 Hf,1 2

ρg2gρg2g

2

p2 p1u2 u12

H Z2 Z1 Hf,1 2

ρg2g

其中，Z2 Z1=0.4 m；p1 1.9 104Pa(表压)；p2 4.7 105Pa(表压)；

u1 u2；Hf,1 2=0；20℃时水的密度 998.2kg m 3。

4.7 105 1.9 104

H 0.4 0 0 50.34m

998.2 9.81

N

Ne

HQ g

50.34 70 998.2 9.81

1.37 104W 13.7kW

3600 0.70

3、解：Hg

p0 pv

h Hf,0 1 ρg

(1)20℃时：由附录2及附录7知，水的密度 998.2kg m 3，饱和蒸气压

pv 0.2335 104Pa。

9.81 104 0.2335 104

Hg 3 2.5 4.28m

998.2 9.81

(2)85℃时：由附录2及附录7知，水的密度 968.6kg m 3，饱和蒸气压

pv 0.5788 105Pa。

王志祥主编 第二版

9.81 104 0.5788 105

Hg 3 2.5 1.27m

968.6 9.81

4、解：Hg

p0 pv

h Hf,0 1 ρg

6.6 105 6.45 105 3.5 1.6

530 9.81

=-2.21m<-1.5m

故该泵不能正常工作。

2

p2 p1u2 u12