化工原理绪论Ｐ7 1,21. 从基本单位换算入手,将下列物理量的单位换算为ＳＩ单位。

(1)水的黏度μ＝0.００856 ｇ/(c ｍ·s) （２)密度ρ=１３８．6 kgf ·ｓ2/ｍ4 (3）某物质的比热容C Ｐ=0.24 BT Ｕ/(ｌb·℉) (４)传质系数ＫG =３4.2 kmol/（m 2·h·ａtm)（5）表面张力σ＝74 ｄy ｎ/cm (6)导热系数λ=1 ｋｃal/（ｍ·h·℃）解：本题为物理量的单位换算。

（1)水的黏度 基本物理量的换算关系为1 kg ＝１00０ g ，１ ｍ=１00 ｃm则 ()s Pa 1056.8s m kg 1056.81m 100cm 1000g 1kg s cm g 00856.044⋅⨯=⋅⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅=--μ（2）密度 基本物理量的换算关系为１ ｋｇf=9.81 N ，1 N=１ kg·ｍ/s ２则 3242m kg 13501N s m 1kg 1kgf N 81.9m s kgf 6.138=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅=ρ （3)从附录二查出有关基本物理量的换算关系为 1 ＢTU=１.055 kJ ，l b=0.4５36 kg则 ()C kg kJ 005.1C 95F 10.4536kg 1lb 1BTU kJ 055.1F lb BTU 24.0︒⋅=⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒︒⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒=p c(４）传质系数 基本物理量的换算关系为1 h=36００ s,1 a ｔｍ=１01.33 kPa则 )kPa s m kmol 10378.9101.33kPa 1atm 3600s h 1atm h m kmol 2.34252G ⋅⋅⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⋅=-K(5）表面张力 基本物理量的换算关系为 １ dy ｎ=1×1０–5 N 1 m ＝1００ cmo o 51F C 9=则 m N 104.71m 100cm 1dyn N 101cm dyn 7425--⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡=σ（６)导热系数 基本物理量的换算关系为1 kcal=4.１868×１0３J,1 h=3600 s则 ()()C m W 163.1C s m J 163.13600s 1h 1kcal J 104.1868C h m kcall 132︒⋅=︒⋅⋅=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒⋅⋅=λ 2． 乱堆25ｃm 拉西环的填料塔用于精馏操作时,等板高度可用下面经验公式计算，即()()()LL310CB4E 3048.001.121078.29.3ραμZ D G A H -⨯=式中 H E —等板高度，ft; Ｇ—气相质量速度,ｌb/(ft ２·h)； D —塔径，f ｔ；Z ０—每段（即两层液体分布板之间)填料层高度，ft; α—相对挥发度,量纲为一; μL —液相黏度，cP ； ρＬ—液相密度，lb/ft ３Ａ、B 、C 为常数，对２5 mm 的拉西环，其数值分别为0.５７、-0．１及1．24。

试将上面经验公式中各物理量的单位均换算为S Ｉ单位。

解:上面经验公式是混合单位制度，液体黏度为物理单位制,而其余诸物理量均为英制。

经验公式单位换算的基本要点是：找出式中每个物理量新旧单位之间的换算关系,导出物理量“数字”的表达式,然后代入经验公式并整理，以便使式中各符号都变为所希望的单位。

具体换算过程如下: (1）从附录查出或计算出经验公式有关物理量新旧单位之间的关系为m 3049.0ft 1= ()()s m kg 10356.1h ft lb 1232⋅⨯=⋅- (见1)α量纲为一，不必换算 s Pa 101cp 13⋅⨯=-13lb ft ＝133lb 1kg 3.2803ft ft 2.2046lb 1m ⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭=１６.01 kg ／m 2(2) 将原符号加上“′”以代表新单位的符号,导出原符号的“数字”表达式。

下面以H E 为例：m ft EE H H '= 则 同理 ()G G G '=⨯'=-5.73710356.13 D D '=2803.3 EE E E 2803.3mft2803.3ft m ft m H H H H '=⨯'='=002803.3Z Z '=()3LL 101-⨯'=μμ L L L 06246.001.16ρρρ'='= （3) 将以上关系式代原经验公式，得()()()⎪⎪⎭⎫⎝⎛'''⨯⨯⨯'⨯'⨯⨯⨯='-LL10 1.24-0.14E0624.010002803.33048.02803.301.125.7371078.257.09.32803.3ρμαZ D G H整理上式并略去符号的上标,便得到换算后的经验公式，即()()LL 3101.240.1-4E 4.39205.010084.1ραμZ D G A H -⨯=第一章 流体流动 Ｐ72-7５ 作业3,４，1２,20 练习1,2【练习】 1.某气柜的容积为6 0０0 m 3，若气柜内的表压力为５.5 k Ｐa,温度为40 ℃。

已知各组分气体的体积分数为:H 2 40%、 N ２ ２0％、CO 32%、CO 2 7%、C H 4 １%,大气压力为 101.3 k Ｐa,试计算气柜满载时各组分的质量。

解:气柜满载时各气体的总摩尔数()mol 4.246245mol 313314.860000.10005.53.101t =⨯⨯⨯+==RT pV n 各组分的质量:kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =⨯⨯=⨯=M n mkg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =⨯⨯=⨯=M n mkg 36.2206kg 284.246245%32%32CO t CO =⨯⨯=⨯=M n mkg 44.758kg 444.246245%7%722CO t CO =⨯⨯=⨯=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144CH t CH =⨯⨯=⨯=M n m2.若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ ｍ3的油各60 ｋｇ混在一起，试求混合油的密度。

设混合油为理想溶液。

解: ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m331221121t m 157.0m 7106083060=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=+=ρρm m V V V33t t m m kg 33.764m kg 157.0120===V m ρ【作业】流体静力学3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ，乙地区的平均大气压力为101.３3 kPa,在甲地区的某真空设备上装有一个真空表,其读数为２０ kPa 。

若改在乙地区操作,真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？解：（１）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=⨯-⨯ （2)真空表读数 真空度=大气压－绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=⨯-⨯4.某储油罐中盛有密度为９60 kg/ｍ3的重油（如附图所示),油面最高时离罐底9.5 m,油面上方与大气相通。

在罐侧壁的下部有一直径为7６0 mm 的孔，其中心距罐底1000 mm ，孔盖用14 ｍｍ的钢制螺钉紧固。

若螺钉材料的工作压力为3９.5×106 Ｐａ，问至少需要几个螺钉(大气压力为10１.3×103Pa)? 解:由流体静力学方程,距罐底１０00 mm 处的流体压力为[]（绝压）Pa 10813.1Pa )0.15.9(81.9960103.10133⨯=-⨯⨯+⨯=+=gh p p ρ 作用在孔盖上的总力为N 10627.3N 76.04π103.10110813.1)(4233a ⨯⨯⨯⨯⨯-=＝）－＝（A p p F每个螺钉所受力为 N 10093.6N 014.04π105.39321⨯=÷⨯⨯=F因此 )（个）695.5N 10093.610627.3341≈=⨯⨯==F F n12.20 ℃的水以2.5 ｍ/ｓ的平均流速流经φ3８ mm ×2.5 m ｍ的水平管,此管以锥形管与另一φ53 ｍm ×3 mm 的水平管相连。

如本题附图所示，在锥形管两侧A 、B 处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压力。

若水流经A 、B 两截面间的能量损失为1.5 J ／kg ，求两玻璃管的水面差(以ｍｍ计）,并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。

解:在A 、Ｂ两截面之间列机械能衡算方程 22121b12b2f 1122p p gz u gz u h ρρ++=+++∑式中 z １=ｚ2=0，m 0.3b1=um 232.1m 2003.0053.020025.0038.05.222221b121b1b2=⎪⎭⎫⎝⎛⨯-⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=d d u AA u u∑h f =1.５ Ｊ／kgkg J 866.0kg J 5.125.2232.1222f 2b12b2b221-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=+-=-∑h u u u p p ρ故mm 3.88m 0883.0m 81.9866.021===-gp p ρ 流体输送管路的计算20．如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。

槽的底部与内径为１00 mm 的钢质放水管相连,管路上装有一个闸阀,距管路入口端1５ ｍ处安有以水银为指示液的Ｕ管压差计,其一臂与管道相连，另一臂通大气。

压差计连接管内充满了水,测压点与管路出口端之间的直管长度为2０ m 。

(１）当闸阀关闭时,测得Ｒ＝6０0 ｍm 、h =1500 mm;当闸阀部分开启时,测得Ｒ=400 m ｍ、h =1400 ｍm 。

摩擦系数λ可取为0.025，管路入口处的局部阻力系数取为０．5。

问每小时从管中流出多少水（m 3）？（2）当闸阀全开时,Ｕ管压差计测压处的压力为多少Pa(表压）。

（闸阀全开时L e /ｄ≈１5，摩擦系数仍可取0．025。

)解：（1)闸阀部分开启时水的流量在贮槽水面1-1,与测压点处截面２-2,间列机械能衡算方程,并通过截面2－2,的中心作基准水平面，得22b1b21212f 1222u u p p gz gz h ρρ++=+++∑，－ (a ） 式中 p １=0(表) ()（表）Pa 39630Pa 4.181.910004.081.913600O H Hg 22=⨯⨯-⨯⨯=-=gR gR p ρρｕb ２=0，ｚ2=0 z 1可通过闸阀全关时的数据求取。