题目
某流化床反应器上装有两个U管压差计,如本题附图所示。测得R1=400 mm,R2=50 mm,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散,于右侧的U管和大气连通的玻璃管内灌入一段水,其高度R3=50mm。试求A、B两处的表压强。
某流化床反应器上装有两个U管压差计,如本题附图所示。测得R1=400 mm,R2=50 mm,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散,于右侧的U管和大气连通的玻璃管内灌入一段水,其高度R3=50mm。试求A、B两处的表压强。
题目解答
答案
解:U管压差计连接管中是气体。若以
分别表示气体、水和水银的密度,因为
,故由气柱高度所产生的压强差可以忽略。由此可以认为
,
。
由静力学基本方程式知


(表压)

解析
考查要点:本题主要考查U管压差计的原理及静力学方程的应用,需结合流体静力学基本知识,分析不同液柱对压强的贡献。
解题核心思路:
- 明确各点压强关系:通过静力学方程,建立各测点与参考点(如大气压)的压强关系。
- 忽略气体压强差:因气体密度极小,气柱产生的压强差可忽略,简化计算。
- 分段计算液柱压强:分别计算水和水银柱的压强,叠加得到总压强。
破题关键点:
- 右侧玻璃管的作用:水柱高度R3需计入A点压强。
- U管压差计的叠加:B点压强需结合两个U管压差计的读数计算。
A点的表压强计算
- 参考点选择:右侧与大气连通的点C压强为大气压(设为基准)。
- 液柱压强叠加:
- 水柱高度$R_3=50\ \text{mm}$:压强为$\rho_{\text{H}_2\text{O}} g R_3$。
- 水银柱高度$R_2=50\ \text{mm}$:压强为$\rho_{\text{Hg}} g R_2$。
- 总压强:
$P_A = \rho_{\text{H}_2\text{O}} g R_3 + \rho_{\text{Hg}} g R_2$
B点的表压强计算
- U管压差计读数:左侧水银柱高度$R_1=400\ \text{mm}$。
- 压强叠加关系:B点压强等于A点压强加上左侧水银柱压强:
$P_B = P_A + \rho_{\text{Hg}} g R_1$