化工原理-第一章-流体力学习

1、 化工原理-第一章-流体流动一、单选题 1层流与湍流的本质区别是（ ）。 D A 湍流流速层流流速； B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C 层流的雷诺数湍流的雷诺数；D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。2以绝对零压作起点计算的压力，称为（ ）。 A A 绝对压力；B 表压力；C 静压力；D 真空度。 3当被测流体的（ ）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 D A 真空度；B 表压力；C 相对压力；D 绝对压力。 4当被测流体的绝对压力（ ）外界大气压力时，所用的测压仪表称为真空表。 B A 大于；B 小于；C 等于；D 近似于。 5. 流体在园管内流动时，管中心流速最大，

2、若为湍流时，平均流速与管中心的最大流速的关系为（ ）。 B A. Um1/2Umax； B. Um0.8Umax； C. Um3/2Umax。6. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A A. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关； B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关； C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。7.层流底层越薄( )。 C A. 近壁面速度梯度越小； B. 流动阻力越小； C. 流动阻力越大； D. 流体湍动程度越小。8.层流与湍流的本质区别是：( )。 D A. 湍流流速层流流速； B. 流道截面大的为湍流，截面小

3、的为层流； C. 层流的雷诺数层流流速； B. 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C. 层流的雷诺数湍流的雷诺数；D. 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动 答案：D23.圆管内流动流体湍流时的雷诺准数值应为（ ）A. Re4000 C. Re=20004000 答案：B24.流体在管路中作稳态流动时,具有（ ）的特点。 A. 呈平缓的滞流 B. 呈匀速运动 C. 在任何截面处流速、流量、压强等物理参数都相等；D. 任一截面处的流速、流量、压强等物理参数不随时间而变化 答案：D25.表压与大气压、绝对压间的关系是（ ）。 A. 表压绝对压-大气压 B. 表压大气压-绝对压 C. 表压绝对压+真

4、空度 答案：A26.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（ ）。A. 流动速度大于零 B. 管边不够光滑 C. 流体具有粘性 答案：C12.流体在管内流动时,滞流内层的厚度随流速的增加而（ ）。A. 变小 B. 变大 C. 不变 答案：A13.圆管的摩擦系数=64/Re的适用流型是（ ）。A. 滞流 B. 过渡流 C. 湍流 答案：A27.为使U形压差计的灵敏度较高,应使指示液和被测流体的密度差（ ）。A. 偏大 B. 偏小 C. 越大越好 答案：B28.设备内的真空度愈高,即说明设备内的绝对压强（ ）。A. 愈大 B. 愈小 C. 愈接近大气压、答案：B29.在静止的、连续的、同一液体中,处于

5、同一水平面上各点的压强 （ ） A. 均相等 B. 不相等 C. 不一定相等 答案：A30.流体在圆管内作滞流流动时,阻力与流速的（ ）成比例,作完全湍流时,则阻力与流速的（ ）成比例。A. 平方 B. 五次方 C. 一次方 答案：C A31流体在管内作湍流流动时,滞流内层的厚度随雷诺数Re的增大而（ ）。 A. 增厚 B. 减薄 C. 不变 答案：B32.将管路上的阀门关小时,其阻力系数（ ）。A. 变小 B. 变大 C. 不变 答案：B33. u2/2的物理意义是表示流动系统某截面处（ ）流体具有的动能。 A. 1kg B. 1N C. 1m 答案：A34.流体流动时产生阻力的根本原因是流

6、体流动（ ）。 A. 遇到了障碍物； B. 与管壁产生摩擦C. 产生了内摩擦切向力 答案：C35.转子流量计的设计原理是依据（ ）。 A. 流动的速度 B. 液体对转子的浮力C. 流动时在转子的上、下端产生了压强差。 答案：C 36.公式=64/Re仅适用于流体在（ ）管内作（ ）时应用。 A. 湍流 B. 滞流 C. 各种流动型态D. 圆形 E. 非圆形 答案：D B二、填空题 1. 雷诺准数的表达式为_ Re=d/_。当密度1000kg.m,粘度=1厘泊的水,在内径为d=100mm,以流速为1m.s在管中流动时,其雷诺准数等于_10_,其流动类型为_湍流_。2. 当地大气压为750mmHg

7、时, 测得某体系的表压为100mmHg,则该体系的绝对压强为_ 850_mmHg, 真空度为_ -133402_Pa。3. 某物的比重为0.879, 其密度为_879kg/m 3_, 其比容为_0.00114 m3/kg _。4. 圆管中有常温下的水流动, 管内径d=100mm, 测得其中的质量流量为15.7kg./s, 其体积流量为_0.0157m3/s ，平均流速为_ 2.0m/s。5. 当20的甘油(=1261kg/m3, =1499厘泊)在内径为100mm的管内流动时, 若流速为1.0m/s时, 其雷诺准数Re为_84.1_, 其摩擦阻力系数为_0.761_。6.某长方形截面的通风管道

8、, 其截面尺寸为3020mm,其当量直径de为_24mm_。7.化工生产中，物料衡算的理论依据是质量守恒定律，热量衡算的理论基础是能量守恒定律。8.理想流体在变径管路中作稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静压力 _减少_。9.套管由572.5mm和252.5mm的钢管组成，则环隙的流通截面积等于_1633 mm2，润湿周边等于_242 _ mm，当量直径等于_27 _ mm。10.液柱压力计量是基于_流体静力学_原理的测压装置，用U形管压差计测压时，当一端与大气相通时，读数R表示的是_表压_或_真空度_。11.米糠油在管中作流动，若流量不变, 管径不变，管长增加一倍，则摩擦阻力损失为原

9、来的_2_倍。12.米糠油在管中作层流流动，若流量不变，管长不变, 管径增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的_1/16_倍。13.当Re 为已知时，流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数=_64/Re _，在管内呈湍流时，摩擦系数与_ Re _、_/d_有关。14. 粘度是衡量流体粘性的物理量，粘性是流体固有属性，它只有在流体内部具有相对运动时时表现出来。液体的粘度随温度升高而_减小_，气体的粘度随温度的升高而_增大_。15.某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是_ 抛物线_型曲线，其管中心最大流速为平均流速的_2倍_倍。16.流体在管内作完全湍流流动，其他不变，当速度提高到原来的2倍时，阻力损失

10、是原来的（ 4 ）倍；若为层流流动，其他不变，当速度提高到原来的2倍时，阻力损失是原来的（ 2 ）倍。17、若要减小流体在管道内的流动阻力，可采取哪些措施？答：大直径管道、少拐弯、缩短管路长度、少用管件18、用内径为158mm的钢管输送运动粘度为9.010-5m2/s。若保持油品在管内作层流流动，则最大流速不能超过 1.8 m/s。19、在流体阻力实验中，以水作为工质所测得的=（Re,e/d）关系式不适用于 非牛顿型流体 在直管中的流动。 20计算流体局部阻力损失的方法有:_,_,其相应的阻力损失计算公式为_,_。答案：当量长度法; 阻力系数法; hf =(le/d)(u2/2g); hf =

11、(u2/2g) ;21.理想流体是指_；而实际流体是指_。 答案：没有粘性、没有摩擦阻力、液体不可压缩；具有粘性、有摩擦力、液体可压缩、受热膨胀、消耗能量。22.牛顿粘性定律表达式为_，其比例系数 (粘度) 的物理意义是_。 答案：F/Adu/dy；在单位接触面积上，速度梯度为1时，流体层间的内摩擦力。23流体流动的型态用_来判断，当_时为湍流，当_时为滞流，当_时为过渡流。 答案：雷诺准数，Re4000，Re2000，Re在2000-4000之间。24.化工生产中，物料衡算的理论依据是_，热量衡算的理论基础是_。 答案：质量守恒定律， 能量守恒定律。25.当流体的体积流量一定时,流动截面扩大

12、,则流速_,动压头_,静压头_。 答案：减少， 减少， 增加。26.流体的粘度指_。粘度随温度变化而变化,液体的粘度随温度升高而_；气体的粘度则随温度升高而_。 答案：流体流动时,相邻流体层间,在单位接触面上,速度梯度为1时,所产生的内摩擦力 减少 增大27.液柱压力计量是基于_原理的测压装置,用U形管压强计测压时,当压强计一端与大气相通时,读数R表示的是_或_。答案：流体静力学； 表压； 真空度28.应用柏努利方程所选取的截面所必须具备的条件是_,_，_，_。答案：处于稳定段， 连续， 垂直于流体流动方向， 流体平行流动29.若Re值已知时,则流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数=_,在管内呈湍

13、流时,摩擦系数与_、_有关。答案： 64/Re; Re; /d30.孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒_,变_；后者是恒_,变_。答案：截面；压差；压差；截面31.液体的粘度随温度升高而_,气体的粘度随温度的升高而_。答案：减小； 增大32.若流体在圆形直管中作滞流流动,其速度分布呈_型曲线,其管中心最大流速是平均流速的_倍,摩擦系数与Re的关系为_。答案：抛物线； 2倍； 64/Re33.牛顿粘性定律的数学表达式为_,牛顿粘性定律适用于_型流体。 答案：=du/dy ； 牛顿34.流体做层流流动时,管内平均流速是最大流速的_倍,湍流时,管内平均流速是最大流速的_倍。 答案： 0

14、.5； 约0.835.流体在管路中作连续稳态流动时，任意两截面流速与管径的关系为_，所以,流速随着管径的减小而_。答案：u1/u2=d22 /d12 增大36.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是_.答案：.流体具有粘性37按照化工单元操作所遵循的基本规律的不同,可将单元操作分为_、 _、_。答案.动量传递、热量传递、质量传递38.流体沿壁面流动时,有显著速度梯度的区域称为_。答案：.流动边界层39.液体在等直径的管中作稳态流动,其流速沿管长_,由于有摩擦阻力损失,静压强沿管长_。答案：不变； 降低40.稳态流动是指流动系统中,任一截面上流体的流速、压强、密度等物理量仅随_。答案：.位置而变，而

15、均不随时间变。 三、 思考题1如本题附图所示，槽内水面维持不变，水从B、C两支管排出，各管段的直径、粗糙度阀门型号均相同，但 槽内水面与两支管出口的距离均相等，水在管内已达完全湍流状态。试分析：(1)两阀门全开时，两支管的流量是否相等？（2）若把C支管的阀门关闭，这时B支管内水的流量有何改变？（3）当C支管的阀门关闭时，主管路A处的压强比两阀全开时是增加还是降低？ 答：（1）C支管流动阻力大，管内流速及流量均小于B支管。（2）B支管内水的流量增大（但小于两支管均全开时的流量和）。（3） 增加（主管能量损失及管内动能比原来减小）。2.20的清水以一定流速从细管流入粗管（如本题附图所示），测得U形

16、管压差计读数为R。保持管内流动状况不变，将管路从水平放置改为垂直放置，U形管压差计的读数将如何变化？并判断从1-1截面到2-2截面间的能量损失和动能转化为静压能哪项数值大？3.某液体分别在本题附图所示的三根管道中稳定流过，各管绝对粗糙度、管径均相同，上游截面1-1的压强、流速也相等。问：（1）在三种情况中，下游截面2-2的流速是否相等？（2）在三种情况中，下游截面2-2的压强是否相等？如果不等，指出哪一种情况的数值最大，哪一种情况中的数值最小？其理由何在？4.水由高位槽流入贮水池，若水管总长（包括局部阻力的当量长度在内）缩短25%，而高位槽水面与贮水池水面的位差保持不变，假定流体完全湍流流动(

17、即流动在阻力平方区)不变，则水的流量变为原来的 A 。A1.155倍 B1.165倍 C1.175倍 D1.185倍解：由 得 所以 又由完全湍流流动得 所以 而 所以 5.如图表明，管中的水处于 P1=0.12Kgf/m2静止向上流动向下流动不一定 1 1P2=0.12Kgf/m2 2 2四.判断题： 1.流体在园管内作稳定流动时,其流速与管径的一次方成反比。（ ）2.流体在园管内的流动阻力主要有沿程阻力和局部阻力。（ ）3.化工单元操作是一种物理操作,只改变物质的物理性质而不改变其化学性质。（ ）4.在稳态流动过程中,流体流经各截面处的体积流量相等。 （ ）5.当输送流体的管子的管径一定时

18、，增大流体的流量，则雷诺准数减少。（ ）6.流体在等径的管中作稳态流动时,由于有摩擦阻力损失,因此流体的流速沿管长而逐渐变小。（ ）7.当流体充满圆管作稳态流动时,单位时间通过任一截面的体积流量相等。（ ）8.流体作层流流动时,摩擦系数只是Re的函数,而与管壁的粗糙度无关。（ ）9.在相同的设备条件下,密度越大,粘度越小的流体越易形成湍流状态。（ ）10.牛顿粘性定律是：流体的粘度越大,其流动性就越差。( ) 11.孔板流量计是文丘里流量计的改进,其压头损失比文氏流量计小得多。（ ）12.实际流体在导管内作稳态流动时,各种形式的压头可以互相转，但导管任一截面上的位压头、动压头与静压头之和为一常

19、数。（ ）13.为了提高压强计的灵敏度以测量微小的压强差,可采用微差压强计。当其中的两指示液密度相差越大时,其灵敏度就越高。 （ ）14.经过大量实验得出,雷诺Re2000时,流型呈层流,这是采用国际单位制得出的值,采用其他单位制应有另外数值。( ) 15.流体在管内以湍流流动时,在近管壁处存在层流内层,其厚度随Re的增大而变薄。 （ ）16.表压强就是流体的真实压强。（ ）17.设备内的真空度愈高表明绝对压强愈大。（ ）18.一般情况下气体的粘度随温度的升高而增大；液体的粘度随温度的升高而减小。（ ）19.用U形管液柱压差计测量流体压强差时,测压管的管径大小和长短都会影响测量的准确性。（ ）

20、20.流体在圆管内流动时,管的中心处速度最大,而管壁处速度为零。（ ）21.稳定流动时,流体的流速、压强、密度等均不随时间和位置而变。（ ）22.流体在管内作稳定湍流时,当Re一定时,摩擦系数随管子的相对粗糙度的增加而增大。（ ）23.柏努利方程中的P/（g）表示1N重的流体在某截面处具有的静压能,又为静压头。（ ）24.流体阻力产生的根本原因是由于流体与壁面之间的摩擦引起的。（ ）25.液体在圆形管中作滞流流动时,其它条件不变,仅流速增加一倍,则阻力损失增加一倍（ ）26.稳定流动时,液体流经各截面的质量流量相等；流经各截面处的体积流量也相等（ ）27.理想流体流动时,无流动阻力产生。（ ）

21、28.流体在水平管内作稳定连续流动时,直径小处,流速增大；其静压强也会升高。（ ）29.滞流内层的厚度随雷诺数的增大而增厚。（ ）30.在静止的、处于同一水平面上的、各点液体的静压强都相等。（ ）31.实验证明,当流体在管内流动达完全湍流时,与雷诺数的大小无关。（ ）32.离心泵启动时,为减小启动功率，应将出口阀门关闭，这是因为随流量的增加，功率增大。（ ）33.离心泵扬程随着流体流量的增大而下降。（ ）34.离心泵的扬程随其送液能力（流量）的改变而变化，当流量达到最大时，其扬程也最大；而流量为零时，其扬程亦等于零。 （ ）35.采用多级压缩机可解决压缩比过高的问题，但功耗增大了。（ ）36.

22、多级往复式压缩机的压缩级数越多，则功耗越少 ( )。37.离心泵的“气缚”与“气蚀”现象，在本质是相同的。( ) 五.问答题：1.什么是流体连续稳定流动？ 答案：流体连续稳定流动是指流体在流动时，流体质点连续的充满其所在空间，流体在任一截面上的流动的流速、压强和密度等物理量不随时间而变化。2.流体粘度的意义是什么？流体粘度对流体流动有什么影响？ 答案：流体的粘度是衡量流体粘性大小的物理量，它的意义是相邻流体层在单位接触面积上，速度梯度为1时，内摩擦力大小。流体的粘度愈大，所产生粘性也愈大，液体阻力也愈大。3.何谓层流流动？何谓湍流流动？用什么量来区分它们？ 答案： 层流：流体质点沿管轴作平行直

23、线运动，无返混，在管中的流速分布为抛物线，平均流速是最大流速的0.5倍。 湍流：流体质点有返混和径向流动，平均流速约为最大流速的0.8倍。以Re来区分，Re4000为湍流。4.什么是连续性假定？ 答案： 假定流体是由许多质点组成的，彼此间没有间隙，完全充满所占有空间的连续的介质。，这一假定称为连续性假定。5流体流动的连续性方程的意义如何？ 答案： 流体流动的连续性方程是流体流动过程的基本规律，它是根据质量守恒定律建立起的，连续性方程可以解决流体的流速、管径的计算选择，及其控制。6.流体静力学基本方程的意义是什么？ 答案：静止流体内部任一水平面上的压强与其位置及流体的密度有关，位置越低，压强越大

24、；静止液体内部压强随界面上的压强而变，表明液面上所受的压强能以同样大小传递到液体内部。7.流速与管路建设投资费及运行操作费的关系。 答案：当流量一定时，流速大，管径小，投资费用小；但流速大，管内流体流动阻力增大，输送流体所消耗的动力增加，操作费用则随之增大。反之，在相同条件选择小流速，动力消耗固然可以降低，但管径增大后建设投资增加。何谓轨线、流线，为什么流线互不相交轨线是某一流体质点的运动轨迹，描述的是同一质点在不同时刻的位置（拉格朗日）流线表示的是同一瞬间不同质点的速度方向联线，描述空间任意定点的状态由于同一点在指定某一时刻只有一个速度，故各流线不会相交。2000-动能校正系数为什么总是大于

25、，等于1根据=dA ，可知流体界面速度分布越均匀，越小。可认为湍流速度分布是均匀的，代入上式，得接近于12001-2004因次分析法规化试验的主要步骤:（1）析因实验寻找影响过程的主要因素（2）规划试验减少实验工作量（3）数据处理实验结果的正确表达2001何谓流体流动过程中稳定性、定态性稳定性是指系统对外界扰动的反应定态性是指有关运动参数随时间的变化情况2002-层流与湍流的本质区别是否存在流速u，压强P的脉动性，即是否存在流涕质点的脉动性2002-2005非牛顿流体中塑性流体的特点只有当施加的剪应力大于某一临界值（屈服应力）后才开始流动2003-什么是流体流动的边界层，边界层分离条件是什么流

26、速降为未受边壁影响流速的99%以内的区域为边界层，即边界影响未及的区域。条件：剪应力消耗动能；流道扩大造成逆压强梯度2003-非牛顿流体中震凝性流体的特点粘度随剪切力作用时间延长而增大2004-动量守恒和机械能守恒应用于流体流动时，二者关系如何？当机械能守恒定律应用于实际流体时，由于流体的粘性导致机械能的耗损，在机械能恒算式中将出现Hf项，但动量守恒只是将力和动量变化率联系起来，未涉及能量和消耗问题2006-何谓泊谡叶方程，其应用条件有哪些=32uL/d2 不可压缩流体在直圆管中做定态层流流动时的阻力损失计算2006-非牛顿流体中假塑性流体的特点：在某一剪切率范围内，粘度随剪切率增高而下降20

27、07-静压强有什么特征静止流体中任意界面上只受到大小相等，方向相反，垂直于作用面的压力作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等压强各向传递六.计算题 1 在图示装置中，水管直径为573.5 mm。当阀门全闭时，压力表读数为0.3大气压, 而在阀门开启后，压力表读数降至0.2大气压。设管路入口至压力表处的压头损失为 0.5 mH2O，求水的流量为若干m3/h？ 解：阀门全闭时，由 P2 =gH，H = 0.31.013105/（10009.81）= 3.1 m 即水槽液面距阀门中心线的高度为3.1 m。 阀门开启时，以水槽液面为上游截面1-1，压力表处为下游截面2-2，管路中心线为基准水平面

28、。在两截面间列柏努利方程式 Z1 = H = 3 m，Z2 = 0，P1 = 0，P2 = 0.21.013105 Pa，u10，hf/g = 0.5 mH2O 代入上式 3.1 = 0.21.013105/（10009.81）+ /（29.81）+ 0.5 解得 u2 = 3.24 m/s Vh =（/4）d2u3600 = 22.9 m3/h 2.一敞口高位水槽A中水流经一喉径为14mm的文丘里管，将浓碱液槽B中的碱液（密度为1400 kg/）抽吸入管内混合成稀碱液送入C槽，各部分标高如附图所示；输水管规格为573mm，自A至文丘里喉部M处管路总长（包括所有局部阻力损失的当量长度在内）为20m，摩擦系数可取0.025。（1） 当水流量为8m3/h时，试计算文丘里喉部M处的真空度为多少mmHg；（2） 判断槽的浓碱液能否被抽吸入文丘里内（说明判断依据）。如果能被吸入，吸入量的大小与哪些因素有关？ACB8m1.5m1mM解：（1）在A-A与M-M截面间列柏努利方程，并以喉管中心线为基准面： 其中： ；（表压）；喉部流速 管内流速 阻力 代入柏努利方程，并简化： 解得 （2）文丘里喉管处的位能与静压能之和： 碱液槽B截面处的位能与静压能之和：所以 也即碱液能被抽吸入文丘里管内。在B-B与M