化工原理第1章综合练习

1、一、一、 填空题：填空题：1.1.在在SISI制中压强的因次为制中压强的因次为_；功率的因次；功率的因次 为为_。2.2.流体流动的直管阻力流体流动的直管阻力h hf f, ,当层流流动时，当层流流动时，h hf fd da a u ub bl lc c，a a_，b_b_，c c_。完全湍流时，。完全湍流时， h hf faau ubbl lc c，a a_，b b_，c c_。3.3.某流体在直管中作层流流动，在流速不变的情某流体在直管中作层流流动，在流速不变的情 况下，管长、管径同时增加一倍，其阻力损失为况下，管长、管径同时增加一倍，其阻力损失为 原来的原来的_倍。倍。4.4.通常指边界

2、层的范围是通常指边界层的范围是_。ML-1T-2ML2T-3-2121100. 5u=0 u=u主体速度主体速度的的99%5.5.如图所示的如图所示的U U形管压差计两引压管中指示液面高形管压差计两引压管中指示液面高 低的画法正确是低的画法正确是_。( (设管内流设管内流 动的是理想流体动的是理想流体) ) Cacbfed6.6.某转子流量计，其转子材料为不锈钢，测量密某转子流量计，其转子材料为不锈钢，测量密度为度为1.2kg/m1.2kg/m3 3的空气时，最大流量为的空气时，最大流量为400m400m3 3/h/h。现用来测量密度为现用来测量密度为0.8kg/m0.8kg/m3 3氨气时，

3、其最大流量氨气时，其最大流量为为_m_m3 3/h/h。7.7.如图所示，液体在等径倾斜管中稳定流动，则如图所示，液体在等径倾斜管中稳定流动，则阀的局部阻力系数阀的局部阻力系数与压差计读数与压差计读数R R的关系式为的关系式为_ _ 。490=2Rg(2Rg(0 0-)/(u-)/(u2 2) )R08. 如图三所示，水塔高度H一定，A和B用户高度相同，但有时打开阀门B几乎无水,其原因是_。若A处用水量不变，使B处有水用的具体措施是_。图三9.某液体流过如图四所示等径圆管，管段长度AB=CD，则如下式子中_式不成立。A)势能差：ppgZZppgZZCDCDABAB)()(B)能量损失：hf A

4、-B=hf C-D；C)压强差pB-pA=pD-pC D) U型压差计读数R1=R2。图四c图五6. 不可压缩流体在等径水平直管中作稳定流动时，由于内摩擦阻力损失的能量是机械能中的_。 A) 位能； B)静压能； C)内能； D)动能。7. 层流与湍流的本质区别是_。 A)湍流流速大于层流流速； B)湍流Re层流Re； C)层流无径向脉动，湍流有径向脉动； D)速度分布不同。8. 某液体在管路中作滞流流动，提高液体温度会使阻力损失_。 A)减小； B)增大； C)不变； D)不定。9. 流体在圆直管内流动，滞流时摩擦系数正比于_；在充分湍流（阻力 平方区）时，正比于_。（G为质量流速） A)G

5、2； B)G； C)G0； D)G-1； E)G-2。10. 如图五高位水槽液位不变，则a、b、c三点处流体总机械能的关系为：阀门打开时_；阀门关闭时_。（槽内流体流动阻力不计） A)abc； B)abc； C)abc； D)abc。22upZg图六图七11. 如图六所示，装了U型压差计测得了_。A) A点和B点动压头差 (u2A-u2B)/(2g)； B) B) A、B段阻力、损失hf A-B；C)阻力损失和动压头差之和 D) B点和A点的压头差。 图六12. 图七中，流体在管内流动，由于某局部堵塞，使p1、p2上升、p3下降，试判断堵塞位置在_段。A) ak； B) kb； C) bc；

6、D) cd。13. 图十一中A、B两管段内均有流体流过，从所装的压差计显示的情况，对于管段内流体流向的判断有如下四种答案，你认为_是正确的。A管段内的流向； B) B管段内的流向；C) A、B 管段内的流向； D) 无法做出任何判断。图六图七图十一图十四14. 层流底层越薄_。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。例例1. 利用本题附图所示的管路系统向高位槽C送水。当阀E在某一开度时，A、B两点的压强表读数分别为7.4104Pa及6.4104Pa，此时供水量为46m3/h；若将E阀关小使管内流量变为30m3/h，试求此时A、B两点的压强表读数。假

7、设上述两种工况下流动均在阻力平方区。【解】解该题的关键是明确不同流量下推动力与流动阻力之间的对应关系，而流动阻力又与流量（流速）的平方成比例，因此可列出相应的推动力与流量之间的关系式。截面与基准面的选取如图十四所示。在1-1与2-2之间列柏努利方程式，当Vh=46m3/h时得：212212fAhgZup即 4222122128) 1(2) 1(dVdludlgZpsA同理，当流量为30m3/h时，可列出相对应的关系式：422212)(8) 1(dVdlgZpsA联立式1与式2，得到2222)4630()(ssAAVVgZpgZp)()4630(222gZpgZpAA =10003.59.807

8、+0.4253(7.410410003.59.807) =5.12104 Pa 由于A、B两点间的压强差是用来克服AB管段的流动阻力的，因而有如下关系：4253.0)4630()(22ssBABAVVpppp)(4253. 0BAABpppp44410695. 410)4 . 64 . 7(4253. 01012. 5Pa 图十九图十四即当流量为30m3/h时，A、B两点之间的压强读表分别为5.12104Pa及4.695104Pa。讨论：讨论：对于特定的管路系统，上游阻力加大（关小E阀门，增加局部阻力），必然引起下游流量下降，因而流动阻力减小，A、B两点压强表读数及压强差相应下降。 例例2.

9、水从贮槽A经图十九所示的装置流向某设备。贮槽内水位恒定，管路直径为893.5mm，管路上装一闸阀C，闸阀前路管路入口端20m处安一个U形管压差 计，指示液为汞，测压点与管路出口之间距离为25m。试计算： 当闸阀关闭时测得h=1.6m，R=0.7m：当阀部分开启时，h=1.5m，R=0.5m，管路摩擦系数=0.023，则每小时从管中流出水量及此时闸阀当量长度为若干？ 当闸阀全开时(le/d=15,=0.022),测压点B处的压强为若干？【解】该题为静力学基本方程、柏努利方程、连续方程、管路阻力方程联合应用的综合练习题。 首先根据闸阀全关时h、R值，用静力学基本方程求H。在1-1与B-B截面之间列

10、柏努利方程式求流速，然后再用连续性方程求流量，用阻力方程求le。当闸阀全关时，对U形管的等压面4-4列静力学平衡方程得 gRghHA)(92.76 .11000136007 .0hRHA当闸阀部分开启时，以管中心线为基准面，在1-1与B-B两截面之间列柏努利方程得:2)5.1(21udlpgHB式中 92. 7Hm 201lm 023. 0082. 0dm 51980807. 9)10005 . 1136005 . 0()(ghRpAB将有关数据代入上式得 688. 2um/s0142. 0688. 2082. 042AuVSm3/s51.1m3/h 即 2388.2082.025023.01

11、000519802el解得 le26.3 m阀门全开时的pB以管中心线为基准面，在1-1与2-2两截面之间列柏努利方程求得管内速度，再在B-B与2-2两截面之间列柏努利方程式求pB在1-1与2-2之间列柏努利方程得 25 . 1)150.082450.022(7.92807. 92u在B-B与2-2之间列柏努利方程得 222)15(udlpB即 39320102343. 3)15082. 025(022. 032BpPa解得 343. 3um/s讨论：讨论：用柏努利方程解题时，截面的合理选取是至关重要的。例如，本题在闸阀部分开启时，le为待求量，在计算流速时，衡量范围就不应该选在1-1与2-2

12、两截面之间，而B-B截面上的参数较充分，所以应选1-1与B-B之间为衡算范围；在求le时选取B-B与2-2截面之间最为简便，同样，在闸阀全开求pB时，既可选1-1与B-B，又可选B-B与2-2，但后者使计算简化。气体吸收液净化气图二十例例3、用水洗塔除去气体中所含的微量有害组分A，流程如图二十所示。操作参数为温度27，当地的大气压强为pA=101.33kPa,U形管汞柱压差计读数分别为R1=426mm、R2=328mm。气体在标准状况下的密度为1.29kg/m3。试求气体通过水洗塔的能量损失，分别用J/kg、J/N(即m)、J/m3(即Pa)表示。【解】本题为可压缩流体经过水洗塔的流动，当其压

13、强变化不超过入口压强(绝压)的 20时，可用平均压强下的密度m代入柏努利方程式进行计算。截面和基准面的选取如本题附图所示。 kPa 1 .14533.10176032833.1012p1 .15833.10176042633.1011pkPa %2 . 8%1001 .1581 .1451 .158%100121ppp即压差变化不超过入口绝压的20%，可当作不可压缩流体处理，计算如下： 6 .151) 1 .1451 .158(21)(2121pppmkPa 在1-1与2-2截面之间列柏努利方程得 fmmhgZpp221730510807. 9756. 110) 1 .1451 .158(22

14、21gZpphmfJ/kg 9 .744807. 97305/ghHffJ/N或m 410283. 17305756. 1ffhpJ/m3或Pa756. 12727327333.1016 .15129. 1)(000TTppmmkg/m3图十八例例4. 某化工厂的生产废气通过圆锥型烟囱(如图十八所示)排至大气。烟囱高60m，其底端和顶端直径分别为2.4m和1.4m。废气密度为0.9kg/m3(可视作常数)，排放量为94000m3/h，烟囱壁的摩擦系数取作0.04。试求废气通过烟囱时因流动阻力(不包括烟囱进出口阻力)而引起的压强降为若干Pa。烟囱任一截面上流速和直径D的关系为 烟囱任意截面上的直

15、径和高度的关系为 60/4 .260/)(211hhDDDD772. 54 . 23600494000/211AVusm/s22211/25.33)/4 . 2(772. 5)/(DDDDuum/s【解】该题实为定态流动，但由于烟囱直径随高度连续变细，因而流速相应加大从而使得压强降的计算更为繁琐。计算的基本方程仍是直管阻力通式，但需找出不同高度上速度和直径的关系，进而在直径D1到D2范围内积分求取废气通过烟囱的压强降。废气通过烟囱底部的流速为经整理得到：Dh60144 由直管阻力通式 45222/1194/28662)25.33(9 . 0)60144(04. 02DDDDDuDhpf微分上式

16、得到：dDDDpf/1194)4(/28665)(d56dDDD/14330/477665积分上式得：DDDDpfd14330d47764 . 12.464 . 14 . 25讨论：讨论：上面的计算是假设为常数的前提下进行的，实际上在60m的高度范围内，是有一定变化的，故上面的计算只是近似结果。8 .2219 .2747 .496)51(14330)41(47764 .14 .254 .14 .24DDPa例例5. 5. 为了测出平直等径管为了测出平直等径管ADAD上某泄漏点上某泄漏点M M的位置，采的位置，采用如图十四所示的方法，在用如图十四所示的方法，在A A、B B、C C、D D四处各

17、安装一四处各安装一个压力表，并使个压力表，并使L LABAB=L=LCDCD。现已知。现已知ADAD段、段、ABAB段管长及段管长及4 4个个压力表读数，且管内流体处于完全湍流区。试用上述压力表读数，且管内流体处于完全湍流区。试用上述已知量确定泄漏点已知量确定泄漏点M M的位置并求泄漏量占总流量的百分的位置并求泄漏量占总流量的百分数。数。ABMCD 【解【解】不可压缩流体在平直等径管内流动时，任两点间的不可压缩流体在平直等径管内流动时，任两点间的压力差压力差pp都等于该管段的阻力损失，即都等于该管段的阻力损失，即 对于等径管中的完全湍流流动，对于等径管中的完全湍流流动，K K为常数。为常数。

18、令令L LABAB=L=LCDCD=a,L=a,LADAD=L=L，管段，管段ABMABM及及MCDMCD内的流体流量分别为内的流体流量分别为V V1 1、V V2 2，于是根据式，于是根据式有：有： lKVlVdudlp2252282aKVppBA21aKVppDC22AMMALKVpp21)(22AMDMLLKVpp由式由式、式、式解出解出KVKV1 12 2、KVKV2 22 2并代入式并代入式、式、式得得以上两式相加得以上两式相加得 可见，只要测出可见，只要测出a a、L L及及p pA A、p pB B、p pC C、p pD D数值，代入上式数值，代入上式即可得出泄漏点即可得出泄漏

19、点M M的位置。用此法查找管路（尤其是埋在的位置。用此法查找管路（尤其是埋在地下的管路）中的泄露位置方便而经济。至于泄漏量占总地下的管路）中的泄露位置方便而经济。至于泄漏量占总流量的百分数可由式流量的百分数可由式、式、式求得求得%1001%100121BADCppppVVV)()()()(DCBADCDAAMppppLppappLaLLppppAMDCDM)(aLppppAMMAMA)( 例例6. 6. 用离心泵向用离心泵向E E、F F两个敞口高位槽送水，管路系统如图两个敞口高位槽送水，管路系统如图十六所示。已知十六所示。已知: :所有管路内径均为所有管路内径均为33mm33mm，摩擦系数为

20、，摩擦系数为0.0280.028，A A、B B管段的长度管段的长度( (含所有局部阻力的当量长度含所有局部阻力的当量长度) )为为100m100m，泵出口出压强表读数为，泵出口出压强表读数为294kPa294kPa，各槽内液面恒定。试，各槽内液面恒定。试计算：计算： 当泵只向当泵只向E E槽供水，而不向槽供水，而不向F F槽槽供水、供水、F F槽内的水也不向槽内的水也不向E E槽倒灌槽倒灌( (通过调节阀门通过调节阀门V V1 1与与V V2 2开度来实现开度来实现) )，此时管内流速和此时管内流速和BCBC段的长度段的长度( (包括包括所有局部阻力当量长度所有局部阻力当量长度) )为若干；

21、为若干； 欲同时向欲同时向E E、F F两槽供水，试定两槽供水，试定性分析如何调节两阀门的开度？性分析如何调节两阀门的开度？假设调节阀门前后泵出口处压强假设调节阀门前后泵出口处压强表读数维持不变。表读数维持不变。6m1224mEAC122C FBDV1V2【解【解】该题为分支管路系统，为满足该题为分支管路系统，为满足所规定的条件，水流所规定的条件，水流经经ABAB管段后管段后( (即即B B点点) )所剩余的能量恰好使所剩余的能量恰好使F F槽内的水静止不流槽内的水静止不流动动( (即即F F槽内水不向槽内水不向E E槽倒灌，泵送的水也不流向槽倒灌，泵送的水也不流向F F槽槽) )，因而，因而

22、BCBC管段的压头损失只好为管段的压头损失只好为6m6m。由于整个管路内径一致，故。由于整个管路内径一致，故BCBC管管段与段与ABAB管段的流速相同。管内流速由柏努利方程求解，管段的流速相同。管内流速由柏努利方程求解，BCBC管管段长度则由能量损失方程计算。段长度则由能量损失方程计算。 管内流速及管内流速及BCBC段管长段管长取压强表处为取压强表处为1-11-1截面，截面，E E槽液面为槽液面为2-22-2截面，并取通过测压口截面，并取通过测压口中心线为基准面，则在两截面间列柏努利方程式得中心线为基准面，则在两截面间列柏努利方程式得 其中其中 Z Z2 24m 4m fBCfABAhhgZu

23、p2212 J/kg式式代入式代入式 解得解得 2.162m/s又又 J/kg 所以所以 58.84/1.983=29.7m 22242.422033. 0100028. 02uuudlhABfAB84.58807. 9622udlhBCfBC84.5842.424807. 92101029422133uuu84.58983. 12162. 2033. 0028. 02BCBCfBCllhBCl欲同时向欲同时向E E、F F两槽供水，需关小两槽供水，需关小V V1 1阀而开大阀而开大V V2 2阀。阀。 讨论：讨论：本题本题为分支管路的特例，当使为分支管路的特例，当使F F槽内水不流槽内水不流

24、动时，实际变成了简单管路的计算，但对动时，实际变成了简单管路的计算，但对BCBC管段的能量损管段的能量损失加了限制条件，使问题成为唯一解。欲使水能同时向失加了限制条件，使问题成为唯一解。欲使水能同时向E E、F F两槽供水，在调节阀门的同时，管内的流量必然减小，两槽供水，在调节阀门的同时，管内的流量必然减小，以使以使ABAB管段的能量损失降低，在管段的能量损失降低，在B B点水所具有的压头应大点水所具有的压头应大于于6m6m。例例7. 7. 用直径为用直径为500mm500mm的钢管将的钢管将2525o oC C的天然气的天然气( (主要主要成分为甲烷成分为甲烷) )从甲地送到从甲地送到35k

25、m35km以外的的乙地以外的的乙地( (可忽可忽略所有局部阻力略所有局部阻力) )，管材粗糙度为，管材粗糙度为0.2mm0.2mm。已测得。已测得甲、乙两地的气体压强分别为甲、乙两地的气体压强分别为506.5kPa506.5kPa及及49kPa(49kPa(均为表压均为表压) )，当地的大气压为，当地的大气压为101.33kPa101.33kPa。试求天然气的流量为若干标准试求天然气的流量为若干标准m m3 3/h/h。 【解【解】 该题为可压缩气体的远距离输送，始终两端压强差该题为可压缩气体的远距离输送，始终两端压强差较大，不宜直接用不可压缩流体的机械能衡算式。在忽略较大，不宜直接用不可压缩

26、流体的机械能衡算式。在忽略动能及位能变化的简化假设条件下，压强降和质量流速之动能及位能变化的简化假设条件下，压强降和质量流速之间的关系可用下式近似表达：间的关系可用下式近似表达： （1 1）由于由于为未知，需试差求解。现计算如下：为未知，需试差求解。现计算如下： kPa kg/m3 mfGdlp221 .379)495 .506(5 . 03 .101mp448. 2)25273(315. 8161 .379RTMpmm 假设：流动在阻力平方区，由假设：流动在阻力平方区，由/d=0.2/500=0.0004/d=0.2/500=0.0004，查，查，ReRe(/(/d d) )关系曲线，得关系

27、曲线，得=0.016=0.016。 kg/(m2s) 校核：在校核：在2525下，天然气的粘度下，天然气的粘度=1.05=1.0510Pa10Pas s。72.441035016. 0448. 25 . 010)495 .506(2233ldpGmf651013. 21005. 172.445 . 0dGRe由由ReRe和和/d d的数值查的数值查、ReRe(/(/d d) )关系曲线图，得关系曲线图，得=0.0161=0.0161，与原假设非常接近，上面计算有效。，与原假设非常接近，上面计算有效。 kg/m3 m3/s m3/h 讨论：讨论：对于可压缩气体的长距离输送或真空管路气体对于可压缩

28、气体的长距离输送或真空管路气体输送，由于气体密度较小，忽略气体动能和位能变化输送，由于气体密度较小，忽略气体动能和位能变化的假设所引起的误差很小，因此用式的假设所引起的误差很小，因此用式进行近似计算进行近似计算在工程上是可接受的。在工程上是可接受的。 7142. 0273315. 81633.10100RTMp29.125 . 047142. 072.4420GAqV410424. 4例8 如图所示,高位槽A内的液体通过一等径管流向槽B。在管线上装有阀门，阀门前、后M、N处分别安装压力表。假设槽A、B液面维持不变，阀门前后管长分别为l1、l2。现将阀门关小，试分析管内流量及M、N处压力表读数如

29、何变化。 解： （1）管内流量变化分析，阀门管小后，管内流量将变小。证明如下：在两槽液面1-1与2-2间列机械能衡算式： 式中 p1 1 1 2 2 M Np22udLLEtEt22121 2upgZEt2111 2upgZEt2222 当阀门关小时，Z1、Z2、p1、p2均不变，u1u20(槽截面管截面），故两截面处的总机械能Et1、Et2不变；又管长L1、L2于管径d也不变，所以变化不大可视为常数。但阀门关小时增大，故由式（1）可知u减小，即管内流量v减小。（2）M处压力表读数变化分析由截面1-1 和M点所在的截面的机械能间的机械能衡算式可知2u)1dL(gZtEP2M11M1M 当阀门关小时，式（2）中等号右边除u减小外，其余量均不变，故PM增大。（3）N处压力表读数变化分析同理，由N点所在的截面和截面2-2间的机械能衡算式可知(2)2u)1dL(gZtEP22N2N2N 当阀门关小时，式（3）中等号右边除u减小外，其余各量均不变，且 恒大于零（因为n-2中至少包含一个出口局部阻力系数0=1），故Pn减小。)1dL(2N2 结论： 1、在其他条件不变时，管内任何局部阻力的增大将使该管内的流速下降，反之亦然。 2、在其他条件不变时，关小阀门必将导