第1章流体流动习题及答案

1、一、单选题1单位体积流体所具有的（）称为流体的密度。 AA 质量； B 粘度； C 位能； D 动能。2单位体积流体所具有的质量称为流体的（）。 AA 密度； B 粘度； C 位能； D 动能。 3层流与湍流的本质区别是（）。 DA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V湍流的雷诺数；D层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。4气体是（）的流体。 BA 可移动； B 可压缩； C 可流动； D 可测量。5在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的（）。 CA 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 6以绝对零压作起点计算的压力，称为（）。 AA 绝对

2、压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。7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。DA 真空度； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。8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压力表。AA 大于； B 小于； C 等于； D 近似于。9（）上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值，称为表压力。AA 压力表； B 真空表； C 高度表； D 速度表。10被测流体的（）小于外界大气压力时，所用测压仪表称为真空表。DA 大气压； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。）。 B11. 流体在园管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时

3、，平均流速与管中心的最大流速的关系为（A. Um = 1/2Umax ; B. Um = 0.8Umax;C. Um = 3/2Umax。12. 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 （）。AA. 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。13. 层流底层越薄 （）。CA. 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。14. 双液体 U 形差压计要求指示液的密度差 （） CA. 大；B. 中等；C. 小； D. 越大越好。15.

4、 转子流量计的主要特点是 （）。CA. 恒截面、恒压差；B. 变截面、变压差；C. 恒流速、恒压差；D. 变流速、恒压差。16. 层流与湍流的本质区别是： （）。 DA. 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。17. 圆直管内流动流体，湍流时雷诺准数是（）。 BA. Re <2000;B. Re >4000;C. Re = 2000 4000。）。 A）倍。 C18. 某离心泵入口处真空表的读数为200mmHg ， 当地大气压为 101kPa, 则泵入口处的绝对压强为

5、（A. 74.3kPa； B. 101kPa； C. 127.6kPa。1 9.在稳定流动系统中，水由粗管连续地流入细管，若粗管直径是细管的2倍，则细管流速是粗管的（A. 2；B. 8；C. 4。20. 流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（）。 CA. 流动速度大于零； B. 管边不够光滑； C. 流体具有粘性。21. 在相同条件下，缩小管径，雷诺数（）。 AA. 增大； B. 减小； C. 不变。22. 水在园形直管中作滞流流动，流速不变，若管子直径增大一倍，则阻力损失为原来的（）。 AA. 1/4；B. 1/2；C. 2 倍。23单位时间内流过管道任意截面的流体量称为（ ）。CA 流速；

6、B 流线； C 流量； D 流函数。 24单位时间内流体在流动方向上所流过的（）称为流速。 CA 宽度； B 高度； C 距离； D 直线。 25柏努利方程式中的（）项表示单位质量流体所具有的位能。 A；CA gz； B；D we。1项表示单位质量流体所具有的 （ ）。 BC26柏努利方程式中的A 位能； B 动能； C 静压能； D 有效功。27柏努利方程式中的（）项表示单位质量流体所具有的静压能。A gz； B；C28；D we。柏努利方程式中的（ ）项表示单位质量流体通过泵（或其他输送设备）所获得的能量，称为有效功。 D；CA gz； B；D we。29柏努利方程式中的（）项表示单位质量

7、流体因克服流动阻力而损失的能量。 D；CA gz；B；D30 .流体在直管中流动，当()< 2000寸，流体的流动类型属于层流。AA Re；B Pr；C Nu；D Gr。31.流体在直管中流动，当 Re()4000时，流体的流动类型属于湍流。BA v； B NC < ; D 老32 .流体在直管中流动，当 2000v()< 4000时，流体的流动类型属于不稳定的过渡区。AA Re；B Pr；C Nu；D Gr。33. 流体在管内作()流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动。AA层流；B湍流；C过渡流；D漩涡流。34. 流体在管内作()流动时，其质点作不规则的杂乱运动。BA层流

8、；B湍流；C过渡流；D漩涡流。35. 流体在圆管内()流动时，平均速度是最大速度的一半。AA层流；B湍流；C过渡流；D漩涡流。36. 对于()，当量直径等于四倍的流通截面积除以润湿周边。BA圆形管； B非圆形管；C 矩形管；D 直管。5、填空题1.流体静力学基本方程式PP0或2.定态流动的柏努利方程式 -能量衡算式R u1 We 2g乙1kg流体：3.单位体积流体所具有的4.雷诺准数的表达式为P2ghgZ2P2质量称为流体的密度。Pig(ziU2hfRe=d up /_ u。当密度1m.s在管中流动时，其雷诺准数等于105.当地大气压为750mmHg时，测得某体系的表压为Z2)J/kgp= 1

9、000kg.m,其流动类型为湍流_100mmHg,则该体系的绝对压强为，粘度 卩=1厘泊的水，在内径为d=100mm,以流速为850_ mmHg,真空度为#-100 mmHg。6. 当地大气压为750mmHg时，测得某体系的表压为100mmHg,则该体系的绝对压强 为_113404_ Pa,真空度为_-133402_ Pa。7. 某物的比重为 0.879,其密度为 879kg/m 3 ,其比容为 0.00114 m3/kg。8. 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。9. 当20C

10、的甘油（p =1261kg/m卩=149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84.1一 其摩擦阻力系数入为_0.761_010. 某长方形截面的通风管道，其截面尺寸为30 >20mm,其当量直径de为_24mm_ 。11. 测量流体流量的流量计主要有如下四种:_转子流量计,孔板流量计,_文丘里流量计,_湿式气体流量计_,测量管内流体点的速度，则用_皮托管 。12. 管出口的局部阻力系数等于1.0 ,管入口的局部阻力系数等于0.5 o13. 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。14. 流体体积流量一定时，有

11、效截面扩大，则流速减少，动压头.减少，静压头 增加。15. 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。16. 套管由© 57x 2.5m和© 25x 2.5m的钢管组成，则环隙的流通截面积等于_1633mm2，润湿周边等于_242mm _当量直径等于 _27mm _。17. 流体在等径管中作稳定流动，流体由于流动而有摩擦阻力损失，流体的流速沿管长不变_o18. 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 。19. 米糠油在管中作流动，若流量不变，管径不变，管长增加一倍，

12、则摩擦阻力损失为原来的_2_倍。20. 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。21. 当Re为已知时，流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数入=_4/Re_，在管内呈湍流时,摩擦系数 入与 _Re 、亠/d有关。22. 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_ o2倍_倍，摩23. 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擦系数入与Re的关系为_入=64/Re _。24. 牛顿型流体与非牛顿型流体的主要的区别是一牛顿型流体符合牛顿粘性定律_。25. 稳定流动的定义是_流动

13、状况不随时间而变o三、计算题1 一套管换热器的内管外径为80 mm, 外管内径为 150 mm, 其环隙的当量直径为多少解：de = 4 x=150 -80 = 70 mm2某液体在一管路中稳定流过，若将管子直径减小一半，而流量不变，则液体的流速为原流速的多少倍7当 d1 = 2d2 时解： V = uA ， u1A1 = u2A2， A =#u1= u2得 u2 = 4u193一定量的液体在圆形直管内作滞流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至原有的一半，问因流动阻力产生的能量损 失为原来的多少倍？解： 流动阻力，设管径改变后，则根据 u1A 1 = u2A 2#可得U2 = 4U1,滞流时

14、4. 某设备上真空表的读数为13.3 :W3 Pa,计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为98.7 X03 Pa。解：绝对压强 =大气压 一真空度=98.7 R03 13.3 103 = 85.4 103 Pa表压强=真空度=13.3 >103 Pa5. 甲乙两地的平均大气压强分别为85.3 X03 Pa和101.33 103 Pa,在甲地操作的真空精馏塔塔顶的真空表读数为80>103 Pa,在乙地操作时,若要求塔内维持相同的绝对压强,真空表读数应为多少?解：在甲地绝对压强=大气压真空度=85.3海03 80 X03 = 5.3 103 Pa在乙地 真空度=大气压 一绝

15、对压强=101.33 >103 5.3 103 = 96.03 103 Pa6在兰州操作的苯乙烯真空精馏塔顶的真空表读数为80X103 Pa,在天津操作时，若要求塔内维持相同的绝对压强，真空表的读数应为多少？兰州地区的平均大气压强为85.3 >103 Pa,天津地区的平均大气压强为101.33 103 Pa。解：在兰州 绝对压强 = 大气压 真空度 = 85.3 103 80 103 = 5.3 103 Pa在天津 真空度 = 大气压 绝对压强 = 101.33 103 5.3 103 = 96.03 103 Pa117.某设备的进、出口压强分别为1200 mmH2O （真空度）和

16、1.6 kgf/cm 2 （表压）。若当地大气压为 760 mmHg,求此设备进、出口的压强差。（用 SI制表示）解： 进口 Pi（绝压）=P （大气压）-P （真空度）出口 P2 （绝压）=P （大气压）+ P （表压）Pi（真空度）=1200 mmH2O = 0.12 kgf/cm2Pi （绝压）-P2 （绝压）=-P1 （真空度）+P2 （表压）= -（0.12+1.6） = -1.72 kgf/cm2=-1.72 981 X04 = -1.687 W5 N/m211.有一内径为25 mm的水管，如管中水的流速为1.0 m/s，求：（1）管中水的流动类型；（2） 管中水保持层流状态的最大

17、流速（水的密度p =1000 kg/m,粘度卩=1 cp o解:（ 1） Re = du p/ g = 0.025 X 1X 1000/0.001 = 25000000流动类型为湍流。（2）层流时，Re < 200Q流速最大时，Re = 2000，即dup/尸2000/ u = 2000 g/d p = 2000 X 0.00（10.025 X000） = 0.08 m/s12 .密度为850 kg/m3、粘度为8x10-3 Pa s的液体在内径为14 mm的钢管内流动，液体的流速为1 m/s。计算：（1）雷诺准数，并指出属于何种流型；（ 2）若要使该流动达到湍流，液体的流速至少应为多少

18、？解:（ 1） Re = du p / g = 0.014 X 1 X850/83X=11：487.5< 2000流动类型为层流（2）湍流时，Re > 4000流速最小时，Re = 4000，即du p /卩=4000/ u = 4000 g/d=p4000 XD.008/ （ 0.014 X50） = 2.69 m/s13.用108X4 mm的钢管从水塔将水引至车间，管路长度150 m （包括管件的当量长度）。若此管路的全部能量损失为118 J/kg，此管路输水量为若干m3/h?（管路摩擦系数可取为0.02，水的密度取为 1000 kg/m3）13解：能量损失118 J/kg/

19、u = 2.8 m/s流量 V = uA = 2.8 X79.13 m3/h1514 .用168 X 9 mr的钢管输送原油。管线总长100 km,油量为60000 kg/h，油管最大抗压能力为 1.57海O7 Pa。已知50 'C时油的密度为890 kg/m3,粘度为181 cp。假定输油管水平放置，其局部阻力忽略不计。问：为完成上述输油任务，中途需设几个加压站？解：U1 = U2, Z1 = Z2,u = V/A = (60000/890)/(36000.78X X.152) = 1.06 m/sRe = du (/ 尸 0.15 X06 X90/(181 X0-3) = 782层

20、流 心 64/Re = 64/782 = 0.0818夕=2(l/d)(u2/2) p= 0.0818 X05/0.15) (X.062/2) X90 = 2.72 1X7 Pa n = 2.72 1 07/(1.57 10) = 1.73中途应设一个加压站15.在附图所示的储油罐中盛有密度为960 kg/m3的油品。油面高于罐底9.6 m ,油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm圆孔，其中心距罐底800 mm，孔盖用14 mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为 39.23海06 Pa,问：至少需要几个螺钉？解：设通过孔盖中心的水平面上液体的静压强为p，则p就是管内液体作用

21、与孔盖上的平均压强。由流体静力学基本方程式知#作用在孔盖外侧的是大气压强pa,故孔盖内外两侧所受压强差为作用在孔盖上的静压力为每个螺钉能承受的力为17螺钉的个数 =3.76 K/6.04 103 = 6.23 个即至少需要7个螺钉。16 .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 = 400mm，R2 = 50 mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，在右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度 R3 =50 mm。求A、B两处 的表压强。解：U管压差计连接管中是气体，其密度远远小于水银及水的密度，由气柱高度所产生的压强差可以忽略。设R2下端为C点，Ri下端为D

22、点，因此可认为 PAPC,P妾 PD。PAp = pH2OgR3 + pHggR2=1000 g.81 0.05 + 13600 9応1 50.05=7161 N/m2 （表压）Pb P = PA + pHggR1=7161 + 13600 9.81 50.4=6.05 104 N/m2 （表压）17 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强p。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为920 kg/m3及998 kg/m3，U管中油、水交界面高度差 R = 300mm。两扩大室的内径 D均为60 mm， U管内 径d为6 mm。（当管路内气体压强等于大气压强时，两扩大室液面平齐

23、。） 解：当管路内的气体压强等于大气压强时，两扩大室的液面平齐，则两扩大室液面差 h与微差压差计读数R的关系为当压差计读数R = 300 mm时，两扩大室液面差为m则管路中气体的表压强为p =（ 998 - 920）9.81 R3 + 920 981 0.003 = 257 N/m2 （表压）18 用泵将水从水池送至高位槽。高位槽液面高于水池液面50m，管路全部能量损失为20 J/kg，流量为36 m3/h,高位槽与水池均为敞口。若泵的效率为60%，求泵的轴功率。（水的密度取为1000 kg/m3）解：设水池液面为1-1 /截面，高位槽液面为 2-2 /,以水池液面为基准水平面，在两截面间列柏

24、努利方程式。2 2U1PlU2P2.gz- Wegz2-hf22Z1 = 0， Z2 = 50 m， u1 "0 u2"0 P1 = P2 = 0 （表压），工 hf = 20 J/kg / we = 9.81 50+ 20 = 510.5 J/kg水的质量流率 ws = 36 >000/3600 = 10 kg/s有效功率Ne = wews = 510.5 >0 = 5105 W轴功率N = 5105/0.6 = 8508.3 W19水以 2.5m/s 的流速流经38 >2.5 mm的水平管，此管以锥形管与另一38 >3 mm的水平管相连。如附图所

25、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强。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 记），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。 （水 的密度取为 1000 kg/m 3）解：上游截面 A-A /,下游截面B-B /,通过管子中心线作基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。式中 ZA= ZB = 0 , uA = 2.5 m/s,工 hfA,B = 1.5 J/kg根据连续性方程式，对于不可压缩流体m/s#两截面的压强差为= 868.55 N/m 2mmH2O23由于/ pB > pA20.如图所示，常温的水在管道

26、中流过，两个串联的U形管压差计中的指示液均为水银，密度为Hg，测压连接管内充满常温的水，密度为 w，两U形管的连通管内充满空气。若测压前两U形管压差计内的水银液面均为同一高度，测压后两 U形管压差计的读数分别为Ri、R2，试求a、b两点间的压力差PaPb。解：Pl Pawghi PaPiwghi5P1P2P2 P3 Hg gR1P3 P4 P4 P5Hg gR2P5Pbwgh5PaPbP3Hg gRiwghiHg g RiR2wghihih h5hR2而2，2PaPbHg g R|R2所以PbP5 wgh5 P4HggR2wgh5Hg g R1R22i.在如图所示的测压差装置中，其他管内均充满

27、水，其密度为P4wgh5Hg gR2w gh5wghRi wg wghR2wg 222wg RiR2HgRiR2 gU形管压差计中的指示液为水银，其密度为Hg，w，U形管压差计的读数为R,两测压点间的位差为h，试求a b两测压点间的压力差 Pa解：由PaPlwghiPlP2P3P3P4HggRP4P5PbP5wgRwgh2所以PaP3wghiP4HggRwghi P5所以PaPbHggRwghiw gRw gh2HggRwgRwg hih2HggRwgRwghHggRw g RhHgw gRwghPb' oHg gRwgh122 .用离心泵将水从储槽送至水洗塔的顶部，槽内水位维持恒定，

28、各部分相 对位置如本题附图所示。管路的直径均为76X2.5 mm。在操作条件下，泵入口处真空表的读数为 24.66 X103 Pa；水流经吸入管与排出 管（不包括喷头）的能量损失可分别按27与计算。由于管径解：不变，故式中U为吸入或排出管的流速 m/s。排水管与喷头处的压强为98.07 X03 Pa （表压）。求泵的有效功率。（水的密度取为1000 kg/m3）（ 1）水在管内的流速与流量设储槽水面为上游截面 1-1，真空表连接处为下游截面2-2，并以截面 1-1为基准水平面。在两截面间列柏努利方程。#式中 Z1 = 0, Z2 = 1.5 m , pi = 0 （表压），p2 = -24.6

29、6 V03 Pa （表压）ui0将上列数值代入柏努利方程式，解得水在管内的流速u2m/s2931水的流量ws= uA p=kg/s(2)泵的有效功率设储槽水面为上游截面 1-1/,排水管与喷头连接处为下游截面2-2/，仍以截面1-1 /为基准水平面。在两截面间列柏努利方程。gz12U12P1gz22U22P2hf1hf2式中 Z1 = 0, Z2 = 14 m , u1 "0 u2 = 2 m/s, p1 = 0 （表压）p2 =98.07 t03 Pa (表压)，将上列数值代入柏努利方程式，解得weJ/kg泵的有效功率Ne = we ws = 285.41 承92 = 2260 W

30、23在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计，以测量两截面之间的压强差。当水的流量为10800 kg/h时，U管 压差计读数 R为100 mm。粗、细管的直径分别为60X3.5 mm与42X3mm。计算：（1） 1kg水流经两截面间的能量损失；（2）与该能量损失相当的压强降为多少 Pa?（水的密度取为1000 kg/m3）解：（1） 1kg水流经两截面间的能量损失设导管在上游的连接处为截面1-1 /,下游的连在两截面间列柏努利方程接处为截面2-2/,并通过管轴作基准水平面。式中Z1 = Z2 = 0, u = ws/A p33m/sm/s#J/kg 将以上各数值代入

31、柏努利方程式，解得J/kg2）与该能量损失相当的压强降35N/m224. 在图示装置中，水管直径为57 X 3.5 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 = pgH, H = 0.3 X.013 X05/ (1000 X9.81) = 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。在两截面间列柏努利方程式Z1 = H = 3 m， Z2 = 0

32、，P1 = 0，P2 = 0.2 X013 X05 Pa, u1"Q 工 hf/g = 0.5 mF2O代入上式37/ ( 2 >9.81) + 0.53.1 = 0.2 1；013 沐05/ ( 1000 >9.81) +解得U2 = 3.24 m/sVh = ( 44) d2u $600 = 22.9 m3/h25. 如图所示，密度为850 kg/m3的料液从高位槽送入塔中，高位槽内的液面 维持恒定。塔内表压强为9.81 >103 Pa,进料量为5 m3/h。连接管直径为38 >2.5 mm，料液在连接管内流动时的能量损失为30J/kg （不包括出口的能量

33、损失）。求：高位槽内的液面应比塔的进料口高岀多少？解：以高位槽液面为上游截面1-1,，连接管出口内侧为下游截面2-2/，并以截面1-1 /为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。#39m/s式中 Zi = 0, ui 0pi = 0 （表压），p2 = 9.81 103 Pa （表压），工 hf = 30 J/kg 将上述数值代入柏努利方程，解得高位槽内的液面应比塔的进料口高 4.37 m26. 如图所示，用泵将储槽中密度为 1200 kg/m3的溶液送到蒸发器内。储槽内 液面维持恒定，其上方与大气相同。蒸发器内的操作压强为 200mmHg （真 空度），蒸发器进料口高于储槽内的液面15 m,

34、输送管道的直径为68 X4 mm，送料量为20 m3/h，溶液流径全部管道的能量损失为120 J/kg，求泵的有效功率。解：以储槽的液面为上游截面 1-1/,管路出口内侧为下游截面2-2/，并以截面1-1 /为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。#gz12U12Pigz22氏P22hf#41Pa （表压）式中 Z1 = 0，Z2 = 15 m， p1 = 0 （表压），#m/s,工 hf = 120 J/kg将以上各项数值代入柏努利方程中weJ/kgwskg/sNe = we ws =246.9 6.67 = 1647 W4327附图中所示的高位槽液面维持恒定，管路中ab和cd两段的长度、直径及粗糙度均相同。某液体以一定流量流过管路，液体在流动中温度可视为不 变。问：（ 1）液体通过 ab 和 cd 两管段的能量损失是否相等？（ 2）此两 管段的压强差是否相等？写出它们的表达式。解：（ 1）直管的能量损失管段ab与cd中，长度