化工基础 第三章习题课

1、第三章第三章 流体流动过程及流体输送流体流动过程及流体输送习题课习题课流体的基本性质流体的基本性质流体流动的基本规律流体流动的基本规律流体压力和流量的测量流体压力和流量的测量管内流体流动的阻力管内流体流动的阻力流体输送设备流体输送设备内容概要内容概要一、流体的基本性质一、流体的基本性质1、密度、密度2、比体积、比体积3、压力、压力4.流量和流速流量和流速质量流速、体积流速质量流速、体积流速u = qV / S5.粘度粘度 F（u/y）A FA（u/y） 二、流体流动的基本规律二、流体流动的基本规律1.1.定态流动和非定态流动定态流动和非定态流动2.2.连续性方程连续性方程1 11222u Su

2、 S1221SSuu212221dduu 3.3.机械能衡算方程机械能衡算方程伯努利方程伯努利方程（1 1） 理想流体伯努利方程式：理想流体伯努利方程式：2222121122pmummgZpmummgZ2222121122pugZpugZgpguZgpguZ2222121122（2 2） 实际流体伯努利方程式：实际流体伯努利方程式：feHpugZHpugZ2222121122fehgpguZHgpguZ2222121122位压头位压头动压头动压头静压头静压头压头损失压头损失泵的扬程或有效压头泵的扬程或有效压头(1N)(1kg) 作图作图 根据题意作出流动系统的示意图以助分析题意。根据题意作出流

3、动系统的示意图以助分析题意。 单位务必统一单位务必统一 最好均采用国际单位制。最好均采用国际单位制。 4 4流体流动规律的应用举例流体流动规律的应用举例 截面的选取截面的选取 确定出上下游截面以明确对流动系统的衡确定出上下游截面以明确对流动系统的衡算范围。算范围。基准水平面的选取基准水平面的选取 为了简化计算，通常将所选两个截为了简化计算，通常将所选两个截面中位置较低的一个作为基准水平面。面中位置较低的一个作为基准水平面。三、流体压力和流量的测定三、流体压力和流量的测定孔板流量计孔板流量计文丘里流量计文丘里流量计转子流量计转子流量计四、管内流体流动的阻力四、管内流体流动的阻力1.流动的形态：流

4、动的形态：2.管内阻力的计算管内阻力的计算 管件或阀门管件或阀门等径直管等径直管管路输送系统管路输送系统直管摩擦损失局部摩擦损失hf 分为两类：分为两类：hf=hfhlguhf22直管阻力的计算直管阻力的计算 (1)(1)滞流时的摩擦阻力系数滞流时的摩擦阻力系数 gudlgphf2Re642 (2)(2)湍流时的摩擦阻力系数湍流时的摩擦阻力系数 fhgudl22dRe,a滞流区滞流区 Re2 000，64/Re,与与/d无关无关。b过渡区过渡区 2 000Re4000，流形为，流形为非定态非定态易波动易波动, 常作常作湍流湍流处理。处理。c. 湍流区湍流区 Re4 000以及虚线以下区域以及虚

5、线以下区域,与与 Re和和/d均有均有关关,随随 Re的增大而减小的增大而减小, 随随/d增大而增大增大而增大. hfu1.75d. 完全湍流区完全湍流区 Re足够大时足够大时,与与 Re无关无关,仅与仅与/d有关。有关。五、流体输送设备五、流体输送设备1.1.离心泵离心泵1 1）气缚现象）气缚现象2 2）主要性能参数）主要性能参数习习 题题 1.1.水在圆形直管中作滞流流动，流速不变，若管子直水在圆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（径增大一倍，则阻力损失为原来的（ ）。）。 A. 1/4A. 1/4； B. 1/2B. 1/2； C. 2C. 2倍倍 2.

6、2.流体体积流量一定时，有效截面扩大，则流速流体体积流量一定时，有效截面扩大，则流速 ，动压头，动压头 ，静压头，静压头 。1.A2.减少，减少，增加减少，减少，增加3 3、离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生、离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( )。 A. 气缚现象；气缚现象； B. 汽蚀现象；汽蚀现象； C. 汽化现象；汽化现象； D. 气浮现象。气浮现象。4、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后获得的、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后获得的( )。 A. 包括内能在内的总能量；包括内能在内的总能量； B. 机械能；机械能；C. 压能；压能； D. 位能（即实际的升扬高

7、度）。位能（即实际的升扬高度）。5.离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生泵会发生_现象。现象。AB6.流体的雷诺准数是由流体的流体的雷诺准数是由流体的_、_、_以及以及_等四个物理量所组成的数群。等四个物理量所组成的数群。 7.管道内流体的速度，在一般情况下，沿管道内流体的速度，在一般情况下，沿_处的流速最大，处的流速最大，越靠近管壁流速越靠近管壁流速_，管壁处的流速，管壁处的流速_。 8 8、流体流动产生阻力的根本原因是因为流体流动（、流体流动产生阻力的根本原因是因为流体流动（ ） 遇到了障碍物；遇到了障碍物； B. B. 与管壁产生摩擦与

8、管壁产生摩擦C. C. 产生了内摩擦力产生了内摩擦力 D. D. 管壁太粗糙管壁太粗糙9.离心泵的扬程是离心泵的扬程是 ( )。 A. 实际的升扬高度；实际的升扬高度；B. 泵的吸液高度；泵的吸液高度；C. 液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度 D. 单位重量液体出泵和进泵的机械能差值。单位重量液体出泵和进泵的机械能差值。D10.为避免发生气蚀现象，应使离心泵内的最低压力（为避免发生气蚀现象，应使离心泵内的最低压力（ ）输送）输送温度下液体的饱和蒸汽压。温度下液体的饱和蒸汽压。 A. 大于；大于；B. 小于；小于；C. 等于。等于。A11.离心泵的主要部件有如下

9、三部分离心泵的主要部件有如下三部分:_,_,_。泵壳；叶轮；泵轴泵壳；叶轮；泵轴12.泵起动时，先关闭泵的出口开关的原因是泵起动时，先关闭泵的出口开关的原因是_。降低起动功率，保护电机，防止超负荷而受到损伤；降低起动功率，保护电机，防止超负荷而受到损伤；同时也避免出口管线水力冲击同时也避免出口管线水力冲击13.某输水的水泵系统某输水的水泵系统,经管路计算得经管路计算得,需泵提供的需泵提供的压头为压头为H = 19m水柱水柱,输水量为输水量为20kgs-1,则泵的有效功率为则泵的有效功率为_。3728w14. 采用虹吸管从高位槽向反应釜中加料。高位槽和反应采用虹吸管从高位槽向反应釜中加料。高位槽

10、和反应釜均与大气相通。要求物料在管内以釜均与大气相通。要求物料在管内以 1ms-1的速度流动。若的速度流动。若料液在管内流动时的能量损失为料液在管内流动时的能量损失为 20J/kg，试求高位槽的液面，试求高位槽的液面应比虹吸管的出口高出多少米？应比虹吸管的出口高出多少米？n n fWupgZupgZ222221112121gWuHf/ )21(22m09. 281. 9)20121(解解: : 以高位槽液面为以高位槽液面为1-11-1面面, ,管出口内侧为管出口内侧为2-22-2面面, ,在在1-11-1 2-22-2间列柏努力方程间列柏努力方程: : 简化简化: : 15.如图用离心泵将如图

11、用离心泵将20的水由敞口水池送到一压力为的水由敞口水池送到一压力为2.5atm的塔内，管径为的塔内，管径为1084mm管路全长管路全长100m(包括包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内内)。已知：。已知： 水的流量为水的流量为56.5m3h-1，水的粘度为，水的粘度为1厘泊，厘泊，密度为密度为1000kgm-3，管路摩擦系数可取为，管路摩擦系数可取为0.024，计算并，计算并回答：回答：(1)水在管内流动时的流动形态；水在管内流动时的流动形态； (2) 管路所需要的压头和功率；管路所需要的压头和功率；n解：解：已知：d = 10

12、8-24 = 100mm = 0.1mnA=(/4)d2 = 3.14(1/4)0.12 = 0.78510-2 mnqv = 56.5m3/hn u = q/A = 56.5/(36000.78510-2) = 2m/sn = 1cp = 10-3 PaS =1000 kg.m-3, = 0.024n Re = du/=0.121000/10-3 = 2105 4000n 水在管内流动呈湍流n 以1-1面为水平基准面,在1-1与2-2面间列柏努利方程：n Z1 +(u12/2g)+(p1/g)+Hn=Z2+(u22/2g)+(p2/g)+HfnZ1=0, u1=0, p = 0 (表压),

13、Z2=18m, u2=0n p2/g=2.59.81104/(10009.81)=25mn Hf =(l+le )/d(u2/2g)n =0.024(100/0.1)22/(29.81) = 4.9mnH = 18+25+4.9 = 47.9mn Ne = Hqvg = 47.910009.8156.5/3600 = 7.4kw 16.贮槽内水位不变贮槽内水位不变,槽底与直径为槽底与直径为100mm的水管相的水管相通通, ,距入口端距入口端15m处安一水银压差计处安一水银压差计, ,一臂通大气一臂通大气, ,测压点与管路出口端的直管长测压点与管路出口端的直管长20m,(1)(1)当闸阀关闭时当

14、闸阀关闭时, ,测得测得R=600mm,h=1500mm,闸阀闸阀部分开启时部分开启时,测得测得R=400mm,h=1400mm,摩擦系数可摩擦系数可取取0.025,求求:每小时从管中流出多少立方米水每小时从管中流出多少立方米水?(2)当闸阀全开时当闸阀全开时,U型压差计测压处的静压强。已知型压差计测压处的静压强。已知闸阀全开时，闸阀全开时，Le/d=15， = 0.025。Z11m15m20hR23( (1)1)由静力学方程求槽内水位高由静力学方程求槽内水位高Z Z1 1 水水gZ1+ 汞汞 g h= 汞汞 g R h =1.5m R = 0.6m Z1= 6.66 m gZ1+ u12/2+P1 /= gZ2+u22/ 2+ P2 /+hf 1-2 P1= 0 (表压表压) P2+ 水水 g h= 汞汞 g R P2=136009.810.410009.811.4 =39630 Pahf1-2= (L/d +C ) u2/2 = ( 0.02515/ 0.1 + 0.5) u2/ 2 =2.13u2 9.816.66= u2/2+39630/1000+2.13u2 u = 3.13m/s V = 36000.7850.123.13 = 88.5 m3/h(2)应由应由13截面求流速截面求流速u gZ1+u12/ 2+ P1 /= gZ3+ u32/ 2+ P3 /+hf1-3