1 流体流动分知识点复习题期末复习用

1、【密度】某烟道气（可视为理想气体混合物）的组成中含CO2为13%,H2O为11%,N2为76%，温度为400C,压强为98.64kPa。若以上百分数为体积百分率，该混合气体的平均分子量为，密度为；若以上百分数为质量百分率，该混合气体的平均分子量为，密度为。解：当所给条件为体积百分率时M=0.13x44+0.11x18+0.76x28=28.98pM98.64x28.98P_RT8.314x673=0.511kg/m3当所给条件为质量百分率时MpMP_RT0.13/440.14/180.亍27*/g/mol=9&64X2762=0.487kg/m38.314x673【表压、绝压及真空度】某容器内

2、的绝对压强为200kPa，当地大气压为101.3kPa，则表压为987kPa；另一容器内的绝对压强为85.5kPa，当地大气则表压为-14,8kPa，真空度为14,8kPa。【定态流动】所谓定态流动是指_流体在流动讨程中其操作参数只是位置的函数而不随时间变化。【粘度】无粘性的流体，称为流体。（理想）一般情况下，温度升高，气体的粘度，液体的粘度。（增大减小）粘度的物理意义是。（促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力）流体流动时产生内摩擦力的根本原因是流体具有粘性。【适宜流速计算】内径为27mm的处来水管其设计输水能力宜为_1.036.18m3,/h_。解：水的适宜流流速范围为0.53m/s，故其流

3、量宜为0.785X0.0272X0.50.785X0.0272X3即1.036.18ms/h【连续性方程】以下方程中哪一个方程适用于可压缩流体?BA.pu=常数B.pAu=常数C.u1A1=u2A2D.u1d12=u2d22【伯努利方程】柏努利方程是以1kg不可压缩流体为基准推导出的，若用于可压缩流体时必须符合的条件。pp答案：T2x100%20%要求式中分母p1用绝压。p11若忽略A、B间的阻力损失，试判断B玻璃管水面所处的刻度。A.位置aB.位置bC.位置c=16+0+=24/2=8【流动型态与速度分布】当20C的甘油（密度为1261kg/m3,粘度为1.499cP）,流经内径为100mm

4、的圆形直管时，其平均流速为1m/s,其雷诺数为，流动形态为，管中心处的最大流速为。（84123湍流1.25）流体在圆管内流动时，管中心处流速最大，若为层流流动，平均流速与管中心的最大流速的关系为u=0,5u_;若为湍流流动,max平均流速与管中心的最大流速的关系为u=0.8u。max层流与湍流的本质区别是层流无径向流动，而湍流有径向流动。【边界层】在化工过程中，流动边界层分离的弊端主要是；其可能的好处则表现在。（增大阻力损失促进传热与传质）流体在管内作湍流流动时，层流内层的厚度随Re数的增大而减薄。层流内层越薄，流体的湍动程度越强。【摩擦系数】流体在管内作湍流流动时（不是阻力平方区），其摩擦系

5、数入随_和而变。（雷诺数管子的相对粗糙度）流体在管内的流动进入充分湍流区时，其摩擦系数入仅与有关。（管子的相对粗糙度）【因次分析】量纲（因次）分析法的主要依据是因次一致性或量纲一次性方稈_。【当量直径】长度为a,宽度为b的矩形管道，流体在管内的流速为u，其流动当量直径de等于2ab/（a+b），管内流体流量等于-abu。【阳力损失的计算】流体在圆管内作层流流动，如将谏度增加一倍，则阳力为原来的.倍。（2）流体在水平等径直管中流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机械能中的项。（压强能）水在圆形直管中作完全湍流时，当输送量、管长和管子的相对粗糙度不变，仅将其管径缩小一半，则阻力变为原来的倍。水由敞口

6、恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小后,水流过直管的摩擦系数，管道总阻力损失。（增大不变）如右图所示：已知：P水=1000kg-m3,P空气=129kg-m3,R=51mm,则厶p=N-m2弋=_（两测压点A.B间位差不计）解：（Ap+pgAz=Ap=（p.-p）gR=（1000一1.29）x9.81x0.051=499.7Pa坐二499.7巴匚二2x499.7/1000/12二1p10002下图中高位槽液面保持恒定，液体以一定流量流经管路，ab与cd两段长度相等，管径与管壁粗糙度相同，贝9（）。（1）U形压差计读数R1=R2;（2）液体通过ab与cd段能量损失

7、。hfab=hfCd；（3）ab与cd两段压差。pab3600=65m/hm/s44注意：a.当管路长度包括局部阻力的当量长度时表明局部阻力必需采用当量长度法计算而不要画蛇添足地用局部阻力系数法计算局部阻力损失。b.进出口阻力属于局部阻力。(2)压力表读数(Pa)u2+-2g+厶+工HPgf,2一33.5+2.322g1000g1.5x1051000 xg+0.02x100 x0.12.322x9.81在压力表所在截面2-2与容器液面3-3间列柏努利方程。仍以0-0截面为基准水平面，有u2解得，p2=3.23X10a（表压）注意：a.柏努利方程左右两边的压力项必须采用同一压力基准或同时用绝压或

8、同时用表压某截面的真空度为OOkPa则该截面的表压为-200kPa=（3）泵的压头（m）在真空表与压力表所在截面间列柏努利方程，可得H二(z2-专+H0.5+3.23x105+0.427x1051000 x9.8137.8m泵的有效功率PepgqH1000 x9.81x-6x37.86.695x103W=6.695kWVe3600耳Pe/P6.695/1066.95%a若离心泵运行一年后发现有气缚现象，原因是进口管有泄露。2【静力学方程与伯努利方程的综合应用】如图所示，用泵将水由低位槽打到高位槽（两水槽均敞口，且液面保持不变）。已知两槽液面距离为20m,管路全部阻力损失为5m水柱，泵出口管路内

9、径为50mm,其上装有U型管压力计，AB长为6m,压力计读数R为40mmHg,R为1200mmHg,H为lmO。设摩擦系数为0.02。求:泵所需的外加功J/kg）；管路中水的流速（m/s）；A截面的表压强（kPa）。解：（i）计算泵所需的外加功以低位槽液面（1-1面）为位能基准面，在低位槽液面（1-1面）与高位槽液面（2-2面）间列柏努利方程+厶+宦+工hp2f,1一2U2一U22a+h2f,1一2p2pp,z一z20m,u沁0,u沁0,YH51a2121f,1一2h9.81x20+0+0+9.81x5245.3J/kge计算管路中水的流速以A-A面为位能基准面，在A-A面与B-B面间列柏努利

10、方程:gz+PaP因为U1二U2，所以gZA七=gZB乙+YhPf，A-B(pA+PgZA)-(匕+P陆)f,A-B由压差计的原理(匕+PgzA)-(PB+Pgz)-Pi-P)gR所以f,A-B(P-P)gR(13600-1000)x9.81x0.04i1000-4.94kJ/kg又因为工hf,A-BlU26U2=九-b=0.02xx=4.94d20.052解得：u=2.03m/s计算A截面的压强由第一个u形压差计PA二(P-P)gR+PR+Pg(乞口一z)AiBBA对第二个u形压差计P二P-Pg(H+z-z)二p+PgR-Pg(H+z-z)BCBAaiBAP(表)二PgR-Pg(H+z-z)

11、BiBA所以P(表)二(P-P)gR+PgR-PgH-Pg(z-z)+Pg(z-z)AiiBABA二(P-P)gR+PgR-PgHii=(1360-10(X0)9.81+).04X360X)9-811x210=1.552x105Pa利用位差输液如本题附图所示，水从贮水箱A经异径水平管B及C流至大气中。已知水箱内液面与管子中心线间的垂直距离为5.5m,保持恒定，管段B的直径为管段C的两倍。水流经B、C段的摩擦阻力分别为Yhf，B=15J/kg,工h=15J/kg。由水箱至f,C管段B及由管段B至管段C的突然缩小损失可以忽略，而管段C至外界的出口损失不能忽略。试求：(1)水在管路C中的流速；(2)

12、水在管路B中的流速；(3)管段B末端内侧的压强。解：(1)水在管路C中的流速2在水箱1-1面入管C出口内侧2-2面间列柏努利方程，以水平管中心线为位能基准面:u22工Wf,1-2z=5.5m1（表压）；U2二UC工W=15+30=45J/kgf,1-29.81155=扌+45u=4.232m/sC（2）水在管路B中的流速u=u（d2/d2）二4.232/4=1.058m/sBCCB（3）管段B末端内侧的压强在水箱1-1面与管B出口内侧3-3面间列柏努利方程，以水平管中心线为位能基准面:u22工Wf,1-3Zi二5叫z=0；u=1.058m/s33工W=15J/kgf,1-39.81x5.5=厶

13、+壘10002+15管段B末端内侧的压强P3二384x104Pa3.如图所示，常温水由高位槽经一89mmX3.5mm的钢管流向低位槽，两槽液位恒定。这路中装有孔板流量计和一个截止阀。已知直管与局部阻力的当量长度（不包括截止阀）总和为60m。截止阀在某一开度时其局部阻力系数为7.5，此时读数R1=185mmHg柱。试求：（1）此时管路中的流量及两槽液面的位差；（2）此时阀门前后的压强差及汞柱压差计的读数Rj若将阀门关小，使流速减为原来的0.9倍，则读数R1为多少毫米汞柱？截止阀的阻力系数变为多少？已知孔板流量计的流量与压差关系式为qv=3.32x10-3Ap/p。式中p为流体的密度，kg/m3；

14、Ap为孔板两侧压差，Pa；qv为流量，m3/s。流体在管内呈湍流流动，管路摩擦系数九-.026。汞的密度为13600kg/m3。解：（1）在截面1-1与2-2间列伯努利方程，有(1)gZ1+u2+亠=gz+2-P2P+伫+Yh2f,i-2据已知，z1-z2=AzP=P,工h=+C阀)牛。12f,1-2d阀2孔板流量计两侧的压差为Ap二(p-p)gR=(13.6-1)x103x9.81x0.185二2.89x104Pai管内流体的流量为q=3.32x10-3229x104/1000=0.0159m/s管内流体的流速为u=%=斗將=3.0m/s将以上结果代入式(1)，得.Yh60ru、3.02Az=(0.026x+7.5)x=12.2mg0.0822x9.81(2)在阀前后列机械能守恒式，得流体通过阀门的压强差为Ap=匚-PU2=7.5x100