天津科技大学化工原理考试题库

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1.流体流动习题及答案一、填空1.当流体在圆形管道中作层流流动时，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的8倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的1/16倍。2.维持等压面的条件必须是静止的、连通着的、同一种连续的液体处于同一水平面。3.流体流动的连续性方程为u1A1ρ1=u2A2ρ2=...=uAρ，适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为u1d1=u2d2=...=ud。4.当地大气压为745mmHg时，测得一容器内的绝对压强为350mmHg，则真空度为395mmHg。测得另一容器内的表压强为1360mmHg，则其绝对压强为2105mmHg。5.测流体流量时，随着流量的增加，孔板流量计两侧压差值将增加。但是，如果改用转子流量计，则随着流量的增加，转子两侧压差值将不变。二、选择题1.层流与湍流的本质区别是：D.层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。2.流体流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机械能中的C.静压能。3.在完全湍流时，粗糙管的摩擦系数λ数值取决于相对粗糙度，因此答案为C.取决于相对粗糙度。4.当被测流体的密度大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为绝对压力表，因此答案为D.绝对压力。5.在压力表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，因此答案为A.压力表。6.流体在圆管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心最大流速的关系为B.u=0.817umax。7.从流体静力学基本方程可知，U型管压力计测量其压强差与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关，因此答案为A.与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关。8.在相同条件下，缩小管径，雷诺数会增大，因此答案为A.增大。三、问答题1.完全湍流区为什么又称阻力平方区？在完全湍流区，摩擦阻力与速度的平方成正比，因此也称为阻力平方区。此时，摩擦系数与雷诺数无关，只与相对粗糙度有关。根据公式，阻力损失与流速的平方成正比，称作阻力平方区，其中e为常数，λ=f(e)Δp∝u^2d^2。当d一定时，λ为一常数。层流和湍流分别有不同的剪应力计算式。层流的剪应力计算式为τ=-μ(du/dy)，湍流的剪应力计算式为τ=-(μ+ε)(du/dy)。范宁公式是计算层流与湍流阻力的通式，对于滞流和湍流都适用，因为推导时未加任何限制。但公式中摩擦因素λ的求法因流动型态不同而不同。层流时的λ计算公式为λ=6464/(dρuRe/μ)，湍流时的λ计算无严格的理论解析式，可用各种适用条件下的经验式求，但更常用的是通过查Moddy图而得到λ。牛顿粘性定律是定量描述动量传递的定律。根据牛顿力学第二定律，可以推导出牛顿粘性定律的公式τ=μ(du/dy)。该定律表述了动量通量与速度梯度成正比，表示动量传递的大小。动量传递由于流体内部速度不等，动量从流速大的流体向流速小的流体传递。习题解答：1、根据公式，泵的有效功率P=ρQgH/η=1000×20×9.81×19/0.85≈3728W。2、根据流量和管径，计算出平均流速u=2m/s。根据雷诺数的大小，可以判断水在管内的流动形态为湍流。根据公式，管路所需要的压头Hf=fλ(u^2/2g)(l/d)+Σλ(u^2/2g)(e/d)=0.024×(2^2/2×9.81)×(100/0.1)+2×0.024×(2^2/2×9.81)×(0.1/0.1)=8.16m。根据公式，泵的功率P=ρQgHf/η=1000×56.5/3600×9.81×8.16/0.85≈7.2kW。3.一段流体力学计算过程由于篇幅限制，本文仅提供修改后的文章内容，具体修改方式请参考下方解析。1.离心泵的扬程是指液体通过泵所获得的能量。扬程是离心泵最重要的性能参数之一。2.下列两种设备均需要安装旁路调节流量装置。3.计算过程如下：已知：管道长度为50m，管径为57mm，壁厚为3.5mm，流体密度为1000kg/m³，粘度为0.024Pa·S，管道粗糙度为0.3mm，液体输送高度为10m，塔顶压强为0.06Mpa，流量为30m³/h，液体密度为1200kg/m³。⑴由雷诺数公式可得：Re=duρ/μ=0.1×2×1000/10=2×10>4000，因此水在管内流动呈湍流状态。⑵以1-1面为水平基准面，在1-1与2-2面间列柏努利方程：Z₁+(u₁/2g)+(p₁/ρg)+H=Z₂+(u₂/2g)+(p₂/ρg)+ΣHf其中，Z₁=0，u₁=0，p₁=0（表压），Z₂=18m，u₂=0。由此可得，p₂/ρg=2.5×9.81×10/(1000×9.81)=25m，ΣHf=λ[(l+Σle)/d](u/2g)=0.024×(100/0.1)×[2/(2×9.81)]=4.9m，因此H=18+25+4.9=47.9m。Ne=Hqvρg=47.9×1000×9.81×56.5/3600=7.4kW⑶在阻力平方区，根据管道粗糙度和管径计算得到λ=0.033。由此可得管路特性方程：H=H+P(表)8λl/ρggπ²d⁵/3q²代入数据可得H=15+4.4×10⁵q²。⑷当流量为30m³/h时，代入上述公式可得H=45.6J/N，P=Hqρg/3600=4.5×10³W。1.以传热管外表面积为准的总传热系数可以表示为“K”。其中，以外表面积为准的总热阻表达式为“1/K”，其中还包括管内对流传热热阻。2.定态温度场可以用数学表达式来表示，这个表达式可以根据具体情况进行调整和优化。3.对流传热系数α不是一个固定的物理性质，它受到很多因素的影响。根据实际情况，我们可以将空气自然对流、水蒸气冷凝和水强制对流的对流传热系数α按大小进行排列。4.工业上常用的加热剂