第一章化工原理课件

1.牛顿粘性定律适用于

型流体，牛顿粘性定律用内摩擦力的表达式为

，

用剪应力的表达式为

。答案：牛顿；

F=Aτ=Aμdu/dy;

τ=μdu/dy;当地大气压为750mmHg时，测得某体系的表压为50mmHg，则该体系的绝对压强为

mmHg，真空度为

mmHg.答案：

800; -50计算流体局部阻力损失的方法:

，

，其相应的阻力损失计算公式为

，

。答案：当量长度法;

阻力系数法; hf

=λ(le/d)(u2/2g); hf

=ζ(u2/2g)理想流体是指

，而实际流体是指

。答案：没有粘性、没有摩擦阻力、液体不可压缩；具有粘性、有摩擦力、液体可压缩牛顿粘性定律表达式为

，其比例系数

(粘度)

的物理意义是

。答案：τ＝F/A＝μdu/dy；在单位接触面积上，速度梯度为1时，流体层间的内摩擦力。流体流动的型态用

来判断，当

时为湍流，当

时为层流，当

时为过渡流。答案：雷诺准数，Re≥4000，Re≤2000，Re在2.000-4000之间。一、填空题17.化工生产中，物料衡算的理论依据是

，热量衡算的理论基础2.是

。答案：质量守恒定律，

能量守恒定律。当流体的体积流量一定时，流动截面扩大，则流速

，动压头

，静压头

。答案：减少，减少，增加。粘度随温度变化而变化，液体的粘度随温度升高而

，气体的粘度则随温度升高而

。答案:

减少 增大U形管压强计是基于

原理的测压装置,用U形管压强计测压时，当压强计一端与大气相通时，读数R表示的是

或

。答案：流体静力学；

表压；

真空度应用柏努利方程所选取的截面所必须具备的条件是：

。答案：处于稳定段，连续，垂直于流体流动方向，流体平行流动若Re值已知时，则流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数λ=

，在管内呈湍流时，摩擦系数λ与

、

有关。答案：

64/Re;

Re;

ε/d13.孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒

，变

；后者是恒

，变

。3.答案：截面；压差；压差；截面若流体在圆形直管中作层流流动，其速度分布呈

型曲线，其管中心最大流速是平均流速的

倍，摩擦系数λ与Re的关系为

。答案：抛物线；2倍；λ＝64/Re流体做层流流动时，管内平均流速是最大流速的

倍，湍流时，管内平均流速是最大流速的

倍。答案：0.5；约0.8流体在管路中作连续稳态流动时，任意两截面流速与管径的关系为

，所以，流速随着管径的减小而

。2

1答案：u1/u2=d

2

/d

2

增大流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是

。答案：流体具有粘性化工中的“三传以反”指的是

、

、

、

。答案.动量传递、热量传递、质量传递、化学反应流体沿壁面流动时，有显著速度梯度的区域称为

。答案：层流内层20.液体在等直径的管中作稳态流动，其流速沿管长

，由于有摩擦阻力损失,静压强沿管长

。4.答案：不变；

降低21.稳态流动是指流动系统中，任一截面上流体的流速、压强、密度等物理量仅随

。答案：位置而变，而均不随时间变。22.连续性方程是根据

定律得出的，其表达式

，连续性方程表明了在稳态流动系统中，流体流经各截面的

不变。答案：质量守恒；m1=m2（ρ1A1u1=ρ1A1u1

），质量流量二、选择题1.流体在圆管内流动时，若为湍流时，平均流速与管中心的最大流速的关系为（

）A.

Um＝1/2•

UmaxC.

Um＝3/2•

Umax答案：BB.Um＝0.8•Umax2.为提高微差压强计的测量精度，要求指示液的密度差( )。5.A.

大

B.

中等

C.

越小越好

D.

越大越好答案：C)Kgf.cm-2。D.

1.5一个工程大气压等于(

)Pa，(1.013×105

B.

9.8×104

C.

1答案：B；C4.转子流量计的主要特点是( )。B.变截面、变压差；D.变流速、恒压差。A.恒截面、恒压差；C.变截面、恒压差；答案：C层流与湍流的本质区别是(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.层流无径向脉动，而湍流有径向脉动答案：C圆管内流动流体湍流时的雷诺准数值应为（

）Re<2000 B.

Re>4000 C.

Re=2000～4000答案：B7.流体在管路中作稳态流动时，具有（

）的特点。A.

呈平缓的滞流

B.

呈匀速运动C.在任何截面处流速、流量、压强等物理参数都相等；D.任一截面处的流速、流量、压强等物理参数不随时间而变化答案：D8.表压与大气压、绝对压间的关系是（

）。A.表压＝绝对压-大气压C.表压＝绝对压+真空度答案：AB.表压＝大气压-绝对压设备内的真空度愈高，即说明设备内的绝对压强（

）。愈大

B.

愈小

C.

愈接近大气压答案：B流体流动时产生阻力的根本原因是流体流动（

）。遇到了障碍物

B.与管壁产生摩擦

C.

产生了内摩擦应力答案：C流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（

）。流动速度大于零

B.管边不够光滑

C.

流体具有粘性答案：C.612.为使U形压差计的灵敏度较高，应使指示液和被测流体的密度差（

）。A.

偏大

B.

偏小

C.

越大越好答案：B从流体静力学基本方程可得知，U型管压力计测量的压强差(

)与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关答案：A在静止的、连续的、同一液体中，处于同一水平面上各点的压强（

）均相等

B.

不相等

C.

不一定相等答案：A流体在圆管内作滞流流动时，阻力与流速的（

）成比例，作完全湍流时，则阻力与流速的（）成比例。平方

B.

五次方

C.

一次方答案：C；A.7答案：C16.流体在管内作湍流流动时，层流内层的厚度随雷诺数Re的增大而（

）A.

增厚

B.

减薄

C.

不变答案：B流体在管内流动时，层流内层的厚度随流速的增加而（

）。变小

B.

变大

C.

不变答案：Au2/2的物理意义是表示流动系统某截面处（

）流体具有的动能。1kg B.

1N C.

1m答案：A将管路上的阀门关小时，其阻力系数（

）。变小

B.

变大

C.

不变答案：B转子流量计的设计原理是依据（

）。流动的速度

B.

液体对转子的浮力C.流动时在转子的上、下端产生了压强差。.821.公式λ=64/Re仅适用于流体在（

）管内作（

）时应用。B.

层流

C.

各种流动型态E.非圆形A.湍流D.圆形答案：D；B三、判断题：流体在圆管内作稳定流动时，其流速与管径的一次方成反比。（

）流体在圆管内的流动阻力主要有沿程阻力和局部阻力。（

）3.化工单元操作是一种物理操作，只改变物质的物理性质而不改变其化学性质。（

）在稳态流动过程中，流体流经各截面处的体积流量相等。（

）当输送流体的管子的管径一定时，增大流体的流量，则雷诺准数减少。（

）6.流体在等径的管中作稳态流动时，由于有摩擦阻力损失，因此流体的流速沿管长而逐渐变小。（

）当流体充满圆管作稳态流动时，单位时间通过任一截面的体积流量相等。（流体作层流流动时，摩擦系数λ只是Re的.函数，而与管壁的粗糙度无关。（×）

×）9

√×√√××在相同的设备条件下，密度越大，粘度越小的流体越易形成湍流状态。（

）牛顿粘性定律是：流体的粘度越大，其流动性就越差。(

)孔板流量计是文丘里流量计的改进，其压头损失比文氏流量计小得多。（12.实际流体在导管内作稳态流动时，各种形式的压头可以互相转，但导管任一截面上的位压头、动压头与静压头之和为一常数。（

）13.为了提高压强计的灵敏度以测量微小的压强差，可采用微差压强计。当其中的两指示液密度相差越大时，其灵敏度就越高。（

）14.经过大量实验得出，雷诺Re<2000时，流型呈层流，这是采用国际单位制得出的值，采用其他单位制应有另外数值。(

)15.流体在管内以湍流流动时，在近管壁处存在层流内层，其厚度随Re的增大而变薄。（

）表压强就是流体的真实压强。（

）设备内的真空度愈高表明绝对压强愈大。（

）18.一般情况下气体的粘度随温度的升高而增大；液体的粘度随温度的升高而减小。（

）19.用U形管液柱压差计测量流体压强差时，测压管的管径大小和长短都会影响测量的准确性。（

）√×）

×20.流体在圆管内流动时，管的中心处速度.

最大，而管壁处速度为零。（

）××××××10

√√√稳定流动时，流体的流速、压强、密度等均不随时间和位置而变。（

）流体在管内作稳定湍流时，当Re一定时，摩擦系数λ随管子的相对粗糙度的增加而增大。（

）柏努利方程中的P/（ρg）表示1N重的流体在某截面处具有的静压能，又为静压头。（

）流体阻力产生的根本原因是由于流体与壁面之间的摩擦引起的。（

）液体在圆形管中作层流流动时，其它条件不变，仅流速增加一倍，则阻力损失增加一倍（

）稳定流动时，液体流经各截面的质量流量相等；流经各截面处的体积流量也相等（

）理想流体流动时,无流动阻力产生。（

）28.流体在水平管内作稳定连续流动时，直径小处，流速增大，其静压强也会升高。（

）29.滞流内层的厚度随雷诺数的增大而增厚。（

）××在静止的、处于同一水平面上的、各点液体的静压强都相等。（

）实验证明，当流体在管内流动达完全湍.流时，λ与雷诺数的大小无关。（×）

11

√×√√×√√√计算题1

用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油，流量为38.4T/h,高位槽中液面比油池中液面高20m,

管路总长(包括阀门及管件的当量长度)430m,进出口阻力不计。管径为φ108×4mm,若油在输送温度下的比重为0.96,

粘度为3430cp,求泵所需的实际功率,设泵的效率η=50%。20m12.11‘2‘2分析：解：在1-1面和2-2面建立伯努利方程Z1+(u12/2g)

+(P1/ρg)+He=Z2+(u22/2g)+(P2/ρg)+Σhf1-2Z1=0，

u1=0,

P1

=0，Z2=20m，u2=0，P2=0λ=64/Re=64/39.6=1.616He=Z2+Σhf1-2=20+1.616×430/0.1×1.4152/（2×9.81）=729.2

mN=（HeVρg/η=38400×729.2×9.81×0.96）/（3600×0.5×1000）=52.6kw20m113.1‘2‘2计算题2

某厂如图所示的输液系统将某种料液由敞口高位槽A输送至一敞口搅拌反应槽B中，输液管为φ38×2.5mm的铜管，已知料液在管中的流速为u

m/s,系统的Σhf=20.6u2/2[J/kg]，因扩大生产，须再建一套同样的系统，所用输液管直径不变，而要求的输液量须增加30%，问新系统所设的高位槽的液面需要比原系统增高多少?1

1’22’解：u1=u2=0，P1=P2=0gZ1=gZ2+Σhfg(Z1-Z2)=Σhf=20.6•u2/2=2.39m/s14.计算题3用离心泵经φ57×3.5mm的钢管，将敞口贮槽内的有机溶剂(密度为800kg/m3，粘度为20cp)输送到反应器中。设贮槽内的液面离反应器内的液面高度保持16m，见附图。已知钢管总长度(包括局部阻力当量长度)为25m，反应器内的压力恒定为4kgf/cm2

(表压)，有机溶液输送量为

6

m3/h，试确定泵提供的压头。1122【解】gZ1+(u1

/2)

+(P1/ρ)+W

=gZ2+(u2

/2)+(P2/ρ)+Σhf1-22

2W=(Z2-Z1)g+[(u2

-u1

)/2]+[(P2-P1)/ρ]+Σhf1-22

2u1≈u2≈0

Z1=0 P1

=0 P2=

4kgf/cm2Σhf1-2

=λ[(l+le)/d](u2/2)15.Re=duρ/μ=0.05×0.8488×800/

(20×10-3)=1697.616.Re<2000则λ=64/Re=64/1697.6=0.0377Σhf1-2

=0.0377×(25/0.05)×(0.84882/2)=6.7904J/kgW=(Z2-Z1)g+[(u2

-u1

)/2]+[(P2-P1)/ρ]+Σhf1-22

2W=16×9.81+4×98100/800+6.79=654

J/kg计算题4有二个敞口水槽，其底部用一水管相连，水从一水槽经水管流入另一水槽,水管内径0.1m，管长100m，管路中有两个90°弯头，一个全开球阀，如将球阀拆除，而管长及液面差H等其他条件均保持不变，试问管路中的流量能增加百分之几？设摩擦系数λ为常数，λ=0.023，90°弯头阻力系数ξ=0.75，全开球阀阻力系数ξ=6.4。117.2解：拆除球阀之前，管内流速为u1

，1-1与2-2截面列柏努利方程：18.gZ1+(u1

/2)

+(P1/ρ)=gZ2+(u2

/2)+(P2/ρ)+Σhf1-22

2u1=u2=0

Z1=0

Z2=H P1

=P2=0gH=ΣhfΣhf

=[λ(l/d)+Σζ]

(u

2

/2)]11=[λ(l/d)+2ζ90°+ζ球+ζ缩小+ζ扩大](u12

/2)=[0.023(100/0.1)+2×0.75+6.4+0.5+1.0] (u12

/2)

=16.2

u

2拆除球之后，管内流速为u2Σhf′=[λ(l/d)+2ζ90°+ζ小+ζ大](u22

/2)=[0.023(100/0.1)+2×0.75+0.5+1.0](u22

/2)=13u22因拆除球阀前后H不变，所以Σhf

=Σhf′（u2

/u1

）2

=16.2

/

13=1.246u2

/u1

=1.116

流量V关系为：V2

=1.116V1计算题5

某一高位槽供水系统如下图所示，管子的规格为φ45×2.5

mm，当阀门全关时，压力表的读数为78KPa。当阀门全开时，压力表的读数为

75KPa,此时水槽液面至压力表处的阻力损失可表示为∑Wf=u2J/kg，u为水在管内的流速，试求：19.阀门全关时，高位槽的液面高度。阀门全开时，水在管内的流速解：（1）阀门全关时，水静止（2）阀门全开在水槽的1-1面与压力表2-2面间列伯努利方程20.计算题6附图所示的是冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100

kg/m3，循环量为45m3/h。管路的内径相同，盐水从A流经两个换热器至B的压头损失为9m，由B流至A的压头损失为12m，问：若泵的效率为70％，则泵的轴功率为多少？若A处压力表的读数为153kPa，则B处压力表的读数为多少？21.解：（1）对于循环系统：22.He=∑hf=9+12=21

mNe=HeQρg=21×45/3600×1100×9.81=2.83kw所以：轴功率为N=Ne/η=2.83/0.7=4.04

kw（2）在A和B之间列伯努利方程PA/ρg+uA

/2g+ZA=

PB/ρg+uB

/2g+ZB+∑hf,AB2

2ZA=0，uA=uB，PA/ρg=PB/ρg+ZB+∑hf,ABPA=

PB+（ZB+∑hf,AB）×ρg1531000=

PB+（7+9）×1100×9.81PB=-19656

Pa计算题7如图所示，用泵将贮槽中的某游以40m3/h的流量输送至高位槽，两槽的液位恒定，且相差20m，输送内径为100mm，管子总长为45m（包括所有局部阻力的当量长度）已经油品的密度为890kg/m3，粘度为0.487Pa•s，试计算所需的有效功率。123.122解：在1-1面和2-2面间列伯努利方程P1+u12/2+Z1g+We=P1/ρ+u12/2+Z2g+∑Wf,12Z1=0，

Z2=20m，P1=P1

=0，u1=u2=0，所以，得出：We=

Z2g+∑Wf,12∑Wf,12=λ[(l+le)/d](u2/2)u=V/[(π/4)

d2]=

(40/3600)/(0.785×0.12)=1.415m/sRe=

duρ/μ=(0.1×890×450)/258.6Re<2000λ=64/Re=64/258.6=0.247∑Wf,12=λ[(l+le)/d](u2/2)=0.247×（45/0.1）×1.4152/2=111.2J/kgWe=

Z2g+∑Wf,12=209.81+111.2=307.4J/kgNe=

HeVρg=WeVρ=307.4

×40/3600

×890=3039.8W=3.04kw24.00225.2计算题8

如图所