“化工原理”第1章《流体流动》复习题

1、“化工原理”第一章复习题及参考答案“化工原理”第一章复习题及参考答案 一、填空题：一、填空题： 1. （3 分） 雷诺准数的表达式为_。 当密度 1000kg/m3,粘度 =1 厘泊的水, 在内径为 d=100mm,以流速为 1m/s在管中流动时,其雷诺准数等于_,其流动类型 为_.（ Re=d/ ;105； 湍流） 2.（2 分）某流体在圆管中呈层流流动,今用皮托管测得管中心的最大流速为 2m/s,此时管内 的平均流速为_.（1m/s） 3.（2 分）牛顿粘性定律用粘滞力的表达式为_. 用剪应力的表达式为 _.（ F=Adu/dy;=du/dy） 4.（2 分）当地大气压为 750mmHg

2、时,测得某体系的表压为 100mmHg,则该体系的绝对压强 为_mmHg,真空度为_mmHg. （ 850; -100） 5.（2 分）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 11.8kg/s/,其 体积流量为_.平均流速为_.( 0.0118m3/s,1.5m/s) 6.（4 分）当 20的水(=998.2kg/m3,=1.005 厘泊)在内径为 100mm 的光滑管内流动时, 若流速为 1.0m/s 时,其雷诺准数 Re 为_,直管摩擦阻力系数 为_.(9.93104; 0.0178) 7.（2 分）某长方形截面的通风管道, 其截面尺寸为 3020mm,其当量

3、直径 de 为_.(24mm) 8.（3 分）测量流体流量的流量计主要有如下四种: _ _,_,_, _,测量管 内流体点的速度,则用_. (转子流量计;孔板流量计;丘里流量计;湿式气体流量计 ;皮托管) 9.（2 分）测量流体压强的仪器主要有如下两种: _,_.( U 管压差计;弹簧压力计) 10. （4 分） 计算管道流体局部阻力的方法有: _,_,其相应的阻力计算公式 为_,_,( 当量长度法;阻力系数法; hf=(le/d)(u2/2g); hf=(u2/2g) ) 11.（3 分）题号 1038第 1 章知识点 400难度 容易 在流体阻力计算中,当量长度的定义是_. (能产生与某局

4、部阻力相当的直管长度, 称为该局部阻力的当量长度。) 12. （2 分） 管出口的局部阻力系数等于_,管入口的局部阻力系数等于_.( 1.0; 0.5) 13. （3 分） 理想流体是指_； 而实际流体是指。 (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、受热膨胀、 消耗能量。) 14.（3 分）流体体积流量用来计算；质量流量用来计算；而流体流速 用来计算。(Vsu.Amsu.A.uVs /A) 15.（3 分）流体在园直管内流动，当 Re4000 时的流型称为，其平均速度与最大流 速的关系为，而Re2000 的流型称为，其平均速度为。 ( 湍流，um0.8umax，

5、滞流，um0.5 umax。) 16.（3 分）流体体积流量一定时,有效截面扩大,则流速,动压头,静压头。 (填增加,减少,不变）( 减少,减少,增加。) 17.（2 分）当量直径的定义是 de,在套管环间流动的流体, 外管的内径是 d1,内管的外径是 d2,则当量直径 de。 (de4流通截面积/浸润周边;ded1d2) 18.流体的粘度指_。粘度值随温度变化而变化,对于液体，温 度升高，粘度_；对于气体，温度升高，粘度_。 ( 流体流动时,相邻流体层 间,在单位接触面上,速度梯度为 1 时,所产生的内摩擦力; 减少;增大) 19.(2 分）米糠油在管中作流动,若流量不变,管径不变,管长增加

6、一倍,则摩擦阻力损失为原来 的_倍。(2 倍) 20.（3 分）柏努利方程如衡算基准以 J/kg 表示,柏努利方程可表示为 _, 若用 J/m3表示则可表示为_ 。( gZ1+P1/+u12/2= gZ2+P2/+u22/2+Wf; gZ1+P1+ u12/2=gZ2+P2+ u22/2+Wfg) 21. .(2 分）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_。( 截面；压差；压差；截面) 22.（2 分）在测速管中,测压孔正对水流方向的测压管液位代表_,流体流过测速管侧壁 小孔的测压管液位代表_。( 冲压头；静压头) 23. （3 分） 某流体在圆形直管中作

7、滞流流动时,其速度分布是_型曲线,其管中心最大流 速为平均流速的_倍,摩擦系数与Re的关系为_。 (抛物线； ;2倍; 64/Re) 24.（3 分）水由敞口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,水流量将_,摩擦系数_,管道总阻力损失_。(减小;增大;不变) 25.（2 分）流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是流体具有_。(粘性) 26.（2 分）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_。(不变;降低) 27.（4 分）流体在圆形直管中作层流流动,如果流量等不变,只是将管径增大一倍,则阻力损失 为原来的_。( 1/16

8、) 28 （4 分） 液体在园管内作稳定连续滞流流动时,其摩擦阻力损失与管内径的_次方成反 比。( 2) 29.（2 分）水塔内的水能通过管路引至各车间使用,这是因为水塔内的水具有 _。 （高位压头） 30.（4 分）流体在园管内流动时 ,由于流体具有粘性 ,使得_处速度为零 ,管的 _处速度最大。 （ 管壁；中心） 31.（4 分）测量流体的流量一般可采用_等流量计。测量管内流体 点速度,则用_。 （孔板；文丘里；转子；皮托管。 ） 32.（3 分）在输送液体的管路中,要使 P1-P2= Pf的条件_。 （ 管径相等，处于同一水平面，无外加能量。 ） 33.（2 分）圆管中有常温下的水流动,

9、管内径 d=100mm,测得中的体积流量为 0.022m m3/s, 质量流量为_,平均流速为_。( 22kg/s;2.8m/s) 二、选择题二、选择题 1. （2分） 一个被测量体系外柱按上一个U型压差计,出现如图情况,说明体系与大气压是 （） 关系(答案 A) A. 体系大气压B. 体系大气压C. 体系大气压 2.（3 分） 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()（答案A） A. 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 3.（2 分）层流与湍流的本质

10、区别是：()。 （*答案* D） A. 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p2/ 时, 由 1 流向 2, 当(pa/+Zg)d2=(8LV h /3600gH)d=(8LV h/3600gH) 0.5 代入数据：d=0.023(815010/36009.8110) =0.0466m=46.6mm 2.（12 分） 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382.5mm的铜管,已知料液在管中的流速为u m/s,系统的Wf=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

11、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? *答案*u10u2; p1=p2 于是 gZ1=gZ2+Wf g(Z1-Z2)=Wf =20.6 u2/2 u=2g(Z1-Z2)/20.60.5 =(29.816/20.6)0.5=2.39m/s Z1=Z2+20.6u2/2g =5+20.6(1.32.39)2/(29.81) =15.14m 增高为：Z1-Z1=15.14-11=4.14m 3. （15 分） 如图所示的管路系统中， 有一直径为 382.5mm、 长为 30m 的水平直管段 AB, 并 装有孔径为 16.4mm 的标准孔板流量计来测量流

12、量,流量系数 Co=0.63。 流体流经孔板永久压 强降为 3.5104N/m2，AB 段的摩擦系数可取为 0.024。试计算: 液体流经 AB 管段的压强 差； 若泵的轴功率为 500W，效率为60%，则AB 管段所消 耗的功率为泵的有效功率的百分率。 *答案* 在 A-B 之间列柏方程(管中心线为基准面)： gZA+uA2/2+pA/= gZB+uB2/2+pB/+Wf pA-p2=Wf=Lu2/2d+p 孔 u0=C02gR(2-)/ =0.6329.810.6(13600-867)/867 =8.284m/s u=(16.4/33)28.284=2.046 m/s pA -pB=0.0

13、24(30/0.033)(2.0462/2)867+3.5104 =74590 N/m2 Ne=We .Ws=(74590/867)(/4)d2u =86(0.7850.03322.046867)=130w 有效功率百分数=130/(5000.6)100%=43.3% 4.（18 分）如本题附图所示，槽内水位维持不变。槽底部与内径 为 100mm 钢管相连，管路上装有一个闸阀，阀前离管路入口端 15m 处安有一个指示液为汞的 U 管压差计，测压点与管路出口 端之间距离为 20m。 1当闸阀关闭时测得 R600mm，h1500mm；当闸阀部 分开启时，测得 R400mm， h1400mm， 管路

14、摩擦系数取 0.02， 入口处局部阻力系数取0.5， 问每小时从管中流出水量为多少m3。 2 当阀全开时 （取闸阀全开 le/d15，0.0 18） ， 测压点 B 处的静压强为若干 N/m2 （表压） 。 *答案* （1）当闸阀全关时，根据静力学关系： （Zh）R. 汞 得水槽液位高度： ZR 汞/h=0.613.6-1.5=6.66m 列 AA 与 BB 截面柏努利方程式： Z2/2PB/f PB/（R 汞 h）/ =(0.413600-1.41000)/1000=4.04m ZPB/2/2（/d）2/2 （1（/d）2/2 6.664.04（10.0215/0.10.5）2/24.52/

15、2 u（2.6229.81/4.5）0.53.38m/s V0.7850.123.38360095.5m3/h （2）当闸阀全开时，列AA 与 CC 截面柏努利方程： Z2/2hf（1（lle）/d）2/2 6.66(1+0.018(35/0.1+15)+0.5) 2/2;解得 u4.02m/s , 由 AA 与 BB 截面间柏努利方程式得： Z2/2PB/fPB/（1（/d）2/2 PB/Z（1（/d）2/2 6.66（10.01815/0.10.5）4.02/(29.81)3.2m,PB31392N/m2 5.（15 分）有一内径为 d50mm 的管子，用孔板流量计测量水的 流量，孔板的孔

16、流系数C00.62，孔板内孔直径d025 mm，U 形 压差计的指示液为汞： （1）U 形压差计读数 R200mm，问水的流 量为多少？（2）U 形压差计的最大读数Rmax800mm，问能测量 的最大水流量为多少?（3）若用上述 U 形压差计，当需测量的最 大水流量为 Vmax30m3/h 时，则孔板的孔径应该用多大？（假设 孔板的孔流系数不变） （1）0C0（2（s）/）0.50.62（29.810.212.6）0.54.36m/s V0.7850.02524.3636007.7m3/h （2）max0.62（2max（）/）0.50.62（20.89.8112.6）0.58.72m/s V

17、max0.7850.02528.72360015.4m3/h （3）max8.72 m/s; Vmax30m3/h 300.785d028.723600解得：d00.0349m34.9mm 即应该用 d035mm 孔径的孔板。 6.（12 分）用内径为300mm 的钢管输送 20的水，为了测量管内水流量， 在 2m 长主管上并联了一根总长为 10m（包括局部阻力的当量长度）内径 为 53mm 的水煤气管， 支管上流量计读数为 2.72m3/h,求总管内水流量为多 大？ 取主管的摩擦系数为 0.018，支管的摩擦系数为0.03。 *答案* 设主管中水流量为V1，支管中水流量为 V2 则VV1V2

18、 V20.785d22u236002.72m3/h u22.72/（36000.7850.0532）0.343m/s Wf22（l2/d2）u22/20.0310/0.0530.3432/20.333/kg Wf2Wf11（l1/d1）u12/2 0.0182/0.3u12/20.333/kg 解得u12.36m/s Vs/4d12136000.7850.322.363600600m3/h 总流量 V6002.72602.72m3/h 7.（16 分）在附图所示的管路系统中，有一直径为 382.5mm、长为 30m 的水平直管段 AB，在其中间装有孔径为 16.4mm 的标准孔板流量计来测量流

19、量， 流量系数 Co 为 0.63，流体流经孔板的永久压降为 6104Pa，AB 段 摩擦系数 取为 0.022，试计算：液体流经 AB 段的压强差； 若 泵的轴功率为 800w，效率为 62%，求 AB 管段所消耗的功率为泵的 有效功率的百分率。 已知:操作条件下液体的密度为870 kg/m3,U 形管 中的指示液为汞,其密度为 13600kg/m3。 *答案* uo =Co2gR(-)/=0.6320.69.81(13600-870)/870 =8.27m/s u=(do /d)2uo =(16.4/33)28.27=2.043m/s Ws=2.043(/4)0.0332870 =1.52

20、kg/s 流体流经 AB 段的压强差： 在 A 与 B 两截面间列柏努利方程(管中心线为基准面) ZA g+(pA/)+(uA2/2)=ZB g+(pB/)+(uB2/2)+Wf ZA =ZBuA =uB Wf=(l/d)(u2/2)+(610/) =0.022(30/0.033)(2.0432/2)+(6104/870) =111J/kg pA -pB=Wf =870111=96570Pa Ne=8000.62=496w AB 段所消耗的功率 N：N=WsWf=1.52111=168.7w N/Ne=118.7/496=0.34=34% 8. （18 分） 某液体密度 800kg/m3， 粘

21、度 73cp， 在连接两容器间的光滑管中流动， 管径 300mm， 总长为 50m(包括局部当量长度)，两容器液面差为 3.2m(如图示)。求：管内流量为多 少?若在连接管口装一阀门，调节此阀的开度使流量减为原来的一半，阀的局部阻力系 数是多少? 按该管折算的当量长度又是多少?层流:=64/Re;湍流 =0.3164/Re0.25 *答案* 在 1-1 面和 2-2 面之间，列柏式以 2-2 面为基准面： u1u20gz=Wf= (l/d)(u2/2) 设流体流动符合柏拉修斯公式：=0.3164/Re0.25； Re=du/ gz=0.3164/Re0.25 (l/d)( u2/2) =0.3

22、164/(/)0.25 (l/d1.25)(u1.75/2) u1.75=2gz/0.3164/(/)0.25(l/d1.25)=9.01542;u=3.513m/s 验证：Re=0.33.513800/0.073=115504000，假设正确 2 V= (/4)d u=(/4)(0.3) 23.5133600=893.95(m3/h) 流量减半，即是流速减半u=3.513/2=1.7565m/s Re=5775,符合柏拉斯式条件, 列 1-1 面至 2-2 之间的柏式： gz=(0.3164/Re0.25)(l/d)+(u2/2);=2gz/u-(0.3164/Re0.25)(l/d) =2

23、9.813.2/1.7565-(0.3164/57750.25)(50/0.3) =14.3 又 (u2/2)=(le /d)(u2/2)=(0.3164/Re0.25)(le /d)(u2/2); =(0.3164/Re0.25)(le /d) le =(d/0.3164)Re0.25 =(0.314.3/0.3164)57750.25=118.2(m) 9.（20 分）粘度为30cp，密度为900kg/m3的液体，自A 经内径为 40mm 的管路进入 B，两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门。当 阀全关时，阀前后压力表读数分别为 0.9atm 和 0.45atm。现将阀门打至 1/

24、4 开度，阀门阻力的当量长度为 30m，阀前管长 50m，阀后管长 20m （均包括局部阻力的当量长度)。试求: (1）管路的流量 m3/h？(2）阀 前后压力表读数有何变化？ *答案*（1）阀关时 P1Z1，Z1P1/0.99.81104/(9009.81)=10m Z2P2/0.459.81104/（9009.81）5m 阀开时，两槽面间列柏式: PA/ZAA2/2PB/ZBB2/2Wf （1） （ZAZB）Wf （105）9.8149.05Wf Wf=（/d）u2/2=（ （502030）/0.04）u2/21250u2 代入（1）49.051250u2 设 0.02，则（49.05/（

25、12500.02） ）0.51.4m/s Re0.041.4900/（3010-3）1680 层流 64/16800.038 设 分析：，仍为层流 49.05125064/（0.04900/(301 0-3)）u2 0.736m/s Vs0.7850.0420.73636003 .33m3/h （2）阀开后，P1，P2 10.（20 分）用离心泵将密闭储槽中 20的水通过内径为 100mm 的管道送往敞口高位槽。 两储槽液面高度差为 10m,密闭槽液面上有一真空表 P1读数为 600mmHg(真),泵进口处真空 表 P2读数为 294mmHg(真)。 出口管路上装有一孔板流量计,其孔口直 径

26、d0=70mm,流量系数 = 0.7, U 形水银压差计读数 R=170mm。已知 管路总能量损失为 44J/kg，试求：出口管路中水的流速。泵出 口处压力表 P3(与图对应)的指示值为多少?(已知 P2与 P3相距 0.1m)。 *答案* u0= (2 P/)0.5 P=Rg(o-)=0.179.81(13600-1000)=2.1104 V=0.7(/4)(0.07)2(2.11042/1000) 0.5 =0.70.785(0.07) 2 (4.210) 0.5 =0.0174 m3/s u=V/(0.785d2)=0.0174/(0.7850.12)=2.22m/s 选低位水池的水平为

27、基准面，取1-1、2-2 两截面建立柏努利方程： Z1+(p1/g)+(u12/2g)+He= Z2+(p2/g)+(u22/2g)+hf u1= u2= 0 ,Z1= 0 ,p2/g0 He= Z2+hf-( p1/g) =10+(44/9.81)+0.613.6=22.7(mH2O) 再 选 泵 入 口 管 所 在 面 为 基 面 ， 取3-3 、 4-4两 截 面 建 立 柏 努 利 方 程 ： Z3+(p3/g)+(u32/2g)+He= Z4+(p4/g)+(u42/2g) (p4/g)=H-ho -( u42- u32)/2g+ (p3/g) ;( u42- u32)/2g0 p4

28、=g(H-ho +(p3/g) =10009.8(22.7-0.1-0.29413.6) =1.83105Pa=1.8 大气压(表) p4=1.8kgf.cm-2(表)泵出口处的指示值为 1.8kgf.cm-2 11.（18 分）如图所示，槽内水位维持不变，在水槽底部用内径为100mm 的水管引水至用 户 C 点。管路上装有一个闸阀，阀的上游距管路入口端10m 处安有以汞为指示液的U 管压 差计（s=13600kg/m3)，压差计测压点与用户C 点之间的直管长为 25m。问： （1）当闸阀关 闭时，若测得 R=350mm，h=1.5m，则槽内液面与水管中心的垂直距离 Z 为多少 m？（2） 当

29、闸阀全开时（ 阀=0.17 , =0.02） ，每小时从管口流出的水为若干m3/h？ *答案* （1）闸阀关闭，系统内处于静止，由U 管处等压面得： 水 g(Z+h)=sgR Z=s.R/ 水-h =136000.35/1000-1.5=3.26m （2）以槽液面为 1-1，管出口内侧为 2-2，管中心线为基准面，列柏式： Z1+u12 /（2g)+P1/(g)= Z2+u22 /（2g)+P2/(g)+hf 又hf=(.L/d+). u22/(2g) =(0.0235/0.1+0.5+0.17)u22 /(2g)=7.67 u22 /(2g) 则 3.26+0+0=0+ u22/(2g)+0+7.