(完整版)化工原理第一章題庫與解答

一、單選題1．單位體積流體所具有的（）稱為流體的密度。AA質量；B粘度；C位能；D動能。2．單位體積流體所具有的質量稱為流體的（）。AA密度；B粘度；C位能；D動能。3．層流與湍流的本質區(qū)別是（）。DA湍流流速＞層流流速；B流道截面大的為湍流，截面小的為層流；C層流的雷諾數(shù)＜湍流的雷諾數(shù)；D層流無徑向脈動，而湍流有徑向脈動。4．氣體是（）的流體。BA可移動；B可壓縮；C可流動；D可測量。5．在靜止的流體內(nèi)，單位面積上所受的壓力稱為流體的（）。CA絕對壓力；B表壓力；C靜壓力；D真空度。6．以絕對零壓作起點計算的壓力，稱為（）。AA絕對壓力；B表壓力；C靜壓力；D真空度。7．當被測流體的（）大于外界大氣壓力時，所用的測壓儀表稱為壓力表。DA真空度；B表壓力；C相對壓力；D絕對壓力。8．當被測流體的絕對壓力（）外界大氣壓力時，所用的測壓儀表稱為壓力表。AA大于；B小于；C等于；D近似于。9．（）上的讀數(shù)表示被測流體的絕對壓力比大氣壓力高出的數(shù)值，稱為表壓力。AA壓力表；B真空表；C高度表；D速度表。10．被測流體的（）小于外界大氣壓力時，所用測壓儀表稱為真空表。DA大氣壓；B表壓力；C相對壓力；D絕對壓力。11.流體在園管內(nèi)流動時，管中心流速最大，若為湍流時，平均流速與管中心的最大流速的關系為（）。BA.Um＝1/2Umax；B.Um＝0.8Umax；C.Um＝3/2Umax。12.從流體靜力學基本方程了解到U型管壓力計測量其壓強差是()。AA.與指示液密度、液面高度有關，與U形管粗細無關；B.與指示液密度、液面高度無關，與U形管粗細有關；C.與指示液密度、液面高度無關，與U形管粗細無關。13.層流底層越薄()。CA.近壁面速度梯度越?。籅.流動阻力越??；C.流動阻力越大；D.流體湍動程度越小。14.雙液體U形差壓計要求指示液的密度差()CA.大；B.中等；C.??；D.越大越好。15.轉子流量計的主要特點是()。CA.恒截面、恒壓差；B.變截面、變壓差；C.恒流速、恒壓差；D.變流速、恒壓差。16.層流與湍流的本質區(qū)別是：()。DA.湍流流速>層流流速；B.流道截面大的為湍流，截面小的為層流；C.層流的雷諾數(shù)<湍流的雷諾數(shù)；D.層流無徑向脈動，而湍流有徑向脈動。17.圓直管內(nèi)流動流體，湍流時雷諾準數(shù)是（）。BA.Re≤2000；B.Re≥4000；C.Re=2000～4000。18.某離心泵入口處真空表的讀數(shù)為200mmHg，當?shù)卮髿鈮簽?01kPa,則泵入口處的絕對壓強為（）。AA.74.3kPa；B.101kPa；C.127.6kPa。19.在穩(wěn)定流動系統(tǒng)中，水由粗管連續(xù)地流入細管，若粗管直徑是細管的2倍，則細管流速是粗管的（）倍。CA.2；B.8；C.4。20.流體流動時產(chǎn)生摩擦阻力的根本原因是（）。CA.流動速度大于零；B.管邊不夠光滑；C.流體具有粘性。21.在相同條件下，縮小管徑，雷諾數(shù)（）。AA.增大；B.減??；C.不變。22.水在園形直管中作滯流流動，流速不變，若管子直徑增大一倍，則阻力損失為原來的（）。AA.1/4；B.1/2；C.2倍。23．單位時間內(nèi)流過管道任意截面的流體量稱為（）。CA流速；B流線；C流量；D流函數(shù)。24．單位時間內(nèi)流體在流動方向上所流過的（）稱為流速。CA寬度；B高度；C距離；D直線。25．柏努利方程式中的（）項表示單位質量流體所具有的位能。AAgz；B；C；Dwe。26．柏努利方程式中的項表示單位質量流體所具有的（）。BA位能；B動能；C靜壓能；D有效功。27．柏努利方程式中的（）項表示單位質量流體所具有的靜壓能。CAgz；B；C；Dwe。28．柏努利方程式中的（）項表示單位質量流體通過泵（或其他輸送設備）所獲得的能量，稱為有效功。DAgz；B；C；Dwe。29．柏努利方程式中的（）項表示單位質量流體因克服流動阻力而損失的能量。DAgz；B；C；D。30．流體在直管中流動，當（）≤2000時，流體的流動類型屬于層流。AARe；BPr；CNu；DGr。31．流體在直管中流動，當Re（）4000時，流體的流動類型屬于湍流。BA＜；B≥；C≤；D≠。32．流體在直管中流動，當2000＜（）＜4000時，流體的流動類型屬于不穩(wěn)定的過渡區(qū)。AARe；BPr；CNu；DGr。33．流體在管內(nèi)作（）流動時，其質點沿管軸作有規(guī)則的平行運動。AA層流；B湍流；C過渡流；D漩渦流。34．流體在管內(nèi)作（）流動時，其質點作不規(guī)則的雜亂運動。BA層流；B湍流；C過渡流；D漩渦流。35．流體在圓管內(nèi)（）流動時，平均速度是最大速度的一半。AA層流；B湍流；C過渡流；D漩渦流。36．對于（），當量直徑等于四倍的流通截面積除以潤濕周邊。BA圓形管；B非圓形管；C矩形管；D直管。二、填空題1.流體靜力學基本方程式或2.定態(tài)流動的柏努利方程式––––能量衡算式1kg流體：[J/kg]3．單位體積流體所具有的質量稱為流體的密度。4.雷諾準數(shù)的表達式為_____Re=dｕρ/μ_____。當密度ρ＝1000kg.m,粘度μ=1厘泊的水,在內(nèi)徑為d=100mm,以流速為1m.s在管中流動時,其雷諾準數(shù)等于__10____,其流動類型為__湍流__。5.當?shù)卮髿鈮簽?50mmHg時,測得某體系的表壓為100mmHg,則該體系的絕對壓強為___850__mmHg,真空度為__-100__mmHg。6.當?shù)卮髿鈮簽?50mmHg時,測得某體系的表壓為100mmHg,則該體系的絕對壓強為_113404__Pa,真空度為_-133402__Pa。7.某物的比重為0.879,其密度為_879kg/m3_,其比容為_0.00114m3/kg_。8.圓管中有常溫下的水流動,管內(nèi)徑d=100mm,測得其中的質量流量為15.7kg./s,其體積流量為_0.0157m3/s，平均流速為_2.0m/s。9.當20℃的甘油(ρ=1261kg/m3,μ=1499厘泊)在內(nèi)徑為100mm的管內(nèi)流動時,若流速為1.0m/s時,其雷諾準數(shù)Re為__84.1__,其摩擦阻力系數(shù)λ為__0.761__。10.某長方形截面的通風管道,其截面尺寸為30×20mm,其當量直徑de為__24mm__。11.測量流體流量的流量計主要有如下四種:_轉子流量計,孔板流量計,_文丘里流量計,__濕式氣體流量計_,測量管內(nèi)流體點的速度,則用_皮托管___。12.管出口的局部阻力系數(shù)等于__1.0__,管入口的局部阻力系數(shù)等于__0.5__。13.化工生產(chǎn)中，物料衡算的理論依據(jù)是＿質量守恒定律＿，熱量衡算的理論基礎是＿能量守恒定律＿。14.流體體積流量一定時，有效截面擴大，則流速減少＿，動壓頭＿減少＿，靜壓頭＿增加＿。15.理想流體在變徑管路中作穩(wěn)定的連續(xù)流動時，在管子直徑縮小的地方，其靜壓力_減少_。16.套管由φ57×2.5mm和φ25×2.5mm的鋼管組成，則環(huán)隙的流通截面積等于_1633mm2_______，潤濕周邊等于_242mm__，當量直徑等于_27mm_。17.流體在等徑管中作穩(wěn)定流動，流體由于流動而有摩擦阻力損失，流體的流速沿管長__不變__。18.液柱壓力計量是基于_流體靜力學__原理的測壓裝置，用U形管壓差計測壓時，當一端與大氣相通時，讀數(shù)R表示的是___表壓___或__真空度__。19.米糠油在管中作流動，若流量不變,管徑不變，管長增加一倍，則摩擦阻力損失為原來的__2__倍。20.米糠油在管中作層流流動，若流量不變，管長不變,管徑增加一倍，則摩擦阻力損失為原來的__1/16__倍。21.當Re為已知時，流體在圓形管內(nèi)呈層流時的摩擦系數(shù)λ=__64/Re_，在管內(nèi)呈湍流時，摩擦系數(shù)λ與___Re__、___ε/d__有關。22.液體的粘度隨溫度升高而__減小_，氣體的粘度隨溫度的升高而_增大_。23.某流體在圓形直管中作滯流流動時，其速度分布是_拋物線__型曲線，其管中心最大流速為平均流速的__2倍__倍，摩擦系數(shù)λ與Re的關系為__λ＝64/Re_。24.牛頓型流體與非牛頓型流體的主要的區(qū)別是_牛頓型流體符合牛頓粘性定律__。25.穩(wěn)定流動的定義是__流動狀況不隨時間而變____。三、計算題1．一套管換熱器的內(nèi)管外徑為80mm,外管內(nèi)徑為150mm,其環(huán)隙的當量直徑為多少?解：de=4×=4×=150–80=70mm2．某液體在一管路中穩(wěn)定流過，若將管子直徑減小一半，而流量不變，則液體的流速為原流速的多少倍?解：V=uA，u1A1=u2A2，A=，當d1=2d2時u1=u2，有，，即得u2=4u13．一定量的液體在圓形直管內(nèi)作滯流流動。若管長及液體物性不變，而管徑減至原有的一半，問因流動阻力產(chǎn)生的能量損失為原來的多少倍？解：流動阻力，設管徑改變后，，則根據(jù)u1A1=u2A2可得u2=4u1，滯流時=，，∴4．某設備上真空表的讀數(shù)為13.3×103Pa，計算設備內(nèi)的絕對壓強與表壓強。已知該地區(qū)大氣壓強為98.7×103Pa。解：絕對壓強=大氣壓—真空度=98.7×103—13.3×103=85.4×103Pa表壓強=—真空度=—13.3×103Pa5．甲乙兩地的平均大氣壓強分別為85.3×103Pa和101.33×103Pa，在甲地操作的真空精餾塔塔頂?shù)恼婵毡碜x數(shù)為80×103Pa，在乙地操作時，若要求塔內(nèi)維持相同的絕對壓強，真空表讀數(shù)應為多少?解：在甲地絕對壓強=大氣壓—真空度=85.3×103—80×103=5.3×103Pa在乙地真空度=大氣壓—絕對壓強=101.33×103—5.3×103=96.03×103Pa6．在蘭州操作的苯乙烯真空精餾塔頂?shù)恼婵毡碜x數(shù)為80×103Pa，在天津操作時，若要求塔內(nèi)維持相同的絕對壓強，真空表的讀數(shù)應為多少？蘭州地區(qū)的平均大氣壓強為85.3×103Pa，天津地區(qū)的平均大氣壓強為101.33×103Pa。解：在蘭州絕對壓強=大氣壓—真空度=85.3×103—80×103=5.3×103Pa在天津真空度=大氣壓—絕對壓強=101.33×103—5.3×103=96.03×103Pa7．某設備的進、出口壓強分別為1200mmH2O（真空度）和1.6kgf/cm2（表壓）。若當?shù)卮髿鈮簽?60mmHg,求此設備進、出口的壓強差。（用SI制表示）解：進口P1（絕壓）=P（大氣壓）-P（真空度）出口P2（絕壓）=P（大氣壓）+P（表壓）P1（真空度）=1200mmH2O=0.12kgf/cm2P1（絕壓）-P2（絕壓）=-[P1（真空度）+P2（表壓）]=-（0.12+1.6）=-1.72kgf/cm2=-1.72×9.81×104=-1.687×105N/m211．有一內(nèi)徑為25mm的水管，如管中水的流速為1.0m/s，求：（1）管中水的流動類型；（2）管中水保持層流狀態(tài)的最大流速（水的密度ρ=1000kg/m3,粘度μ=1cp）。解：（1）Re=duρ/μ=0.025×1×1000/0.001=25000＞4000流動類型為湍流。（2）層流時，Re≤2000，流速最大時，Re=2000，即duρ/μ=2000∴u=2000μ/dρ=2000×0.001/（0.025×1000）=0.08m/s12．密度為850kg/m3、粘度為8×10-3Pa·s的液體在內(nèi)徑為14mm的鋼管內(nèi)流動，液體的流速為1m/s。計算：（1）雷諾準數(shù)，并指出屬于何種流型；（2）若要使該流動達到湍流，液體的流速至少應為多少？解：（1）Re=duρ/μ=0.014×1×850/8×10-3=1487.5≤2000流動類型為層流（2）湍流時，Re≥4000，流速最小時，Re=4000，即duρ/μ=4000∴u=4000μ/dρ=4000×0.008/（0.014×850）=2.69m/s13．用108×4mm的鋼管從水塔將水引至車間，管路長度150m（包括管件的當量長度）。若此管路的全部能量損失為118J/kg，此管路輸水量為若干m3/h？（管路摩擦系數(shù)可取為0.02，水的密度取為1000kg/m3）解：能量損失118J/kg∴u=2.8m/s流量V=uA=2.8×79.13m3/h14．用Φ168×9mm的鋼管輸送原油。管線總長100km,油量為60000kg/h，油管最大抗壓能力為1.57×107Pa。已知50℃時油的密度為890kg/m3,粘度為181cp。假定輸油管水平放置，其局部阻力忽略不計。問：為完成上述輸油任務,中途需設幾個加壓站?解：u1=u2，Z1=Z2，u=V/A=(60000/890)/(3600×0.785×0.152)=1.06m/sRe=duρ/μ=0.15×1.06×890/(181×10-3)=782層流λ=64/Re=64/782=0.0818ΔP=λ(l/d)(u2/2)ρ=0.0818×(105/0.15)×(1.062/2)×890=2.72×107Pan=2.72×107/(1.57×107)=1.73中途應設一個加壓站15．在附圖所示的儲油罐中盛有密度為960kg/m3的油品。油面高于罐底9.6m，油面上方為常壓。在罐側壁的下部有一直徑為760mm圓孔，其中心距罐底800mm，孔蓋用14mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作應力取為39.23×106Pa，問：至少需要幾個螺釘？解：設通過孔蓋中心的水平面上液體的靜壓強為p，則p就是管內(nèi)液體作用與孔蓋上的平均壓強。由流體靜力學基本方程式知作用在孔蓋外側的是大氣壓強pa，故孔蓋內(nèi)外兩側所受壓強差為作用在孔蓋上的靜壓力為每個螺釘能承受的力為螺釘?shù)膫€數(shù)=3.76×104/6.04×103=6.23個即至少需要7個螺釘。16．某流化床反應器上裝有兩個U管壓差計，如本題附圖所示。測得R1=400mm，R2=50mm，指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴散，在右側的U管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度R3=50mm。求A、B兩處的表壓強。解：U管壓差計連接管中是氣體，其密度遠遠小于水銀及水的密度，由氣柱高度所產(chǎn)生的壓強差可以忽略。設R2下端為C點，R1下端為D點，因此可認為PA≈PC,PB≈PD。PA≈PC=ρH2OgR3+ρHggR2=1000×9.81×0.05+13600×9.81×0.05=7161N/m2（表壓）PB≈PD=PA+ρHggR1=7161+13600×9.81×0.4=6.05×104N/m2（表壓）17．根據(jù)本題附圖所示的微差壓差計的讀數(shù)，計算管路中氣體的表壓強p。壓差計中以油和水為指示液，其密度分別為920kg/m3及998kg/m3，U管中油、水交界面高度差R=300mm。兩擴大室的內(nèi)徑D均為60mm，U管內(nèi)徑d為6mm。(當管路內(nèi)氣體壓強等于大氣壓強時，兩擴大室液面平齊。）解：當管路內(nèi)的氣體壓強等于大氣壓強時，兩擴大室的液面平齊，則兩擴大室液面差Δh與微差壓差計讀數(shù)R的關系為當壓差計讀數(shù)R=300mm時，兩擴大室液面差為m則管路中氣體的表壓強為p=（998-920）×9.81×0.3+920×9.81×0.003=257N/m2（表壓）18．用泵將水從水池送至高位槽。高位槽液面高于水池液面50m，管路全部能量損失為20J/kg，流量為36m3/h，高位槽與水池均為敞口。若泵的效率為60%，求泵的軸功率。（水的密度取為1000kg/m3）解：設水池液面為1-1＇截面，高位槽液面為2-2＇，以水池液面為基準水平面，在兩截面間列柏努利方程式。Z1=0，Z2=50m，u1≈0，u2≈0，P1=P2=0（表壓），Σhf=20J/kg∴we=9.81×50+20=510.5J/kg水的質量流率ws=36×1000/3600=10kg/s有效功率Ne=we·ws=510.5×10=5105W軸功率N=5105/0.6=8508.3W19．水以2.5m/s的流速流經(jīng)38×2.5mm的水平管，此管以錐形管與另一38×3mm的水平管相連。如附圖所示，在錐形管兩側A、B處各插入一垂直玻璃管以觀察兩截面的壓強。若水流經(jīng)A、B兩截面間的能量損失為1.5J/kg，求兩玻璃管的水面差（以mm記），并在本題附圖中畫出兩玻璃管中水面的相對位置。（水的密度取為1000kg/m3）解：上游截面A-A＇，下游截面B-B＇，通過管子中心線作基準水平面。在兩截面間列柏努利方程式。式中ZA=ZB=0，uA=2.5m/s，ΣhfA,B=1.5J/kg根據(jù)連續(xù)性方程式，對于不可壓縮流體有m/s兩截面的壓強差為==868.55N/m2mmH2O即由于∴pB＞pA20.如圖所示，常溫的水在管道中流過，兩個串聯(lián)的U形管壓差計中的指示液均為水銀，密度為Hg，測壓連接管內(nèi)充滿常溫的水，密度為w，兩U形管的連通管內(nèi)充滿空氣。若測壓前兩U形管壓差計內(nèi)的水銀液面均為同一高度，測壓后兩U形管壓差計的讀數(shù)分別為R1、R2，試求a、b兩點間的壓力差。解：，，，，而，所以21.在如圖所示的測壓差裝置中，U形管壓差計中的指示液為水銀，其密度為Hg，其他管內(nèi)均充滿水，其密度為w，U形管壓差計的讀數(shù)為R，兩測壓點間的位差為h，試求a、b兩測壓點間的壓力差。解：由所以所以22．用離心泵將水從儲槽送至水洗塔的頂部，槽內(nèi)水位維持恒定，各部分相對位置如本題附圖所示。管76×2.5mm。在操作條件下，泵入口處真空表的讀數(shù)為24.66×103Pa；水流經(jīng)吸入管與計算。由于管徑不變，故式中u為吸路的直徑均為排出管（不包括噴頭）的能量損失可分別按與入或排出管的流速m/s。排水管與噴頭處的壓強為98.07×103Pa（表壓）。求泵的有效功率。（水的密度取為1000kg/m3）解：（1）水在管內(nèi)的流速與流量設儲槽水面為上游截面1-1＇，真空表連接處為下游截面2-2＇，并以截面1-1＇為基準水平面。在兩截面間列柏努利方程。式中Z1=0，Z2=1.5m，p1=0（表壓），p2=-24.66×103Pa（表壓）u1≈0，將上列數(shù)值代入柏努利方程式，解得水在管內(nèi)的流速u2m/s水的流量ws=uAρ=（2）泵的有效功率kg/s設儲槽水面為上游截面1-1＇，排水管與噴頭連接處為下游截面2-2＇，仍以截面1-1＇為基準水平面。在兩截面間列柏努利方程。式中Z1=0，Z2=14m，u1≈0，u2=2m/s，p1=0（表壓）p2=98.07×103Pa（表壓），將上列數(shù)值代入柏努利方程式，解得weJ/kg泵的有效功率Ne=we·ws=285.41×7.92=2260W23．在本題附圖所示的實驗裝置中，于異徑水平管段兩截面間連一倒置U管壓差計，以測量兩截面之間的壓強差。當水的流量為10800kg/h時，U管壓差計讀數(shù)R為100mm。粗、細管的直徑分別為Φ60×3.5mm與Φ42×3mm。計算：（1）1kg水流經(jīng)兩截面間的能量損失；（2）與該能量損失相當?shù)膲簭娊禐槎嗌貾a？（水的密度取為1000kg/m3）解：（1）1kg水流經(jīng)兩截面間的能量損失設導管在上游的連接處為截面1-1＇，下游的連接處為截面2-2＇，并通過管軸作基準水平面。在兩截面間列柏努利方程式中Z1=Z2=0，u=ws/Aρm/sm/s∵，∴J/kg將以上各數(shù)值代入柏努利方程式，解得J/kg（2）與該能量損失相當?shù)膲簭娊礜/m224．在圖示裝置中，水管直徑為Φ57×3.5mm。當閥門全閉時，壓力表讀數(shù)為0.3大氣壓,而在閥門開啟后，壓力表讀數(shù)降至0.2大氣壓。設管路入口至壓力表處的壓頭損失為0.5mH2O，求水的流量為若干m3/h？解：閥門全閉時，由P2=ρgH，H=0.3×1.013×105/（1000×9.81）=3.1m即水槽液面距閥門中心線的高度為3.1m。閥門開啟時，以水槽液面為上游截面1-1＇，壓力表處為下游截面2-2＇，管路中心線為基準水平面。在兩截面間列柏努利方程式Z1=H=3m，Z2=0，P1=0，P2=0.2×1.013×105Pa，u1≈0，Σhf/g=0.5mH2O代入上式3.1=0.2×1.013×105/（1000×9.81）+/（2×9.81）+0.5解得u2=3.24m/sVh=（π/4）d2u×3600=22.9m3/h25．如圖所示，密度為850kg/m3的料液從高位槽送入塔中，高位槽內(nèi)的液面維持恒定。塔內(nèi)表壓強為9.81×103Pa，進料量為5m3/h。連接管直徑為38×2.5mm，料液在連接管內(nèi)流動時的能量損失為30J/kg（不包括出口的能量損失）。求：高位槽內(nèi)的液面應比塔的進料口高出多少？解：以高位槽液面為上游截面1-1＇，連接管出口內(nèi)側為下游截面2-2＇，并以截面1-1＇為基準水平面。在兩截面間列柏努利方程式。式中Z1=0，u1≈0，m/sp1=0（表壓），p2=9.81×103Pa（表壓），Σhf=30J/kg將上述數(shù)值代入柏努利方程，解得m高位槽內(nèi)的液面應比塔的進料口高4.37m。26．如圖所示，用泵將儲槽中密度為1200kg/m3的溶液送到蒸發(fā)器內(nèi)。儲槽內(nèi)液面維持恒定，其上方與大氣相同。蒸發(fā)器內(nèi)的