“化工原理”第1章《流體流動(dòng)》復(fù)習(xí)題

1、“化工原理”第一章復(fù)習(xí)題及參考答案“化工原理”第一章復(fù)習(xí)題及參考答案 一、填空題：一、填空題： 1. （3 分） 雷諾準(zhǔn)數(shù)的表達(dá)式為_。 當(dāng)密度 1000kg/m3,粘度 =1 厘泊的水, 在內(nèi)徑為 d=100mm,以流速為 1m/s在管中流動(dòng)時(shí),其雷諾準(zhǔn)數(shù)等于_,其流動(dòng)類型 為_.（ Re=d/ ;105； 湍流） 2.（2 分）某流體在圓管中呈層流流動(dòng),今用皮托管測得管中心的最大流速為 2m/s,此時(shí)管內(nèi) 的平均流速為_.（1m/s） 3.（2 分）牛頓粘性定律用粘滯力的表達(dá)式為_. 用剪應(yīng)力的表達(dá)式為 _.（ F=Adu/dy;=du/dy） 4.（2 分）當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?750mmHg

2、時(shí),測得某體系的表壓為 100mmHg,則該體系的絕對(duì)壓強(qiáng) 為_mmHg,真空度為_mmHg. （ 850; -100） 5.（2 分）圓管中有常溫下的水流動(dòng),管內(nèi)徑 d=100mm,測得其中的質(zhì)量流量為 11.8kg/s/,其 體積流量為_.平均流速為_.( 0.0118m3/s,1.5m/s) 6.（4 分）當(dāng) 20的水(=998.2kg/m3,=1.005 厘泊)在內(nèi)徑為 100mm 的光滑管內(nèi)流動(dòng)時(shí), 若流速為 1.0m/s 時(shí),其雷諾準(zhǔn)數(shù) Re 為_,直管摩擦阻力系數(shù) 為_.(9.93104; 0.0178) 7.（2 分）某長方形截面的通風(fēng)管道, 其截面尺寸為 3020mm,其當(dāng)量

3、直徑 de 為_.(24mm) 8.（3 分）測量流體流量的流量計(jì)主要有如下四種: _ _,_,_, _,測量管 內(nèi)流體點(diǎn)的速度,則用_. (轉(zhuǎn)子流量計(jì);孔板流量計(jì);丘里流量計(jì);濕式氣體流量計(jì) ;皮托管) 9.（2 分）測量流體壓強(qiáng)的儀器主要有如下兩種: _,_.( U 管壓差計(jì);彈簧壓力計(jì)) 10. （4 分） 計(jì)算管道流體局部阻力的方法有: _,_,其相應(yīng)的阻力計(jì)算公式 為_,_,( 當(dāng)量長度法;阻力系數(shù)法; hf=(le/d)(u2/2g); hf=(u2/2g) ) 11.（3 分）題號(hào) 1038第 1 章知識(shí)點(diǎn) 400難度 容易 在流體阻力計(jì)算中,當(dāng)量長度的定義是_. (能產(chǎn)生與某局

4、部阻力相當(dāng)?shù)闹惫荛L度, 稱為該局部阻力的當(dāng)量長度。) 12. （2 分） 管出口的局部阻力系數(shù)等于_,管入口的局部阻力系數(shù)等于_.( 1.0; 0.5) 13. （3 分） 理想流體是指_； 而實(shí)際流體是指。 (沒有粘性、沒有摩擦阻力、液體不可壓縮；具有粘性、有摩擦力、液體可壓縮、受熱膨脹、 消耗能量。) 14.（3 分）流體體積流量用來計(jì)算；質(zhì)量流量用來計(jì)算；而流體流速 用來計(jì)算。(Vsu.Amsu.A.uVs /A) 15.（3 分）流體在園直管內(nèi)流動(dòng)，當(dāng) Re4000 時(shí)的流型稱為，其平均速度與最大流 速的關(guān)系為，而Re2000 的流型稱為，其平均速度為。 ( 湍流，um0.8umax，

5、滯流，um0.5 umax。) 16.（3 分）流體體積流量一定時(shí),有效截面擴(kuò)大,則流速,動(dòng)壓頭,靜壓頭。 (填增加,減少,不變）( 減少,減少,增加。) 17.（2 分）當(dāng)量直徑的定義是 de,在套管環(huán)間流動(dòng)的流體, 外管的內(nèi)徑是 d1,內(nèi)管的外徑是 d2,則當(dāng)量直徑 de。 (de4流通截面積/浸潤周邊;ded1d2) 18.流體的粘度指_。粘度值隨溫度變化而變化,對(duì)于液體，溫 度升高，粘度_；對(duì)于氣體，溫度升高，粘度_。 ( 流體流動(dòng)時(shí),相鄰流體層 間,在單位接觸面上,速度梯度為 1 時(shí),所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力; 減少;增大) 19.(2 分）米糠油在管中作流動(dòng),若流量不變,管徑不變,管長增加

6、一倍,則摩擦阻力損失為原來 的_倍。(2 倍) 20.（3 分）柏努利方程如衡算基準(zhǔn)以 J/kg 表示,柏努利方程可表示為 _, 若用 J/m3表示則可表示為_ 。( gZ1+P1/+u12/2= gZ2+P2/+u22/2+Wf; gZ1+P1+ u12/2=gZ2+P2+ u22/2+Wfg) 21. .(2 分）孔板流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)的最主要區(qū)別在于：前者是恒_,變_；后者是 恒_,變_。( 截面；壓差；壓差；截面) 22.（2 分）在測速管中,測壓孔正對(duì)水流方向的測壓管液位代表_,流體流過測速管側(cè)壁 小孔的測壓管液位代表_。( 沖壓頭；靜壓頭) 23. （3 分） 某流體在圓形直管中作

7、滯流流動(dòng)時(shí),其速度分布是_型曲線,其管中心最大流 速為平均流速的_倍,摩擦系數(shù)與Re的關(guān)系為_。 (拋物線； ;2倍; 64/Re) 24.（3 分）水由敞口恒液位的高位槽通過一管道流向壓力恒定的反應(yīng)器,當(dāng)管道上的閥門開 度減小后,水流量將_,摩擦系數(shù)_,管道總阻力損失_。(減小;增大;不變) 25.（2 分）流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生摩擦阻力的根本原因是流體具有_。(粘性) 26.（2 分）液體在等直徑的管中作穩(wěn)態(tài)流動(dòng),其流速沿管長_,由于有摩擦阻力損失,靜 壓強(qiáng)沿管長_。(不變;降低) 27.（4 分）流體在圓形直管中作層流流動(dòng),如果流量等不變,只是將管徑增大一倍,則阻力損失 為原來的_。( 1/16

8、) 28 （4 分） 液體在園管內(nèi)作穩(wěn)定連續(xù)滯流流動(dòng)時(shí),其摩擦阻力損失與管內(nèi)徑的_次方成反 比。( 2) 29.（2 分）水塔內(nèi)的水能通過管路引至各車間使用,這是因?yàn)樗?nèi)的水具有 _。 （高位壓頭） 30.（4 分）流體在園管內(nèi)流動(dòng)時(shí) ,由于流體具有粘性 ,使得_處速度為零 ,管的 _處速度最大。 （ 管壁；中心） 31.（4 分）測量流體的流量一般可采用_等流量計(jì)。測量管內(nèi)流體 點(diǎn)速度,則用_。 （孔板；文丘里；轉(zhuǎn)子；皮托管。 ） 32.（3 分）在輸送液體的管路中,要使 P1-P2= Pf的條件_。 （ 管徑相等，處于同一水平面，無外加能量。 ） 33.（2 分）圓管中有常溫下的水流動(dòng),

9、管內(nèi)徑 d=100mm,測得中的體積流量為 0.022m m3/s, 質(zhì)量流量為_,平均流速為_。( 22kg/s;2.8m/s) 二、選擇題二、選擇題 1. （2分） 一個(gè)被測量體系外柱按上一個(gè)U型壓差計(jì),出現(xiàn)如圖情況,說明體系與大氣壓是 （） 關(guān)系(答案 A) A. 體系大氣壓B. 體系大氣壓C. 體系大氣壓 2.（3 分） 從流體靜力學(xué)基本方程了解到U 型管壓力計(jì)測量其壓強(qiáng)差是()（答案A） A. 與指示液密度、液面高度有關(guān),與 U 形管粗細(xì)無關(guān) B. 與指示液密度、液面高度無關(guān),與 U 形管粗細(xì)有關(guān) C. 與指示液密度、液面高度無關(guān),與 U 形管粗細(xì)無關(guān) 3.（2 分）層流與湍流的本質(zhì)

10、區(qū)別是：()。 （*答案* D） A. 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)p2/ 時(shí), 由 1 流向 2, 當(dāng)(pa/+Zg)d2=(8LV h /3600gH)d=(8LV h/3600gH) 0.5 代入數(shù)據(jù)：d=0.023(815010/36009.8110) =0.0466m=46.6mm 2.（12 分） 某廠如圖所示的輸液系統(tǒng)將某種料液由敞口高位槽A 輸送至一敞口攪拌反應(yīng)槽 B中,輸液管為382.5mm的銅管,已知料液在管中的流速為u m/s,系統(tǒng)的Wf=20.6u2/2 J/kg, 因擴(kuò)大生產(chǎn)，須再建一套同樣的系統(tǒng), 所用輸液管直徑不

11、變，而要求的輸液量須增加 30%, 問新系統(tǒng)所設(shè)的高位槽的液面需要比原系統(tǒng)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 增高為：Z1-Z1=15.14-11=4.14m 3. （15 分） 如圖所示的管路系統(tǒng)中， 有一直徑為 382.5mm、 長為 30m 的水平直管段 AB, 并 裝有孔徑為 16.4mm 的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)來測量流

12、量,流量系數(shù) Co=0.63。 流體流經(jīng)孔板永久壓 強(qiáng)降為 3.5104N/m2，AB 段的摩擦系數(shù)可取為 0.024。試計(jì)算: 液體流經(jīng) AB 管段的壓強(qiáng) 差； 若泵的軸功率為 500W，效率為60%，則AB 管段所消 耗的功率為泵的有效功率的百分率。 *答案* 在 A-B 之間列柏方程(管中心線為基準(zhǔn)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?jǐn)?shù)=130/(5000.6)100%=43.3% 4.（18 分）如本題附圖所示，槽內(nèi)水位維持不變。槽底部與內(nèi)徑 為 100mm 鋼管相連，管路上裝有一個(gè)閘閥，閥前離管路入口端 15m 處安有一個(gè)指示液為汞的 U 管壓差計(jì)，測壓點(diǎn)與管路出口 端之間距離為 20m。 1當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)測得 R600mm，h1500mm；當(dāng)閘閥部 分開啟時(shí)，測得 R400mm， h1400mm， 管路

14、摩擦系數(shù)取 0.02， 入口處局部阻力系數(shù)取0.5， 問每小時(shí)從管中流出水量為多少m3。 2 當(dāng)閥全開時(shí) （取閘閥全開 le/d15，0.0 18） ， 測壓點(diǎn) B 處的靜壓強(qiáng)為若干 N/m2 （表壓） 。 *答案* （1）當(dāng)閘閥全關(guān)時(shí)，根據(jù)靜力學(xué)關(guān)系： （Zh）R. 汞 得水槽液位高度： ZR 汞/h=0.613.6-1.5=6.66m 列 AA 與 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）當(dāng)閘閥全開時(shí)，列AA 與 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 與 BB 截面間柏努利方程式得： 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）有一內(nèi)徑為 d50mm 的管子，用孔板流量計(jì)測量水的 流量，孔板的孔

16、流系數(shù)C00.62，孔板內(nèi)孔直徑d025 mm，U 形 壓差計(jì)的指示液為汞： （1）U 形壓差計(jì)讀數(shù) R200mm，問水的流 量為多少？（2）U 形壓差計(jì)的最大讀數(shù)Rmax800mm，問能測量 的最大水流量為多少?（3）若用上述 U 形壓差計(jì)，當(dāng)需測量的最 大水流量為 Vmax30m3/h 時(shí)，則孔板的孔徑應(yīng)該用多大？（假設(shè) 孔板的孔流系數(shù)不變） （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 即應(yīng)該用 d035mm 孔徑的孔板。 6.（12 分）用內(nèi)徑為300mm 的鋼管輸送 20的水，為了測量管內(nèi)水流量， 在 2m 長主管上并聯(lián)了一根總長為 10m（包括局部阻力的當(dāng)量長度）內(nèi)徑 為 53mm 的水煤氣管， 支管上流量計(jì)讀數(shù)為 2.72m3/h,求總管內(nèi)水流量為多 大？ 取主管的摩擦系數(shù)為 0.018，支管的摩擦系數(shù)為0.03。 *答案* 設(shè)主管中水流量為V1，支管中水流量為 V2 則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 總流量 V6002.72602.72m3/h 7.（16 分）在附圖所示的管路系統(tǒng)中，有一直徑為 382.5mm、長為 30m 的水平直管段 AB，在其中間裝有孔徑為 16.4mm 的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)來測量流

19、量， 流量系數(shù) Co 為 0.63，流體流經(jīng)孔板的永久壓降為 6104Pa，AB 段 摩擦系數(shù) 取為 0.022，試計(jì)算：液體流經(jīng) AB 段的壓強(qiáng)差； 若 泵的軸功率為 800w，效率為 62%，求 AB 管段所消耗的功率為泵的 有效功率的百分率。 已知:操作條件下液體的密度為870 kg/m3,U 形管 中的指示液為汞,其密度為 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 流體流經(jīng) AB 段的壓強(qiáng)差： 在 A 與 B 兩截面間列柏努利方程(管中心線為基準(zhǔn)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） 某液體密度 800kg/m3， 粘

21、度 73cp， 在連接兩容器間的光滑管中流動(dòng)， 管徑 300mm， 總長為 50m(包括局部當(dāng)量長度)，兩容器液面差為 3.2m(如圖示)。求：管內(nèi)流量為多 少?若在連接管口裝一閥門，調(diào)節(jié)此閥的開度使流量減為原來的一半，閥的局部阻力系 數(shù)是多少? 按該管折算的當(dāng)量長度又是多少?層流:=64/Re;湍流 =0.3164/Re0.25 *答案* 在 1-1 面和 2-2 面之間，列柏式以 2-2 面為基準(zhǔn)面： u1u20gz=Wf= (l/d)(u2/2) 設(shè)流體流動(dòng)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 驗(yàn)證：Re=0.33.513800/0.073=115504000，假設(shè)正確 2 V= (/4)d u=(/4)(0.3) 23.5133600=893.95(m3/h) 流量減半，即是流速減半u=3.513/2=1.7565m/s Re=5775,符合柏拉斯式條件, 列 1-1 面至 2-2 之間的柏式： 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）粘度為30cp，密度為900kg/m3的液體，自A 經(jīng)內(nèi)徑為 40mm 的管路進(jìn)入 B，兩容器均為敞口，液面視為不變。管路中有一閥門。當(dāng) 閥全關(guān)時(shí)，閥前后壓力表讀數(shù)分別為 0.9atm 和 0.45atm?，F(xiàn)將閥門打至 1/

24、4 開度，閥門阻力的當(dāng)量長度為 30m，閥前管長 50m，閥后管長 20m （均包括局部阻力的當(dāng)量長度)。試求: (1）管路的流量 m3/h？(2）閥 前后壓力表讀數(shù)有何變化？ *答案*（1）閥關(guān)時(shí) P1Z1，Z1P1/0.99.81104/(9009.81)=10m Z2P2/0.459.81104/（9009.81）5m 閥開時(shí)，兩槽面間列柏式: 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 設(shè) 0.02，則（49.05/（

25、12500.02） ）0.51.4m/s Re0.041.4900/（3010-3）1680 層流 64/16800.038 設(shè) 分析：，仍為層流 49.05125064/（0.04900/(301 0-3)）u2 0.736m/s Vs0.7850.0420.73636003 .33m3/h （2）閥開后，P1，P2 10.（20 分）用離心泵將密閉儲(chǔ)槽中 20的水通過內(nèi)徑為 100mm 的管道送往敞口高位槽。 兩儲(chǔ)槽液面高度差為 10m,密閉槽液面上有一真空表 P1讀數(shù)為 600mmHg(真),泵進(jìn)口處真空 表 P2讀數(shù)為 294mmHg(真)。 出口管路上裝有一孔板流量計(jì),其孔口直 徑

26、d0=70mm,流量系數(shù) = 0.7, U 形水銀壓差計(jì)讀數(shù) R=170mm。已知 管路總能量損失為 44J/kg，試求：出口管路中水的流速。泵出 口處壓力表 P3(與圖對(duì)應(yīng))的指示值為多少?(已知 P2與 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 選低位水池的水平為

27、基準(zhǔn)面，取1-1、2-2 兩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 選 泵 入 口 管 所 在 面 為 基 面 ， 取3-3 、 4-4兩 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 大氣壓(表) p4=1.8kgf.cm-2(表)泵出口處的指示值為 1.8kgf.cm-2 11.（18 分）如圖所示，槽內(nèi)水位維持不變，在水槽底部用內(nèi)徑為100mm 的水管引水至用 戶 C 點(diǎn)。管路上裝有一個(gè)閘閥，閥的上游距管路入口端10m 處安有以汞為指示液的U 管壓 差計(jì)（s=13600kg/m3)，壓差計(jì)測壓點(diǎn)與用戶C 點(diǎn)之間的直管長為 25m。問： （1）當(dāng)閘閥關(guān) 閉時(shí)，若測得 R=350mm，h=1.5m，則槽內(nèi)液面與水管中心的垂直距離 Z 為多少 m？（2） 當(dāng)

29、閘閥全開時(shí)（ 閥=0.17 , =0.02） ，每小時(shí)從管口流出的水為若干m3/h？ *答案* （1）閘閥關(guān)閉，系統(tǒng)內(nèi)處于靜止，由U 管處等壓面得： 水 g(Z+h)=sgR Z=s.R/ 水-h =136000.35/1000-1.5=3.26m （2）以槽液面為 1-1，管出口內(nèi)側(cè)為 2-2，管中心線為基準(zhǔn)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) 則 3.26+0+0=0+ u22/(2g)+0+7.