“化工原理”第1章《流體流動》復(fù)習(xí)題.doc

“化工原理”第一章復(fù)習(xí)題及參考答案(化0703班、0704班，2009-9-1)一、填空題：1.（3分）雷諾準數(shù)的表達式為_。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在管中流動時,其雷諾準數(shù)等于_,其流動類型為_.（ Re=d/ ; 105； 湍流）2.（2分）某流體在圓管中呈層流流動,今用皮托管測得管中心的最大流速為2m/s,此時管內(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式為_. 用剪應(yīng)力的表達式為_.（ F=Adu/dy; =du/dy）4.（2分）當(dāng)?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_mmHg,真空度為_mmHg. （ 850; -100）5.（2分） 圓管中有常溫下的水流動,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)流動時,若流速為1.0m/s時,其雷諾準數(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)量直徑de為_.( 24mm)8.（3分）測量流體流量的流量計主要有如下四種: _ _,_,_ , _,測量管內(nèi)流體點的速度,則用_. (轉(zhuǎn)子流量計;孔板流量計;丘里流量計;濕式氣體流量計 ;皮托管)9.（2分）測量流體壓強的儀器主要有如下兩種: _,_.( U管壓差計;彈簧壓力計)10.（4分）計算管道流體局部阻力的方法有: _,_,其相應(yīng)的阻力計算公式為_,_,( 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1038 第1章 知識點 400 難度 容易 在流體阻力計算中,當(dāng)量長度的定義是_. (能產(chǎn)生與某局部阻力相當(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算；質(zhì)量流量用來計算；而流體流速用來計算。(Vsu.A msu.A. uVs /A)15.（3分）流體在園直管內(nèi)流動，當(dāng)Re4000時的流型稱為，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， 滯流， um0.5 umax。)16.（3分）流體體積流量一定時,有效截面擴大,則流速,動壓頭,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,對于液體，溫度升高，粘度_；對于氣體，溫度升高，粘度_。 ( 流體流動時,相鄰流體層間,在單位接觸面上,速度梯度為1時,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,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_倍。(2倍)20.（3分）柏努利方程如衡算基準以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）孔板流量計和轉(zhuǎn)子流量計的最主要區(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滯流流動時,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）流體流動時產(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,其流速沿管長_,由于有摩擦阻力損失,靜壓強沿管長_。(不變;降低)27.（4分）流體在圓形直管中作層流流動,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)28（4分）液體在園管內(nèi)作穩(wěn)定連續(xù)滯流流動時,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,這是因為水塔內(nèi)的水具有_。 （高位壓頭）30.（4分）流體在園管內(nèi)流動時,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。測量管內(nèi)流體點速度,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,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1.（2分）一個被測量體系外柱按上一個U型壓差計,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型管壓力計測量其壓強差是( )（答案 A） A. 與指示液密度、液面高度有關(guān),與U形管粗細無關(guān) B. 與指示液密度、液面高度無關(guān),與U形管粗細有關(guān) C. 與指示液密度、液面高度無關(guān),與U形管粗細無關(guān)3.（2分）層流與湍流的本質(zhì)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, 由1流向2,當(dāng)(pa /+Zg) d2=(8LVh /3600gH)d=(8LVh/3600gH)0.5代入數(shù)據(jù)：d=0.023(815010/36009.8110) =0.0466m=46.6mm2.（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,因擴大生產(chǎn)，須再建一套同樣的系統(tǒng), 所用輸液管直徑不變，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* 低液面2-2為基準，在1-1與2-2間列柏努力方程： gZA+uA2/2+pA/= gZB+uB2/2+pB/+Wfu10u2; 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=4.14m3.（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)準孔板流量計來測量流量,流量系數(shù) Co=0.63。流體流經(jīng)孔板永久壓強降為3.5104N/m2，AB段的摩擦系數(shù)可取為0.024。試計算: 液體流經(jīng)AB管段的壓強差； 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(管中心線為基準面)：gZA+uA2/2+pA/= gZB+uB2/2+pB/+WfpA-p2=Wf=Lu2/2d+p孔u0=C0 2gR(2-)/ =0.6329.810.6(13600-867)/867 =8.284m/su=(16.4/33)28.284=2.046 m/spA -pB=0.024(30/0.033)(2.0462/2)867+3.5104 =74590 N/m2Ne=We .Ws=(74590/867)(/4)d2u =86(0.7850.03322.046867)=130w有效功率百分數(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，管路上裝有一個閘閥，閥前離管路入口端15m處安有一個指示液為汞的U管壓差計，測壓點與管路出口端之間距離為20m。 1當(dāng)閘閥關(guān)閉時測得R600mm，h1500mm；當(dāng)閘閥部分開啟時， 測得R400mm，h1400mm，管路摩擦系數(shù)取0.02，入口處局部阻力系數(shù)取0.5，問每小時從管中流出水量為多少m3。2當(dāng)閥全開時（取閘閥全開le/d15， 0.0 18），測壓點B處的靜壓強為若干N/m2（表壓）。 *答案* （1）當(dāng)閘閥全關(guān)時，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）2/26.664.04（10.0215/0.10.5）2/24.52/2 u（2.6229.81/4.5）0.53.38 m/s V0.7850.123.38360095.5 m3/h （2）當(dāng)閘閥全開時，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/f PB/（1（/d）2/2PB/Z（1（/d）2/26.66（10.01815/0.10.5）4.02/(29.81)3.2 m, PB31392 N/m25.（15分）有一內(nèi)徑為d50mm的管子，用孔板流量計測量水的流量，孔板的孔流系數(shù)C00.62，孔板內(nèi)孔直徑d025 mm，U形壓差計的指示液為汞：（1）U形壓差計讀數(shù)R200mm，問水的流量為多少？（2）U形壓差計的最大讀數(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，當(dāng)需測量的最大水流量為 Vmax30m3/h時，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）/）0.5 0.62（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 Vmax0.7850.02528.72360015.4m3/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 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 u12.36 m/s Vs/4d12136000.7850.322.363600600m3/h 總流量V6002.72602.72m3/h7.（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)準孔板流量計來測量流量，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，試計算：液體流經(jīng)AB段的壓強差； 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 =1.52kg/s流體流經(jīng)AB段的壓強差：在A與B兩截面間列柏努利方程(管中心線為基準面)ZA g+(pA /)+(uA2/2)=ZB g+(pB /)+(uB2/2)+Wf ZA =ZB uA =uBWf=(l/d)(u2/2)+(610/) =0.022(30/0.033)(2.0432/2)+(6104/870) =111J/kgpA -pB =Wf =870111=96570PaNe=8000.62=496w AB段所消耗的功率N：N=WsWf =1.52111=168.7wN/Ne=118.7/496=0.34=34%8.（18分）某液體密度800kg/m3，粘度73cp，在連接兩容器間的光滑管中流動，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面為基準面：u1u20 gz=Wf= (l/d)(u2/2) 設(shè)流體流動符合柏拉修斯公式：=0.3164/Re0.25； Re=du/ gz=0.3164/Re0.25 (l/d)( u2/2) =0.3164/(/)0.25 (l/d1.25)(u1.75/2) u1.75=2gz/0.3164/(/)0.25(l/d1.25)=9.01542;u=3.513m/s驗證：Re=0.33.513800/0.073=115504000，假設(shè)正確V= (/4)d2u=(/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/sRe=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) =29.813.2/1.7565-(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，閥前后壓力表讀數(shù)分別為0.9atm和0.45atm?，F(xiàn)將閥門打至1/4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 P1Z1，Z1P1/0.99.81104/(9009.81)=10mZ2P2/0.459.81104/（9009.81）5m 閥開時，兩槽面間列柏式:PA/ZAA2/2PB/ZBB2/2Wf（1）（ZAZB）Wf （105）9.8149.05WfWf=（/d）u2/2=（502030）/0.04）u2/21250u2 代入（1） 49.051250u2設(shè)0.02，則（49.05/（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 0.736 m/s Vs0.7850.0420.73636003 .33m3/h （2）閥開后，P1，P210.（20分）用離心泵將密閉儲槽中 20的水通過內(nèi)徑為100mm的管道送往敞口高位槽。兩儲槽液面高度差為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,其孔口直徑d0=70mm,流量系數(shù)= 0.7, U形水銀壓差計讀數(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(與圖對應(yīng))的指示值為多少?(已知P2與P3相距0.1m)。 *答案* u0 = (2P/)0.5P=Rg(o-)=0.179.81(13600-1000)=2.1104V=0.7(/4)(0.07)2(2.11042/1000) 0.5 =0.70.785(0.07) 2 (4.210) 0.5 =0.0174 m3/su=V/(0.785d2)=0.0174/(0.7850.12)=2.22m/s選低位水池的水平為基準面，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/g0He= 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=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-211.（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。管路上裝有一個閘閥，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（s=13600kg/m3)，壓差計測壓點與用戶C點之間的直管長為25m。問：（1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時，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)閘閥全開時（閥=0.17 , =0.02），每小時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/(2