化工基礎(chǔ)第三章習(xí)題課

1、第三章第三章 流體流動過程及流體輸送流體流動過程及流體輸送習(xí)題課習(xí)題課流體的基本性質(zhì)流體的基本性質(zhì)流體流動的基本規(guī)律流體流動的基本規(guī)律流體壓力和流量的測量流體壓力和流量的測量管內(nèi)流體流動的阻力管內(nèi)流體流動的阻力流體輸送設(shè)備流體輸送設(shè)備內(nèi)容概要內(nèi)容概要一、流體的基本性質(zhì)一、流體的基本性質(zhì)1、密度、密度2、比體積、比體積3、壓力、壓力4.流量和流速流量和流速質(zhì)量流速、體積流速質(zhì)量流速、體積流速u = qV / S5.粘度粘度 F（u/y）A FA（u/y） 二、流體流動的基本規(guī)律二、流體流動的基本規(guī)律1.1.定態(tài)流動和非定態(tài)流動定態(tài)流動和非定態(tài)流動2.2.連續(xù)性方程連續(xù)性方程1 11222u Su

2、 S1221SSuu212221dduu 3.3.機(jī)械能衡算方程機(jī)械能衡算方程伯努利方程伯努利方程（1 1） 理想流體伯努利方程式：理想流體伯努利方程式：2222121122pmummgZpmummgZ2222121122pugZpugZgpguZgpguZ2222121122（2 2） 實(shí)際流體伯努利方程式：實(shí)際流體伯努利方程式：feHpugZHpugZ2222121122fehgpguZHgpguZ2222121122位壓頭位壓頭動壓頭動壓頭靜壓頭靜壓頭壓頭損失壓頭損失泵的揚(yáng)程或有效壓頭泵的揚(yáng)程或有效壓頭(1N)(1kg) 作圖作圖 根據(jù)題意作出流動系統(tǒng)的示意圖以助分析題意。根據(jù)題意作出流

3、動系統(tǒng)的示意圖以助分析題意。 單位務(wù)必統(tǒng)一單位務(wù)必統(tǒng)一 最好均采用國際單位制。最好均采用國際單位制。 4 4流體流動規(guī)律的應(yīng)用舉例流體流動規(guī)律的應(yīng)用舉例 截面的選取截面的選取 確定出上下游截面以明確對流動系統(tǒng)的衡確定出上下游截面以明確對流動系統(tǒng)的衡算范圍。算范圍?；鶞?zhǔn)水平面的選取基準(zhǔn)水平面的選取 為了簡化計(jì)算，通常將所選兩個截為了簡化計(jì)算，通常將所選兩個截面中位置較低的一個作為基準(zhǔn)水平面。面中位置較低的一個作為基準(zhǔn)水平面。三、流體壓力和流量的測定三、流體壓力和流量的測定孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)文丘里流量計(jì)文丘里流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)四、管內(nèi)流體流動的阻力四、管內(nèi)流體流動的阻力1.流動的形態(tài)：流

4、動的形態(tài)：2.管內(nèi)阻力的計(jì)算管內(nèi)阻力的計(jì)算 管件或閥門管件或閥門等徑直管等徑直管管路輸送系統(tǒng)管路輸送系統(tǒng)直管摩擦損失局部摩擦損失hf 分為兩類：分為兩類：hf=hfhlguhf22直管阻力的計(jì)算直管阻力的計(jì)算 (1)(1)滯流時(shí)的摩擦阻力系數(shù)滯流時(shí)的摩擦阻力系數(shù) gudlgphf2Re642 (2)(2)湍流時(shí)的摩擦阻力系數(shù)湍流時(shí)的摩擦阻力系數(shù) fhgudl22dRe,a滯流區(qū)滯流區(qū) Re2 000，64/Re,與與/d無關(guān)無關(guān)。b過渡區(qū)過渡區(qū) 2 000Re4000，流形為，流形為非定態(tài)非定態(tài)易波動易波動, 常作常作湍流湍流處理。處理。c. 湍流區(qū)湍流區(qū) Re4 000以及虛線以下區(qū)域以及虛

5、線以下區(qū)域,與與 Re和和/d均有均有關(guān)關(guān),隨隨 Re的增大而減小的增大而減小, 隨隨/d增大而增大增大而增大. hfu1.75d. 完全湍流區(qū)完全湍流區(qū) Re足夠大時(shí)足夠大時(shí),與與 Re無關(guān)無關(guān),僅與僅與/d有關(guān)。有關(guān)。五、流體輸送設(shè)備五、流體輸送設(shè)備1.1.離心泵離心泵1 1）氣縛現(xiàn)象）氣縛現(xiàn)象2 2）主要性能參數(shù)）主要性能參數(shù)習(xí)習(xí) 題題 1.1.水在圓形直管中作滯流流動，流速不變，若管子直水在圓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（徑增大一倍，則阻力損失為原來的（ ）。）。 A. 1/4A. 1/4； B. 1/2B. 1/2； C. 2C. 2倍倍 2.

6、2.流體體積流量一定時(shí)，有效截面擴(kuò)大，則流速流體體積流量一定時(shí)，有效截面擴(kuò)大，則流速 ，動壓頭，動壓頭 ，靜壓頭，靜壓頭 。1.A2.減少，減少，增加減少，減少，增加3 3、離心泵開動以前必須充滿液體是為了防止發(fā)生、離心泵開動以前必須充滿液體是為了防止發(fā)生( )。 A. 氣縛現(xiàn)象；氣縛現(xiàn)象； B. 汽蝕現(xiàn)象；汽蝕現(xiàn)象； C. 汽化現(xiàn)象；汽化現(xiàn)象； D. 氣浮現(xiàn)象。氣浮現(xiàn)象。4、離心泵的揚(yáng)程，是指單位重量流體經(jīng)過泵后獲得的、離心泵的揚(yáng)程，是指單位重量流體經(jīng)過泵后獲得的( )。 A. 包括內(nèi)能在內(nèi)的總能量；包括內(nèi)能在內(nèi)的總能量； B. 機(jī)械能；機(jī)械能；C. 壓能；壓能； D. 位能（即實(shí)際的升揚(yáng)高

7、度）。位能（即實(shí)際的升揚(yáng)高度）。5.離心泵的安裝高度超過允許安裝高度時(shí)，離心離心泵的安裝高度超過允許安裝高度時(shí)，離心泵會發(fā)生泵會發(fā)生_現(xiàn)象?，F(xiàn)象。AB6.流體的雷諾準(zhǔn)數(shù)是由流體的流體的雷諾準(zhǔn)數(shù)是由流體的_、_、_以及以及_等四個物理量所組成的數(shù)群。等四個物理量所組成的數(shù)群。 7.管道內(nèi)流體的速度，在一般情況下，沿管道內(nèi)流體的速度，在一般情況下，沿_處的流速最大，處的流速最大，越靠近管壁流速越靠近管壁流速_，管壁處的流速，管壁處的流速_。 8 8、流體流動產(chǎn)生阻力的根本原因是因?yàn)榱黧w流動（、流體流動產(chǎn)生阻力的根本原因是因?yàn)榱黧w流動（ ）A.A.遇到了障礙物；遇到了障礙物； B. B. 與管壁產(chǎn)生

8、摩擦與管壁產(chǎn)生摩擦C. C. 產(chǎn)生了內(nèi)摩擦力產(chǎn)生了內(nèi)摩擦力 D. D. 管壁太粗糙管壁太粗糙9.離心泵的揚(yáng)程是離心泵的揚(yáng)程是 ( )。 A. 實(shí)際的升揚(yáng)高度；實(shí)際的升揚(yáng)高度；B. 泵的吸液高度；泵的吸液高度；C. 液體出泵和進(jìn)泵的壓差換算成液柱高度液體出泵和進(jìn)泵的壓差換算成液柱高度 D. 單位重量液體出泵和進(jìn)泵的機(jī)械能差值。單位重量液體出泵和進(jìn)泵的機(jī)械能差值。D10.為避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，應(yīng)使離心泵內(nèi)的最低壓力（為避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，應(yīng)使離心泵內(nèi)的最低壓力（ ）輸送）輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓。溫度下液體的飽和蒸汽壓。 A. 大于；大于；B. 小于；小于；C. 等于。等于。A11.離心泵的主要部件

9、有如下三部分離心泵的主要部件有如下三部分:_,_,_。泵殼；葉輪；泵軸泵殼；葉輪；泵軸12.泵起動時(shí)，先關(guān)閉泵的出口開關(guān)的原因是泵起動時(shí)，先關(guān)閉泵的出口開關(guān)的原因是_。降低起動功率，保護(hù)電機(jī)，防止超負(fù)荷而受到損傷；降低起動功率，保護(hù)電機(jī)，防止超負(fù)荷而受到損傷；同時(shí)也避免出口管線水力沖擊同時(shí)也避免出口管線水力沖擊13.某輸水的水泵系統(tǒng)某輸水的水泵系統(tǒng),經(jīng)管路計(jì)算得經(jīng)管路計(jì)算得,需泵提供的需泵提供的壓頭為壓頭為H = 19m水柱水柱,輸水量為輸水量為20kgs-1,則泵的有效功率為則泵的有效功率為_。3728w14. 采用虹吸管從高位槽向反應(yīng)釜中加料。高位槽和反應(yīng)采用虹吸管從高位槽向反應(yīng)釜中加料。

10、高位槽和反應(yīng)釜均與大氣相通。要求物料在管內(nèi)以釜均與大氣相通。要求物料在管內(nèi)以 1ms-1的速度流動。若的速度流動。若料液在管內(nèi)流動時(shí)的能量損失為料液在管內(nèi)流動時(shí)的能量損失為 20J/kg，試求高位槽的液面，試求高位槽的液面應(yīng)比虹吸管的出口高出多少米？應(yīng)比虹吸管的出口高出多少米？n n fWupgZupgZ222221112121gWuHf/ )21(22m09. 281. 9)20121(解解: : 以高位槽液面為以高位槽液面為1-11-1面面, ,管出口內(nèi)側(cè)為管出口內(nèi)側(cè)為2-22-2面面, ,在在1-11-1 2-22-2間列柏努力方程間列柏努力方程: : 簡化簡化: : 15.如圖用離心泵

11、將如圖用離心泵將20的水由敞口水池送到一壓力為的水由敞口水池送到一壓力為2.5atm的塔內(nèi)，管徑為的塔內(nèi)，管徑為1084mm管路全長管路全長100m(包括包括局部阻力的當(dāng)量長度，管的進(jìn)、出口當(dāng)量長度也包括在局部阻力的當(dāng)量長度，管的進(jìn)、出口當(dāng)量長度也包括在內(nèi)內(nèi))。已知：。已知： 水的流量為水的流量為56.5m3h-1，水的粘度為，水的粘度為1厘泊，厘泊，密度為密度為1000kgm-3，管路摩擦系數(shù)可取為，管路摩擦系數(shù)可取為0.024，計(jì)算并，計(jì)算并回答：回答：(1)水在管內(nèi)流動時(shí)的流動形態(tài)；水在管內(nèi)流動時(shí)的流動形態(tài)； (2) 管路所需要的壓頭和功率；管路所需要的壓頭和功率；n解：解：已知：d =

12、 108-24 = 100mm = 0.1mnA=(/4)d2 = 3.14(1/4)0.12 = 0.78510-2 mnqv = 56.5m3/hn u = q/A = 56.5/(36000.78510-2) = 2m/sn = 1cp = 10-3 PaS =1000 kg.m-3, = 0.024n Re = du/=0.121000/10-3 = 2105 4000n 水在管內(nèi)流動呈湍流n 以1-1面為水平基準(zhǔn)面,在1-1與2-2面間列柏努利方程：n Z1 +(u12/2g)+(p1/g)+Hn=Z2+(u22/2g)+(p2/g)+HfnZ1=0, u1=0, p = 0 (表壓

13、), Z2=18m, u2=0n p2/g=2.59.81104/(10009.81)=25mn Hf =(l+le )/d(u2/2g)n =0.024(100/0.1)22/(29.81) = 4.9mnH = 18+25+4.9 = 47.9mn Ne = Hqvg = 47.910009.8156.5/3600 = 7.4kw 16.貯槽內(nèi)水位不變貯槽內(nèi)水位不變,槽底與直徑為槽底與直徑為100mm的水管相的水管相通通, ,距入口端距入口端15m處安一水銀壓差計(jì)處安一水銀壓差計(jì), ,一臂通大氣一臂通大氣, ,測壓點(diǎn)與管路出口端的直管長測壓點(diǎn)與管路出口端的直管長20m,(1)(1)當(dāng)閘閥關(guān)

14、閉時(shí)當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí), ,測得測得R=600mm,h=1500mm,閘閥閘閥部分開啟時(shí)部分開啟時(shí),測得測得R=400mm,h=1400mm,摩擦系數(shù)可摩擦系數(shù)可取取0.025,求求:每小時(shí)從管中流出多少立方米水每小時(shí)從管中流出多少立方米水?(2)當(dāng)閘閥全開時(shí)當(dāng)閘閥全開時(shí),U型壓差計(jì)測壓處的靜壓強(qiáng)。已知型壓差計(jì)測壓處的靜壓強(qiáng)。已知閘閥全開時(shí)，閘閥全開時(shí)，Le/d=15， = 0.025。Z11m15m20hR23( (1)1)由靜力學(xué)方程求槽內(nèi)水位高由靜力學(xué)方程求槽內(nèi)水位高Z Z1 1 水水gZ1+ 汞汞 g h= 汞汞 g R h =1.5m R = 0.6m Z1= 6.66 m gZ1+ u1

15、2/2+P1 /= gZ2+u22/ 2+ P2 /+hf 1-2 P1= 0 (表壓表壓) P2+ 水水 g h= 汞汞 g R P2=136009.810.410009.811.4 =39630 Pahf1-2= (L/d +C ) u2/2 = ( 0.02515/ 0.1 + 0.5) u2/ 2 =2.13u2 9.816.66= u2/2+39630/1000+2.13u2 u = 3.13m/s V = 36000.7850.123.13 = 88.5 m3/h(2)應(yīng)由應(yīng)由13截面求流速截面求流速u gZ1+u12/ 2+ P1 /= gZ3+ u32/ 2+ P3 /+hf1-3