化工原理第一章習(xí)題及答案

第一章

流體流動(dòng)問什么是連續(xù)性假?質(zhì)點(diǎn)的含義是什有么條件答．定流體是由大量質(zhì)點(diǎn)組成的、彼此間沒有間隙、完全充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì)。質(zhì)點(diǎn)是含有大量分子的流體微團(tuán)，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸，但比起分子自由程卻要大得多。問描述流體運(yùn)動(dòng)的拉格朗日法和歐拉法有什么不同答．者描述同一質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻的狀態(tài)；后者描述空間任意定點(diǎn)的狀態(tài)。問粘性的物理本質(zhì)是什?為什么溫度上升氣粘度上,而體粘度下降?答．子間的引力和分子的熱運(yùn)動(dòng)。通常氣體的粘度隨溫度上升而增大，因?yàn)闅怏w分子間距離較大，以分子的熱運(yùn)動(dòng)為主；溫度上升熱動(dòng)加劇粘上液體的粘度隨溫度增加而減小，因?yàn)橐后w分子間距離較小，以分子間的引力為主，溫度上升，分子間的引力下降，粘度下降。問靜壓強(qiáng)有什么特?答．壓強(qiáng)的特性：①靜流體中任意界面上只受到小相等、方向相反、垂直于作用面的壓力；②作用于任意點(diǎn)所有不同方位的靜壓強(qiáng)在數(shù)值上相等；③壓強(qiáng)各向傳遞。問5.圖一玻璃容器內(nèi)裝有水容器底面積，水和容器總1。試出容器內(nèi)部受力示意頭的長短和方向表示受力大小和方試估計(jì)容器底部內(nèi)側(cè)、外側(cè)所受的壓力分別為多少？哪一側(cè)的壓力大？為什么？題5附圖答．1圖略，受力箭頭垂直于壁面、上小下大。2）內(nèi)部壓強(qiáng)ρgh=1000××；

題6附圖外部壓強(qiáng)p=F/A=10/0.008=1.25kPa<部壓強(qiáng)。因?yàn)槿萜鲀?nèi)壁給了流體向下的力，使內(nèi)部壓強(qiáng)大于外部壓強(qiáng)。問6.圖兩密閉容器內(nèi)盛有同液體形壓差計(jì)數(shù)分別為R兩壓差計(jì)間用一橡皮管相連接，現(xiàn)將容連U形差計(jì)一起向下移動(dòng)一段距離，試問讀與R有何變化(說明理)答．器A的體勢(shì)能下降，使它與容器液體勢(shì)能差減小，從而R減。R不變因?yàn)樵揢形兩邊同時(shí)降低，勢(shì)能不變。問為什么高煙囪比低煙囪拔煙效果?答．靜力學(xué)方程可以導(dǎo)出p=H(ρ-ρ)g所以H增加，壓差增加，拔風(fēng)量大。問什么叫均勻分?什么叫均勻流段答．者指速度分布大小均勻；后者指速度方向平行、無遷移加速度。問伯努利方程的應(yīng)用條件有哪

2e2e答．力場下、不可壓縮、理想流體作定態(tài)流動(dòng)，流體微元與其它微元或環(huán)境沒有能量交換時(shí)，同一流線上的流體間能量的關(guān)系。問10.如圖示從管流至大管量V管D及示劑均相同時(shí)水放置時(shí)壓差計(jì)讀R與垂直放置時(shí)讀的小關(guān)系如何？為什么忽略粘性阻力損答10．R=R，因?yàn)閁管指示的是總勢(shì)能差，與水平放還是垂直放沒有關(guān)系。題10附

題11附圖問11.理想體從高位槽經(jīng)過等直徑管流出點(diǎn)強(qiáng)與B壓強(qiáng)的關(guān)系列三個(gè)關(guān)系中選擇出正確的：<=+ρgH>答11．選（1）p<p；因?yàn)楣艿莱隹谕ù髿?，出口壓力等于p，而處位置比出口處高，所以，壓力較低。問12.層與湍流本質(zhì)區(qū)別是什?答12．是否存在流體速度、壓強(qiáng)的脈性，即是否存在流體質(zhì)點(diǎn)的脈動(dòng)性。問13.雷數(shù)的物意義是什?答13．慣性力與粘性力之比。問14.何泊謖葉?其用條件有哪答14eq\o\ac(△,．)P=32μuL/d。可壓縮流體在直圓管中作定態(tài)層流流動(dòng)時(shí)的阻力損失計(jì)算。問15.何水力光?何完全湍流粗糙答15．當(dāng)壁面凸出物低于層流內(nèi)層厚度，體現(xiàn)不出粗糙度過對(duì)阻損失的影響時(shí)，稱為水力光滑管。在Re很大λ與Re關(guān)的區(qū)域，稱為完全湍流粗糙管。問16.非形管的力當(dāng)量直徑是如何定義?能否按uπ2

計(jì)算流量答16．定義為4A/。不能按該式計(jì)算流量。問17.在流的條下在垂直直管中向下流動(dòng)同瞬時(shí)沿管長不同位子的速而言，是否會(huì)因重力加速度而使下部的速度大于上部的速?答17．因?yàn)橘|(zhì)量守恒，直管內(nèi)不同軸向位子的速度是一樣的，不因?yàn)橹亓Χ涌欤亓χ惑w現(xiàn)在壓強(qiáng)的變化上。問18.如附所示管路，試問：(1)B閥(半開)閥全開逐漸關(guān)小，，(h)如何變化？(2)A閥(半開)閥全開逐漸關(guān)小，，(h)如何變化？

題18附答18．(1)h下，下，-h)降；(2)h上升h上，(h-h)下。

題19附問19.圖示管路系統(tǒng)中，1,2,3閥全部全開，現(xiàn)關(guān)1閥度，則總流V和支管流量V,V,V將何變化？答19．q、q下，、q上。問20.是否在任何管路中流增大阻力損失就增大;流減小阻力損失就減小為么答20．不一定，具體要看管路狀況是否變化。第章

習(xí)庫一、選題、流體靜力學(xué)基本方程式

p1

的使用條件是④。①重力場中靜止流體②重力場中不可壓縮靜止流體③重力場中不可壓縮連續(xù)靜止流體④重力場中不可壓縮靜止、連通著的同一連續(xù)流體如1-1所的開口容器內(nèi)盛有油高度（h1-h2高度為h2,B與B點(diǎn)處于同一水平面，與B之壓強(qiáng)大小的關(guān)系為①P’②P<P’③P=P’無法比較3不減少U形差測量誤差的方法有④。

①

。①減少被測流體與指示液之間的密度差②采用傾斜式微壓計(jì)③指示液微壓計(jì)④加大被測流體與指示液之間的密度差壓縮流體在勻直管內(nèi)作定態(tài)流動(dòng)時(shí)，平均速度沿流動(dòng)方向的變化為③①增大②減?、圩儮芊ù_定、如圖所示，若甲管路總長（包括閥門當(dāng)量長度）為乙管路

vAvB2vAvB2的倍甲管內(nèi)徑為乙管內(nèi)徑的倍流體在兩管中均呈層流，那么甲管內(nèi)平均流速是乙管的①倍①u=

②uu

③uu

④uu、如圖所示，已知流體在管道A、B中呈層流狀態(tài)，兩管長度等，可確定AB管的流量之比/q為

③①2②4④16個(gè)大氣壓下℃空氣流經(jīng)Ф159×的鋼管，用皮托測速計(jì)測定空氣的流量，測速計(jì)管壓強(qiáng)計(jì)的讀數(shù)為13mmH2O管道內(nèi)空氣的體積流量為

③

3

①130②620③733④633、用Ф159的管輸送℃苯，在管路上裝有一個(gè)孔徑為78的板流量計(jì)，用來測量管中苯的流量，孔板前后連接的型管液柱壓強(qiáng)計(jì)的指示液為水銀壓強(qiáng)計(jì)的讀數(shù)為80mm時(shí)則到管中苯的流量為①3

①51.2②47.5③82④180、水以一定流速流經(jīng)如圖所示文丘里管，在喉頸處接一支管與下部水槽相通。已知始時(shí)×10①

N/m2。

（絕壓）若忽略文丘里管的阻力損失，垂直直管中水流的流向?yàn)棰傧蛏息谙蛳垄蹌?dòng)④法判斷10如圖示供水管線。管長，流量V，今因檢修管子，用若干根直徑為1，管長相同于L的管子并聯(lián)代替原管，保證輸水量V不，設(shè)λ為常數(shù)，ε/d相同。局部阻力均忽略，則并聯(lián)管數(shù)至少③

根。

222212112122222212112122①根②4根③根④根設(shè)用n根子

L(/0.785L/)d2d22二、填空題、流體在直管內(nèi)流動(dòng)造成的阻力損失的根本原因是。答：流體具有粘性、屬于正位移泵型式，除往復(fù)泵外還有，，

等型式。答：計(jì)量泵、螺桿泵、齒輪泵、離心縛現(xiàn)象的原因是，免生氣方法有

。答：泵內(nèi)灌入空氣，液體密度降；在泵密封嚴(yán)密的情況下，灌泵排出空氣、成離心泵氣蝕的原因是，加離心泵允許安裝高度Hg的措施是

和。答：葉輪附近某處的最低壓強(qiáng)小等于被輸送液體在輸送溫度下的飽和蒸汽壓增大的管徑，減少吸入管路不必要的管件和閥門。同一離心泵分別輸送密度為ρ及ρ兩種液體知者的體積V等，則

2He，Ne

Ne。答：

HNeNee2、離心通風(fēng)機(jī)輸送3

空氣時(shí)，流量為，全風(fēng)壓為240mmHO若用來輸送

的氣體，流量仍為

，全壓為

。解：

Ht

t

a

240

mmHO2

、離心泵的流量調(diào)節(jié)閥安裝在離心泵

管路上，關(guān)小出口閥門后，真空表讀數(shù)，壓力表讀數(shù)。解：出口，下降，上升。在貯槽液面1-1與的真空表所在截面列伯努利方程ulu1gZ2d2

l關(guān)小出口閥門，

下降，

p1

2

下降，即真空表讀數(shù)下降。同理，在壓力表所在截面與槽液面1-1間伯利方程。pl33gZ003d0

lu關(guān)小出口閥門，λ增大，

p3

0

上升，即壓力表讀數(shù)上升。離泵入口處真空表讀數(shù)為地大氣壓為101.33kPa輸℃水飽和蒸汽壓為）內(nèi)

發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。答：會(huì)、用離心泵向高壓容器輸送液體，現(xiàn)將高壓容器的壓強(qiáng)降低，其它條件不變，則該輸送液體的流量，功率。答：加大，加大管路的特性方程為：

HBQe

2

BQ

2高壓容器的壓強(qiáng)降低，下，K低，所以改變前后的操作點(diǎn)如圖：

所以流量加大。又根據(jù)泵的特性曲線知，當(dāng)流量加大時(shí)，泵的軸功率增加。10用離心泵將水池中水送至常壓水塔在心泵正操作范圍內(nèi)將出口閥開大則量

V

，揚(yáng)程

He

，管路總阻力損失H

f

，軸功率

P

（變大、變小、不變、不確定答：變大，變小，不變（變小大、流體在圓形直管中滯流流動(dòng)時(shí)，平均流速增大倍其能量損失原來損失的倍如果為完全湍流流動(dòng)時(shí)，流速增大倍其能量損失為原損失的4倍、流體流動(dòng)時(shí)，管徑管長都不變，而流體的流量增加一倍（摩擦阻力系數(shù)可以認(rèn)為不變，流動(dòng)為湍流阻增加的倍數(shù)為3倍若λ是化（可按λ慮）則阻力增加的倍數(shù)為倍；流動(dòng)為層流，則阻力增加的倍數(shù)為1倍。13一轉(zhuǎn)子流量計(jì)，當(dāng)流量為10m時(shí)測定流量計(jì)進(jìn)出口壓差為

，現(xiàn)流量變?yōu)?

/h問進(jìn)出口壓差為

N/m

。三、簡答題下面兩種情況不以用泊謖葉方

f

32d

接計(jì)算管路兩端的壓強(qiáng)差？（1）水平管，管內(nèi)徑為50mm，流體的密度為996kg/mmPa.s,流為m/s（2垂直管，管內(nèi)徑為100mm，體的相密度為，粘度為20mPa.s,速為。分析：此題核心在于：上述兩種情況下，用泊謖葉方程算出的壓強(qiáng)降面的壓強(qiáng)差在數(shù)值上是否相同。

f

與管路兩截由柏努利方程式

2h

f得

p2e

2

2

h

f

w1215w1215其中

f

即為

f

。上式說明，在一般情況下在值上是等的，只有流體在一段無外功f加入（

W0

）,直徑相同（

2

）的水平管（

內(nèi)流動(dòng)時(shí)，

與

f

才在絕對(duì)數(shù)值上相等。還需注意由于泊謖葉方程在推過程中引入了牛頓粘性定居律只有在滯流時(shí)內(nèi)摩擦應(yīng)力才服從牛頓粘性定律，所以它僅適用于滯流時(shí)的流動(dòng)阻力計(jì)算。答）

R

du

50

1.11

5

＞4000流體流動(dòng)類型屬湍流，此時(shí)泊謖葉方程不適用，所以不能用其計(jì)算管路兩截面間的壓差。（２）對(duì)于垂直管，盡管流動(dòng)類型可能為滯流，但由泊謖葉方程算出的僅是摩擦阻力損失項(xiàng)垂管路兩截面的壓還要受位能的影響以不能用泊謖葉方程直接計(jì)算兩截面的壓差。四、計(jì)算及推導(dǎo)題如所示，常溫的水在管道中流過，兩個(gè)串聯(lián)的U

b形管壓差計(jì)中的指示液均為水銀，密度為，測壓連接管內(nèi)充滿常溫的水密度為兩U形管的連通

w

空氣

w管內(nèi)充滿空氣。若測壓前兩形壓差計(jì)內(nèi)的水銀液面均為同一高度，測壓后兩形壓差計(jì)的讀數(shù)分別

Hg

Hg

為R、R，試求a兩點(diǎn)間的壓力差

pa

b

。

解：

pp1w

，

pghawpp，p，，p1234pp5

gh5pgRb5ppppgRaw45gghHg1w5

而

Rhh，h22

w21222ff21f2ff1w21222ff21f2ff1所以

gHg

1ghggHg2

12

1Rw2Hgw1流體在水平串的兩直管1中定流動(dòng)

/2

。今測得該流體流徑管道1的力降為液柱，流徑管道2的力降為柱，試計(jì)算管道2的長度l。解：由

dd22

，得

21

12

所以

dud22du4211所以

2

12

1所以

1

0.0356，1又

lu2l，d2g所以

lu2d22lu1dg1所以

Hl2dH，2Hluf111f2d0.064l11100d1f1、密度為

，粘度為的，以

的量在內(nèi)徑為的平光滑管內(nèi)流動(dòng)，在管路某處流體的靜壓力Pa(壓，若管路的局部阻力可忽略不計(jì)，則距該處下處流體的靜壓力為多少Pa(絕對(duì)壓力解：

u

42

1043600

/s

221f101212221f101212

du1000

0.31640.0189Re由

gz1

p1

pu2gz2

f得

lppd2

2

5

0.045

10002

28.56875

4N/2壓5N/m2

、用離心泵將蓄水池中℃的水送到敞口高位中，流程如本題附圖所示。管路為φ57的光滑鋼管，直管長度與所有局部阻力（包括孔板）當(dāng)量度之和為。輸水量用孔板流量計(jì)測量，孔徑=20mm，流系數(shù)為。從池面到孔板前測壓點(diǎn)A截面的管長（含所有局部阻力當(dāng)量長度）為8。U型中示為汞。摩擦系數(shù)可近似用下式計(jì)算，即

/Re

3

時(shí)，試求：(1)每kg水過泵所獲得凈功；(2)A截U型壓差計(jì)的讀數(shù)R；(3)孔板流量計(jì)的型壓差計(jì)讀數(shù)。解：該題為用伯努利方程求算管路系統(tǒng)所要求的有效功和管路中某截面上的壓強(qiáng)（即解題的關(guān)鍵是合理選取衡算范圍。至于的值則由流量計(jì)的流量公式計(jì)算。）有功在面與截間列伯努利方程式，以1-1截為基準(zhǔn)水平面，得：

2224122241

f式中：

12

，

p01

（表壓）z0z151u

VA40.05

2

/s查得：℃水的密度為

1000kg/m

，粘度

Pa.sdu10001.0

0.3164Re

0.3164/(52500)

0.0209hf

l2501.050.0209/d0.052W9.81204.7/e）A面U形管壓差計(jì)讀數(shù)由A截與截之間列伯努方程，得：A

AfA式中：

um/s

，

zm2h

fA

80)/0.052(39.179.81

1.052

2

)1000Pa

（表壓）讀數(shù)由形的靜力平衡求算：(1.5)1

R1A）U形管壓差計(jì)讀數(shù)R

2

ABABS0

2(

A將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式得7.42R0.610.0236001000

EMBEDEquation.3

2討論題是比較典型的流體力學(xué)計(jì)算題括了伯努利方程體靜力學(xué)基本方程、能量損失方程、連續(xù)性方程的綜合運(yùn)用。通過該題能加深對(duì)流體力學(xué)基本理論的理解。．密度為

的某液體從敞口容器A經(jīng)內(nèi)徑為的路進(jìn)入敞口容器B，兩容器內(nèi)的液面高度恒定，管路中有一調(diào)節(jié)閥，閥前管長，閥后管長（包括全部局部阻力的當(dāng)量長度，進(jìn)出口阻力忽略不計(jì)閥門全關(guān)時(shí)，閥前后的壓強(qiáng)表讀數(shù)分別為80kPa40kPa?，F(xiàn)將調(diào)解閥開至某一開度，閥阻力的當(dāng)量長度，管摩擦系數(shù)λ。求：管內(nèi)的流量為多少m

3

/h閥前后的壓強(qiáng)表的讀數(shù)為多少？解：當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，以管道中心線作為基準(zhǔn)水平面，根據(jù)靜力學(xué)方程80

40

EMBEDEquation.3

zB在A截和B截間列伯努利方程，得：upgz2

式中：

pAB

（表壓）

22eAA22B22eee2222eAA22B22eee22h

fAB

lu652530u0.0045d20.042

6.75u

2u

0.04

2.5611.6

/）在A面與閥前壓強(qiáng)表所在截面間列伯努利方程ugz

fh

f

l

u2.5623.96d20.04