高級工基礎(chǔ)知識理論試題

-選擇與填空

1、①孔板流量計和轉(zhuǎn)子流量計的最主要區(qū)別在于：前者是恒一，

變;后者是恒,變.

②邊長為0.5m的正方形通風(fēng)管道,其當量直徑為.

答：①截面，壓差，壓差，截面：②0.5。

2、①當Re為已知時，流體在圓形管內(nèi)呈層流時的摩擦系數(shù)入=_______,在粗糙管內(nèi)呈湍流時，摩擦系

數(shù)入與、有關(guān)。

②因次分析法的依據(jù)是。

答：①64/Re,Re,e/d；②物理方程式具有因次一致性.

3、如圖所示，在充滿水的具有不同壓力的兩密閉容器A和B的上、下兩側(cè)，各連接管徑和高度均不相等的

壓差計，各連接導(dǎo)管內(nèi)充滿水，壓差計內(nèi)指示液為水銀，則當用下方壓差計讀數(shù)表示時，Pa-Pb=

,當用上方壓差計讀數(shù)表示時，Pa-Pb=,R與H值之間關(guān)系為。

答：Pa—Pb=H(Pns—p)g+hpg

Pa—Pb=R(PP)g+hpg

R=H

4、對如圖所示的測壓裝置，分別寫出AP=P1-P2的計算式。

(a)圖AP,(b)圖AP

(c)圖AP,(d)圖AP

答：(a)AP=Rg(Pm—P)

(b)AP=RgP

(c)AP=Rg(pa-Pb)

(d)△P=P1—P2=RgPm—hgp

5、下圖中高位槽液面保持恒定，液體以一定流量流經(jīng)管路，ab與cd兩段長度相等，管徑與管壁粗糙度

相同，則：

△Pab/(pg)=，hfab=,

△Ped/(pg)=,hfcd=o

答：APab/pg=Rl(pl—P)/P—1

hfab=R1(pl—p)/P

APed/Pg=R2(pl—p)/p

hfcd=R2(p1-p)/p

6、①某物體的質(zhì)量為1000kg,則其重量為

A.1000NB.98IONC.9810kgfD.1000/9.8Ikgf

②因次分析法的目的在于。

A.得到各變量間的確切定量關(guān)系。

B.得到各無因次數(shù)群的確切定時關(guān)系。

C.用無因次數(shù)群代替變量，使實驗與關(guān)聯(lián)工作簡化。。

D.用無因次數(shù)群代替變量，使實驗結(jié)果更可靠。

答：①B；②C。

7,①層流與湍流的本質(zhì)區(qū)別是：。

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)〈湍流的雷諾數(shù)

D.層流無徑向脈動，而湍流有徑向脈動

②如圖1,若水槽液位不變①、②、③點的流體總機械能的關(guān)系為

A.閥門打開時①>②>③B.閥門打開時①二②》③

C.閥門打開時①ND=③D.閥門打開時①〉②二③

③如圖2,U形管壓差計測得：_______.

A.A、B間的阻力損失B.A、B間的壓強差

C.A、B間的位頭差加阻力損失D.A、B間位頭差

答：①D；②B；③A。

8、有一并聯(lián)管路，如圖所示，兩段管路的流量、流速、管徑、管長及流動阻力損失分別為V”u?d

L”hr及V2,u2fd2,L2,hf2?

若d1=2d2fLi=2L2,則：

①ht-1/hf2=

A.2B.4C.1/2D.1

②當兩段管路中流體均作滯流流動時，V./V2=

A.2B.4C,8D.1/2E.1

若兩段管路中流體均作滯流流時,

A.2B.4C.1/2D.1/4E.1

④當兩段管路中流體均作湍流流動時，并取入1=入2,

V,/V2=()

A.2B.4C.82E.

答：①D；②C；③A；@B.

二計算題

1、某設(shè)備上真空表的讀數(shù)為13.3X10'Pa,計算設(shè)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

X103Pa.

解：絕對壓強=大氣壓一真空度=98.7X10"-13.3X103=85.4X10*Pa

表壓強=—真空度=—13.3X10,Pa

2、在附圖所示的儲油罐中盛有密度為960kg/m：'的油品。油面高于罐底9.6m,油面上方為常壓。在罐側(cè)

壁的下部有一直徑為760mm圓孔，其中心距罐底800rnin,孔蓋用14mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的

工作應(yīng)力取為39.23X10"Pa,問：至少需要幾個螺釘？

解：設(shè)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(xué)基本方程式知

P=Pa+P的

作用在孔蓋外側(cè)的是大氣壓強P.,.故孔蓋內(nèi)外兩側(cè)所受壓強差為

AP=P-Pa=Pa+P即-Pa=

Ap=960x9.81(9.6-0.8)=8.29X1o4N/m2

作用在孔蓋上的靜壓力為

P=Apx—=8.29x104x-x0.762=3.76x104N

44

每個螺釘能承受的力為

400x9.81x104x-x0.0142=6.04x103N

螺釘?shù)膫€數(shù)=3.76X1076.04X103=6.234*

即至少需要7個螺釘。

3、某流化床反應(yīng)器上裝有兩個U管壓差計，如本題附圖所示。測得Ri=400mm,R2=50mm,指示液為水

銀。為防止水銀蒸氣向空間擴散，在右側(cè)的U管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入段水，其高度R3=50mnu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(shè)兄下端為C點，R下端為D點,因此可認為PA^PC,PB^PDO

P產(chǎn)Pc=PKogRa+PikgRz

=1000X9.81X0.05+13600X9.81X0.05

=7161N/nf（表壓）

PI>~PI>=P4+PltegRi

=7161+13600X9.81X0.4

=6.05XIO4N/m2（表壓）

4、根據(jù)本題附圖所示的微差壓差計的讀數(shù)，計算管根據(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/m,及998kg/m'\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。

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

△h與微差壓差計讀數(shù)R的關(guān)系為

當壓差計讀數(shù)R=300mm時，兩擴大室液面差為

△h=R（9]=0.30]=0.003m

⑹160yl

則管路中氣體的表壓強為

p=（998-920）X9.81X0.3+920X9.81X0.003=257N/m”（表壓）

5、水在一傾斜管中流動，如附圖所示，已知壓差計讀數(shù)為200mm,試問測量段的阻力為多少？

解：在兩測壓孔之間列柏努利方程式：

2

Z)4-Pi/pg+u//2g=Z2+P2/Pg4-u2/2g+h“-2

=———

**?hn-2(P)P2)/Pg(Z2Z1)—(u2—u/)/2g

—(P1—P2)/Pg—Z—(u2/一uj2)/2g

由靜力學(xué)方程式可得

(Pi—P2)/Pg=h(Pfe—P)/P+Z

22

hn2=h(puR—p)/p—(u2—u1)/2g

u1=1m/s,

2

u2=uiX(di/d2)=4m/s

hfl.2=0.2X12.6-(16-1)/2X9.81)

=1.755mH2O=1755mmH20=17221Pa

6、某受壓設(shè)備，用串聯(lián)U形管壓差計測量其表壓，裝置如附圖所示，寫出1、2、3、4各點及P0的壓

強計算式。（連通U形管壓差計水銀面上充滿水）

解：以表壓為基準：

Pi=RiPngg

RPPR2P

P2=Pi—2*g=Riugg—wg

p尸p2=R1p際g—R2P“g

Pq=P3+R2pHgg

=(R1+R2)PH?g—R2p?g

PO=Pt—R3p,g

=(R1+R2)PHSg—(R2+R3)Pvg

7、高位槽內(nèi)的水面高于地面8m,水從中108X4mm的管道中流出。管路出口高于地面2m。在本題特定條

件下，水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按2hf=6.5u2計算(不包括出口的能量損失)，其中u為水在管內(nèi)的流速,

m/so計算：

1.A—A'截面處水的流速；

2.水的流量，m7ho

解：(1)以高位槽液面為上游截面1-1',管路出口內(nèi)側(cè)為下游截面2-2',并以地面為基準水平面。在兩截

面間列柏努利方程式

/+￥+-%+苧+*Ehf

2p2p

Z,=8m,Zz=2m,u,?0,P,=P2=0(表壓)

Ehf=6.5u2=6.5U；

代入上式，得u2=2.9m/s

由于輸水管的直徑相同，且水的密度可視為常數(shù)，所以A-A'截面處水的流速為u,、=2.9m/s。

(2)水的流量Vh=3600Au=3600Xn/4X0.12X2.9=82m7h

8、有二個敞口水槽，其底部用一水管相連，水從一水槽經(jīng)水管流入另一水槽，水管內(nèi)徑0.1m,管長100m,

管路中有兩個90°彎頭，一個全開球閥,如將球閥拆除,而管長及液面差H等其他條件均保持不變,試問管路

中的流量能增加百分之幾?設(shè)摩擦系數(shù)人為常數(shù)，入=0.023,90°彎頭阻力系數(shù)g=0.75,全開球閥阻力系數(shù)

g=6.4。

解：拆除球閥之前，管內(nèi)流速為u,,

取1-1與2-2截面列柏式：△p=0Au=0AZ=H

；.gH=Xhr

Ehr=[X(l/d)+S€](u『/2)]

=[A(l/dHZLs+U球+4縮小+4擴大](u,2/2)

=[0.023(100/0.D+2X0.75+6.4+0.5+1.0](u,2/2)

=16.2ui2

拆除球之后，管內(nèi)流速為Uz

Xhf'=[X(l/d)+2€90°+C小+4大](uJ/2)

22

=[0.023(100/0.D+2X0.75+0.5+1.0](u2/2)=13u2

因拆除球閥前后H不變，

Shr=Xhr'(u2/ul)2=16.2/13=1.246

u2/ul=1.116流量V關(guān)系為：V2=1.116V1

9、水以2.5m/s的流速流經(jīng)<I>38X2.5廊的水平管，此管以錐形管與另一838X3mm的水平管相連。

如附圖所示，在錐形管兩側(cè)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。

22

見+粵+9=吐B+粵+莊+￡hfA.B

2p2p

式中Z?=z8=0,UA=2.5m/s,ShfA,B=1.5J/kg

根據(jù)連續(xù)性方程式，對于不可壓縮流體u,、Pd：=UBqd：

44

/.、2,X2

有uB=uA=2.5—=1.23m/s

dR147；

UaUb

兩截面的壓強差為PB-PA=--XhfABp

7?2_1A

-——..........1.5x1000=868.55N/m2

即PB-PA=868.55x0.102=88.6mmH?。

由于PB=88.6+PA**-PB>PA

10、在附圖所示的管路系統(tǒng)中，有一直徑為638X2.5mm、長為30nl的水平直管段AB,在其中間裝有孔徑

為16.4mni的標準孔板流量計來測量流量，流量系數(shù)C。為0.63,流體流經(jīng)孔板的永久壓降為6X10Ta,AB

段摩擦系數(shù)入取為0.022,試計算：

⑴液體流經(jīng)AB段的壓強差；

⑵若泵的軸功率為800%效率為62樂求AB管段所消耗的功率為泵的有效功率的百分率。

已知:操作條件下所輸送液體的密度為870kg/n?,U形管中的指示液為汞,其密度為13600kg/m3

解：u。=Co[2gR(P'-P)/p]

=0.63[2X0.6X9,81(13600-870)/870]*s=8.27m/s

u=(do/d)2uo=(16.4/33)2X8.27=2.043m/s

Ws=2.043X[(n/4)X0.0332]X870=1.52kg/s

⑴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)

ZAg+(P,、/P)+(U.72)=ZBg+(P?/p)+(uB72)+Shf

IK=ABUA=UB

2

Shf=X(1/d)(U/2)+(6XI07P)

=0.022X(30/0.033)X(2.04372)+(6X107870)

=lllj/kg

：.p.,=pB=PShf=870Xlll=96570Pa

⑵Ne=800X0.62=496W

AB段所消耗的功率N,：N,=Ws2：h(=1.52X111=168,7W

；.Nr/Ne=118.7/496=0.34=34%

11、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

路的直徑均為e76X2.5mm。在操作條件下，泵入口處真空表的讀數(shù)為24.66X10,Pa；水流經(jīng)吸入管

2

與排出管(不包括噴頭)的能量損失可分別按Ehf|=2u2與Ehf2=10ui+?o由于管徑不變，故式

中u為吸入或排出管的流速m/s。排水管與噴頭處的壓強為98.07X10'Pa(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(shè)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。

22

gZ|4-y+—=gZ+-y+—+shf,

2p22p

式中Zt=0,Z2=1.5m,pi=0（表壓），p2=-24.66X1（）3Pa（表壓）

Uig0,Zhf）=2u2

將上列數(shù)值代入柏努利方程式，解得水在管內(nèi)的流速化

>

u2=Jf3f^2_9.81xl.5|/2.5=2m/s

2W1000）

水的流量W*=UAP=2X-XO.O712x1000=7.92kg/s

4

（2）泵的有效功率

設(shè)儲槽水面為上游截面IT',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。

22

r%P|=叮U2P2VLC

gZ14----1----FWegZ74---1——+Xhf|+Xhf2

2P2p

式中Zi=0>Z2=14tn>Uiu2=2m/s>pi=0（表壓）

3222

p2=98.07X10Pa（表壓），Shf,+Shf2=2u+10u=12u

將上列數(shù)值代入柏努利方程式，解得

98070

w?=9.81x14+----+12.5X22=285.4IJ/kg

c1000

泵的有效功率N?=w,?wf=285.41X7.92=2260W

12、本題附圖所示為冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的密度為nOOkg/m。循環(huán)量為361n7h。管路的直徑相同，鹽

水由A流經(jīng)兩個換熱器而至B的能量損失為98.IJ/kg,由B流至A的能量損失為49J/kg。求：（1）若泵

的效率是70%,其軸功率為多少kW?（2）若A處的壓強表讀數(shù)為245.2X10,Pa時，B處的壓強表讀數(shù)為

多少Pa?

在循環(huán)管路中任選某截面為1-1',并兼為截面2-2'（意即流體由截面1-1'出發(fā)，完成一個流動循環(huán)

后達到截面2-2'）。在兩截面間列柏努利方程式。

22

gZ,+—+—+we=gZ,+—+—+Zhf

2p2p

因截面為1-1'與截面2-2'重合，所以u,=th,p>=pz,Z,=Z2

上式可簡化為w.=Shr=Shf.?+ShfM=98.1+49=147.1J/kg

流體的質(zhì)量流量w*=V,?p=36XI100/3600=11kg/s

泵的軸功率N=?ws/n=147.1X11/0.7=2312W

（2）B處壓強表的讀數(shù)

在兩壓強表所在的截面位置A與截面B之間列柏努利方程式，并通過截面A中心作基準水平面，得

22

g^A+^-+—=gZ+^r-+—+Shf

2pB2pAB

式中ZA=0,ZB=7m,u?=UB,pA=245.2X10"Pa,Shf,?=98.1J/kg

將以上數(shù)據(jù)代入柏努利方程式，解得

33

pB=245.2X10-(9.81X7+98.1)XI100=61753Pa=61,8X10Pa

13、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?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、細管的直徑分別為中60X3.5mm

與中42X3mm。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(shè)導(dǎo)管在上游的連接處為截面1T',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

22

%+學(xué)+工％+與+良+能

2P2p

式中Z|=Z2=0,u=Ws/Ap

108003,

U1=----------------------=2.95m/s

3600X-X0.0362X1000

4

_10800

1.36m/s

36OOx-xO.O532xlOOO

4

P|-p,=pgR,/.=9.81x0.1=0.981J/kg

P

將以上各數(shù)值代入柏努利方程式，解得

2.952-1.362.

Zht=0.981H------------------=4.41J/kg

2

（2）與該能量損失相當?shù)膲簭娊?/p>

2

Apf=pZhf=1OOOx4.41=4410N/m

14、密度為850kg/m\粘度為8X10、'Pa?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(yīng)為多少？

解：（1）Re=dup/u=0.014X1X850/8X103=1487.5W2000

流動類型為層流

（2）湍流時，Re24000,流速最小時，Re=4000,即dup/u=4000

Au=4000ii/dp=4000X0.008/（0.014X850）=2.69m/s

15、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？

流動阻力=設(shè)管徑改變后，則根據(jù)乩

解:d,=5uA=u

d22

-r出，“亡一、6464LL_64u1u232u1

可得ii2=4u]，而流時X=——=-----,Zhf=-------------二------u

Redupdupd2dpd

Shf)—U],Zhf2=^-—u2,AEhfj/Lhf,=16

%P?d2Pd2

16、如圖所示輸水系統(tǒng)。已知：管路總長度（包括所有局部阻力當量長度）為100m,其中，從壓力表至管路

出口的總長度（包括所有局部阻力當量長度）為80m,管路摩擦系數(shù)入=0.025,管子內(nèi)徑為0.05m,水的密

度PUOOOkg/m』,泵的效率為0.8,輸水量為10m7h。求：

⑴泵軸功率N軸=?

⑵壓力表的讀數(shù)為多少kgf/cm'

解：⑴N軸=Ne/nNe=Ms?WeMs=10X1000/3600=2.778kg/s

We一泵對單位質(zhì)量流體所做的有效功。

選取1-1與2-2截面，并以1-1截面為基準面。在兩截面間做能量衡算:

gZi+(p>/P)+(Ui72)+We=gZ2+(p2/P)+(uz72)+工h,

VZi—0Z2=2+18=20MPI=P2=0Ui=U2=0We—g?Zz+2hf

2h產(chǎn)X(2L/d)(U2/2)

u=(V/3600)/[(Ji/4)d2]=(10/3600)/(0.7852X0.052)=l.415m/s

Shr=O.025X(100/0.05)(1.41572)=50.06J/kg

We=9.81X2.0+50.06=246.25J/kg

Ne二Ms?We=2.778X246.25=684J/s

N軸二Ne/O.8=684/0.8=855W

⑵再就3-3與2-2截面做能量衡算，并取3-3為基準面

22

gZ3+(p3/P)+(U3/2)=gZ2+(p2/P)+(U2/2)+hf壓

VZ3=0Zz=18p2=ou2=0

.，.p3/p=gZ2+hf壓-(ua72)=9.81X18+X(1壓/d)(u372)-(u?/2)

=176.58+0.025(80/0.05)X(1.41572)-(1.41572)=176.58+40.04-1.0=215.62J/kg

2

p3=PX215.62=215620N/m

p:,=215620/(9.81X10')=2.198kgf/ctf(表)

17、粘度為30cp,密度為900kg/m"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。當閥全關(guān)時，閥前后壓力表讀數(shù)分別為0.9at和0.45at。

現(xiàn)將閥門打至1/4開度，閥門阻力的當量長度為30m,閥前管長50m,閥后管長20m（均包括局

部阻力的當量長度。試求：

（1）管路的流量m：'/h?

（2）閥前后壓力表讀數(shù)有何變化？

解(1)閥關(guān)時P,=Z,pg,

Z,=P,/pg=0.9X9.81X107(900X9.81)=10m

1

Z2=P2/pg=0.45X9.81X10/(900X9.81)=5m

閥開時，兩槽面間列柏式

22

Pa/p+ZAg+uA/2=Pa/p+ZBg+uB/2+Ehr(1)

(ZA-ZB)g=￡hr

(10-5)X9.81=49.05=Ehf

Eh,=X(1/d)u2/2=X((50+20+30)/0.04)u2/2

=1250Xu2代入(1)

49.05=1250、屋

設(shè)入=0.02,則u2=(49.05/(1250X0.02))

u=1.4m/s

Re=0.04X1.4X900/(30X103)=1680層流

'=64/1680=0.038>人設(shè)

分析：Xt,uI,.?.仍為層流

49.05=1.250X64/(0.04X900u/(30X10-3))u2

u=0.736m/s

Vh=0.785X0.042X0.736X3600=33.3m1/h

(2)閥開后，PlI,P2t

18、有兩個水庫，水位差為8m,先由一內(nèi)徑為600mm,管長為3000m的管道A將水自高位水庫

引出，然后由兩根長各為3000m,內(nèi)徑為400mm的B、C管接到下水庫。若管內(nèi)流動時摩擦系數(shù)

X=0.03,試求總流量為多少m,/h?

解：長管可忽略局部阻力。ul為A管中流速，u2為B、C管中流速

22

AZ=X(1/d,)u,/2g+X(1/d2)u2/2g

VVA=2VB