“化学工程基础”第2章 流体流动 复习题答案.pdf

化学工程基础化学工程基础 第第 2 章章 流体流动流体流动复习题复习题及及参考参考答案答案 一 填空题 一 填空题 1 雷诺准数的表达式为 当密度 1000kg m3 粘度 1 厘泊的水 在内径 为 d 100mm 以流速为 1m s在管中流动时 其雷诺准数等于 其流动类型为 Re d 105 湍流 2 某流体在圆管中呈层流流动 今用皮托管测得管中心的最大流速为 2m s 此时管内的平均 流速为 1m s 3 测量流体流量的流量计主要有如下四种 测量管内流体 点的速度 则用 转子流量计 孔板流量计 丘里流量计 湿式气体流量计 皮托管 4 测量流体压强的仪器主要有如下两种 U 管压差计 弹簧压力计 5 管出口的局部阻力系数等于 管入口的局部阻力系数等于 1 0 0 5 6 流体在园直管内流动 当 Re 4000 时的流型称为 其平均速度与最大流速的关系 为 而 Re 2000 的流型称为 其平均速度为 湍流 um 0 8umax 滞流 um 0 5 umax 7 流体体积流量一定时 有效截面扩大 则流速 动压头 静压头 填增加 减少 不变 减少 减少 增加 8 粘度值随温度变化而变化 对于液体 温度升高 粘度 对于气体 温度升高 粘度 减少 增大 9 米糠油在管中作流动 若流量不变 管径不变 管长增加一倍 则摩擦阻力损失为原来的 倍 2 倍 10 2 分 孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于 前者是恒 变 后者 是恒 变 截面 压差 压差 截面 11 在测速管中 测压孔正对水流方向的测压管液位代表 流体流过测速管侧壁小孔的 测压管液位代表 冲压头 静压头 12 某流体在圆形直管中作滞流流动时 其速度分布是 型曲线 其管中心最大流速为 平均流速的 倍 摩擦系数 与 Re 的关系为 抛物线 2 倍 64 Re 13 水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器 当管道上的阀门开度减小 后 水流量将 摩擦系数 管道总阻力损失 减小 增大 不变 14 流体流动时直管阻力产生的原因是流体具有 引起的内摩擦力 而局部阻力产生 的原因是 引起的形体阻力 粘性 旋涡 15 液体在等直径的管中作稳态流动 其流速沿管长 由于有摩擦阻力损失 静压强沿 管长 不变 降低 16 流体在圆形直管中作层流流动 如果流量等不变 只是将管径增大一倍 则阻力损失为原来 的 1 16 17 水塔内的水能通过管路引至各车间使用 这是因为水塔内的水具有 高位 压头 18 流体在园管内流动时 由于流体具有粘性 使得 处速度为零 管的 处 速度最大 管壁 中心 19 用孔板流量计测量流体流量时 随流量的增加 孔板前后的压差值将 增大 改用转子流量计 转子前后压差值将 增大 不变 二 选择题二 选择题 2 分 1 一个被测量体系外柱按上一个 U 型压差计 出现如图情况 说明体系与大气压是 关 系 答案 A A 体系 大气压 B 体系 大气压 C 体系 大气压 2 从流体静力学基本方程了解到 U 型管压力计测量其压强差是 答案 A A 与指示液密度 液面高度有关 与 U 形管粗细无关 B 与指示液密度 液面高度无关 与 U 形管粗细有关 C 与指示液密度 液面高度无关 与 U 形管粗细无关 3 层流与湍流的本质区别是 答案 D A 湍流流速 层流流速 B 流道截面大的为湍流 截面小的为层流 C 层流的雷诺数p2 时 由 1 流向 2 当 pa Zg p2 时 由 2 流向 1 五 计算题五 计算题 P73 2 19 2 20 1 密度为 1200kg m 3 粘度为 1 7mpa s 的盐水 在内径为 75mm 的钢管中的流量为 25m3 h 最初液面与最终液面的高度差为 24m 管道的直管长为 112m 管上有 2 个全开的截止阀和 5 个 90 标准弯头 其当量长度为 200m 摩擦系数为 0 03 求泵所需的实际功率 设泵的效 率 50 解 在初液面 1 1 与终液面 2 2 间列柏努利方程 并以碱液面为基准面 22 1122 12 22 f upup zHezH gggg u1 0 u2 0 p1 0 表压 p2 0 表压 z1 0 z2 24 Hf l le d u2 2g u 4qv d2 4 25 3 14 0 0752 3600 1 57m s 进口 1 0 5 出口 2 1 0 02 Hf 0 03 200 112 0 075 1 5 1 572 2 9 81 15 87m He Z2 Z1 Hf 24 15 87 39 87m 泵所提供的外加压头为 39 87 m 若泵的效率为 70 则轴功率为 P Pe qvHe g 25 39 87 1200 9 81 3600 0 5 6519W 2 用一台离心泵将密度为 1100 kg m 3的水溶液从敞口贮槽中送往表压强为 300kPa 的塔中 溶液管出口至贮槽液面间的垂直距离为 20m 送液量为 30m 3 h 管路为 68 4mm 钢管 直 管长度及局部阻力当量长度总计为140m 管路的摩擦系数 为0 022 离心泵的效率为60 求泵的轴功率 解 在贮槽液面 1 1 与管出口外侧 2 2 间列柏努利方程 并以 1 1 为基准面 22 1122 12 22 f upup zHezH gggg u1 0 u2 0 p1 0 表压 p2 300kPa 表压 z1 0 z2 20 Hf l le d u2 2g u 4qv d2 4 30 3 14 0 062 3600 3 0m s Hf 0 022 140 0 06 3 02 2 9 8 23 6m He Z2 Z1 p2 g Hf 20 27 8 23 6 71 4m 泵所提供的外加压头为 71 4m 若泵的效率为 60 则轴功率为 P Pe qvHe g 30 71 4 1100 9 8 3600 0 6 10690W 3 用一台离心泵将密度为 1100 kg m3的水溶液从敞口贮槽中送往表压强为 300kPa 的塔中 塔液面至贮槽液面间的垂直距离为 20m 送液量为 30m3 h 管路为 68 4mm 钢管 直管 长度 80m 弯头阀门等当量长度总计为 60m 管路的摩擦系数 为 0 022 离心泵的效率为 60 求泵的轴功率 分析 贮槽液面为 1 1 塔液面为 2 2 并以 1 1 为基准面 根据柏氏方程 22 1122 12 22 f upup z gHez gh u1 0 u2 0 p1 0 表压 p2 300 表压 z1 0 z2 20 hf hf1 hf2 hf1 lu2 2d hf2 le d u2 2 u 4qv d2 4 30 3600 3 14 0 062 2 95m s 进口 1 0 5 出口 2 1 0 022 hf 0 022 140 0 06 0 5 1 0 2 952 2 229 9J kg He gz2 P2 hf 9 81 20 300 1000 1100 229 9 698 8J kg P Wqv 698 8 30 1100 3600 0 6 10676 1J s 4 将密度为 1200kg m3的碱液自碱池用离心泵打入塔内 碱液面到塔液面间的垂直距离为 10m 塔内压力表读数为 60kPa 管路为 68 4mm 钢管 流量为 30 m3 h 泵的吸入管路 和压出管路总长为 120m 均包括局部阻力的当量长度 管路的摩擦系数 为 0 02 若泵的 效率为 70 试求泵的轴功率 解 在碱液面 1 1 与塔液面 2 2 间列柏努利方程 22 1122 12 22 f upup zHezH gggg Hf l le d u2 2g u 4qv d2 4 30 3 14 0 062 3600 2 95m s Hf 0 02 120 2 952 0 06 2 9 81 17 74m He Z2 Z1 p2 p1 g Hf 10 60 1000 1200 9 81 17 74 32 84m 泵所提供的外加压头为 32 84 m 若泵的效率为 70 则轴功率为 Pa P qmHe g 30 32 84 1200 9 81 3600 0 7 4602W 5 用离心泵把水从贮槽送至附图所示 表压为 1kgf cm 2的水洗塔中 贮槽液面恒定 其上 方为大气压 在某输送量下 泵对每 kg 水作的功为 317 7J kg 管内的摩擦系数为 0 018 泵的吸入管路和压出管路总长分别为 10m 及 100m 包括直管长及所有局部阻力当量长度 管子采用 108 4mm 的钢管 若在泵的出口处装一压力表 而测压处与泵入口处之间的位 差和摩擦阻力均可忽略不计 试求压力表的读数为多少 kN m2 解 定贮槽液面为 1 1 管出口外侧为 2 2 液面为基准面 列柏式 22 1122 12 22 f upup z gHez gh 而 hf L Le u2 2d 0 018 10 100 u2 2 0 1 9 9 u2 0 0 0 317 7 20 9 807 98100 1000 0 9 9 u22 u2 1 5m s 再在测压口 3 3 与 2 2 间列柏式 22 3322 32 22 f upup z gHez gh 而 hf L u2 2d 0 018 100 1 52 2 0 1 20 25J kg 0 P3 1000 1 52 2 18 9 807 98100 1000 0 20 25 P3 296 1 103N m2 296 1 N m2 表压 6 用离心泵将水从储槽送至水洗塔的顶部 槽位维持恒定 各部分相对位置如本题附图所 示 管路的直径均为 76 2 5 mm 在操作条件下 泵入口处真空表的读数为 24 66 103 pa 水流经吸入管与排出管 不包括喷头 的能量损失可分别按 2 1 2 f hu 与 2 2 10 f hu 计 算 由于管径不变 故式中 u 为吸入或排出管的流速 m s 排水管与喷头处的压强为 98 07 103 pa 表压 求泵的有效功率 水的密度取为 1000 kg m3 解 已知 d 0 071 m p1 24 66 103 pa 在水面与真空表间列柏努利方程 22 1122 12 3 12121 2 21 2 32 22 0 0 24 66 10 0 1 5 2 0 00001 59 8124 66 10 10002 2 2 0 f fe upup z gHez gh uuu pppa z