化工原理期末考试答案

第一章 流体流动一名词解释（每小题2分）1.法定计量单位由国家以命令形式规定允许使用的计量单位。2.稳定流动流动系统中各截面上的流速、压强、密度等各有关物理量仅随位置变化不随时间变化。3.不稳定流动流动系统中各截面上的流速、密度、压强等随位置及时间而变。4.流动边界层流体流过壁面时，如果流体润湿壁面，则必然形成速度梯度很大的流体层 ： 叫流动边界层。5.边界层分离流体在一定条件下脱离壁石的现象叫边界层的分离。6.速度梯度7.牛顿粘度定律8.当量长度Le 把流体流过某一管件或阀门的局部阻力折算成相当于流过一段与它直径相同，长度为 的直管阻力。所折算的直管长度称为该管件或阀门的当量长度。9.因次分析法用位数不多的无因次数群代替较多的变量，对一个复杂的物理现象可简化实验工作，该方法称为因次分析法。10.相对粗糙度 /d - 相对粗糙度。11.粘性与粘度运动流体内部产生的阻碍流体向前运动的特性。12.点速度流通截面上某一点的速度，可直接测量m/S。13.绝压以绝对零压作起点计算的压强，称为绝对压强。14.表压表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为表压强。 15.真空度真空度等于大气压强减去绝对压强。 二单选择题（每小题2分）1某物体的质量为1000kg，则其重量为_。B A 1000N B 9810N C 9810kgf D 1000/9.81kgf2 4水在SI制中密度为_；重度为_；在工程单位制中密度为_；重度为_。 B D C AA1000kgf/m3 B1000kg/m3 C102kgfs2/m4 D9810N/m33 如图所示,若液面恒定,忽略流动阻力损失,则放水管的出口速度U与_有关 。 A AH BH、d Cd DPa EH、d 、Pa4 用标准孔板流量计测量管中的流量，采用如图所示三种装置，两测压孔距离h相等，d1d2d3，各管流速相等。其读数分别为R1，R2，R3。则。（流体皆为水，指示液皆为汞）。D AR2R1R3 B R1R2R3 CR1R2R3 DR1R2R3 ER1R2R35图示所表示的R值大小反映_。A A 、两截面间压差值 B截面间流动压降损失 C、两截面间动压头变化 D突然扩大或缩小流动损失6 一敞口容器,底部有一出水管(如图示)。容器内水面保持恒定,管内水流动 的速度头为0.5m水柱。水由容器流入管内,则2点的表压 p2=( )水柱。 CA1.5m B1.0m C0.75m D0.5m7 如图所示,用U形压差计与管道A、B两点相连。已知各图中管径、A、B间的管长L及管道中流体流量均相同,管内流体均为20水,指示液均为汞,则_。 B AR1R2 , R1 = R2 = R4 BR1 = R2 = R3 = R4 CR1 = R2 R3 层流流速； 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C流的雷诺数C= D能肯定11 一个工程大气压等于_Pa； _Kgf/cm2。 B G A.013105 B.81104 C60 D35.6 E0.33 F0 G12 如图所示，连接A、B两截面间的压差计的读数R表示了 的大小。C AA、B间的压头损失HFab BA、B间的压强差P CA、B间的压头损失及动压头差之和 DA、B间的动压头差(uA2uB2)/2g 13 转子流量计的主要特点是_。（从流道截面与压差改变考虑）。CA 恒截面、恒压差 B 变截面、变压差 C 恒流速、恒压差 D 变流速、恒压差14下图中高位槽液面保持恒定,液体以一定流量流经管路,ab与cd两段长度相等, 管径与管壁粗糙度相同,则:(1)U形压差计读数 _。 B AR1R2 BR1=R2CR1 hfcd B hfab = hfcd 15有一并联管路，如图所示，两段管路的流量，流速、管径、管长及流动阻力损失分别为v1，u1，d1，L1，hf1及 v2，u2，d2，L2，hf2。若d12d2 ，L12L2，则：1. hf1/hf2（ ） E A2 B 4 C 1/2 D1/4 E1 2. 若两段管路中流体均作滞流流时，u1/u2（ ） A A 2 B4 C1/2 D1/4 E1. 16 一敞口容器,底部有一进水管(如图示)。容器内水面保持恒定,管内水流动 的速度头为0.5m水柱。 水由水管进入容器,则2点的表压 p2=( )水柱。 B A2.0m B1.5m C1.0m D0.75m 17孔板流量计的孔流系数Co，当Re数增大时，其值_。B A总在增大 B先减小，当Re数增大到一定值时，Co保持为某定值 C总是减小 D不定18 在完全湍流(阻力平方区)时，粗糙管的摩擦系数数值_。C A与光滑管一样 B只取决于Re C只取决于相对粗糙度 D与粗糙度无关19如图，U形压差计测得：_。AAA、B间的阻力损失 BA、B间的压强差 C A、B间的位头差加阻力损失 D A、B间位头差20下图中高位槽液面保持恒定,液体以一定流量流经管路,ab与cd两段长度相等,管径与管壁粗糙度相同,则:(1) ab与cd两段静压差_。 C ADPab DPcd B DPab = DPcd C DPab 层流流速。 错5一个工程大气压等于1.013105Pa。 错6孔板流量计的孔流系数Co，当Re数增大时，其值 先减小，当Re数增大到一定值时，Co保持为某定值 。 对7流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的2倍。对8流体在一段圆形水平直管中流动，测得平均流速为0.5m/s，Re为1000，问管中心处点速度为1m/s。 对9边长为0.4m的正方形通风管道，当量直径为0.6。 错10测流体流量时，随着流体流量增加，孔板流量计两侧压差值将增加。 对六计算题 1、 某牛顿型流体在圆、直、等径管内流动，在管截面上的速度分布可表达为：v=20y-200y2，式中：y截面上任一点至管壁的径向距离，m；v该点的点流速，m/s。试求：管半径中点处的流速；管壁处的剪应力。该流体的黏度为0.05 Pas 。 5分(1)已知 v=20y200y2，则 令 ，解得y=0.05m，即管半径R=0.05m当=0.05/2=0.025m， V =20y200y2=200.025200(0.025)2=0.375 m/s 3分(2) =20(m/s)/m 则 tw=m=0.0520=1.0N/m2 2分2、 水在水平管内流动，截面1处管内径d1为0.2m，截面2处管内径d2为0.1m。现测得水在某流量下截面1、2处产生的水柱高度差为0.20m，若忽略水由1至2处的阻力损失，试求水的流量m3/h。 10分 4分 zi、pi均按管中心线取值，因z1=z2，u2=4u1 得 h= =0.20 u1=0.511m/s 4分 2分3、 水从喷嘴口1-1截面垂直向上喷射至大气。设在大气中流束截面保持圆形。已知喷嘴内直径d1=25mm,现要求在高于喷嘴出口5m处水流的直径d2为d1的1.2倍，试计算出喷嘴口的水流速u1。忽略阻力。 5分 令高于喷嘴出口5m处水流截面为22截面 12 截面间：p1=p2 d2=1.2d1， u1d12= u2d22 u2= 3分 由 即 u1=13.76 m/s 2分4、 某厂如图所示的输液系统将某种料液由敞口高位槽A输送至一敞口搅拌反应槽B中, 输液管规格为382.5mm,已知料液在管中的流速为u m/s,系统的hf=20.6u2/2 J/kg。因扩大生产，须再建一套同样的系统,所用输液管直径不变，而要求的输液量须增加30%,问新系统所设的高位槽的液面需要比原系统增高多少? 10分u10u2 p1=p2 于是gZ1=gZ2+hf g(Z1-Z2)=hf =20.6 4分u= =2.39m/s 2分Z1=Z2+20.6=15.14m 2分 增高为：Z1-Z1=15.14-11=4.14m 2分 5、 用泵自贮油池向高位槽输送矿物油，流量为 38.4T/h。池及槽皆敞口。高位槽中液面比池中液面高20m,管路总长(包括局部阻力)430m，进出口阻力不计。管径为1084mm，油的粘度为3430cP，密度为960kg/m3, 泵的效率为50%，求泵的实际功率。 10分 2分 层流 =1.62 2分列两截面柏方 8 4分 2分6、 用离心泵经573.5mm的钢管,将敞口贮槽内的有机溶液(密度为800kg/m3, 粘度为20cP)输送到反应器中。设贮槽内的液面离反应器内的液面高度保持16m，见附图。已知钢管总长度(包括局部阻力当量长度)为25m，反应器内的压力恒定为4kgf/cm2(表压)，有机溶液输送量为6m3/h，泵的效率为60%，试确定泵的轴功率。 10分层流 2分 2分列两截面柏方 2分 4分 2分7、 40水由高位槽经异径收缩管向下流动，40水的密度为992kg/m3，饱和蒸汽压pv=7.38kPa，当地大气压为97kPa。现拟d0取135mm，试问：当不计阻力损失，水在流经收缩管时会不会汽化？ 10分管子出口流速u= =14.0 m/s 2分 14.0(0.15) 2 =u0(0.135) 2 u0=17.28m/s 2分由水槽液面至收缩管处排伯努利方程： p0=17.0103Pa 4分 p0pv，故收缩管处不会发生水汽化。 2分8、如图所示，水从槽底部沿内径为100mm的管子流出，槽中水位稳定。阀门关闭时测得R=50cm，h=1.8m。求：阀门全开时的流量 阀门全开时B处的表压(阀全开时Le/d=15，入管口及出管口的阻力系数分别为0.5及1.0，设摩擦系数=0.018 15分阀关时：(ZA+1.8)1000=0.513600 ZA=5m 2分阀全开：对A-A和C-C截面外侧列伯努利方程： 取Zc=0(基准面), 4分 解出：u=3.02m/s 3分对A-A到B-B截面列伯努利方程： 4分解出pB=1.76104N/m2（表） 2分 9在图示装置中，水管直径为573.5 mm。当阀门全闭时，压力表读数为0.3大气压, 而在阀门开启后，压力表读数降至0.2大气压。设管路入口至压力表处的压头损失为 0.5 mH2O，求水的流量为若干m3/h？ 10分解：阀门全闭时，由 P2 =gH， 即水槽液面距阀门中心线的高度为3.1 m。 2分 阀门开启时，以水槽液面为上游截面1-1，压力表处为下游截面2-2，管路中心线为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式 4分 Z1 = H = 3.1 m，Z2 = 0，P1 = 0，P2 = 0.21.013105 Pa，u10，hf/g = 0.5 mH2O 代入上式 3. 解得 u2 = 3.24 m/s 2分 2分10、 如图示常温水由高位槽以1.5m/s流速流向低位槽，管路中装有孔板流量计和一个截止阀, 已知管道为573.5mm的钢管，直管与局部阻力的当量长度(不包括截止阀)总和为 60m,截止阀在某一开度时的局部阻力系数为7.5。设系统为稳定湍流,管路摩擦系数l为0.026。 求：管路中的质量流量及两槽液面的位差Z； 阀门前后的压强差及汞柱压差计的读数R2 。 若将阀门关小，使流速减为原来的0.8倍，设系统仍为稳定湍流，l近似不变。问: 截止阀的阻力系数变为多少? 阀门前的压强Pa如何变化?为什么? 20分 (1) 1-1.2-2截面列伯努利方程 5分(2)阀前后： Dp = (ri-r)gR 即 8.438103= (13.6-1) 1039.81R2 R2 = 0.06826 m=6mm 5分(3) 1-1.2-2截面列伯努利方程 当u= 0.8u = 0.8 1.5 = 1.2 m/s 5分(4)因高位槽水位不变，流量减小，阀前管路阻力减小，必引起a点压强pa增大。 5分11计算题 水塔供水系统如附图所示。管路总长50m(不包括局部阻力当量长度)，水塔内水位高9.8m，管内径d=45mm，现测得流量V为12m3/h，摩擦系数可按0.02 计，试计算所有局部阻力当量管长Le之值。 10分1-1.2-2截面列伯努利方程 4分 2分 2分 2分12计算题 有一内径d50mm的管子，用孔板流量计测量水的流量，孔板内孔直径d0=25mm，U形压差计的指示液为汞 ，孔流系数C0=0.62。当需测的最大水流量为18m3/h，问：U形压差计最大读数max为多少？ 5分 期中 3分m 2分13、计算题 密度为103kg/m3、粘度为1cP的水，以10m3/h的流量在513mm 的水平光滑管内流过。在管内某处p1=1.5at(表压)，若局部阻力不计，问距该处100m下游处p2为多少Pa?(Re=30001105，l= 0.3164/Re0.25) 10分 2分 2分 1分 列两面的柏方 3分(表) 2分14、内截面为1000mm1200mm的矩形烟囱的高度为30m。平均摩尔质量为30kg/kmol，平均温度为400的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持49pa的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值，大气温度为20，地面处的大气压强为101.33103pa。流体流经烟囱时的摩擦系数可取为0.05，试求烟道气的流量为若干？ 20分 解:烟囱底端为上游截面11、顶端内侧为下游截面22，并以截面11为基准水平面。在两截面间列柏式，即： 式中 Z1=0，Z2=30m，u1u2 4分 由于烟道气压强变化不大，烟道气的密度可按1.033105pa及400计算，即： 2分以表示大气的密度，pa，1与pa，2分别表示烟囱底端与顶端大气压强，即： P1= pa，149Pa 因烟囱顶端内侧压强等于同高度处的大气压强，故p2= pa，2 = pa，1gZ2 2分标准状况下空气的密度为1.293kg/m3，所以1.0133105Pa、20时的密度为 2分于是 p2= pa，11.29.8130= pa，1353 Pa 将以上各值代入 柏式，解得 2分 2分其中 2分烟道气的流速为 2分烟道气的流量为 2分15、已知输水量为15m3/h，管径53mm，总机械能损失为40J/kg，泵的效率0.6，求泵的轴功率。 15分20mP1=0(表压)P2=500kN/m2取池内水面为截面1，作为基准面；输水管出口为截面2，则有z1=0, z2=20m,p1=0, p2=500103Pa u1=0, 2分 2分 3分代入数值，得We=738J/kg 2分质量流量: WS=(15/3600)(1000)=4.17kg/s 2分有效功率:Ne= 4.17738=3080J/s=3.08kw 2分泵的轴功率: 2分16某液体密度为800 kg/m3，粘度为73cP，在连接两常压容器间的光滑管中流动，管径300mm，总长为50m（包括全部局部阻力当量长度），两容器液面差为3.2m（如图示）。求：(1)管内流量为多少？(2)若在连接管口装一阀门，调节此阀的开度使流量减为原来的一半，阀的局部阻力系数是多少？按该管折算的当量长度又是多少？层流：=64/Re；湍流=0.316/Re 0.25 15分解：（1）在1-1，2-2两截面间列柏努力方程，u1=u2=0，p1=p2=0，We=0 4分由 ，代入上式得u=3.513m/s 2分验证Re=0.33.513800/0.073=115504000假设正确，V=Au=893.95m3/h 2分（2）流量减半，流速减半，即u=1.7565m/sRe=5775符合伯拉修斯式列1-1，2-2间柏努力方程则 3分 4分17.右图，有一直径为382.5mm，长为30m的水平直管段AB，在其中装有孔径为16.4mm的标准孔板流量计来测量流量，流量系数Co为0.63，流体流经孔板的永久压降(局部损失)为6104Pa，AB段摩擦系数取为0.022，试计算：(1)流体流经AB段的压力差；(2)若泵的轴功率为800W，效率为62%，求AB管段消耗的功率为泵的有效功率的百分率，已知：操作条件下液体密度为870kg/m3，U管指示液为汞，其密度为13600kg/m3。 15分3分（1）由A、B两点列柏努力方程5分（2）AB段消耗的功率： 4分则 3分18一敞口高位水槽A中水流经一喉径为14mm的文丘里管，将浓碱液槽B中的碱液（密谋为1400 kg/）抽吸入管内混合成稀碱液送入C槽，各部分标高如附图所示；输水管规格为573mm，自A至文丘里喉部M处管路总长（包括所有局部阻力损失的当量长度在内）为20m，摩擦系数可取0.025。（1） 当水流量为8m3/h时，试计算文丘里喉部M处的真空度为多少mmHg；（2） 判断槽的浓碱液能否被抽吸入文丘里内（说明判断依据）。如果能被吸入，吸入量的大小与哪些因素有关？ 15分ACB8m1.5m1mM主管道 (1)文丘里喉部M处 3分在高位水槽上面与M处界面间的列柏努利方程得：5分(2) h碱碱水h水 h水1.51400/10002.1m(3.6m)故浓碱液能被吸入管内。 3分在B槽液面与M处水平截面间的列柏努利方程得： 可见吸入量的大小不仅与M处的真空度、B槽液面与M处的位差有关，而且与吸入管的管路情况（管径、管长、粗糙度等）有关。 4分第二章 流体输送机械一、名词解释（每题2分）1. 泵流量泵单位时间输送液体体积量2. 压头流体输送设备为单位重量流体所提供的能量3. 效率有效功率与轴功率的比值4. 轴功率电机为泵轴所提供的功率5. 理论压头具有无限多叶片的离心泵为单位重量理想流体所提供的能量6. 气缚现象因为泵中存在气体而导致吸不上液体的现象7. 离心泵特性曲线在一定转速下，离心泵主要性能参数与流量关系的曲线8. 最佳工作点效率最高时所对应的工作点9. 气蚀现象泵入口的压力低于所输送液体同温度的饱和蒸汽压力，液体汽化，产生对泵损害或吸不上液体10. 安装高度泵正常工作时，泵入口到液面的垂直距离11. 允许吸上真空度泵吸入口允许的最低真空度12. 气蚀余量泵入口的动压头和静压头高于液体饱和蒸汽压头的数值13. 泵的工作点管路特性曲线与泵的特性曲线的交点14. 风压风机为单位体积的流体所提供的能量15. 风量风机单位时间所输送的气体量，并以进口状态计二、单选择题（每题2分）(1) 用离心泵将水池的水抽吸到水塔中，若离心泵在正常操作范围内工作，开大出口阀门将导致（ ） 送水量增加，整个管路阻力损失减少 送水量增加，整个管路阻力损失增大 送水量增加，泵的轴功率不变 送水量增加，泵的轴功率下降 A(2) 以下不是离心式通风机的性能参数( ) 风量 扬程 效率 静风压 B(3) 往复泵适用于( ) 大流量且流量要求特