第一章流体流动

1、河南工程学院化工原理习题第一章 流体流动一 填空1.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 倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的 倍。 2.处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须是 、 。流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用 流量计测量。3.如果流体为理想流体且无外加功的情况下，写出：单位质量流体的机械能衡算式为_；单位重量流体的机械能衡算式为 ；单位体积流体的机械能衡算式为_ _；4.有外加能量时，以单位体积流体为基准的实际流体的柏努利方程为 ， 各项单位为 。5.气体的粘度随温度升高而 ，水的粘度随温度升高而 。6.流体在

2、变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能 。7.流体流动的连续性方程是 ；适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为 。8.当地大气压为745mmHg，测得一容器内的绝对压强为350mmHg，则真空度为 。测得另一容器内的表压强为1360 mmHg，则其绝对压强为 mmHg。9.测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧压差值将 ，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值将 。10.流体阻力产生的根源是 ，粘性是指 。11.在连续稳定流动过程中，流速与管径的 成正比。均匀圆管内流体的流速不因流阻的存在而 。12.滞流与湍流的根本区别是 。13.一定量的流体在圆形直管内流过，若流动处于阻力

3、平方区，则流动阻力与速度的 成正比。14.圆形直管内流体滞流流动的速度分布呈 形状。其平均速度是中心最大速度的 。摩擦阻力系数与雷诺数的关系是 。15.局部阻力所引起的能量损失有两种计算方法： 法和 法。16.并联管路的特点是 。分支管路的特点是 。17.孔板流量计是通过 来反映流量的大小，又称为 流量计，而转子流量计是流体流过节流口的压强差保持恒定，通过变动的 反映流量的大小，又称为 。18.牛顿粘性定律的表达式为 ，牛顿粘性定律适用于 流体。19.使用因次分析法的目的在于 。 20.在一稳定流动系统中，水由细管流入粗管，细管与粗管的流速分别为2m/s与1m/s。细管与粗管连接处的局部阻力系

4、数=0.27，则水通过的局部阻力所产生的压强降为 Pa。21.流量相同，若d1/d2=2, 则Re1/Re2=_, 若相对粗糙度相同。且均在阻力平方区流动，则相同管长的直管阻力损失hf1/hf2=_。22.当p1 =p2，如右图，判断流体的流向是 。 23题图23.空气质量流量一定，在换热器中从30升高至60，其沿管长流速u ，密度 ，粘度 ，Re 。24.已知水的质量流量为ms，原管输送时Re = 1800为层流，改造时拟选用的管径d2 = 0.4 d1，流动状态为 。25.如图所示：（1）关小阀1，流量 ，p1 ，p2 ；（2）关小阀1，开大阀2，流量不变，p1 ，p2 ，p3 。 25题

5、图二 选择题1.流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用_ _流量计测量。A. 皮托管 B. 孔板流量计 C. 文丘里流量计 D. 转子流量计2.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，管道总阻力损失 。A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 不能判断3.流体流动时的摩擦阻力损失hf，所损失的是机械能中的 项。A. 动能 B. 位能 C. 静压能 D. 总机械能4.在完全湍流时（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数l数值 A. 与光滑管一样 B. 只取决于Re C. 取决于相对粗糙度 D. 与粗糙度无关5.孔板流量计的孔流系数C.0当Re增大时，

6、其值 。A. 总在增大 B. 先减小，后保持为定值 C. 总在减小 D. 不定6.已知列管换热器外壳内径为600mm，壳内装有269根f25×2.5mm的换热管，每小时有5×104kg的溶液在管束外侧流过，溶液密度为810kg/m3，粘度为1.91×103PA.·s，则溶液在管束外流过时的流型为 。A. 层流 B. 湍流 C. 过渡流 D. 无法确定7.某液体在内径为D.0的水平管路中稳定流动，其平均流速为u0，当它以相同的体积流量通过等长的内径为D.2(D.2=D.0/2)的管子时，若流体为层流，则压降Dp为原来的 倍。A. 4 B. 8 C. 16

7、D. 328.在完全湍流区，直管流动阻力与 成正比。A.管内流动的雷诺数 B.管内平均速度的平方 C.管长L D.液体的粘度9.层流底层越薄，则以下结论正确的是 。A近壁处速度梯度越小 B流动阻力越小 C流动阻力越大 D流体湍动程度越小10在完全湍流中粗糙管的摩擦系数 。A与光滑管一样 取决于Re B取决于/D. 与Re，/D.有关11两管并联，若D1=2D2, L1=2L2 , 则hf1/hf2=_。 A2 B 4 C1/4 D 1 E 1/2当两管中流体均作层流流动时，V1/V2=_。 A 2 B 4 C8 D 1/2 E 1当两管中流体均作湍流流动时，并取1=2，则V1/V2=_。 A2

8、 B 4 C 8 D 1/2 E1/412（1）无论是静止的流体，还是运动的流体，都具有粘性；（2）粘性只在流动运动时才表现出来。以上正确的说法是 。A.两种都对 B.（1）对（2）不对 C.（2）对（1）不对 D.（1）（2）都不对13如图所示：一定质量流量的流体，从A流向B时，U型压差计读数为R1；若流向改为从B流向A，测得读数为R2，则（1）R1 R2 ； A.大于 B. 等于 C.小于 D.R1= - R2（2）图示R值反映的是 。 A.压差 B.阻力 C.动压头变化 D.阻力与动压头变化14.因次分析法的目的在于 。A 得到各变量间的确切定量关系；B 得到各无因次数群的确切定时关系；

9、C 用无因次数群代替变量，使实验与关联工作简化；D 用无因次数群代替变量，使实验结果更可靠。15.层流与湍流的本质区别是 。A. 湍流流速大于层流流速； B.流道截面积大的为湍流，截面积小的为层流；C.层流的雷诺数小于湍流的雷诺数； D.层流无径向脉动，而湍流有径向脉动三 简答题1.粘性的物理本质是什么？为什么温度上升，气体粘度上升而液体的粘度下降？2.粘性流体在流动过程中产生阻力的原因是什么？3.机械能包括哪几项？有何特性？4.牛顿流体与非牛顿流体有何区别？5. 何为相对粗糙度？它对层流阻力系数有何影响？6.当量直径如何定义的？7.随流速的增加而减小（阻力平方区近于常数）为什么能量损失反而增

10、加？8.管内流体的流速大小与层流内层的薄厚有何关系？流体粘度的大小与层流内层的薄厚有何关系？9. 流体在管内呈层流流动时，其与/d有何关系？与Re有何关系？关系如何？10.当流体处于阻力平方区时，与什么有关？11.局部阻力计算有几种方法？如何表示？12.流动型态有几种？各为何？流型判据是什么？各流型是如何判定的？13.层流时直管阻力损失如何计算？湍流直管阻力损失的经验式？14.为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好？15.柏努利方程的应用条件有哪些？四、计算题【1-1】已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为

11、20 kPa。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压=【1-2】如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为1.0133105 Pa,流体密度为800 kg/m3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21105 Pa，进料口高于储罐内的液面8 m，输送管道直径为68 mm 4 mm，进料量为20 m3/h。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg，求泵的有效功率。解：在截面和截面之间列柏努利方程式，得 习

12、题1-2附图 【1-3】为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U形压差计读数为R=130mm，通气管距贮槽底面h=20cm，贮槽直径为2m，液体密度为980kg/m3。试求贮槽内液体的贮存量为多少吨？ 解：由题意得：R=130mm，h=20cm，D=2m，980kg/，。（1） 管道内空气缓慢鼓泡u=0，可用静力学原理求解。（2） 空气的很小，忽略空气柱的影响。 【1-4】如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1'、2-2）连一倒置U管压差计，压差计读数R=200mm。试求两截面间的压强差。解：因为倒置U管，

13、所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为g与，根据流体静力学基本原理，截面A.-A.'为等压面，则 pA.=pA.'又由流体静力学基本方程式可得 pA.=p1gM pA.'=p2g（MR）ggR联立上三式，并整理得： p1p2=（g）gR由于g，上式可简化为 p1p2gR所以p1p21000×9.81×0.2=1962PA.【1-5】如本题附图所示，蒸汽锅炉上装置一复式U形水银测压计，截面2、4间充满水。已知对某基准面而言各点的标高为z0=2.1m， z2=0.9m， z4=2.0m，z6=0.7m， z7=2.5m。试求锅炉内水面上的蒸汽压强。解

14、：按静力学原理，同一种静止流体的连通器内、同一水平面上的压强相等，故有 p1=p2，p3=p4，p5=p6对水平面1-2而言，p2=p1，即 p2=pa+ig（z0z1） 对水平面3-4而言， p3=p4= p2g（z4z2） 对水平面5-6有 p6=p4+ig（z4z5）锅炉蒸汽压强 p=p6g（z7z6） 习题1-5图 p=pa.+ig（z0z1）+ig（z4z5）g（z4z2）g（z7z6）则蒸汽的表压为 ppa=ig（z0z1+ z4z5）g（z4z2+z7z6） =13600×9.81×(2.10.9+2.00.7)1000×9.81× (2.

15、00.9+2.50.7) =3.05×105 PA.=305kPa【1-6】用泵输送密度为710kg/m3的油品，如附图所示，从贮槽经泵出口后分为两路：一路送到A塔顶部，最大流量为10800kg/h，塔内表压强为98.07×104Pa。另一路送到B塔中部，最大流量为6400kg/h，塔内表压强为118×104Pa。贮槽C内液面维持恒定，液面上方的表压强为49×103Pa。现已估算出当管路上的阀门全开，且流量达到规定的最大值时油品流经各段管路的阻力损失是：由截面11至22为201J/kg；由截面22至33为60J/kg；由截面22至44为50J/kg。油品

16、在管内流动时的动能很小，可以忽略。各截面离地面的垂直距离见本题附图。 习题1-6图已知泵的效率为60%，求此情况下泵的轴功率。 解：在11与22截面间列柏努利方程，以地面为基准水平面。 式中 Z1=5m p1=49×103PA. u10 Z2、p2、u2均未知，hf12=20J/kg设E为任一截面上三项机械能之和，则截面22上的E2=gZ2+p2/+u22/2代入柏努利方程得 (a)由上式可知，需找出分支22处的E2，才能求出We。根据分支管路的流动规律E2可由E3或E4算出。但每千克油品从截面22到截面33与自截面22到截面44所需的能量不一定相等。为了保证同时完成两支管的输送任务

17、，泵所提供的能量应同时满足两支管所需的能量。因此，应分别计算出两支管所需能量，选取能量要求较大的支管来决定E2的值。仍以地面为基准水平面，各截面的压强均以表压计，且忽略动能，列截面22与33的柏努利方程，求E2。 =1804J/kg列截面22与44之间的柏努利方程求E2 =2006J/kg比较结果，当E2=2006 J/kg时才能保证输送任务。将E2值代入式（a），得 We=200698.06=1908 J/kg通过泵的质量流量为 泵的有效功率为 Ne=Wews=1908×4.78=9120W=9.12kW泵的轴功率为 最后须指出，由于泵的轴功率是按所需能量较大的支管来计算的，当油品

18、从截面22到44的流量正好达到6400kg/h的要求时，油品从截面22到33的流量在管路阀全开时便大于10800kg/h。所以操作时要把泵到33截面的支管的调节阀关小到某一程度，以提高这一支管的能量损失，使流量降到所要求的数值。【1-7】如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为f83×3.5mm，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H1为4.8m，压力表安装位置离贮槽的水面高度H2为5m。当输水量为36m3/h时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg，压力表读数为2.452&

19、#215;105Pa，泵的效率为70%，水的密度r为1000kg/m3，试求：（1）两槽液面的高度差H为多少？（2）泵所需的实际功率为多少kW？（3）真空表的读数为多少kgf/cm2？14流体流动解：（1）两槽液面的高度差H 在压力表所在截面2-2´与高位槽液面3-3´间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，得： 其中， , u3=0, p3=0, p2=2.452×105PA., H2=5m, u2=Vs/A.=2.205m/s代入上式得： （2）泵所需的实际功率在贮槽液面0-0´与高位槽液面3-3´间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有

20、： 其中， , u2= u3=0, p2= p3=0, H0=0， H=29.4m代入方程求得： We=298.64J/kg， 故 ， =70%， （3）真空表的读数在贮槽液面0-0´与真空表截面1-1´间列柏努利方程，有： 其中， , H0=0， u0=0, p0=0, H1=4.8m, u1=2.205m/s代入上式得， 【1-8】20 的水以2.5 m/s的平均流速流经38 mm×2.5 mm的水平管，此管以锥形管与另一53 mm×3 mm的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A.、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压力。若水流经A.、B两截

21、面间的能量损失为1.5 J/kg，求两玻璃管的水面差（以mm计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。 解：在A.、B两截面之间列机械能衡算方程 式中 z1=z2=0， 题1-8图 hf=1.5 J/kg 故 【1-9】两敞口贮槽的底部在同一水平面上,其间由一内径75mm长200m的水平管和局部阻力系数为0.17的全开闸阀彼此相连，一贮槽直径为7m，盛水深7m，另一贮槽直径为5m，盛水深3m，若将闸阀全开，问大罐内水平将到6m时，需多长时间？设管道的流体摩擦系数。解：在任一时间t内，大罐水深为H，小罐水深为h 大罐截面积=， 小罐截面积=， 当大罐水面下降到H时所排出的体积为： ， 这

22、时小罐水面上升高度为x；所以 而 在大贮槽液面1-1´与小贮槽液面2-2´间列柏努利方程，并以底面为基准水平面，有： 其中 大气压， u为管中流速， ， 代入方程得： 若在dt时间内水面从H下降H-dH，这时体积将变化为-38.465dH，则： 故 【1-10】用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为f57×3.5mm，泵出口垂直管段A.、B截面上的测压口有软管与两支液柱压差计相连，其上指示剂水银柱的读数分别为R=40mm及R=1200mm。右边压差计的左侧指示剂液面与截面A.的垂直距离H=1000mm， 右侧开口支管的水银面上灌有一段R=

23、20mm的清水。A.、B两截面间的管长（即垂直距离）为hA.B =6m。管路中的摩擦系数为0.02。当地大气压强为1.0133×105PA.，取水的密度为1000kg/m3，水银的密度为13600kg/m3。试求：（1）截面A.、B间的管路摩擦阻力损失hf,AB, J/kg；（2）水在管路中的流速u, m/s；（3）截面B上的压强pB, Pa；（4）截面A.上的压强pA, Pa。解：（1）截面A、B间的管路摩擦阻力损失hf,A.B, J/kg；取截面A为上游截面，截面B为下游截面，并以截面A为基准水平面。在两截面之间列柏努利方程式，即： gZA. + + = gZB + + + （1

24、）则： = (ZA. - ZB )g + + （2）其中： ZA - ZB =（0-6）=-6m =0 （pA. - pB）=hA.BW g + R（Hg W）g =6×1000×9.8 + 0.04（13600 1000）×9.8 =63800 Pa将诸值带入（2）式，得： =-6×9.8 +63800÷1000=4.94 J/kg（2）水在管路中的流速u, m/s； A.、B之间的阻力损失与流速有关，可用如下公式表示： = （3）其中，l=6m，d=0.05m，=0.02，=4.94 J/kg，带入（3）式： 4.94=0.02×

25、×可得， u=2.029 m/s（3）截面B上的压强pB, Pa；在右边压差计的左侧指示剂液面处作t-s等压参考面，由流体静力学原理可知，Pt=Ps则： PB +（hA.B +H）W g =Pa+W g +Hg g整理得：PB = Pa+ W g +Hg g - （hA.B +H）W g =1.0133×105 + 0.02×1000×9.81 + 1.2×13600×9.81-（6+1）×1000×9.81 =193000 Pa（4）截面A.上的压强pA, Pa。 PA. = PB +PA.B = PB + hA.B W g =193000 + 6×1000×9.81 =256000 Pa【1-11】某液体以一定的质量流量在水平直圆管内作湍流流动。若管长及液体物性不变，将管径减至原来的1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍？ 解：流体在水平光滑直圆管中作湍流流动时 = 或 =/= =（式中 =2 ，=（）2 =4因此 =32又由于 =（=（=（2×=（0.5）0.25=0.841故 =32×0.84=26.9 【1-12】在内径为300 mm的管道中，用测速管测量管内空气的流量。测量点处