(完整版)化工原理分章试题与解答第一章

1、流体流动习题、概念题1.某封闭容器内盛有水，水面上方压强为P0,如图所示器壁上分别装有两个水银压强计和一个水银压差计，其读数分别为Rl、R2和R3,试判断：1)RiR2(,V,=);3)若水面压强P0增大，则R1R2R3有何变化？(变大、变小，不变)答：1)小丁，根据静力学方程可知。2)等丁3)变大，变大，不变i2.如图所示，水从内径为d1的管段流向内径为d2管段，已知d2J2d1,d1管段流体流动的速度头为0.8m,h10.7m，忽略流经AB段的能量损失，贝Uh2答案：h21.3m,h31.5m”22U1U2h1h22g2gh21.3m3.如图所示，管中水的流向为AtB,流经AB段的能量损失

2、可忽略，贝Upi与P2的关系为A)PiP2B)pip20.5mC)PiP20.5mD)PiP2答：C据伯努利方程d2v2diU2/di2Ui()d2/12Uid.2UJ22U21也0.2m42gh3h22U231.5mgzAPigzB2UB2P2PiP2g(ZBZA)-(UBUA)22PiP20.5g-(UB2、UA)B)Rg(i)gh4.圆形直管内，Vs一定，设计时若将d增加一倍，则层流时hf是原值的答：16倍，32倍5.某水平直管中，输水时流量为Vs,今改为输2Vs的有机物，且2水，0.5水，设两种输液下，流体均处丁高度湍流状态，则阻力损失为水的A)Rg(i)UBUAPIP20.5g倍,高

3、度湍流时，hf是原值的倍（忽略管壁相对粗糙度的影响）倍；管路两端压差为水的倍。答：4,2hfd不变,2qV2uhf4hf水平直管,Pfhf0.5hf4hf6.已知图示均匀直管管路中输送水,A、B两测压点问装一U形管压差计,指示液为水银，读数为R（图示为正）则:1)R0(二=,4000（2）对丁垂直管，尽管流动类型可能为滞流，但由泊谡叶方程算出的仅是摩擦阻力损失项，而垂直管路两截面的压差还要受位能的影响，所以也不能用泊谡叶方程直接计算两截面的压差。三、计算题1.虹吸管将20C的苯(密度为800kg/m3)从池中吸出， 虹吸管用直径为d的玻璃管制成，装置如图。设管中流动按理想流体处理，假设池的直径

4、很大，流动时液面不变。(1)水在管中流动时，比较AA、BB、CC、DD面压力大小？(2)管中流速大小与哪些因素有关？欲增加管中流速，可采取什么措施？管中流速的极限值是多少？DD解：(1)A-A、DD截面处压力为大气压，BB处压力为大气压加上1m苯柱，而CC截面为负压，当虹吸管流动忽略不计时，CC面压力为3m苯柱(表压)。因此压力最低点在CC面处。在输液时，要注意当压力太低时，容易产生气缚而中断输液。(2)AA、DD面的位差与流动流体的物性等因素有关，如果是真实流体，还与流动时的阻力有关，故增加管中流速可以用增加位差或改变管子材料等方案实现。在本题所设范围内，增加管长最简单可行。列AA与DD面柏

5、努利方程，得：uD2gh29.8126.26m/s求CC处的压力:61740Pa20C苯的饱和蒸汽压可由安托因方程计算lgP06.8981206.351.8756t220.24P075.2mmHg104Pa如果管子加长， 则流速会提高，C处压力最低只能降到104Pa,由此可求出输苯的极限速度:歹0AA、CC面的柏努利方程:rPAFCuCZAgZc2UA0uC2(PAPC)g(ZAZ)CQPcgZc2UC2gZD_PD2UDh一 hf根据假设hfUC6.26m/sUD0PCpD，-.xg(ZDZC)2UC2PC大气压 9.818006.262251.01109.818006.26252C-C面的

6、压力大丁,故不会汽化。2UA2c1010001000029.81314.1m/s小结:1）此题是理想流体柏努利方程的运用，通过能量转换，了解流动过程中各点静压强的大小。2）在虹吸管CC截面处是负压，而DD截面处压力为大气压，水为何能从压强低处流向压强高处呢？这是因为C点的总势能（及静压能与位能之和）大丁D点的静压能，所以流体流动方向是由C至Do3）D点接长，水流速度会加大，当流速增为14.1m/s时，再想增加流速是不可能的，因为这是B点压力已低丁苯在该温度下的饱和蒸汽压，这样会产生气缚现象，虹吸管内流体将不连续。2.用离心泵将蓄水池中20C的水送到敞口高位槽中，流程如本题附图所示。管路为457

7、X3.5mm的光滑钢管，直管长度与所有局部阻力（包括孔板）当量长度之和为250mm。输水量用孔板流量计测量，孔径cb=20mm,孔流系数为0.61。从池面到孔板前测压点A截面的管长（含所有局部阻力当量长度）为80mm。U0.25型管中指示液为汞。摩擦系数可近似用下式计算，即0.3164/Re当水流量为7.42m3/h时，试求：（1）每kg水通过泵所获得的净功；（2）A截面U型管压差计的读数R1;（3）孔板流量计的U型管压差计读数R2。UC800解：该题为用伯努利方程求算管路系统所要求的有效功和管路中某截面上的压强0.3164/(52500)0.250.0209_22501.050.0209-5

8、7.6J/kg0.052We159.8157.6204.7J/kg（即Ri）,解题的关键是合理选取衡算范围。至丁R2的数值则由流量计的流量公式计算。1）有效功在1-1截面与2-2截面问列伯努利方程式，以1-1截面为基准水平面，得:2pU,Wegzhf2式中：u1u20,p1P20(表压)z10z215m7.42Vsu21.05m/sA3600/40.053查得：20C水的密度为1000kg/m，粘度3-1.010Pa.s-du0.051.051000Re1.0103525000.3164/Re0.252）A截面U形管压差计读数R1由A截面与2-2截面之间列伯努利方程，得:读数Ri由U形管的静力

9、平衡求算:P1(1.5RI)gRIAgmPA1.5g4.81041.510009.81R10.507m(A)g(136001000)9.813）U形管压差计读数R2VS将有关数据代入上式得7.42061_00222(136001000)9.81R23600.4.1000R20.468m讨论：该题是比较典型的流体力学计算题，其包括了伯努利方程、流体静力学基本方程、能量损失方程、连续性方程的综合运用。通过该题能加深对流体力学基本理论的理解。3.用离心泵向E、F两个敞口高位槽送水，管路系统如本题附图所示。已知：所有管路内径均为33mm,摩擦系数为0.028,AB管段的长度（含所有局部PAU2一2gZ

10、A2hf,A2式中：u1.05m/s,z2A1mhf,A20.0209(25080)这0.05239.17J/kg(39.1719.81逐)10004.82104Pa(表压)阻力的当量长度）为100m，泵出口处压强表读数为294kPa,各槽内液面包定u2.162m/s试计算：(1)当泵只向E槽供水， 而不向F槽供水、F槽内的水也不向E槽倒灌(通过调节阀门V1与V2开度来实现)，此时管内流速和BC段的长度(包括所有局部阻力当量长度)为若干；(2)欲同时向EF两槽供水，试定性分析如何调节两阀门的开度？假设调节阀门前后泵出口处压强表读数维持不变。取测压处为1-1截面，E槽液面为2-2截面，并取通过测

11、压口中心线为基准面，则在两截面问列伯努利方程得:_2一一9.81442.42u58.84P12U12gz2hfABhfBC其中Z24mhfAB.2lABU0.0281000.033242.42U22hfBCI2lBCUd29.81658.84J/kg294103u21032一 IBC2.162_hfBc0.028B1.9831BC58.840.03321BC58.84/1.98329.7m2）欲同时向E、F两槽供水，需关小Vi阀而开支V2阀。讨论：本题1为分支管路的特例，当使F槽内水不流动时，实际变成了简单管路的计算，但对BC管段的能量损失加了限制条件，使问题成为唯一解。欲使水能同时向E、F两

12、槽供水，在调节阀门的同时，呈管内的流量必然减小，以使AB管段的能量损失降低，在B点水所具有的压头应大丁4m。4.密度为900kg/m3的某液体从敞口容器A经过内径为40mm的管路进入敞口容器B,两容器内的液面高度包定，管路中有一调节阀，阀前管长65m,阀后管长25m（均包括全部局部阻力的当量长度，进出口阻力忽略不计）。当阀门全关时，阀前后的压强表读数分别为80kPa和40kPa。 现将调解阀开至某一开度， 阀门阻力的当量长度为30m，直管摩擦系数入=0.0045。试求：（1）管内的流量为多少m3/h?（2）阀前后的压强表的读数为多少？（3）将阀门调至另一开度，且液面高度不在包定（液面初始高度同

13、上），试求两液面高度差降至3m时所需的时间。（两容器内径均为5m,假定流动系统总能量损失为Ehf=15u2）。4_R解：当阀门关闭时，以管道中心线作为基准水平面，根据静力学方程gzA80103zA9.06mgzB40103zB4.53m在A截面和B截面问歹0伯努利方程，得:gzA2UA2PAgzB2UB2四hfAB式中:UAUB0,PAPB0（表压）hfABled2一一一2652530u20.00456.75u9.81(9.064.53)6.75u2u2.56m/sVh3600_一_2_一30.7850.0422.5611.6m3/h2）在A截面与阀前压强表所在截面问列伯努利方程gzAPA”一

14、gz12UIPI2hf1Ahf1A21A1ud2650.00452.56223.962p1(9.069.8127.24)90055.47kPa在阀后压强表所在截面与B截面问歹0伯努利方程gz2u22P2”gzB2UB2PB.hf,2Bhf,2BI2l2BUd20.0045_2252.5629.216p2900(4.539.819.2162.562)45.34kPa2Aa(9.06-H)=Ab(h-4.53)整理得H13.59h将此关系代入（a）,得（2）对B罐作质量衡算在d时间内进入体积量:排出体积量:积累体积量：Abdh3）设某瞬间A罐液面降至H,B罐液面升至h011F7mI2JJL3m1卜j如图以罐底所在平面为基准面，列1-1、2-2两截面的柏努力方程，以表压计。因A、B两截面较大，下降与上升速度都很小，故动能可忽略。简化后的柏努力方程为:Hg=hg+hf整理hfH-h=g.21.529u2u=0