2025年化工原理流体流动题库

流体流动

一填空

(1)流体在圆形管道中作层流流动，假如只将流速增长一倍，则阻力

损失为本来的2倍:假如只将管径增长一倍而流速不变，则阻力

损失为本来的1/4倍。

(2)离心泵的特性曲线一般包括〃-0曲线、n-Q和

N-Q—曲线，这些曲线表达在一定转速下,输送某种特定的液

体时泵的性能。

(3)处在同一水平面的液体，维持等压面的条件必须是静止

的—、连通着的、同一种持续的液体。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。

(4)假如流体为理想流体且无外加功的状况下，写出：

单位质量流体的机械能衡算式为E=Z+£+2=常数

2gpg

单位重量流体的机械能衡算式为

E=pgz++〃=常数;

单位体积流体的机械能衡算式为

E=Z+^+2=常数；

2gpg

(5)有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为

Z1Pg+(U|2P/2)+Dl+WsP=Z2Pg+(血2P/2)+p2+PXh「各项单

位为Pa(N/m2)。

(6)气体的粘度随温度升高而增长，水的粘度随温度升高而

减少。

(7)流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能减

⑻流体流动的持续性方程是一UAPLU2Ap2...................................uA

JP;合用于圆形直管的不可压缩流体流动的

持续性方程为uMj="也2................cl?o

(9)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395mnHg。测得另一容器内的表压强为1360

mmHg,则其绝对压强为2105mmHg。

(10)并联管路中各管段压强降相等；管子长、直径小的管

段通过的流量.小。

(11)测流体流量时，随流量增长孔板流量计两侧压差值将_增

长_______，若改用转子流量计，随流量增长转子两侧压差值将_丕

___________o

(12)离心泵的轴封装置重要有两种：填料密封和机械密封。

(13)离心通风机的全风压是指静风压与动风压之和，其单位

为Pa°

(14)若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头/蚯，流量减小,

效率减少,轴功率增长。

降尘室的生产能力只与沉降面积和颗粒沉降速度有关,而与

高度无关。

(15)分离原因的定义式为

(16)已知旋风分离器的平均旋转半径为0.5m,气体的切向进口速

度为20m/s,则该分离器的分离因数为800/9.8。

(17)板框过滤机的洗涤速率为最终过滤速率的1/4o

(18)在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的2次方成正

比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的0.5次方成正比。

二选择

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_A—

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离心泵开动此前必须充斥液体是为了防止发生A。

A气缚现象B汽蚀现象C汽化现象D气出现

象

3离心泵的调整周开大时，B

A吸入管路阻力损失不变B泵出口的压力减小

C泵入口的真空度减小D泵工作点的扬程升高

4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C。

A增大B减小C不变D不能判断

5流体流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机械能中的C项。

A动能B位能C静压能D总机械

能

6在完全湍流时（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数入数值C

A与光滑管同样B只取决于ReC取决于相对粗糙度

D与粗糙度无关

7孔板流量计的孔流系数C。当Re增大时，其值一B。

A总在增大B先减小，后保持为定值C总在减小D不

定

8已知列管换热器外壳内径为600mm,壳内装有269根（|）25X2.5mm

的换热管，每小时有5X10'kg的溶液在管束外侧流过，溶液密度为

810kg/m3,粘度为1.91Xl（）7pa・s,则溶液在管束外流过时的流型

为A。

A层流B湍流C过渡流D

无法确定

9某离心泵运行一年后发既有气缚现象，应」。

A停泵，向泵内灌液B减少泵的安装高度

C检查进口管路与否有泄漏现象D检查出口管路阻力与

否过大

10某液体在内径为d。的水平管路中稳定流动，其平均流速为u。，当

它以相似的体积流量通过等长的内径为cUcL=d°/2）的管子时，若流体

为层流，则压降AD为本来的C倍。

A4B8C16D32

三计算

1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，控制调整阀使空气缓慢地鼓泡通过观测瓶。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,p=980kg/nr,

PH&=13600kg/nr

(1)管道内空气缓慢鼓泡u=0,可用静力学原理求解。观测瓶压缩空气

(2)空气的「很小，忽视空气柱的影响oixn一

*>-Hpg=Rpag

〃二..R=曳99_XO.13=1.8〃71

p980

H

,\W=^D2(H+h)p

/h

=0.785x22x(1.8+0.2)x980=6.15(吨)

2测量气体的微小压强差，可用附图所示的双液杯式微差压计。两

杯中放有密度为0的液体，U形管下部指示液密度为0，管与杯的直

径之比d/D。试证气罐中的压强〃8可用下式计算:

PB=Pu-hglp?-pj-hgpi*

证明：作1-1等压面，由静力学方程得:

2+hp、g=PB+bhp\g+hp2g(1)

A冗f冗

丁△1〃一£)-=h—d~

44

•3=哈代入⑴式得:

2

2+g=心+〃江■夕送+hp2g

即分=乙一hg(p2-pl)g-hgpl今

3运用流体平衡的一般体现式如二p(X公+%)，+Zdz)推导大气压p与

海拔高度h之间的关系。设海平面处的大气压强为〃.，大气可视作等

温的理想气体。

解：大气层仅考虑重力，因此：

X=(),Y=(),Z=-g,dz=dh

dp=-p^dh又理想气体p=端

其中M为气体平均分子量，R为气体通用常数。

,pM..

「•dP=一而8此

磬=噜1>

积分整顿得P=P,exp[

4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

(|)83X3.5mm,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

水面高度以为4.8m,压力表安装位置离贮槽的水面高度乩为5m。当

输水量为36n?/h时，进水管道所有阻力损失为1.96J/kg,出水管道

所有阻力损失为4.9J/kg,压力表读数为2.452Xl（）5pa,泵的效率为

70%,水的密度p为1000kg/nA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/cm??

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：

初2II—='EA/.2-3

2P2P

其中，E"/,2-3=4.9J/Zg,U：i=0,P3=0,

Pz=2.452XIffPa,H2=5mfu2=Vs/A=2.2O5rn/s

5+2+2.452”巴—

代入上式得:

2x9.811000x9.8I9.81

（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:

g/+净争W”gH吟+骨

其中,Z%,o.3=6.864.9J/kg,u2=u：｛=0,p2=p；）=0,H沪0,

H=29.4m

代入方程求得收298."=薪1。。。…/s

故N,=叱xW,=2986.4卬，Q=70%,N="=4.27kw

（3）真空表的读数

在贮槽液面0-0'与真空表截面1T'间列柏努利方程，有:

g"。+争争"g，十会胃口加

其中，Z〃/,o_i=1.96J/kg,Ho=O,Uo=O,po=O,H1=4.8m,

u尸2.2O5m/s

22O52

p,=-1000(9.81x4.8+-——+1.96)=-5.15xl()4Pa

代入上式得,

=-0.525奴"cm2

5两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的全开中阀彼卜匕相

连，一贮槽直径为7m,盛水深7m,另一贮槽直专为

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2=0.02。

解：在任一时间t内，大罐水深为H,小罐水深为h

大罐截面积二工乃x72=38.465〃/,

4

小罐截面积二」乃x5?=19.625川，

4

当大罐水面下降到H时所排出的体积为：

匕=(7-77)x38.465,

这时小罐水面上升高度为X；

因止匕工=38.465(7-77)/19.625=13.72-1.96/7

而/2=A+3=16.72-1.96//

在大贮槽液面1T'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:

+£正+

Z1+—+—=

2gpg2gpg

u

其中\=w2=0P|=p2=大气压，u为管中流速,

Zi=H,z2=16.72-1.967/

22

1u-200W,

=(g+2.一)——=(0.17+0.02x-----)——=2.727/

d2g0.0752g

代入方程得:

2.96"-16.72=2.727〃

2.9677-16.72

u--------------

V2.727

若在力时间内水面从“下降H-dH,这时体积将变化为・38.465阴,

则:

£(0.075)2,(2.96”—16.72)/2.72;di=—38.4654〃

-38.4654H_____________-8722.16r/H

0.785(0.075)2.7(2.96/7-16.72)/2.727-J1.085〃—6.131

(,6/5

1=-8711.16((1.08577-6.131)dH

=-8711.16x—!—x^—L/1.085H-6.131

1.0851-0.5L

-8711.16X-^―[V0.379-J1.464〕

1.085L」

=9543.4s

6用泵将2()℃水从敞口贮

槽送至表压为1.5X105Pa的

密闭容器，两槽液面均恒定

不变，各部分相对位置如图

所不。输送管路尺寸为村08

X4mm的无缝钢管，吸入管

长为20m,排出管长为100m

(各段管长均包括所有局部

阻力的当量长度)。当阀门为

3/4开度时，真空表读数为

42700Pa,两测压口的垂直距离为0.5m,忽视两测压口之间的阻力,

摩擦系数可取为0.02。试求：

⑴阀门3/4开度时管路的流量(n?/h)；

⑵压强表读数(Pa)；

⑶泵的压头(m)；

(4)若泵的轴功率为10kW,求泵的效率；

(5)若离心泵运行一年后发既有气缚现象，试分析其原因。

解：⑴阀门3/4开度时管路的流量(m3/h)；

在贮槽液面0-0’与真空表所在截面17'间列柏努利方程。以0-0

'截面为基准水平面，有：

zo+y-+-=zi+—+X/2r.o-i

2gpg2gpg-

Z+/

=/t,^.jfL,=Q.02x—x

其中,=0.204彳,

d2g0.12x9.81

zo=O,uo=O,po=O（表压）,z尸3m,pF-42700Pa（表

压）

代入上式,得:Ui=2.3m/s,Q--d2u=65〃///?

4

⑵压强表读数（Pa）；

在压力表所在截面2-2'与容器液面3-3'间列柏努利方程。仍以0-0

'截面为基准水平面，有:

22+y-+—=23+?+正+2力/.2-3

2Kpg2gpg

2

3.5-F—+—^—=16+0+15x10+0.02x1002.3

X

2g1000g1000xg0T2X9.81

解得，p2=3.23XlffPa（表压）

（3）泵的压头（m）；

在真空表与压力表所在截面间列柏努利方程.，可得,

/?2/?l3.23xl05+0.427xlO5八

H=（z,-z.）+~+Hf=0.5+---------------------+0

Pg1000x9.81

=37.8/7?

（4）泵的有效功率

NHQp37.8X65X1000,,,.

Ne=—土J=------------------=6.68Q7kw

1023600x102

故〃=Ne/N=66.87%

（5）若离心泵运行一年后发既有气缚现象，原因是进口管有泄露。

7如图所示输水系统，已知管路总

长度(包括所有当量长度，下同)为

100m,压力表之后管路长度为80m,

管路摩擦系数为0.03,管路内径为

0.05m,水的密度为1000kg/m3,泉的

效率为0.8,输水量为15m3/ho求:

(1)整个管路的阻力损失，J/kg；(2)泵轴功率，kw；(3)压力表

的读数，Pao

解：(1)整个管路的阻力损失，J/kg；

由题意知,

=s

X0.052X-)

4

2J22

则Z=A•—•—=0.03xx=\35AJ/kg

乙/d20.05~T

(2)泵轴功率，kw；

在贮槽液面0-0'与高位槽液面bl'间列柏努利方程，以贮槽液面

为基准水平面，有：

g"o+^+义■+W"g"+'+且+Z〃九07

2P2P

其中，Z%=135.1,/依，Uo=u尸0,p尸Po”表压),Ho=OfH=20m

代入方程得：We=gH+^/?7.=9.81x20+135.1=331.3.//kg

又叱=ysZ?=-l|-x1000=4.17^/5

故Ne=WSxVV,=1381.5vv,Q=80%,N=*/=\727卬=\J21kw

8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。57义3.5门m,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，其上指不剂

水银柱的读数分别为R=40mm及.

=1200mmo右边压差计的左侧指示剂

液面与截面A的垂直距离R〃

1000mm,右侧开口支管的水银面A

上灌有一段R"=20mm的清水。A、B

两截面间的管长(即垂直距离)为

hAB二6m。管路中的摩擦系数为0.02oHR'

当地大气压强为1.0133X105Pa,取R

水的密度为1000kg/m3,水银的密度

为13600kg/n?。试求：(1)截面A、t

B间的管路摩擦阻力损失Ehf.

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p,t,Pa。

解：(1)截面A、B间的管路摩擦阻力损失XhtAB,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：

gZ—苧+?=(I)

则:

工勺加=(ZA-ZB)g+吟脸+呼(2)

其中：ZA-ZB-(0-6)--6m

〃八一〃8—Q

2~

(PA-P8)=hABPwg+R(Png-Pw)g

=6X1000X9.8+0.04(13600-1000)X9.8

=63800Pa

将诸值带入(2)式，得：

=-6X9.8+63800:1000=4.94J/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，可用如下公式表达：

£%=*彳(3)

其中，l=6m,d=().()5m,A=0.02,-4.94J/kg,带入(3)式：

4.94=0.02XJL_

0.05~

可得，"=2.029m/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等压参照面，由流体静

力学原理可知，Pt二Ps

则：

PH+（h,\B+H）Pwg-Pa+R"P„g+R'p班g

整顿得：PB=Pa+R"Qwg+R'。Hgg・GAB+H）Pwg

=LOI33X105+0.02X1000X9.81+1.2X13600X9.81-

（6+1）XI000X9.81

=193000Pa

（4）截面A上的压强PA,Pa0

PA=PB+4PAB

二PB+IUBPWg

=193000-^6X1000X9.81

=256000Pa

9某石油化工厂每小时将40吨重油从地面油罐输送到20m高处的

贮槽内，输油管路为＜M08X4mm的钢管，其水平部分的长度为430m,

已知在输送温度下，重油的部分物性数据如下：

密度，kg/m3粘度，cP平均比热，kJ/kg・℃

15℃的冷

油96034301.675

50℃的热8901871.675

油

（1）试比较在15℃及50C两种温度下输送时•，泵所消耗的功率（该

泵的效率为0.60）o

（2）假设电价每千瓦小时（度）0.20元，每吨LOatm（绝压）废热

蒸汽1.80元，试比较用废热蒸汽将油加热到50℃再输送，比直接输

送15℃冷油的经济效果怎样？（latm蒸汽潜热为2257.6kJ/kg）

解：（1）首先判断重油的流动类型，d=108-4X2=100mm,重油在

管内流速为:

40x100()

15℃时=1.474"?/s

3600x960x0.785xO.l2

40x1000

50℃时=1.59W/5

3600x890x0.785xO.l2

雷诺准数:

QJxL474x60

15℃时Re,=^=41.25(2000(Mi®)

'3430x1O3

50℃时Re,=1.59x890=75373(2000(层流)

2187xlO3

(2)摩擦阻力损失：由于重油在两种不一样温度下是流动类型

均为层流，故可用泊谡叶方程式求摩擦阻力导致的压头损失:

h_32.俏_32x3430x(430+20)x1.474

15℃时2/1-2--1000x960x9.81xO.l2=773.06/〃

,32〃1〃，32x187x(430+20)x1.59小〜

50℃时h=-二一^=------------------=49.04/n

flp、gd?1000x890x9.81x0.12

（3）泵在两种温度下输送重油的压头:

15℃时H.=Az+-^+—+/?..=20+0+147424-773.06=793/n

pg2gz，2x9.81

50℃时H.,=Az+-^+—+=20+0+L"+49.04=69升

-Pg2g/22x9.81

（4）泵的轴功率

^^0000x793x960x9j1

输送15℃重油时=144.06左w

3600x960x0.60x1000

N=40000x69x890x9.81卬

输送5（）℃重油时

3600x890x0.60x1000

（5）经济效果的比较:

输送15℃重油比输送5（）0C重油多消耗的功率为:

144.06-12.54=131.52kw

若按1小时计算，则多消耗131.52kwh(即132.52度)，1小时

多消耗电费：

1X132.52X0.20=26.304元

将重油从15℃加热至50C,每小时所需热量为：

Q=4000()x1.675x(50-15)=234500(^.///?

消耗蒸汽量D=-=2345000=1038.7//?=1.04r/h

r2257.6

加热重油所需消耗蒸汽的费用：1.04X1.80=1.8覆元/时

从以上计算可知，在上述蒸汽和电能的价值条件下，将重油加热

后再输送比直接输送冷油是有利的。

10内截面为1000x1200〃〃〃的矩形烟囱的高度为30帆。平均分子量为

30kg/kmol、平均温度为4(XFC的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持

49'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101.33x1()3P〃。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小/人

解：取烟囱底端为上游截面1-『、顶端内侧为下游截面2-2%并以

截面1-Y为基准水平面。在两截面间列柏式，即：

gZi+?乙=解2+今+%+20

2P?P

式中Z[=0Z2=3(加/2sw2

由于烟道气压强变化不大，烟道气的密度可按

1.0133x1()5所及400。&十算，即;

PM1.0133xlO5x30

p=---=--------------------=0.543Zg/nr,

RT8.316xl0\273+400)

以“表示大气的密度，匕।与匕2分别表示烟囱底端与顶端大气压强，即：

片二『49&

因烟囱顶端内侧压强等于同高度处的大气压强，故

P2=Pa2=Pa\-6讯

原则状况下空气的密度为1.293攵g/阳）所以1.0133〉。尸〃、20。。时

空气的密度为:

273

p'=1.293x-----=T2kg/m3

273+20

于是P(l=Pa-1.2x9.81x30二以一353Pa

将以上各值代入柏式，解得:

（『49）一（凡