化工原理上册课后习题及答案

第一章：流体流动

二、本章思考题

1-1何谓理想流体？实际流体与理想流体有何区别？如何体现在伯努利方程上？

1-2何谓绝对压力、表压和真空度？表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压

力、大气压力有什么关系？

1-3流体静力学方程式有几种表达形式？它们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何

确定等压面？

1-4如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时，

直管水平安装与垂直安装所得结果是否相同？

1-5如何判断管路系统中流体流动的方向？

1-6何谓流体的层流流动与湍流流动？如何判断流体的流动是层流还是湍流？

1-7一定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水温升高时，Re将如何变化？

1-8何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？

1-9何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？

1-10摩擦系数大与雷诺数Re及相对粗糙度£/"的关联图分为4个区域。每个区域中，入与哪些因

素有关？哪个区域的流体摩擦损失为与流速〃的一次方成正比？哪个区域的〃/与'J成正比？光

lq

滑管流动时的摩擦损失/与〃的几次方成正比？

1-11管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响？何谓流体的光滑管流动？

1-12在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，需要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计算

平均流速？

三、本章例题

例1-1如本题附图所示，用开U液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。已知贮槽直径D为3m,

油品密度为900kg/m3。压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为hl。已测得当压差计上指

示剂读数为R1时，贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离为H1。试计算当右侧支管内油面向下移

动30mm后，贮槽中排放出油品的质量。

解：本题只要求出压差计油面向下移动

30mm时，贮槽内油面相应下移的高度，即可求出

排放量。

首先应了解槽内液面下降后压差计中指示

剂读数的变化情况，然后再寻求压差计中油面下

移高度与槽内油面下移高度间的关系。

设压差计中油面下移h高度，槽内油面相应1-1附图

下移H高度。不管槽内油面如何变化，压差计右侧支管中油品及整个管内水银体积没有变化。故当

压差计中油面下移h后，油柱高度没有变化，仍为hl,但因右侧水银面也随之下移h,而左侧水银

面必上升h,故压差计中指示剂读数变为（R-2h）,槽内液面与左侧水银面间的垂直距离变为

当压差计中油面下移h后，选左侧支管油与水银交界面为参考面m,再在右侧支管上找出等

压面n（图中未画出m及n面），该两面上的表压强分别为：

pm=[Hx-H-h）p.g（A）为油品密度）

Pn=%P6g+（R「2h）PHgg

因P,”二P"，由上二式得：

（H1_H—h）Pog=%Pog+（R「2h）pHgg

上式中第一项“/°g=h'P08+R'PHgg

将式⑵代为QG（2臃理得：）

L1—

Po

神:"5避艇"鹫懿熊式：

-900-'m

即压手计右侧支管钏面下移30mm,槽内液面下降0.8767m,油品排放量为:

22

-DHp0=-x3x0.8767x900=5574馆

例1-2直径D为3m的贮水槽下部与直径"。为40mm的水平输送管相连。管路匕装有-一个闸阀，

闸阀上游设有水银液柱压差计，开口管水银面上方有一段尼为20mm的清水。当阀门全关时，压

差计上读数R为740mm,左侧指示剂液面与水管中心线间的垂直距离h为1m。当阀门全开时，不

YA=40〃2

包括管子出口损失的系统阻力用经验公式/一计算。式中,为流动系数的总摩擦阻力，

J/kg,"为水在管路中的流速，m/so试求将水放出24m3需经历若干时间。

解：根据题意画出如附图所示的流程图。

由题意知流动过程中槽内水面不断下降，故本

题属于不可压缩流体作非定态流动系统。液面高度

随流动时间增加而逐渐降低，管中水的流速随液面

下降而逐渐减小。在微分时间内列全系统的物料衡

算，可求得液体高度随时间变化的微分关系，再列

1-2附图

瞬间的柏努利方程式可以获得液体在输送管内流速随液面高度的变化关系。联立微分式和瞬间的柏

努利式即可求出排水时间。

以水平管的中心线为基准面，另初始液面与基准面间的垂直距离为H1,放HI24m3水后的最终

液面与基准面间的垂直距离为H2(图中未画出)。用静力学基本方程式先求出Hi，再用贮槽体积、

直径、液体深度间的关系求出H2。当阀门全关时，压差计读数R=0.74m,按常规的方法在压差计上

确定等压参考面，可得：

(H[+h)pHiOg="励+RpHgg

=3

取PH.OS1OOOkg/m>pHg=13600kg/m‘，故：

(Hi+1)xl000=0.02xl000+0.74xl3600

解得Hi=9.084m

放出24m3水后•液面高度为：

24

H、=9.084--------=5.687%

[⑶2

4

实际上本题是计算贮槽液面由9.084m降到5.687m所需时间。设d。秒内液面下降高度为dH,

管中瞬间流速为“，在de时间内列全系统水的体积衡算:

v.ae=vodo+dvA

式中匕——水的瞬间加入量，m3/s；

%——水的瞬间排出量，m3/s；

dVA——4。时间内，水在槽中的积累量，

式中各项为：

匕=0

4

Vd.^-d^ude+-D2dH

A4°4

整理得de=-（—）2—（i）

d。u

上式中瞬间液面高度H与瞬间速度"的关系可通过列瞬间柏努利式求得。在瞬间液面1-1,(图

中未画出)及管出口内侧截面2-2，间列瞬间柏努利方程式，以水平管中心线为基准面:

22

gZ|+—+^z-=gz2+上+与-+%i-2

p2p2

式中z、=Hz2=0

Pi=0（表压）P2=。（表压）

%HOU2=U(瞬间速度)

Ehf]_2=40〃?

2

9.81//=—+40w2

2

或u=64922)(2)

将式（2）代入式（1）：

dH

de=-(—)2

%0.4922旧

dHdH

或ae=-(-11430

0.040.4922而4H

积分上式的边界条件为：

优=05=9.084m

02=02sH2=5.687加

%==—11430,瑞

=11430x2(国-恒)得黑

=11430x2(79.084-45.687)

=143805«4/7

例1-3流体在管内的汽化

用虹吸管将水从水池中吸出，水池

液面与虹吸管出口的垂直距离z=5m,

管路最高点与水面的垂直距离为2m,

虹吸管出口流速及虹吸管最高点压强Z-5

各为多少？若将虹吸管延长，使池中8m

水面与出口的垂直距离增为z'=8机,

出口流速有何变化？（水温为30℃,

大气压为101.3kPa,水按理想流体处理）。72

解：（1）由断面1-1、1-2之间的机械能守恒式得1-3附图

〃2—J2gz=V2x9.81x5=9.9m/s

由断面1・1和C-C之间的机械能守恒式，并考虑到=u2可得

2

JpuCz7\

Pc=P«_pgh——寸=P“一pg(h+z)

=1.013X105-1000X9.81x7=3.27x104Pa

(2)虹吸管延长后，假定管内流体仍保持连续状态，由断面1-1和2'-2'之间的机械能守恒式

得〃2'=J2gz，

,2

puc

Pc'=Pa-pgh----『=Pa-pg{z'+h)

=1.013xl05-1000x9.81xl0=3.30xl03Pa

因"c小于水在30"C的饱和蒸汽压p『=4242Pa,故在最高点C附近将出现汽化现象。此时，C

点压强不再按机械能守恒式的规律变化,而保持为流体的饱和蒸汽压不变。因此，在断面1-1和2'-2'

间，机械能守恒式不适用，算出的〃’2无效。但是，在断面1-1和C-C之间，流体依然是连续的，C

点的流速可在断面1-1和C-C之间列出机械能守恒式求出:

5

L,pa-pv-L,1.013xlO-4242~八0,I?)

¥匕—)[2(-旃--------9.81x2)=124zs

心m

出口流速〃'2="1。

例1-4阻力损失与势能的消耗

高位槽水面距管路出口的垂直距离保持为5m不变,水面上方的压强为4.095xl（）4pa（表压）,

管路直径为20mm,长度为24m（包括管件的当量长度），阻力系数为0.02,管路中装球心阀一个,

试求：（1）当阀门全开（自=6.4）时，管路的阻力损失为多少？阻力损失为出口动能的多少倍?

（2）假定2数值不变，当阀门关小（J=20）时，管路的出口动能和阻力损失有何变化？

解：（1）在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式

22

gZ|+—+^z-=gz2+也+g+Z

p2p2

.=3+%-3+4)

ppp

22

2f

若取大气压强和管出口高度为基准，并忽略容器内的流速（即%=0）,则

22

AT〃

---=gH+

P｝彳+叫+哈

g"。4905X14

29.81X5X-°

u2—>--------/匚=3』力裕

~T

1+2+J1+0.02x+6.4

d0.02

/"/

血=(4—+J产=(24+6.4)x3.1=951/Kg

d2

或z/?z.=--^-=(^^^-+5x9.81)-3.1=957/^

fp21000

!L=/1-+^=0.02X—+6.4=30.4(倍)

2d0.02

此结果表明，实际流体在管内流动时，阻力损失和动能的增加是造成流体势能减少的两个原

因。但对于通常管路，动能增加是一个可以忽略的小量，而阻力损失是使势能减小的主要原因。换

言之，阻力损失所消耗的能量是由势能提供的。

(2)当？=20时

。心P。C。，<4.905X104

,2gH+——9.81x5+

上=一户=----------岁—2.2力彷

2/24

21+2-+^'l+0.02x——+20

d0.02

L/?'z=--^-=(9.81x5+.4.905)10：_2,2=95.9J/kg

fp21000

与(1)比较，当阀门关小时，出口动能减少而阻力损失略有增加，但是，绝不可因此而误解为阻

力所消耗的能量是由动能提供的。实际上，动能的增加和阻力损失皆由势能提供，当阀门关小时，

由于损失的能量增加使得动能减少了。

例1-5虹吸管顶部的最大安装高度

利用虹吸管将池中温度为90C热水引出，两容器水面的垂直距离为2m,管段AB长5m,管

段BC长10m(皆包括局部阻力的当量长度)，管路直径为20mm,直管阻力系数为0.02。若要保证

管路不发生汽化现象，管路顶点的最大安装高度为多少？(已知90℃热水饱和蒸汽压为7.01xl()4pa)

解：在断面1-1和2-2之间列机械能横算式，可求得管内流速

B

E

h

设顶点压强PB=P/，在断面1-1和断面B-B

之间列机械能横算式，可求出B点最大安装高

度为

心—立_(1+4如)£1

晒X

PgPgd2g

7.OlxlQ41.62?

10.33--(1+0.02X-)x=2.38加

9.81x10000.0219.6

虹吸管是实际工作中经常碰到的管道，为使吸液管正常工作，安装时必须注意两点：（1）虹

吸管顶部的安装高度不宜过大；（2）在入口侧管路（图中AB段）的阻力应尽可能小。

例1-6使用同一水源各用户间的相互影响

从自来水总管引一支路AB向居民楼供水，在端点B分成两路各通向-楼和二楼。已知管段

AB、BC和BD的长度（包括管件的当量长度）各为100m、10m和20m,管径皆为30mm,直管阻

力系数皆为0.03,两支路出口各安装球心阀。假设总管压力为3.43xl（）5pa（表压）试求：

（1）当一楼阀门全开（&=6.4）,高

度为5m的二楼能否有水供应？此时管路AB

内的流量为多少？

（2）若将一楼阀门关小，使其流量减

半，二楼最大流量为多少？

解：（1）首先判断二楼是否有水供应，

为此，可假定支路BD流量为零，并在断面A

和1-1之间列机械能衡算式

区=江+（八+晨+《匹

P

p_2x3.43x1031000

k七+介』皿鬻+6.4+1

在断面A与B之间列机械能衡算式，得

W22

pp/3BIA13.43X10、1002.42一<

—B=-A-(2—+1)—=------------(0.03x----+l)x--------=4.8m<5m

pgpgd2g1000x9.810.032x9.81

此结果表明二楼无水供应。此时管路AB内的流量为

心=工第=0.785x0.032x2.42=1.71x10-3^3/5

v41

（2）设一楼流量减半时，二楼流量为小,,此时管段AB内的流速为

4(%,4%,u

〃=——,2=^^+,=L414xlO3q，+1.21

7id-nd12"2

管段BD内的流速为

4q/y

"2=h=荔加=L414X10”

在断面A与2-2之间列机械能衡算式

2,2

PAgz+也-+人土+(岁+Z哈

P2d2

3.43x105100(1414x10%+L21产

=9.81x54-0.03x---x--------------：--------

10000.032

(1.414x103)22

20

+(0.03x+6.4+1)--------------

0^03

2.55x103%,，+3.42x105%,,-442.2=0

-3.42xlO5+7(3.42xlO5)2+4x2.55x10sx442.2

=8.07x1OY加3/5

Qv2x2.55xl08

对于通常的分支管路，总管阻力既不可忽略也不占主导地位，此时，改变支路的数目或阻力，

对总流量及各支路间流量的分配皆有影响。

例1-7提高流量分配均匀性的代价

在相同的容器1、2内，各填充高度为1m和8m的固体颗粒，并以相同的管路并联组合，两

支路的管长皆为5m,管径皆为200mm,直管阻力系数为0.02,每支管安装一闸门阀，容器1和2

的局部阻力系数各为10和8。

已知管路的总流量为0.3n?/s,试求:

（1）当两阀门全开时，两支路的流量比和并联管路的阻力损失;

（2）当两阀门同时关小至分=20时，两支路的流量比及并联管路的阻力损失有何变

化？

解：山物料守恒关系求得

—d~u,H—d-u、=qv

4142,

4/4x0.3口<<

Uy+=——二-----------二9.55(1)

'2㈤23.1416x0.22

因并联管路阻力损失相等，由机械能衡算式得

2与+务+基

2

〃2勺+。+分

1)当两阀门全开

防0.02x5/0.2+8+0.17_Q9(2)

0.02x5/0.2+10+0.17―,—

〃2

由式(1)、式(2)得u—————=5.03m/s

121+0.9

W1=9.55-5.03=4.52m/s

并联管路的阻力损失为

55032

Z%=(0.02x言+8+0.17)笠-=109.5J/奴

（2）当两阀门同时关小

4_=0.02x5/0.2+8+203

-------------------=0.97(3)

u20.02x5/0.2+10+20

9$5=4.85加/s

由式（1）、式（3）得

1+0.97

%=9.55-4.85=4.7m/5

并联管路的阻力损失为

SAQC2

=(0.02x—+8+20)—=335.2J/A-g

从此例可以看出，在不均匀并联管路中串联大阻力元件，可提高流量分配的均匀性，其代价

仍然是能量的消耗。

例1-8倒U形管压差计

水从倾斜直管中流过，在断面A和B之间接一空气压差计，其读数R=10mm,两测压点垂

直距离Az=0.3加，试求：

(1)A、B两点的压差等于多少？

(2)若采用密度为830kg/n?的煤油

作指示液，压差计读数为多少？

(3)管路水平放置而流量不变，压差

计读数及两点的压差有何变化？

解：首先推导计算公式。因空气是静止的,

故Pl=P2即

hh

PA-P&^PB-PS(B-R)~p、gR

PA-PShA=PB-叫+gR(。J

在等式两边皆加以咫〃

PA+pg(H-liA)=pB+pg(H-h^+gR(p-p,)

(PA+PgzA)~(PB+PS2B)=gR(P-A)

R

PA-PB'=g(p-Pi)

(1)若忽略空气柱的重量，则

pA'-pB'=gR(p-/?,)=9.81x0.01x1000=98.1为

Z

pA-pB=PA'~PB'~PS^.A-z^)=98.1+1000x9.81x0.3=3.04x10,Pa

(2)若采用煤油作指示液，压差计读数为

PJ-PB'98.1=5.88x102m-58.8ww

g(2一0)—9.81x(1000-830)

(3)若管路流量不变，p7-pj不变,则压差计读数R亦不变。又因管路水平放置，Zn-ZB=0,

故

PA-PB^P*'-PB'=98.1Pa

普通U形管压差计所用的指示液的密度大于被测流体的密度，若指示液的密度小于被测流体的密

度，则必须采用倒U形管压差计。最常用的倒U形管压差计是以空气作为指示剂，称为空气压差

计。

例1-9管内流量与所需势能差的关系

（1）用压缩空气将密闭容器中的苯沿直径为50mm的钢管送至某容器内，在某势能差下，10分钟

可将容器内1.8n?的苯排空。问欲将输送时间缩短一半，管路两端的势能差须增加多少倍？（已知

苯的温度为20℃,管壁粗糙度为0.5mm）。

（2）用压缩空气将容器中的甘油沿直径为10mm的管道送至高位槽，甘油温度为60℃,管内流量

为0.05xl（y3m3/s。若将流量提高一倍，管道两端的势能差须增加多少倍？

解：（1）温度为20℃时苯的密度P=884依//??,粘度〃=0.67x10-3管内流速为

4K4x1.8

〃—=___L_5_3_M___/_S_______

一㈤2x600—3.14x0.052x600

pdu_884x0.05x1.53

则Re==1.01x105

0.67x10-3

£=丝=0.01

d50

由直管阻力系数线图可以确认管内流动已进入充分湍流区。输送时间减半，流速〃'增加一倍,

直管阻力系数不变，故

,（/+港）叱,2

入d2j（倍）

“吟+工吟u

（2）温度为60℃时的甘油的密度夕=1260左g/zz?,粘度〃=0」尸。7,管内流速为

=4^=4x5x101=064w/5

㈤23.14x0.012

则Re=型=12胆°°12°64=_<

8022000

0.1

流量增加一倍,流速〃'增加一倍，但流动形态仍为层流，故

&?'u'

---———，（倍）

Apu

显然，在层流条件下，所需势能差与管内流速（或流量）成正比；而在湍流条件下，所需势能

与流速（或流量）的平方成正比。

例1-10无外加功简单输送管路计算问题的自由度

在附图所示的管路中，管长/=20m，管径d=53/w加，管壁粗糙度£=0.5加加，高位槽液面

距管路出口的垂直距离H=4m,管路中有一个标准直角弯头，一个1/2开的闸门阀。已知水温为20℃,

管内流速为0.5m/s,高位槽液面上方压强为大气压，求流体在该管路中的阻力损失为多少？

解：方法一:

20C水的粘度〃=lxl0-3pa.s

Re=1000x0.Q53x0.5=265xl()4

lx］。/

o5

土£=吧=0.00943

d53

查得2=0.038

*=J”+鼻+分=0.5+0.75+4.5=5.75

%=(2-+LO—=(0.038x+5.75)x—25JIkg

fd20.0532

方法二：若取管路出口高度及大气压为基准，槽内每千克水的总机械能为

•=gz=9.81x4=39.21/彷

P

此能量除极小部分转化为动能外，其余皆损失掉，即

助,=%—4=39.2-电39.L//彷

p22

显然，两种方法所求出的结果是矛盾的。

对于无外加功简单输送管路的计算问题，只有以下三式可用：

物料衡算式q^-d2u

v4

机械能衡算式

gZ\+-=gZ2+~+（E+*+1）-

ppd2

直管阻力系数计算式几=八二,迎）

d〃

三个方程只能联立求解三个未知数，其余变量必须给定。若给定独立变量数目少于方程式组

的自由度（即方程式组所含变量数与方程式之差），问题无确定解；若给定独立变量数多于方程式

自由度，必导致相互矛盾的计算结果。本例即属于后一种情况。按题目给定管路情况，管内流速必

不为0.5m/s,而由管路自身决定，应为1.95m/s（参见例1-11）

例1-11在一定势能差下管路输送能力的计算

在例1-10所示管路中输送温度为20c的水，闸门阀1/2开（Jc=4.5）,管内流量为多少？若将阀

门全开（Jc=017）,管内流量为多少？

解：当阀门1/2开时，假设管内流动已进入充分湍流区，由土=匕=0.00943

d53

查得4=0.037

在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式（参见例1-10附图），可得

2gH2x9.81x4

=1.95加/s

/20

l+2-+Zf11+0.037x----+0.5+0.75+4.5

dV0.053

pdu1000x0.053x1.95,__..

管内雷诺数为Re=——=----------：-----=1.03x105

〃1x10-3

根据阻力系数线图，山Re和£/d可知管内流动已进入充分湍流区，以上计算结果有效。

此时管内流量为

jrjr

q产一cPu=—x0.0532*1.95=4.3x10-3/M3/5

,44

当阀门全开时，流速增加，管内流动必处于充分湍流区，2=0.037,管内流速为

除2g：___________2x9.81x4__________

=2.19m/5

l+0.037x^°+0.5+0.75+0.17

0.053

管内流量为

q「=-i/2w'=-x0.0532x2.19=4.83x10-3/»3

44

本例管路情况已知，属操作型问题，须联立求解关于简单输送管路方程式组。由于阻力系数

计算式是一个非常复杂的非线性函数关系式，当管内流量与流速为待求变量时，必须用试差法或迭

代法来计算。手算时，可按以下步骤进行试差：

（1）假定管内流动已进入充分湍流区，由查出4；

（2）根据4值，由机械能衡算式计算流速〃；

（3）据此〃值算出Re,由Re和查出新的几值，以检验是否需要再次计算。

由于大多数化工管路的流动是处于或接近于充分湍流区，故经、二次试差便可得到足够准

确的结果。

选择题、填空题

1-1当不可压缩理想流体在水平放置的变径管路中作稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，

其静压力（）。（A）不变（B）增大（C）减小（D）不确定

1-2水在内径一定的圆管中稳定流动，若水的质量流量保持恒定，当水温升高时，Re值将（）。（A）

不变（B）增大（C）减小（D）不确定

1-3层流与湍流的本质区别是：（）。

（A）湍流流速大于层流流速；（B）流动阻力大的为湍流;

（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。

1-4如图所示，水流过一段等径水平管子，在A、B两处

放置相同压差计（测压点等高），其读数分别为R”R2,

则（）。

（A）R）>R2（B）RI=R2（C）R]<R2（D）R2=RI+2rl题4附图

1-5如图所示的并联管路，各支管及其总管阻力间的关系为（）。

（A）（Z%）A_\_B＞（Z与）A-2-B；

（B）＞（，＞）A-\-B=（Z"）A-2-B；

（C）0/）A-B=（Z"f）A-\-B+（Z〃/）A-2-B;

题5附图

（D）（Z——B=（Z〃/）…=（Z。/）A-2-B；

1-6在皮托管工作时，测压孔正对流体流动方向所测压力代表该处的（）o此时侧壁小孔所测

压力代表该处的（）。

（A）动压，静压；（B）动压，动压与静压之和；（C）动压与静压之和，静压；（D）静压，

动压与静压之和。

1-7某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是（）曲线，其管中心最大流速为平均流

速的（）倍，摩擦系数人与雷诺数Re的关系为（）。

1-8在湍流摩擦系数的实验研究中，采用因次分析法的目的是（）。在阻力平方区，摩擦

系数九只与（）有关。

1-9流速增加一倍后流体在圆管内仍作层流流动，则流动阻力损失为原来的（）倍。

1-10如图所示容器内盛有油、水两种液体，点A位于油水分界的油侧，点B位于水侧，试判断A、

B两流体质点的总势能差△5（=¥"—甲彳）上0（＞,=,＜）o

图所示，水从内径

为4的管段流向内径为

题1.10附图

d管段，已知

2题1.11附图

d2=及4,d[

管段流体流动的速度头为0.8m水柱,%=0.7m，忽略流经AB段的能量损失，则〃2=L3m,

hy=1.5m。

1-12图示管路装有A、B两个阀门，试判断:

（1）A阀门关小，B阀门不变

Pl变大,P2变小，P3变小,P4变小,（P2-P3）3

（变大，变小，不变）；

（2）A阀门不变，B阀门开大

Pl变小,P2变小,P3变小，P4变大,（P2-P3）变

（变大，变小，不变）；题1.12附图

（3）A阀门开大，B阀门不变

m变小,m变大,m变大,变大,（m-m）变小,（p2-P3）变大（变大,变小，不变）;

（4）A阀门不变，B阀门关小

Di变大,a变大,m变大,D4变小,（m-m）变小（变大,变小，不变）。

1-13图示管路两端连接两个水槽，管路中装有调节阀门」个。试讨

论将阀门开大或关小时，管内流量％,,管内总阻力损失

直管阻力损失和局部阻力损失与2有何变化，并以箭头或适当

文字在下表中予以表达（设水槽液位差H恒定）。

题1.13附图

总阻力损失直管阻力损失局部阻力损失流量qv

也。八%,

阀开大不变tit

阀关小不变1Tl

判断题

1-14粘性是流体的物性之一，无论是静止的还是流动的流体都具有粘性。（）

1-15尽管粘性是流体的物性之一，但只有流动的流体才考虑粘性的影响，对静止的流体可不考虑粘

性的影响。（）

1-16U型压差计测量的是两截面间静压强之间的差值。（）

1-17转子流量计工作时转子受到两个力的作用，一个是重力，另一个的浮力。（）

1-18孔板流量计工作时，流体在流过孔板前后的静压强差不变。（）

1-19转子流量计工作时，流体作用在转子上下两截面的静压强差不变。（）

1-20降低温度液体的粘度增加。（）

1-21升高温度气体的粘度增加。（）

计算题

1-22合成氨厂造气车间，为防止气柜中的煤气倒流至间歇操作的煤气发生炉内，在管路中装有水

封箱，若管路进口垂直距离为2m,气柜和发生炉的压差为多少才可能不发生倒流现象。[答：19.6kPa]

1-23在化工厂采用附图所示装置控制液位，已知圆阀孔d1=20mm,浮子与圆阀孔之间由钢丝相连,

固定距离L=150mm,浮子d2=100mm,圆阀与浮子总质量G=0.1kg。试求液位高H为多少时圆阀刚

好开启？[答：0.17m]

1-24在直径D=40mm的管路中一文丘里管，文丘里管喉部直径为10mm,喉部接一细管，细管一

端浸入池水中。已知管内水的流量为1.26xl0-3m3/s,池水沿细管上升1.5m,若不计阻力损失，文丘

里管入口断面的压强为多少？

［答：2.14xlO5Pa］

1-25高位槽内水深为1m并保持恒定，高位槽底部接一高8m的垂直管，若不计阻力损失，试求

以下几种情况下管内流速及管路入口断面A的压强：

(1)容器内的压强为大气压；

(2)容器内的压强为9.8”l()4pa；

(3)容器内保持4.095*lO'Pa的真空度;

(4)容器内的压强为大气压，但垂直管延长至20m(水温为20℃)。

［答：(1)13.3m,22.9kPa；(2)19.3m/s,22.9kPa；(3)8.86m/s,22.9kPa；(4)14.75m/s,2.33kPa］

8m

题1.24附图题1.25附图

1-26在容器侧壁开一直径为d=20mm的小孔，容器内的水面维持恒定并高于小孔中心0.5m,试求:

(1)通过小孔流出的水量(小孔的流量系数为0.61)：

(2)在小孔处接一长度L=0.5m的水平短管，直管阻力系数X=0.025,水的流量有何变化？

(3)将短管延长至3m,4仍为0.025,水的流量为多少？

(4)试说明以上三种情况流量变化的原因，并计算水平管为多长时，其流量刚好与小孔流量

相等？

［答：(1)6.0x10-4m3/s；(2)6.75xl0"m3/s；(3)4.29x10-4m3/s；(4)孔流系数C0是综合考虑了缩脉,

能量损失等多种因素的校正系数，是由实验测定的。上述计算结果表明直接小孔流出的水流由于缩

脉，摩擦等因素其能量是很大的，可近似计算相当于0.95m短管的阻力损失］

1-27如图所示管路从A水池向B水池输水，已知各段管长均为/=100加，管径均为100mm，上

游水池面积SA为100加2,下游水池面积SB为80加2,HA=10/??,HB=4加。忽略各种局部阻力，

为使上游水池水位下降1机，需多少时间？（设阻力系数4均为0.025）[答：7372.6s]

1-28有一真空管路，管长/=28加，管径4=120用加，管壁粗糙度£=0.2加加，管内是温度为

300K的空气，已知管内质量流量为0.02kg/s,出口端压强为137.3Pa,求管路入口端压强为多少？[答:

1.07kPa]

题1.26附图题1.27附图

1-29鼓风机将车间空气抽入截面为200mmx300mm、长155m的风道内（粗糙度e=0.1mm）,然后

排至大气中，体积流量为0.5n?/s。大气压力为750mmHg,温度为15℃。求鼓风机的功率，设其效

率为0.6。[答：0.5kW]

1-30在20℃下将苯液从贮槽中用泵送到反应器，经过长40m的（p57x2.5mm的钢管，管路上有两

个90。弯头，一个标准阀（按1/2开启计算）。管路出口在贮槽的液面以上12m。贮槽与大气相通，

而反应器是在500kpa下操作。若要维持0.5L/S的体积流量，求泵所需的功率。泵的效率取0.5。[答:

605W]

1-3130℃的空气从风机送出后流经一段直径200mm长20m的管，然后在并联的管内分成两段，

两段并联管的直径均为150mm,其一长40m,另一长80m；合拢后又流经一段直径200mm长30m

的管，最后排到大气。若空气在200mm管内的流速为10m/s,求在两段并联管内的流速各为多少，

又求风机出口的空气压力为多少。[答：U|=7.37m/s,U2=10.41m/s；风机出口p=65mmH2O]

1-32-酸贮槽通过管道向下方的反应器送酸，槽内液面在管出口以上2.5m。管路由（p38x2.5mm

无缝钢管组成，全长（包括管件的当量长度）为25m。粗糙度取为0.15mm。贮槽内及反应器内均

为大气压。求每分钟可送酸多少nA酸的密度p=1650kg/n?,粘度p=12cP。[答：0.068m3/min]

第二章：流体输送机械

2-1离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体？启动后，液体在泵内是怎样提高压力的？泵入口

的压力处于什么状态？

2-2离心泵的特性曲线有几条？其曲线形状是什么样子？离心泵启动时，为什么要关闭出口阀门？

2-3在测定离心泵的扬程与流量的关系时，当离心泵出口管路上的阀门开度增大后，泵出口压力及

进口处的液体压力将如何变化？

2-4离心泵操作系统的管路特性方程是怎样推导的？它表示什么与什么之间的关系？

2-5离心泵的工作点是怎样确定的？流量的调节有哪几种常用的方法？

2-6何谓离心泵的气蚀现象？如何防止发生气蚀？

2-7影响离心泵最大允许安装高度的因素有哪些？

2-8什么是液体输送机械的扬程(或压头)？离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的？液体的流

量、泵的转速、液体的黏度对扬程有何影响？

2-9管路特性方程〃