化工原理流体力学习题及答案课件doc.docx

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化工原理流体力学习题及答案课件doc

一、单选题

1．层流与湍流的本质区别是（）。

D

A湍流流速＞层流流速；B流道截面大的为湍流，截面小的为层流；

C层流的雷诺数＜湍流的雷诺数；D层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。

2．以绝对零压作起点计算的压力，称为（）。

A

A绝对压力；B表压力；C静压力；D真空度。

3．当被测流体的（）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。

D

A真空度；B表压力；C相对压力；D绝对压力。

4．当被测流体的绝对压力（）外界大气压力时，所用的测压仪表称为真空表。

B

A大于；B小于；C等于；D近似于。

5.流体在园管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心的最大流速的关系为（）。

B

A.Um＝1/2Umax；B.Um＝0.8Umax；C.Um＝3/2Umax。

6.从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是（）。

A

A.与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关；

B.与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关；

C.与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。

7.层流底层越薄（）。

C

A.近壁面速度梯度越小；B.流动阻力越小；

C.流动阻力越大；D.流体湍动程度越小。

8.层流与湍流的本质区别是：

（）。

D

A.湍流流速>层流流速；B.流道截面大的为湍流，截面小的为层流；

C.层流的雷诺数<湍流的雷诺数；D.层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。

9.在稳定流动系统中，水由粗管连续地流入细管，若粗管直径是细管的2倍，则细管流速是粗管的（）倍。

C

A.2；B.8；C.4。

10.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（）。

C

A.流动速度大于零；B.管边不够光滑；C.流体具有粘性。

11.水在园形直管中作滞流流动，流速不变，若管子直径增大一倍，则阻力损失为原来的（）。

A

A.1/4；B.1/2；C.2倍。

12．柏努利方程式中的项表示单位质量流体所具有的（）。

B

A位能；B动能；C静压能；D有效功。

13．流体在管内作（）流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动。

A

A层流；B湍流；C过渡流；D漩涡流。

14．流体在管内作（）流动时，其质点作不规则的杂乱运动。

B

A层流；B湍流；C过渡流；D漩涡流。

15.在层流流动中，若流体的总流率不变，则规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的倍。

C

A.2；B.6；C.4；D.1。

二、填空题

1.雷诺准数的表达式为_____Re=dｕρ/μ_____。

当密度ρ＝1000kg.m,粘度μ=1厘泊的水,在内径为

d=100mm以,流速为1m.s,其雷诺准数等于__10____,其流动类型为__湍流__。

2.当地大气压为750mmHg时,测得某体系的表压为100mmHg则,该体系的绝对压强为___850__mmHg,真空度

为_-133402__Pa。

3.某物的比重为0.879,其密度为_879kg/m

3_,其比容为_0.00114m3/kg_。

4.圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为15.7kg./s,其体积流量为

_0.0157m

3/s，平均流速为_2.0m/s。

5.当20℃的甘油（ρ=1261kg/m

3,μ=1499厘泊）在内径为100mm的管内流动时,若流速为1.0m/s时,其雷诺

准数Re为__84.1__,其摩擦阻力系数λ为__0.761__。

6.某长方形截面的通风管道,其截面尺寸为30×20mm,其当量直径de为__24mm__。

7.化工生产中，物料衡算的理论依据是＿质量守恒定律＿，热量衡算的理论基础是＿能量守恒定律＿。

8.理想流体在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_减少_。

2

9.套管由φ57×2.5mm和φ25×2.5mm的钢管组成，则环隙的流通截面积等于_1633mm，润湿周边等于_242__

mm，当量直径等于_27_mm。

10.液柱压力计量是基于_流体静力学__原理的测压装置，用U形管压差计测压时，当一端与大气相通时，读数

R表示的是___表压___或__真空度__。

11.米糠油在管中作流动，若流量不变,管径不变，管长增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的__2__倍。

12.米糠油在管中作层流流动，若流量不变，管长不变,管径增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的__1/16__倍。

13.当Re为已知时，流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数λ=__64/Re_，在管内呈湍流时，摩擦系数λ与___

Re__、___ε/d__有关。

14.粘度是衡量流体粘性的物理量，粘性是流体固有属性，它只有在流体内部具有相对运动时时表现出来。

液体的粘度随温度升高而__减小_，气体的粘度随温度的升高而_增大_。

15.某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是_抛物线__型曲线，其管中心最大流速为平均流速的__2

倍__倍。

16.流体在管内作完全湍流流动，其他不变，当速度提高到原来的2倍时，阻力损失是原来的（4）倍；若为

层流流动，其他不变，当速度提高到原来的2倍时，阻力损失是原来的

（2）倍。

17、若要减小流体在管道内的流动阻力，可采取哪些措施？

答：

大直径管道、少拐弯、缩短管路长度、少用管件

18、用内径为158mm的钢管输送运动粘度为9.0×10

-5m2/s。

若保持油品在管内作层流流动，则最大流速不能超

过1.8m/s。

19、在流体阻力实验中，以水作为工质所测得的λ=（Re,e/d）关系式不适用于非牛顿型流体在直管中的流

动。

三、思考题

1．如本题附图所示，槽内水面维持不变，水从B、C两支管排出，各管段的直径、粗糙度阀门型号均相同，但

＞槽内水面与两支管出口的距离均相等，水在管内已达完全湍流状态。

试分析：

（1）两阀门全开时，两

支管的流量是否相等？

（2）若把C支管的阀门关闭，这时B支管内水的流量有何改变？

（3）当C支管的阀门

关闭时，主管路A处的压强比两阀全开时是增加还是降低？

答：

（1）C支管流动阻力大，管内流速及流量均小于B支管。

（2）B支管内水的流量增大（但小于两支管

均全开时的流量和）。

（3）增加（主管能量损失及管内动能比原来减小）。

2.20℃的清水以一定流速从细管流入粗管（如本题附图所示），测得U形管压差计读数为R。

保持管内流动状况

不变，将管路从水平放置改为垂直放置，U形管压差计的读数将如何变化？

并判断从1-1’截面到2-2’截面间

的能量损失和动能转化为静压能哪项数值大？

3.某液体分别在本题附图所示的三根管道中稳定流过，各管绝对粗糙度、管径均相同，上游截面1-1’的压强、

流速也相等。

问：

（1）在三种情况中，下游截面2-2’的流速是否相等？

（2）在三种情况中，下游截面2-2’的压强是否相等？

如果不等，指出哪一种情况的数值最大，哪一种情况中的数值最小？

其理由何在？

4.水由高位槽流入贮水池，若水管总长（包括局部阻力的当量长度在内）缩短25%，而高位槽水面与贮水池水面

的位差保持不变，假定流体完全湍流流动（即流动在阻力平方区）不变，则水的流量变为原来的A。

A．1.155倍B．1.165倍C．1.175倍D．1.185倍

解：

由

gz

1

p

1

2

u

1

2

gz

2

p

2

2

u

2

2

h

f

得hf1hf2

2

llu

e

1

1

所以

12

d2

l

l

e

2

u

2

2

d2

又由完全湍流流动

得

f

d

所以

ll

e

2

1ullu

2

1e

2

2

2而

VuAud

4

Vull1

221

e

所以1.1547

Vull0.75

11e

2

5.如图表明，管中的水处于③

2

P1=0.12Kgf/m

①静止②向上流动③向下流动④不一定11

2

P2=0.12Kgf/m

22

三、计算题

1．在图示装置中，水管直径为Φ57×3.5mm。

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0.5mH

2O，求水的流量为若干m3/h？

3/h？

解：

阀门全闭时，由P

2=ρgH，H=0.3×1.013×105/（1000×9.81）=3.1m

5/（1000×9.81）=3.1m

即水槽液面距阀门中心线的高度为3.1m。

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

Z

1=H=3m，Z2=0，P1=0，P2=0.2×1.013×101≈0，Σhf/g=0.5mH5Pa，u

5Pa，u

2O

代入上式

3.1=0.2×1.013×10

5/（1000×9.81）+/（2×9.81）+0.5

解得u2=3.24m/s

Vh=（π/4）d2u×3600=22.9m

2u×3600=22.9m

3/h

2.一敞口高位水槽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（密度为1400kg/

m）抽吸入

3

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φ57×3mm，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8m

3/h时，试计算文丘里喉部M处的真空度为多少mmH；g

（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？

A

8m

M

1.5

m

B

1m

C

解：

（1）在A-A′与M-M′截面间列柏努利方程，并以喉管中心线为基准面：

z

1p1p

22

AM

AguzguW

AMM

22

11

f,AM

其中：

zA8m；pA0（表压）；uA0；zM0

V8/3600

S

喉部流速M14.44m/s

u

22

0.785d0.7850.014

M

V8/3600

S1.09/管内流速ums

22

0.785d0.7850.051

22

（ll）u201.09

e

阻力Wf0.0255.82J/kg

AM

d20.0512

代入柏努利方程，并简化：

z

p

1

2

M

AguW

M

2

1

f,AM

89.81

2

14.44p

M

2

1000

5

.82

44

解得pPa（表压）＝Pa（真空度）

3.16103.1610M

（2）文丘里喉管处的位能与静压能之和：

p

M

2

zg

M

101

.3

10

3

3

1400

.16

10

4

1.59.8164.5J/kg

碱液槽B截面处的位能与静压能之和：

p

B

2

z

B

g

101

.3

1400

10

3

72.36J/kg

pp

BM

所以zgzg

BM

22

也即碱液能被抽吸入文丘里管内。

在B-B′与M-M′截面间列柏努利方程

z

1p1p

22

BM

BguzguW

BMM

22

22

f,BM

简化

p

Bp（ll）u

MeBM

12MeBM

2

zgu

MM

2d

22BM

M

2

2

1

解得

u

M

2

（p

B

p

M

）

2

z

M

g

2

1（ll）d

eBMBM

由此可知，碱液的吸入量与文丘里喉管处压力pM、碱液槽的相对位置zM、碱液槽中的压力pB、吸入管的直

径dBM、总管长（

ll）BM、碱液的密度ρM等有关。

e

讨论：

（1）流体能否流动或流向判断实质上是静力学问题，应根据位能与静压能总和的大小进行比较；

（2）流体一旦流动，其能量转化关系服从柏努利方程，此时pM将发生变化，应按汇合管路重新计算；

（3）利用水在文丘里喉管处的节流作用而形成低压可将其它流体抽吸并输送，此为喷射泵工作原理。

3.水从倾斜直管中流过，在截面A与B处接一空气压差计，其读数

R=10mm，两测压点垂直距离a=0.3m，见附图。

试求：

（1）A、B两点的压差等于多少？

（2）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？

答：

（1）3041.1kPa；

（2）R不变，98.1kPa。

4.有一液位恒定的高位槽通过管路向水池供水（见附图），高位槽内液面高度h1为1m，供水总高度h2为10m，输

水管内径50mm，总长度100m（包括所有局部阻力的当量长度），0.025。

试求：

3

（1）供水量为多少m/h

？

（2）若此时在管垂直部分某处出现一直径为1mm的小孔，有人说因虹吸现象，在某一高度范围内不

会从小孔向外流水，而还有人则认为水将从小孔流出。

试推导证明哪一种说法正确。

解：

（1）取高位槽上液面为截面1，输水管出口外侧为截面2，在1-1’和2-2’间列柏努利方程，可

得：

p

1

2

u

1

2

Z

1

g

p

2

2

u

1

2

Z

2

g

W

f12

其中：

p1p0（表压），u1u0

22

将阻力公式代入

W，整理得：

f12

2

lu

h

2

g

d2

0.5

0.5

hg2d109.80720.05

2

所以u1.98m/s

l0.025100

22

du3.140.051.98

333

供水量V3.887710m/s14.0m/h

44

（2）仍取高位槽上液面为截面1，再取垂直管处任意一点为截面3，在1-1’和3-3’间列柏努利方程，可

得：

p

1

2

u

1

2

Zg

1

p

3

2

u

3

2

Z

3

g

W

f13

将阻力公式代入，整理得：

222

p3puZZ1uu

131333

（ZZ）g（0.5

13

2d22

）

pp

3a

（ZZ）（g

13

d

2

u

3

2

）

2

u

3

2

（1.5）

d

22

0.0251.981.98

0.025

=（Z）（9.807）（1.5）

1Z

30.05

20.052

=（）8.82691.9602

Z1Z

3

p3pa

显然，此式为单调增函数，且在（ZZ）1m

1处时，6.86670

3

p3pa

所以在（Z1Z）1～9m时（即垂直管段任意高度处），0

3

，即

p3p，表示管内静压高于大

a

气压力，故不会出现虹吸现象，水将从小孔流出。

5.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1.0133105Pa。

流体密度为800kg/m

5Pa。

流体密度为800kg/m

35Pa，进料口高于储

。

精馏塔进口处的塔内压力为1.2110

罐内的液面8m，输送管道直径为φ68mm4mm，进料量为20m

3/h。

料液流经全部管道的能量损失为70J/kg，

求泵的有效功率。

解：

在截面A-A和截面B-B之间列柏努利方程式，得

22pupu

1122

gZWgZh

1e2f

22

p

1

55

1.013310Pa；p1.2110

2

Pa

；

ZZ8

21

.0

m

；

u

1

0

；

h

f

70Jkg

u

2

V

A

V

π

d

4

2

3.14

4

20

3600

2

0.068

0.004

2

m

s

1.966

m

s

22

ppuu

2121

WgZZh

e21f

2

52

1.211.0133101.966

We9.88.070Jkg

8002

2.461.9378.470Jkg175Jkg

N

e

wW203600800173W

se

768.9W