化工原理 题库2 流体计算题.docx

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化工原理题库2流体计算题

题库2流体流动计算题及答案

一.计算题

1.（10分）题号:

1262第1章知识点:

420难度:

容易

水平串联的两直管1、2，管径d=d/2，管道1长为100m，已知流体在管道1中的雷诺数（Re）=1800，今测得某流体流经管道1的压强降为0.64（m液柱），流经管道2的压强降为64（m液柱），试计算管道2的长度（设局部阻力可略去）。

*****答案*****

d=d/2u=4uRe/Re=（duρ/μ）·μ/（duρ）=1/2

∴Re=900λ=64/Re=0.0356

∴λ2=0.071

△p/△p

=λ2（l/d）（u/2）ρ/[λ1（l/d）（u/2）ρ]

=2（l/2d）（u/4）/（100/d）u=l/（16×100）

∴l=16×100×0.064/0.64=160m

2.（10分）题号:

1263第1章知识点:

100难度:

较难

以复式水银压差计测量某密闭容器内的压力P。

已知各液面标高分别为h=2.6m，h=0.3m，h=1.5m，h=0.5m,h=3.0m。

求此密闭容器水面上方的压强P（kN.m）（表压）

*****答案*****

按表压计算，Pa=0P=ρg（h1-h2）,P=P

P=P+ρg（h-h）=ρg（h-h+h-h）

P=P-ρg（h-h）

=13.6×9.81（2.6-0.3+1.5-0.5）-1×9.81（3-0.5）=415.7kN.m

本题目有题图titu019

3.（10分）题号:

1264第1章知识点:

230难度:

中等

水在管内流动，截面1处管内径为0.2m，流速为0.5m.s，由于水的压强产生水柱高1m;截面2处管内径为0.1m。

若忽略水由1至2处的阻力损失，试计算截面1、2处产生的水柱高度差h为多少m?

*****答案*****

1-1′、2-2′间列柏努利方程式:

Z+u/2g+p/ρg=Z+u/2g+p/ρg+hf①

p-p=ρg（u/2g-u/2g）=ρ（u/2-u/2）

u/u=d/d

u=0.5×（0.2/0.1）=2m.s

u代入①

p-p=ρ（2-0.5/2）=1876N.m

∵p-p=ρgh

∴h=（p-p）/ρg=1875/（1000×9.81）=0.191m

本题目有题图titu020

4.（12分）题号:

1265第1章知识点:

340难度:

中等

水塔供水系统，管路总长Lm（包括局部阻力在内当量长度）,1-1'到2-2'的高度Hm,规定供水量Vm.h。

当忽略局部阻力损失和动压头时，试导出管道最小直径dmin的计算式。

若L=150m，H=10m,V=10m.h,λ=0.023，求d

*****答案*****

在1-1′与2-2′间列柏努利方程，以通过水平管的中心线为水平基准面

（Z-Z）+（p-p）/ρg=hf=λ（L/d）u/2g

由p-p=0Z-Z=H

∴H=λ（L/d）u/2g而u=Vh/[3600（πd/4）]代入上式

H=λ（8VhL/3600πgd）

=>d=λ（8LVh/3600πgH）

∴d=[λ（8LVh/3600πgH）]代入数据：

d=[0.023×（8×150×10/3600×π×9.81×10）]

=0.0466m=46.6mm

本题目有题图titu021

5.（10分）题号:

1266第1章知识点:

430难度:

中等

一输油管，原输送ρ=900kg.m，μ=1.35泊的油品，现改输送ρ=880kg.m，μ=1.25泊的另一油品。

若两种油品在管内均为层流流动，且维持输油管两端由流动阻力所引起的压强降-△pf不变,则输送的油量（质量流量m）有何变化?

（用百分数表示）

*****答案*****

64/R（l/d）.（u/2）=64/R（l/d）.（u/2）

u/（dρu）.u=u/（dρu）.u

uu/ρ=uu/ρ

∴u/u=μρ/μρ

=1.35×880/1.25×900=1.056

输油量比原来增加5.6%

6.（10分）题号:

1267第1章知识点:

340难度:

中等

密度为1000kg.m，粘度为1cp的水，以10m.h的流量在φ51×3mm的水平管道内流过,在管路上某处流体静压强为1.5kgf.cm（表压），若管路的局部阻力可略去不计，问距该处100m下游处流体静压强为多少Pa?

（Re=3×10-1×10时,λ=0.3164/Re）

*****答案*****

u=V/（πd/4）=10/（3600×π×0.045/4）=1.75m.s

Re=duρ/μ=0.045×1.75×1000/（1×10）=78750

λ=0.3164/Re=0.3164/78750=0.0189

由柏式：

Z=Zu=u

∴p/ρ=p/ρ+λ（l/d）（u/2）

p=p-λ（l/d）（ρu/2）

=1.5×9.81×10-0.0189×（100/0.045）×（1.75/2）×1000

=8.3×10N.m（表压）

7.（10分）题号:

1268第1章知识点:

420难度:

中等

某流体在管内作层流流动，若体积流量不变，而输送管路的管径增加一倍，求因摩擦损失而引起的压力降有何变化？

*****答案*****

根据泊氏方程：

-△p=32uμl/d以及：

（π/4）du=（π/4）du=Vs

已知：

d=2d

则：

u/u=d/d=（2d）/d=4即：

u=u/4

原工况：

-△p=32uμl/d

现工况：

-△p=32uμl/d

∵μ=μl=lu=u/4d=2d

将上述各项代入并比较：

现/原:

△p/△p=[32×u×μ×l/d]=1/16

答：

因摩擦而引起的压降只有原来的1/16

8.（12分）题号:

1269第1章知识点:

340难度:

中等

用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油，流量为38.4吨.h,高位槽中液面比油池中液面高20m,管路总长（包括阀门及管件的当量长度）430m,进出口阻力不计。

管径为φ108×4mm,若油在输送温度下的比重为0.96,粘度为3430cp,求泵所需的实际功率,设泵的效率η=50%。

*****答案*****

对贮油池液面至高位槽液面列柏努利方程：

He=△Z+λ[（l+Σle）/d]（u/2g）

△Z=20ml+Σle=430md=108-2×4=100mm=0.1m

u=Vs/0.785d

=38400/3600×0.785×0.1×960=1.415m.s

Re=duρ/μ=0.1×1.415×960/3430×10=39.6<2000

λ=64/Re=64/39.6=1.616He=20+1.616×（430/0.1）×（1.415/2×9.81）=729.13m

N=Q·He·ρg/η=38400×729.13×9.81/（3600×0.5×1000）=152.6kw

9.（12分）题号:

1270第1章知识点:

300难度:

中等

某厂如图所示的输液系统将某种料液由敞口高位槽A输送至一敞口搅拌反应槽B中,输液管为φ38×2.5mm的铜管,已知料液在管中的流速为um.s,系统的Σhf=20.6（u/2）J.kg,因扩大生产，须再建一套同样的系统,所用输液管直径不变，而要求的输液量须增加30%,问新系统所设的高位槽的液面需要比原系统增高多少?

*****答案*****

∵u≈0≈up=p

于是gZ=gZ+Σhf

g（Z-Z）=Σhf=20.6u/2

u=[2g（Z-Z）/20.6]

=（2×9.81×6/20.6）=2.39m.s

Z′=Z+20.6u′/2g

=5+20.6（1.3×2.39）/（2×9.81）=15.136m

增高为：

Z′-Z=15.136-11=4.136m

本题目有题图titu022

10.（12分）题号:

1271第1章知识点:

340难度:

容易

用离心泵将水由水槽送至水洗塔中,水洗塔内的表压为9.807×10N.m,水槽液面恒定,其上方通大气,水槽液面与输送管出口端的垂直距离为20m,在某送液量下,泵对水作的功为317.7J.kg，管内摩擦系数为0.018，吸入和压出管路总长为110m（包括管件及入口的当量长度,但不包括出口的当量长度）输送管尺寸为φ108×4mm,水的密度为1000kg.m。

求输水量为多少m.h。

*****答案*****

Zg+（p/ρ）+（u/2）+W=Zg+（p/ρ）+（u/2）+Σhf

已知数据：

Z=0；P（表）=0；u≈0；W=317.7[J.kg]；

Z=20[m]；p=9.807×10[N.m]（表）；ρ=1000[kg.m]

简化上式：

W=Zg+（p/ρ）+（u/2）+Σhf又Σhf

=λ（l/d）（u/2）=9.9u

∴317.7=9.81×20+9.807×10/1000+u/2+9.9u10.4u=23.43

∴u=1.5[m.s],V=（π/4）D×u×3600=0.785×（0.1）×1.5×3600=42.41[m.h]

本题目有题图titu023

11.（10分）题号:

1272第1章知识点:

100难度:

中等

有一敞口储油罐，为测定其油面高度，在罐下部装一U形管压差计（如图示），油的密度为ρ，指示液密度为ρ，（U形管压差计B侧指示液面上充以高度为h的同一种油）,当储油罐充满时，U形管指示液面差为R，试导出：

当储油罐油量减少后，储油罐内油面下降高度H与U形管B侧液面下降高度h之间的关系。

*****答案*****

由静力学方程式：

H′ρ=Rρ+hρ（a）

当罐内液面下降H时，B侧下降h，A侧上升h

∴R′=R-2h（H′-H-h）ρ=（R-2h）ρ+hρ（b）

将式（a）代入式（b）并整理可得：

H=h[（2ρ/ρ）-1]或h=Hρ/（2ρ-ρ）

本题目有题图titu024

12.（12分）题号:

1273第1章知识点:

320难度:

中等

如图所示，D=100mm,d=50mm,H=150mm,ρ气体=1.2kg.m。

当R=25mm时,将水从水池中吸入水平管中间,问此时V气体=?

m.s（阻力可忽略）

*****答案*****

选1-1、2-2截面与基准面0-0，如图所示。

在两截面之间列柏方程并简化得到：

（p/ρ）+（u/2）=（p/ρ）+（u/2）

（1）由已知数

据：

p=0.025×13600×9.81=3335N.m

p=-0.15×1000×9.81=-1472N.m

u=（100/50）u=4u

代入

（1）可得：

15u=2（p-p）/ρ=8012

u=23.11m.sVs=（π/4）Du=0.1814m.s

或V=653m.h